JP2682431B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP2682431B2 JP2682431B2 JP6037583A JP3758394A JP2682431B2 JP 2682431 B2 JP2682431 B2 JP 2682431B2 JP 6037583 A JP6037583 A JP 6037583A JP 3758394 A JP3758394 A JP 3758394A JP 2682431 B2 JP2682431 B2 JP 2682431B2
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- JP
- Japan
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- ultrasonic motor
- contact surface
- frequency
- friction coefficient
- characteristic curve
- Prior art date
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータに関し、特
に安定な回転動作をさせ得るようにしたものである。
に安定な回転動作をさせ得るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来超音波モータとして、図８の構成の
ものが用いられている。図８において、１は全体として
超音波モータを示し、接触面に振動を発生させる振動子
（以下これをステータと呼ぶ）２を有すると共に接触面
をステータ２の接触面に所定の圧力で接触させることに
よりステータ２との間で相対運動を行う相対運動部材
（以下これをロータと呼ぶ）３を有する。ステータ２の
環状ステータ固定部２Ａは外部のベース（図示せず）に
固定され、可撓性を有するステータ支持部２Ｂを介して
環状弾性体２Ｃがステータ固定部２Ａに対して同軸的に
支持されている。
ものが用いられている。図８において、１は全体として
超音波モータを示し、接触面に振動を発生させる振動子
（以下これをステータと呼ぶ）２を有すると共に接触面
をステータ２の接触面に所定の圧力で接触させることに
よりステータ２との間で相対運動を行う相対運動部材
（以下これをロータと呼ぶ）３を有する。ステータ２の
環状ステータ固定部２Ａは外部のベース（図示せず）に
固定され、可撓性を有するステータ支持部２Ｂを介して
環状弾性体２Ｃがステータ固定部２Ａに対して同軸的に
支持されている。
【０００３】弾性体２Ｃは弾性を有する金属でなり、内
面に付着された圧電素子でなる圧電体２Ｄによつて振動
し得るようになされている。弾性体２Ｃの表面には櫛歯
状の凹凸面が形成され、この凹凸面がロータ３の環状ロ
ータ母材３Ａに例えば合成樹脂でなるスライダ３Ｂを介
して圧接し、ロータ母材３Ａの回転力をロータ支持部３
Ｃを介して環状回転出力部３Ｄに伝達する。
面に付着された圧電素子でなる圧電体２Ｄによつて振動
し得るようになされている。弾性体２Ｃの表面には櫛歯
状の凹凸面が形成され、この凹凸面がロータ３の環状ロ
ータ母材３Ａに例えば合成樹脂でなるスライダ３Ｂを介
して圧接し、ロータ母材３Ａの回転力をロータ支持部３
Ｃを介して環状回転出力部３Ｄに伝達する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の超音波
モータ１においては、ロータ３からの駆動出力を増大さ
せるためには、ステータ２に対するロータ３の摩擦係数
μをできるだけ大きくする必要があると考えられてお
り、摩擦係数μを大きくした場合にロータ３及びステー
タ２間の接触部に生ずる摩耗が大きくなる点を考慮して
当該摩耗をできるだけ小さくするような工夫がされてい
る。例えば特開昭62-23379号、特開昭 62-100178号の場
合には、摩擦係数μをμ＞0.4 程度に選定することによ
り、駆動効率を向上させるような構成が示されている。
モータ１においては、ロータ３からの駆動出力を増大さ
せるためには、ステータ２に対するロータ３の摩擦係数
μをできるだけ大きくする必要があると考えられてお
り、摩擦係数μを大きくした場合にロータ３及びステー
タ２間の接触部に生ずる摩耗が大きくなる点を考慮して
当該摩耗をできるだけ小さくするような工夫がされてい
る。例えば特開昭62-23379号、特開昭 62-100178号の場
合には、摩擦係数μをμ＞0.4 程度に選定することによ
り、駆動効率を向上させるような構成が示されている。
【０００５】ところが実験によれば、ロータ３及びステ
ータ２間の摩擦係数μを大きくすると、超音波モータ１
の駆動電源の周波数ｆに対する超音波モータ１の駆動出
力の関係を表す共振特性曲線にヒステリシス現象が生ず
る状態になるため、超音波モータ１を安定に駆動し得な
