JPH066986A - 振動波モーター及びその製造方法 - Google Patents
振動波モーター及びその製造方法Info
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- JPH066986A JPH066986A JP4157837A JP15783792A JPH066986A JP H066986 A JPH066986 A JP H066986A JP 4157837 A JP4157837 A JP 4157837A JP 15783792 A JP15783792 A JP 15783792A JP H066986 A JPH066986 A JP H066986A
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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
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レール状固定子のそりや、底板のそりに関係
なく弾性体の加圧力の変動を小さくし、安定したモータ
ー出力が得られる振動波リニアモーターを提供すること
にある。 【構成】 レール状固定子８に凹溝８ａを形成し、弾性
体１と一体的に取り付けられている載置台４に、この凹
溝８ａに嵌合するコロ１１ａを前後に２個設ける一方、
加圧バネ３により弾性体１とコロとによりレール状固定
子８を挟み込む構造としている。
なく弾性体の加圧力の変動を小さくし、安定したモータ
ー出力が得られる振動波リニアモーターを提供すること
にある。 【構成】 レール状固定子８に凹溝８ａを形成し、弾性
体１と一体的に取り付けられている載置台４に、この凹
溝８ａに嵌合するコロ１１ａを前後に２個設ける一方、
加圧バネ３により弾性体１とコロとによりレール状固定
子８を挟み込む構造としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、振動波モーター特に進
行波が形成される弾性体をレール状固定子に圧接し、弾
性体をレール状固定子に沿って移動させる方式の振動波
モーター、弾性体と圧電素子とを金属溶融法により接合
した振動波モーター及びその製造方法に関するものであ
る。
行波が形成される弾性体をレール状固定子に圧接し、弾
性体をレール状固定子に沿って移動させる方式の振動波
モーター、弾性体と圧電素子とを金属溶融法により接合
した振動波モーター及びその製造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ーとして
は、図５、図６に示すものがある。
は、図５、図６に示すものがある。
【０００３】１は、摺動面側に設けられた突起１ａを有
する金属材料からなる長楕円形状（ランニングトラック
型）の弾性体で、その上面に接合された圧電素子２への
交流電圧の印加により、進行性振動波が形成される。な
お、進行性振動波の発生原理及び圧電素子２の構造は公
知なので詳述しないが、圧電素子の位置的に９０度ずれ
た２群の駆動用圧電素子に、９０度の時間的位相を有す
る交流電圧を印加することにより形成される。８は弾性
体１と摩擦接触するレール状固定子で、モーターケース
の底板１０に固定されていて、振動絶縁材料５（例えば
フエルト）を介して、加圧バネ３によって弾性体１と接
触している。６は弾性体１に固定された板状の支持板
で、その中央をブロック状の支持体７で固定され、弾性
体１を支持している。
する金属材料からなる長楕円形状（ランニングトラック
型）の弾性体で、その上面に接合された圧電素子２への
交流電圧の印加により、進行性振動波が形成される。な
お、進行性振動波の発生原理及び圧電素子２の構造は公
知なので詳述しないが、圧電素子の位置的に９０度ずれ
た２群の駆動用圧電素子に、９０度の時間的位相を有す
る交流電圧を印加することにより形成される。８は弾性
体１と摩擦接触するレール状固定子で、モーターケース
の底板１０に固定されていて、振動絶縁材料５（例えば
フエルト）を介して、加圧バネ３によって弾性体１と接
触している。６は弾性体１に固定された板状の支持板
で、その中央をブロック状の支持体７で固定され、弾性
体１を支持している。
【０００４】弾性体１は、この支持板６及び支持板７を
介して載置台４に支持されており、載置台４は予定移動
方向ＢY 方向以外の変位を拘束する拘束部材９によって
支持されている。
介して載置台４に支持されており、載置台４は予定移動
方向ＢY 方向以外の変位を拘束する拘束部材９によって
支持されている。
【０００５】弾性体１に進行性振動波が形成されると、
レール状固定子８と弾性体１との摩擦力により、弾性体
１がレール状固定子８の上を移動し、それに伴って載置
台４及びその他の部材３，５，６，７も拘束部材９に沿
ってＢY 方向に移動する。その際、発生する摩擦駆動力
は弾性体１の一部に作用し、それが支持部とずれている
ため、弾性体１にモーメントが働き、ＢX ，ＢY 方向に
