JPH01110066A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧電体による超音波振動を利用して駆動する
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、圧電体を固定した振動体と動
体とが加圧接触した構成であり、圧電体への電気入力に
より圧電体と振動体に第３図に示すような超音波振動の
進行波を発生させ、また動体との摩擦力により動体を駆
動させている。

第３図において、１は圧電体であり、その表面に振動体
２が接着固定されている。また、３は動体であり、摩擦
材４が一体化されている。この構成により、圧電体１に
電気入力を加えると、圧電体１と振動体２に超音波振動
（入方向の進行波）が発生し、振動体２の各質点にＢの
ような楕円運動が発生する。ここで、進行波の各波頭は
進行波方向ムと逆方向に動く性質があり、また進行波の
各谷底は進行波方向ムと同方向に動く性質がある。

したがって、振動体２の表面に置かれた物体（摩擦材４
と動体３）は、波頭の上部のみに接触し、振動体２との
摩擦力によってＣ方向に駆動する。

この進行波の振幅は一般に最大でも１０μｍ程度である
。

一般に、振動体と動体とは加圧接触した構成であり、よ
り大きなモータ出力を得るために、振動体と動体との加
圧力を強くし、振動体と動体との摩擦係数を大きくする
ことが必要である。しかし、加圧力が強すぎると、摩擦
材が摩耗しやすくなり、また振動体の振動が抑制されや
すくなる傾向がある。

なお、振動体および動体の材料として、鉄やステンレス
およびアルミニウム等の金属が利用されており、また摩
擦材の材料として、ゴムやエンジニアリングプラスチッ
ク材等が利用されている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来例のように摩擦材にゴム等の摩
擦係数の大きいものを利用した場合、振動体と動体の摩
擦により摩擦材から摩耗粉が多く発生し、またその摩耗
粉が振動体や動体の接触面に付着するため、両者間の摩
擦係数が経時的に変化してしまい、ブレーキトルク（モ
ータに電気を入力していないときの振動体と動体の摩擦
力）も経時的に変化してしまうという問題点があった。

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等の摩耗材を
用いた場合、振動体表面に引っかき傷を多く発生させ、
ブレーキトルクも経時的に変動させてしまうという問題
点があった。

さらに、振動体に付着した摩耗粉の影響により、振動体
部の最適共振周波数が経時的に変動してしまい、安定し
たモータの駆動が得られないという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、常に
安定した駆動が得られる超音波モータを提供することを
目的とする。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の超音波モータは、
少なくともウィスカー状充填材が岑＝分を有している。

作用 摩擦材にウィスカー状充填材が均一に分散したプラスチ
ック材を用いているため、摩擦材自体の摩耗景を著しく
少なくすることができ、しかも摩擦材の接触相手を摩耗
させることがなく、安定した摩擦係数を得ることができ
る。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図において、１は圧電体であり、その表面に金属製
振動体２が接着固定されている。３は動体であり、少な
くともウィスカー状充填材を均一に分散して含有するプ
ラスチック材よりなる摩擦材４が、動体３に固定して構
成されている。また、振動体２と摩擦材４は締結力によ
って加圧接触されている。ここで、圧電体１に共振周波
数の高周波電界を印加すると、振動体２に超音波振動の
進行波が発生し、振動体表面と接触している摩擦材４が
、振動体との摩擦力によって、動体３と一体となって駆
動する。また、電力が入力されないときは、振動体と摩
擦材との間に働く加圧力を摩擦係数との積に相当する保
持トルク、すなわちブレーキトルクが生じる。

以上のように、ウィスカー状充填材を均一に分散して含
有するプラスチック材よりなる摩擦材を利用することに
より、超音波モータの長時間の駆動において、安定した
ブレーキトルクを得ることができると共に、振動体の共
振周波数の経時変化も少なく、再現良く起動し、安定駆
動ができるようになる。

ウィスカー状充填材としては、チタン酸カリウム、窒化
珪素、炭化珪素、カーボン、アルミナ。

鉄、銅、ニッケルなどを主成分とする直径５μｍ以下、
アスペクト比５以上の針状粉末が望ましい。

また、プラスチック成分としては、ポリイミド。

ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ボ
リアリレート、ポリエステル、液晶ポリマなどが使用で
きる。そして、前記ウィスカー状充填材とプラスチック
とを均一に混練し、通常の射出成形、圧縮成形またはト
ランスフ１成形によって、均一に分散した摩擦材が成形
される。