い問題があることが分かつた。すなわち摩擦係数μをμ
＞0.4 程度に選定した超音波モータ１を、図９に示すよ
うに、電源の周波数ｆを超音波モータ１が起動し得ない
下限周波数ｆMIN に設定した状態から周波数ｆを徐々に
上昇させて行く場合を考える。周波数ｆがｆ＝ｆMIN の
とき、振幅｜ｘ｜は共振特性曲線Ｋ１上の下限動作点Ｐ
MIN を表す値｜ｘMIN ｜になつている。
ータ２間の摩擦係数μを大きくすると、超音波モータ１
の駆動電源の周波数ｆに対する超音波モータ１の駆動出
力の関係を表す共振特性曲線にヒステリシス現象が生ず
る状態になるため、超音波モータ１を安定に駆動し得な
い問題があることが分かつた。すなわち摩擦係数μをμ
＞0.4 程度に選定した超音波モータ１を、図９に示すよ
うに、電源の周波数ｆを超音波モータ１が起動し得ない
下限周波数ｆMIN に設定した状態から周波数ｆを徐々に
上昇させて行く場合を考える。周波数ｆがｆ＝ｆMIN の
とき、振幅｜ｘ｜は共振特性曲線Ｋ１上の下限動作点Ｐ
MIN を表す値｜ｘMIN ｜になつている。
【０００６】この下限動作点ＰMIN の状態から周波数ｆ
を上昇させて行くとき、第１の遷移点ＰA に対応する周
波数ｆA に至るまでの間振幅｜ｘ｜が｜ｘMIN ｜程度を
維持するために停止状態を表す第１の特性曲線部分Ｋ１
Ａ上を移動して行く状態になり、結局超音波モータ１は
起動できないことになる。やがて、周波数ｆが第１の遷
移点ＰA の周波数ｆA を超えると、超音波モータ１は起
動して第２の特性曲線部分Ｋ１Ｂ上の点ＰC にジヤンプ
し、当該第２の特性曲線部分Ｋ１Ｂ上を変化する。
を上昇させて行くとき、第１の遷移点ＰA に対応する周
波数ｆA に至るまでの間振幅｜ｘ｜が｜ｘMIN ｜程度を
維持するために停止状態を表す第１の特性曲線部分Ｋ１
Ａ上を移動して行く状態になり、結局超音波モータ１は
起動できないことになる。やがて、周波数ｆが第１の遷
移点ＰA の周波数ｆA を超えると、超音波モータ１は起
動して第２の特性曲線部分Ｋ１Ｂ上の点ＰC にジヤンプ
し、当該第２の特性曲線部分Ｋ１Ｂ上を変化する。
【０００７】ここで超音波モータ１は周波数ｆが第１の
遷移点ＰA の周波数ｆA より高くなつて行けば、これに
応じて振幅｜ｘ｜が次第に小さくなつて行き、やがて上
限周波数ｆMAX の上限動作点ＰMAX において停止状態に
なる。ところが、電源の周波数ｆを一旦上限周波数ｆ
MAX にした後その周波数を少しずつ下げて行くと、振幅
｜ｘ｜が徐々に大きくなつて行き、第１の遷移点ＰA の
周波数ｆA より低くなれば振幅｜ｘ｜がますます大きく
なつて行く。やがて、周波数ｆが第２の遷移点ＰB の周
波数ｆB に近づいて来ると、振幅｜ｘ｜は急激に低下し
て周波数ｆが周波数ｆB より低くなつたとき振幅｜ｘ｜
の値は第１の特性曲線部分Ｋ１Ａ上の点ＰD にジヤンプ
して最小振幅｜ｘMIN ｜になり、結局超音波モータ１は
停止する。
遷移点ＰA の周波数ｆA より高くなつて行けば、これに
応じて振幅｜ｘ｜が次第に小さくなつて行き、やがて上
限周波数ｆMAX の上限動作点ＰMAX において停止状態に
なる。ところが、電源の周波数ｆを一旦上限周波数ｆ
MAX にした後その周波数を少しずつ下げて行くと、振幅
｜ｘ｜が徐々に大きくなつて行き、第１の遷移点ＰA の
周波数ｆA より低くなれば振幅｜ｘ｜がますます大きく
なつて行く。やがて、周波数ｆが第２の遷移点ＰB の周
波数ｆB に近づいて来ると、振幅｜ｘ｜は急激に低下し
て周波数ｆが周波数ｆB より低くなつたとき振幅｜ｘ｜
の値は第１の特性曲線部分Ｋ１Ａ上の点ＰD にジヤンプ
して最小振幅｜ｘMIN ｜になり、結局超音波モータ１は
停止する。
【０００８】このようにロータ３及びステータ２間の摩
擦係数μが大きい超音波モータ１においては、駆動電源
の周波数ｆを下限周波数ｆMIN から上限周波数ｆMAX に
上昇させる際には、図１０に示すように点ＰMIN −ＰD
−ＰA −ＰC −ＰMAX の特性曲線部を通るように振幅｜
ｘ｜が変化するのに対して、周波数ｆを上限周波数ｆ
MAX から下限周波数ｆMIN に下降させる際には、点Ｐ
MAX −ＰC −ＰB −ＰD −ＰMIN のように、上昇する場
合とは異なる特性曲線部分を通つて振幅｜ｘ｜が変化す
るようなヒステリシス現象を呈する。ところで実際上超
音波モータ１をできるだけ高い効率で駆動しようとする
場合には、振幅｜ｘ｜が最大値に近い駆動点ＰDRV にな
るような駆動周波数ｆDRV （図１０）に電源周波数ｆを
設定することが必要となる。
擦係数μが大きい超音波モータ１においては、駆動電源
の周波数ｆを下限周波数ｆMIN から上限周波数ｆMAX に
上昇させる際には、図１０に示すように点ＰMIN −ＰD
−ＰA −ＰC −ＰMAX の特性曲線部を通るように振幅｜
ｘ｜が変化するのに対して、周波数ｆを上限周波数ｆ
MAX から下限周波数ｆMIN に下降させる際には、点Ｐ