ずれようとする。
レール状固定子８と弾性体１との摩擦力により、弾性体
１がレール状固定子８の上を移動し、それに伴って載置
台４及びその他の部材３，５，６，７も拘束部材９に沿
ってＢY 方向に移動する。その際、発生する摩擦駆動力
は弾性体１の一部に作用し、それが支持部とずれている
ため、弾性体１にモーメントが働き、ＢX ，ＢY 方向に
ずれようとする。
【０００６】支持板６は、図７に示す様に、Ｘ字の形状
をしており、４つの先端は、弾性体１の内側側面にスポ
ット溶接などにより、しっかりと接合されている。ま
た、支持板６の中央部は、支持体７でしっかりとクラン
プされ、かつ、支持体７は、載置台４に固定されている
ので、弾性体１にモーメントが働いても、弾性体１が回
転したり、ガタつくこともなく、載置台４と共にスムー
ズに直線運動が可能となる。
をしており、４つの先端は、弾性体１の内側側面にスポ
ット溶接などにより、しっかりと接合されている。ま
た、支持板６の中央部は、支持体７でしっかりとクラン
プされ、かつ、支持体７は、載置台４に固定されている
ので、弾性体１にモーメントが働いても、弾性体１が回
転したり、ガタつくこともなく、載置台４と共にスムー
ズに直線運動が可能となる。
【０００７】このモーターは、例えばバブルジェット式
のプリンターにおける印字ヘッド駆動用として用いら
れ、載置台４に取付けられた不図示のキャリッジに印字
ヘッドが装着され、該印字ヘッドを直線往復移動させ
る。
のプリンターにおける印字ヘッド駆動用として用いら
れ、載置台４に取付けられた不図示のキャリッジに印字
ヘッドが装着され、該印字ヘッドを直線往復移動させ
る。
【０００８】一方、この種のモーターは、図８に示すよ
うに、金属の弾性体リング２１に圧電素子２２を有機系
の接着剤２３（エポキシ系、シアノアクリレート系な
ど）で接合した振動体２４と、振動体２４の摺動面に不
図示の加圧バネにより加圧力を受けて接触しているロー
ター２５と、ローター２５に一体的に設けられている出
力軸２６により構成されている。
うに、金属の弾性体リング２１に圧電素子２２を有機系
の接着剤２３（エポキシ系、シアノアクリレート系な
ど）で接合した振動体２４と、振動体２４の摺動面に不
図示の加圧バネにより加圧力を受けて接触しているロー
ター２５と、ローター２５に一体的に設けられている出
力軸２６により構成されている。
【０００９】圧電素子に不図示の２相（位相がπ／２異
なる）の電源から交流電圧を印加すると振動体２４に屈
曲進行波が発生し、振動体２４の摺動面上の各点はダ円
運動をする。この振動体２４の摺動面にローター２５を
圧接すると、ローター２５は、振動体２４から摩擦力を
受け、振動体摺動面上のダ円運動の方向へ回転する。不
図示の被駆動体は、カップリング等で出力軸２６と接合
されており、ローター２５の回転力を受けて駆動され
る。この種のモーターは、圧電素子に電圧を印加すると
圧電横効果によって圧電素子が伸縮するため、金属など
の弾性体に圧電素子を接合しておくと、弾性体が曲げら
れるという原理を利用したものである。このため、圧電
素子と弾性体との接合部には、圧電体から引張り力（又
は圧縮力）を受けると、弾性体側からはそれに抗する力
を受けるため大きなせん断力がかかる。
なる）の電源から交流電圧を印加すると振動体２４に屈
曲進行波が発生し、振動体２４の摺動面上の各点はダ円
運動をする。この振動体２４の摺動面にローター２５を
圧接すると、ローター２５は、振動体２４から摩擦力を
受け、振動体摺動面上のダ円運動の方向へ回転する。不
図示の被駆動体は、カップリング等で出力軸２６と接合
されており、ローター２５の回転力を受けて駆動され
る。この種のモーターは、圧電素子に電圧を印加すると
圧電横効果によって圧電素子が伸縮するため、金属など
の弾性体に圧電素子を接合しておくと、弾性体が曲げら
れるという原理を利用したものである。このため、圧電
素子と弾性体との接合部には、圧電体から引張り力（又
は圧縮力）を受けると、弾性体側からはそれに抗する力
を受けるため大きなせん断力がかかる。
【００１０】そこで、この接合部には上記せん断力に十
分耐え得るだけの強度と高周波のくり返し応力（疲労）
に耐え得るだけのじん性、そして均一に接合できるとい
う条件が要求される。
分耐え得るだけの強度と高周波のくり返し応力（疲労）
に耐え得るだけのじん性、そして均一に接合できるとい
う条件が要求される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の振動波リニアモーターでは、レール状固定子８と拘
束部材９とが別体で加工されており、また、これらの部
材は、ＢY 方向に細長い形状をしているため、レール及
び拘束部材の変形が大きくレール摺動面の平面度及び拘
束部材のキャリッジガイド部の平面度を精度よく加工す
るのは困難である。
来の振動波リニアモーターでは、レール状固定子８と拘
束部材９とが別体で加工されており、また、これらの部
材は、ＢY 方向に細長い形状をしているため、レール及
