JP2920573B2 - 振動波モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、振動波モ−タ（また
は超音波モ−タ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステ−タに固着された圧電素子に交流電
圧を印加して振動波を発生させ、ステ−タに加圧接触さ
せたロ−タを摩擦力によって回転させる振動波モ−タが
知られている。

【０００３】図９にはこの種のモ−タの一例を示す。こ
の振動波モ−タ１１は円盤状のステ−タ１２を備え、こ
のステ−タ１２の上面側には円環状の振幅拡大凸部１２
ａが一体形成され、その下面側にはリング状に分極配設
した圧電素子１３が固着されている。

【０００４】上記ステ−タ１２には上方に突出させた固
定軸１４が固定され、出力筒状体１５に内装されたラジ
アルベアリング１６がこの固定軸１４に嵌合されてい
る。また、固定軸１４の先端部に螺合したナット１７と
上記ベアリング１６の上部に設けた座金１８との間に皿
ばね１９を備え、この皿ばね１９によって上記ベアリン
グ１６を常時ステ−タ１２の方向に押圧している。

【０００５】出力筒状体１５は、その下方の細径部１５
ａに上記ベアリング１６の外輪が載置され、このベアリ
ング１６に加わる皿ばね１９の押圧勢力によってステ−
タ１２方向に押圧されている。また、この出力筒状体１
５のフランジ部１５ｂの下側にゴムなどの緩衝板２０を
設け、さらに、緩衝板２０の下側にロ−タ２１が設けら
れている。

【０００６】ロ−タ２１と緩衝板２０は共に出力筒状体
１５の細径部１５ａに嵌合され、上記ベアリング１６に
加わった押動勢力による出力筒状体１５の押動作用を受
け、ロ−タ２１の振動受部２１ａに固着された摩擦板２
２がステ−タ１２の振幅拡大凸部１２ａに圧接してい
る。ロ−タ２１は円盤状となっており、その周囲に振動
受部２１ａが形成され、また、この振動受部２１ａの下
面にリング状の摩擦板２２が接着されている。その他、
図９に示す参照符号２３は給電用引出線、２４は取付地
板である。

【０００７】上記した振動波モ−タ１１は、圧電素子１
３を給電することによってステ−タ１２に振動波が発生
してロ−タ２１が回転する。このロ−タ２１の回転が、
緩衝板２０、出力筒状体１５、ラジアルベアリング１６
を介在して固定軸１４を支軸として行なわれ、出力筒状
体１５より回転出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したような振動波
モ−タ１１は、ステ−タ１２とロ−タ２１との間の摩擦
を利用するため、摩擦面の状態によって性能が左右され
る関係で、摩擦板２２としては、摩擦係数が大きく、か
つ、耐摩耗性の高い材料を使用することが望ましい。

【０００９】しかしながら、摩擦係数を大きくすること
と耐摩耗性の高いこととは相反した要素であるため、一
般には摩擦板２２が摩擦係数の小さい材料で構成されて
いる。これは耐摩耗性を重要視しているためである。摩
擦係数の小さいこのような摩擦板２２のステ−タ１２に
対する接触点は、微視的に見れば粗面であり、すべりが
発生していると考えられる。そのため、接触点をより多
く増すことですべりを少なくすることができる。つま
り、摩擦係数の小さい材料を使用し、接触点のすべりを
少なくする構成となっている。

【００１０】ただ、ロ−タに負荷が加わったとき撓みが
発生し過ぎると仕事ができないことから、ロ−タ２１に
は適正な剛性が要求される。このように、ステ−タ１２
とロ−タ２１（摩擦板）との接触面には、相反した要素
が要求されるために、摩擦力と耐摩耗性、可撓性と剛性
のバランスがとれることが望ましく、さらに、これらの
バランスは耐候性をも満足させる必要がある。

【００１１】上記したような実情から、振動波モ−タの
ステ−タとロ−タの接触面に関する開発が進められてい
る。例えば、特開昭６２−１００１７８号公報には、タ
ングステンカ−バイトを主成分とした超硬合金のステ−
タと、硬質アルマイトからなるロ−タとから構成された
振動波モ−タが開示されている。この振動波モ−タは、
形状を工夫して可撓性と剛性のバランスをとり、性能を
高めることができるが、超音波振動の摩擦駆動に対して
耐摩耗性が低く寿命の短いものになる。

【００１２】また、特開昭６３−６４５８２号公報に
は、ロ−タの接触面側に、芳香族ポリエステル樹脂を固
着した振動波モ−タが開示されている。この振動波モ−
タでは、ポリエステル樹脂が接触面の摩擦材として良好
に作用するが、ただ、この摩擦材は多湿時に加水分解が
生じ易く、また、高温時に貼り付くことがある等の欠点
がある。

