JP4345297B2 - 振動波モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子や移動子の、位置規制部材との接触部の構造を改良した振動波モータ及びその組み立て方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の振動波モータは、圧電体の伸縮を利用して、弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させ、この進行波によって、駆動面には楕円運動が生じ、この楕円運動の波頭に加圧接触した移動子が駆動される（例えば、特許文献１）。このような振動波モータは、低回転でも高トルクを有するという特徴があるので、駆動装置に搭載した場合に、その駆動装置のギアを省略することができるため、ギア騒音をなくしたり、位置決め精度が向上できるという利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特公平１−１７３５４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５、図６は、一般的な振動波モ−タのもつ課題を説明する図である。
振動波モ−タ３０は、モ−タとして成立させるためには、振動子３１と移動子３７以外にも、振動子３１を固定したり、移動子３７を回転可能に支持する支持部材３０１や、移動子３１から出力を取り出すため出力伝達部材３９等が必要となる。
【０００５】
例えば、移動子３７は、出力伝達部材３９に嵌合され、出力伝達部材３９は、支持部材３０１に対して、ベアリングなどよって回転可能（矢印Ａ）となり、かつ、加圧方向に規制を受けるようになっているとともに、出力伝達部材３９の内側で、径方向に規制を受けるようになっている。
また、振動子３１は、支持部材３０１に設けられた回転止め（不図示）によって円周方向に規制され、振動子３１の内周面３１ａで径方向に規制されるようになっている。
【０００６】
しかし、このような振動波モ−タ３０は、出力伝達部材３９の内側が支持部材３０１の外側（Ｂ点）に接触したときに、摩擦力Ｃが発生し、それが負荷損になる可能性があった。
また、振動子３１を径方向に自由度を持たせた構造の場合に、出力伝達部材３９の内側が支持部材３０１の外側に接触したことが原因となって、振動特性が大きく損なわれて、回転ムラや、負荷トルクや駆動効率の減少になることがあった。
【０００７】
さらに、出力伝達部材３９の内側が支持部材３０１の外側に接触したときに、摩擦力Ｃが発生することは、前述した通りであるが、この摩擦力により、移動子３１及び出力伝達部材３９には、図５に示したように、径方向にずれようとする力Ｄが働く。
このような力Ｄが移動子３７に働くと、図６に示したように、振動子３１にはその反力で、移動子３７のずれとは反対方向の径方向（矢印Ｅ）にずれようとする。すると、振動子３１は、径方向にはガタ分の自由度があるため、振動子３１の内周面３１ａと支持部材３０１の外周面３０１ａとが接触し、振動子３１の内周面３１ａには側圧がかかるようになる。
【０００８】
振動子３１は、進行性振動波が発生していて、その振動波は、加圧方向に振幅を有するため、駆動面に力がかかっても大きく性能劣化することはないが、この場合のように、振動波に振幅を持たない方向（径方向Ｅ）に力がかかると、振動特性が大きく損なわれ、回転ムラや、負荷トルクや駆動効率が減少するという問題が発生する。
【０００９】
本発明の課題は、支持構造が簡素化され、小型化を保ったまま、性能を向上させることを可能にした振動波モ−タを提供することである。
【００１０】
【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圧電体と、前記圧電体に接合され、その圧電体が接合される面とは異なる駆動面に振動波を生じる円環形状の弾性体と、前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対回転運動が生じる円環形状の相対運動部材と、前記相対運動部材を径方向に位置規制する第１の位置規制部材と、を有する振動波モータにおいて、前記弾性体を回転方向に位置規制する回転方向規制部と、前記弾性体を径方向にガタを持って位置規制する径方向規制部とを有し、前記相対運動部材と前記第１の位置規制部材との少なくとも１方は、前記位置規制のために接触する部分に、フッ素を含有する乾性皮膜を有すること、を特徴とする振動波モータである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動波モータにおいて、前記相対運動部材と前記第１の位置規制部材とのうちで、前記フッ素を含有する乾性皮膜を有さない部材は、フッ素を含有する固体潤滑皮膜が焼き付け処理されていること、を特徴とする振動波モータである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、前記径方向規制部は、前記位置規制のために接触する部分に、フッ素を含有する乾性皮膜、又は、フッ素を含有する固体潤滑皮膜が焼き付け処理されていること、を特徴とする振動波モータである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記フッ素を含有する乾性皮膜は、円滑処理が施されていること、を特徴とする振動波モータである。