び拘束部材の変形が大きくレール摺動面の平面度及び拘
束部材のキャリッジガイド部の平面度を精度よく加工す
るのは困難である。
【００１２】さらに、これらのレール及び拘束部材を取
り付ける底板１０も薄い板であるため、そりなどの変形
が大きく、この底板に前記拘束部材及びレールを取り付
けると、さらにこれらの部材の変形がひどくなる。
り付ける底板１０も薄い板であるため、そりなどの変形
が大きく、この底板に前記拘束部材及びレールを取り付
けると、さらにこれらの部材の変形がひどくなる。
【００１３】そのため、両側の拘束部材のキャリッジガ
イド面の平行度が悪くなり、キャリッジがＢY 方向に移
動する際に場所によってキャリッジの傾きが変化するた
め、レール摺動面とキャリッジ間のギャップも変化して
しまう。
イド面の平行度が悪くなり、キャリッジがＢY 方向に移
動する際に場所によってキャリッジの傾きが変化するた
め、レール摺動面とキャリッジ間のギャップも変化して
しまう。
【００１４】前に述べた様に、弾性体１は、キャリッジ
に支持部材を介して取り付けられており、また、加圧バ
ネ３もキャリッジに取り付けられているので、レール摺
動面とキャリッジとのギャップがＢY 方向の場所によっ
て変化すると、弾性体１に加えられる加圧力が変動して
しまうため、モーターの安定な駆動力を得ることができ
ないという問題があった。
に支持部材を介して取り付けられており、また、加圧バ
ネ３もキャリッジに取り付けられているので、レール摺
動面とキャリッジとのギャップがＢY 方向の場所によっ
て変化すると、弾性体１に加えられる加圧力が変動して
しまうため、モーターの安定な駆動力を得ることができ
ないという問題があった。
【００１５】また、上記従来の接合方法による振動波モ
ーターでは、圧電素子と弾性体との接合部に有機系の接
着剤を使用していたので接着強度が弱い、とくに熱に対
して強度が著しく劣化するなどの問題があった。
ーターでは、圧電素子と弾性体との接合部に有機系の接
着剤を使用していたので接着強度が弱い、とくに熱に対
して強度が著しく劣化するなどの問題があった。
【００１６】そのため出力の回転数を上げようとして振
動体２４の振動振幅を上げようとすると接着層に過大な
せん断応力がかかり圧電素子がはく離してしまう結果に
なったり、また、高出力（高トルク）を出すためにロー
ターの加圧力を上げ、入力電圧（電力）も上げると、同
時に振動体の損失、摺動部での損失も増加するため、モ
ーターからの発熱が多くなり、振動体の温度上昇→接着
強度の低下→圧電素子のはく離→モーターの機能喪失と
いう結果になってしまい、モーターの回転数（回転速
度）や出力トルクなどには限界があった。
動体２４の振動振幅を上げようとすると接着層に過大な
せん断応力がかかり圧電素子がはく離してしまう結果に
なったり、また、高出力（高トルク）を出すためにロー
ターの加圧力を上げ、入力電圧（電力）も上げると、同
時に振動体の損失、摺動部での損失も増加するため、モ
ーターからの発熱が多くなり、振動体の温度上昇→接着
強度の低下→圧電素子のはく離→モーターの機能喪失と
いう結果になってしまい、モーターの回転数（回転速
度）や出力トルクなどには限界があった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
ための振動波モーター及びその製造方法は特許請求の範
囲に記載した通りであり、振動波モーターの構成は、ル
ープ状弾性体に、２群の電気−機械エネルギー変換素子
区画を、群内では等ピッチλ／２にて、かつ電圧印加等
の伸縮の極性が交互に逆であるように、そして群間には
λ／４の奇数倍のずれがあるように配列固着し、該電気
−機械エネルギー変換素子区画の２群に互いに９０°の
時間的位相差を有する交流電圧を各々印加することによ
って、該弾性体に上記各々の群によって発生された互い
にλ／４だけずれた２つの定在波（波長λ）の合成とし
て波長λの進行性振動波を生ぜしめる弾性振動体と、該
弾性振動体を支持する支持手段と、該弾性振動体を加圧
する加圧手段と、該弾性振動体の一部を摩擦接触し、該
進行性振動波により弾性体と相対運動するレール状固定
子と、該弾性振動体及び支持手段とを固定し、予定方向
に往復運動する移動体と、移動体を予定移動方向以外に
変位しないように拘束する移動体ガイド手段とを有する
振動波モーターにおいて、該移動体ガイド手段として、
固定されたガイド溝と、該移動体に取りつけられた２以
上の該溝に沿って溝の中を転がるコロ軸受を有し、か
つ、該ガイド溝は該レール状固定子の摺動面以外の面に
設け、加圧バネ力により、弾性体とコロとでレール状固
定子をはさみ込む構造にすることで、レール状固定子の
そりや、底板のそりに関係なく弾性体の加圧力の変動を
小さくし、安定したモーター出力が得られる様にしたも
のである。
ための振動波モーター及びその製造方法は特許請求の範
囲に記載した通りであり、振動波モーターの構成は、ル
ープ状弾性体に、２群の電気−機械エネルギー変換素子
区画を、群内では等ピッチλ／２にて、かつ電圧印加等
