JP3098858B2 - 超音波モータ - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
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- H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
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- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
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- H02N2/163—Motors with ring stator
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ、詳しく
は超音波振動子の特定表面に発生する超音波振動によ
り、該特定表面に圧接した移動体を該超音波振動子に対
して所望の方向に相対移動させる超音波モータに関す
る。
は超音波振動子の特定表面に発生する超音波振動によ
り、該特定表面に圧接した移動体を該超音波振動子に対
して所望の方向に相対移動させる超音波モータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、超音波モータは種々知られてお
り、たとえば、特開平1−283072号公報にもその
1例が開示されている。図9は、該従来の超音波モータ
の主要部を示した概略図である。この超音波モータは、
図中、電歪素子111に接合された振動体112に生ず
る進行性振動波により、摩擦面を介して該振動体112
に接触している移動体113を摩擦駆動する超音波振動
波モータであって、該振動体112と移動体113との
何れか一方の摩擦面に陽極酸化法による硬質アルマイト
処理を施し、他方の摩擦面を炭化ホウ素,ホウ素チタニ
ウム,チッ化ホウ素のうち一種以上を含有するニッケル
リン基合金からなる超硬材料で構成されている。そし
て、上記硬質アルマイトによる摺動部材によって超音波
モータの寿命を向上させ、また、高μ摩擦面による移動
体の駆動によって該駆動力向上させることを狙うもので
ある。
り、たとえば、特開平1−283072号公報にもその
1例が開示されている。図9は、該従来の超音波モータ
の主要部を示した概略図である。この超音波モータは、
図中、電歪素子111に接合された振動体112に生ず
る進行性振動波により、摩擦面を介して該振動体112
に接触している移動体113を摩擦駆動する超音波振動
波モータであって、該振動体112と移動体113との
何れか一方の摩擦面に陽極酸化法による硬質アルマイト
処理を施し、他方の摩擦面を炭化ホウ素,ホウ素チタニ
ウム,チッ化ホウ素のうち一種以上を含有するニッケル
リン基合金からなる超硬材料で構成されている。そし
て、上記硬質アルマイトによる摺動部材によって超音波
モータの寿命を向上させ、また、高μ摩擦面による移動
体の駆動によって該駆動力向上させることを狙うもので
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の摺動部材の組合わせは非常に有効な手段である
が、寿命という点を考えるとまだ問題点が多い。すなわ
ち、電磁型のモータの寿命に比べると上記従来の超音波
モータの寿命はまだ短く実用上このことが普及の妨げと
なっている。以下、この寿命の問題点について説明す
る。
従来の摺動部材の組合わせは非常に有効な手段である
が、寿命という点を考えるとまだ問題点が多い。すなわ
ち、電磁型のモータの寿命に比べると上記従来の超音波
モータの寿命はまだ短く実用上このことが普及の妨げと
なっている。以下、この寿命の問題点について説明す
る。
【0004】摩耗が発生する場合、移動体側の硬質アル
マイト(アルミニウムを陽極酸化して耐食性酸化被膜を
形成する方法の日本における登録名)が削られてパウダ
ー状の粉(大きさはsub−μmオーダー)とフレーク
状の粉(大きさは数十μm)とが発生する。このフレー
ク状の粉の発生は、硬質アルマイトの表面附近の脱落現
象に起因するもので、これは該硬質アルマイトの結晶構
造が弱いために起る。そして、一担脱落現象が生じる
と、該フレーク状の粉は移動体と振動体との間に入り込
んで砥粒のような働きを行い該脱落現象を助長する。す
なわち、上記フレーク状の粉は摩擦面間を転がりながら
該硬質アルマイト表面を削ることになる。このとき、該
硬質アルマイト表面からは多量のパウダー状の微細な粉
が発生し、さらに該表面を削るので該硬質アルマイトの
寿命、すなわち、超音波モータとしての寿命は著しく低
下することになる。
マイト(アルミニウムを陽極酸化して耐食性酸化被膜を
形成する方法の日本における登録名)が削られてパウダ
ー状の粉(大きさはsub−μmオーダー)とフレーク
状の粉(大きさは数十μm)とが発生する。このフレー
ク状の粉の発生は、硬質アルマイトの表面附近の脱落現
象に起因するもので、これは該硬質アルマイトの結晶構
