JP2925192B2 - Vibration wave drive - Google Patents

Vibration wave drive

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JP2925192B2
JP2925192B2 JP1312049A JP31204989A JP2925192B2 JP 2925192 B2 JP2925192 B2 JP 2925192B2 JP 1312049 A JP1312049 A JP 1312049A JP 31204989 A JP31204989 A JP 31204989A JP 2925192 B2 JP2925192 B2 JP 2925192B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、振動波を生ずる振動体と、前記振動体と加
圧接触する接触体とを振動波によって相対移動させる振
動波駆動装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration wave driving device that relatively moves a vibrating body that generates a vibrating wave and a contact body that presses and contacts the vibrating body by the vibration wave.

(従来の技術) 従来の振動波駆動装置、例えば振動波モータ、特に大
出力型の振動波モータは、例えばステンレスからなる円
環状振動体基板の裏面に薄い円環形状の圧電素子群を固
着すると共に、表面にタングステンカーバイト及びコバ
ルトからなる超硬材料を溶射し更に研磨することで硬質
の摺動面を形成させて振動体を構成させ、他方これに接
触する部材として、アルミ合金等の支持体に、ガラス転
移点が100℃以上の熱可塑性樹脂、具体的にはポリイミ
ド(PI),ポリアミドイミド(PAI),ポリエーテルイ
ミド(PEI),ポリエーテルエーテルケトン(PEEK),
ポリエーテルスルホン(PES),ポリアリレート(PA
R),ポリスルホン(PSF),芳香族ポリアミド(PA)等
の耐熱樹脂に、炭素繊維等の強化材を充填含有させて強
化型複合樹脂層とした摺動体を固着させて構成させ、こ
れら振動体と接触する部材とが、該振動体に発生させた
進行性振動波により摩擦駆動で相対的に移動するものと
して形成されている。
(Prior Art) A conventional vibration wave driving device, for example, a vibration wave motor, particularly a large output type vibration wave motor, has a thin ring-shaped piezoelectric element group fixed to the back surface of a ring-shaped vibration substrate made of, for example, stainless steel. At the same time, a super hard material consisting of tungsten carbide and cobalt is sprayed on the surface and further polished to form a hard sliding surface to form a vibrator, while supporting a member such as an aluminum alloy In the body, a thermoplastic resin having a glass transition point of 100 ° C or more, specifically, polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK),
Polyether sulfone (PES), polyarylate (PA
R), heat-resistant resin such as polysulfone (PSF), aromatic polyamide (PA), etc., filled with a reinforcing material such as carbon fiber, and fixed to a sliding body as a reinforced composite resin layer. And a member that comes into contact with the vibrating body is relatively moved by friction drive by a progressive vibration wave generated in the vibrating body.

なお上記接触する部材と振動体の相対的な移動は、い
ずれが固定でまたいずれが移動するものであってもよい
が、本明細書における以下の説明では説明の簡明化のた
めに振動体を固定とし、接触する部材を移動する場合の
例として示し、従って該接触する部材は「移動体」と称
する。
The relative movement between the contacting member and the vibrating body may be either fixed or moving. However, in the following description of the present specification, the vibrating body will be referred to for simplicity of explanation. It is shown as an example in which the contacting member is fixed and the contacting member is moved. Therefore, the contacting member is referred to as a “moving body”.

さて上記従来の振動波モータにおいて、移動体の一部
を形成する強化型複合樹脂層としてガラス転移点が100
℃以上の熱可塑性樹脂を母材とした摺動体を用いている
のは、これらの耐熱性樹脂は材料物性として温度依存性
が小さく、モータ駆動時における温度上昇に対しても樹
脂材の軟化に起因するトルクダウンの現象がなく、また
モータの性能精度を安定できるからである。
In the above conventional vibration wave motor, a glass transition point of 100 is used as a reinforced composite resin layer forming a part of a moving body.
The use of a sliding body whose base material is a thermoplastic resin of ℃ or higher is because these heat-resistant resins have low temperature dependence as material properties and can soften the resin material even when the temperature rises during motor driving. This is because there is no torque-down phenomenon caused and the performance accuracy of the motor can be stabilized.

また上記樹脂材に炭素繊維等の強化材を配合充填して
いるのは、第1には、例えばタングステンカーバイト及
びコバルトからなる振動体側の超硬材料の摺動面に対し
て、移動体の摺動面の性状が常に安定し、しかも長時間
駆動の際も十分な耐摩耗性を保証するためであり、第2
には、摺動体の弾性率あるいは硬さ等の材料物性値を大
きくし、出力等モータの性能を向上するためであり、更
に第3には、摺動体の熱伝導性を向上して効率等モータ
の性能を改善するためである。
In addition, the reason that the above-mentioned resin material is mixed and filled with a reinforcing material such as carbon fiber is, firstly, that the moving body has a sliding surface of a cemented carbide material made of, for example, tungsten carbide and cobalt. The purpose of this is to ensure that the properties of the sliding surface are always stable, and that sufficient wear resistance is ensured even when driving for a long time.
The third is to increase the material properties such as the elastic modulus or the hardness of the sliding body to improve the performance of the motor such as the output, and the third is to improve the thermal conductivity of the sliding body to improve the efficiency and the like. This is to improve the performance of the motor.