【００１３】本発明は上記したような諸々の実情から、
摩擦力と耐摩耗性、可撓性と剛性のバランスをとり、さ
らに、環境温度が変化した場合にも出力が低下しないよ
うにした安定動作の振動波モ−タを開発することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、振動波進行路を形成するステ−タ
と、ステ−タに固着し、交流電源により給電してステ−
タに振動波を発生させる圧電素子と、回転軸に回転可能
に軸支し、ステ−タに加圧接触させたロ−タとを備え、
さらに、ロ−タの接触面側に周囲に沿ってリング状に形
成した凹溝を設けると共に、この凹溝を埋設するように
して上記接触面側に設けた耐熱型エポキシ系接着剤で耐
摩耗性材を固着したことを特徴とする振動波モ−タを提
案する。また、この発明の耐摩耗性材は、チタン酸カリ
ュウムウィスカ−で補強したプラスチック複合材料で構
成することができる。

【００１５】

【作用】耐摩耗性材をロ−タに固着するエポキシ系接着
剤が、ロ−タの凹溝で肉厚となり、凹溝以外のところで
は肉薄となるため、このエポキシ系接着剤に剛性の高い
部分と低い部分とが生ずる。この結果、エポキシ系接着
剤と耐摩耗性材との相乗作用により、可撓性と剛性の有
効なバランス範囲が拡大し、環境温度の変化に対するモ
−タ出力の減衰を防止する。

【００１６】チタン酸カリュウムウィスカ−で補強した
プラスチック複合材料は、摩擦力と耐摩耗性、可撓性と
剛性のバランスを良好に維持させる耐摩耗性材として作
用する。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面に沿っ
て説明する。図１は振動波モ−タの断面図、図２はステ
−タに対するロ−タの接触面を詳細に示した同モ−タの
部分的な拡大断面図である。なお、ロ−タの接触面以外
は図９に示した従来の振動波モ−タと同じ構成であるの
で、同一の部材及び部所には同じ参照符号が付けてあ
る。

【００１８】図示するように、この実施例の振動波モ−
タ３０は、ロ−タ２１の振動受部２１ａに沿ってリング
状に形成した２条の凹溝３１ａ、３１ｂがロ−タ２１の
接触面側に設けてある。

【００１９】そして、ロ−タ２１の接触面側には、凹溝
３１ａ、３１ｂに埋設するようにして耐熱型エポキシ系
接着剤３２を設け、この接着剤３２によって耐摩耗性材
３３が固着してある。

【００２０】耐摩耗性材３３は、チタン酸カリュウムウ
ィスカ−で補強したプラスチック複合材料で皮膜形成し
てあり、微視的に見たロ−タとの接触点を多くしてすべ
りを少なくする構成となっている。

【００２１】上記した振動波モ−タ３０について実験を
行ない、図３に示したところの回転数―トルク特性を実
験結果として求めた。この図に示すＡ曲線はロ−タ２１
に凹溝３１ａ、３１ｂを設け、エポキシ系接着剤３２で
耐摩耗性材３３を接着したロ−タ構成として実験した出
力特性曲線である。Ｂ曲線は従来例に示したロ−タ構成
として実験した出力特性曲線である。なお、実験した振
動波モ−タ３０は、ステ−タ１２を燐青銅、ロ−タ２１
をアルミニュウムで構成し、また、ロ−タ２１の凹溝３
１ａ、３１ｂは、幅０．３ｍｍ、深さ０．２ｍｍに形成
した。

【００２２】従来の振動波モ−タ１１が曲線Ｂに示すよ
うに、低温になるに連れて出力低下することについてい
ろいろ究明したところ、次のようなことが確認された。
図４はロ−タ２１を測定して求めたヤング率の温度依存
性を示す測定結果である。この測定結果より分かるよう
に、低温時にはヤング率が変化し、可撓性と剛性のバラ
ンスが乱れ出力性能に影響を及ぼす。

【００２３】一般に、ロ−タ２１の材料としては、ヤン
グ率が高く質量の小さい材料、つまり、音響係数の大き
いものが適当とされ、アルミニュウムが好結果を得るも
のとされている。しかし、アルミニュウムは摩耗が激し
く、そのままでは摩擦駆動するロ−タとして使用するこ
とができない。

【００２４】このことから、ステ−タ１２を燐青銅で構
成すると共に、ロ−タ２１の接触面側に、チタン酸カリ
ュウムウィスカ−を補強材としたプラスチック複合材料
を耐摩耗性材３３として固着する手段がとられている。
このような耐摩耗性材３３は、摩擦力と耐摩耗性、可撓
性と剛性のバランスをとる上に好結果が期待できるが、
上記したように環境温度の変化によってヤング率が乱
れ、出力性能に影響するという問題がある。

