JP4708599B2

JP4708599B2 - 振動波モータ

Info

Publication number: JP4708599B2
Application number: JP2001149027A
Authority: JP
Inventors: 正晴鈴木; 卓治岡本; 栄一柳; 義文西本
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP2002354848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動波モータに関し、特に、内部の気密性を確保するためにモータハウジングとモータ出力軸との間にシール部材が配設されたタイプの振動波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで振動体を励振させて駆動力を得るようにした振動波モータが、例えば特公平１−１７３５４号公報等によって提供されている。
【０００３】
こうした振動波モータにおいて、モータハウジングとモータ出力軸との間にシール部材を配設してモータ内部を外部から密閉したタイプのものが、例えば特開平１０−２２５０４３号公報によって知られている。
【０００４】
図５は、該シール部材が配設された従来の振動波モータの構成を示す断面図である。
【０００５】
図中１０３は出力軸、１０４はハウジングである。１０１は振動体であり、電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とから形成され、ハウジング１０４に取り付けられる。１０２は回転子であり、出力軸１０３と一体的に回転するとともに、加圧機構によって軸方向に付勢されて振動体１０１に摩擦接触する。１０５は軸受であり、ハウジング１０４に取り付けられて、出力軸１０３を回転支持する。１０６は円筒上のシール部材であり、出力軸１０３に固着され、軸方向の２つの端面がハウジング１０４と軸受１０５とに密着状態で接触している。
【０００６】
こうした構成において、電気−機械エネルギ変換素子へ入力された電気エネルギが、振動体１０１と回転子１０２との間の接触摩擦力を介して、出力軸１０３から機械エネルギとして出力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のシール部材が配設された従来の振動波モータには、次のような課題があった。
【０００８】
すなわち、シール部材１０６の各端面において、ハウジング１０４と軸受１０５とから与えられる各摩擦トルクＴは、次の式（１）によって算出される。
【０００９】
摩擦トルクＴ＝μ・Ｒ・Ｐ …（１）
ここで、μはハウジング１０４または軸受１０５と接する端面の摩擦係数、Ｒはハウジング１０４または軸受１０５と接する端面の摩擦部分の回転半径、Ｐはハウジング１０４または軸受１０５から端面に与えられる押圧力である。
【００１０】
従来、ハウジング１０４及び軸受１０５と接する各端面の摩擦部分の回転半径は同一であったが、ハウジング１０４と接する端面の摩擦係数と、軸受１０５と接する端面の摩擦係数とは異なっていた。したがって、両端面に発生する摩擦トルクに差が生じていた。
【００１１】
一方、シール部材１０６は高気密性、低摩擦損失、長寿命といった特性を要求されるため、その素材として主にゴム系の素材が使用される。このゴム系の素材はねじり剛性が小さいという性質を有する。そのため、両端面に発生する摩擦トルクの差分が、シール部材１０６にねじり弾性力としてチャージされる。
【００１２】
ところで、このモータが通常の電磁モータであるならば、チャージされた状態で出力軸が停止しても、ねじり弾性力はシール部材の復元力として作用して、ねじり弾性力に見合った分だけ出力軸が回転し、その結果、シール部材はディスチャージ状態となり、何ら問題はない。
【００１３】
しかしながら、振動波モータにおいては、振動体１０１と回転子１０２との摩擦接触力がシール部材１０６のねじり弾性力に比べて、はるかに大きいために、出力軸１０３が停止状態の時に、シール部材１０６はねじり弾性力をチャージした状態で停止している。
【００１４】
図６は、出力軸１０３が停止したときに、シール部材１０６に働くねじり弾性力を示す図である。
【００１５】
シール部材１０６における両端面において、軸受１０５側の端面の方がハウジング１０４側の端面より摩擦係数は小さいので、図６に示すように、出力軸１０３が停止前に回転していた回転方向Ｄ１とは反対方向Ｄ２に作用する復元力（ねじり弾性力）がシール部材１０６にチャージされている。
【００１６】