(発明が解決しようとする課題) 上述の通り、振動波モータにおいて移動体の摺動面を
提供する摺動体にガラス転移点が100℃以上の耐熱性の
熱可塑性樹脂に炭素繊維を充填した強化型複合樹脂を用
いることで、モータ駆動による温度上昇時においてもモ
ータの性能及び精度は安定し、振動体の摺動面を形成す
る超硬材料に対して長時間駆動しても耐摩耗性は十分で
あり、更に出力効率のモータ性能も高い値を示す。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in a vibration wave motor, a sliding body providing a sliding surface of a moving body is reinforced by filling a carbon fiber with a heat-resistant thermoplastic resin having a glass transition point of 100 ° C. or more. By using a mold composite resin, the performance and accuracy of the motor are stable even when the temperature rises due to the driving of the motor, and the abrasion resistance is maintained even if the carbide material forming the sliding surface of the vibrating body is driven for a long time. It is sufficient, and the motor performance of the output efficiency also shows a high value.

しかしながら振動体の超硬材料からなる硬質の摺動面
に、移動体の上記炭素繊維を強化充填した耐熱性熱可塑
性樹脂からなる複合樹脂層の摺動面を加圧接触すると、
例えば定格運転の条件として4kgcm,100rpmで駆動を開始
すると、摩擦摺動面の温度上昇に伴ってトルクの「うね
り」等が問題となる場合があり、より一層の性能精度向
上のためには更に改善すべき点のあることが知見され
た。
However, when the sliding surface of the composite resin layer made of a heat-resistant thermoplastic resin filled with the carbon fibers of the moving body is pressed against the hard sliding surface made of the super-hard material of the vibrating body,
For example, when driving at 4 kgcm, 100 rpm as the condition of rated operation, torque swell may be a problem with the temperature rise of the frictional sliding surface, etc.In order to further improve performance accuracy, It was found that there was something to be improved.

また定格での連続運転においては、定格トルクに対し
て5%程度のトルクムラがあり、なお一層の改善が要望
された。
In addition, in the continuous operation at the rated torque, there was a torque unevenness of about 5% with respect to the rated torque, and further improvement was demanded.

また更に、負荷トルクが大きいときは問題ないもの
の、無負荷時あるいは低負荷時には、駆動によって摺動
摩擦に基づくいわゆる「鳴き」の現象が発生するという
問題があった。
Further, although there is no problem when the load torque is large, there is a problem that a so-called “squeal” phenomenon based on sliding friction occurs by driving when there is no load or low load.

このような観点からなされた本発明の目的とするとこ
ろは、耐熱性と潤滑性を有し、かつトルクの「うねり」
やトルクムラの低減された高効率の振動波駆動装置を提
供することを目的とする。
The object of the present invention made from such a point of view is to have heat resistance and lubricity, and to produce a torque "swell".
It is an object of the present invention to provide a high-efficiency vibration wave drive device with reduced torque and torque unevenness.

また本発明の別の目的は、振動波モータにおいて問題
となっている無負荷時あるいは低負荷時の駆動に際して
の「鳴き」を解消することができる新規な構成の振動波
駆動装置、特に大出力型の振動波駆動装置を提供するこ
とを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a vibration wave drive device having a novel configuration that can eliminate the "squeal" that occurs when driving under no load or low load, which is a problem in vibration wave motors, It is an object of the present invention to provide a vibration wave driving device of the type.

(課題を解決するための手段) 本出願に係る発明の目的を実現する第1の構成は、振
動波を生ずる振動体と、前記振動体と加圧接触する接触
体と、を有し、前記振動波によって前記振動体と前記接
触体とを相対移動させる振動波駆動装置において、前記
振動体と前記接触体の一方の接触部に、ガラス転移点が
140℃以上の熱可塑性樹脂の母材に、少なくとも平均粒
径が10〜30μmの球形の炭素ビーズを充填配合した複合
樹脂を形成したものである。
(Means for Solving the Problems) A first configuration for realizing an object of the invention according to the present application includes a vibrating body that generates a vibration wave, and a contact body that presses and contacts the vibrating body. In a vibration wave driving device that relatively moves the vibrating body and the contact body by a vibrating wave, a glass transition point is provided at one contact portion of the vibrating body and the contact body.
The composite resin is formed by filling and mixing at least spherical carbon beads having an average particle diameter of 10 to 30 μm with a thermoplastic resin base material of 140 ° C. or higher.

本出願に係る発明の目的を実現する第2の構成は、上
記した第1の構成において、前記複合樹脂は、前記炭素
ビーズを重量比で5〜40%含有させたものである。
A second configuration for achieving the object of the invention according to the present application is the above-described first configuration, wherein the composite resin contains the carbon beads in a weight ratio of 5 to 40%.

本出願に係る発明の目的を実現する第3の構成は、上
記した第1又は第2の構成において、前記複合樹脂は、
前記接触体に形成されたものである。
A third configuration for realizing the object of the invention according to the present application is the above-described first or second configuration, wherein the composite resin is:
It is formed on the contact body.

本出願に係る発明の目的を実現する第4の構成は、上
記した第3の構成において、前記接触体は、支持体と前
記複合樹脂からなる成形体の固着一体化により形成され
たものである。
According to a fourth configuration for realizing the object of the invention according to the present application, in the third configuration described above, the contact body is formed by fixing and integrating a support and a molded body made of the composite resin. .

本出願に係る発明の目的を実現する第5の構成は、上
記した第3の構成において、前記接触体は前記複合樹脂
の成形体のみからなるものである。
According to a fifth configuration for realizing the object of the invention according to the present application, in the third configuration described above, the contact body is formed only of the composite resin molded body.

本出願に係る発明の目的を実現する第6の構成は、上
記した第3、4又は第5の構成において、前記振動体の
接触部が、炭化珪素、炭化ホウ素、ホウ素チタニウム、
チッ化ホウ素の一種以上を含むニッケル−リン基合金と
するものである。
According to a sixth configuration for achieving the object of the invention according to the present application, in the above-described third, fourth, or fifth configuration, the contact portion of the vibrator includes silicon carbide, boron carbide, boron titanium,
The alloy is a nickel-phosphorus-based alloy containing one or more types of boron nitride.

