JPH02219476A - 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 圧電体の超音波振動を利用する超音波モータおよび表面
波モータに関するものである。

従来の技術 圧電体の屈曲振動を利用する超音波モータまたは表面波
モータ（以下超音波モータに総称）については、例えば
特開昭６１−２０３８７２号公報などに開示されている
が、この内容は推進力を発生する固定子と、この推進力
を受けて移動する移動子や回転子（以下移動子に総称）
との間に、高摩擦係数で低弾性あるいは可どう性を有す
る摺動材を用いることにより、振動や騒音を減少させ、
かつモータ効率などの性能または品位を改善することが
試みられている。

発明が解決しようとする課題 しかし、超音波モータは圧電体を固着した固定子の振動
を加圧接触により推進力として移動子に取り出すので、
接触面の局部的な摩擦係数の違いによって、高いレベル
の振動や騒音を発したり回転ムラが生じていた。また接
触面の摩耗によってモータ性能が大きく経時変化するな
どの問題を有していた。さらに周囲温度や湿度の変化に
準じて、接触面の摩擦係数に差が生じ、モータ性能が大
きく変化した。

そこで本発明は、超音波モータが滑らかに回転して振動
・騒音が発生しないよう、また経年によってモータ性能
が低下しないよう、また低温や高温でもモータ性能が変
化しないようにしたものである。

課題を解決するための手段 超音波モータの移動子と固定子との接触面に極微量の潤
滑剤を、気相で供給する。そのために、潤滑剤を含浸さ
せたフェルトまたはスポンジなどの孔質体を移動子と固
定子の接触面の近くに設置する。あるいは移動子か固定
子の一部または全部を通気性の孔質体で構成し、その孔
質体の一部分に潤滑剤を含浸させて、その孔質体の連通
孔を通して移動子と固定子の接触面に潤滑剤を気相で供
給する。さらに周囲温度によって蒸気圧の異なる潤滑剤
を複数混合して一つの孔質体に含浸するか、またはそれ
ぞれの潤滑剤を独立してそれぞれに対応する孔質体に含
浸させて、上記の潤滑剤として用いる。

作用 本構成では、超音波モータの固定子と移動子との摩擦接
触面に潤滑剤を気相で、すなわち蒸気正分に相当する極
微量の潤滑剤を供給することにより、接触面における局
部的な摩擦力の増大や変化を抑える。よって超音波モー
タは、常に一定の摩擦による推進力を保ちながら、滑ら
かに移動子を摺動させることができる。また低温や高温
などの特殊条件でも、それぞれに相当する潤滑剤の適当
な蒸気分圧を保つことにより接触面に潤滑剤を定量に供
給し続け、一定の摩擦力による移動子の推進力が得られ
る。さらに空気中の水分による摩擦面への影響も排除で
きる。

実施例 そこで図面を参照しながら本発明に係る原理およびその
効果について、以下に説明する。

第２図は、超音波モータの動作原理を説明するものであ
る０図では超音波モータの一部分を捉え、横波と縦波が
合成された進行する振動波が固定子１の表面に形成され
、伝播している状態を示している。固定子１の表面１ａ
の各質点１ｂは振動により楕円運動をしており、進行す
る振動波（表面波）は物体の音速Ｕ（駆動周波数×波長
）のスピードで移動している。また移動子２を構成する
摺動体３は、弾性体４と固着されている。この摺動体３
は固定子１の表面１ａに励起された前記進行する振動波
と接触しながら、摩擦力により移動子２が矢印Ｎの移動
方向に駆動される。つまり摺動体３の高摩擦係数と弾性
変化によって摩擦による駆動力が発生している。

次に本発明の超音波モータを、図°面を用いて説明をす
る。第１図に本発明の超音波モータの一実施例の縦断面
図を示す０図中１は固定子で、その一端面にシート状の
圧電体５ａ、５ｂが固・着されバイモルフ構造となって
いる。圧電体５ａ、５ｂは、円周方向に数分割した電極
を有するブロックからなり、それぞれ相隣り合う−ｋｉ
ブロックが逆方向に分極し、かつ２枚貼り合わせた構造
である。

