(57)【要約】【課題】  駆動力が大きいことに加えて耐久性に優れ長寿命な超音波モータを提供する。【解決手段】  超音波モータは、圧電体１が発する超音波振動により表面に進行波が生じる振動体２と、該振動体２に当接し進行波により駆動される可動体３と、を備えている。この可動体３は、ケイ素の含有量が２質量％未満であり且つマグネシウムの含有量が０．０２質量％以上２質量％以下であるアルミニウム合金で構成されており、その表面のうち少なくとも摩擦面には、陽極酸化処理による酸化アルミニウム被膜が設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体が発する超音波振動により表面に進行波が生じる振動体と、該振動体に当接し前記進行波により駆動される可動体と、を備えた超音波モータにおいて、前記可動体を、ケイ素の含有量が２質量％未満であるアルミニウム合金で構成し、その表面のうち前記振動体との当接部分に陽極酸化処理による酸化アルミニウム被膜を設けたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量を０．０２質量％以上２質量％以下としたことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の超音波モータが知られており、例えば特許文献１には、圧電体に接合された振動体に生じる進行性振動波により、摩擦面を介して振動体に接触している移動体を摩擦駆動する超音波モータが開示されている。圧電体に高周波電圧を印加すると圧電体が超音波振動を発し、この超音波振動によって励振されて振動体が固有振動数で振動する。この振動波が振動体を連続的に進行させるため、振動体に加圧接触されている移動体は、波が物体を運ぶように推力を受けて回転する。
【０００３】
このような進行波方式による超音波モータは、振動体に圧電体を装着してなる超音波振動体（振動体）と移動体とが加圧接触された構成とされており、移動体と振動体との摩擦力によって移動体が駆動されるようになっている。このような機構を有する超音波モータにおいては、移動体の駆動力を向上させるためには、移動体と振動体との摩擦力が大きいこと、及び、加圧接触力が大きいことが必要となる。
【０００４】
ただし、加圧接触力が大きすぎると振動が抑圧され、かえって駆動力が低下することになる。また、移動体が加圧接触力により変形して、振動体から伝わる振動波の周期がずれると、駆動力は大幅に低下してしまう。よって、加圧接触力をあまり大きくすることは適当ではないので、駆動力の向上のためには、移動体及び振動体の材料の組み合わせを大きな摩擦力が発生するものとする必要がある。ところが、一般には、摩擦係数の大きな材料同士を摩擦させると摩耗量が大きくなるので、摩擦係数の大きな材料で移動体及び振動体を構成すると、超音波モータの寿命が非常に短くなってしまう。
【０００５】
このようなことから、移動体及び振動体には、高摩擦面を有し大きな駆動力を発生させるとともに、耐久性に優れ長寿命であることが要求される。この要求を満たすため、前述した特許文献１の超音波モータは、移動体及び振動体のいずれか一方の摩擦面には陽極酸化法による硬質アルマイト処理（登録商標）が施され、他方の摩擦面は炭化ホウ素，ホウ化チタニウム，窒化ホウ素のうち１種以上を含有するニッケルリン基合金からなる超硬材料で構成されている。
【特許文献１】特開平１−２８３０７２号公報
【特許文献２】特開平５−３４４７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の超音波モータにおいては、前記超硬材料はアルマイト被膜よりも硬質であるので、母材であるアルミニウム合金の組成により変化するアルマイト被膜の特性によっては、アルマイト被膜が摩耗するおそれがあった。
そこで、本発明は、前述のような従来の超音波モータが有する問題点を解決し、駆動力が大きいことに加えて摩耗が生じにくく長寿命な超音波モータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の超音波モータは、圧電体が発する超音波振動により表面に進行波が生じる振動体と、該振動体に当接し前記進行波により駆動される可動体と、を備えた超音波モータにおいて、前記可動体を、ケイ素の含有量が２質量％未満であるアルミニウム合金で構成し、その表面のうち前記振動体との当接部分に陽極酸化処理による酸化アルミニウム被膜を設けたことを特徴とする。
【０００８】