の伸縮の極性が交互に逆であるように、そして群間には
λ／４の奇数倍のずれがあるように配列固着し、該電気
−機械エネルギー変換素子区画の２群に互いに９０°の
時間的位相差を有する交流電圧を各々印加することによ
って、該弾性体に上記各々の群によって発生された互い
にλ／４だけずれた２つの定在波（波長λ）の合成とし
て波長λの進行性振動波を生ぜしめる弾性振動体と、該
弾性振動体を支持する支持手段と、該弾性振動体を加圧
する加圧手段と、該弾性振動体の一部を摩擦接触し、該
進行性振動波により弾性体と相対運動するレール状固定
子と、該弾性振動体及び支持手段とを固定し、予定方向
に往復運動する移動体と、移動体を予定移動方向以外に
変位しないように拘束する移動体ガイド手段とを有する
振動波モーターにおいて、該移動体ガイド手段として、
固定されたガイド溝と、該移動体に取りつけられた２以
上の該溝に沿って溝の中を転がるコロ軸受を有し、か
つ、該ガイド溝は該レール状固定子の摺動面以外の面に
設け、加圧バネ力により、弾性体とコロとでレール状固
定子をはさみ込む構造にすることで、レール状固定子の
そりや、底板のそりに関係なく弾性体の加圧力の変動を
小さくし、安定したモーター出力が得られる様にしたも
のである。
【００１８】また、本発明は上記問題点を解決するため
に、金属又は合金を圧電素子と弾性体の間にはさみ溶融
させて弾性体と圧電素子の電極と溶融金属を反応させて
結合させるものであり、接合強度を金属並みに向上さ
せ、かつ接合強度の温度依存性を有機系接着剤と比べて
できるだけ無くして安定な強度を維持できることを特徴
としている。
に、金属又は合金を圧電素子と弾性体の間にはさみ溶融
させて弾性体と圧電素子の電極と溶融金属を反応させて
結合させるものであり、接合強度を金属並みに向上さ
せ、かつ接合強度の温度依存性を有機系接着剤と比べて
できるだけ無くして安定な強度を維持できることを特徴
としている。
【００１９】これらの金属又は合金の条件としては、接
合する弾性体の融点及び圧電素子の昇華点よりも融点が
低いこと、及び両者の金属、セラミックスおよび電極材
との反応性がよく、結合強度が強いことが上げられる。
合する弾性体の融点及び圧電素子の昇華点よりも融点が
低いこと、及び両者の金属、セラミックスおよび電極材
との反応性がよく、結合強度が強いことが上げられる。
【００２０】例えば、一般に金属のろう付に使用されて
いる銀、銅、すず、カドミウムなどを主成分とする銀ろ
う、銀、銅、すず、ニッケルなどを主成分とする黄銅ろ
う、アルミニウム、銅、すず、ケイ素などを主成分とす
るアルミニウムろう、金、銅、銀を主成分とする金ろう
など、一般に硬ろうと呼ばれている合金、及びすず、鉛
などを主成分とする軟ろうなどが例として上げられる。
いる銀、銅、すず、カドミウムなどを主成分とする銀ろ
う、銀、銅、すず、ニッケルなどを主成分とする黄銅ろ
う、アルミニウム、銅、すず、ケイ素などを主成分とす
るアルミニウムろう、金、銅、銀を主成分とする金ろう
など、一般に硬ろうと呼ばれている合金、及びすず、鉛
などを主成分とする軟ろうなどが例として上げられる。
【００２１】これらの合金の融点は軟ろうが１８０℃前
後から３２０℃前後、硬ろうは５００℃前後から１００
０℃前後であるが圧電素子は温度が８００℃以上になる
と、鉛成分の蒸発が始まり、圧電素子の性能が劣化して
しまうので、接合温度は８００℃以下が望ましい。但
し、８００℃以上の温度でも、鉛の飽和蒸気雰囲気中で
接合すれば、圧電素子の成分変化をまねくことなく金属
と圧電素子の接合が可能になる。
後から３２０℃前後、硬ろうは５００℃前後から１００
０℃前後であるが圧電素子は温度が８００℃以上になる
と、鉛成分の蒸発が始まり、圧電素子の性能が劣化して
しまうので、接合温度は８００℃以下が望ましい。但
し、８００℃以上の温度でも、鉛の飽和蒸気雰囲気中で
接合すれば、圧電素子の成分変化をまねくことなく金属
と圧電素子の接合が可能になる。
【００２２】そのため、上記例に示した軟ろう、アルミ
ニウムろうなどは融点が８００℃以下なので、通常の高
温炉で接合が可能であるが、金ろう、銀ろう、黄銅ろう
などの一部は、融点が８００℃以上になるので、鉛の飽
和蒸気雰囲気中で、接合する必要がある。
ニウムろうなどは融点が８００℃以下なので、通常の高
温炉で接合が可能であるが、金ろう、銀ろう、黄銅ろう
などの一部は、融点が８００℃以上になるので、鉛の飽
和蒸気雰囲気中で、接合する必要がある。
【００２３】
【実施例】図１及び図２は、本発明の第１の実施例を示
す。１は弾性体、１ａは弾性体１上に一体的に形成され
るくし歯状の突起である。２は弾性体１に接合されてい
る圧電素子である。弾性体１には支持板６がスポット溶
接などの接合手段により接合されており、支持部材７を
介して載置台４に設置されている。載置台４には軸受１
２がＢY 方向に沿って２本固定されており、その先端に
回転自由なコロ１１ａが各々取り付けられている。
す。１は弾性体、１ａは弾性体１上に一体的に形成され