固定子１は、下部に空孔率が５〜８０％の物質からなる
緩衝材６を配置してフレーム７に支持されている。固定
子１に固着された圧電体５ａ、らｂの他端面に面接触し
て移動子２が置かれている。

ここで移動子２は、ステンレスなどからなる高剛性の梁
８と弾性体４に、セラミックスまたはセラミックスと高
分子有機材の混合物または金属の混合物から構成された
摺動体３を固着しである。移動子２の中心には動力伝達
用のシャフト９を梁８に通して固定しである。シャフト
９の一端は固定子１に挿入されたベアリング１０ａで支
持されている。固定子１と移動子２の摩擦面の内側には
、鉱油系の潤滑剤を含浸させたフェルトからなるリング
状のオイルシート１１が装着されている。フレーム７の
外周には固定子１および移動子２を包むようにカバー１
２をかぶせ、中心に挿入されたに ベアリングＬｏｂｅ：シャフト９の他端を動力軸として
支持している。

このような構成によって、固定子１の一端面に固着され
た２枚の圧電体５ａ、５ｂに９０度の位相差をもった高
周波電圧を印加すると、固定子１は屈曲振動を起こし、
第２図で説明したように固定子１の表面に楕円軌道をも
った進行する振動波を生じ、物体の音速Ｕのスピードで
移動する。ここで摺動体３の表面と固定子１の表面１ａ
は、楕円軌跡の頂部の質点１ｂでのみ接触し、楕円運動
の進行と逆方向の推進力を摺動体３に伝える。摺動体３
に伝えられた推進力は、移動子２のシャフト９によって
外部に回転駆動力として取り出される。一方潤滑剤を含
んだオイルシート１１より、固定子１と移動子２から構
成される空間に、極微量の潤滑剤が気体となって放出さ
れる。潤滑剤の放出される量は、超音波モータが駆動し
たとき移動子２に誘導されてオイルシート１１が回転す
ることにより増加する。よって気体状の潤滑剤は摺動体
３と固定子１の接触面に、超音波モータの駆動状態に応
じて常に一定の分圧でもって供給される０、：のため高
負荷がかかって接触面での摩擦係数に局部的な増加が生
じても、潤滑剤によって摩擦係数が平均化され、移動子
２のジャンピングによるビビリや騒音あるいは摩耗によ
る駆動出力の経時的な変化が少なくなった。また固定子
１と摺動体３の接触面に供給される潤滑剤は極微量であ
るため、接触面での摩擦係数の低下は非常に小さく、超
音波モータの駆動出力となる摩擦力は損なわれない、さ
らに気化した潤滑剤が、固定子１と摺動体３の接触面へ
の空気中の湿気の進入を阻止するため、周囲の湿度が変
化しても超音波モータの駆動出力には影響が与えられな
い。

次に本発明の他の実施例について述べる。

第３図は本発明の超音波モータの第２の実施例の固定子
１の斜視図である。この実施例においては、固定子１は
圧電体５ａ、５ｂが固着されている面の対面に放射状の
溝を設け、表面に凹部１４と凸部１５を櫛歯状に形成し
ている。そして凹部１４内に、潤滑剤を含浸させたオイ
ルシート１１をはめ込んである。このためオイルシート
１１は超音波モータが駆動しているとき、固定子１から
振動と無効振動による熱が与えられ、潤滑剤の気化蒸発
が促進される。よって超音波モータの駆動状態に応じて
、適当な量の潤滑剤が第１の実施例と同じく固定子１の
凸部１５と摺動体３の接触面に気相状態で供給される。

