JPH01138978A - 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、圧電体などによる超音波振動によって駆動す
る超音波モータに関する。

従来の技術 超音波モータの一例として、圧電体により進行波を発生
する振動体と動体とを加圧接触した構成のものがあり、
加圧接触状態での振動体と動体との摩擦力によって、動
体が駆動される。したがって、振動体と動体との摩擦接
触状態が、そのような構成の超音波モータの出力、効率
、寿命などの諸特性を決定ずける極めて重要な要因の一
つとなる。

従来の超音波モータは、振動体と動体との間にスライダ
ーと呼ばれる摩擦係数の大きな摩擦材を介在させている
が、そのスライダーの具体的構成あるいはその効果はほ
とんど知られておらず、したがって、振動体と動体との
間の摩擦接触状態を経時的に一定に保ち、安定した長寿
命の超音波モーター存在していないのが現状である。

発明が解決しようとする問題点 超音波モータにおいて、振動体と動体との摩擦接触状態
が経時的に変化せず常に一定であり、したがってモータ
として安定な特性が得られ、しかも寿命の点でも実用に
耐えるだけのモータは今だ存在しない。

摩擦材として、単に摩擦係数が大きな通常市販の摩擦材
を用いると、摩擦材の摩耗が激しく、摩耗が進行してい
くことにより、振動体と動体との加圧接触状態が変化す
るため、モータの起動トルクが低下したり１回転数が変
動するなどモータ特性の劣化が起こり、モータ寿命を低
下させるという問題点を有していた。

また、摩擦材の摩耗を減少させ、モータ寿命を向上させ
るという観点より、摩擦材中に耐摩耗性を有する繊維を
含有させた際に、動体の進行方向に対して接触状態が変
化するような不均一な配列状態で繊維を配列させた場合
には、繊維自体に耐摩耗性があるがゆえに、摩擦材の摩
耗が進行していくことによって、まず結合材が摩耗され
、その結果摩擦材表面は不均一な状態で繊維の凹凸を生
じることになる。このように摩擦材表面上で繊維の凹凸
が生じると、摩擦接触部で部分的に摩擦抵抗の相違が起
こるため、振動体の表面状態や形状によっては、この凹
凸部分で引っ掛かりが起こり、モータの再起動性に悪影
響を及ぼすことがある。

さらに、摩擦材表面上で一度このような繊維の凹凸が起
こり始めると、繊維自体が振動体の表面を攻撃し傷つけ
るため、振動体表面にも凹凸が起こり始め、振動体と摩
擦材との摩擦面の不均一性をますます増大させることに
なる。

以上の要因によって、動体の進行方向に対して一定方向
の配列状態で繊維が配列されていない場合には、振動体
と動体との摩擦接触状態が変化するため、モータの起動
トルクが経時的に減少したり１回転数が経時的に変動し
たり、モータの再起動性に悪影響を及ぼすなど安定した
モータ特性が得られないということも問題であった。

しかも、不均一な摩擦接触状態の故にモータを駆動させ
た際に騒音を発生するという問題点も有していた。

本発明は、上記問題点を解決するもので、振動体と動体
との摩擦接触状態が変化せず、経時的に安定したモータ
特性を維持でき、しかも長寿命で無騒音の超音波モータ
を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明は、圧電体によっ
て進行波を発生する振動体に動体を加圧接触させ、それ
らの間に作用する摩擦力を利用して、上記進行波によっ
て上記動体を駆動する構成の超音波モータであって、上
記加圧接触を行うための摩擦材として、有機質結合材を
結合材とし、動体の進行方向に対して一定方向の配列状
態で芳香族ポリアミド繊維が配列された繊維強化プラス
チックを用いたものである。

作用 上記構成により、摩擦材中の芳香族ポリアミド繊維を動
体の進行方向に対して一定方向の配列状態で配列させた
ので、動体の繊維に対する接触方向は常に一定しており
、摩擦材の摩耗が進行していっても、摩擦材表面に不均
一な状態で繊維の凹凸が生じることがないため、均一な
摩擦接触状態を維持することができる。しかも、摩擦材
表面に不均一な状態で繊維の凹凸が生じることがないた
め、繊維自体が振動体表面を攻撃し傷つけることもない
。

