JPH0217873A - 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移動
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４図に示すような超音波振
動の進行波を発生させ、その振動体と移動体との摩擦力
によって移動体を駆動させて機械エネルギーを得る原理
である。第４図に於て、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は移動体であり、そ
の表面に摩擦材４が接着固定されている。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。通常この進行波の振幅は、１
〜１０μｍ程度である。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、
逆向き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。従って、振動体の
表面に置かれた移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。

このような超音波モータにおいて、振動体及び移動体の
材質として鉄やステンレス等の金属が提案されている。

振動体と移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、振動体と移動体との摩擦係数を大きくする方法が
提案されている。

振動体と移動体との接触摩擦面の摩耗を少なくして長期
間安定した機械エネルギーを得るため、また、より大き
な摩擦力をえるために、移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課題 しかし、ゴムやエンジニアリングプラスチックのような
合成樹脂製の摩擦材を使用した場合、振動体の損失に起
因して発生する熱及び振動体と摩擦材との摩擦によって
発生する熱が放散することなく蓄積されて振動体の温度
が上昇するという問題がある。振動体の温度が上昇する
と、振動部の共振周波数が変動し、モータ出力が悪くな
る傾向がある。

本発明は、これらの問題点に鑑み、振動体の熱の蓄積を
抑制し、温度上昇の少ない超音波モータを提供すること
を目的とするものである。

課題を解決するだめの手段 上記の目的を達成するために、本発明は振動体と移動体
の互いに向かい合う面の前記移動体の少なくとも接触而
に、少なくとも金属繊維又は金属粉末を含有し樹脂で結
合されてなる摩擦材を設けたものである。

作用 上記の構成によれば、摩擦材の熱伝導性が向上するため
、振動体及び振動体と摩擦材との間に発生した熱の蓄積
を抑制し、移動体に放散し、振動体の温度上昇を抑制す
る作用効果がある。まだ、振動部の温度上昇に起因する
圧電体の共振周波数の変動も少なくなるため、モータの
出力性能の経時的変化も少なくなる効果がある。

実施例 本発明の超音波モータの主要部の一構成例、すなわち、
振動部と移動部との各積層構造、及び配置関係の一例は
、第一図に示すとおりである。振動部は圧電体１の表面
に金属などの弾性体製の振動体２を接着固定したもので
ある。移動部は金属製移動体３の接触而に金属繊維又は
金属粉末を含有し樹脂で結合された摩擦材４を接着固定
し、この摩擦材４０表面と前記振動体２の表面とを加圧
接触させた構成である。圧電体１に共振周波数の高周波
電界を印加することにより、圧電体１及び振動体２には
前述したとおりの超音波振動の進行波が発生する。この
とき、振動体２の進行波頭部において接触している摩擦
材４は移動体３と一体となって、振動体との摩擦力によ
って駆動される。

電源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
が生じている。

ここで、摩擦材４は、少なくとも金属繊維又は金属粉末
を含有し樹脂で結合した摩擦材料で構成しであるため、
摩擦材の熱伝導性が良く、振動体への熱の蓄積が抑制さ
れ、振動体の温度上昇が抑制される利点がある。又、振
動部の温度上昇に起因する共振周波数の変動が少なくな
るため、モータの出力性能の劣化が少なくなる傾向があ
る。

前記金属繊維及び金属粉末の材質としては特に制限はな
いがステンレス、鉄、銅、アルミニウムおよびこれらの
合金などが使用できる。また、金属繊維の形状としては
、フエＡ／）状、短繊維状。

超短繊維状及びウィスカー状などが使用できる。

また、無機の繊維や粉末に金属薄膜をコーティングした
金属繊維や粉末も使用できる。

なお、本発明において、前記金属繊維や粉末に加えて、
他の繊維や金属粉末などの充填材を添加含有することも
可能である。

以下に、具体的な実施例によって、本発明を更に詳しく
説明する。

第２図に示すような直径５０ｆｆ１ｍ、厚さ８ｍｍの円
板型超音波モータを構成した。第２図において、超音波
モータの振動部は電極が配置された円板型圧電体１の表
面に、はぼ同一直径のステンレス製振動体２が接着固定
されたものである。該振動体２の表面の振動変位が最大
となる位置の円周方向に切込みを有する突起２ａが設け
られている。切込みを有する突起２ａは、振動部を機械
的に振動しやすくするだめに設けられる。対応する移動
部を構成する円板型ステンレス製移動体３には、少なく
とも金属繊維又は金属粉末を含有し樹脂で結合されてな
る厚さ０．１〜２ｍｍの摩擦材４が接着固定されている
。振動体２と移動体３は図示しないが適宜のバネの締め
付は手段によって互いに加圧され、振動体２の突起部２
ａと摩擦材４とが接触している。

