JP3437360B2 - 振動波駆動装置 - Google Patents

振動波駆動装置

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JP3437360B2 JP00155796A JP155796A JP3437360B2 JP 3437360 B2 JP3437360 B2 JP 3437360B2 JP 00155796 A JP00155796 A JP 00155796A JP 155796 A JP155796 A JP 155796A JP 3437360 B2 JP3437360 B2 JP 3437360B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電変換によって
振動体に進行性振動波を発生させ、この振動体とこれに
接触する接触体とを相対移動させる振動波駆動装置(振
動波モータ)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】振動波モータは、振動体とこれに加圧接
触する接触体とから構成され、圧電変換によって振動す
る振動体と接触体間の摩擦によって両者を相対回転させ
るものである。このような振動波モータの振動体の摺動
面には、特開平4−125084号公報および特開平4
−248379号公報等にも提案されているように、振
動体と接触体間の摩擦を大きくして駆動効率を上げるた
め、摩擦係数の大きな摺動部材が配設されることが多
い。
【0003】そして、摺動部材と接触体との接触状態に
よって、そのモータの起動トルク、無負荷回転数、モー
タ回転数およびモータ効率等の諸特性が左右される。こ
のため、従来摺動部材の材料としては、特開平4−11
7183号公報および特開平1−206880号公報に
提案されているようにフッ素樹脂に耐熱性樹脂粉末を混
合したものや、熱硬化性樹脂であるフェノールアラルキ
ル樹脂にフッ素樹脂粉末を混合したものや、特開平4−
117182号公報、特開平3−173368号公報お
よび特開平3−173369号公報にて提案されている
ように熱可塑性樹脂にフッ素樹脂粉末を混合したもの
等、フッ素樹脂を含ませて耐摩耗性を向上させた材料が
多く用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッ素
樹脂は他の樹脂との接着性が悪いため、上記材料のよう
にフッ素樹脂中に他の樹脂粉末が配合されていたり他の
樹脂中にフッ素樹脂粉末が配合されたりするだけでは、
モータ駆動の間に摩擦や振動により、フッ素樹脂から他
の樹脂粉末が脱落したり他の樹脂からフッ素樹脂粉末が
脱落したりする。これにより摺動部材の摩擦係数が不安
定化してモータの動作特性に悪影響が及んだり、摩耗粉
が比較的多く発生することによって摺動面に傷が付き易
くなったりするという欠点があった。
【0005】そこで、本発明の目的は、長時間の使用に
よっても摩擦係数の変動が少なく、安定したモータの諸
特性が得られる振動波駆動装置を提供することにある。
【0006】
【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、本発明では、圧電変換により振動を生ずる振動体
と、この振動体に摺動部材を介して接触する接触体とを
相対移動させる振動波駆動装置において、多孔質フッ素
樹脂に熱硬化性樹脂または紫外線硬化型樹脂を含浸さ
せ、熱硬化性樹脂または紫外線硬化型樹脂が連続相で形
成された複合材料によって摺動部材を形成するようにし
ている。
【0007】すなわち、多孔質フッ素樹脂の孔部に熱硬
化性樹脂または紫外線硬化型樹脂を入り込ませることに
よりそれぞれの樹脂を連続相から形成して、熱硬化性樹
脂または紫外線硬化型樹脂をフッ素樹脂から脱落しにく
くし、摩擦係数の安定性を向上させるとともに摩耗粉の
発生を抑えるようにしている。なお、多孔質フッ素樹脂
の孔部の径を100μm以下にすることにより、複合材
料としたときの摩擦抵抗の均一性を確保することが望ま
しい。
【0008】ここで、フッ素樹脂としては、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレ
ン−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラ
フルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロフル
オロエチレン樹脂等を用いることが望ましい。
【0009】また、多孔質フッ素樹脂と熱硬化性樹脂と
