JP3484794B2

JP3484794B2 - 超音波アクチュエータ

Info

Publication number: JP3484794B2
Application number: JP00439095A
Authority: JP
Inventors: 隆利芦沢; 大助佐谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 2004-01-06
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JPH08196091A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動子母材や固定子の
材料を改良した超音波アクチュエータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波アクチュエータ
は、その代表的な構造として、進行波型超音波アクチュ
エータが知られている（特公平１−１７３５４等）。こ
の進行波型超音波アクチュエータは、電気−機械変換素
子である圧電体（以下、圧電体と記述する）の伸縮を利
用して、弾性体の駆動面に進行波を発生させ、この進行
波によって駆動面に加圧接触した移動体を駆動させてい
る。この超音波アクチュエータは、低回転で高トルクが
得られるという特徴があるので、被駆動体をダイレクト
に駆動できる。

【０００３】また、超音波アクチュエータは、特開平５
−１４６１７４号の図１２に開示されているように、そ
の移動子に歯車等の減速部を設けて、被駆動体を駆動さ
せたいという要求がある。この場合に、一種類の超音波
アクチュエータによって、様々な駆動力や駆動速度を得
ることができるという利点がある。しかし、超音波アク
チュエータは、移動子に歯車等を設けた場合に、形状が
複雑になるという問題がある。そこで、移動子を樹脂材
によって１工程で成形すると、短時間で多量に製作でき
るので、低コスト化を可能にするという利点がある。移
動子を樹脂材によって１工程で成形する方法は、特開平
４−１１７１８１号に開示されている。

【０００４】また、進行波型超音波アクチュエータは、
特開昭６３−８７１８２号に開示されているように、移
動子を励振させることにより、弾性体と移動子の接触面
積を増加させ、駆動力や駆動効率を向上させている。

【０００５】一方、超音波アクチュエータの弾性体は、
駆動効率を向上するために、櫛歯形状などの複雑な形状
をしているので、製作に膨大な費用がかかるという問題
点があった。この問題点を解決するために、複雑な形状
の弾性体を粉末冶金により１工程で成形することによっ
て、製作コストを低下させる方法が特開平４−１０９８
７８号により開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の技術では、移動子の全体を樹脂材によって製作した場
合に、長時間高湿の場所や高温の場所に放置したとき
に、移動子が変形してしまうことがあった。このため
に、移動子は、その摺動面の平面度が劣化して、固定子
の駆動面との当たり具合が悪化してしまい、性能が低下
するという問題点があった。また、移動子は、樹脂材に
よって作製された場合に、歯車の強度が小さく疲労破壊
しやすいので、長時間の駆動に耐える耐久性がなかっ
た。

【０００７】さらに、移動子は、歯車などを有する複雑
な形状である場合には、型に樹脂材を注入したときに、
樹脂材が全体に行き渡らない場合があった。このため
に、移動子は、部品内に空孔や欠損部が発生することが
あり、製作の歩留まりが低下してしまうという問題点が
あった。

【０００８】さらにまた、進行波型超音波アクチュエー
タは、移動子を励振させることにより、弾性体と移動子
の接触面積を増加させ、駆動力や駆動効率を向上させて
いるが、樹脂材は、振動の減衰性が大きいので、移動子
の励振を減衰させてしまうことがあり、性能向上の妨げ
となる可能性があった。

【０００９】一方、特開平４−１０９８７８号による
と、粉末冶金で製作した弾性体は、相対密度の上限が約
９５％であり、合金内の空孔は、少なくとも約５％存在
していた。この合金内の空孔は、振動を減衰させる作用
があるので、移動子の駆動効率が大きく低減していた。
超音波アクチュエータは、電源容量などに限度のある場
合が多いので、高効率が要求される弾性体に適用するこ
とはできなかった。