このことにより本実施例の超音波モータは、前記実施例
と同じ作用を受ける。

また第４図は本発明の超音波モータの第３の実施例の縦
断面図である。この実施例においては、移動子２の摺動
部は連通気泡を有する、すなわち通気性のセラミックス
からなる摺動体３とフェルトからなるオイルシート１１
の２層構造をとっている。そしてオイルシート１１に含
浸していた潤滑剤が、超音波モータの駆動により固定子
１から振動と熱が与えられ、潤滑剤の気化・蒸発が促進
される。気化した潤滑剤は、摺動体３内部の連通気泡を
透過して固定子１と摺動体３の接触面に供給される。こ
のことにより本、実施例の超音波モータは、前記二つの
実施例と同じ作用を受ける。

また以上のような超音波モータの構成に用いられる潤滑
剤は、様々な温度−蒸気圧特性をもつ種類を適当に選択
することができる。このことにより低温や高温において
も超音波モータは、高特性でもって作動させることがで
きる。さらに低温において高蒸気圧特性をもつ潤滑剤と
高温において高蒸気圧特性をもつ潤滑剤とを混合して一
つのオイルシート１１に含浸させるか、または別々の複
数のオイルシート１１含浸させて用いると、低温から高
温まで超音波モータの特性変化をしないようにすること
ができる。

尚、本発明で述べた潤滑剤とは蒸発分をもつ液体を指す
、そのため水でも有効であるが、発明の主旨からいって
、一般に機械系で用いられる潤滑油が適当である。また
オイルシートを構成する孔質体とは、内部に上記潤滑剤
を含浸させて保持するに十分な空間を有する物質を指す
もので、無機有機のどちらでもよい。

発明の効果 本発明により、超音波モータを構成する摩擦面の摩耗や
経時変化が少なくなり、超音波モータは特性の劣化が無
く、長期間の耐久性を保証できた。

また摩擦面の摩擦係数の均一化により、超音波モータ特
有の高い周波数の振動・１ｌｌｉＦが著しく減少し、外
部の機器に及ぼす悪影響も皆無となった。

また様々な温度による分圧特性を持つ潤滑剤を用いるこ
とにより超音波モータは、高温から低温まで広い範囲で
安定した特性が得えちれた。

さらに摩擦面に進入する湿気を潤滑剤の蒸気成分で排除
することにより、超音波モータは周囲の湿度変化に特性
が影響されなくなった。

【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縦断
面図、第２図は超音波モータの動作原理図である。第３
図および第４図は本発明の超音波モータの他の実施例の
図である。 １・・・・固定子、２・・・・移動子、３・・・・摺動
体、４・・・・弾性体、５ａ、５ｂ・・・・圧電体、７
・・・・フレーム、９・・・・シャフト、１１・・・・
オイルシート、１２・・・・カバー、１４・・・・凹部
、１５・・・・凸部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）横波と縦波が合成された進行する振動波を用いて
   推進力を得る超音波モータにおいて、進行する振動波を
   生じている固定子の表面と加圧接触する移動子との接触
   面に潤滑剤を気相で供給することを特徴とする超音波モ
   ータ。
2. （２）固定子と移動子の接触面近傍に潤滑剤を含浸させ
   た孔質体を置き、該孔質体からの潤滑剤の気化・蒸発に
   よって固定子と移動子との接触面に潤滑剤を気相で供給
   す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。
3. （３）円板またはリング状の固定子と移動子の接触面の
   内側にリング状の孔質体を置き、該孔質体に固定子と移
   動子から誘起された振動と回転により潤滑剤の気化・蒸
   発を促進した特許請求の範囲第２項記載の超音波モータ
   。
4. （４）固定子の移動子との接触面に櫛歯状の凹凸があっ
   て、該凹凸の凹部に潤滑剤を含浸させた孔質体を置いた
   特許請求の範囲第２項記載の超音波モータ。
5. （５）固定子または移動子の少なくとも一方が連通気泡
   を有する孔質体であつて、該孔質体の一部分に潤滑剤を
   含浸させ、連通気泡を介して固定子と移動子の接触面に
   潤滑剤を気相で供給す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。
6. （６）一定温度における蒸気圧の異なる少なくとも２種
   以上の潤滑剤を混合または分離して用いた特許請求の範
   囲第１項記載の超音波モータ。