JP2575028B2

JP2575028B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2575028B2
Application number: JP62262855A
Authority: JP
Inventors: 寛米野; 喜信今坂; 正則住原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH01107676A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、圧電体の超音波振動を利用した超音波モー
タに関するものである。

（従来の技術）一般に、超音波モータは圧電体に固定した振動体とこ
れに加圧接触した動体とから構成され、圧電体へ電力を
印加することによって圧電体と振動体に超音波振動の進
行波を発生させ、摩擦力によって動体を駆動し、機械エ
ネルギーを得るものである。このような超音波モータに
ついて、第６図により説明する。圧電体１の表面に振動
体２が接着固定され、その上面に、表面に摩擦材３が固
着された動体４が重ねられている。圧電体１に電力を印
加することによって、振動体２に矢印Ａ方向の超音波振
動の進行波が発生する。振動体２の各質点は、矢印Ｂの
ような楕円運動をしており、その各波頭は進行波の方向
に対し、水平に逆方向に動き、進行波の谷の部分は進行
波と同方向に水平に動く性質がある。したがって、振動
体２の表面に置かれた動体４は波頭の上部のみに接触し
て、振動体２との摩擦力によって矢印Ｃの方向に水平に
駆動される。

超音波モータの振動体２および動体４には、鉄やステ
ンレス銅およびアルミニウムなどの金属が使用されてい
る。また、超音波モータは振動体２と動体４とが加圧接
触した構造なので、大きなモータ出力を得るには加圧力
を強くするか、あるいは振動体２と動体４間の摩擦係数
を大きくすることが必要である。

従来の超音波モータは、振動体２と動体４の接触摩擦
面の摩耗を少なくして長期間安定した機械エネルギーを
得、しかも大きな摩擦力を得るために、振動体２または
動体４の接触面にゴムやエンジニアリングプラスチック
材製の摩擦材３が固着されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記の構成では、ゴムなどの摩擦係数
の大きい摩擦材３を用いた場合、摩擦材３の摩耗が多
く、摩耗粉が振動体２や動体４の接触面に付着して、両
者間の摩擦力、すなわちブレーキトルクが経時的に変動
するという問題があった。また、耐摩耗性を向上したア
スベスト繊維や無機粉末を充填したエンジニアリングプ
ラスチック製の摩擦材を用いた場合、振動体２の表面に
引っかき傷が多く発生し、ブレーキトルクが経時的に変
動するという問題があった。さらに、駆動時および停止
直前に雑音が発生するという問題もあった。

本発明は上記の問題点を解決するもので、安定した性
能を有する、信頼性の高い超音波モータを提供するもの
である。

（問題点を解決するための手段）上記の問題点を解決するため、本発明は、少なくとも
１つの方向の繊維が振動体または動体の表面に対して平
行に配列されている耐摩耗性繊維製織布と潤滑性粉末と
を少なくとも含有する複合プラスチックを摩擦材として
使用するものである。

（作用）上記の構成により、振動体または動体の表面が、摩擦
材を構成する織布の連続する繊維と摩擦接触するため
に、その連続繊維自体の摩耗が少なくなり、従って、摩
擦材自体の摩耗が少なくなる。同時に、織布の空隙に配
置された潤滑性粉末の潤滑特性により、摩擦材に接触す
る振動体あるいは動体の摩擦が少なくなる。従って、摩
擦係数の経時変化が少なくなり、超音波モータを長時間
駆動しても、安定した摩擦力、すなわちブレーキトルク
が得られる。また、駆動時および停止直前に雑音が発生
しなくなる。

（実施例）第１図は、本発明による超音波モータの主要部を示す
要部拡大断面図である。圧電体１の表面に金属製の振動
体２が接着固定されている。動体４の接触面には、少な
くとも耐摩耗性繊維と潤滑性粉末とを含有する複合プラ
スチックからなる摩擦材３が固着されている。上記の振
動体２と動体４は締結力によって加圧されているので、
振動体２と摩擦材３は加圧された状態で接触している。
圧電体１に共振周波数の高周波電界を印加することによ
り、振動体２に超音波振動の進行波が発生する。振動体
２の表面と接触している摩擦材３は、摩擦力によって動
体４と一体となって駆動される。電力が入力されないと
きには、振動体２と摩擦材３との間に働く加圧力と摩擦
係数との積に相当する保持トルクがブレーキトルクとし
て働く。