【００１０】本発明の目的は、高温や高湿の悪環境下で
の使用や長時間駆動に耐えられ、製作の歩留まりがよく
製作コストの低減が可能であり、しかも、振動減衰が小
さく駆動性能の向上が可能な超音波アクチュエータを提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、駆動信号により励振される電気
−機械変換素子と，前記電気−機械変換素子が接合さ
れ、前記励振により駆動面に超音波振動を生ずる弾性体
と，前記弾性体の駆動面に加圧接触し、その駆動面の駆
動力により駆動される移動子と，を含む超音波アクチュ
エータにおいて、前記移動子の母材は、鉄を含む金属粉
末を射出成形および焼結し、溶性材に対しての相対密度
９５％以上、内部摩擦（Ｑ -1 ）０．００８以下とした焼
結合金により作製されていることを特徴としている。

【００１２】

【００１３】請求項２の発明は、請求項１に記載の超
音波アクチュエータにおいて、前記移動子の母材は、そ
の結晶粒径を２０μｍ以下としたことを特徴としてい
る。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１〜請求項２
のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおい
て、前記移動子は、微細形状の駆動力伝達部が形成され
ていることを特徴としている。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１〜請求項３
のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおい
て、前記弾性体は、金属粉末を射出成形して焼結した焼
結合金により作製されていることを特徴としている。

【００１６】

【００１７】請求項５の発明は、請求項１〜請求項４
のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおい
て、前記弾性体は、その結晶粒径を２０μｍ以下とした
ことを特徴としている。

【００１８】

【作用】本発明によれば、電気−機械変換素子の励振に
より弾性体の駆動面に超音波振動が発生し、その振動波
によって移動子が駆動される。この移動子又は弾性体
は、金属粉末を焼結しているために、長時間高湿の場所
や高温の場所に放置した場合でも変形してしまうことが
低減される。また、移動子又は弾性体は、機械的な強度
を大きくすることができ、疲労破壊を防止することがで
きる。さらに、移動子又は弾性体は、射出成形時の加圧
により、型全体に金属粉末が行き渡るので、部品内部に
発生する空孔や欠損部をなくすことができ、歩留まりを
向上させることができる。さらにまた、移動子又は弾性
体は、金属粉末を射出成形して焼結させた焼結合金であ
るので、振動の減衰性が少なく、移動子の励振の減衰を
防止することができ、駆動性能を向上させることができ
る。

【００１９】

【実施例】

（第１実施例）以下、図面等を参照しながら、実施例を
あげて、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明によ
る超音波モータの第１実施例を示した図である。固定子
１は、駆動信号により励振する圧電体２１２と、この圧
電体２１２に接合され前記励振により駆動面２１１ａに
進行性振動波を生ずる弾性体２１１とから構成されてお
り、弾性体２１１の外周面にフランジ２１３が形成され
ている。このフランジ２１３は、弾性体２１１と連接さ
れる薄肉部２１３ａと、この薄肉部２１３ａの外縁に連
接される肉厚部２１３ｂとからなる。肉厚部２１３ｂ
は、固定子支持体２０３に接合され、その固定子支持体
２０３は、超音波アクチュエータを搭載する機器（不図
示）に固定される。

【００２０】移動子２０２は、移動子母材２２１と、移
動子母材２２１に接合され、摺動面２２２ａによって弾
性体２１１の駆動面２１１ａに加圧接触されている摺動
材２２２とから構成されている。移動子母材２２１の外
周面には、フランジ２２１ａが形成され、その外縁部に
肉厚部２２１ｂが連接されている。この肉厚部２２１ｂ
は、不図示の加圧部材による加圧力が加えられており、
摺動面２２２ａと駆動面２１１ａとが加圧接触される。

【００２１】また、肉厚部２２１ｂには、出力伝達部材
である歯車２２３が設けられており、その出力は被駆動
体（不図示）と同軸の歯車２４１に伝達される

【００２２】第１実施例の超音波アクチュエータは、以
上のように構成されているので、弾性体２１１の駆動力
は、移動子２０２に摩擦的に伝達され、その駆動力は、
肉厚部２２１ｂに設けられた歯車２２３から被駆動体と
同軸の歯車２４１に伝達され、その被駆動体が駆動され
る。

【００２３】弾性体２１１は、相対密度９５％以上の材
料により構成されている。従来の粉末冶金では、相対密
度９５％位が上限であったが、金属粉末を射出成形して
焼結させること（メタルインジェクションモ−ルディン
グ）によって、相対密度９５％以上の合金を得ることが
できるようになった。このように相対密度が大きいと、
空孔率が少なくなり、振動減衰が小さくなる。