また、芳香族ポリアミド繊維を含有する繊維強化プラス
チックを摩擦材として用いたことにより。

摩擦材が耐摩耗性に優れるため、長時間駆動後も摩擦材
の摩耗量を著しく少なくすることができる。

さらに、摩擦材中の芳香族ポリアミド繊維を動体の進行
方向に対して一定方向の配列状態で配列させたことによ
り、均一な摩擦接触状態が得られるため、モータを駆動
させても騒音が発生しない。

実施例 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例の超音波モータを示す一部切
欠分解斜視図、第２図はその要部の摩擦材の部分断面図
である。第１図において、１は圧電体で、これに振動体
２が接着固定されている。

３は動体で、振動体２との間に介在される摩擦材４が取
付けられている。第２図において、摩擦材４は、有機質
結合材５を結合材とし、動体の進行方向ａに対して一定
方向の配列状態で芳香族ポリアミド繊維６が配列された
繊維強化プラスチックにより構成されている。このため
、動体３が芳香族ポリアミド繊維６に接触する方向は動
体３のすべての位置で一定となり、接触状態が変化する
ようなことはない。

前記繊維強化プラスチックを形成する有機質結合材５は
特に限定されず、たとえばポリイミド樹脂、ポリアミド
イミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、フェノ
ール樹脂等を単独、または組み合わせて使用できる。ま
た、芳香族ポリアミド繊維６は特に限定されず、たとえ
ばパラ系、メタ系等を単独または組み合わせて使用でき
、その含有量は特に限定されるものではないが、重量含
有率にて５０％以上が望ましく、特に７０％程度が好ま
しい。

次に、その実施例を具体的に説明する。なお、実施例で
振動体２と動体３の間に摩擦材４を介在させる方法とし
て、動体３の表面に摩擦材４を接着固定したものを、ス
プリング圧により振動体２に押し付ける方法を用いたが
、この方法に限定されるものではない。また、振動体２
としてステンレス材を用いたが、これに限定されるもの
ではなく、振動体２の材質は圧電体１の振動を吸収せず
摩擦材４との摩擦力が大きな材料であればよい。

（実施例１） 芳香族ポリアミド繊維の連続糸（デュポン社製、ケブラ
ー）を一方向に引き揃えた繊維束にゴム変性フェノール
樹脂（三菱ガス化学社製、ミレツクスＲＮ）を含浸して
一方向性プリプレグを作成し、これを芳香族ポリアミド
繊維が軸方向に揃うように円筒状に巻付けた後、オート
クレーブ中で加熱加圧成形して、繊維含有率が７０重量
％である円筒状の繊維強化プラスチックを得た。これを
、厚さ０．５ｍｍに輪切りにして、第３図に示すように
、有機質結合材７としてゴム変性フェノール樹脂を用い
、芳香族ポリアミド繊維８が軸方向に配列した繊維強化
プラスチックを摩擦材として得た。この摩擦材を使用す
る際には、リング状に切断し動体に接着後１表面部を研
摩して厚みを０　、３ｍｍとした。

この芳香族ポリアミド繊維８を有機質結合材７で結合し
て得た摩擦材４をスプリング（図示省１８）を用いて動
体３により、第１図に示すように下面に圧電体１を接着
した振動体２の上に圧着し、直径４０ｍｍ円板型超音波
モータを作製した。

ここで、上記超音波モータを駆動させた際には、摩擦材
中の繊維はリング状摩擦材の軸方向に配列しているため
、摩擦面において、振動体とｍ維とは繊維の軸方向と直
角にしか摩擦が起こらない。

この円板型超音波モータを駆動させたところ、騒音の発
生はなく、９００ｇｆ−ａｍの大きな起動トルクと８０
０ｒｐ＋ｓの無負荷回転数が得られた。

また、回転方向とは逆方向に３００ｇｆ−ｃｍの負荷を
かけ２５０ｒｐｍの回転速度で回転させたところ、経時
的な回転数の変動も認められず、　１０００万回転後も
安定したモータ性能を示した。

さらに、１０００万回転後の摩擦材の摩耗減少厚さを測
定したところ、１５μｍと非常に少なく、１０００万回
転後も起動トルク、無負荷回転数共に初期とほとんど変
化がなく、安定したモータ性能を維持していた。しかも
、１０００万回転後、相手材であるステンレス製振動体
の摩耗減少厚さを測定したが、１μｍ以下であり、はと
んど摩耗していなかった。

