JP3229379B2 - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電体を用いて進行
波を伴う超音波振動を発生させることにより駆動力を発
生する超音波モータに関する。
【0002】
【従来の技術】図1に示すように、超音波モータは、高
周波の交流電圧で振動する圧電体1に金属などの弾性体
2を一体に積層した振動体3と、この振動体3にスライ
ダー材4を介して加圧接触する動体5とからなり、振動
体3の少なくとも表面に発生するたわみ振動の進行波
で、スライダー材4および動体5を駆動する。
【0003】このような超音波モータの出力性能は、ス
ライダー材4と弾性体2との圧接力、それらの摩擦係数
および接触面相互の状態によって決まる。このため、ス
ライダー材4には、摩擦係数が大きくかつ安定し、耐摩
耗性に優れ、摩擦音の発生がなく、また、圧接される相
手材となる振動体3の弾性体部分がステンレス、リン青
銅、アルミニウム、銅合金などの軟質金属で形成されて
いる場合でも、この相手材を損傷しない等の諸条件が要
求される。
【0004】上記条件の幾つかに対応するスライダー材
としては、炭素繊維を添加した樹脂組成物から形成した
もの(特開昭62−58887号)、芳香族ポリアミド
繊維または炭素繊維を添加したポリイミド樹脂から形成
したもの(特開昭63−121480号)がある。
【0005】しかし、上記のいずれのスライダー材も摩
擦係数の安定性、耐摩耗性、摩擦音の防止、相手材の損
傷防止などの諸条件をバランスよく備えたものでなく、
特に弾性体が銅やリン青銅等の重金属で形成されている
場合は、スライダー材が劣化し易く、さらに湿度、熱に
よる劣化が加わって、スライダー材と弾性体が密着して
駆動不能になる現象(以下、張り付き現象という)が生
ずるという問題点がある。
【0006】そこで、この発明は上記した問題点を解決
し、超音波モータのスライダー材を、安定した摩擦係
数、耐摩耗性、摩擦音の防止、相手材およびそのもの自
体の劣化防止の諸条件を備えたものとして、特に、加
湿、加温された雰囲気内での使用条件にて、張り付き現
象を生じることなく起動性に優れた超音波モータとする
ことを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては進行波を発生する圧電体に重金
属製弾性体を積み重ねて振動体とし、この振動体の上に
スライダー材を介して動体を加圧接触させた超音波モー
タにおいて、前記スライダー材が耐熱性樹脂に金属不活
性剤を添加した耐熱性樹脂組成物からなるという構成を
採用したのである。
【0008】以下、その詳細を述べる。
【0009】この発明における耐熱性樹脂とは、成形温
度が300℃以上である合成樹脂であり例えば、四フッ
化エチレン樹脂(以下、PTFEという)、溶融フッ素
樹脂、ポリイミド樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹
脂、ポリエーテルニトリル樹脂、液晶ポリマーまたはポ
リフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられる。これら
の中で、PTFEまたは溶融性フッ素樹脂は、摩擦係数
の安定した摺動材料となるので特に好ましい。
【0010】この発明に用いる金属不活性剤としては、
不活性化作用のある酸化防止剤であるN−サリシロイル
−N’−アルデヒドヒドラジンまたはN−サリシロイル
−N’−アセチルヒドラジンなどのヒドラジン系のも
の、N,N’−ジフェニルオキサミドなどのオキサミド
系のものなどが挙げられる。
【0011】また、この発明における金属不活性材は、
熱分解による50重量%減量温度が350℃以上のもの
が好ましい。ここで、熱分解による50重量%減量温度
とは、以下に示す試験方法による温度をいう。
【0012】すなわち、通常よく用いられる熱重量分析
計を用いて、窒素ガス中、昇温10℃/分の条件で室温
から600℃まで昇温し、各温度別の重量減少%を調
べ、これが50重量%に対応する温度を、熱分解による
50重量%減量温度とした。また、このような条件に適
合する金属不活性剤のうち、ヒドラジン系の金属不活性
剤であって、特に摺動相手材たる銅または銅合金の腐食
防止のために、銅害防止剤として機能するものが好まし
い。
【0013】このような金属不活性剤としては、たとえ
ば下記〔化1〕の式で示される旭電化工業社製:アデカ
スタブCDA−6または下記〔化2〕の式で示されるチ
バガイギー社製:イルガノックスMD1024などが挙
げられる。
【0014】
【化1】
【0015】
【化2】
【0016】上記した金属不活性剤の添加量は全体量の
7重量%未満であることが好ましい。なぜなら7重量%
以上では耐熱性樹脂中で分散が充分でなく、また熱分解