本発明の振動波駆動装置は、上述した複合樹脂を用い
て接触体を形成し、あるいは複合樹脂を支持体に固着一
体化することで形成した接触体を有する。
The vibration wave driving device of the present invention has a contact body formed by forming a contact body using the above-described composite resin, or by fixing and integrating the composite resin with a support.

このような複合樹脂層を形成する方法、及び接触体の
支持体上に一体化する方法としては、一般的には、射出
成形,押出成形により上記複合樹脂材の摺動体を形成
し、これを接着剤を用いて支持体上に固着一体化するこ
とによって構成することができる。なお複合樹脂材で形
成した摺動体の支持体上への固着は、ガラス転移点が、
100℃以上の接着剤を用いて行なうことができ、このよ
うな接着剤として具体的には、100℃での耐熱接着力及
び熱老化性等が十分考慮された化学反応型のエポキシ系
接着剤を例示することができる。
As a method of forming such a composite resin layer and a method of integrating the composite resin layer on a support of a contact body, generally, a slide body of the composite resin material is formed by injection molding or extrusion molding, and this is formed. It can be configured by being fixedly integrated on a support using an adhesive. In addition, the fixing of the sliding body formed of the composite resin material on the support, the glass transition point,
It can be performed using an adhesive at 100 ° C. or higher. Specifically, such an adhesive is a chemical reaction type epoxy adhesive in which heat resistance at 100 ° C. and heat aging are sufficiently considered. Can be exemplified.

本発明において、複合樹脂の母材として用いられる熱
可塑性樹脂、すなわちガラス転移点が140℃以上、一般
的にはガラス転移点が140℃〜275℃、好ましくはガラス
転移点が260℃〜275℃の熱可塑性樹脂が用いられる。
In the present invention, the thermoplastic resin used as the base material of the composite resin, that is, a glass transition point of 140 ° C. or higher, generally a glass transition point of 140 ° C. to 275 ° C., preferably a glass transition point of 260 ° C. to 275 ° C. Is used.

このような熱可塑成樹脂としては、例えばポリイミド
(PI),ポリアミドイミド(PAI),ポリエーテルイミ
ド(PEI),ポリエーテルエーテルケトン(PEEK),ポ
リエーテルスルホン(PES),ポリアリレート(PAR),
ポリスルホン(PSF),芳香族ポリアミド(PA)等を例
示でき、更に具体的にはポリイミド(PI),ポリアミド
イミド(PAI)を好ましいものとして挙げることができ
る。
Such thermoplastic resins include, for example, polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyethersulfone (PES), polyarylate (PAR),
Examples thereof include polysulfone (PSF) and aromatic polyamide (PA), and more specifically, polyimide (PI) and polyamideimide (PAI).

本発明の上記複合樹脂の母材である熱可塑性樹脂に充
填配合される、耐摩耗改良剤としての平均粒径10〜30μ
mの球形の炭素ビーズは、非晶質無配向となる。
Filled and blended in the thermoplastic resin as a base material of the composite resin of the present invention, an average particle size of 10 to 30 μ as an anti-wear agent
The m-shaped spherical carbon beads are amorphous and non-oriented.

耐摩耗性充填剤である球形の炭素ビーズの充填によ
り、第1には、例えば振動体が超硬材料の摺動部である
場合にも、接触体の接触部の性状が常に安定し、しかも
長時間の駆動の際にも十分な耐摩耗性を発揮することが
できるからであり、第2には、接触体の接触部の弾性率
等の材料物性を大きくし、出力等のモータ性能を向上す
ることができるからである。また、第3には、複合樹脂
の熱伝導性を向上させて、効率等のモータ性能を改善で
きる。
First, by filling spherical carbon beads, which are wear-resistant fillers, even when, for example, the vibrating body is a sliding part made of a hard material, the properties of the contacting part of the contacting body are always stable, and Secondly, sufficient wear resistance can be exhibited even during long-time driving. Second, the material properties such as the elastic modulus of the contact portion of the contact body are increased, and the motor performance such as output is improved. This is because it can be improved. Third, the heat conductivity of the composite resin can be improved to improve motor performance such as efficiency.

また上記複合樹脂には、例えばさらに、耐摩耗性の改
良、摺動部の温度変化に対する安定性向上の目的で必要
に応じて遷移金属粉末を充填配合することができる。こ
のような遷移金属粉末として具体的には、タングステ
ン,モリブテン,クロム,コバルト,チタン,ニッケル
等とその酸化物粉末を挙げることができ、母材に対し40
%以下のタングステン粉末(20μm以下)、あるいは15
%以下のモリブデン粉末(20μm以下)等を少なくとも
1種添加する場合を例示することができる。
In addition, the composite resin may be further blended with a transition metal powder, if necessary, for the purpose of improving abrasion resistance and improving stability of the sliding portion against temperature change. Specific examples of such transition metal powders include tungsten, molybdenum, chromium, cobalt, titanium, nickel and the like and oxide powders thereof.
% Tungsten powder (20 μm or less), or 15%
% Or less of at least one molybdenum powder (20 μm or less).

(実施例) 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。(Examples) Hereinafter, the present invention will be described based on examples shown in the drawings.

第1図は本発明の振動波駆動装置としての振動波モー
タの一実施例を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a vibration wave motor as a vibration wave driving device of the present invention.