【００２４】移動子母材２２１は、同様に、金属粉末を
射出成形して焼結させた合金により構成されているの
で、長時間高湿の場所や高温の場所に放置した場合で
も、変形してしまうことが低減される。また、移動子２
０２は、機械的な強度を大きくすることができるので、
歯車等の駆動力伝達部の疲労破壊も防止することができ
る。さらに、移動子２０２は、射出成形時の加圧によ
り、複雑な形状でも型全体に金属粉末が行き渡るので、
部品内部に発生する空孔や欠損部をなくすことができ、
歩留まりを向上させることができる。

【００２５】さらにまた、進行波型超音波アクチュエー
タは、弾性体２１１の他に移動子２０２も励振させるこ
とにより、弾性体２１１と移動子２０２の接触面積を増
加させ、駆動力や駆動効率を向上させているために、弾
性体２１１及び／又は移動子２０２が金属粉末を射出成
形して焼結させた合金であると、振動の減衰を防止する
ことができ、駆動力や駆動効率等の性能向上させること
ができる。

【００２６】ここで、金属粉末を射出成形して焼結させ
た合金は、振動減衰を小さくできることについては、本
出願人の実験結果によっても明らかにすることができ
る。供試材は、前記合金を短冊状に加工したものを用
い、加振器により振動させてみた。この供試材は、固有
周波数によって共振するので、この共振時の周波数（約
２０ｋＨｚ）の内部摩擦を測定してみた。材料は、超音
波アクチュエータの弾性体又は移動子として、特開平２
−２９０１７１に開示されているインバー材（鉄系Ｎｉ
合金）を用いた。

【００２７】図２は、金属粉末を射出成形して焼結させ
た合金の相対密度と内部摩擦の関係を測定した図であ
る。内部摩擦Ｑ^-1は、次の（１）式によって示される。内部摩擦Ｑ^-1＝（ｆ１−ｆ２）／ｆｒ …（１）ここで、ｆｒは、供試材の共振周波数、ｆ１とｆ２は、
共振曲線でｆｒ時の振幅値の２^0.5倍になるｆｒの下と
上の周波数を表している。

【００２８】図２によれば、相対密度が大きいほど、内
部摩擦Ｑ^-1が小さくなっていることがわかる。従って、
このような材料を超音波アクチュエータの弾性体２１１
又は移動子母材２２１に使用した場合に、内部摩擦が小
さい（相対密度が大きい）ほどエネルギ−の損失が少な
くなる。特に、相対密度が９５％以上になると、超音波
アクチュエータの弾性体２１１又は移動子母材２２１と
して用いても、駆動効率が低下することがなく好適であ
る。

【００２９】図３は、第１実施例にかかる超音波アクチ
ュエータ（金属粉末を射出成形して焼結させた弾性体を
用いたもの）の共振抵抗及び駆動性能について測定した
結果を示す図である。弾性体２１１は、インバ−材の金
属粉末を射出成形して焼結させたものであり、その相対
密度は９８．２％である。移動子母材２２１は、通常の
インバー材によって作製した。これらの弾性体２１１、
移動子母材２２１を用いて、図１に示したような超音波
アクチュエータに組み立てた。このときに、固定子１の
共振抵抗値は９０（Ω）、移動子２を定格駆動（ある負
荷与えた場合にある回転速度を保たせた）させたときの
消費電流は１．０５（Ｗ）となった。このように、弾性
体２１１を射出成形して焼結させる方法は、相対密度が
９５％以上が得られるために、超音波アクチュエータと
しては、好適な結果が得られることがわかる。

【００３０】（第２実施例）次に、第２実施例について
説明する。なお、前述した第１実施例と機械的な構造は
同様であるので、図示は省略する。第２実施例は、弾性
体１１を相対密度９５％以上で結晶粒径の小さな材料よ
り構成されている。具体的には、平均結晶粒径２０μｍ
以下としている。平均結晶粒径２０μｍ以下といった数
値は、次に説明する本発明者の実験による。まず、供試
材は、短冊状に溶製材のインバ−材を加工したものを用
い、これを加振器により振動させてみた。この供試材
は、固有周波数で共振するのであるが、この共振時の周
波数（約２０ｋＨｚ）の内部摩擦を測定してみた。