第２図は、本発明による摩擦材の表面を拡大して示し
た斜視図である。第２図（ａ）に示した摩擦材３は、積
層した耐摩耗性繊維製織布５の空隙に、潤滑性粉末６が
均一に分散されたマトリックス樹脂７が含浸された複合
プラスチック製である。第２図（ｂ）に示した摩擦材３
は、同心円状に積層して巻いた耐摩耗性繊維製織布５の
空隙に、潤滑性粉末６が均一に分散されたマトリックス
樹脂７が含浸された複合プラスチック製である。第２図
（ｃ）に示した摩擦材３は、耐摩耗性繊維が一方向に配
向された織布８を同心円状に巻いて積層し、これに潤滑
性粉末６が均一に分散されたマトリックス樹脂７を含浸
し、その空隙を埋めた複合プラスチック製である。

図面から明らかなように、耐摩耗性繊維製織布を構成
する少なくとも１つの方向の繊維を含む面が、摩擦材３
に接触する振動体２または動体４の表面に対して平行な
方向に配列されている。

耐摩耗性繊維には制限がなく、炭素繊維，芳香族ポリ
アミド繊維，セラミック繊維，高密度ポリエチレン繊
維，ガラス繊維などが使用できるが、特に炭素繊維や芳
香族ポリアミド繊維が望ましい。

潤滑性粉末にも制限はないが、特にフッ素樹脂粉末，
フッ化炭素粉末，カーボン粉末，硫化モリブテン粉末が
望ましい。

次に、本発明を具体的実施例によってさらに詳しく説
明する。

実施例１−１溶剤で希釈したフェノール樹脂（三井東圧製ミレック
ス）に四フッ化エチレン樹脂粉末（旭ガラス社製フッ素
樹脂粉末，フルオン粒径２μｍ以下）を混合した溶液
を、炭素繊維製織布（東邦レーヨン製ベスファイトＷ−
1103,平織，重量125g/m²）に含浸し、風乾して、フッ素
樹脂粉末10重量％，炭素繊維70重量％，樹脂20重量％か
らなるプリプレグを得た。このプリプレグを積層して加
圧下で加熱硬化して、厚さ1mmの複合プラスチックシー
ト成形体を得、さらに切断して内径10mm,外径30mmの摩
擦材Ａを得た。

実施例１−２溶剤で希釈したフェノール樹脂原液に、フッ化炭素粉
末（日本カーボン社製，平均粒径３μｍ）を混合した溶
液を用いて、実施例１−１と同じ方法で炭素繊維製織布
に含浸し、積層硬化して、フッ化炭素粉末15重量％，炭
素繊維65重量％，フェノール樹脂20重量％の複合プラス
チック摩擦材Ｂを得た。

実施例１−３溶剤で希釈したフェノール樹脂原液に、二硫化モリブ
テン粉末（平均粒径２μｍ以下）を混合した溶液を用い
て、実施例１−１と同じように成形して、二硫化モリブ
テン15重量％，炭素繊維65重量％，樹脂20重量％の複合
プラスチック摩擦材Ｃを得た。

実施例２−１溶剤で希釈したポリイミド樹脂（日本ポリイミド社製
ケルイミド）に四フッ化エチレン樹脂粉末（粒径２μｍ
以下）を混合した溶液を、芳香族ポリアミド繊維製織布
（ディポン社製ケブラー，平織Ｋ−281,重量170g/m²）
に含浸し、風乾してフッ素樹脂粉末15重量％，芳香族ポ
リアミド織布65重量％，ポリイミド樹脂20重量％よりな
るプリプレグを得た。このプリプレグを積層して加圧下
で加熱硬化して、厚さ1mmの複合プラスチックシートを
得、さらに切断して内径10mm,外径30mmの摩擦材Ｄを得
た。

実施例２−２溶剤で希釈したポリイミド樹脂原液に、カーボン粉末
（日本黒鉛社製グラファイト）を混合した溶液を用い
て、実施例２−１と同じ方法で成形して、カーボン粉末
20重量％，芳香族ポリアミド織布65重量％，ポリイミド
樹脂15重量％よりなる複合プラスチック摩擦材Ｅを得
た。

これら実施例１−１から実施例２−２の各摩擦材の接
触面は、第３図（ａ）に示すように、織布の平面が表面
で接触する構成である。

実施例３−１炭素繊維の織布（東邦レーヨン製ベスファイトＷ−11
03,平織，重量125g/m²）を円筒状に巻いて積層し、ピス
マレイミドトリアジン液状樹脂（三菱ガス化学社製BT−
2610）と四フッ化エチレン樹脂粉末（旭ガラス社製フル
オン粉末）との混練液を真空含浸し、加熱硬化して、内
径10mm,外径30mmの円筒状成形体を得た。これを輪切り
状に切断して、厚さ1mmのリング状摩擦材Ｆを得た。材
料組成は、フッ素樹脂粉末20重量％，炭素織布60重量
％，ビスマレイミドトリアジン樹脂20重量％である。