この図において、2はステンレス等の金属部材からな
る円環状の振動体基板であり、その裏面側には、薄い円
環形状の圧電素子群1が耐熱性のエポキシ樹脂系接着剤
で同心的に固着され、また表面側の摺動面は、進行性振
動波の振動波幅を大きくとるために周方向に多数の溝部
が軸方向に切り込まれて櫛歯状をなしている。3は高熱
伝導性の金属材からなる筺体であり、その中心部に第1
のボール軸受11が設けられると共に、この第1のボール
軸受11の軸心と同心的に上記振動体2がネジ4で固定さ
れている。
In this figure, reference numeral 2 denotes an annular vibrating body substrate made of a metal member such as stainless steel, and a thin annular piezoelectric element group 1 is concentrically formed on the back surface thereof with a heat-resistant epoxy resin adhesive. The sliding surface on the front side has a comb-like shape with a large number of grooves cut in the axial direction in the circumferential direction in order to increase the vibration wave width of the progressive vibration wave. Reference numeral 3 denotes a casing made of a metal material having high thermal conductivity, and a first part is provided at the center thereof.
And the vibrating body 2 is fixed with screws 4 concentrically with the axis of the first ball bearing 11.

10は中間にフランジ部10cが形成された出力軸であ
り、その一端部側10aは上記第1のボール軸受11の内輪
に軸方向摺動が可能に貫通支持され、また他端部側10b
は、後記する第2のボール軸受12の内輪及び後記するバ
ネ圧調整ナット部材18の軸孔の軸方向摺動自在かつ回転
自在に貫通している。15は上記出力軸10のフランジ部10
cにネジ16で固定された円盤状の中間部材であり、その
外周端部には、環状に形成された移動体7が同心的に外
装嵌合して固定されている。
Reference numeral 10 denotes an output shaft having a flange portion 10c formed in the middle. One end 10a of the output shaft is supported by the inner ring of the first ball bearing 11 so as to be slidable in the axial direction, and the other end 10b
Penetrates an inner ring of a second ball bearing 12 described later and a shaft hole of a spring pressure adjusting nut member 18 described later in an axially slidable and rotatable manner. 15 is the flange 10 of the output shaft 10
A disk-shaped intermediate member fixed to c by a screw 16, and an annular moving body 7 is concentrically externally fitted and fixed to an outer peripheral end of the intermediate member.

上記移動体7は、アルミ合金等の熱伝導性の高い金属
からなる環状の支持体5と、この支持体5の表面に、耐
熱性のエポキシ系接着剤で同心的に接着された摺動体6
とから構成され、この摺動体6は本例では例えば厚み1m
mの環状体として後述する配合及び構成をもった複合樹
脂層として形成される。この摺動体6が振動体2の摺動
面に接触する。
The moving body 7 includes an annular support 5 made of a metal having high thermal conductivity such as an aluminum alloy, and a sliding body 6 concentrically adhered to the surface of the support 5 with a heat-resistant epoxy adhesive.
In this example, the sliding body 6 has a thickness of 1 m, for example.
It is formed as a composite resin layer having the composition and configuration described below as an annular body of m. The sliding body 6 comes into contact with the sliding surface of the vibrating body 2.

またこの移動体7は、その底部に設けられたゴム製の
弾性シート部材17を介して中間部材15に支持された構造
に設けられていて、上記出力軸10のフランジ部10cと上
記第2のボール軸受12との間に弾装されたコイル状の圧
縮バネ部材14が発生する軸荷重が、このシート部材17を
介して支持体5の軸方向に与えられて、振動体2の摺動
面と移動体7の摺動体6とが加圧接触されるようになっ
ている。
The moving body 7 is provided in a structure supported by an intermediate member 15 via a rubber elastic sheet member 17 provided on the bottom of the moving body 7, and the movable body 7 is provided with a flange 10c of the output shaft 10 and the second An axial load generated by a coil-shaped compression spring member 14 elastically mounted between the ball bearing 12 and the ball bearing 12 is applied in the axial direction of the support 5 through the sheet member 17, and a sliding surface of the vibrating body 2 is provided. And the sliding body 6 of the moving body 7 is brought into pressure contact.

8は、振動波モータの筐体カバーであり、ネジ9によ
り筐体3に固定されている。そしてその中央部に形成さ
れた軸受嵌合孔8bには第2のボール軸受12が軸方向摺動
可能に嵌合され、更にこの軸受嵌合孔8bの内周面には、
螺子部8cが形成されてバネ圧調整ナット部材18が螺着さ
れている。バネ圧調整ナット部材18は、第2のボール軸
受12の外輪12aにのみ接し、また第2のボール軸受12の
内輪12bは出力軸10に対して軸方向摺動可能でかつ回転
可能に設けられていて、バネ圧調整ナット部材18に形成
された2個の小孔18a,18aに例えば先端部に2本の差し
込み棒が形成された治具(図示にせず)の該差し込み棒
を差し込んで時計方向に回すことで、このバネ圧調整ナ
ット部材18が図中左方向に螺進しながら第2のボール軸
受12を同方向に押し圧縮バネ部材14を縮めてバネ力を大
きくし、また逆方向に回すと圧縮バネ部材14を広げてバ
ネ力を弱くできるようになっており、これによりバネの
たわみによる出力軸10の軸荷重調整が可能とされてい
る。なお出力軸10の軸荷重調整後に、筐体カバー8の小
孔8aから接着剤を流し込んで、第2のボール軸受12の外
輪12aを筐体カバー8に固着するのが通常である。
Reference numeral 8 denotes a housing cover of the vibration wave motor, which is fixed to the housing 3 by screws 9. A second ball bearing 12 is fitted in the bearing fitting hole 8b formed at the center thereof so as to be slidable in the axial direction, and further, on the inner peripheral surface of the bearing fitting hole 8b,
A screw portion 8c is formed, and a spring pressure adjusting nut member 18 is screwed thereto. The spring pressure adjusting nut member 18 is in contact with only the outer ring 12a of the second ball bearing 12, and the inner ring 12b of the second ball bearing 12 is provided so as to be axially slidable and rotatable with respect to the output shaft 10. Then, the insertion rod of a jig (not shown) having, for example, two insertion rods formed at the tip end is inserted into two small holes 18a, 18a formed in the spring pressure adjusting nut member 18, and By turning in the direction, the spring pressure adjusting nut member 18 pushes the second ball bearing 12 in the same direction while screwing in the left direction in the drawing to contract the compression spring member 14 to increase the spring force, and in the opposite direction. When turned, the compression spring member 14 can be expanded to weaken the spring force, whereby the axial load of the output shaft 10 can be adjusted by the deflection of the spring. After adjusting the shaft load of the output shaft 10, it is usual that an adhesive is poured from the small hole 8 a of the housing cover 8 to fix the outer ring 12 a of the second ball bearing 12 to the housing cover 8.