摩擦材としては、以下に示すようにして製造したＡ−Ｅ
の摩擦材および従来比較摩擦材Ｆを使用した。

摩擦材ム：ステンレス製フェμトにフェノール樹脂溶液
を含浸し、乾燥後、圧縮加熱硬化を行なって厚さｏ、５
ｏｎｍのシート状成形体を得た。（ステンレス製繊維含
有率８０重量％） 摩擦材Ｂ：長さ１　ｍｍのステンレス製短繊維３０重世
％と長さ２ｍｍの炭素繊維３０重量％とポリイミド樹脂
との混合物を加熱圧縮成形を行い、厚さ１　ｍ１ｌｌの
シート状成形体を得た。

摩擦材Ｃ：長さ５　Ｑ　１ｔ　ｍのステンレス製超短繊
維４０重量％とカーボン粉末（粒径１μｍ以下）５重量
％とポリエーテルエーテルケトン樹脂５５重量％との混
合物を成形して、厚さ１　ｍｍのシート状成形物を得た
。

摩擦材Ｄ：平均粒径３μｍの銅粉末３０重量％と硫化モ
リブデン粉末１０重量％とポリアミドイミド樹脂６０重
量％との混合物を成形して、厚さ１　ｍｍのシート状成
形物を得た。

摩擦材Ｅ：平均粒径５１ｔｍの薄片状アルミ粉末４０重
量とフェノール樹脂６０重量％との混合物を加熱圧縮成
形を行い、厚さ２ｍｍのシート状成形物を得た。

従来比較摩擦材Ｆ：長さ２ｍｍの炭素繊維３０重量％と
カーボン粉末２０重量％とフェノール樹脂５０重量％と
の混合物を加熱圧縮成形を行い、厚さ１　ｍｍのシート
状成形物を得だ。

上記それぞれの摩擦材五〜Ｆを使用して第２図に示すよ
うな超音波モータを構成し、円板の円周方向に４波の進
行波が励振されるように電極を配置し、所定の加圧力に
設定した。２０℃雰囲気で、約７０ｋｈｚ近傍の共振周
波数、６００ｍＡの入力を印加してモータを駆動させた
場合について、初期の起動トルク、無負荷回転数、およ
び無負荷回転数で２時間駆動させた時の振動体表面の温
度。

無負荷回転数、起動トルクを測定した。

それぞれの測定結果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表 第１表より明らかのように、金属繊維または金属粉末を
含有する摩擦材を使用した超音波モータの場合（摩擦材
番号ム〜Ｅ）、モータの２時間駆動後の振動体表面の温
度は、いずれも４０’Ｃ以下であった。また、無負荷回
転数や起動トルりの変化も少なかった。

これに対し、金属繊維や金属粉末を含有しない摩擦材の
場合（摩擦材番号Ｆ）、振動体の表面温度は７４℃まで
上昇し、また、無負荷回転数や起動トルクの劣化量も大
きい。

第３図は本発明の実施例の池の形状の円環型超音波モー
タである。第３図において、振動部は電極が配置された
円環型圧電体１０表面に、はぼ同一の表面に多数の切込
みを有する鉄製振動体２の裏面を接着固定したものであ
る。対応する移動部を構成する円環型永久磁石製移動体
３には、前記Ａ−にの金属繊維または金属粉末を含有す
る摩擦材が接着固定される。振動体２と移動体３は永久
磁石製移動体の磁気吸引力によって加圧され、振動体２
の突起部と摩擦材４とが接触している。円環の円周方向
に７の進行波が励振されるように電極を配置し、約ｙ　
□　ｋｈｚの共振周波数の電界を印加することにより、
移動部が円周方向に回転する。

発明の効果 以上の説明から明らかのように本発明は、少なくとも金
属繊維または金属粉末を含有し、樹脂で結合されてなる
摩擦材を構成することにより、振動体および振動体と摩
擦材との間に発生した熱の蓄積を抑制し、振動体の温度
上昇を抑制する効果がある。−１だ、回転数やトルク等
の機械出力の経時変化を抑制する効果がある等信頼性の
優れた超音波モータを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの要部の切欠き斜視図、
第２図と第３図は本発明の実施例を示す超音波モータの
一部切欠き斜視図、第４図は従来の超音波モータの原理
を示す動作説明図である。 １・・・・・・圧電体、２・・・・・・振動体、２ａ・
・・・・・振動体の切り欠き部、３・・・・・・移動体
、４・・・・・・摩擦材。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名！−
・圧電体 ２−ｍ　Ｄ体 ３−　枠動体 第３図 麿− ？−・・ ３・− 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に進行波を発生する超音波振動体と移動体と
   が加圧接触し、その両者間の摩擦力を介して前記振動体
   の振動により前記移動体を駆動する超音波モータにおい
   て、前記振動体及び前記移動体の互いに向かい合う面の
   前記移動体の接触部に、少なくとも金属繊維又は金属粉
   末を含有し、樹脂で結合されてなる摩擦材を設けた超音
   波モータ。
2. （２）金属繊維がフェルト状、短繊維状、超短繊維状お
   よびウィスカー状より選ばれる一種以上であるであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波モー
   タ。