実施例３−２芳香族ポリアミド繊維製織布（デュポン社製ケプラ
ー，平織Ｋ−281,重量170g/m²）に、溶剤で希釈してフ
ェノール樹脂と四フッ化エチレン樹脂粉末とフッ化炭素
粉末との混合液体を含浸し、風乾後、円筒状に巻いて積
層し、加熱硬化して、内径10mm,外径30mmの円筒状成形
体を得た。これを輪切り状に切断して、厚さ1mmのリン
グ状摩擦材Ｇを得た。材料組成は、フッ素樹脂粉末15重
量％，フッ化炭素５重量％，芳香族ポリアミド織布60重
量％，フェノール樹脂20重量％である。

実施例３−１および３−２の摩擦材の接触面は、第３
図（ｂ）に示すように、織布の同心円状の断面が表面で
接触する構成である。

実施例４−１炭素繊維を一方向に密に並べたテープ織布（日本カー
ボン社製カーボロンNo.6012,繊維径６μm,重量23g/m²）
に、溶剤で希釈したフェノール樹脂（三井東圧社製ミレ
ックス）と四フッ化エチレン樹脂粉末とカーボン粉末と
の混合液体を含浸し、風乾後，円筒状に巻いて積層し、
加熱硬化して、内径10mm,外径30mmの円筒状成形体を得
た。これを輪切り状に切断して、厚さ1mmのリング状摩
擦材Ｈを得た。材料組成は、フッ素樹脂粉末10重量％，
カーボン粉末15重量％，炭素繊維布55重量％，フェノー
ル樹脂20重量％である。

実施例４−２芳香族ポリアミド繊維フィラメントヤーン（帝人社製
テクノーラＴ−240）を使用して円筒状に巻き、ビスマ
レイミド樹脂と四フッ化エチレン樹脂粉末との混合液を
真空含浸し、加熱硬化して、内径10mm,外径30mmの円筒
状成形体を得た。これを輪切りに切断して、厚さ1mmの
リング状摩擦材Ｉを得た。材料組成は、フッ素樹脂粉末
20重量％，芳香族ポリアミド繊維55重量％，ビスマレイ
ミド樹脂55重量％である。

実施例４−１および４−２の摩擦材の接触面は、第３
図（ｃ）に示すように、繊維が円周方向に連続して並ん
だ構成である。

比較例１〜１実施例１−１で用いた潤滑性粉末である四フッ化エチ
レン樹脂粉末を添加せずに、実施例１−１と同じ手順で
炭素繊維製織布70重量％とフェノール樹脂50重量％から
なる摩擦材Ｊを成形加工して得た。

比較例１−２実施例２−１で用いた潤滑性粉末である四フッ化エチ
レン樹脂粉末を添加せずに、実施例２−１と同じ手順で
芳香族ポリアミド繊維製織布70重量％とポリイミド樹脂
30重量％からなる摩擦材Ｋを成形加工として得た。

比較例１−３実施例３−１で用いた潤滑性粉末である四フッ化エチ
レン樹脂粉末を添加せずに、実施例３−１と同じ手順で
炭素繊維製織布とビスマレイミドトリアジン樹脂からな
る摩擦材Ｌを成形加工して得た。

比較例１−４フェノール樹脂70重量％と四フッ化エチレン樹脂粉末
30重量％とを混合し、加圧下で加熱硬化して内径10mm,
外径30mm,厚さ1mmのリング状摩擦材Ｍを得た。

実施例５実施例１−１から実施例４−２のようにして得た各摩
擦材を、直径40mm,厚さ5mmのステンレス鋼製円板に接着
して、摩擦材表面の円周方向の摩擦係数を測定する試験
片を得た。摩擦係数の測定は、上記の試験片を回転速度
500rpmで回転し、中心から10mmの位置に直径3mmのステ
ンレス鋼球を荷重500gで接触させたときの摩擦抵抗を測
定し、摩擦係数を算出した。

それぞれの摩擦材ＡないしＩを使用したときの摩擦係
数の経時変化を表１に示す。

表１から明らかなように、いずれの摩擦材も摩擦係数
の経時変化は少ないことがわかる。

実施例６実施例１−１から実施例４−２のようにして得たそれ
ぞれの摩擦材ＡないしＩを用いて、第４図に示すような
円板型超音波モータを試作した。第４図において、圧電
体１の表面にステンレス鋼製の振動体２が接着固定され
ている。ステンレス鋼製の動体４には、上述の摩擦材Ａ
ないしＩ（摩擦材３）が固着されている。振動体２と動
体４はばねによって加圧され、初期のブレーキトルクが
1000g・cmになるように調整設定されている。円板の円
周方向に４波の進行波が励起されるように圧電体１に電
極を配置し、電極70V,共振周波数約70KHzを印加して回
転させた。