また、圧縮バネ部材14の一端と第2のボール軸受12と
の間には、第2のボール軸受12の内輪12bにのみ当接す
るスペーサ13が配置され、このスペーサ13に圧縮バネ部
材14の一端が当接し、出力軸が支障なくスムーズに回転
できるようにしている。なお、圧縮バネ部材14には、た
わみに対する軸荷重の変動を小さくするためにバネ定数
の極力小さなものが好ましく用いられる。
A spacer 13 is disposed between one end of the compression spring member 14 and the second ball bearing 12 so as to abut only on the inner ring 12b of the second ball bearing 12. One end of the compression spring member 14 is , So that the output shaft can rotate smoothly without any trouble. Note that, as the compression spring member 14, a member having a spring constant as small as possible is preferably used in order to reduce the fluctuation of the axial load with respect to the deflection.

上記した振動体2の圧電素子群1は、第2図に示すよ
うに、夫々図示の如く分極処理された駆動用のA圧電素
子群1a及びB圧電素子群1bと、振動状態を検出する2つ
の振動検出用圧電素子1cと、接地用の共通電極1dから構
成され、B圧電素子群1bはA圧電素子群1aに対し、励起
されるべき振動数の波長(λ)の1/4だけずれたピッチ
で配置されている。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric element group 1 of the vibrating body 2 includes a driving A piezoelectric element group 1a and a driving B piezoelectric element group 1b, each of which has been subjected to polarization processing as shown in FIG. It consists of two vibration detecting piezoelectric elements 1c and a common electrode 1d for grounding, and the B piezoelectric element group 1b is shifted from the A piezoelectric element group 1a by 1/4 of the wavelength (λ) of the frequency to be excited. Are arranged at different pitches.

そしてA圧電素子群1aとB圧電素子群1bに、互いに位
相が90゜異なる周波電圧を印加することにより、振動体
2の表面に進行性振動波が発生し、この振動体2に上述
の如く加圧接触された移動体7が摩擦駆動され、中間部
材15を介して出力軸10を回転させる。
By applying frequency voltages having phases different from each other by 90 ° to the A piezoelectric element group 1a and the B piezoelectric element group 1b, a progressive vibration wave is generated on the surface of the vibrating body 2, and the vibrating body 2 is subjected to the vibration as described above. The moving body 7 that has come into pressure contact is driven by friction, and rotates the output shaft 10 via the intermediate member 15.

以上の構成の振動波モータにつき、移動体7の複合樹
脂層である摺動体6の材質を検討するために下記第一表
の配合からなる摺動体としての板状体を形成し(実験例
1、2および実施例1、2及び参考例1〜6)、下記に
従ってその曲げ弾性率を測定した。
With respect to the vibration wave motor having the above-described configuration, a plate-like body as a sliding body having the composition shown in the following Table 1 was formed in order to examine the material of the sliding body 6 which is a composite resin layer of the moving body 7 (Experimental Example 1). , 2 and Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 to 6), and the flexural modulus thereof was measured as described below.

なお実施例の摺動体は、母材としてガラス転移点が14
0℃以上の熱可塑性樹脂に、表中に記載の各非繊維型充
填材を配合した下記の通りのものである。
The sliding body of the example had a glass transition point of 14 as a base material.
The non-fibrous fillers listed in the table are blended with a thermoplastic resin at 0 ° C. or higher as shown below.

実験例1:ポリエーテルイミド(PEI)である「ウルテ
ム」(商品名;G.E.社製)(ガラス転移点215℃)に、非
繊維型強化充填剤としてグラファイト粉末を重量比で30
%充填配合し、射出成形法により、1mmの板状体(摺動
体)とした。
Experimental Example 1: A polyetherimide (PEI) "Ultem" (trade name; manufactured by GE) (glass transition point: 215 ° C) was mixed with a graphite powder as a non-fiber reinforced filler at a weight ratio of 30.
%, And a 1 mm plate-shaped body (sliding body) was formed by injection molding.

実験例2:ポリアミドイミド(PAI)である「トーロン」
(商品名;アモコ社製)(ガラス転移点275℃)にグラ
ファイト粉末を重量比で30%充填配合し、実験例1と同
様の板状体とした。
Experimental Example 2: Polyamideimide (PAI) "TORON"
(Trade name; manufactured by Amoco Co.) (glass transition point: 275 ° C.) was filled and mixed with 30% by weight of graphite powder to obtain a plate-like body similar to that of Experimental Example 1.