MAX −ＰC −ＰB −ＰD −ＰMIN のように、上昇する場
合とは異なる特性曲線部分を通つて振幅｜ｘ｜が変化す
るようなヒステリシス現象を呈する。ところで実際上超
音波モータ１をできるだけ高い効率で駆動しようとする
場合には、振幅｜ｘ｜が最大値に近い駆動点ＰDRV にな
るような駆動周波数ｆDRV （図１０）に電源周波数ｆを
設定することが必要となる。
【０００９】しかし何らかの原因で電源周波数ｆが変動
することにより、駆動周波数ｆDRVが低下したような場
合や、温度変化、負荷変動などによつて共振特性曲線Ｋ
１自体が変動したような場合に、駆動点ＰDRV が第２の
遷移点ＰB 以下になるような変動が超音波モータ１の駆
動条件に生ずると、超音波モータ１が直ちに停止すると
共に、当該変動条件が解消しても超音波モータ１が駆動
動作状態に復帰できなくなるおそれがある。本発明は以
上の点を考慮してなされたもので、このような不安定な
挙動をするおそれをなくし得る超音波モータを提案しよ
うとするものである。
することにより、駆動周波数ｆDRVが低下したような場
合や、温度変化、負荷変動などによつて共振特性曲線Ｋ
１自体が変動したような場合に、駆動点ＰDRV が第２の
遷移点ＰB 以下になるような変動が超音波モータ１の駆
動条件に生ずると、超音波モータ１が直ちに停止すると
共に、当該変動条件が解消しても超音波モータ１が駆動
動作状態に復帰できなくなるおそれがある。本発明は以
上の点を考慮してなされたもので、このような不安定な
挙動をするおそれをなくし得る超音波モータを提案しよ
うとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、第１の接触面を有し、該第１の接
触面に振動を発生させる振動子２と、第１の接触面に所
定の圧力によつて接触する第２の接触面を有し、振動に
より振動子との間で相対運動を行う相対運動部材３とを
備えた超音波モータにおいて、第１の接触面と第２の接
触面との間の摩擦係数が、共振特性曲線Ｋ１１にヒステ
リシス現象を生じさせない程度の０．３４未満の値又は
０．３４未満０．０５より大きな値になるように、第１
の接触面の材料を、オーステナイト系ステンレス、ＳＵ
Ｓ３０４又はインバ材（特に４２％のニツケル合金であ
るインバ材）のような材料に、選定するようにする。
め本発明においては、第１の接触面を有し、該第１の接
触面に振動を発生させる振動子２と、第１の接触面に所
定の圧力によつて接触する第２の接触面を有し、振動に
より振動子との間で相対運動を行う相対運動部材３とを
備えた超音波モータにおいて、第１の接触面と第２の接
触面との間の摩擦係数が、共振特性曲線Ｋ１１にヒステ
リシス現象を生じさせない程度の０．３４未満の値又は
０．３４未満０．０５より大きな値になるように、第１
の接触面の材料を、オーステナイト系ステンレス、ＳＵ
Ｓ３０４又はインバ材（特に４２％のニツケル合金であ
るインバ材）のような材料に、選定するようにする。
【００１１】
【作用】振動子２の接触面と相対運動部材３の接触面と
の聞の摩擦係数μを小さくして行くと、超音波モータ１
の共振特性曲面Ｋ１１にヒステリシス現象が生じなくな
る。そこで当該ヒステリシス現象を生じさせない程度
に、摩擦係数μが０．３４未満の値、又は０．３４未満
であつて０．０５より大きな値になるように、第１の接
触面の材料、オーステナイト系ステンレス、ＳＵＳ３０
４又はインバ材（特に４２％のニツケル合金であるイン
バ材）のような材料に、選定したことにより、超音波モ
ータ１の駆動動作を、電源の周波数ｆに対して安定化し
得る。
の聞の摩擦係数μを小さくして行くと、超音波モータ１
の共振特性曲面Ｋ１１にヒステリシス現象が生じなくな
る。そこで当該ヒステリシス現象を生じさせない程度
に、摩擦係数μが０．３４未満の値、又は０．３４未満
であつて０．０５より大きな値になるように、第１の接
触面の材料、オーステナイト系ステンレス、ＳＵＳ３０
４又はインバ材（特に４２％のニツケル合金であるイン
バ材）のような材料に、選定したことにより、超音波モ
ータ１の駆動動作を、電源の周波数ｆに対して安定化し
得る。
【００１２】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
する。
【００１３】〔１〕駆動原理 図１０との対応部分に同一符号を付して示す図１におい
て、本発明による超音波モータ１（図８）においては、
共振特性曲線Ｋ１１にヒステリシス現象を生じさせない
ような摩擦係数μを選定する。かかる条件を満足する摩
擦係数μとして、μ＜μ0 （＝0.25）に選定する。かか
る条件下における超音波モータ１は、駆動電源の周波数
ｆを下限周波数ｆMIN から上限周波数ｆMAX まで変化さ
せたとき、共振特性曲線Ｋ１１にヒステリシス現象を生
じるような挙動をしなくなる。
て、本発明による超音波モータ１（図８）においては、
共振特性曲線Ｋ１１にヒステリシス現象を生じさせない
