JPH01170381A - 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
って、圧電体と振動体に第６図に示すような超音波振動
の進行波を発生させ、その振動体と動体との摩擦力によ
って動体を駆動させて機械エネルギーを得る原理である
。第６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。３は動体であり、その表面
に摩擦材４が固定されている。圧電体１に電気入力を加
えることによって振動体２に入方向の超音波振動の進行
波が発生する。振動体の各質点は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、逆向の横
に動く性質がある。進行波の谷の部分は進行波と同じ方
向の横に動く性質がある。したがって、振動体の表面に
置かれた動体は波頭の上部のみに接触して、振動体との
摩擦力によってＣ方向の横に駆動するという原理である
。

このような超音波モータにおいて、振動体および動体の
材質として鉄やステンレスおよびアルミなどの金属が使
用されている。振動体と動体とは加圧接触した構成であ
り、より大きなモータ機械出力を得るためには、加圧力
を強くする方法と、振動体と動体との摩擦係数を大きく
する方法がある。

振動体と動体との接触摩擦面の摩擦を少なくして長期間
安定した機械エネルギーを得るため、また、よシ大きな
摩擦力を得るために、振動体または動体の接触面に摩擦
材の固定設置が提案され、種々の材料が検討され、ゴム
やエンジニアリングプラスチック材製の摩擦材が提案さ
れている。

発明が解決しようとする問題点 ゴムや複合プラスチック製の摩擦材を用いた場合、大き
なモータ機械出力を得るために振動体と動体との加圧力
を大きくしたときに、振動体に発生する進行波５の波頭
と谷のすべての面で動体に構成した摩擦材と接触するこ
とになり、動体が駆動しなくなるという問題。また、プ
ラスチック成分が接触相定面に付着して振動体と動体と
の摩擦力すなわちブレーキトルクが経時時に動大すると
いう問題および、モータの駆動時および停止直前に雑音
が生じるなどの問題点がある。さらに、振動体と動体と
の加圧力の度合によって振動体の共振周波数が大きく変
動するという時題点がある。

問題点を解決するための手段 振動体と動体の少なくとも一方の接触面に固定して、カ
ーボン成形体よりなる摩擦材を構成する。

作　　用 摩擦材と摩擦材の接触相手の振動体く又は動体）との間
の摩擦力の経時変化が少なくな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。また、モータの駆動時や停止直前に雑音が発生し
なくなるなどの作用によシ長期信頼性に優れた超音波モ
ータを得ることができる。さらに、加圧力を大きくする
ことができるため、大きなトルクを得ることが可能とな
る。

また、振動体との加圧力の変化に対する振動体の共振周
波数の変動が少なくなるためにモータの起動性制御が容
易になる利点がある。

実施例 第１図は本発明の超音波モータの主要部構成の断面拡大
図である。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は動体であシ、動体３に固
定して、カーボン成形体よりなる摩擦材４が構成されて
いる。

振動体２と動体３は締結力によって加圧され、振動体２
と摩擦材４は加圧接触されている。圧電体１に共振周波
数の高周波電解を印加することにより圧電体１と振動体
２に超音波たわみ振動の進行波が発生する。振動体表面
と接触している摩擦材４は、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。電力が入力されない
ときには、振動体２と摩擦材４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すなわちブレーキト
ルクが生じている。

カーボン成形体としては制限はなく、カーボン粉末の圧
縮成形体、カーボン粉末の圧縮成形焼成体、カーボンの
基材中の気孔に金属や無機化合物又は樹脂を含浸したカ
ーボン成形体、カーボン繊維とカーボンよりなる焼成体
などが使用できる。

第２図と第３図は本発明の超音波モータの他の実施例の
主要部構成の断面拡大図である。

第２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。４はカーボン成形体よ
りなる摩擦材であり、金属製振動体２の表面に固定され
ている。３は動体であり、動体３の材質としては金属、
セラミック、プラスチックなどが使用できる。カーボン
成形体製造摩擦材４と動体３は加圧接触した構成である
。圧電体１に共振周波数の電界を印加することにより、
圧電体１と振動体２と摩擦材４とが一体となってたわみ
振動の進行波が生じる。摩擦材表面と接触している動体
３は摩擦材４との摩擦力によって駆動する。