るくし歯状の突起である。２は弾性体１に接合されてい
る圧電素子である。弾性体１には支持板６がスポット溶
接などの接合手段により接合されており、支持部材７を
介して載置台４に設置されている。載置台４には軸受１
２がＢY 方向に沿って２本固定されており、その先端に
回転自由なコロ１１ａが各々取り付けられている。
【００２４】８は底板１０の一側部に固定されたレール
状固定子で、レール状固定子８の上面には、コロ１１が
嵌合する凹溝８ａが設けられており、また、対向する下
面には適度な弾性をもったフランジ８ｂが形成され、フ
ランジ８ｂの下面は弾性体１の駆動面と接触する摺動面
をなしている。
状固定子で、レール状固定子８の上面には、コロ１１が
嵌合する凹溝８ａが設けられており、また、対向する下
面には適度な弾性をもったフランジ８ｂが形成され、フ
ランジ８ｂの下面は弾性体１の駆動面と接触する摺動面
をなしている。
【００２５】３は弾性体１をレール状固定子８のフラン
ジ８ｂに押圧する板バネからなる加圧バネで、載置台４
の下面に一端が固定され、他端が弾性体１の下面まで斜
めに延びている。
ジ８ｂに押圧する板バネからなる加圧バネで、載置台４
の下面に一端が固定され、他端が弾性体１の下面まで斜
めに延びている。
【００２６】この加圧バネ３の延出端部と弾性体１との
間にはフエルト等の振動絶縁体５が介挿されていて、加
圧バネ３のバネ力を振動絶縁体５を介して弾性体１に付
与し、弾性体１をレール状固定子８に加圧接触させる。
間にはフエルト等の振動絶縁体５が介挿されていて、加
圧バネ３のバネ力を振動絶縁体５を介して弾性体１に付
与し、弾性体１をレール状固定子８に加圧接触させる。
【００２７】すなわち、レール状固定子８に対してコロ
１１ａと弾性体１とが加圧バネ３のバネ力により挟持す
るように取り付けられている。なお、コロ１１ａは凹溝
８ａにわずかな隙間を有して嵌合し、ＢY 方向へのスム
ーズな移動が保証されている。
１１ａと弾性体１とが加圧バネ３のバネ力により挟持す
るように取り付けられている。なお、コロ１１ａは凹溝
８ａにわずかな隙間を有して嵌合し、ＢY 方向へのスム
ーズな移動が保証されている。
【００２８】一方、底板１０の他側には、ＢY 方向に沿
った平坦面のガイド部１０ａが形成され、載置台４に固
定された軸受１２に取り付けられたコロ１１ｂがこのガ
イド部１０ａ上に当接するようにしている。なお、ガイ
ド部１０ａの上部には平行して規制部１０ｂがコロ１１
ｂとわずかな隙間を有して設けられ、コロ１１ｂの上下
方向の移動を拘束している。
った平坦面のガイド部１０ａが形成され、載置台４に固
定された軸受１２に取り付けられたコロ１１ｂがこのガ
イド部１０ａ上に当接するようにしている。なお、ガイ
ド部１０ａの上部には平行して規制部１０ｂがコロ１１
ｂとわずかな隙間を有して設けられ、コロ１１ｂの上下
方向の移動を拘束している。
【００２９】以上のような構成において、不図示の駆動
回路から圧電素子２に高周波電界を印加すると、弾性体
１に進行性振動波が励振され、弾性体１とレール状固定
子８との摩擦力により、弾性体１、載置台４及び載置台
４に取り付けられている部材とが一体となってレール状
固定子８の凹溝８ａに沿ってＢY 方向に移動する。
回路から圧電素子２に高周波電界を印加すると、弾性体
１に進行性振動波が励振され、弾性体１とレール状固定
子８との摩擦力により、弾性体１、載置台４及び載置台
４に取り付けられている部材とが一体となってレール状
固定子８の凹溝８ａに沿ってＢY 方向に移動する。
【００３０】本実施例において、弾性体１の加圧力は、
レール状固定子８に設けられた凹溝８ａの底面（コロ１
１ａが転がる面）と、フランジ部８ｂの摺動面との距離
（Ｈ）に依存する。
レール状固定子８に設けられた凹溝８ａの底面（コロ１
１ａが転がる面）と、フランジ部８ｂの摺動面との距離
（Ｈ）に依存する。
【００３１】すなわちＨが大きくなれば、加圧バネ３の
変位が大きくなって加圧力が増大し、逆にＨが小さくな
れば減少する構造である。しかし、これら２面は構造物
（レール状固定子）に一体に設けてあるため、加工精度
がよく２面間の距離Ｈも精度よく加工できるので、載置
台がＢY 方向に移動しても弾性体の加圧力が変動するこ
となく、安定した出力が得られる。
変位が大きくなって加圧力が増大し、逆にＨが小さくな
れば減少する構造である。しかし、これら２面は構造物
（レール状固定子）に一体に設けてあるため、加工精度
がよく２面間の距離Ｈも精度よく加工できるので、載置
台がＢY 方向に移動しても弾性体の加圧力が変動するこ
となく、安定した出力が得られる。
【００３２】この時、前述した様にレール状固定子８の
凹溝８ａとコロ１１ａのギャップはわずかであるため、
載置台４のＢX 方向変位は拘束されており、また載置台
４のレールと反対側にもコロ軸受が取付けてあるため、
底板１０と一体的に形成されたガイド部１０ａ等により
図の上下方向を拘束されるので、載置台４が図中矢印Ａ
方向に回転することもなく、安定した往復運動が可能に