ような摩擦係数μを選定する。かかる条件を満足する摩
擦係数μとして、μ＜μ0 （＝0.25）に選定する。かか
る条件下における超音波モータ１は、駆動電源の周波数
ｆを下限周波数ｆMIN から上限周波数ｆMAX まで変化さ
せたとき、共振特性曲線Ｋ１１にヒステリシス現象を生
じるような挙動をしなくなる。
【００１４】例えば摩擦係数μをμ＝μ1 （＝0.18）に
選定した状態において周波数ｆを下限周波数ｆMIN から
上限周波数ｆMAX まで上昇させた場合の超音波モータ１
の挙動は図１と共に、次のようになる。すなわち、超音
波モータ１は、下限周波数ｆMIN に対応する下限動作点
ＰMIN から、起動開始する周波数ｆ＝ｆ1 の起動動作点
Ｐ1 までの停止状態に相当する低出力曲線部分Ｋ１１Ａ
を過ぎた後、周波数ｆ2 において振幅｜ｘ｜がピーク点
Ｐ2 になるまで立上り曲線部Ｋ１１Ｂを通つて急速に立
ち上がる。
選定した状態において周波数ｆを下限周波数ｆMIN から
上限周波数ｆMAX まで上昇させた場合の超音波モータ１
の挙動は図１と共に、次のようになる。すなわち、超音
波モータ１は、下限周波数ｆMIN に対応する下限動作点
ＰMIN から、起動開始する周波数ｆ＝ｆ1 の起動動作点
Ｐ1 までの停止状態に相当する低出力曲線部分Ｋ１１Ａ
を過ぎた後、周波数ｆ2 において振幅｜ｘ｜がピーク点
Ｐ2 になるまで立上り曲線部Ｋ１１Ｂを通つて急速に立
ち上がる。
【００１５】ピーク点Ｐ2 を通つた後超音波モータ１は
高出力曲線部Ｋ１１Ｃを通つて、振幅｜ｘ｜がピーク値
近傍の値をもちながらゆつくりと低下して行く動作状態
を経過して、振幅｜ｘ｜が停止状態に近い低い値になる
低出力曲線部Ｋ１１Ｄ上の上限動作点ＰMAX に至る。こ
れに対して、周波数ｆを上限周波数ｆMAX から下限周波
数ｆMIN まで降下させて行くと、超音波モータ１は低出
力曲線部Ｋ１１Ｄ上の上限動作点ＰMAX から、高出力曲
線部Ｋ１１Ｃ、立上り曲線部Ｋ１１Ｂを順次通つて低出
力曲線部Ｋ１１Ａ上の下限動作点ＰMIN に移つて行く。
高出力曲線部Ｋ１１Ｃを通つて、振幅｜ｘ｜がピーク値
近傍の値をもちながらゆつくりと低下して行く動作状態
を経過して、振幅｜ｘ｜が停止状態に近い低い値になる
低出力曲線部Ｋ１１Ｄ上の上限動作点ＰMAX に至る。こ
れに対して、周波数ｆを上限周波数ｆMAX から下限周波
数ｆMIN まで降下させて行くと、超音波モータ１は低出
力曲線部Ｋ１１Ｄ上の上限動作点ＰMAX から、高出力曲
線部Ｋ１１Ｃ、立上り曲線部Ｋ１１Ｂを順次通つて低出
力曲線部Ｋ１１Ａ上の下限動作点ＰMIN に移つて行く。
【００１６】このように、超音波モータ１の共振特性曲
線Ｋ１１にヒステリシス現象が生じないことにより、超
音波モータ１が駆動状態にあるとき、瞬時的に停止状態
に落ち込むような不安定な動作を生じさせないようにし
得る。因に超音波モータ１を駆動周波数ｆDRV で駆動す
ることにより、駆動点ＰDRVにおいて駆動していると
き、駆動周波数ｆDRV が変動し、又は温度変化又は負荷
変動によつて共振特性曲線が崩れることによつて駆動点
ＰDRV が変動してピーク点Ｐ2 を超えて立上り曲線部Ｋ
１１Ｂないし低出力曲線部Ｋ１１Ａに落ち込んだとして
も、共振特性曲線Ｋ１１がヒステリシスループをもたな
いことにより、超音波モータ１は動作状態が元に戻れば
駆動点ＰDRV を高出力曲線部Ｋ１１Ｃに戻すことができ
る。
線Ｋ１１にヒステリシス現象が生じないことにより、超
音波モータ１が駆動状態にあるとき、瞬時的に停止状態
に落ち込むような不安定な動作を生じさせないようにし
得る。因に超音波モータ１を駆動周波数ｆDRV で駆動す
ることにより、駆動点ＰDRVにおいて駆動していると
き、駆動周波数ｆDRV が変動し、又は温度変化又は負荷
変動によつて共振特性曲線が崩れることによつて駆動点
ＰDRV が変動してピーク点Ｐ2 を超えて立上り曲線部Ｋ
１１Ｂないし低出力曲線部Ｋ１１Ａに落ち込んだとして
も、共振特性曲線Ｋ１１がヒステリシスループをもたな
いことにより、超音波モータ１は動作状態が元に戻れば
駆動点ＰDRV を高出力曲線部Ｋ１１Ｃに戻すことができ
る。
【００１７】実験によれば、図１について上述したよう
に、ロータ３及びステータ２間の摩擦係数μが0.25以下
になるような条件の超音波モータ１においてはヒステリ
シス現象が発生しなかつたのに対して、摩擦係数μがそ
れ以上の超音波モータにおいてはヒステリシス現象が生
ずると共に、そのヒステリシス動作の深さが摩擦係数μ
が大きくなればなる程大きくなることを確認し得た。す
なわち図１の共振特性曲線Ｋ１１は、ロータ３及びステ
ータ２間の摩擦係数μが、μ＝μ1 ＝0.18の場合である
のに対して、摩擦係数μを、μ＝μ2 ＝0.34に選定した
場合には、図３の共振特性曲線Ｋ１２で示すように、共
振特性曲線Ｋ１２上に第１及び第２の遷移点ＰA1及びＰ