造が弱いために起る。そして、一担脱落現象が生じる
と、該フレーク状の粉は移動体と振動体との間に入り込
んで砥粒のような働きを行い該脱落現象を助長する。す
なわち、上記フレーク状の粉は摩擦面間を転がりながら
該硬質アルマイト表面を削ることになる。このとき、該
硬質アルマイト表面からは多量のパウダー状の微細な粉
が発生し、さらに該表面を削るので該硬質アルマイトの
寿命、すなわち、超音波モータとしての寿命は著しく低
下することになる。
【0005】図6は、上記従来の硬質アルマイトの断面
を拡大して示した斜視図である。
を拡大して示した斜視図である。
【0006】アルマイト1はアルミニウム3を陽極酸化
して形成された耐食性酸化被膜である。なお、バリア層
2は上記アルマイト1とアルミニウム3との中間部材で
あり、Al2 + Al2O3 ・H2O で表される。上記ア
ルマイト1は、電解直後においてはその表面に多数の微
小孔4が形成された多孔質酸化被膜γ−Al2O3となっ
ているが、この状態のままでは耐久性に欠けるため通常
酢酸ニッケル等による封孔処理が行われて上記微小孔4
が塞がれる。しかし、同図6に示すように上述した酢酸
ニッケル等による封孔処理ではアルマイト1表面から数
μmの範囲105までしか封孔処理が成されない。つま
り、該微小孔4の下部から底部にかけては中空状態とな
っている。また、この現象はアルマイト1の膜厚が厚い
ほど顕著に見られる。そして、摩耗によって該アルマイ
ト1表面の一部が脱落すると該アルマイト1表面には中
空となっている多数の上記微小孔4が現れることにな
る。これにより該アルマイト1自体の強度が弱くなり、
ますます脱落現象が激しくなって摩耗が助長される。
して形成された耐食性酸化被膜である。なお、バリア層
2は上記アルマイト1とアルミニウム3との中間部材で
あり、Al2 + Al2O3 ・H2O で表される。上記ア
ルマイト1は、電解直後においてはその表面に多数の微
小孔4が形成された多孔質酸化被膜γ−Al2O3となっ
ているが、この状態のままでは耐久性に欠けるため通常
酢酸ニッケル等による封孔処理が行われて上記微小孔4
が塞がれる。しかし、同図6に示すように上述した酢酸
ニッケル等による封孔処理ではアルマイト1表面から数
μmの範囲105までしか封孔処理が成されない。つま
り、該微小孔4の下部から底部にかけては中空状態とな
っている。また、この現象はアルマイト1の膜厚が厚い
ほど顕著に見られる。そして、摩耗によって該アルマイ
ト1表面の一部が脱落すると該アルマイト1表面には中
空となっている多数の上記微小孔4が現れることにな
る。これにより該アルマイト1自体の強度が弱くなり、
ますます脱落現象が激しくなって摩耗が助長される。
【0007】一方、図7は上記アルマイト1の角部分の
1例を拡大して示した斜視図であるが、図に示すように
角部7にはアルマイト1が形成されていない。これは、
アルマイト1がアルミニウム3の表面において垂直方向
にしか成長しない性質を有するためであり、これにより
該角部107でアルマイト1が割れたようになってその
断面が露呈した状態になっている。このような状態で角
部107に外部より力がかかると該角部107から小片
108が欠落し、この欠落した部分からアルマイト1が
崩れていく現象か生じる。
1例を拡大して示した斜視図であるが、図に示すように
角部7にはアルマイト1が形成されていない。これは、
アルマイト1がアルミニウム3の表面において垂直方向
にしか成長しない性質を有するためであり、これにより
該角部107でアルマイト1が割れたようになってその
断面が露呈した状態になっている。このような状態で角
部107に外部より力がかかると該角部107から小片
108が欠落し、この欠落した部分からアルマイト1が
崩れていく現象か生じる。
【0008】図8は上記アルマイト1の角部分の他の例
を示す拡大斜視図であり、図に示すようにC面形状の面
取を施した例であるが、この場合においても該アルマイ
ト1は割れたようになっていて、上記図7に示す場合と
同様に該アルマイト1より小片108が多数欠落するこ
とになる。この小片108は上述したフレーク状の粉よ
りも大きく砥粒の作用をさらに助長することになる。
を示す拡大斜視図であり、図に示すようにC面形状の面
取を施した例であるが、この場合においても該アルマイ
ト1は割れたようになっていて、上記図7に示す場合と
同様に該アルマイト1より小片108が多数欠落するこ
とになる。この小片108は上述したフレーク状の粉よ
りも大きく砥粒の作用をさらに助長することになる。
【0009】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、摩耗が少なく、かつ、小片の欠落がない摺動
部材を有し、長寿命化を実現した超音波モータを提供す
ることを目的とする。
のであり、摩耗が少なく、かつ、小片の欠落がない摺動
部材を有し、長寿命化を実現した超音波モータを提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による超音波モータは、超音波振動子の特定
表面に発生する超音波振動により、上記特定表面に圧接