なる。
凹溝８ａとコロ１１ａのギャップはわずかであるため、
載置台４のＢX 方向変位は拘束されており、また載置台
４のレールと反対側にもコロ軸受が取付けてあるため、
底板１０と一体的に形成されたガイド部１０ａ等により
図の上下方向を拘束されるので、載置台４が図中矢印Ａ
方向に回転することもなく、安定した往復運動が可能に
なる。
【００３３】図３は第２の実施例を示す。
【００３４】本実施例は、レール状固定子８の断面形状
を略コ字形状とし、開口内部の上面にコロ１１ａが嵌合
する凹溝８ａを形成し、開口部の下部から延出されたフ
ランジ部８ｂの上面を弾性体１との接触面としている。
弾性体１の駆動面は、上記した第１の実施例の場合とは
逆に下向きに位置し、レール状固定子８のフランジ部８
ｂに当接する。また、加圧バネ３は弾性体１を図中下方
向に押付けるように設けられており、コロ１１ａは加圧
バネ３の反力で図中上方向に押付けられる。なお、レー
ル状固定子８と反対側の構造は第１の実施例と同様であ
る。
を略コ字形状とし、開口内部の上面にコロ１１ａが嵌合
する凹溝８ａを形成し、開口部の下部から延出されたフ
ランジ部８ｂの上面を弾性体１との接触面としている。
弾性体１の駆動面は、上記した第１の実施例の場合とは
逆に下向きに位置し、レール状固定子８のフランジ部８
ｂに当接する。また、加圧バネ３は弾性体１を図中下方
向に押付けるように設けられており、コロ１１ａは加圧
バネ３の反力で図中上方向に押付けられる。なお、レー
ル状固定子８と反対側の構造は第１の実施例と同様であ
る。
【００３５】図４は第３の実施例を示す。
【００３６】上記した図３に示す第２の実施例は、レー
ル状固定子８に形成した溝８ａは凹溝で、この凹溝８ａ
に円筒状のコロ１１ａを嵌合させているが、本実施例
は、レール状固定子８に形成する溝８ａをＶ字溝とし、
このＶ字溝８ａに嵌合するコロ１１ａも外周部がＶ字断
面形状のそろばん玉形状とし、コロ１１ａがガタなく溝
８ａに嵌合できるようにしている。
ル状固定子８に形成した溝８ａは凹溝で、この凹溝８ａ
に円筒状のコロ１１ａを嵌合させているが、本実施例
は、レール状固定子８に形成する溝８ａをＶ字溝とし、
このＶ字溝８ａに嵌合するコロ１１ａも外周部がＶ字断
面形状のそろばん玉形状とし、コロ１１ａがガタなく溝
８ａに嵌合できるようにしている。
【００３７】なお、上記した各実施例において、レール
状固定子８は断面形状が複雑であるが、材質をアルミニ
ウム等の押し出し、又は引き抜き加圧の可能なものにす
れば、加工コストも安く、しかも精度のよい加工ができ
る。
状固定子８は断面形状が複雑であるが、材質をアルミニ
ウム等の押し出し、又は引き抜き加圧の可能なものにす
れば、加工コストも安く、しかも精度のよい加工ができ
る。
【００３８】次に、弾性体と圧電素子との接合構造を説
明する。
明する。
【００３９】モーターの構成は図８に示す様に、従来例
と同じである。金属の弾性体リング２１には、ＳＵＳ４
２０Ｊ２を使用し、圧電素子２２は、厚さ０．５ｍｍの
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするいわゆる三成分系
の市販の圧電セラミックスの平板リングの両面に、ニッ
ケル電極を蒸着して図９に示す様な電極パターンを形成
している。
と同じである。金属の弾性体リング２１には、ＳＵＳ４
２０Ｊ２を使用し、圧電素子２２は、厚さ０．５ｍｍの
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするいわゆる三成分系
の市販の圧電セラミックスの平板リングの両面に、ニッ
ケル電極を蒸着して図９に示す様な電極パターンを形成
している。
【００４０】弾性体２１と圧電セラミックス２２の接合
には、Ｃｕ３．５〜４．５％、Ｚｎ９．５〜１０．５
％、Ｓｉ９．５〜１０．５％、残部Ａｌのアルミニウム
ろうを使用し、窒素雰囲気中の炉の中で接合温度約５８
０℃で接合した。圧電セラミックスのキュリー点が約３
００℃なので、圧電セラミックスの分極は、この接合が
終了してから行っている。なお、ろう材は厚さ０．２ｍ
ｍ、巾２ｍｍ、長さ１０ｍｍの小片とし弾性体１の上に
６ケ等間隔に並べ、そのうえ圧電セラミックスを乗せ、
上から重しを乗せてろう材が溶融時に動かない様に固定
して行った。
には、Ｃｕ３．５〜４．５％、Ｚｎ９．５〜１０．５
％、Ｓｉ９．５〜１０．５％、残部Ａｌのアルミニウム
ろうを使用し、窒素雰囲気中の炉の中で接合温度約５８
０℃で接合した。圧電セラミックスのキュリー点が約３
００℃なので、圧電セラミックスの分極は、この接合が
終了してから行っている。なお、ろう材は厚さ０．２ｍ
ｍ、巾２ｍｍ、長さ１０ｍｍの小片とし弾性体１の上に
６ケ等間隔に並べ、そのうえ圧電セラミックスを乗せ、
上から重しを乗せてろう材が溶融時に動かない様に固定
して行った。
【００４１】上記の実施例はアルミニウムろうを使用し
ているが、圧電セラミックスと弾性リングとの接合に銀
ろうを使った例を示す。
ているが、圧電セラミックスと弾性リングとの接合に銀