なお、ウィスカー状充填材に加えて、他の有機や無機ま
たは金属の微粉末を添加含有することも可能である。

次に、本発明を具体的実施例により、さらに詳しく説明
する。

実施例１ 表１に示すような種々のアスペクト比が１０〜３００の
ウィスカー状粉末とプラスチックとを加熱加圧混線機を
用いて混練し、実験用小型射出成形または圧縮成形によ
って、ウィスカー状粉末が均一に分散して含有する複合
プラスチック製の１絹厚の摩擦材シートを形成する。そ
して、得られたそれぞれの摩擦材シートを用いて第２図
に示すような円板型超音波モータを構成した。

第２図において、１は圧電体であり、その表面にステン
レス製振動体２が接着固定されている。

３はステンレス製動体であり、動体３にそれぞれの摩擦
材シート４が接着固定されている。また、振動体と動体
とはバネを介した加圧によって初期のブレーキトルクが
Ｂｏｏｔ−百になるように調整設定されている。さらに
、円板の円周方向に４波の進行波が励起されるように圧
電体に電極を配置し、約７０ＫＨｚの共振周波数の電界
を印加して動体を約５０Ｏｒｐ１ｍ　の無負荷回転数で
駆動させている。

なお、それぞれの摩擦材シートを構成したそれぞれのモ
ータについて、所定の時間の駆動後、電源を切ったり入
れたりしたときの再起動の良否、電源切断後のブレーキ
トルク、共振周波数の経時的変化および４８時間の駆動
後の振動体表面の摩耗の状況と摩擦材の摩耗深さ等を測
定した結果を表２に示す。

（以下余　白） 表１および表２より明らかなように、ウィスカー状充填
材を均一に分散して含有する複合プラスチック製摩擦材
を使用した超音波モータの場合（実験番号１〜６）、い
ずれのモータについてもブレーキトルクの経時変化は小
さい。また共振周波数の経時変化も少なく、再起動性に
も問題が生じない。さらに、摩擦材の摩耗量も少なく、
ステンレス製振動体表面の摩耗も小さい。

これに対し、ウィスカー状充填材を含有しない摩擦材を
使用した場合（実験番号７．８）、ブレーキトルクの経
時変化が大きく、また、共振周波数も大きく変動し、動
体が再起動しなくなることがあった。

実施例２ チタン酸カリウムウィスカー（繊維径０．３〜１．６μ
■、繊維長１０〜１００μｍ１アスペクト比２０〜２０
０）３０重量係、ポリイミド樹脂６０重量係および表３
に示すような他の微粉末１０重量憾を加圧混線機を用い
て均一に混練し、得た複合プラスチックペレットを圧縮
成形機を用いて、厚さ１ｆｆの摩擦材シートを形成する
。そして、得ら・れたそれぞれのシートを用いて実施例
１と同様の第２図に示すような円板型超音波モータを構
成した。

なお、それぞれのモータについて、実施例１と同じ方法
でモータを駆動させたときのブレーキトルクおよび共振
周波数などを測定した結果を表３に示す。

（以下余　白） 表３より明らかのように、チタン酸カリウィスカーと他
の微粉末を樹脂中に均一に分散して含有する複合プラス
チック類の摩擦材を使用した超音波モータの場合、いず
れも、ブレーキトルクの経時変化は少なく、また共振周
波数の経時変化も少なく、再起動性に問題が生じない。

さらに、摩擦材および振動体の摩耗も少ない等長期信頼
性に優れた超音波モータを得ることができる。

発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように、本発に固定す
ることにより、摩擦材および振動体の摩耗が少なく表り
、またブレーキトルクの経時変化および振動体の共振周
波数の経時変化も小さくできるため、モータの安定な起
動ができ、長期信頼性に優れた超音波モータを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波モータの要部
構成断面図、第２図は他の実施例における一部切欠した
斜視図、第３図は超音波モータの原理を示す要部断面図
である。 １・・・・・・圧電体、２・・・・・・振動体、３・・
・・・・動体、４・・・・・・摩擦材。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体を装着してなる振動体に動体を加圧接触さ
   せ、少なくともウィスカー状充填材が 分散されたプラスチック材からなる摩擦材を、前記振動
   体と前記動体の対向する少なくとも一方の面に固定した
   超音波モータ。
2. （２）ウィスカー状充填材が、チタン酸カリウム，窒化
   珪素，炭化珪素およびアルミナの群から選ばれる少なく
   とも一種以上からなる特許請求の範囲第１項記載の超音
   波モータ。