した移動体を上記超音波振動子に対して所望の方向に相
対移動させる超音波モータにおいて、上記超音波振動子
と上記移動体との何れか一方の接触面に、底部まで水和
物で充填された複数の微小孔を有する多孔質酸化被膜を
施した摺動部材を具備する。
めに本発明による超音波モータは、超音波振動子の特定
表面に発生する超音波振動により、上記特定表面に圧接
した移動体を上記超音波振動子に対して所望の方向に相
対移動させる超音波モータにおいて、上記超音波振動子
と上記移動体との何れか一方の接触面に、底部まで水和
物で充填された複数の微小孔を有する多孔質酸化被膜を
施した摺動部材を具備する。
【0011】
【作用】本発明においては、超音波振動子と移動体との
何れか一方の接触面に形成する摺動部材に施す多孔質酸
化被膜の微小孔に底部まで水和物を充填するか、もしく
は、該摺動部材の角部に曲面形状の面取を施すかの少な
くとも一方を成す。
何れか一方の接触面に形成する摺動部材に施す多孔質酸
化被膜の微小孔に底部まで水和物を充填するか、もしく
は、該摺動部材の角部に曲面形状の面取を施すかの少な
くとも一方を成す。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【0013】図1は、本発明の超音波モータの摺動部材
に施している多孔質酸化被膜(アルマイト)の1実施例
を示した拡大断面斜視図である。
に施している多孔質酸化被膜(アルマイト)の1実施例
を示した拡大断面斜視図である。
【0014】図に示すように、アルマイト1に形成され
る微小孔4の内部には水和物5が該微小孔4の底部まで
充填されている。この水和物5は封孔温度により異なる
が、以下の化学式で示されるベーマイトが最も適してい
る。
る微小孔4の内部には水和物5が該微小孔4の底部まで
充填されている。この水和物5は封孔温度により異なる
が、以下の化学式で示されるベーマイトが最も適してい
る。
【0015】 Al2O3 +H2O → 2AlO(OH)→ Al2O3・H2O 本実施例では、上記水和物5を上記微小孔4の底部まで
形成する際に、蒸気封孔処理法を採用している。この蒸
気封孔処理法とは高温高圧の蒸気下に被アルマイト処理
物質を所定時間放置して上記微小孔を封孔する処理方法
である。さらに詳しく説明すると、図中、アルミニウム
3,バリア層2,アルマイト1とで構成される被アルマ
イト処理物質を、たとえば温度100°C〜200°
C,圧力3〜10atmの蒸気雰囲気中で30分以上放
置すると、上記アルマイト1の微小孔4内において化学
変化によって上記ベーマイト(Al2O3・H2O )等の
水和物5が発生する。これにより、該微小孔4内は該水
和物5によって満たされることになる。
形成する際に、蒸気封孔処理法を採用している。この蒸
気封孔処理法とは高温高圧の蒸気下に被アルマイト処理
物質を所定時間放置して上記微小孔を封孔する処理方法
である。さらに詳しく説明すると、図中、アルミニウム
3,バリア層2,アルマイト1とで構成される被アルマ
イト処理物質を、たとえば温度100°C〜200°
C,圧力3〜10atmの蒸気雰囲気中で30分以上放
置すると、上記アルマイト1の微小孔4内において化学
変化によって上記ベーマイト(Al2O3・H2O )等の
水和物5が発生する。これにより、該微小孔4内は該水
和物5によって満たされることになる。
【0016】上記水和物5で微小孔4が完全に充填され
たアルマイト1は、中実構造を形成することで中空状態
のときと比べて強度が数十倍に向上し、また、該アルマ
イト1は高温化に置かれた後冷却されるので、その結晶
構造もアニール(焼なまし)効果によってより強い構造
となる。
たアルマイト1は、中実構造を形成することで中空状態
のときと比べて強度が数十倍に向上し、また、該アルマ
イト1は高温化に置かれた後冷却されるので、その結晶
構造もアニール(焼なまし)効果によってより強い構造
となる。
【0017】これにより、上記アルマイト1の表面にお
けるフレーク状の粉(表面脱落)の発生が極端に少なく
なり、また、パウダー状の粉の発生も抑えられる。さら
に、該アルマイト1表面において摩耗が生じても該表面
の状態は常に一定で、摩耗が顕著になることはない。
けるフレーク状の粉(表面脱落)の発生が極端に少なく
なり、また、パウダー状の粉の発生も抑えられる。さら
に、該アルマイト1表面において摩耗が生じても該表面
の状態は常に一定で、摩耗が顕著になることはない。
【0018】一方、上記アルマイト1の角部に曲面形状
の面取を施すことで、割れのないアルマイト1が角部全
表面に形成され、小片108(図8参照)の発生が皆無
となる。
の面取を施すことで、割れのないアルマイト1が角部全
表面に形成され、小片108(図8参照)の発生が皆無
となる。
【0019】次に、アルマイト処理を施した後に、上述
したように水和物5で微小孔4を完全に充填したアルマ
イト1が形成された摺動部材を具備する超音波モータの
各実施例を説明する。
したように水和物5で微小孔4を完全に充填したアルマ
イト1が形成された摺動部材を具備する超音波モータの
各実施例を説明する。