B1が生じることにより、ヒステリシス現象が生じるよう
になつたことが分かつた。
に、ロータ３及びステータ２間の摩擦係数μが0.25以下
になるような条件の超音波モータ１においてはヒステリ
シス現象が発生しなかつたのに対して、摩擦係数μがそ
れ以上の超音波モータにおいてはヒステリシス現象が生
ずると共に、そのヒステリシス動作の深さが摩擦係数μ
が大きくなればなる程大きくなることを確認し得た。す
なわち図１の共振特性曲線Ｋ１１は、ロータ３及びステ
ータ２間の摩擦係数μが、μ＝μ1 ＝0.18の場合である
のに対して、摩擦係数μを、μ＝μ2 ＝0.34に選定した
場合には、図３の共振特性曲線Ｋ１２で示すように、共
振特性曲線Ｋ１２上に第１及び第２の遷移点ＰA1及びＰ
B1が生じることにより、ヒステリシス現象が生じるよう
になつたことが分かつた。
【００１８】同様にして摩擦係数μを、μ＝μ3 ＝0.45
に選定した場合には、図４の共振特性曲線Ｋ１３で示す
ように、同様に第１及び第２の遷移点ＰA2及びＰB2が発
生することにより、超音波モータ１の動作にヒステリシ
ス現象が生じたことが分かつた。ところが、摩擦係数が
小さい図３の場合の共振特性曲線Ｋ１２における第１及
び第２の遷移点ＰA1及びＰB1の周波数ｆA1及びｆB1間の
周波数偏差Δｆ1 に対して、図４の共振特性曲線Ｋ１３
における第１及び第２の遷移点ＰA2及びＰB2の周波数ｆ
A2及びｆB2間の周波数偏差Δｆ2 は大きくなつており、
この分図４の場合の超音波モータ１の方がヒステリシス
動作の深さが深くなつたことを表している。
に選定した場合には、図４の共振特性曲線Ｋ１３で示す
ように、同様に第１及び第２の遷移点ＰA2及びＰB2が発
生することにより、超音波モータ１の動作にヒステリシ
ス現象が生じたことが分かつた。ところが、摩擦係数が
小さい図３の場合の共振特性曲線Ｋ１２における第１及
び第２の遷移点ＰA1及びＰB1の周波数ｆA1及びｆB1間の
周波数偏差Δｆ1 に対して、図４の共振特性曲線Ｋ１３
における第１及び第２の遷移点ＰA2及びＰB2の周波数ｆ
A2及びｆB2間の周波数偏差Δｆ2 は大きくなつており、
この分図４の場合の超音波モータ１の方がヒステリシス
動作の深さが深くなつたことを表している。
【００１９】因に一般的に言つて振動系における共振特
性曲線は、例えば図１のピーク点Ｐ2 を中心として対称
性が良い曲線を描く傾向があるのに対して、図１の場合
には、ピーク点Ｐ2 より低い周波数における立上り曲線
部Ｋ１１Ｂがピーク点Ｐ2 に近づく方向に引き付けられ
たと同様の曲線をもつている。このようにして立上り曲
線部がピーク点の方に引きつけられる傾向は摩擦係数μ
を、μ＝μ1 （＝0.25）より大きくした場合（すなわち
図３、図４の場合のように）強まつて行き、その結果、
摩擦係数μがμ＝μ2 （＝0.34（図３））より大きい摩
擦係数μ＝μ3 （＝0.45（図４））の方がヒステリシス
動作が深くなつて行く。
性曲線は、例えば図１のピーク点Ｐ2 を中心として対称
性が良い曲線を描く傾向があるのに対して、図１の場合
には、ピーク点Ｐ2 より低い周波数における立上り曲線
部Ｋ１１Ｂがピーク点Ｐ2 に近づく方向に引き付けられ
たと同様の曲線をもつている。このようにして立上り曲
線部がピーク点の方に引きつけられる傾向は摩擦係数μ
を、μ＝μ1 （＝0.25）より大きくした場合（すなわち
図３、図４の場合のように）強まつて行き、その結果、
摩擦係数μがμ＝μ2 （＝0.34（図３））より大きい摩
擦係数μ＝μ3 （＝0.45（図４））の方がヒステリシス
動作が深くなつて行く。
【００２０】〔２〕実験結果 （１）第１実施例 図２の試料番号３は、摩擦係数μをμ＝μ0 （＝0.25）
に選定した場合を示し、ステータ２の弾性体２Ｃとして
オーステナイト系ステンレス（例えばＳＵＳ304 ）、又
はインバ材（例えば42％Ｎｉ合金）を用いると共に（以
下の実施例についても同様である）、スライダ３Ｂとし
て芳香族ポリエステル30％及びＰＴＦＥを70％含有した
高分子材料で構成したものを用いた。このとき超音波モ
ータ１の共振特性動作にヒステリシス現象が発生しなか
つた。
に選定した場合を示し、ステータ２の弾性体２Ｃとして
オーステナイト系ステンレス（例えばＳＵＳ304 ）、又
はインバ材（例えば42％Ｎｉ合金）を用いると共に（以
下の実施例についても同様である）、スライダ３Ｂとし
て芳香族ポリエステル30％及びＰＴＦＥを70％含有した
高分子材料で構成したものを用いた。このとき超音波モ
ータ１の共振特性動作にヒステリシス現象が発生しなか
つた。
【００２１】（２）第２実施例 図２の試料番号４の実施例は図１について上述したよう
に摩擦係数μを、μ＝μ1 （＝0.18）に選定した場合
で、スライダ３Ｂをポリアミドイミド85％、グラフアイ
ト12％及びＰＴＦＥ３％を含有した高分子材料で構成し
た。この場合は図１について上述したように、超音波モ