このため、振動波モータが停止状態から再起動する際に、停止前と同一の回転方向Ｄ１に起動する場合は何ら問題はないが、停止前と反対の回転方向Ｄ２に起動する場合には、シール部材１０６の復元力の作用方向と一致するため、入力電気エネルギでは制御できない加速エネルギが出力軸１０３に作用してしまう。
【００１７】
この結果、振動波モータに対して滑らかに起動加速駆動を行おうとしても、図３に示す波形Ｃ１のように、速度指令値に対してオーバシュート気味に加速してしまい、所望の起動動作を実現できない。図３は、振動波モータの起動時における回転速度の時間変化を示す特性図である。
【００１８】
また、振動波モータに対してパルス入力によるステップ駆動を行う場合にも、図４に示す波形Ｃ３のように、起動時にオーバシュート気味の加速となるので、目標回転角（位置）に対してオーバランすることとなり、所望の動作を実現できない。図４は、振動波モータに対してパルス入力によるステップ駆動を行った場合（Ａ）における回転速度の時間変化（Ｂ）を示す特性図である。
【００１９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、制御指令に対して忠実に追従する振動波モータを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による振動波モータは、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで振動体を励振させて駆動力を得るようにした振動波モータにおいて、前記振動波モータの出力軸が貫通するモータハウジングと、前記出力軸と前記モータハウジングとの間に設けられた軸受と、内周面が前記出力軸に前記軸受よりも内側で固着され、軸方向の２つの端面のうち一方が前記軸受に接触し、他方が前記モータハウジングに接触するゴム系の素材からなるシール部材とを有し、前記シール部材が接触する前記軸受の端面の摩擦係数は、前記シール部材が接触する前記モータハウジングの端面の摩擦係数よりも小さく、前記シール部材と前記軸受の接触による摩擦トルクと、前記シール部材と前記モータハウジングの接触による摩擦トルクが略均等となるように、前記シール部材の前記軸受に接触する端面側における外周面の半径は、前記シール部材の前記モータハウジングに接触する端面側における外周面の半径よりも大きく構成されていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る振動波モータの第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【００２５】
図中３は振動波モータの出力軸、４は出力軸３が貫通するハウジングである。１は振動体であり、電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とから形成され、ハウジング４に取り付けられる。２は回転子であり、出力軸３と一体的に回転するとともに、加圧機構によって軸方向に付勢されて振動体１に摩擦接触する。５は軸受であり、ハウジング４に取り付けられて、出力軸３を回転支持する。
【００２６】
７はシール部材であり、内周半径が同一で、外周半径が異なる２つの円筒状部材を一体化した構成を備えている。なお、外周半径が大きい方の円筒状部材を軸受５側に、外周半径が小さい方の円筒状部材をハウジング４側に配置する。そして、内周側が出力軸３に固着され、軸方向の２つの端面のうち、外周半径が大きい側の端面に軸受５が、外周半径が小さい側の端面に軸受５が密着状態でそれぞれ接触している。
【００２７】
前述したように、シール部材６の各端面において、ハウジング４と軸受５とから与えられる各摩擦トルクＴは、次の式（２）によって算出される。
【００２８】
摩擦トルクＴ＝μ・Ｒ・Ｐ …（２）
なお、μはハウジング４または軸受５と接する端面の摩擦係数、Ｒはハウジング４または軸受５と接する端面の摩擦部分の回転半径、Ｐはハウジング４または軸受５から端面に与えられる押圧力である。
【００２９】
ここで、シール部材６の両端面における摩擦部分の回転半径は、上記のように軸受５が接触する側の回転半径が、ハウジング４が接触する側の回転半径よりも大きい。一方、シール部材６の両端面における摩擦係数は、軸受５側の端面の方がハウジング４側の端面より小さい。したがって、上記各外周半径を適切に設定さえすれば、シール部材６の各端面における各摩擦トルクは、略均等になる。
【００３０】