【0020】図2は、本発明の第1実施例である超音波
モータの積層状態を示す側面図、また、図3(a)は、
上記第1実施例である超音波モータの主要部の構成を示
す拡大斜視図である。
モータの積層状態を示す側面図、また、図3(a)は、
上記第1実施例である超音波モータの主要部の構成を示
す拡大斜視図である。
【0021】図2に示すように、この超音波モータ9
は、3枚の電極13間に配設された2枚の圧電素子14
の上下部にそれぞれ共振器11,12を配設した超音波
振動子10と該超音波振動子10の一端面に圧接され、
同超音波振動子10の超音波振動によって所定方向に回
転する移動体である回転子19とで主要部が構成されて
いる。
は、3枚の電極13間に配設された2枚の圧電素子14
の上下部にそれぞれ共振器11,12を配設した超音波
振動子10と該超音波振動子10の一端面に圧接され、
同超音波振動子10の超音波振動によって所定方向に回
転する移動体である回転子19とで主要部が構成されて
いる。
【0022】図3(a)に示すように、上記圧電素子1
4はドーナツ形状を呈し、中心を通る分極境界線14a
によって互いに反対方向に分極されている。そして、2
枚の該圧電素子14がその分極境界線14aが互いに9
0°ずれるようにして積層方向に配設されている。ま
た、上記圧電素子14の上下方には該圧電素子14の伸
縮により振動する共振器11,12がそれぞれ該圧電素
子14を挟むように配設されている。さらに、上記2枚
の圧電素子14および上記共振器11,12の間には該
圧電素子14とほぼ同大同型の接触面を有する電圧印加
用の電極板13が挟まれて配設されている。該3枚の電
極板13には、それぞれ端子A,G,Bが突設されてい
て、それぞれ図示しない電源に接続されている。
4はドーナツ形状を呈し、中心を通る分極境界線14a
によって互いに反対方向に分極されている。そして、2
枚の該圧電素子14がその分極境界線14aが互いに9
0°ずれるようにして積層方向に配設されている。ま
た、上記圧電素子14の上下方には該圧電素子14の伸
縮により振動する共振器11,12がそれぞれ該圧電素
子14を挟むように配設されている。さらに、上記2枚
の圧電素子14および上記共振器11,12の間には該
圧電素子14とほぼ同大同型の接触面を有する電圧印加
用の電極板13が挟まれて配設されている。該3枚の電
極板13には、それぞれ端子A,G,Bが突設されてい
て、それぞれ図示しない電源に接続されている。
【0023】上記超音波振動子10は上記2枚の圧電素
子14,共振器11,12,3枚の電極板13が図示の
如く積層して構成されていて、これらの構成部材の中心
を固定ボルト15(図2参照)によって所定の圧着力で
締めつけ固定している。
子14,共振器11,12,3枚の電極板13が図示の
如く積層して構成されていて、これらの構成部材の中心
を固定ボルト15(図2参照)によって所定の圧着力で
締めつけ固定している。
【0024】上記共振器11は底部を有する中空の円筒
形状を呈し、上部の、互いに直角に交わる2つの径方向
には縦方向の切欠が形成されていて端面は4当分されて
いる。また、該共振器11の振動拡大のために外周側面
には中心方向へ複数の溝16が形成されている。該共振
器11の端面、すなわち、超音波振動子10の端面には
該超音波振動子10の超音波振動によって所定方向に回
転する回転子19が複数のベアリング17を介して上記
固定ボルト15に軸支されて配設されている。該回転子
19の、上記超音波振動子10との接触面の反対側には
上記固定ボルト15に軸支されたばね18aによる押圧
機構18(図2参照)が配設されていて、該回転子19
は、上記ばね18aの付勢力によって上記共振器11の
端面に押圧されている。
形状を呈し、上部の、互いに直角に交わる2つの径方向
には縦方向の切欠が形成されていて端面は4当分されて
いる。また、該共振器11の振動拡大のために外周側面
には中心方向へ複数の溝16が形成されている。該共振
器11の端面、すなわち、超音波振動子10の端面には
該超音波振動子10の超音波振動によって所定方向に回
転する回転子19が複数のベアリング17を介して上記
固定ボルト15に軸支されて配設されている。該回転子
19の、上記超音波振動子10との接触面の反対側には
上記固定ボルト15に軸支されたばね18aによる押圧
機構18(図2参照)が配設されていて、該回転子19
は、上記ばね18aの付勢力によって上記共振器11の
端面に押圧されている。
【0025】上記回転子19は、熱処理されることで硬
度がHv650以上になっているSK材によって形成さ
れていて、また、上記共振器11は振動伝達に勝れた材
質、たとえば、アルミニウム合金にシュウ酸アルマイト
処理が50μmの厚さで施されたアルマイト1(図1参
照)で形成されている。該アルマイト1は、蒸気封孔
(温度140°C、圧力4atm、放置時間100分の
蒸気下)によって封孔処理され微小孔4(図1参照)を
完全に水和物5で充填している。
度がHv650以上になっているSK材によって形成さ
れていて、また、上記共振器11は振動伝達に勝れた材
質、たとえば、アルミニウム合金にシュウ酸アルマイト
