JPH01311879A - 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、圧電体によって発生する超音波振動の進行波
を用いることにより駆動力を得る、超音波モータに関す
る。

従来の技術 進行波方式からなる超音波モータは、板状圧電体を装着
した板状振動体の表面を、加圧接触させ、前記圧電体に
超音波周波数の高周波電力を入力することにより、前記
圧電体および前記振動体に板厚方向における超音波振動
の横波状進行波を生じ、前記移動体が、前記振動体表面
における前記進行波の波頭部により摩擦手段を介して駆
動されるようにしたものである。進行波は、時間差と位
相差をつけ圧電体に超音波周波数の高周波電力を入力す
ることにより得ることができる。このような超音波モー
タにおいて、振動体と移動体の接触加圧状態は、起動ト
ルク、無負荷回転数、モータ効率、および寿命などの緒
特性に多大の影響を与えるものである。圧電体を装着し
てなる固定体に移動体を加圧接触させ、圧電体の進行波
からなる微少振動により移動体が移動する超音波モータ
において、従来移動体は摩擦力を大きく得るため様々な
材料により構成することが検討されてきた。すなわちス
ライダーというゴムなどの摩擦係数の大きな第三の物体
を移動部に装着し、振動体に加圧接触させるという方法
などが提案されてきた。

発明が解決しようとする課題 超音波モータにおいて、振動体と移動体の接触面におい
て、モータとしての良好な性能を得、実用に耐えつるも
のは、いまだ存在しない。振動体をステンレス、アルミ
ニウム、鉄鋼などの金属材料で構成し、金属の移動体を
用いる金属どうしの接触では、振動体および移動体の接
触面は、超精密加工を施す必要があった。さらに、超音
波振動下では金属どうしの接触による騒音が発生し実用
上問題であった。

金属以外の接触として、ゴムなどの摩擦係数の大きなス
ライダーなどの提案が成されているが、通常の市販のそ
のような材料を用いると、接触面が摩擦することによっ
て生じる磨耗などが原因で、起動トルク、無負荷回転数
、効率等の諸性能の劣化が起こり、モータの寿命が非常
に短くなるという欠点を有していた。

実用に供しうる超音波モータの要件としては、（１）モ
ータ駆動時に騒音がでに（いこと、（２）加圧接触する
ことによって生じる駆動力（トルク）が大きいこと、（
３）モータの駆動時に接触面が摩擦することにより発生
する磨耗量が極力少なく、長時間安定に性能が維持でき
ること、（４）モータの停止状態において移動体が保持
されている力（保持トルク）が一定であること、の４点
が挙げられる。

課題を解決するための手段 板状圧電体を装着した板状振動体の表面を、移動体と加
圧接触させ、前記圧電体に超音波周波数の高周波電力を
入力することにより、前記圧電体および前記振動体に板
厚方向における超音波振動の横波状進行波を生じ、前記
移動体が、前記振動体表面における前記進行波の波頭部
により摩擦手段を介して駆動される超音波モータにおい
て、前記移動体が、少なくとも５０重量％以上９５重量
％以下のフルオロカーボン重合体を含有するシート状成
型体からなり前記振動体に対して摩擦接触する部分を含
むように構成する。

作°用 移動体が、少なくとも５０重量％以」二のフルオロカー
ボン重合体を含有するシート状成型体からなる前記振動
体との摩擦接触部分を少なくとも含むように構成するこ
とにより、任意の振動吸収能をもたせることができ、騒
音は全（生じないようにできる。フルオロカーボン重合
体は、摩擦接触表面において固体潤滑剤として作用する
ことや化合物自体の性質である非粘着性であることから
振動体と移動体間の円滑な滑りを実現することができる
。さらに、少なくとも５０重量％以上のフルオロカーボ
ン重合体を含有するシート状成型体は、硬度的にみても
、固定体として構成される金属材料に比べ軟らかいので
固定体の摩擦接触面を損傷することなく固定体の摩擦接
触面の状態を常に安定に維持する役目をさせることがで
きることとによりモータの停止状態において移動体が保
持されている力（保持トルク）を一定にすることができ
る。さらに、多量のフルオロカーボン重合体を含有する
シート状成型体は、耐熱性が比較的高く超音波の振動を
伴うような過酷な摩擦状態でも焼き付けのような現象あ
るいは溶融することなく安定に使用することができるの
で、モータの駆動時に接触面が摩擦することにより発生
する磨耗量が少なく、長時間安定に性能が維持できる。