第３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。金属製振動体２の表面
は進行波の振動が励振されやすくする大めに等間隙に複
数個の切シ欠きを設けである。３は動体であり、動体３
に固定してカーボン成形体製の摩擦材４が構成されてい
る。振動体２の突起の表面とカーボン成形体製摩擦材４
の表面とが加圧接触した構成である。圧電体１に共振周
波数の電界を印加することにより、圧電体１と振動体２
が一体となってたわみ振動の進行波が生じる。振動体突
起の表面と接触している摩擦材４は動体と一体となって
駆動する。

超音波モータの形状は特に制限はないが、第４図に示す
ような円板型超音波モータおよび第６図に示すような円
環型超音波モータが可能である。

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。

表１に示すような入、Ｂ、Ｃのそれぞれのカーボン成形
体製の摩擦材を用いて、第４図に示すような円板型超音
波モータを構成した。

第４図において、１は圧電体（厚さ０．５ｍｍ）であり
、その表面に外径４０鵬、厚さｓｍｍのステンレス振動
体２がエポキシ樹脂により接着固定されている。振電体
２の表面は円周方向に等間隙に３胴深さの切り込みが設
けられている。３はステンレス製動体であり、上記カー
ボン成形体製の厚さ１−の摩擦材４が樹脂を用いて接着
固定されている。

振動体２の突起部と摩擦材４は対面接触し、図示されて
いないがバネを介して締付力によって初期のブレーキト
ルク（すなわち、振動体と摩擦材との周方向の摩擦力）
が１５０Ｏｆ−αになるように調整設定した。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、電界８゜Ｖ、所定の共振周波数を印加して動
体を回転させた。

それぞれの摩擦材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のブレーキトルクの経時変化、モー
タの駆動時や停止直前の雑音の発生の有無、および電源
を入れたり切ったりしたときのモータの起動性の良否を
測定した。さらに初期の加圧力すなわちブレーキトルク
を変動させたときの共振周波数の変動を測定した。これ
らの測定結果を表２に示す。

また比較例として炭素繊維（３０％）とフェノール樹脂
（７０％）とが均一に混合してなる複合プラスチック製
摩擦材りを用いて上記と同じ方法で構成した超音波モー
タについて測定した結果を表２に比較して示す。

表　　１ 表　　２ 表２より明らかのように、カーボン成形体製の摩擦材を
摩擦材を使用した場合（実験番号１，２゜３）、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く
、また、電源を切ったり入れたりしたとき、モータは安
定して起動し、また駆動した。さらにモータの起動時、
駆動時および停止直前などに雑音の発生は認められなか
った。また、振動体と動体との締付力を変化させたとき
の（すなわち初期ブレーキトルクを変化させたとき）共
振周波数の変動は少なく、また、２０００Ｐ−ｃｍのブ
レーキトルクになるように締め付けて加圧した場合にお
いてもモータは安定して回転した。

これに対して、プラスチック複合材系の摩擦材を使用し
た場合（実験番号４）、ブレーキトルクの経時変化は大
きく、再起動が不安定であり、雑音の発生が認められ、
また、加圧に対する共振周波数の変動が大きく、さらに
、初期ブレーキトルクが２０００ｆ−αになるように加
圧力を大きくしたときに、起動性が不安定であり、また
９００Ｐ−ｃＩｒＬ以上の負荷トルクを得ることができ
なかった。

発明の効果 カーボン成形体よりなる摩擦材を構成することにより、
ブレーキトルクの経時変化が少なくなり、長時間安定し
たブレーキトルクを得ることができ、またモータの起動
時、駆動中および停止直前に雑音の発生が認められなく
なり、さらに、長時間の駆動において、再起動性が安定
して得られる等、超音波モータの長期信頼性が著しく向
上する効果がある。

また、振動体と動体との加圧力（すなわちブレーキトル
ク）を大きくすることにより、大きなトルクを得ること
が可能となり、さらに振動体と動体との加圧力の変化に
対する共振周波数の変動が少なくなるためにモータの起
動性制御が容易となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の超音波モータの要部断面図、
第４図、第６図は本発明の一実施例における超音波モー
タの要部外観図、第６図は超音波モータの原理を示すた
めの説明図である。 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／−
−−圧電４ネ ２−振動体 第２図 富３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に進行波を発生する超音波振動体と動体とが加圧接
   触し、その両者間の摩擦力を介して前記振動体により前
   記動体を駆動する超音波モータにおいて、前記振動体と
   前記動体の少なくとも一方の接触面に、カーボン成形体
   よりなる摩擦材を構成した超音波モータ。