実施例1:ポリイミド(PI)である「New−TPI」(商品
名;三井東圧化学社製)(ガラス転移点260℃)に非繊
維型強化充填剤として炭素ビーズ(平均粒径10μm)を
重量比で30%充填配合し、実験例1と同様の板状体とし
た。
Example 1: Polyimide (PI) "New-TPI" (trade name; manufactured by Mitsui Toatsu Chemicals Co., Ltd.) (glass transition point: 260 ° C) was coated with carbon beads (average particle size: 10 µm) as a non-fiber reinforced filler. The mixture was filled and mixed at a weight ratio of 30% to obtain a plate-like body similar to that of Experimental Example 1.

実施例2:実施例1の配合に更に固体潤滑剤として四フッ
化エチレン(PTFE)粉末(平均粒径9μm)を重量比で
8.5%、酸化鉛粉末(平均粒径10μm)を重量比で6.0%
充填配合して同様に板状体とした。
Example 2: In addition to the composition of Example 1, a powder of ethylene tetrafluoride (PTFE) (average particle size 9 μm) was added as a solid lubricant in a weight ratio.
8.5%, Lead oxide powder (average particle size 10μm) 6.0% by weight
The mixture was filled and similarly formed into a plate-like body.

参考例として、ガラス転移点が100℃以上の各耐熱性
熱可塑性樹脂に、耐摩耗性向上のために、第一表中記載
量の炭素繊維を分散充填して、実施例と同様の板状体に
成形し、その曲げ弾性率を測定した結果を同表に示し
た。なお炭素繊維の充填は主に耐摩耗性の向上を目的と
しており、この目的からは充填量は多いことが望ましい
が、充填量が30%を越えると射出成形が困難となる。な
お炭素繊維の充填により材料の弾性率や硬さ等大きくな
って、結果的にモータ等の性能が向上することは知られ
ている。
As a reference example, to each heat-resistant thermoplastic resin having a glass transition point of 100 ° C. or higher, in order to improve abrasion resistance, the amount of carbon fiber described in Table 1 was dispersed and filled, and the same plate-like shape as in the example was used. The results were shown in the table. The filling of the carbon fiber is mainly intended to improve the wear resistance. For this purpose, it is desirable that the filling amount is large, but if the filling amount exceeds 30%, injection molding becomes difficult. It is known that the filling of carbon fibers increases the elastic modulus and hardness of the material, and consequently improves the performance of the motor and the like.

曲げ弾性率の測定 ASTM D792に基づき測定したもので厚み3.2mmの板を用
いた。
Measurement of Flexural Modulus A plate having a thickness of 3.2 mm was measured based on ASTM D792.

上記表から明らかであるように、本実施例の複合樹脂
層は、例えば実験例1,2は、同じ熱可塑性樹脂を母材と
した参考例1,2の板状体に比べて曲げ弾性率が小さいこ
とが理解される。
As is clear from the above table, the composite resin layer of the present example has, for example, the flexural modulus in Experimental Examples 1 and 2 compared to the plate-like bodies of Reference Examples 1 and 2 using the same thermoplastic resin as a base material. Is small.

また実施例1,2は、同じ熱可塑性樹脂を母材とした参
考例3に比べて曲げ弾性率が小さいことが理解される。
It is also understood that Examples 1 and 2 have a smaller flexural modulus than Reference Example 3 using the same thermoplastic resin as a base material.

実施例 上記第一表に示された板状体(摺動体)を支持体に固
着して移動体を作製し、これを用いて第1図を振動波モ
ータを製作した。
Example A moving body was prepared by fixing the plate-like body (sliding body) shown in the first table to a support, and using this, a vibration wave motor was manufactured as shown in FIG.

振動体2の振動体基板は、その熱膨張係数が固着され
る圧電素子群1の面方向の熱膨張係数に近似し、金属と
しては比較的熱膨張係数が小さく、また内部損失も小さ
い弾性材料であるマルテンサイト系ステンレスを用い
て、直径が73mm、軸方向寸法が7mmの円環状のものとし
て形成し、また移動体が加圧接触される摺動面は、炭化
珪素(SiC)を共析(10%程度)したニッケル−リン基
合金の硬質面(Hv=600)をアニールして硬度を上げて
(Hv=1100)を用いた。
The vibrating body substrate of the vibrating body 2 is an elastic material whose thermal expansion coefficient is close to the thermal expansion coefficient in the plane direction of the piezoelectric element group 1 to which it is fixed, and whose metal has a relatively small thermal expansion coefficient and a small internal loss. Is made of martensitic stainless steel with a diameter of 73 mm and an axial dimension of 7 mm in an annular shape. The sliding surface against which the moving body is in pressure contact is made of eutectoid silicon carbide (SiC). The hard surface (Hv = 600) of the nickel-phosphorus-based alloy (Hv = 600) that had been annealed (about 10%) was annealed to increase the hardness (Hv = 1100).

移動体の作製は、上記振動体と概ね同寸法の円環状支
持体を一般的なアルミニウム合金により形成し、上記第
一表で示した板状体(摺動体)を複合樹脂層としてエポ
キシ系接着剤を用いて接着固定した。なおこの摺動体6
は射出成形品である10mm厚の板材の片側面が摺動面とな
るように約1mm厚で削り出し、支持体5に固着後、摺動
面を微小量切削(又は研磨)して最終的に1mm厚にする
と共に、摺動面に炭素維維が露出するようにしたが、こ
れはモータ初期性能と経時的性能に差がでないようにし
たためである。
The moving body is manufactured by forming an annular support having substantially the same dimensions as the vibrating body from a general aluminum alloy, and using the plate-like body (sliding body) shown in the above Table 1 as a composite resin layer by epoxy bonding. It was adhesively fixed using an agent. This sliding body 6
Is about 1mm thick so that one side of a 10mm thick plate material, which is an injection molded product, becomes a sliding surface. After fixing to the support 5, the sliding surface is finely cut (or polished) and finally finished. In addition to the thickness of 1 mm, the carbon fiber was exposed on the sliding surface, so that there was no difference between the initial performance of the motor and the performance over time.