によってガスが多く発生することとなって、成形時に割
れまたは巣などの発生が起こるからである。
【0017】なお、この発明に用いる耐熱性樹脂に対し
金属不活性剤の他に、耐摩耗性、摩擦係数の安定性を向
上させる目的で各種の充填材を添加しても良い。
【0018】上記の充填材としては、有機質樹脂材であ
るポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹
脂、ポリアミドイミド樹脂、芳香族アラミド樹脂、耐熱
性ポリアミド樹脂、フェノール系樹脂、芳香族ポリエス
テル樹脂、シリコーン樹脂、亜鉛、アルミニウム、マグ
ネシウム、モリブデンなどの金属もしくは酸化物などの
熱伝導改良用無機粉末、ガラスビーズ、ガラスフレー
ク、シリカバルーン、珪藻土、石綿、炭酸マグネシウ
ム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、フッ化カルシウ
ム、水酸化カルシウム等の無機質粉末、グラファイト、
酸化鉛、フッ化黒鉛、カオリン、カーボン、マイカ、タ
ルク、三酸化モリブデン等の潤滑性向上用無機質粉末、
ガラス繊維、炭素繊維、グラファイト繊維、ウオラスト
ナイト、チタン酸カリウムホイスカー、シリコンカーバ
イトホイスカー、サファイアホイスカーなどの無機繊維
およびホイスカー類、鋼線、銅線、ステンレス線などの
金属繊維、タングステン心線または炭素繊維などにボロ
ン、炭化ケイ素などを蒸着したいわゆるボロン繊維、芳
香族アラミド繊維、ポリエチレン繊維、フェノール繊維
などの有機繊維および酸化鉄、硫化カドミウム、セレン
化カドミウム、カーボンブラック等の無機質顔料、シリ
コーンオイル、エステルオイル、フッ素オイル、ポリフ
ェニレンエーテルオイル、ワックス、ステアリン酸亜鉛
などの内部滑剤的添加剤など数多くのものを例示するこ
とができる。
【0019】また、これら耐熱性樹脂、金属不活性剤、
その他充填剤の混合の成形方法は、PTFEを採用した
場合、従来から広く行なわれている充填剤入りPTFE
の通常の成形条件で成形すればよく、たとえばタンブラ
ーミキサー、ヘンシェルミキサー等の混合機によってP
TFEと金属不活性剤とその他充填剤とを乾式混合し、
これを金型に入れて380〜600kg/cm2 の圧力
を加えて予備成型した後、金型から取り出された圧縮成
形体を370℃で焼結する方法、その他加熱加圧しなが
ら回分式に圧縮成形する方法またはラム押出し機により
連続成形する方法などのいずれであってもよい。
【0020】また、非熱可塑性ポリイミド樹脂を用いる
場合は、上記PTFEと同様の方法にて混合し、成形条
件は、混合物を金型に入れて、320〜370℃、50
0〜1200kgf/cm2 の条件下にて加熱加圧成形
をする方法が採用できる。
【0021】さらにPTFEまたは非熱可塑性ポリイミ
ド樹脂以外の耐熱性樹脂を採用した場合は、原料を個別
に溶融混合機に供給してもよく、あらかじめヘンシェル
ミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機
を用いて乾式混合した後に、熱ロール、ニーダ、バンバ
リーミキサー、スクリュー押出機などで溶融混合して成
形材料としてペレット状にしてもよい。成形方法は、圧
縮成形、焼結成形等を適用し得ることはもちろんである
が、本発明においては特に、均一溶融ブレンド体を形成
し、生産性の高い射出成形もしくは押出し成形を行なう
ことができる。
【0022】
【作用】この発明の超音波モータは、耐熱性樹脂に金属
不活性剤を分散保持した状態のスライダー材を備えてい
る。従って、このものが重金属と摺動した場合にスライ
ダー材そのものが劣化せず、しかも相手材の表面に金属
不活性剤の保護作用を及ぼし、腐食を防止する。このた
め、いわゆる張り付き現象が生じない。
【0023】
【実施例および比較例】実施例および比較例に使用した
原材料を一括して示すと以下の通りである。なお、(
)内には略称を示し、配合割合は全て重量%で示し
た。
【0024】(I)耐熱性樹脂 (1) PTFE(PTFE−1) ダイキン工業社製:ポリフロンM−15 (2) 溶融フッ素樹脂(PFA−1) 三井・デュポンフロロケミカル社製:PFA340J (3) 芳香族ポリエーテルケトン樹脂(PEEK−1) アイシーアイ社製:ビクトレックスPEEK150P (4) ポリエーテルニトリル樹脂(PEN) 出光興産社製:ポリエーテルニトリルID300 (5) 液晶ポリマー(LCP) 日本石油化学社製:ザイダーSRT300 (6) 熱可塑性ポリイミド樹脂(PI−1) 三井東圧化学社製:New−TPI450 (7) 非熱可塑性ポリイミド樹脂(PI−2) 宇部興産社製:ユーピレックスRタイプ (8) ポリフェニレンサルファイド(PPS) トープレン社製:T−4AG (II)金属不活性剤 (9) 旭電化工業社製:アデカスタブCDA−6(CDA