の複合材料を作るには、シート状に加工した多孔質フッ
素樹脂を硬化前の熱硬化性樹脂溶液の中に浸漬し、この
溶液をフッ素樹脂の孔部に入り込ませる。こうして熱硬
化性樹脂を含浸したフッ素樹脂を加熱し、この熱硬化性
樹脂を硬化させる。なお、熱硬化性樹脂としては、ポリ
イミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹
脂、ベンゾグアナミン樹脂、シリコーン樹脂等を用いる
のが望ましい。
【0010】
【0011】さらに、多孔質フッ素樹脂と紫外線硬化型
樹脂との複合材料を作るには、シート状に加工した多孔
質フッ素樹脂を、硬化前の紫外線硬化型樹脂溶液の中に
浸漬し、この溶液をフッ素樹脂の孔部に入り込ませる。
こうして紫外線硬化型樹脂を含浸したフッ素樹脂に高圧
水銀ランプ等を用いて紫外線を照射し、紫外線硬化型樹
脂を硬化させる。なお、紫外線硬化型樹脂としては、特
に制限はないが、耐熱性を有するもの、例えばエポキシ
樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタ
ン−アクリレート樹脂、エポキシ−アクリレート樹脂を
用いるのが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)図1に、本発明の第1実施形態である
振動波モータを示している。この図において、5は振動
体である。この振動体5は、リング状の金属性弾性部材
2と、この弾性部材2の下面に周方向に並べられて接着
された複数個の圧電素子4とを有して構成されている。
【0013】ここで、弾性部材2は、ステンレスやリン
青銅等から形成され、その上部は周方向に複数の歯がほ
ぼ等間隔で並んだ櫛歯状に形成されている。また、複数
の圧電素子4は、円周方向に交互に異なる方向(厚さ方
向)に分極処理されており、弾性部材2のほぼ半周を区
切りとした2群に分けられる。なお、圧電素子4の弾性
部材2に対する接着は、エポキシ樹脂系等の耐熱性接着
剤が用いられる。
【0014】そして、弾性部材2の櫛歯の上面(摺動
面)には、多孔質フッ素樹脂に熱硬化性樹脂又は紫外線
硬化型樹脂を含浸させ、この熱硬化性樹脂又は紫外線硬
化型樹脂が連続相で形成されている複合材料によって形
成された摺動シート1が、上記の耐熱性接着剤を用いて
接着されている。
【0015】具体的には、摺動シート1は、多孔質フッ
素樹脂シートであるテフロン繊維シート(フロン工業
製、商品名「R−350」)の気孔部に、熱硬化性樹脂
であるポリイミドワニス(東芝ケミカル製、商品名「ケ
ミタイトCT4112」)を含浸させ、150℃で60
分間、さらに250℃で60分間加熱処理してポリイミ
ド樹脂を硬化させ、これを0.3mmの厚さにカットし
て得たものである。なお、摺動シート1の表面は振動体
5に接着された後、研磨仕上げされる。
【0016】また、振動体5(弾性部材2)の櫛歯の上
面(摺動シート1の表面)には、リング状の移動体3の
下面(摺動面)が加圧接触する。ここで、移動体3は、
SUS440で形成されており、摺動面は硬度Hv=5
00以上に熱処理された後に4000番前後の研磨加工
が施されている。
【0017】このように構成された振動波モータにおい
て、2群の圧電素子4に互いに同周波数で90°位相の
異なる2つの周波電圧を印加すると、圧電素子4が伸縮
運動し、これにより弾性部材2に縦振動と横振動が励起
される。そして、これら2つの振動の合成により、弾性
部材2に周方向に進行する進行性振動波が発生し、弾性
部材2(櫛歯)の上面の各質点が楕円運動する。なお、
弾性部材2の上部を櫛歯にすることにより、楕円運動が
増幅される。そして、この楕円運動が摺動シート1と移
動体3との摩擦によって移動体3に伝達され、移動体3
が回転駆動される。
【0018】(本実施形態と従来例との具体的比較)こ
こで、フッ素樹脂粉末(ダイキン製、商品名「M1
2」)の70重量部と、平均粒径10μmのポリイミド
樹脂粉末(三笠産業製、商品名「PWA−10」)の3
0重量部とを混合し、200kg/cm2 で圧縮成形し
た後、360℃で2時間加熱して摺動シートを作り、こ
の摺動シートを振動体に接着した直径40cmの従来の
振動波モータを用いて実験した結果、摺動シートの摩擦
係数は0.23であり、初期の起動トルクは800g・
cmであったが、100万回転動作後の起動トルクは5
00g・cmまで低下した。
【0019】これに対し、同じく直径が40cmであっ
て、摺動シート1を接着した本実施形態の振動波モータ
を用いて実験した結果、摺動シート1の摩擦係数は0.