【００２５】一方、振動波を発生させる圧電素子１３を
配設したステ−タ１２にも温度特性があり、この温度特
性によって出力性能が影響を受ける。図５及び図６は環
境温度に対するステ−タ１２の周波数特性とインピ−ダ
ンス特性の測定結果を示す。

【００２６】ステ−タ１２の共振周波数ｆｒは図５に示
すように変化するが、この周波数ｆｒを温度に適合させ
ることは容易である。しかし、ステ−タ１２のインピ−
ダンスＲｏが図６のように、低温時に高温時よりも大き
く変化するため、ヤング率の変動と重なって出力が低下
する。

【００２７】本発明の振動波モ−タ３０は、上記したと
ころのロ−タ２１のヤング率の乱れ、ステ−タ１２のイ
ンピ−ダンスの変動による影響を、ロ−タ凹溝３１ａ、
３１ｂに埋設するように設けたエポキシ系接着剤３２に
よって吸収できることが実験によって確認された。

【００２８】また、本発明の振動波モ−タ３０は、図
７、図８に示すように、可撓性と剛性の関係が２種類混
在してロ−タ回転することが判明した。すなわち、ロ−
タ凹溝３１ａ、３１ｂ以外の接触面部分の荷重―撓み特
性がＰ曲線となり、凹溝３１ａ、３１ｂが位置する接触
面部分の荷重―撓み特性がＱ曲線のようになる。

【００２９】この結果、ロ−タ２１がこれら両特性の同
時作用によって回転する。つまり、ＰＱ曲線にしたがっ
て摩擦駆動し、可撓性と剛性のバランスがこのＰＱ曲線
によって決まる有効範囲のように拡大し、環境温度の変
化による出力低下が防止される。

【００３０】

【発明の効果】上記した通り、本発明では、ロ−タの接
触面側に形成した凹溝に埋設するように設けた耐熱型エ
ポキシ系接着剤により耐摩耗性材を固着したので、この
接着剤の可撓性と剛性の作用により、環境温度の変化に
よる出力低下を防止した振動波モ−タとなる。

【００３１】また、チタン酸カリュウムウィスカ−で補
強したプラスチック複合材料で耐摩耗性材を構成するこ
とにより、上記した出力低下の防止と共に、摩擦力と耐
摩耗性、可撓性と剛性のバランスが良好に維持された振
動波モ−タとなる。

【００３２】さらに、可撓性と剛性のバランス範囲が拡
大するので、特に低温環境でも低電圧駆動できるように
なり、その上、耐摩耗性材が凹溝に埋設された接着剤に
よって固着されるため、強固な接着となり、接着不良に
よるトラブルのない振動波モ−タとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す振動波モ−タの断面図
である。

【図２】ロ−タの接触面側を詳細に示した同モ−タの部
分的な拡大断面図である。

【図３】本発明を実施した振動波モ−タと従来例の振動
波モ−タとを実験して求めた回転数―トルク特性図であ
る。

【図４】ロ−タのヤング率の温度依存特性図である。

【図５】ステ−タの温度に対する周波数特性図である。

【図６】ステ−タの温度に対するインピ−ダンス特性図
である。

【図７】本発明に係る振動波モ−タのロ−タ接触面側に
加わる荷重と撓みを説明するための簡略的な断面図であ
る。

【図８】本発明に係る振動波モ−タのロ−タに加わる荷
重―撓み特性図である。

【図９】従来例として示した振動波モ−タの断面図であ
る。

【符号の説明】 １２ ステ−タ １３ 圧電素子 １４ 固定軸 ２１ ロ−タ ２１ａ 振動受部 ３０ 振動波モ−タ ３１ａ、３１ｂ 凹溝 ３２ 耐熱型エポキシ系接着剤 ３３ 耐摩耗性材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動波進行路を形成するステ−タと、ス
   テ−タに固着し、交流電源により給電してステ−タに振
   動波を発生させる圧電素子と、回転軸に回転可能に軸支
   し、ステ−タに加圧接触させたロ−タとを備え、さら
   に、ロ−タの接触面側に周囲に沿ってリング状に形成し
   た凹溝を設けると共に、この凹溝を埋設するようにして
   上記接触面側に設けた耐熱型エポキシ系接着剤で耐摩耗
   性材を固着したことを特徴とする振動波モ−タ。
2. 【請求項２】 耐摩耗性材がチタン酸カリュウムウィス
   カ−で補強したプラスチック複合材料からなることを特
   徴とする請求項１記載の振動波モ−タ。