−6) 熱分解による50重量%減量温度400℃ (10)チバガイギー社製:イルガノックスMD1024
(MD1024) 熱分解による50重量%減量温度370℃ (11)旭電化工業社製:アデカスタブCDA−1(CDA
−1) 熱分解による50重量%減量温度320℃ (III )充填剤 (12)芳香族ポリエステル樹脂(OBP) 住友化学社製:エコノールE101SS (13)芳香族ポリエーテルケトン樹脂(PEEK−2) アイシーアイ社製:ビクトレックスPEEK150Pを
粉末状に冷凍粉砕したもの (14)芳香族アラミド樹脂(アラミド) 旭化成工業社製:アラミドパウダーMP (15)溶融フッ素樹脂(PFA−2) 三井・デュポンフロロケミカル社製:MP−10 (16)PTFE(PTFE−2) 喜多村社製:KT400H (17)炭酸カルシウム(CaCO3 ) 日窒工業社製:NA600 (18)タルク 松村産業社製:クラウンタルクPP 以上の各原材料を表1に示す割合で混合した後、マトリ
ックスとなる耐熱性樹脂の通常の成形条件で成形して摺
動材の成形品を作成し、以下の試験を行ない結果を表1
中に併記した。
【0025】(1) 摩耗係数および摩擦係数 スラスト型摩擦摩耗試験機による滑り速度毎分18m、
荷重8.5kgf/cm2 、相手材リン青銅C519
1、温度60℃、湿度70%の加湿条件下での100時
間後の摩擦係数および摩耗係数(×10-10 cm3 /k
g・m)を求めた。
【0026】(2) 摺動による相手材(リン青銅)の劣化
度合 上記(1) の摩擦・摩耗試験を100時間連続した後の相
手材摺動面の劣化度合を観察し、さびの発生量大
(×)、小(○)の二段階に評価した。
【0027】(3) 超音波モータ実機テスト 弾性体がリン青銅からなる超音波モータに、表1に示し
た配合割合のスライダー材を実装して、温度80℃、湿
度95%の加湿雰囲気で100時間放置した後、起動を
試み下記の判定を行なった。
【0028】 ○ …… 起動する(張り付き現象なし) × …… 起動しない(張り付き現象あり)
【0029】
【表1】
【0030】表1の結果から明らかなように、金属不活
性剤を添加しない比較例2、4、5は相手材であるリン
青銅の摺動面から錆が著しく多く発生しており、それに
伴い耐熱性樹脂製スライダー材の耐摩耗性も劣ってい
た。また、このスライダー材を実装した超音波モータ
を、加湿雰囲気内に放置すると、弾性体(リン青銅)に
対して張り付き現象を生じ起動しなくなった。また、熱
分解による50重量%減量温度が350℃以下である金
属不活性剤を添加した比較例1、3は、成形時にガス分
の発生が多く成形不可能であった。
【0031】これに対して、実施例1〜12は、スライ
ダー材の摩擦係数が安定しており摩耗係数も小さかっ
た。また、加湿雰囲気で試験しているにもかかわらず相
手材であるリン青銅の摺動面からは錆の発生は少なかっ
た。また、このスライダー材を実装した超音波モータ
は、加湿雰囲気内で放置しても、張り付き現象を起こす
ことなく、起動性が極めて良好であった。
【0032】
【効果】この発明の超音波モータは、以上説明したよう
に、耐熱性、耐摩耗性および摩擦特性に優れ、かつ重金
属と摺動した場合にこのものが劣化し難いと共に相手材
である重金属を保護して腐食を防止するスライダー材を
備えているので、加湿、加温雰囲気で使用してもリン青
銅等の重金属製の弾性体を劣化させることなく、弾性体
とスライダー材との張り付き現象が発生しない。したが
って、前記過酷な使用条件下で、きわめて起動性に優れ
た超音波モータとなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波モータの要部縦断面図
【符号の説明】
1 圧電体 2 弾性体 3 振動体 4 スライダー材 5 動体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−97658(JP,A) 特開 平1−225665(JP,A) 特開 昭63−124785(JP,A) 特開 昭62−196086(JP,A) 特開 平1−188543(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 進行波を発生する圧電体に重金属製弾性
    体を積み重ねて振動体とし、この振動体の上にスライダ
    ー材を介して動体を加圧接触させた超音波モータにおい
    て、 前記スライダー材が耐熱性樹脂に金属不活性剤を添加し
    た耐熱性樹脂組成物からなることを特徴とする超音波モ
    ータ。
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