ータ１の共振特性動作にヒステリシス現象は発生しなか
つた。
に摩擦係数μを、μ＝μ1 （＝0.18）に選定した場合
で、スライダ３Ｂをポリアミドイミド85％、グラフアイ
ト12％及びＰＴＦＥ３％を含有した高分子材料で構成し
た。この場合は図１について上述したように、超音波モ
ータ１の共振特性動作にヒステリシス現象は発生しなか
つた。
【００２２】（３）第３実施例 図２の試料番号５の場合には、スライダ３Ｂとしてアル
ミ合金の表面を潤滑アルマイト処理したものを適用した
場合で、この場合の摩擦係数μはμ＝0.08であつた。こ
の場合にも超音波モータ１の共振特性動作にヒステリシ
ス現象が発生しなかつた。
ミ合金の表面を潤滑アルマイト処理したものを適用した
場合で、この場合の摩擦係数μはμ＝0.08であつた。こ
の場合にも超音波モータ１の共振特性動作にヒステリシ
ス現象が発生しなかつた。
【００２３】（４）ヒステリシス現象が発生した実施例 図２の試料番号２の場合は、図３について上述したよう
に、摩擦係数μを、μ＝μ2 （＝0.34）に選定した場合
で、スライダ３Ｂをビスマレイミド・トリアジン及びポ
リアミドを含有した高分子材料で構成した。この場合に
は、図３について上述したように、超音波モータ１の動
作にヒステリシス現象が発生した。また図２の試料番号
１の場合は、図４について上述したように摩擦係数μ
を、μ＝μ3 （＝0.45）に選定した場合で、スライダ３
Ｂをフエノール樹脂で構成した。この場合には図４につ
いて上述したように、超音波モータ１の動作にかなり深
いヒステリシス現象が発生した。
に、摩擦係数μを、μ＝μ2 （＝0.34）に選定した場合
で、スライダ３Ｂをビスマレイミド・トリアジン及びポ
リアミドを含有した高分子材料で構成した。この場合に
は、図３について上述したように、超音波モータ１の動
作にヒステリシス現象が発生した。また図２の試料番号
１の場合は、図４について上述したように摩擦係数μ
を、μ＝μ3 （＝0.45）に選定した場合で、スライダ３
Ｂをフエノール樹脂で構成した。この場合には図４につ
いて上述したように、超音波モータ１の動作にかなり深
いヒステリシス現象が発生した。
【００２４】（５）参考例 図２の「参考」の欄の場合は、スライダ３Ｂとして試料
番号４の組成の材料を用いると共に、その表面にシリコ
ンオイルを塗布した場合で、摩擦係数μ＝0.05であつ
た。このとき超音波モータ１の動作にはヒステリシス現
象の発生はなく、ロータ３の出力も実用に供し得ない程
度には低下しなかつた。
番号４の組成の材料を用いると共に、その表面にシリコ
ンオイルを塗布した場合で、摩擦係数μ＝0.05であつ
た。このとき超音波モータ１の動作にはヒステリシス現
象の発生はなく、ロータ３の出力も実用に供し得ない程
度には低下しなかつた。
【００２５】〔３〕理論的検討 上述のように種々の実験結果から考察すると、従来行わ
れていたように、回転出力の効率を高めるために摩擦係
数μを高くするようにすれば、効率が上昇すると共に超
音波モータの動作に生ずるヒステリシス現象が深くなる
傾向にあり、当該ヒステリシス現象のために超音波モー
タ１の動作が不安定になるおそれがあつたのに対して、
摩擦係数μを小さくすることにより超音波モータ１の共
振特性動作にヒステリシス現象を生じさせないようにす
ることができ、この分超音波モータの動作を一段と安定
化し得る。かくするにつき、摩擦係数μを小さくするよ
うにしたにもかかわらず、超音波モータ１の回転出力が
それ程小さくならないことが確認できた。
れていたように、回転出力の効率を高めるために摩擦係
数μを高くするようにすれば、効率が上昇すると共に超
音波モータの動作に生ずるヒステリシス現象が深くなる
傾向にあり、当該ヒステリシス現象のために超音波モー
タ１の動作が不安定になるおそれがあつたのに対して、
摩擦係数μを小さくすることにより超音波モータ１の共
振特性動作にヒステリシス現象を生じさせないようにす
ることができ、この分超音波モータの動作を一段と安定
化し得る。かくするにつき、摩擦係数μを小さくするよ
うにしたにもかかわらず、超音波モータ１の回転出力が
それ程小さくならないことが確認できた。
【００２６】この現象について、従来は摩擦係数μと出
力との関係を、図５に示すように、ステータ２の弾性体
２Ｃ及びスライダ３Ｂ間の摩擦係数μとして、いわゆる
静摩擦係数を基準としてロータ母材３Ａ側に生ずる駆動
力を評定していたと考えられるのに対して、実際上振動
状態にある弾性体２Ｃ及びスライダ３Ｂ間の摩擦状態
は、静摩擦係数では評定しきれない挙動をしていると考
えられ、当該動的な摩擦状態に基づいてたとえ弾性体２
Ｃ及びスライダ３Ｂ間の静摩擦係数が小さい場合にも、
ロータ母材３Ａ側に生ずる駆動力がさほど低下しない結
果を生じているものと考えられる。
力との関係を、図５に示すように、ステータ２の弾性体
２Ｃ及びスライダ３Ｂ間の摩擦係数μとして、いわゆる