ろうを使った例を示す。
【００４２】銀ろう成分は、Ａｇ４４〜４６％、Ｃｕ１
４〜１６％、Ｚｎ１４〜１８％、Ｃｄ２３〜２５％のも
ので、窒素雰囲気中の炉内でろう付け温度は、約８００
℃で行った。この場合ろう付け温度が８００℃以上にな
るので、圧電セラミックスの鉛成分が蒸発してしまうた
め、ろう付けは炉内に鉛の飽和蒸気で満たされた状態で
行った。ろう付け温度が圧電セラミックスのキュリー点
を越えるため、上記実施例と同様、圧電セラミックスの
分極は、ろう付け後に行っている。
４〜１６％、Ｚｎ１４〜１８％、Ｃｄ２３〜２５％のも
ので、窒素雰囲気中の炉内でろう付け温度は、約８００
℃で行った。この場合ろう付け温度が８００℃以上にな
るので、圧電セラミックスの鉛成分が蒸発してしまうた
め、ろう付けは炉内に鉛の飽和蒸気で満たされた状態で
行った。ろう付け温度が圧電セラミックスのキュリー点
を越えるため、上記実施例と同様、圧電セラミックスの
分極は、ろう付け後に行っている。
【００４３】さらに弾性体１に粉末焼結材を使用した実
施例を示す。
施例を示す。
【００４４】粉末焼結材としては、鉄系の材質とし空孔
率が２０％以下になる様に密度を上げたものを使用して
いる。
率が２０％以下になる様に密度を上げたものを使用して
いる。
【００４５】圧電セラミックスと焼結弾性体との接合に
は純銅を用い、銅の融点である約１１００℃で鉛蒸気の
雰囲気中で接合している。このとき、溶融した銅は焼結
弾性体の空孔中にも毛細管現象で浸透し、空孔をふさぐ
ため、焼結弾性体の振動特性（Ｑ値）を向上させること
ができ、かつ、圧電セラミックスとの接着面に均一に広
がるので、むらのない接合が可能になる。
は純銅を用い、銅の融点である約１１００℃で鉛蒸気の
雰囲気中で接合している。このとき、溶融した銅は焼結
弾性体の空孔中にも毛細管現象で浸透し、空孔をふさぐ
ため、焼結弾性体の振動特性（Ｑ値）を向上させること
ができ、かつ、圧電セラミックスとの接着面に均一に広
がるので、むらのない接合が可能になる。
【００４６】また、銅に他の金属を混ぜて融点を下げ８
００℃以下で行える様にすれば、窒素雰囲気中での接合
も可能となり、作業性も良くなり、同様にＱ値の向上も
可能となる。この様に、圧電セラミックスの接合に合金
又は金属を用いる場合は、接合温度がモーターを実際使
う温度より相当高温になるため、圧電セラミックス２と
金属弾性体１の熱膨張係数をなるべく近い値にする必要
がある。また、接合材としては両者の熱膨張係数の差に
より生ずる応力を緩和するような、両者の熱膨張係数の
中間の値をもつ合金又は金属が望ましい。また、金属又
は合金の溶融した金属層の厚みを大きくとることも、応
力の緩和になり有益である。
００℃以下で行える様にすれば、窒素雰囲気中での接合
も可能となり、作業性も良くなり、同様にＱ値の向上も
可能となる。この様に、圧電セラミックスの接合に合金
又は金属を用いる場合は、接合温度がモーターを実際使
う温度より相当高温になるため、圧電セラミックス２と
金属弾性体１の熱膨張係数をなるべく近い値にする必要
がある。また、接合材としては両者の熱膨張係数の差に
より生ずる応力を緩和するような、両者の熱膨張係数の
中間の値をもつ合金又は金属が望ましい。また、金属又
は合金の溶融した金属層の厚みを大きくとることも、応
力の緩和になり有益である。
【００４７】
【発明の効果】以上説明した様に、リニア式の振動波モ
ーターの載置台、案内軸受のガイド部とレール状固定子
とを一体化し、軸受ガイド溝をレール状固定の摺動面と
対向する面に設ける事により、底板やレールのそりに影
響されることなく弾性体の加圧力が一定に保持でき、安
定したモーター出力が得られる効果がある。
ーターの載置台、案内軸受のガイド部とレール状固定子
とを一体化し、軸受ガイド溝をレール状固定の摺動面と
対向する面に設ける事により、底板やレールのそりに影
響されることなく弾性体の加圧力が一定に保持でき、安
定したモーター出力が得られる効果がある。
【００４８】また、摺動面での接触状態が安定になるた
め、モーターの鳴きも無くなるという効果も期待でき
る。
め、モーターの鳴きも無くなるという効果も期待でき
る。
【００４９】また、弾性体より融点の低い金属又は合金
などを溶融させて、圧電素子と弾性体を接合することに
より、モーター使用環境が高温になっても圧電素子がは
くりするなどの問題がなくなり、温度依存性のないモー
ター性能が得られる。
などを溶融させて、圧電素子と弾性体を接合することに
より、モーター使用環境が高温になっても圧電素子がは
くりするなどの問題がなくなり、温度依存性のないモー
ター性能が得られる。
【００５０】さらに、粉末焼結材を弾性体として用いた
場合は、接合材として使う金属が焼結材の空孔に充てん
され、圧電素子の接合をすると同時に、弾性体振動特性
を向上させることができ、一石二鳥の効果がある。
場合は、接合材として使う金属が焼結材の空孔に充てん
され、圧電素子の接合をすると同時に、弾性体振動特性
を向上させることができ、一石二鳥の効果がある。