なお参考例2,4,5の複合樹脂層には摺動時の潤滑性向
上のためにPTFEを5%充填した、また参考例の振動波モ
ータでは、移動体の摺動面を提供する複合樹脂層に炭素
繊維が充填配合されているため、振動体の摺動面は上述
したタングステンカーバイト及びコバルトからなる超硬
材料を溶射して硬質面(Hv≒1200)とした。
The composite resin layers of Reference Examples 2, 4, and 5 were filled with 5% PTFE to improve lubrication during sliding. In the vibration wave motor of Reference Example, the composite resin layer provided the sliding surface of the moving body. Since the resin layer is filled with carbon fibers, the sliding surface of the vibrating body was made to be a hard surface (Hv ≒ 1200) by spraying the above-mentioned tungsten carbide and cobalt carbide material.

以上の摺動体からなる複合樹脂層(上記参考例1〜
6、及び実験例1,2、実施例1,2)を固着した移動体を、
第1図で説明した大出力型の振動波モータに組込み、
「鳴き」、「出力」、及び「トルクムラ」を下記に従っ
て測定した。
The composite resin layer composed of the above-mentioned sliding body (the above reference examples 1 to 5)
6, and the moving body to which Experimental Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2) are fixed,
Incorporated into the large output type vibration wave motor described in FIG.
"Squeal", "output", and "torque unevenness" were measured as follows.

[鳴きの測定] 第1図の振動波モータにおける圧縮ばね部材14が発生
する加圧力を9kgfに設定し、FFTを用いて無負荷回転時
の鳴きを測定した。測定結果を概略鳴きあり及び鳴きな
しとして示した。
[Measurement of Squeal] The pressure generated by the compression spring member 14 in the vibration wave motor of FIG. 1 was set to 9 kgf, and the squeal at the time of no-load rotation was measured by using FFT. The measurement results are shown as roughly with and without squeal.

[出力の測定] 定格トルク(4kgcm)での出力の大きさを低速トルク
検出器を用いて測定した。測定結果は出力の大きさによ
り大,中,小に分けた。
[Measurement of output] The magnitude of the output at the rated torque (4 kgcm) was measured using a low-speed torque detector. The measurement results were classified into large, medium, and small according to the magnitude of the output.

[トルクムラの測定] 定格(4kgcm、100rpm)で連続駆動したときのトルク
ムラを低速型トルク検出器を用いて測定した。測定結果
は、トルクの変動量により中,小に分けた。
[Measurement of Torque Unevenness] The torque unevenness during continuous driving at the rated speed (4 kgcm, 100 rpm) was measured using a low-speed torque detector. The measurement results were classified into medium and small according to the amount of torque fluctuation.

なお鳴き及び出力の測定ではいずれの例でもも振動体
2の振動振幅量は設定した一定量で行なった。
Note that the measurement of the squeal and the output was performed with the vibration amplitude of the vibrating body 2 being a set constant amount in each case.

また定格時のトルクムラの測定では定格値が得られる
ように摺動体の材料毎に振動体2の振動振幅量を設定し
た。
Further, in the measurement of torque unevenness at the time of rating, the vibration amplitude of the vibrating body 2 was set for each material of the sliding body so as to obtain a rated value.

上記表の結果から明らかであるように、まず定格(4k
gcm、100rpm)で連続運転を開始すると、いずれの移動
体も特に駆動直後の数分間でトルクのうねりが見られる
が、実施例2ではうねり量が小さかった。
As is evident from the results in the table above, the rating (4k
gcm, 100 rpm), the swelling of the torque was observed in each of the moving bodies, especially within a few minutes immediately after driving, but the swelling amount was small in Example 2.

また連続運転2時間後のトルクムラも実施例1,2の非
繊維型強化充填材を充填配合した実施例のものはトルク
ムラが3%程度と、参考例の5%よりも小さかった。
Further, the torque unevenness after 2 hours of continuous operation was about 3% in the examples of Examples 1 and 2 in which the non-fiber reinforced filler was filled and mixed, which was smaller than 5% in the reference example.

また定格時(4kgcm)の出力をみると、参考例が4.8〜
5.4Wの範囲にあるのに対し、実施例は4.7〜5.1Wであ
り、大幅な低下はなく実用に供し得る範囲であった。
Looking at the output at the rated time (4 kgcm),
While it was in the range of 5.4 W, the working example was 4.7 to 5.1 W, and there was no significant decrease, and the range was practical.

更に無負荷時の鳴きをみると、参考例1〜6の摺動体
では全て鳴きの現象が見られたが、実施例では全く鳴き
の現象の発生がなかった。
Further, when the squeal was observed under no load, the squeal phenomenon was observed in all of the sliding bodies of Reference Examples 1 to 6, but the squeal phenomenon was not generated at all in the examples.