【００３１】また、供試材のインバ−は、二種類を用意
し、一方は、再結晶温度を越えた焼き鈍し（１３５０
℃、１時間）を行い、他方は、焼き鈍しを行わなかっ
た。この二種類の供試材の平均結晶粒径を測定したとこ
ろ、焼き鈍しを行わなかった方は２０μｍ、行った方は
７０μｍであった。実験の結果を図４に示した。２０μ
ｍと７０μｍを比較すると、２０μｍの方は内部摩擦Ｑ
^-1が低くなっている。このように、結晶粒径が小さくな
ると、一定体積当たりの結晶粒界の密となり、内部摩擦
Ｑ^-1が小さくなることがわかる。

【００３２】この原因として、転位の挙動が関与してい
るものと考えられる。弾性体の振動は、弾性体内にある
周期的な応力が生じている状態と考えると、その応力に
応じて材料内に存在する転位が動くことができる。一般
的な材料内には、必ず結晶格子の点欠陥である転位が存
在し、材料の降伏応力以下でも応力に応じて動くことが
できる。この転位が動くということは、エネルギ−がそ
こで消費されるということであり、これが振動エネルギ
−の損失の主原因と考えられる。従って、転位が動きに
くいような工夫を加えれば、振動エネルギ−の損失が抑
えられ、振動の減衰性の小さい材料が得られる。転位が
動きにくい状態とは、複数の方向から動いてきた転位が
障害物により幾つも堆積し、複雑にもつれた状態が知ら
れている。転位を堆積する障害物には、結晶粒界があ
る。つまり、一定体積の中で結晶粒界が多ければ、転位
の動きにくい状態が発生されやすく、内部摩擦が低減す
ると考えられる。

【００３３】本発明では、平均結晶粒径を２０μｍ以下
にすることによって、内部摩擦がさらに小さくなり、超
音波アクチュエータの弾性体としてさらに好適となっ
た。金属粉末を射出成形して焼結する方法において、結
晶粒径を小さくする方法としては、金属粉末の粒径を小
さくする方法、射出成形するときの圧力を高めることに
より加工硬化させる方法等とがある。特に、金属粉末を
射出成形して焼結する方法では、金属粉末の径を数μｍ
というように、従来の粉末冶金より粉末の径を極めて小
さくできるために、結晶粒径を小さくすることに対して
は有効である。この実施例では、弾性体について説明し
たが、移動子母材についても同様な効果が得られ、弾性
体と移動子母材の双方に使用すれば、より優れた効果が
得られる。

【００３４】（第３実施例）図５は、本発明による超音
波アクチュエータの第３実施例を示す図である。第１、
２実施例では、本発明の弾性体を円環状の進行波型超音
波アクチュエータに使用した場合を示したが、本発明
は、自走式のリニア型超音波アクチュエータの振動子等
にも適用できる。このような超音波アクチュエータは、
特開平１−３１５２８２等に駆動原理が開示されている
ので、ここでは概略的に述べる。

【００３５】移動子１０２は、弾性体１２１と圧電体１
２２とから構成されている。弾性体１２１は、端面が駆
動面１２１ｄとなる互いに平行な駆動部１２１ａと、こ
の駆動部１２１ａを連結する連結部１２１ｂとから成
り、駆動部１２１ａと連結部１２１ｂとの結合部が面取
りされた面取り部１２１ｃを有している。圧電体１２２
は、弾性体１２１の面取り部１２１ｃに設けられ、駆動
信号により励振され、圧電体１２２の励振により、駆動
面１２１ｄに振動波を発生する。固定子１０１は、弾性
体１２１の駆動面１２１ｄに加圧接触されているレ−ル
材等から構成されている。このような構成によると、圧
電体１２２の駆動信号により弾性体１２１の駆動面１２
１ｄに振動波が生じ、固定子１０１からの反力により移
動子１０２が駆動される。

【００３６】弾性体１２１は、金属粉末を射出成形して
焼結した相対密度９５％以上の材料により構成されてい
る。従って、振動減衰が小さくなり、エネルギ−の損出
を少なくすることができる。また、１工程で成形できる
ので、切削工程が省略され、製作費を低減することがで
きる。