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記振動波は超音波域の振動波であること、を特徴とする振動波モータである。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記弾性体の駆動面には、溝部が設けられており、前記回転方向規制部は、前記溝部に係合されていること、を特徴とする振動波モータである。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、前記弾性体および前記相対運動部材の内周側に設けられた円筒状の支持部材を有し、前記第１の位置規制部材、前記回転方向規制部および前記径方向規制部は、前記支持部材に設けられていること、を特徴とする振動波モータである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる振動波モ−タの実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態は、振動波モ−タとして、超音波の振動域を利用した超音波モ−タを例にとって説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による超音波モ−タの第１実施形態を説明する図、図２は、第１実施形態に係る超音波モ−タの位置規制部材を示す図である。
第１実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１と移動子１７とを備え、振動子１１側を固定とし、移動子（相対運動部材）１７側を回転駆動する形態となっている。そして、振動子１１の下側には、振動吸収部材１４、加圧板１５、加圧部材１６が配置され、移動子１７の上側には、振動吸収部材１８、出力伝達部材１９が配置されている。
【００１５】
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合され、後述する電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体と称する）１３とから構成されている。この振動体１１には、進行波が発生するが、本実施形態では、一例として、９波の進行波として説明する。
【００１６】
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料からなり、その形状は、円環形状となっている。この弾性体１２は、圧電体１３が接合される反対面には、溝１２ａが切ってあり、突起部（溝１２ａがない箇所）１２ｂの先端面が、駆動面１２ｃとなり、移動子１７に加圧接触される。
溝１２ａを切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより、駆動面１２ｃの進行波の振幅を増幅させるためである。
【００１７】
圧電体１３は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれており、各相においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。
【００１８】
圧電体１３の下には、振動吸収部材１４、加圧板１５、加圧部材１６が配置されている。振動吸収部材１４は、圧電体１３の下に配置されており、振動子１１の振動を加圧板１５や加圧部材１６に伝えないようするための部材であり、例えば、不織布、フェルトなどが使用されている。加圧板１５は、加圧部材１６の加圧を受けるための加圧力を伝達する部材である。この加圧部材１６は、加圧板１５の下に配置されていて、加圧力を発生させる部材である。本実施形態では、加圧部材１６を皿バネとしたが、皿バネでなくとも、コイルバネやウェーブバネでもよい。
【００１９】
移動子１７は、アルミニウム等の軽金属からなり、摺動面の表面には、耐摩耗性向上のための表面処理がなされている。この移動子１７の上には、移動子１７の加圧方向の振動を吸収するために、ゴムなどの振動吸収部材１８が配置され、その上には、出力伝達部材１９が配置されている。
【００２０】