(発明の効果) 以上説明したように本発明は、振動波を生ずる振動体
と、前記振動体と加圧接触する接触体と、を有し、前記
振動波によって前記振動体と前記接触体とを相対移動さ
せる振動波駆動装置において、前記振動体と前記接触体
の一方の接触部に、ガラス転移点が140℃以上の熱可塑
性樹脂の母材に、少なくとも平均粒径が10〜30μmの球
形の炭素ビーズを充填配合した複合樹脂を形成したの
で、定格の大出力時のトルクのうねり及びムラ等を改善
できるという効果が得られる。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention includes a vibrating body that generates a vibration wave, and a contact body that comes into pressure contact with the vibrating body, and the vibrating body and the contact body are caused by the vibration wave. In the vibration wave driving device for relatively moving, the vibrating body and the one contact portion of the contact body, the glass transition point of the base material of a thermoplastic resin of 140 ° C. or more, at least an average particle diameter of 10 to 30 μm spherical Since the composite resin formed by filling and blending the carbon beads is formed, it is possible to obtain the effect of improving the swelling and unevenness of the torque at the time of the rated large output.

また、本発明の複合樹脂は、母材として熱可塑性樹脂
を用いたことにより、安価な射出成形法が利用でき、さ
らに充填材として、平均粒径10〜30μmの球形の炭素ビ
ーズを用いたので、充填材の流動性により、分散しやす
く、無配向となるので、成形時に摩耗特性が均一化でき
ると共に、機械的な特性も均一とすることができる。
In addition, since the composite resin of the present invention uses a thermoplastic resin as a base material, an inexpensive injection molding method can be used, and as a filler, spherical carbon beads having an average particle diameter of 10 to 30 μm are used. Since the filler is easily dispersed and non-oriented due to the fluidity of the filler, the wear characteristics can be made uniform at the time of molding, and the mechanical characteristics can also be made uniform.

また、無負荷時あるいは低負荷時の駆動に際し、「鳴
き」を回避することができるという効果が得られる。
In addition, an effect is obtained that "squeal" can be avoided when driving under no load or low load.

さらに、振動体の接触部として、炭化珪素(SiC)を
共析したニッケル−リン基合金の無電解メッキによる安
価な硬質面を用いることができるので、従来のタングス
テンカーバイト及びコバルトからなる超硬材料を溶射し
た高価な硬質面を用いた場合と同等の高精度の振動波駆
動装置を構成することができ、振動波駆動装置を低コス
トに提供するできるという効果もある。
Further, since a cheap hard surface formed by electroless plating of a nickel-phosphorus-based alloy obtained by eutectoid silicon carbide (SiC) can be used as a contact portion of the vibrating body, a conventional tungsten carbide and cobalt carbide can be used. A high-precision vibration-wave driving device equivalent to the case of using an expensive hard surface sprayed with a material can be formed, and the vibration-wave driving device can be provided at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明を適用して構成される振動波モータの構
成概要を縦断面図として示した図、第2図は振動体を構
成する圧電素子群の配置を説明する平面図である。 1:圧電素子群、2:振動体 5:支持体、6:摺動体 7:移動体 15:中間部材、17:弾性シート部材
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of the configuration of a vibration wave motor to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a plan view for explaining an arrangement of a group of piezoelectric elements constituting a vibrating body. 1: Piezoelectric element group, 2: Vibration body 5: Support body, 6: Sliding body 7: Moving body 15: Intermediate member, 17: Elastic sheet member

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】振動波を生ずる振動体と、前記振動体と加
圧接触する接触体と、を有し、前記振動波によって前記
振動体と前記接触体とを相対移動させる振動波駆動装置
において、 前記振動体と前記接触体の一方の接触部に、ガラス転移
点が140℃以上の熱可塑性樹脂の母材に、少なくとも平
均粒径が10〜30μmの球形の炭素ビーズを充填配合した
複合樹脂を形成したことを特徴とする振動波駆動装置。
1. A vibration wave drive device comprising: a vibrating body that generates a vibration wave; and a contact body that comes into contact with the vibrating body under pressure, wherein the vibration wave relatively moves the vibrating body and the contact body. A composite resin in which a glass transition point of a base material of a thermoplastic resin having a temperature of 140 ° C. or higher is filled with spherical carbon beads having an average particle diameter of at least 10 to 30 μm at one contact portion of the vibrating body and the contact body. The vibration wave driving device characterized by forming.
【請求項2】請求項1において、前記複合樹脂は、前記
炭素ビーズを重量比で5〜40%含有させたことを特徴と
する振動波駆動装置。
2. The vibration wave driving device according to claim 1, wherein the composite resin contains the carbon beads in a weight ratio of 5 to 40%.
【請求項3】請求項1または2において、前記複合樹脂
は、前記接触体に形成されたことを特徴とする振動波駆
動装置。
3. The vibration wave driving device according to claim 1, wherein the composite resin is formed on the contact body.
【請求項4】請求項3において、前記接触体は、支持体
と前記複合樹脂からなる成形体の固着一体化により形成
されていることを特徴とする振動波駆動装置。
4. The vibration wave driving device according to claim 3, wherein the contact body is formed by fixing and integrating a support and a molded body made of the composite resin.
【請求項5】請求項3において、前記接触体は前記複合
樹脂の成形体のみからなることを特徴とする振動波駆動
装置。
5. The vibration wave driving device according to claim 3, wherein the contact body is formed only of the molded body of the composite resin.
【請求項6】請求項3、4または5において、前記振動
体の接触部が、炭化珪素、炭化ホウ素、ホウ素チタニウ
ム、チッ化ホウ素の一種以上を含むニッケル−リン基合
金であることを特徴とする振動波駆動装置。
6. The method according to claim 3, wherein the contact portion of the vibrator is a nickel-phosphorus-based alloy containing at least one of silicon carbide, boron carbide, boron titanium, and boron nitride. Vibration wave driving device.
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