処理が50μmの厚さで施されたアルマイト1(図1参
照)で形成されている。該アルマイト1は、蒸気封孔
(温度140°C、圧力4atm、放置時間100分の
蒸気下)によって封孔処理され微小孔4(図1参照)を
完全に水和物5で充填している。
【0026】一方、図3(b)は上記共振器11の端部
を拡大して示した側断面図である。
を拡大して示した側断面図である。
【0027】この図3(b)に示すように該共振器11
の、上記回転子19との接触面の角部11aには、上記
アルマイト1の膜厚の2倍以上を半径とする曲面形状の
面取(本実施例では、半径r=0.1mm)が形成され
ている。そして、該角部11aにもアルマイト処理が施
されている。
の、上記回転子19との接触面の角部11aには、上記
アルマイト1の膜厚の2倍以上を半径とする曲面形状の
面取(本実施例では、半径r=0.1mm)が形成され
ている。そして、該角部11aにもアルマイト処理が施
されている。
【0028】このように構成される超音波モータ9は、
上記電極板13のうち上下に配設している電極板13の
端子A,Bに共振周波数附近の正弦波電圧を時間的に9
0°ずらして印加し、2つの圧電素子14間に配設して
いる電極板13の端子Gをアースすることで、超音波振
動子10に一次モードの屈曲振動が該振動子10の中心
軸周りに回転する運動が発生し、回転子19が所定方向
に回転する。
上記電極板13のうち上下に配設している電極板13の
端子A,Bに共振周波数附近の正弦波電圧を時間的に9
0°ずらして印加し、2つの圧電素子14間に配設して
いる電極板13の端子Gをアースすることで、超音波振
動子10に一次モードの屈曲振動が該振動子10の中心
軸周りに回転する運動が発生し、回転子19が所定方向
に回転する。
【0029】上記第1実施例の超音波モータは以下に示
す効果を有する。
す効果を有する。
【0030】蒸気封孔処理によって形成された水和物5
がアルマイト1の微小孔4を完全に充填するため該アル
マイト1の強度が向上する。すなわち、微小孔4が埋め
られるため、アルマイト1の被膜の耐圧縮力および耐曲
げ力が通常の被膜、たとえば酢酸ニッケル封孔処理によ
って封孔されたシュウ酸アルマイト被膜に対して約3倍
の強度が得られる。そして、たとえ、上記アルマイト1
の表面部分が初期摩耗によって摩耗しても微小孔4が中
空状態で露出する、すなわち、開口部を有して露出する
ことがないため、摩擦係数等を安定に維持することがで
き摩耗がさらに増長することがない。また、高温化に置
いた後に冷却するのでアニール(焼きなまし)効果によ
ってアルマイト1の六角形結晶の結合力が強くなり、結
晶の境界面から発生する脱落(フレーク状の粉)が減少
する。さらに、共振器11の角部11aには曲面形状の
面取が施されており、したがって、該角部11aには上
記アルマイト1の被膜が割れることなくアルミニウム表
面に形成される。ここで、この面取は該アルマイト1の
膜厚の2倍以上を半径寸法とすることが必要で、それ以
下を半径寸法とした場合、該面取部に無数のクラックが
発生し、従来のような小片の欠落が発生しやすくなる。
がアルマイト1の微小孔4を完全に充填するため該アル
マイト1の強度が向上する。すなわち、微小孔4が埋め
られるため、アルマイト1の被膜の耐圧縮力および耐曲
げ力が通常の被膜、たとえば酢酸ニッケル封孔処理によ
って封孔されたシュウ酸アルマイト被膜に対して約3倍
の強度が得られる。そして、たとえ、上記アルマイト1
の表面部分が初期摩耗によって摩耗しても微小孔4が中
空状態で露出する、すなわち、開口部を有して露出する
ことがないため、摩擦係数等を安定に維持することがで
き摩耗がさらに増長することがない。また、高温化に置
いた後に冷却するのでアニール(焼きなまし)効果によ
ってアルマイト1の六角形結晶の結合力が強くなり、結
晶の境界面から発生する脱落(フレーク状の粉)が減少
する。さらに、共振器11の角部11aには曲面形状の
面取が施されており、したがって、該角部11aには上
記アルマイト1の被膜が割れることなくアルミニウム表
面に形成される。ここで、この面取は該アルマイト1の
膜厚の2倍以上を半径寸法とすることが必要で、それ以
下を半径寸法とした場合、該面取部に無数のクラックが
発生し、従来のような小片の欠落が発生しやすくなる。
【0031】また、多孔質酸化被膜(アルマイト1)の
なかでも、本実施例にて採用しているシュウ酸アルマイ
トは一般に用いられている硫酸アルマイトよりも結晶構
造が大きく、高硬度で耐摩耗性に特に優れている。
なかでも、本実施例にて採用しているシュウ酸アルマイ
トは一般に用いられている硫酸アルマイトよりも結晶構
造が大きく、高硬度で耐摩耗性に特に優れている。
【0032】このように、アルマイトの微小孔を水和物
で完全に充填することがアルマイトの被膜強度を向上さ
せるために有効で、摩耗の原因となるフレーク状の粉の
発生を減少させ、それによって引き起こされるパウダー
状の粉をも減少させる。また、角部の曲面形状の面取に
よって小片の欠落発生を皆無にし、長寿命の超音波モー
タを提供することができる。このタイプの超音波モータ