18であり、初期の起動トルクは900g・cmであっ
たが、100万回転動作後の起動トルクは860g・c
mにしか低下しなかった。このことから分かるように、
本実施形態の振動波モータは、動作時間による起動トル
クの変動が少ない。
【0020】また、従来の振動波モータでは、100万
回転動作後の摩耗深さは80μmに達したが、本実施形
態の振動波モータでは3μmにしかならず、摩耗量が少
なかった。
【0021】さらに、従来の振動波モータでは、摩耗が
進むにつれて脱落した多くのポリイミド樹脂粉末が櫛歯
の溝内に堆積し、異常な動作音が生じるとともに摺動面
に同心円状の傷が発生していたが、本実施形態の振動波
モータでは、異常な動作音の発生も認められず、摺動面
に傷が発生していなかった。
【0022】このように、本実施形態の振動波モータを
用いれば、長時間の運転後も起動トルクの変動等が少な
く安定したモータ特性が得られる。また、摺動シート1
の摩耗が少なく、異常な動作音や摺動面の傷の発生を抑
制することができる。
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】(第実施形態) 摺動シート1は、多孔質フッ素樹脂シートに紫外線硬化
型樹脂を含浸させた材料を用いて作ってもよい。
【0030】具体的には、多孔質フッ素樹脂シートであ
るテフロン繊維シート(フロン工業製、商品名「R−3
50」)の気孔部に、紫外線硬化型樹脂である紫外線硬
化型ワニス(旭電化工業製、商品名「アデカオプトマー
BYX−9006」)を含浸させ、これに80Wの高圧
水銀ランプを用いて紫外線を1分間照射して紫外線硬化
型ワニスを硬化させ、これを0.3mmの厚さにカット
して得る。なお、この場合も、摺動シート1の表面は振
動体5に接着された後、研磨仕上げされる。
【0031】この摺動シート1の摩擦係数は0.36で
あり、直径40cmの振動波モータを用いて実験した結
果、初期の起動トルクは900g・cmであったが、1
00万回転動作後の起動トルクも860g・cmにしか
低下しなかった。このことから分かるように、本実施形
態の振動波モータは、前述した従来のものに比べて動作
時間による起動トルクの変動が少ない。
【0032】また、本実施形態の振動波モータの100
万回転動作後の摩耗深さは6μmであり、従来のものに
比べて摩耗量が少なかった。
【0033】さらに、本実施形態の振動波モータでは、
異常な動作音の発生も認められず、摺動面に傷が発生し
ていなかった。
【0034】このように、本実施形態の振動波モータを
用いても、長時間の運転後も起動トルクの変動等が少な
く安定したモータ特性が得られる。また、摺動シート1
の摩耗が少なく、異常な動作音や摺動面の傷の発生を抑
制することができる。
【0035】(第実施形態) また、平均孔径が10μm(但し、最大孔径100μm
以下)の多孔質フッ素樹脂シートであるテフロンフィル
ターシート(フロン工業製、商品名「F−3009」)
に、第1実施形態、第2実施形態にて説明したように熱
硬化性樹脂又は紫外線硬化型樹脂含浸させることによ
って、振動シート1を作ってもよい。
【0036】この摺動シート1を接着した直径40cm
の振動波モータを用いて実験した結果、初期の起動トル
クは900〜1000g・cmであったが、100万回
転動作後の起動トルクも初期の起動トルクの90〜10
0%であり、前述した従来のものに比べて動作時間によ
る起動トルクの変動が少ない。
【0037】また、100万回動作後の摩擦係数は0.