アルミニウム合金中のケイ素の含有量を２質量％未満とすれば、陽極酸化処理により、厚く均一な膜厚の酸化アルミニウム被膜を形成することができる。
また、本発明に係る請求項２の超音波モータは、請求項１に記載の超音波モータにおいて、前記アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量を０．０２質量％以上２質量％以下としたことを特徴とする。
アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量を０．０２質量％以上２質量％以下とすれば、陽極酸化処理により、硬い酸化アルミニウム被膜を形成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超音波モータは、駆動力が大きいことに加えて摩耗が生じにくく長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る超音波モータの実施の形態を、図１を参照しながら詳細に説明する。
図１の超音波モータは、複数の圧電体１が接合された振動体２と、この振動体２に摩擦面を介して接触している可動体３と、を備えている。振動体２及び可動体３は、ほぼ同一形状の環状部材で、周方向に垂直な断面が長方形をなしており、それぞれが有する平行な２つの平面のうち一方を摩擦面として対向させ接触させている。そして、振動体２が有する平行な２つの平面のうち摩擦面ではない平面に、複数の圧電体１が周方向にわたってほぼ等配に取り付けられている。
【００１１】
圧電体１に高周波電圧を印加すると圧電体１が超音波振動を発し、この超音波振動により振動体２の表面（摩擦面）に固有振動数の進行性振動波（進行波）が生じる。この進行波が振動体２を連続的に進行させるため、振動体２に加圧接触されている可動体３は、波が物体を運ぶように推力を受けて回転する。
この可動体３は、ケイ素の含有量が２質量％未満であり且つマグネシウムの含有量が０．０２質量％以上２質量％以下であるアルミニウム合金で構成されており、その表面のうち少なくとも摩擦面には、図示しない陽極酸化処理による酸化アルミニウム被膜（例えば硬質陽極酸化処理による硬質酸化アルミニウム被膜）が設けられている。ケイ素の含有量が前記条件を満たしていると、陽極酸化処理により、アルミニウム合金の表面に厚く均一な膜厚の酸化アルミニウム被膜が形成される。また、マグネシウムの含有量が前記条件を満たしていると、陽極酸化処理により、アルミニウム合金の表面に硬い酸化アルミニウム被膜が形成される。
【００１２】
ここで、陽極酸化処理について説明する。陽極酸化処理とは、アルミニウムの表面に電気的に酸化被膜を形成する処理である。具体的には、アルミニウムを陽極として希硫酸やシュウ酸水溶液中で電気分解を行うと、下記式にしたがってアルミニウムの表面に酸化アルミニウム被膜が形成される。このような処理により、アルミニウムの表面が硬質化し、耐摩耗性が向上する。
２Ａｌ＋３Ｈ2 Ｏ  →  Ａｌ2 Ｏ3 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ- 
ところが、アルミニウム合金には、特性の違いにより１０００系から７０００系まで種々の種類が存在し、合金成分（元素）の種類（Ｓｉ，Ｃｕ，Ｍｇ等）や含有量が大きく異なっている。そして、合金成分の種類によっては、陽極酸化処理による酸化アルミニウム被膜の形成に影響がある。
【００１３】
ケイ素は酸化を抑制する作用を有しているので、アルミニウム合金にケイ素が多量に含まれていると、陽極酸化処理において酸化アルミニウム被膜の形成が抑制されてしまう。さらに、ケイ素はアルミニウム合金中でケイ素単体として粒子状で分散しているため、ケイ素粒子の近傍では酸化アルミニウム被膜の形成が抑制されて、膜厚が不均一になりやすい。このような理由により、ケイ素を多量に含有するアルミニウム合金は、陽極酸化処理を施しても十分な膜厚の酸化アルミニウム被膜が形成されにくいので、耐摩耗性が不十分となる。よって、ケイ素を多量に含有するアルミニウム合金で可動体を構成すると、高摩擦で振動体と接触した場合に、酸化アルミニウム被膜が短時間で摩耗して短寿命となるおそれがある。
【００１４】
一方、酸化アルミニウム被膜の耐摩耗性を向上させるためには、酸化アルミニウム被膜の硬さを向上させることも効果的である。マグネシウムを含有するアルミニウム合金は、陽極酸化処理により硬い酸化アルミニウム被膜が形成されるので、そのようなアルミニウム合金で可動体を構成すれば、優れた耐久性を有する可動体を得ることができる。