（実施例２） 芳香族ポリアミド繊維の連続糸（デュポン社製、ケブラ
ー）を一方向に引き揃えた維持束にビスマレイミド・ト
リアジン樹脂（三菱ガス化学社製。

ＢＴ２１６０）を含浸して一方向性プリプレグを作成し
、これを芳香族ポリアミド繊維が円周方向に揃うように
円筒状に巻き付けた後、オートクレーブ中で加熱加圧成
形して、繊維含有率が６５重量％である円筒状の繊維強
化プラスチックを得た。これを、厚さ０．５ｍｍに輪切
りにして、第４図に示すように、有機質結合材９として
ビスマレイミド・トリアジン樹脂を用い、芳香族ポリア
ミド繊維１０が円周方向に配列した繊維強化プラスチッ
クを摩擦材として得た。この摩擦材を使用する際には、
リング状に切断し動体に接着後、表面部を研摩して厚み
を０．３ｍｍとした。

この芳香族ポリアミド繊維１０を有機質結合材９で結合
して得た摩擦材４を実施例１と同様に第１図のように構
成し、直径４０ｍｍの円板型超音波モータを作製した。

ここで、上記超音波モータを駆動させた際には、摩擦材
中の繊維はリング状摩擦材の円周方向に配列しているた
め、摩擦面において、振動体と繊維とは円周方向に沿っ
た繊維の軸方向でしか摩擦が起こらない。

この円板型超音波モータを駆動させたところ、騒音の発
生はなく、８００ｇｆ−ｃｍの大きな起動トルクと７０
Ｏｒｐｍの無負荷回転数が得られた。

また、回転方向とは逆方向に３００ｇｆ−ｃｍの負荷を
かけ２５０ｒｐｍの回転速度で回転させたところ、経時
的な回転数の低下も認められず、１０００万回転後も安
定したモータ性能を示した。

さらに、１０００万回転後の摩擦材の摩耗減少厚さを測
定したところ、２５μｍと非常に少なく、１０００万回
転後も起動トルク、無負荷回転数共に初期とほとんど変
化がなく、安定したモータ性能を維持していた。しかも
、１０００万回転後、相手材であるステンレス製振動体
の摩耗減少厚さを測定したが、１μｍ以下であり、はと
んど摩耗していなかった。

（実施例３） 芳香族ポリアミド繊維の平織織布（デュポン社製、ケブ
ラー）にポリイミド樹脂（日本ポリイミド社製、ケルイ
ミド）を含浸し、この織布を４５度方向にテープ状に切
断後、このテープを円筒状に巻付け、オートクレーブ中
で加熱加圧成形して、繊維含有率が７０重量％である円
筒状の繊維強化プラスチックを得た。これを、厚さ０　
、５ｍｍに輪切りにして、第５図に示すように、有機質
結合材１１としてポリイミド樹脂を用い、芳香族ポリア
ミド繊維１．２が４５度方向に配列した繊維強化プラス
チックを摩擦材として得た。この摩擦材を使用する際に
は、リング状に切断し動体に接着後、表面部を研摩して
厚みを０．３ｍｍとした。

この芳香族ポリアミド繊維１２を有機質結合材１１で結
合して得た摩擦材４を実施例１と同様に第１図のように
構成し、直径４０＋ａｍの円板型超音波モータを作製し
た。

ここで、上記の超音波モータを駆動させた際には、摩擦
材中の繊維はリング状摩擦材の軸方向に対し４５度方向
に配列しているため、摩擦面において、振動体と繊維と
は繊維の軸方向に対し４５度にしか摩擦が起こらない。

この円板型超音波モータを駆動させたところ。

騒音の発生はなく、９００ｇｆ−ｃｍの大きな起動トル
クと８０Ｏｒｐｍの無負荷回転数が得られた。

また、回転方向とは逆方向に３００ｇｆ−ｃｌｌの負荷
をかけ２５０ｒｐｍの回転速度で回転させたところ、経
時的な回転数の低下も認められず、１０００万回転後も
安定したモータ性能を示した。

さらに、ｔｏｏｏ万回転後回転後材の摩耗減少厚さを測
定したところ、２１μＩと非常に少なく、１０００万回
転後も起動トルク、無負荷回転数共に初期とほとんど変
化がなく、安定したモータ性能を維持していた。しかも
、１０００万回転後、相手材であるステンレス製振動体
の摩耗減少厚さを測定したが、１μｍ以下であり、はと
んど摩耗していなかった。