【図１】本発明による振動波モーターの第１の実施例を
示す断面図。
示す断面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】第２の実施例の断面図。
【図４】第３の実施例の断面図。
【図５】従来の振動波モーターの断面図。
【図６】図５の平面図。
【図７】図５の弾性支持板の平面図。
【図８】振動波モーターの断面図。
【図９】圧電素子の平面図。
１…弾性体 ２…圧電素子 ３…加圧バネ ４…載置台 ５…振動絶縁体 ６…弾性体支持板 ７…支持体 ８…レール状固定
子 ９…拘束部材 １０…底板 １１…軸受けコロ １２…コロ軸棒
子 ９…拘束部材 １０…底板 １１…軸受けコロ １２…コロ軸棒
フロントページの続き (72)発明者 丸山 裕 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (13)
- 【請求項１】 ループ状弾性体に、２群の電気−機械エ
ネルギー変換素子区画を、群内では等ピッチλ／２に
て、かつ電圧印加等の伸縮の極性が交互に逆であるよう
に、そして群間にはλ／４の奇数倍のずれがあるように
配列固着し、該電気−機械エネルギー変換素子区画の２
群に互いに９０°の時間的位相差を有する交流電圧を各
々印加することによって、該弾性体に上記各々の群によ
って発生された互いにλ／４だけずれた２つの定在波
（波長λ）の合成として波長λの進行性振動波を生ぜし
める弾性振動体と、該弾性振動体を支持する支持手段
と、該弾性振動体を加圧する加圧手段と、該弾性振動体
の一部を摩擦接触し、該進行性振動波により弾性体と相
対運動するレール状固定子と、該弾性振動体及び支持手
段とを固定し、予定方向に往復運動する移動体と、該移
動体を予定移動方向以外に変位しないように拘束する移
動体ガイド手段とを有する振動波モーターにおいて、該
移動体ガイド手段として、固定されたガイド溝と、該移
動体に取りつけられた２以上の該ガイド溝に沿って溝の
中を転がるコロ軸受を有し、かつ、該ガイド溝は該レー
ル状固定子の摺動面以外の面に設けたことを特徴とする
振動波モーター。 - 【請求項２】 請求項１において、ガイド溝はレール状
固定子の摺動面と対向する面に設けたことを特徴とする
振動波モーター。 - 【請求項３】 請求項１において、ガイド溝の形状が矩
形形状であり、コロ軸受の断面も矩形の回軸体であるこ
とを特徴とする振動波モーター。 - 【請求項４】 請求項１において、ガイド溝の形状がＶ
形であることを特徴とする振動波モーター。 - 【請求項５】 請求項２ないし４のいずれかにおいて、
コロ軸受の形状がそろばん玉状であることを特徴とする
振動波モーター。 - 【請求項６】 請求項１において、レール状固定子の断
面形状がコの字形であり摺動面及びガイド溝のある面は
コの字の内側の対向する面であることを特徴とする振動
波モーター。 - 【請求項７】 金属の弾性体に、電気−機械エネルギー
変換素子を接合し、該電気−機械エネルギー変換素子に
交番電圧を印加することにより、前記弾性体に超音波振
動を励振し、該弾性体の摺動面に移動体を加圧接触させ
ることにより、前記超音波振動の摩擦力で該弾性体と該
移動体とを相対的に直線又は回転せしめる振動波モータ
ーにおいて、前記電気−機械エネルギー変換素子と前記
弾性体とを溶融した金属により接合したことを特徴とす
る振動波モーター。 - 【請求項８】 請求項７において、溶融金属の融点が８
００℃以下の金属又は合金であることを特徴とする振動
波モーター。 - 【請求項９】 請求項７において、溶融金属の融点が８
００℃以上１２００℃以下の金属又は合金であることを
特徴とする振動波モーター。 - 【請求項１０】 請求項７において、弾性体が空孔率２
０％未満の粉末焼結体であり、電気−機械エネルギー変
換素子と、該粉末焼結体との間に溶融接合する金属をは
さんで接合し、該溶融接合する金属を該粉末焼結体の空
孔部に溶浸させたことを特徴とする振動波モーター。 - 【請求項１１】 請求項８において、溶融金属はアルミ
ニウムを母材として銅、鉛、けい素を主成分とするアル
ミニウムろうであることを特徴とする振動波モーター。 - 【請求項１２】 請求項９において、溶融金属は、銀を
母材として銅、鉛、カドミウムを主成分とする銀ろうで
あることを特徴とする振動波モーター。 - 【請求項１３】 請求項１２の振動波モーターにおける
弾性体と電気−機械エネルギー変換素子との接合は、接
合する際の加熱炉の雰囲気が鉛の飽和蒸気で満たされて
いることを特徴とする振動波モーターの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4157837A JPH066986A (ja) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | 振動波モーター及びその製造方法 |
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