この超音波モータ１０は、振動モ−タユニット１００に組み込まれている。この振動モ−タユニット１００は、円筒状の支持部材１０１と、支持部材１０１の外側下端部にネジにより取り付けられた押さえ環１０２と、支持部材１０１の外周（円周等分３箇所、図１では１カ所のみ図示）に設けられ、弾性体１２の溝部に係合して、振動子１１の回転方向および径方向を規制する位置規制部材（第２の規制部材）１０３と、支持部材１０１の外周上端部に設けられたベアリング１０４と、支持部材１０１に形成され、出力伝達部材１９の径方向の規制をする径方向規制部（第１の規制部材）１０５とを備えている。
【００２１】
この振動モ−タユニット１００は、上述した構造によって、押さえ環１０２がネジにより取り付けられ、これを取り付けることで、出力伝達部材１９から移動子１７、振動子１１〜加圧部材１６まで、つまり、出力伝達部材１９を含む超音波モータ１０を組み込んだ一つのユニットとして構成できるようになる。
そして、出力伝達部材１９は、不図示の突起部が設けられており、その突起部から超音波モータ１０の回転が、振動モ−タユニット１００の外へ出力されるようになっている。
【００２２】
第１実施形態では、出力伝達部材１９は、ニッケルメッキを例とした硬い表面処理が施された表面処理層１９ａが形成されており、ベアリング１０４との接触面及び径方向規制部１０５との接触面（内周面）の表面粗さは、Ｒａ＝１．６μｍ以下の滑らかさになるように処理されており、出力伝達部材１９の接触面（内周面）には、フッ素が含有された乾燥皮膜（乾性皮膜）１９ｂが塗布されている。一方、径方向規制部１０５には、フッ素が含有された固体潤滑皮膜１０５ａを焼き付け処理されている。
支持部材１０１には、ベアリング１０４と径方向規制部１０５とが設けられ、それらは、移動子１７を回転方向には可動であるが、加圧方向と径方向との動きを規制している。
【００２３】
また、位置規制部材１０３は、図２に示したように、振動子１２の回転方向を規制する突起状の回転方向規制部１０３ａと、径方向を規制する突起状の径方向規制部１０３ｂが設けられ（３箇所）、回転方向規制部１０３ａは、弾性体１２の溝部１２ａに係合されていて、径方向規制部１０３ｂは、弾性体１２の内周面に、ガタを持った状態で接触されている。
径方向規制部１０３ｂは、弾性体１２と接触する面には、フッ素含有の固体潤滑皮膜１０３ｃが焼き付けられている。
【００２４】
次に、第１実施形態の振動モ−タユニット１００の組立手順を説明する。
（１）支持部材１０１の径方向規制部１０５に、フッ素含有の固体潤滑皮膜１０５ａを吹き付け（膜厚約２０μｍ）、焼き付け温度２３０℃（３０分）の雰囲気内で焼き付ける。
（２）径方向規制部１０５にフッ素が含有の固体潤滑皮膜１０５ａを焼き付け済みの支持部材１０１に、ベアリング１０４を取り付ける。
（３）ニッケルメッキ層１９ａを施した出力伝達部材１９の内周面に、フッ素が含有された速乾性の乾燥皮膜１９ｂを刷毛で塗布して、乾燥させる（６０℃の雰囲気で１時間放置）。
（４）出力伝達部材１９に、振動吸収部材１８と移動子１７を組み込み、支持部材１０１に組み入れる。
（５）弾性体１２と圧電体１３とを接着した振動子１１を、支持部材１０１に組み入れる。
（６）フェルト１４、加圧板１５、加圧部材（バネ）１６の順番で組み入れ、押さえ環１０２をネジ込む。
【００２５】
このように、第１実施形態によれば、出力伝達部材１９の内周面に、フッ素が含有された乾燥皮膜１９ｂを刷毛で塗布して、乾燥させ、支持部材１０１の径方向規制部１０５にフッ素含有の固体潤滑皮膜１０５ａを焼き付けすることにより、出力伝達部材１９の内側が支持部材１０１の外側に接触したときの摩擦力がほとんどなくなり、従来発生していた移動子１７がずれようとする力の反力で振動子１１がズレ、振動子１１の内周面に側圧を受け、振動特性を損なうことがなくなった。これにより、回転ムラ、負荷トルク、効率の劣化がなくなった。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、本発明による超音波モ−タの第２実施形態を説明する図、図４は、第２実施形態に係る超音波モ−タの位置規制部材を示す図である。
なお、前述した第１実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に統一した符号を付して、重複する説明や図面を適宜省略する。
第２実施形態では、移動子支持部材１９Ａに、移動子１７と振動吸収部材１８を組み込み、移動子支持部材１９Ａと支持部材１０１との間に、図４に示すような、遊星リング２０を設け、遊星リング２０から出力を取り出すような構成とした。
【００２７】