静摩擦係数を基準としてロータ母材３Ａ側に生ずる駆動
力を評定していたと考えられるのに対して、実際上振動
状態にある弾性体２Ｃ及びスライダ３Ｂ間の摩擦状態
は、静摩擦係数では評定しきれない挙動をしていると考
えられ、当該動的な摩擦状態に基づいてたとえ弾性体２
Ｃ及びスライダ３Ｂ間の静摩擦係数が小さい場合にも、
ロータ母材３Ａ側に生ずる駆動力がさほど低下しない結
果を生じているものと考えられる。
【００２７】すなわち一般に摩擦係数μは次式
【数１】 で表される。ここでＮ0 は、弾性体２Ｃ及びスライダ３
Ｂが振動していない状態において面接触しているとき加
えられる圧力であり、Ｆ0 はこの状態においてロータ３
を動かすに必要な力である。このように弾性体２Ｃ及び
スライダ３Ｂが静止状態にあるときには、摩擦係数μが
大きくなればこれに応じて力Ｆ0 が大きくなると考えら
れ、従来はかかる考え方に基づいて摩擦係数μを大きく
することにより超音波モータ１の効率を高める工夫がさ
れていた。
Ｂが振動していない状態において面接触しているとき加
えられる圧力であり、Ｆ0 はこの状態においてロータ３
を動かすに必要な力である。このように弾性体２Ｃ及び
スライダ３Ｂが静止状態にあるときには、摩擦係数μが
大きくなればこれに応じて力Ｆ0 が大きくなると考えら
れ、従来はかかる考え方に基づいて摩擦係数μを大きく
することにより超音波モータ１の効率を高める工夫がさ
れていた。
【００２８】ところが同じように加圧力Ｎ0 を加えてい
ても、図６の場合のように弾性体２Ｃが振動状態にある
場合には、弾性体２Ｃに符号Ｒの方向に進行波が発生し
ていると共に、弾性体２Ｃの櫛歯２Ｅの表面がスライダ
３Ｂの表面に接触する点ＳAは、進行波の進行と共に図
７に示すように楕円軌道上を回転運動をしていると考え
られる。
ても、図６の場合のように弾性体２Ｃが振動状態にある
場合には、弾性体２Ｃに符号Ｒの方向に進行波が発生し
ていると共に、弾性体２Ｃの櫛歯２Ｅの表面がスライダ
３Ｂの表面に接触する点ＳAは、進行波の進行と共に図
７に示すように楕円軌道上を回転運動をしていると考え
られる。
【００２９】そこで、弾性体２Ｃ及びスライダ３Ｂの接
触点ＳA においては、図５について上述した静的な摩擦
状態とは異なる動的な摩擦状態が発生しており、そのた
めに次式
触点ＳA においては、図５について上述した静的な摩擦
状態とは異なる動的な摩擦状態が発生しており、そのた
めに次式
【数２】 のように、図５の静的な接触状態においてロータ３を動
かすのに必要な力Ｆ0 より大きい力Ｆ1 が符号Ｌの方向
に回転しているロータ３を停止させるために必要になる
と考えられる。このような理由によつて、たとえ摩擦係
数μが小さくなつてもロータ３から得られる駆動力はそ
れ程小さくならないと考えられる。
かすのに必要な力Ｆ0 より大きい力Ｆ1 が符号Ｌの方向
に回転しているロータ３を停止させるために必要になる
と考えられる。このような理由によつて、たとえ摩擦係
数μが小さくなつてもロータ３から得られる駆動力はそ
れ程小さくならないと考えられる。
【００３０】〔４〕他の実施例 （１）上述の実施例においては、共振特性曲線として、
電源の周波数ｆに対してステータ２の接触面の振幅｜ｘ
｜を用いて表すようにしたが、これに代え、無負荷状態
における回転数、圧電体２Ｄに流れる電流、弾性体２Ｃ
の進行波を検出することによつて得られるピツクアツプ
電圧（特開昭 59-204477号公報）等を用いて表現するよ
うにしても、上述の場合と同様の効果を得ることができ
る。
電源の周波数ｆに対してステータ２の接触面の振幅｜ｘ
｜を用いて表すようにしたが、これに代え、無負荷状態
における回転数、圧電体２Ｄに流れる電流、弾性体２Ｃ
の進行波を検出することによつて得られるピツクアツプ
電圧（特開昭 59-204477号公報）等を用いて表現するよ
うにしても、上述の場合と同様の効果を得ることができ
る。
【００３１】（２）上述の実施例においては、超音波モ
ータ１として、ロータ３のロータ母材３Ａ上にスライダ
３Ｂを設けることにより、当該スライダ３Ｂの接触面を
弾性体２Ｃの接触面に接触させるようにした場合につい
て述べたが、スライダ３Ｂを省略してロータ母材３Ａを
直接接触させるようにしても良い。
ータ１として、ロータ３のロータ母材３Ａ上にスライダ
３Ｂを設けることにより、当該スライダ３Ｂの接触面を
弾性体２Ｃの接触面に接触させるようにした場合につい
て述べたが、スライダ３Ｂを省略してロータ母材３Ａを
直接接触させるようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、振動子の
第１の接触面と相対運動部材の第２の接触面との間の摩
擦係数が超音波モータの共振特性動作にヒステリシス現
象が生じない程度の小さい値になるように、第１の接触
面の材料を選定するようにしたことにより、超音波モー
タを一段と安定に駆動し得る。
第１の接触面と相対運動部材の第２の接触面との間の摩