これにより、制御指令に対して忠実に追従する振動波モータを提供することができる。すなわち、振動波モータに対して起動加速駆動を行ったとき、図３に示す波形Ｃ２のように、オーバシュートすることなく、速度指令値に対して忠実に追従する振動波モータを提供することができる。図３は、振動波モータの起動時における回転速度の時間変化を示す特性図である。
【００３１】
また、振動波モータに対してパルス入力によるステップ駆動を行う場合にも、図４に示す波形Ｃ４のように、目標回転角（位置）に対してオーバランすることなく、所望の動作を実現できる。図４は、振動波モータに対してパルス入力によるステップ駆動を行った場合（Ａ）における回転速度の時間変化（Ｂ）を示す特性図である。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る振動波モータの第２の実施の形態の構成を示す断面図である。図中、第１の実施の形態における構成と同一部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
第２の実施の形態では、６は円筒状のシール部材であり、出力軸３に固着され、軸方向の２つの端面のうち一方が軸受５に密着状態で接触している。シール部材６の他方の端面とハウジング４との間には、ワッシャ部材８が配置され、シール部材６の他方の端面は、ワッシャ部材８を介してハウジング４に密着する。
【００３４】
ワッシャ部材８は、低摩擦係数の素材（例えば、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等）から構成される。これにより、シール部材６の両端面における摩擦係数が略均等になり、上記式（２）によって表されるシール部材６の各端面における各摩擦トルクは、略均等になる。
【００３５】
なお、ワッシャ部材８を使用せずに、ハウジング４のシール部材６と接触する面に、ＰＴＦＥ等の低摩擦係数の素材をコーティングするようにしてもよい。
【００３６】
これにより、第１の実施の形態と同様に、振動波モータに対して起動加速駆動を行ったとき、図３に示す波形Ｃ２のように、オーバシュートすることなく、速度指令値に対して忠実に追従する振動波モータを提供することができる。
【００３７】
また、振動波モータに対してパルス入力によるステップ駆動を行う場合にも、図４に示す波形Ｃ４のように、目標回転角（位置）に対してオーバランすることなく、所望の動作を実現できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、出力軸の回転が停止したとき、シール部材のねじり弾性力（復元力）のチャージがないため、加速駆動時においても、ステップ応答駆動時においても、制御指令に対して忠実に追従する振動波モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動波モータの第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る振動波モータの第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図３】振動波モータの起動時における回転速度の時間変化を示す特性図である。
【図４】振動波モータに対してパルス入力によるステップ駆動を行った場合（Ａ）における回転速度の時間変化（Ｂ）を示す特性図である。
【図５】シール部材が配設された従来の振動波モータの構成を示す断面図である。
【図６】出力軸が停止したときに、シール部材に働くねじり弾性力を示す図である。
【符号の説明】
１振動体
２回転子
３出力軸
４ハウジング（モータハウジング）
５軸受
６シール部材
７シール部材
８ワッシャ部材

Claims

電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで振動体を励振させて駆動力を得るようにした振動波モータにおいて、
前記振動波モータの出力軸が貫通するモータハウジングと、
前記出力軸と前記モータハウジングとの間に設けられた軸受と、
内周面が前記出力軸に前記軸受よりも内側で固着され、軸方向の２つの端面のうち一方が前記軸受に接触し、他方が前記モータハウジングに接触するゴム系の素材からなるシール部材とを有し、
前記シール部材が接触する前記軸受の端面の摩擦係数は、前記シール部材が接触する前記モータハウジングの端面の摩擦係数よりも小さく、
前記シール部材と前記軸受の接触による摩擦トルクと、前記シール部材と前記モータハウジングの接触による摩擦トルクが略均等となるように、前記シール部材の前記軸受に接触する端面側における外周面の半径は、前記シール部材の前記モータハウジングに接触する端面側における外周面の半径よりも大きく構成されていることを特徴とする振動波モータ。