の場合、通常のアルマイトと水和物で完全に埋められた
アルマイトでは寿命に約5倍の差がある。なお、このよ
うな微小孔を完全に埋められたアルマイトは、耐食性も
数段向上するため、医療など薬品を多用する分野にも適
用することが可能となる。
で完全に充填することがアルマイトの被膜強度を向上さ
せるために有効で、摩耗の原因となるフレーク状の粉の
発生を減少させ、それによって引き起こされるパウダー
状の粉をも減少させる。また、角部の曲面形状の面取に
よって小片の欠落発生を皆無にし、長寿命の超音波モー
タを提供することができる。このタイプの超音波モータ
の場合、通常のアルマイトと水和物で完全に埋められた
アルマイトでは寿命に約5倍の差がある。なお、このよ
うな微小孔を完全に埋められたアルマイトは、耐食性も
数段向上するため、医療など薬品を多用する分野にも適
用することが可能となる。
【0033】次に、本発明の第2実施例である超音波モ
ータについて説明する。
ータについて説明する。
【0034】図4は、上記第2実施例の超音波モータを
示す(a)概略斜視図、(b)該超音波モータにおける
回転子と弾性体との接触部を示した拡大側断面図、
(c)該超音波モータにおける回転子の微小突出部を示
した拡大断面図である。
示す(a)概略斜視図、(b)該超音波モータにおける
回転子と弾性体との接触部を示した拡大側断面図、
(c)該超音波モータにおける回転子の微小突出部を示
した拡大断面図である。
【0035】この第2実施例は、上記第1実施例と同様
のアルマイト処理を施した後に、上述したように水和物
5で微小孔4を完全に充填したアルマイト1が形成され
た摺動部材を具備する超音波モータであるが、リング形
状の進行波型超音波モータである。
のアルマイト処理を施した後に、上述したように水和物
5で微小孔4を完全に充填したアルマイト1が形成され
た摺動部材を具備する超音波モータであるが、リング形
状の進行波型超音波モータである。
【0036】図4(a)に示すように、リング形状の弾
性体22は、一方の端面には径方向に振動拡大用の溝2
3が形成され、もう他方の端面には進行波を発生させる
ように分極された圧電素子24が接合されている。な
お、該弾性体22は、たとえばSUS440Cを材料に
して形成され、熱処理によって硬度がHv900以上に
なっている。上記弾性体22の一方の端面(図中、上
面)にはリング形状の回転子25が配設されている。こ
の回転子25はアルミニウム合金で形成され、また、そ
の表面には硫酸とクエン酸の混合浴で処理された前記ア
ルマイト1が厚さ30μmで形成されている。そして、
このアルマイト1は上記第1実施例と同様に蒸気封孔処
理によって微小孔4が水和物5で完全に充填されてい
る。なお、該蒸気封孔の条件は上記第1実施例と同様で
ある。
性体22は、一方の端面には径方向に振動拡大用の溝2
3が形成され、もう他方の端面には進行波を発生させる
ように分極された圧電素子24が接合されている。な
お、該弾性体22は、たとえばSUS440Cを材料に
して形成され、熱処理によって硬度がHv900以上に
なっている。上記弾性体22の一方の端面(図中、上
面)にはリング形状の回転子25が配設されている。こ
の回転子25はアルミニウム合金で形成され、また、そ
の表面には硫酸とクエン酸の混合浴で処理された前記ア
ルマイト1が厚さ30μmで形成されている。そして、
このアルマイト1は上記第1実施例と同様に蒸気封孔処
理によって微小孔4が水和物5で完全に充填されてい
る。なお、該蒸気封孔の条件は上記第1実施例と同様で
ある。
【0037】図4(b)に示すように、上記回転子25
の下部にはばね性を有するフランジ27が形成されてい
る。このフランジ27の、上記弾性体22の一方の端面
(図中、上面)との接触面にはリング形状の微小の突出
部28が突設されていて、該回転子25は該突設部28
を介して上記弾性体22の振動を受け所定方向に回転す
るようになっている。
の下部にはばね性を有するフランジ27が形成されてい
る。このフランジ27の、上記弾性体22の一方の端面
(図中、上面)との接触面にはリング形状の微小の突出
部28が突設されていて、該回転子25は該突設部28
を介して上記弾性体22の振動を受け所定方向に回転す
るようになっている。
【0038】図4(c)は、上記図4(b)における、
上記弾性体22と上記突出部28との接触部28bを拡
大して示したもので、図に示すように該突出部28の角
部28aはアルマイト1の膜厚の2倍を半径寸法(本実
施例では、r=0.2mm)とする曲面形状の面取が施
されている。なお、上記アルマイト1は該突出部28全
体を覆っているため該突出部28の角部28aも該アル
マイト1で覆われている。
上記弾性体22と上記突出部28との接触部28bを拡
大して示したもので、図に示すように該突出部28の角
部28aはアルマイト1の膜厚の2倍を半径寸法(本実
施例では、r=0.2mm)とする曲面形状の面取が施
されている。なお、上記アルマイト1は該突出部28全
体を覆っているため該突出部28の角部28aも該アル
マイト1で覆われている。
【0039】なお、本第2実施例は、上記第1実施例に