25であり、初期の摩擦係数に比べて90〜100%と
変動が少なかった。
【0038】さらに、本実施形態の振動波モータでは、
異常な動作音の発生も認められず、摺動面に傷が発生し
ていなかった。
【0039】このように、本実施形態の振動波モータを
用いても、長時間の運転後も起動トルクや摩擦係数の変
動等が少なく安定したモータ特性が得られる。また、摺
動シート1の摩耗が少なく、異常な動作音や摺動面の傷
の発生を抑制することができる。
【0040】なお、本実施形態では、摺動シートを振動
体5の摺動面に取り付けた場合について説明したが、本
発明は、摺動シートを移動体3の摺動面に取り付けた場
合にも適用できる。
【0041】また、本発明は、以上の実施形態および変
形例、またはそれら技術要素を必要に応じて組み合わせ
て用いてもよい。
【0042】(実施形態と請求の範囲との関係)上記実
施形態において、振動体5が請求の範囲にいう振動体
に、移動体3が請求の範囲にいう接触体に、摺動シート
1が請求の範囲にいう摺動部材にそれぞれ相当する。
【0043】なお、以上が本発明の各構成と実施形態の
各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施形態の
構成に限られるものではなく、請求項に示した機構また
は実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であれば
どのようなものであってもよい。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では振動体
と移動体との間に介在させる摺動部材として、多孔質フ
ッ素樹脂に熱硬化性樹脂または紫外線硬化型樹脂を含浸
させ、これら熱硬化性樹脂または紫外線硬化型樹脂を連
続相で形成した複合材料を用いている。このため、本発
明を用いれば、含浸させた熱硬化性樹脂または紫外線硬
化型樹脂をフッ素樹脂から脱落しにくくすることがで
き、摺動部材の摩擦係数の安定性を向上させるとともに
摩擦粉の発生を抑えることができる。従って、振動体と
接触体との摺動性を向上させることができるとともに、
摺動部材の耐摩耗性を向上させてその機械的性質を向上
させることができる。
【0045】さらに、多孔質フッ素樹脂の後部の径を1
00μm以下にすれば、摺動部材の摩擦抵抗の均一性を
確保することができ、長時間運転しても安定した動作特
性が得られる振動波駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である振動波駆動装置の
斜視図である。
【符号の説明】
1 摺動シート 2 弾性部材 3 移動体 4 圧電素子 5 振動体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−117183(JP,A) 特開 平1−206880(JP,A) 特開 平4−117182(JP,A) 特開 平3−173368(JP,A) 特開 平3−173369(JP,A) 特開 平2−261074(JP,A) 特開 平2−261075(JP,A) 特開 平6−172571(JP,A) 特開 昭64−19981(JP,A) 特開 平3−273877(JP,A) 実開 平3−111191(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電変換により振動を生ずる振動体と、
    この振動体に摺動部材を介して接触する接触体とを相対
    移動させる振動波駆動装置において、 前記摺動部材は、多孔質フッ素樹脂に熱硬化性樹脂を含
    浸させた複合材料であって、該熱硬化性樹脂が連続相で
    形成されていることを特徴とする振動波駆動装置。
  2. 【請求項2】 圧電変換により振動を生ずる振動体と、
    この振動体に摺動部材を介して接触する接触体とを相対
    移動させる振動波駆動装置において、 前記摺動部材は、多孔質フッ素樹脂に紫外線硬化型樹脂
    を含浸させた複合材料であって、該紫外線硬化型樹脂が
    連続相で形成されていることを特徴とする振動波駆動装
    置。
  3. 【請求項3】 前記多孔質フッ素樹脂の孔部の径が10
    0μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記
    載の振動波駆動装置。
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