これらのことから、ケイ素の含有量が抑制され且つマグネシウムを含有するアルミニウム合金で、可動体を構成することが好ましい。そうすれば、厚くて硬い酸化アルミニウム被膜が得られるので、可動体の耐久性が向上し、超音波モータが長寿命となる。
【００１５】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
表１に示すようなアルミニウム合金で構成された可動体を用いて、前述した図１の超音波モータと同様の構成の超音波モータを製造した。そして、可動体と振動体とを７０ｋＰａの圧力で加圧接触させて、回転速度３５０ｍｉｎ-1で回転させ、回転不能となるまでの時間（寿命）を測定した。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
寿命の測定結果を表１に示す。表１中の寿命の数値は、比較例４の寿命を１とした場合の相対値で示してある。また、表１に、酸化アルミニウム被膜の膜厚及びビッカース硬さも併せて示す。この膜厚は、陽極酸化処理を施したアルミニウム合金を切断し、断面の組織観察により測定したものであり、表１においては比較例４の膜厚を１とした場合の相対値で示してある。
【００１８】
表１から分かるように、実施例１〜１３は、比較例１〜４と比べて酸化アルミニウム被膜の膜厚が厚いため、寿命が格段に優れていた。そして、実施例１〜１３の中でもアルミニウム合金にマグネシウムが含有されているものは、酸化アルミニウム被膜のビッカース硬さが高いため、寿命がより優れていた。
ここで、表１に記載のデータをグラフ化し、アルミニウム合金中のケイ素の含有量と酸化アルミニウム被膜の膜厚との相関性を調べた。そのグラフを図２に示す。前述したように、ケイ素の含有量が多いと酸化アルミニウム被膜の形成が抑制されるので、図２のグラフから分かるように、ケイ素の含有量が２質量％以上であると膜厚が不十分となっている。また、ケイ素の含有量が２質量％以上であると膜厚が不均一となりやすい。これらの理由から、アルミニウム合金中のケイ素の含有量は２質量％未満である必要があり、１．２質量％以下であることがより好ましい。
【００１９】
次に、表１に記載のデータをグラフ化し、アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量と酸化アルミニウム被膜のビッカース硬さとの相関性を調べた。そのグラフを図３に示す。前述したように、マグネシウムを含有するアルミニウム合金の表面には硬い酸化アルミニウム被膜が形成されるので、図３のグラフから分かるように、マグネシウムの含有量が０．０２質量％以上であるとビッカース硬さが高くなっている。よって、アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量は０．０２質量％以上であることが好ましい。
【００２０】
ただし、図３のグラフから分かるように、マグネシウムの含有量が２質量％を超えるとビッカース硬さが逆に低下する傾向がある。さらに、コスト面からも、マグネシウムの含有量の上限値は２質量％とすることが好ましい。よって、アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量は、０．０２質量％以上２質量％以下とすることが好ましい
比較例１〜４は、アルミニウム合金中のケイ素の含有量が２質量％を超えており、酸化アルミニウム被膜の膜厚が不十分であるため、短寿命であった。比較例３のようにマグネシウムを含有させビッカース硬さを高くしても、酸化アルミニウム被膜の膜厚が不十分で、しかも不均一であるため、短寿命であった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る超音波モータの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】アルミニウム合金中のケイ素の含有量と酸化アルミニウム被膜の膜厚との相関を示すグラフである。
【図３】アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量と酸化アルミニウム被膜の硬さとの相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２２】
１      圧電体
２      振動体
３      可動体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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