実施例 本発明の超音波モータの基本構成を第１図に示す。超音
波モータは、板状圧電体】を装着した板状振動体２に移
動体３を加圧接触させる構成をとる。移動体３は、少な
くとも５０重量％以上９５重量％以下のフルオロカーボ
ン重合体を含有するシート状成型体からなる、前記撮動
体との摩擦接触部分を少なくとも含むように構成されて
いる。

ここでは、摩擦接触部４と外部に出力を供給するための
ある程度の機械的強度の有する動力伝達部５とから構成
した場合について示した。

移動体と接触する振動体は、通常、振動減衰の少ないス
テンレス材、鋼材などの金属材料からなる。本発明を実
際に超音波モータとして構成した例として円盤状の超音
波モータ（第２図）および円環状の超音波モータ（第３
図）が挙げられる。

以下、フルオロカーボン重合体を含有するプラスチック
材からなる摩擦接触部について詳細にその具体的実施例
を述べる。

実施例１ フルオロカーボン重合体としてポリテトラフルオロエチ
レン粉末７重量部と高温耐熱性樹脂である液晶性全芳香
族ポリエステル樹脂粉末（商品名：エコノール、耐熱温
度；４００℃以上）３重量部を乾式混合した粉末を予備
圧縮成型（３５０ｋｇ／　ｃａｆ　）することにより釘
形し、その後３７０℃で焼成することにより厚さ１．０
１のシート状成型物を得た。さらに、シート状成型物の
表面の接着性を向上させるため市販の表面処理剤を用い
接着処理した。

これを摩擦接触部６として動力伝達部７に市販のガラス
繊維含有エポキシ樹脂系の接着剤を用い接着し、さらに
、摩擦接触部の表面を旋盤を用い超硬バイトにて表面研
削し移動体９を作成した。

表面研削することにより前記表面処理剤を取り除くとと
もに、摩擦接触する面の表面精度を向上させた。

一方、振動体９は、予め第２図に示す形状に加工し、電
極を配置し分極処理を施した圧電体１０を接着すること
により構成した。撮動体は、ステンレス材にて作成し、
その外径を４０＋ｍｓとした。

さらに、前述した移動体を組み込み、加圧力としてバネ
力により４　ｈ　／　ｃＩＩｉを与えた。この時、停止
状態にて移動体を動かすのに必要な力、すなわち保持ト
ルクは１２００ｇｆ−ＣＩとなった。

このような状態で回転させたところ、入力電力約８Ｗの
条件で、起動トルクとして１０００ｇｒｅｍ、無負荷回
転数１１０００ｒｐの性能を有するモータが得られた。

超音波モータの経時変化を調べるため実際に超音波モー
タを２００万回転駆動させた。駆動条件としては、連続
回転にて負荷を５００ｇｆ−ｃｍとし、回転数が５００
　　ｒｐｌｍで行った。その間、回転数、トルク、効率
、保持トルクなどの超音波モータの諸性能はほとんど変
化しなかった。さらに、駆動前後の固定体の摩擦接触面
の表面状態を観察したところ変化がみられなかった。

一方、プラスチック材からなる摩擦接触部の磨耗した深
さを表面形状測定器にて測定したところ、その磨耗量は
２００時間後でも４μｍと非常に少なかった。

これらの結果は同条件でおこなった金属どうしの摩擦接
触による磨耗量（１００μｍ以上）よりはるかに少ない
。また、金属どうしの摩擦にみられたような駆動中の騒
音の発生は全くなかった。

さらに比較のため、テトラフルオロエチレン単体を用い
た場合には、シート状成形体の機械的強度が低くトルク
が充分に得られずまた磨耗も激しく実用に適してはいな
かった。すなわち、５重量％以上の充填剤を加えなけれ
ば本発明の作用効果を得ることはできない。一方、テト
ラフルオロエチレンの量が５０ｊｉｉｆｆｉ％より少な
くなると合成上強度のあるシート状成形体を作成するの
は困難であり、さらに、潤滑性、軟らかさ等か損なわれ
、本発明の作用効果は得られない。すなわち、少なくと
も５０重量％以上９５重量％以下のフルオロカーボン重
合体を含有するシート状成型体が好ましい。