遊星リング２０は、リング本体２１とコロ部２２とからなり、コロ部２２により、遊星リング２０と移動子支持部材１９Ａの加圧方向が規制され、支持部材１０１に設けられた径方向規制部１０５と、リング本体２１の内側とが接触することで、径方向を規制している。
移動子支持部材１９Ａは、遊星リング２０のコロ部２２との接触面には、土手部１９ａが設けられ、コロ部２２の内周面に当たることによって、移動子支持部材１９Ａの径方向が規制される。
また、リング本体２１には、突起部２３があり、そこから回転が振動モ−タユニット１００Ａの外へ出力されるようになっている。
【００２８】
リング本体２１は、樹脂から構成されていて、径方向規制部１０５との接触面２１ａの表面粗さは、Ｒａ＝１．６μｍ以下の滑らかさになるように処理されている。また、接触面（内周面）２１ａには、フッ素が含有された速乾性の乾燥皮膜２４が塗布されていて、塗布後に柔らかい布等で擦って磨かれている（円滑処理）。
【００２９】
支持部材１０１は、径方向規制部１０５と、コロ接触部（加圧方向規制部）１０６とが設けられ、遊星リング２０を回転方向には可動であるが、加圧方向と径方向との動きを規制している。
【００３０】
また、位置規制部材１０３は、図２と同様に、突起状の回転方向規制部１０３ａと、径方向規制部１０３ｂが設けられ（３箇所）、径方向規制部１０３ｂは、弾性体１２の内周面に、ガタを持った状態で接触されている。径方向規制部１０３ｂは、弾性体１２と接触する面には、フッ素含有の固体潤滑皮膜層１０３ｃが焼き付けられている。
【００３１】
次に、第２実施形態の振動モ−タユニット１００Ａの組立手順を説明する。
（１）リング本体２１にコロ２２を取り付ける。
（２）リング本体２１の内周面２１ａにフッ素が含有された速乾性の乾燥皮膜２４を刷毛で塗布する。乾燥後に、３０秒以上放置して、柔らかい布等で擦って磨く（円滑処理）。
（３）遊星リング２０を支持部材１０１に組み込む。
（４）移動子支持部材１９Ｂに振動吸収部材１８と移動子１７を組み込み、支持部材１０１に組み入れる。
（５）弾性体１２と圧電体１３とを接着した振動子１１を、支持部材１０１に組み入れる。
（６）フェルト１４、加圧板１５、加圧部材（バネ）１６の順番で組み入れ、押さえ環１０２をネジ込む。
【００３２】
以上説明したように、第２実施形態によれば、リング本体２１の内周面２１ａに、フッ素が含有された速乾性の乾燥皮膜２４を刷毛で塗布して、乾燥後に磨くことにより、リング本体２１の内周面２１ａが支持部材１０１の外側に接触したときの摩擦力がほとんどなくなり、従来発生していた移動子１７がずれようとする力の反力で振動子１１がズレ、振動子１１の内周面に側圧を受け、振動特性を損なうことがなくなった。これにより、回転ムラ、負荷トルク、効率の劣化がなくなった。
【００３３】
（変形形態）
以上説明した実施形態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、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）上記各実施形態では、超音波モ−タは９波の進行性振動波の超音波モ−タを用いた例で説明したが、他の波数の進行性振動波でも、他の振動を用いた超音波モ−タや振動アクチュエ−タでも、同様な構成をとれば、同様な効果が得られる。
【００３４】
（２）第１実施形態では、径方向規制部１０５にフッ素が含有の固体潤滑皮膜１０５ａを焼き付け、出力伝達部材１９の内周面に、フッ素が含有された乾燥皮膜１９ｂを塗布した例で説明したが、径方向規制部に乾燥皮膜を設け、出力伝達部材１９の内周面に固体潤滑皮膜を設けるようにしてもよい。また、一方側に、乾燥皮膜を設けるだけでも、十分な効果は期待できる。
【００３５】
（３）同様に、径方向規制部１０３ｂは、弾性体１２と接触する面には、フッ素含有の固体潤滑皮膜層１０３ｃが焼き付けられている例で説明したが、乾燥皮膜を設けるようにしてもよい。
【００３６】
（４）第２実施形態では、リング本体２１の内周面２１ａにフッ素が含有された速乾性の乾燥皮膜２４を刷毛で塗布して、乾燥後に円滑処理をしただけの例で説明したが、径方向規制部１０５にフッ素が含有の固体潤滑皮膜１０５ａを焼き付けるようにしてもよい。また、それぞれ、逆の皮膜を、形成するようにしてもよい。
【００３７】
（５）第２実施形態では、振動子１１は、径方向に自由度を持つ構造のため、支持部材１０１と出力伝達部材である遊星リング２０との摩擦により、振動特性の劣化が引き起こされる可能性があるが、振動子１１にフランジを設け、そこを支持するような構造にすれば、このような減少が生じにくいと考えられる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）相対運動部材と第１の位置規制部材との少なくとも一方は、位置規制のために接する部分に、フッ素含有された乾燥皮膜を形成したので、接触したときの摩擦力がほとんどなくなり、移動子がずれようとする力の反力で振動子がズレ、振動子の内周面に側圧を受け、振動特性を損なうことがなくなることにより、回転ムラ、負荷トルク、効率の劣化がなくなった。