【００３７】（第４実施例）図６は、本発明による超音
波アクチュエータの第４実施例を示す断面図、図７は、
図６の超音波アクチュエータの固定子を示した斜視図で
ある。固定子１は、駆動信号により励振され、電気エネ
ルギーを機械エネルギーに変換する電気−機械変換素子
である圧電体４、５と、それらの圧電体４、５が接合さ
れており、その圧電体４、５の励振により１次の縦振動
と１次のねじり振動が生じることによって、駆動面Ｄに
駆動力が発生する弾性体２、３とから構成されている。

【００３８】弾性体２、３は、厚肉の円筒を縦に２つに
分割した形状の部材であり、その分割面に圧電体４、５
が挟み込まれいる。圧電体４、５は、合計４層から成っ
ており、２層の圧電体４は、圧電定数ｄ₁₅が大きいねじ
り振動用の圧電体であり、残り２層の圧電体５は、圧電
定数ｄ₃₁が大きい縦振動用の圧電体である。

【００３９】弾性体２、３は、高さ方向のほぼ中心に、
圧電体４、５の積層方向と平行に貫通孔２ｂ、３ｂが形
成されている（図７参照）。この弾性体２、３は、その
孔２ｂ、３ｂを用いてボルト１３とナット１４で固定さ
れることにより、圧電体４、５を挟み込むと共に、軸方
向の中心に挿入された固定軸７に固定される。

【００４０】移動子６は、移動子母材６−１と、固定子
１の駆動面Ｄに接触する摺動材６−２とから構成されて
おり、内周部に嵌合されたベアリング等の位置決め部材
８により、固定軸７に対して位置決めされている。移動
子母材６−１には、駆動力取出部となる歯車６ａが設け
られており、その出力は、被駆動体と同軸の歯車２０に
伝達される。この移動子母材６−１は、アルミニウムや
鉄系合金等の金属粉末を射出成形して焼結させた（メタ
ルインジェクションモ−ルディング）合金によって作製
されている。また、移動子６は、皿バネやスプリングバ
ネや板バネ等の加圧部材９により、固定子１の駆動面Ｄ
に加圧接触させられている。

【００４１】固定軸７は、弾性体２、３の軸方向に形成
された中空部２ａ、３ａに貫通しており、弾性体２、３
等からなる固定子１を固定すると同時に、移動子６を半
径方向に位置決めするためのものである。この固定軸７
は、先端にネジ部が形成されており、加圧部材９の加圧
量を調整するナットなどの調整部材１０が設けられてい
る。

【００４２】次に、本実施例の超音波アクチュエータに
よって、弾性体のねじり振動と縦振動とを組み合わせ
て、駆動面に楕円運動を生ずる駆動原理を説明する。図
８は、第４実施例による超音波アクチュエータの固定子
を底面方向からと側面方向からと見た図である。圧電体
４、５は、２つの弾性体２、３に挟まれた２群から成っ
ており、圧電体４、５の各群は、それぞれ４層から成っ
ていて、２層は圧電定数ｄ₁₅が大きい圧電体４から、残
り２層が圧電定数ｄ₃₁が大きい圧電体５から構成されて
いる。

【００４３】前者の圧電体４は、圧電定数ｄ₁₅が大き
く、弾性体２、３の長手方向に対してせん断変位を発生
させる。圧電体４は、図８の底面から見た図（Ａ）にお
いて、円周方向に対してせん断変形が手前方向Ｘとその
反対方向Ｙとが交互になるように配置されている。この
ときに、手前側に最大にせん断変形する位置が点対称に
なり、その反対側に最大にせん断変形する位置が点対称
になると好適である。圧電体４は、このように配置され
ることによって、それぞれせん断変形したときに、固定
子１にねじり変位が発生し、底面がねじれる。

【００４４】後者の圧電体５は、圧電定数ｄ₃₁が大き
く、弾性体２、３の長手方向に対して伸縮変位を発生さ
せる。４つの縦振動用の圧電体５は、全てある電位が印
加された場合に、同じ方向に変位が生じるように配置さ
れている。