擦係数が超音波モータの共振特性動作にヒステリシス現
象が生じない程度の小さい値になるように、第１の接触
面の材料を選定するようにしたことにより、超音波モー
タを一段と安定に駆動し得る。
【図１】本発明による超音波モータの共振特性曲線を示
す特性曲線図である。
す特性曲線図である。
【図２】実験例を示す図表である。
【図３】図２の実験例のうち、試料番号２の場合の共振
特性曲線を示す特性曲線図である。
特性曲線を示す特性曲線図である。
【図４】図２の実験例のうち、試料番号１の場合の共振
特性曲線を示す特性曲線図である。
特性曲線を示す特性曲線図である。
【図５】小さい摩擦係数でも実用的な回転出力を得るこ
とができたことの理論的検討に供する断面図である。
とができたことの理論的検討に供する断面図である。
【図６】小さい摩擦係数でも実用的な回転出力を得るこ
とができたことの理論的検討に供する断面図である。
とができたことの理論的検討に供する断面図である。
【図７】櫛歯２Ｅの運動を示す略線図である。
【図８】超音波モータの構成を示す略線的断面図であ
る。
る。
【図９】従来の問題点の説明に供する特性曲線図であ
る。
る。
【図１０】従来の問題点の説明に供する特性曲線図であ
る。
る。
１……超音波モータ、２……ステータ、３……ロータ、
２Ｃ……弾性体、２Ｅ……櫛歯、３Ａ……ロータ母材、
３Ｂ……スライダ。
２Ｃ……弾性体、２Ｅ……櫛歯、３Ａ……ロータ母材、
３Ｂ……スライダ。
Claims (6)
- 【請求項１】第１の接触面を有し、該第１の接触面に振
動を発生させる振動子と、前記第１の接触面に所定の圧
力によつて接触する第２の接触面を有し、前記振動によ
り前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材とを
備えた超音波モータにおいて、 前記第１の接触面と第２の接触面との間の摩擦係数が、
共振特性曲線にヒステリシス現象を生じさせない程度の
０．３４未満の値となるように、前記第１の接触面の材
料を選定したことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】前記摩擦係数は、０．３４未満０．０５よ
り大きな値であることを特徴とする請求項１に記載の超
音波モータ。 - 【請求項３】前記第１の接触面は、オーステナイト系ス
テンレスで形成したことを特徴とする請求項１に記載の
超音波モータ。 - 【請求項４】前記第１の接触面は、ＳＵＳ３０４で形成
したことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。 - 【請求項５】前記第１の接触面は、インバ材で形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。 - 【請求項６】前記第１の接触面は、４２％のニツケル合
金であるインバ材で形成したことを特徴とする請求項５
に記載の超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6037583A JP2682431B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6037583A JP2682431B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | 超音波モータ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63089623A Division JP2585996B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07184381A JPH07184381A (ja) | 1995-07-21 |
| JP2682431B2 true JP2682431B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=12501569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6037583A Expired - Lifetime JP2682431B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2682431B2 (ja) |
-
1994
- 1994-02-09 JP JP6037583A patent/JP2682431B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07184381A (ja) | 1995-07-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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