これらの結果は従来考案されてきた摩擦係数が大きく摩
擦力を充分得ることのできるゴム材料とは相反するもの
である。すなわち、テトラフルオロエチレンのような摩
擦係数が比較的小さな材料を用いても、ある程度の加圧
力さえ与えればそれにみあう駆動力（トルク）が得られ
ることがわかった。さらに、モータの駆動時に接触面が
摩擦することにより発生する磨耗量が驚くべきことに非
常に少なく、長時間安定に性能が維持でき、モータの停
止状態において移動体が保持されている力（保持トルク
）も一定であるという超音波モータの要求性能を満たす
ものであった。

シート状成型体の厚みとしては、０．１１より薄くなり
すぎるとシート状成型物の振動吸収能は極端に低下し金
属どうしの摩擦接触のように騒音の発生が生じ好ましく
なかった。一方、２．０＋ｍｓより厚くなるとシート状
成型物の軟質性により横波進行波をも吸収し、効率の低
下等をまねいた。

実施例２ フルオロカーボン重合体としてポリテトラフルオロエチ
レン７重量部とガラス繊維（ミルドフフイバ）３重量部
を乾式混合した粉末を予備圧縮成型（８００’＝ａ　／
　ｃ＋ｊ　）することにより骨形し、その後３７０℃で
焼成することにより厚さ０．５ｍｍのシート状成型物を
得た。さらに、シート状成型物の表面の接着性を向」−
させるため市販の表面処理剤を用い接着処理した。

これを摩擦接触部６として動力伝達部７に市販のガラス
繊維含有エポキシ樹脂系の接着剤を用い接着し、さらに
、摩擦接触部の表面を旋盤を用い超硬バイトにて表面研
削し移動体９を作成した。

表面研削することにより前記表面処理剤を取り除（とと
もに、摩擦接触する面の表面精度を向上させた。

シート状成型体は、モータの駆動時に接触面が摩擦する
ことにより発生する磨耗量が少なく、長時間安定に性能
が維持できるように、機械的強度などを補強するため、
ガラス繊維以外に芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維、炭
化υい素繊維、アルミナ繊維、石英繊維、石綿などの繊
維材料、黒鉛粉、フッ化黒鉛粉、硫化モリブデン粉など
の粉体材料を添加した。

これらを実施例１と同様の方法で測定した各種充填剤組
成のテトラフルオロエチレンからなるシート状成型物を
使用した場合の結果を第１表に示す。

本発明に使用し得るフルオロカーボン重合体は、ポリテ
トラフルオロエチレン以外に、テトラフルオロエチレン
ーへギサフルオロブロビレン共玉合体、ポリクロロトリ
フルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフル
オロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニリデン
フルオライド、ポリビニルフルオライド、エチｌノンー
テトラフＪＬオロエチレン共重合体、クロロトリフルオ
ロエチレン−エチレン共重合体などがある。

発明の効果 本発明によれば、磨耗によるモータ諸性能の低下および
劣化がほとんど起こらず円滑に回転し、トルクも大き゛
く、モータ回転時に全（騒音がです、静止状態の移動体
の保持力が一定な実用に提供しうる超音波モータを実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超音波モータの基本構成を示す断面図、第２
図は、円盤状の超音波モータの構成を示す斜？Ｕ図、第
３図は、円環状の超音波モータの構成を示す斜視図であ
る。 ］、、１０・・・圧電体、２，９・・・振動体、３，８
・・・移動体、４，６・・・摩擦接触部、５．７・・・
動力伝達部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　板状圧電体を装着した板状振動体の表面を、移
   動体と加圧接触させ、前記圧電体に超音波周波数の高周
   波電力を入力することにより、前記圧電体および前記振
   動体に板厚方向における超音波振動の横波状進行波を生
   じ、前記移動体が、前記振動体表面における前記進行波
   の波頭部により摩擦手段を介して駆動される超音波モー
   タにおいて、前記移動体が、少なくとも５０重量％以上
   ９５重量％以下のフルオロカーボン重合体を含有するシ
   ート状成型体からなり前記振動体に対して摩擦接触する
   部分を含むように構成されていることを特徴とする超音
   波モータ。
2. （２）　シート状成型体の板厚が０．１ｍｍ以上２ｍｍ
   以下である特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
3. （３）　シート状成型体が高温耐熱性樹脂を含有する特
   許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。（４）　シー
   ト状成型体が、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維、ガラ
   ス繊維、炭化けい素繊維、アルミナ繊維、石英繊維、石
   綿、黒鉛粉、フッ化黒鉛粉、硫化モリブデン粉からなる
   群から選択された少なくとも一種を含む特許請求の範囲
   第１項記載の超音波モータ。