【００４５】以上のように、圧電定数ｄ₁₅が大きいねじ
り振動用の圧電体４と、圧電定数ｄ₃₁が大きい縦振動用
の圧電体５とを配置した場合に、ねじり振動用の圧電体
４に正弦波電圧を入力することによって、それに応じ
て、固定子１にねじり運動が発生し、縦振動用の圧電体
５に正弦波電圧を入力することによって、それに応じ
て、固定子１に伸縮運動が発生する。

【００４６】図９は、第４実施例による超音波アクチュ
エータの固定子に発生する縦振動とねじり振動を組み合
わせて、駆動面に楕円運動を生じさせることを説明する
図である。図９に示すように、ねじり運動の周期と、伸
縮運動の周期の位相差を（１／４）λずらすと、駆動面
Ｄ上の点Ａには楕円運動が生じる。

【００４７】ｔ＝（６／４）πの時点では、ねじり運動
Ｔの変位は、左側に最大であり、縦振動Ｔの変位はゼロ
である。この状態では、移動子６は、加圧部材９によっ
て固定子１の駆動面Ｄに接触している。この状態から、
ｔ＝（７／４）π〜０〜（２／４）πまでは、ねじり運
動Ｔは、左側の最大から右側の最大まで変位し、縦振動
Ｔは、ゼロから上側の最大に変位し再びゼロに戻る。従
って、固定子１の駆動面Ｄの点Ａは、移動子６を押しな
がら、右方向に回転し、移動子６は駆動される。次に、
ｔ＝（２／４）π〜（６／４）πまでは、ねじり運動Ｔ
は、右側の最大から左側の最大まで変位し、縦振動Ｔ
は、ゼロから下側の最大に変位し再びゼロに戻る。従っ
て、固定子１の駆動面Ｄの点Ａは、移動子６から離れな
がら、左方向に回転するので、移動子６は駆動されな
い。このときに、移動子６は、加圧部材９により加圧さ
れているが、加圧部の固有振動数を駆動信号の周波数よ
り小さくすると、固定子１の縮みに追従できない。この
ねじり振動及び縦振動を発生させる駆動信号の周波数
を、ねじり振動及び縦振動の共振周波数にほぼ一致させ
たると、共振するために、楕円運動は拡大する。ねじり
振動の共振周波数は、弾性体の材質や寸法等によって決
まる。一方、縦振動の共振周波数は、弾性体と移動子の
材質や寸法等によって決まる。従って、移動子の材質や
寸法等を変えて行くことによって、縦振動の共振周波数
のみを変えて行くことが可能である。これにより、ねじ
れ振動の共振周波数と縦振動の共振周波数とをほぼ一致
させることができる。

【００４８】以上のような構成によると、駆動信号が入
力された固定子１は、圧電体４、５の励振により１次の
縦振動と１次のねじり振動が生じ、その振動を合成した
楕円運動が駆動面Ｄに生じる。移動子６は、駆動面Ｄに
加圧されており、摩擦的に固定子１から駆動力を伝達さ
れ、駆動される。その駆動は、移動子６に設けられた出
力取り出し用歯車６ａから被駆動体と同軸の歯車２０に
伝達され、その被駆動体が駆動される。

【００４９】移動子母材６−１は、アルミニウムや鉄系
合金等の金属粉末を射出成形して焼結させた合金によっ
て作製されているので、第１実施例などと同様に、耐湿
性、耐温性、耐久性、歩留まり向上、振動減衰を防止す
るという効果が生じる。特に、第４実施例のように、縦
振動とねじり振動との異形モ−ド縮退型振動子を用いた
超音波アクチュエータに適用した場合では、減衰性が小
さい本実施例のメタルインジェクションモ−ルディング
合金を用いることにより、縦振動の減衰が防止でき、性
能が向上する。さらに、相対密度約９５％以上となり、
粉末合金で製作した場合と比較して、相対密度を大きく
することができ、駆動性能を向上させることができる。