おいて使用したシュウ酸アルマイトに限らず、多孔質型
酸化被膜である硫酸アルマイト,リン酸アルマイト,ク
ロム酸アルマイト等を用いても上記第1実施例と同様の
効果が得られる。したがって、本第2実施例は上記シュ
ウ酸アルマイトよりも安価なこれらのアルマイトを用い
ることができ量産品に適している。
おいて使用したシュウ酸アルマイトに限らず、多孔質型
酸化被膜である硫酸アルマイト,リン酸アルマイト,ク
ロム酸アルマイト等を用いても上記第1実施例と同様の
効果が得られる。したがって、本第2実施例は上記シュ
ウ酸アルマイトよりも安価なこれらのアルマイトを用い
ることができ量産品に適している。
【0040】次に、本発明の第3実施例である超音波モ
ータについて説明する。
ータについて説明する。
【0041】図5は、上記第3実施例の超音波モータを
示しており、同図(a)は超音波振動子と移動体とを示
した概略斜視図、同図(b)は該超音波振動子を下方か
ら見た底面図、同図(c)は上記移動体と上記超音波振
動子における弾性体との接触部を示した拡大断面図であ
る。
示しており、同図(a)は超音波振動子と移動体とを示
した概略斜視図、同図(b)は該超音波振動子を下方か
ら見た底面図、同図(c)は上記移動体と上記超音波振
動子における弾性体との接触部を示した拡大断面図であ
る。
【0042】この第3実施例も上記第1,第2実施例同
様、アルマイト処理を施した後に、上述したように水和
物5で微小孔4を完全に充填したアルマイト1が形成さ
れた摺動部材を具備する超音波モータであるが、リニア
型の超音波モータである。
様、アルマイト処理を施した後に、上述したように水和
物5で微小孔4を完全に充填したアルマイト1が形成さ
れた摺動部材を具備する超音波モータであるが、リニア
型の超音波モータである。
【0043】図5(a)に示すように、積層型圧電アク
チュエータ29の一方の端面(図中、下面)には、該積
層型圧電アクチュエータ29と同大の断面形状を有する
たとえばリン青銅で形成された弾性体30が、また、他
方(図中、上面)には、該積層型圧電アクチュエータ2
9と同大の断面形状を有する同じくリン青銅で形成され
た弾性体31がそれぞれ接合されている。図5(b)の
底面図に示すように上記弾性体30の4つの側面にはそ
れぞれ同形状の圧電素子32が上記積層型圧電アクチュ
エータ29の積層方向と垂直の方向に接合され、4方向
にベンディングモードの振動を励振するようになってい
る。
チュエータ29の一方の端面(図中、下面)には、該積
層型圧電アクチュエータ29と同大の断面形状を有する
たとえばリン青銅で形成された弾性体30が、また、他
方(図中、上面)には、該積層型圧電アクチュエータ2
9と同大の断面形状を有する同じくリン青銅で形成され
た弾性体31がそれぞれ接合されている。図5(b)の
底面図に示すように上記弾性体30の4つの側面にはそ
れぞれ同形状の圧電素子32が上記積層型圧電アクチュ
エータ29の積層方向と垂直の方向に接合され、4方向
にベンディングモードの振動を励振するようになってい
る。
【0044】上記弾性体31の上面中央部には図5
(a)に示すようにアルミニウム合金の半球状の突起3
3が突設されていて、該突起33を介して移動体34が
該弾性体31に圧接して配設されている。なお、この突
起33と移動体34との接触部33bは図5(c)の拡
大図に示すようになっている。上記突起33の表面は上
記第1,第2実施例と同様にアルマイト処理が施され、
たとえばシュウ酸アルマイトが40μm形成されてい
る。また、該半球状の突起33の半径は、表面に形成さ
れたアルマイト1の膜厚の2倍以上になっている。さら
に、該アルマイト1は上記第1,第2実施例と同様に蒸
気封孔処理によって微小孔4が水和物5で充填されてい
る。この蒸気封孔処理の条件は上記第1,第2実施例と
同様であるが放置時間をさらに長くしている。また、上
記移動体34はSK材で熱処理によって硬度をHv90
0以上にされている。
(a)に示すようにアルミニウム合金の半球状の突起3
3が突設されていて、該突起33を介して移動体34が
該弾性体31に圧接して配設されている。なお、この突
起33と移動体34との接触部33bは図5(c)の拡
大図に示すようになっている。上記突起33の表面は上
記第1,第2実施例と同様にアルマイト処理が施され、
たとえばシュウ酸アルマイトが40μm形成されてい
る。また、該半球状の突起33の半径は、表面に形成さ
れたアルマイト1の膜厚の2倍以上になっている。さら
に、該アルマイト1は上記第1,第2実施例と同様に蒸
気封孔処理によって微小孔4が水和物5で充填されてい
る。この蒸気封孔処理の条件は上記第1,第2実施例と
同様であるが放置時間をさらに長くしている。また、上
記移動体34はSK材で熱処理によって硬度をHv90
0以上にされている。
【0045】超音波振動子は積層型圧電アクチュエータ
29からの縦振動と、弾性体30の各側面に配設された
圧電素子32のうち対向する2枚を用いて発生するベン
ディングモードの振動とを合成して、上記半球状の突起
33に楕円の振動を発生させ、図示しない押圧手段によ