（２）相対運動部材と第１の位置規制部材とのうちで、フッ素を含有する乾性皮膜を有さない部材は、フッ素を含有する固体潤滑皮膜が焼き付け処理すれば、より有効である。
【００３９】
（３）弾性体を少なくとも径方向にガタを持って位置規制する第２の位置規制部材にも、位置規制のために接触する部分に、フッ素を含有する乾性皮膜、又は、フッ素を含有する固体潤滑皮膜が焼き付け処理すると、弾性体との接触部分の摩擦が少なくなり、回転ムラ、負荷トルク、効率の劣化がさらに少なくなる。
（４）フッ素を含有する乾性皮膜は、円滑処理が施されていると、接触部分の摩擦がさらに、少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波モ−タの第１実施形態を説明する図である。
【図２】第１実施形態に係る超音波モ−タの位置規制部材を示す図である。
【図３】本発明による超音波モ−タの第２実施形態を説明する図である。
【図４】第２実施形態に係る超音波モ−タの位置規制部材を示す図である。
【図５】一般的な振動波モ−タのもつ課題を説明する図である。
【図６】一般的な振動波モ−タのもつ課題を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 超音波モータ
１１ 振動子
１２ 弾性体
１２ａ 溝
１２ｂ 突起部
１２ｃ 駆動面
１３ 圧電体
１４ 振動吸収部材
１５ 加圧板
１６ 加圧部材
１７ 移動子
１８ 振動吸収部材
１９ 出力伝達部材
１９ｂ 乾燥皮膜
１９Ａ 移動子支持部材
２０ 遊星リング
２１ リング本体
２２ コロ部
２３ 突起部
２４ 乾燥皮膜
１００ 振動モ−タユニット
１０１ 支持部材
１０２ 押さえ環
１０３ 位置規制部材
１０３ｃ 固体潤滑皮膜
１０４ ベアリング
１０５ 径方向規制部
１０５ａ 固体潤滑皮膜

Claims (7)

1. 駆動信号により励振される圧電体と、
   前記圧電体に接合され、その圧電体が接合される面とは異なる駆動面に振動波を生じる円環形状の弾性体と、
   前記弾性体の駆動面に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対回転運動が生じる円環形状の相対運動部材と、
   前記相対運動部材を径方向に位置規制する第１の位置規制部材と、
   を有する振動波モータにおいて、
   前記弾性体を回転方向に位置規制する回転方向規制部と、
   前記弾性体を径方向にガタを持って位置規制する径方向規制部とを有し、
   前記相対運動部材と前記第１の位置規制部材との少なくとも１方は、前記位置規制のために接触する部分に、フッ素を含有する乾性皮膜を有すること、
   を特徴とする振動波モータ。
2. 請求項１に記載の振動波モータにおいて、
   前記相対運動部材と前記第１の位置規制部材とのうちで、前記フッ素を含有する乾性皮膜を有さない部材は、フッ素を含有する固体潤滑皮膜が焼き付け処理されていること、
   を特徴とする振動波モータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の振動波モータにおいて、
   前記径方向規制部は、前記位置規制のために接触する部分に、フッ素を含有する乾性皮膜、又は、フッ素を含有する固体潤滑皮膜が焼き付け処理されていること、
   を特徴とする振動波モータ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
   前記フッ素を含有する乾性皮膜は、円滑処理が施されていること、
   を特徴とする振動波モータ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
   前記振動波は超音波域の振動波であること、
   を特徴とする振動波モータ。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
   前記弾性体の駆動面には、溝部が設けられており、前記回転方向規制部は、前記溝部に係合されていること、
   を特徴とする振動波モータ。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動波モータにおいて、
   前記弾性体および前記相対運動部材の内周側に設けられた円筒状の支持部材を有し、
   前記第１の位置規制部材、前記回転方向規制部および前記径方向規制部は、前記支持部材に設けられていること、
   を特徴とする振動波モータ。

Images