【００５０】（他の実施例）以上説明した実施例に限定
されることなく、種々の変形や変更が可能であって、そ
れらも本発明に含まれる。例えば、移動子の減衰性によ
り性能が変わってくるものならば、弾性体及び／又は移
動子母材を金属粉末を射出成形して焼結させた（メタル
インジェクションモ−ルディング）合金により作製すれ
ば、耐湿性、耐温性、耐久性、歩留まり向上、振動減衰
を防止することができる。また、圧電体の振動を振動子
で励振して、その弾性体の振動により駆動力を発生させ
る超音波アクチュエータであれば、相対密度９５％以上
にし、及び／又は平均結晶粒径２０μｍ以下の材料を弾
性体に用いることによって、内部摩擦が小さくなる。従
って、他のリニア型超音波アクチュエータや定在波型超
音波アクチュエータであっても、超音波アクチュエータ
の弾性体又は移動子母材として好適となるという点にお
いては、本発明の効果が生じる。

【００５１】また、本発明の実施例では、電気的エネル
ギ−を機械的なエネルギ−に変換する電気−機械変換素
子に圧電素子を用いたが、電歪素子や磁歪素子を用いて
もよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動子又は弾性体を金属粉末を射出成形した焼結合金に
より作製したので、超音波アクチュエータを長時間高湿
の場所や高温の場所に放置した場合でも、変形してしま
うことが低減される。また、移動子は、微細形状を有す
る駆動力取出部の機械的な強度を大きくすることがで
き、疲労破壊も防止することができる。さらに、移動子
又は弾性体は、射出成形時の加圧により、型全体に金属
粉末が行き渡るので、部品内部に発生する空孔や欠損部
をなくすことができ、歩留まりを向上させることができ
る。さらにまた、移動子又は弾性体は、金属粉末を射出
成形して焼結させた焼結合金であるので、振動の減衰を
防止することができ、駆動性能を向上させることができ
る。特に、溶製材に対しての相対密度を９５％以上にす
ることによって、振動の減衰をより防止することがで
き、性能を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波アクチュエータの第１実施
例を説明する概略図である。

【図２】相対密度と損失係数の関係を示した図である。

【図３】第１実施例にかかる超音波アクチュエータ（金
属粉末を射出成形して焼結させた弾性体を用いたもの）
の共振抵抗及び駆動性能について測定した結果を示す図
である。

【図４】第２実施例に係る超音波アクチュエータの実験
の結果を示した図である。

【図５】本発明による超音波アクチュエータの第３実施
例を示す図である。

【図６】本発明による超音波アクチュエータの第４実施
例を示す断面図である。

【図７】図６の超音波アクチュエータの固定子を示した
斜視図である。

【図８】第４実施例による超音波アクチュエータの固定
子を底面方向からと側面方向からと見た図である。

【図９】第４実施例による超音波アクチュエータの固定
子に発生する縦振動とねじり振動を組み合わせて、駆動
面に楕円運動を生じさせることを説明する図である。

【符号の説明】

２０１固定子２１１弾性体２１２圧電体２１３フランジ２０２移動子２２１移動子母材２２２摺動材２２３歯車２０３固定子支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−190270（ＪＰ，Ａ) 特開平３−293978（ＪＰ，Ａ) 特開平５−244784（ＪＰ，Ａ) 特開平５−331501（ＪＰ，Ａ) 特許3252539（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動信号により励振される電気−機械変
換素子と，前記電気−機械変換素子が接合され、前記励振により駆
動面に超音波振動を生ずる弾性体と，前記弾性体の駆動面に加圧接触し、その駆動面の駆動力
により駆動される移動子と，を含む超音波アクチュエータにおいて、前記移動子の母材は、鉄を含む金属粉末を射出成形およ
び焼結し、溶性材に対しての相対密度９５％以上、内部
摩擦（Ｑ -1 ）０．００８以下とした焼結合金により作製
されていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】請求項１に記載の超音波アクチュエータ
において、前記移動子の母材は、その結晶粒径を２０μｍ以下とし
たことを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項３】請求項１〜請求項２のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、前記移動子は、微細形状の駆動力伝達部が形成されてい
ることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、前記弾性体は、金属粉末を射出成形して焼結した焼結合
金により作製されていることを特徴とする超音波アクチ
ュエータ。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、前記弾性体は、その結晶粒径を２０μｍ以下としたこと
を特徴とする超音波アクチュエータ。