って該突起33に圧着された移動体34を直線的に移動
させるようになっている。
29からの縦振動と、弾性体30の各側面に配設された
圧電素子32のうち対向する2枚を用いて発生するベン
ディングモードの振動とを合成して、上記半球状の突起
33に楕円の振動を発生させ、図示しない押圧手段によ
って該突起33に圧着された移動体34を直線的に移動
させるようになっている。
【0046】この第3実施例によれば、弾性体31と移
動体34との間に配設した摺動部材を、アルマイト1の
膜厚の2倍以上を半径とする半球形状の突起33で構成
したことで、小片の欠落等の発生を防止することができ
る。また、蒸気封孔処理の放置時間を増加させたことに
より、微小孔4の水和物5の充填密度を増加させ、より
強度を向上させて耐摩耗性を上げることができ、超音波
モータとしての寿命も長くなっている。
動体34との間に配設した摺動部材を、アルマイト1の
膜厚の2倍以上を半径とする半球形状の突起33で構成
したことで、小片の欠落等の発生を防止することができ
る。また、蒸気封孔処理の放置時間を増加させたことに
より、微小孔4の水和物5の充填密度を増加させ、より
強度を向上させて耐摩耗性を上げることができ、超音波
モータとしての寿命も長くなっている。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ルマイトの微小孔をすべて水和物で充填することによっ
て該アルマイトの強度、結合力を向上させ、また、摺動
部材に曲面形状の面取を施したことで、摩耗が少なく、
かつ、小片の欠落がない摺動部材を有し、長寿命化を実
現した超音波モータを提供するが可能となる。
ルマイトの微小孔をすべて水和物で充填することによっ
て該アルマイトの強度、結合力を向上させ、また、摺動
部材に曲面形状の面取を施したことで、摩耗が少なく、
かつ、小片の欠落がない摺動部材を有し、長寿命化を実
現した超音波モータを提供するが可能となる。
【図1】本発明の超音波モータにおける摺動部材に施さ
れる多孔質酸化被膜の拡大断面図。
れる多孔質酸化被膜の拡大断面図。
【図2】本発明の第1実施例の超音波モータを示す側面
図。
図。
【図3】上記第1実施例の超音波モータにおける、
(a)主要部の積層状態を示す拡大斜視図と、(b)超
音波振動子と回転子との接触部を示した拡大断面図。
(a)主要部の積層状態を示す拡大斜視図と、(b)超
音波振動子と回転子との接触部を示した拡大断面図。
【図4】本発明の第2実施例の超音波モータの、(a)
概略斜視図、(b)回転子と弾性体との接触部を示した
拡大側断面図、(c)回転子の微小突出部を示した拡大
断面図。
概略斜視図、(b)回転子と弾性体との接触部を示した
拡大側断面図、(c)回転子の微小突出部を示した拡大
断面図。
【図5】本発明の第3実施例の超音波モータの、(a)
超音波振動子と移動体とを示した概略斜視図、(b)下
方から見た底面図、(c)移動体と超音波振動子との接
触部を示した拡大断面図。
超音波振動子と移動体とを示した概略斜視図、(b)下
方から見た底面図、(c)移動体と超音波振動子との接
触部を示した拡大断面図。
【図6】従来の硬質アルマイトの断面を拡大して示した
斜視図。
斜視図。
【図7】上記硬質アルマイトの角部分の1例を拡大して
示した斜視図。
示した斜視図。
【図8】上記硬質アルマイトの角部分の他の例を示す拡
大斜視図。
大斜視図。
【図9】従来の超音波モータの1例の主要部を示した概
略図。
略図。
1…アルマイト 2…バリア層 3…アルミニウム 4…微小孔 5…水和物 9…超音波モータ 10…超音波振動子 11,12…共振器 11a…角部 11b…接触部 13…電極板 14…圧電素子 19…移動体(回転子)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−97179(JP,A) 特開 平1−283072(JP,A) 特開 昭63−283475(JP,A) 特開 昭63−154075(JP,A) 特開 昭62−100178(JP,A) 実開 平1−61894(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/12 H02N 2/16
Claims (3)
- 【請求項1】 超音波振動子の特定表面に発生する超音
波振動により、上記特定表面に圧接した移動体を上記超
音波振動子に対して所望の方向に相対移動させる超音波
モータにおいて、上記超音波振動子と上記移動体との何
れか一方の接触面に、底部まで水和物で充填された複数
の微小孔を有する多孔質酸化被膜を施した摺動部材が形
成されていることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項2】 上記摺動部材の角部に曲面形状の面取を
施したことを特徴とする請求項1記載の超音波モータ。 - 【請求項3】 上記曲面形状の面取の半径は、上記多孔
質酸化被膜の膜厚の2倍以上であることを特徴とする請
求項2記載の超音波モータ。
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