それぞれの摩擦材ＡないしＩを使用した超音波モータ
について、所定の時間の駆動後、電源を断接したときの
再起動の有無，ブレーキトルクの経時変化，駆動中と停
止直前の雑音の発生の有無，振動体表面の傷つき摩耗の
有無および摩擦材表面の摩耗深さを測定した結果を表２
に示す。

表２より明らかなように、いずれの超音波モータもブ
レーキトルクの経時変化は小さい。また、再起動性も問
題がなく、騒音の発生も認められなかった。さらに、24
時間駆動後に調査した結果、摩擦材３は摩耗も少なく、
接触相手の振動体２も表面の傷つき摩耗共に少ないほ
ど、信頼性の高い超音波モータを得ることができた。

比較例２これに対し、比較例１−１から比較例１−４のように
して得た摩擦ＪないしＭを用いて、実施例６と同じ方法
で試作した円板型超音波モータについて、それぞれブレ
ーキトルク，雑音，再起動性および摩耗などを調査した
結果を表３に示す。

表３より明らかなように、耐摩耗性繊維製織布とマト
リックス樹脂とからなる摩擦材J,KおよびＬを使用した
超音波モータは、ブレーキトルクの経時変化がやや大き
く、24時間後の再起動も不安定であり、また、停止直前
に騒音の発明も認められた。さらに、24時間後の摩擦材
３の摩耗もやや大きかった。フッ素樹脂粉末とフェノー
ル樹脂とからなる摩擦材Ｍを使用した超音波モータは、
初期のブレーキトルクを1000g・cmに設定すると回転し
なかった。

実施例７第５図は、本発明による他の実施例の円環型超音波モ
ータの斜視断面図である。圧電体１の表面に鉄製の振動
体２が接着固定されている。永久磁石製動体４の上面に
は、実施例１−１から実施例４−２で得た摩擦材３が固
着されている。振動体２と摩擦材３は、磁石製の動体４
の吸着力によって加圧接触されている。円環の円周方向
に７波の進行波が励起されるように圧電体１に電極を配
置し、共振周波数の電界を印加することにより、動体４
が円周方向に回転する。

（発明の効果）以上説明したように、少なくとも耐摩耗性繊維製織布
と潤滑性粉末とを含有する複合プラスチックからなる摩
擦材を、振動体または動体の少なくとも一方の接着面に
固着し、しかも前記耐摩耗性繊維製織布を構成する少な
くとも１つの方向の繊維を含む面が、前記摩擦材に接触
する前記振動体または動体の表面に対して平行に配置さ
れていることにより、振動体または動体の表面が摩擦材
を構成する織布の連続する繊維と摩擦接触するために、
その連続繊維自体の摩擦が少なくなり、従って、摩擦材
自体の摩擦が少なくなる。同時に織布の空隙に配置され
た潤滑性粉末の潤滑特性により、摩擦材に接触する振動
体あるいは動体の摩擦が少なくなる。従って、ブレーキ
トルクの経時変化が少なくなり、また、安定な再起動性
が得られると同時に、騒音が発生しない信頼性の優れた
超音波モータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波モータの主要部を示す要部
拡大断面図、第２図および第３図は一実施例の摩擦材の
構成を示す拡大斜視図、第４図および第５図は本発明に
よる実施例の超音波モータの斜視断面図、第６図は超音
波モータの原理を示す要部拡大断面図である。１……圧電体、２……振動体、３……摩擦材、４……動体、５……耐摩耗性繊維製織布、６……潤滑性粉末、７……マトリックス樹脂、８……耐摩耗性繊維製織布。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に進行波を発生する超音波振動体に動
体を加圧接触させ、摩擦力を利用して前記動体を駆動す
る超音波モータにおいて、耐摩耗性繊維製織布と、この
耐摩耗性繊維製織布の空隙に分散されて配置された潤滑
性粉末と、前記耐摩耗性繊維製織布と前記潤滑性粉末と
を結合するマトリックス樹脂とから構成された摩擦材
を、前記超音波振動体または前記動体の接触面に固着
し、しかも前記耐摩耗性繊維製織布を構成する少なくと
も１つの方向の繊維を含む面が、前記摩擦材に接触する
前記動体または前記超音波振動体の表面に対して平行に
配列されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】耐摩耗性繊維が炭素繊維または芳香族ポリ
アミド繊維であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の超音波モータ。
【請求項３】潤滑性粉末がフッ素樹脂粉末，フッ化炭素
粉末，カーボン粉末または硫化モリブテン粉末であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波
モータ。
【請求項４】耐摩耗性繊維と潤滑性粉末とがマトリック
ス樹脂で結合された摩擦材であることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項記載の超音波モータ。
【請求項５】耐摩耗性繊維製織布が積層してなることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モー
タ。