なお、上記三つの実施例においては、動体の進行方向に
対して一定方向の配列状態で繊維強化プラスチックを配
列させる方法として、繊維をリング状摩擦材の軸方向、
円周方向、あるいは４５度方向に配列させる方法を用い
たが、これらの方法に限定されるものではない。

（比較例） 比較のため、芳香族ポリアミド繊維の連続糸（デュポン
社製、ケブラー）を一方向に引き揃えた繊維束にビスマ
レイミド・トリアジン樹脂（三菱ガス化学社製、ＢＴ２
１６０）を含浸して一方向性プリプレグを作成後、これ
を積層し、加熱加圧成形して、第６図に示すように有機
質結合材１３としてビスマレイミド・トリアジン樹脂を
用い、芳香族ポリアミド繊維１４が動体の進行方向に関
係なく一方向に配列した繊維含有率が６５重量％である
厚さ０．５■の繊維強化プラスチックを得た。これを摩
擦材として使用する際には、リング状に切断し動体に接
着後１表面部を研磨して厚みを０．３ｍｍとした。

この芳香族ポリアミド繊維１４を有機質結合材１３で結
合して得た摩擦材４を実施例１と同様に第１図のように
構成し、直径４０ｍｍの円板型超音波モータを作製した
。

ここで、上記超音波モータを駆動させた際には、摩擦材
中の繊維は一方向にしか配列していないため、摩擦面に
おいて、振動体と繊維とは繊維の軸方向に対して常に異
なる角度で摩擦が起こる。

この円板型超音波モータを駆動させたところ、初期には
起動トルク、無負荷回転数共に実施例２とほぼ同等の値
を示したが、騒音の発生が認められた。

また、回転方向とは逆方向に３００ｇｆ−ｃｒｎの負荷
をかけ２５Ｏｒｐｍの回転速度で回転させたところ、経
時的に回転数の変動が認められ、１０００万回転後には
回転数は１５０ｒｐ＋ｍに低下した。

さらに、１０００万回転後の摩擦材の摩耗減少厚さを測
定したところ、実施例１〜３とは異なり摩擦材は均一に
摩耗しておらず、平均して６５μｍも摩耗しており、１
０００万回転後の起動トルク、無負荷回転数は共に初期
に比べて低下していた。しかも、１０００万回転後、相
手材であるステレンス製振動体の摩耗減少厚さを測定し
たところ、平均して７μｍ程度摩耗していた。

発明の効果 以上本発明によれば、有機質結合材を結合材とし、動体
の進行方向に対して一定方向の配列状態で芳香族ポリア
ミド繊維が配列された繊維強化プラスチックからなる摩
擦材を、圧電体により進行波を発生する振動体と動体と
の間に介在させることにより、長時間駆動させても摩擦
材の摩耗量は著しく少なく、しかも摩擦材が振動体表面
を攻撃し傷つけることがほとんどないため、経時的に摩
擦接触状態がほとんど変化せず、均一な摩擦接触状態を
維持することができ、しかも摩耗によるモータ特性の劣
化がなく、長寿命で無騒音の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の超音波モータを示す一部切
欠分解斜視図、第２図はその要部の摩擦材を説明する部
分断面図、第３図および第４図は同実施例における摩擦
材中の芳香族ポリアミド繊維の配列状態を示す平面図、
第５図は同実施例における摩擦材中の芳香族ポリアミド
繊維の配列状態を示す斜視図、第６図は比較例における
摩擦材中の芳香族ポリアミド繊維の配列状態を示す平面
図である。 １・・・圧電体、２・・・振動体、３・・・動体、４・
・・摩擦材、５．７．９．１１．１３・・・有機質結合
材、６，８゜１０、１２．１４・・・芳香族ポリアミド
繊維。 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第ｆ図 ／−一圧電体 ２−坂勧体 ３−動体 ４−摩漉崩 第２図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．進行波を発生する圧電体からなる振動体に動体を加
   圧接触させ、それらの間に作用する摩擦力を利用して、
   上記進行波によって上記動体を駆動させる構造の超音波
   モータであって、上記加圧接触を行うための摩擦材とし
   て、有機質結合材を結合材とし、動体の進行方向に対し
   て一定方向の配列状態で芳香族ポリアミド繊維が配列さ
   れた繊維強化プラスチックを用いた超音波モータ。