JPH02290171A - 超音波モータおよびその製造方法 - 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】 Ａ．産業上の利用分野 本発明は、固定子に進行性振動波を発生させて移動子を
駆動する超音波モータに関する。

Ｂ．従来の技術 第５図は従来の超音波モータを示す斜視図，第６図はそ
の断面図である。

ステータ（固定子）１は、りん青銅，ステンレスまたは
インバー等から成る弾性体１ａに圧電体１ｂを一体的に
接着して成る．ステータ１には，その弾性体１ａの外周
面に位置する中立軸近傍から径方向にフランジ部１ｄが
一体成形され，そのフランジ部１ｄが、環状の支持部材
３の上面に接着されている。支持部材３の外縁は、固定
筒５（第６図）とこの固定筒５に螺合された押え環４と
に扶持されている． 一方，ロータ２は、ロータ母材２ａにスライダ材２ｂを
接着して成り、固定筒５の内部に設置される。ロータ母
材２ａには、その中立軸近傍から径方向にフランジ部２
ｃが突設され、その外縁に支持部材２０が一体成形され
ている。そして、加圧部材６による加圧力がボールベア
リング８を介して支持部材２０、すなわちロータ２に伝
達され，これによりスライダ材２ｂの下面が弾性体１ａ
の駆動面に加圧接触される．ここで，ボールベアリング
８は、押え環８ａと剛球８ｂとから成る。

圧電体１ｂに交流電圧＜ｍ動信号）を印加すると，これ
に屈曲振動が生じて弾性体１ａに進行性振動波が発生し
、この振動波によりロータ２が摩擦駆動される。

Ｃ．発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の構成では、邸動中に振動波が弾性
体１ａのフランジ部１ｄと支持部材３との接合部に伝わ
るため、弾性体１ａと支持部材３とが分離し，これに起
因して騒音が発生したり、効率が低下するという問題が
あった。そこで，第７図に示すように，弾性体１ａのフ
ランジ部１ｄの径を大きくし、その周縁部を直接押えＱ
４と固定筒５との間に扶持して支持すれば、弾性体１ａ
とその支持部材とが一体に形成されているため、両者が
分離することはないが、以下に示すような問題が発生す
る． すなわち、この場合フランジ部１ｄの厚さｔは、弾性体
１ａが効率よく振動するために薄く（０．３ｍｍ程度）
形成する必要があるのに加えて、材料が上述したよう．
にヤング率が大きく固い難切削材であり、その材料を切
削加工してフランジ部１ｄを形成するため、加工時にフ
ランジ部ｌｄにそりやうねりが生じてしまう．このそり
やうねりが生じた状態でフランジ部１ｄを押え環４と固
定筒５との間に無理に挟持させると、フランジ部１ｄが
弾性変形してそりやうねりが解除されるが、その反作用
として弾性体１ａに常時内部応力が発生し、その駆動面
の平面性が損なわれてロータ２の回転効率が悪化するお
それがある。

本発明の技術的課題は、弾性体と支持部材とが一体に形
成された構成でそのそりやうねりを防止した構成とする
ことにある。

Ｄ．課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図により説明すると、本発明に係る
超音波モータは、駆動信号により励振さ九る圧電体１ｂ
．および接合面Ｐ２にて圧電体１ｂに接合され励振によ
って駆動面ＰＬに進行性振動波を発生する弾性体１ａを
有する固定子１と、弾性体１ａの駆動面Ｐ１に加圧接触
され発生した進行性振動波によって駆動される移勅子２
と、固定子１を支持部材を介して固定支持する固定部材
４，５とを備えた超音波モータに適用される．そして，
請求項１の発明は、弾性体１ａの外周面もしくは内周面
に、弾性体１ａに連設される薄板部３１と、薄板部３１
の周縁に連設され薄板部３１よりも厚さの厚い肉厚部３
２とを有する支持部材３０を一体成形により突設し，肉
厚部３２の一端面Ｐ３またはＰ４を弾性体１ａの接合面
Ｐ２または駆動面Ｐ１と同一平面に形成し、これにより
上記技術的課題を解決する。

また、請求項２の発明は，弾性体１ａの外周面もしくは
内周面に，上記支持部材を一体成形により突設したもの
である。

Ｅ．作用 支持部材３０が弾性体１ａと一体成形されているため，
従来のように弾性体１ａと支持部材３０とが分離するこ
とがなく騒音および効率の低下が防止される．またこの
支持部材３０には、薄板部３１よりも厚さの厚い肉厚部
３２が設けられているので支持部材３０にそりやうねり
が゜生ずることがない．したがってこれを固定部材４．
５で固定したときにその内部応力の発生が防止される．
また、弾性体１ａの駆動面の平面性が損なわれることが
ない。

また、特に請求項１の発明では、肉厚部３２の一端面Ｐ
３またはＰ４を弾性体１ａの接合面Ｐ２または駆動而Ｐ
１と同一平面に形成したので、接合面Ｐ２または叩動面
Ｐ１を平面研磨加工する際にその一端面Ｐ３またはＰ４
を同時に平面研磨することができ，研磨作業の効率向上
が図れる。

なお，本発明の構成を説明する上記Ｄ項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。

Ｆ．実施例 第１図〜第３図により本発明の一実施例を説明する。な
お、第５図および第６図と同様な箇所には同一の符号を
付して説明する． 第１図は本発明に係る超音波モータの分解図、第２図そ
の組立図である。ステータ（固定子）１は、リング状弾
性体１ａと、この弾性体１ａの接合面Ｐ２に接着さ終た
リング状圧電体１ｂとから構成されている。弾性体１ａ
の駆動面Ｐ１は、平面研磨加工によりその平面度の公差
が０．５μｍ以下とされている。また弾性体１ａには、
その外周面から径方向にフランジ状の支持部材３０が切
削加工により削り出され一体的に形成されている。

この支持部材３０は、弾性体１ａの外周面に連設される
厚さが約０．３ｍｍの薄板部３１と、この薄板部３１に
連設される肉厚部３２とを有し、肉厚部３２の厚さは，
薄板部３１より十分厚くされる．また本実施例では、肉
厚部３２の下端而Ｐ３が弾性体１ａの接合而Ｐ２と同一
平面とされる． ここで，弾性体１ａの接合面Ｐ２は、圧電体１ｂを接着
接合したときに、圧電体１ｂのすべての電極と導通をと
るため平面研磨加工により駆動面Ｐ１と同程度の平面度
に仕上げる必要がある。

本実施例では、この接合面Ｐ２と肉厚部３２の下端面Ｐ
３とが同一平面とされているので、接合面Ｐ２を平面研
磨する際に端面Ｐ３も同時に平面研磨できる．また，平
面研磨された端面Ｐ３が当接される押え環４の面Ｐ５も
同様に平面研磨される。

一方、ロータ（移動子）２は，リング状のロータ母材２
ａと，このロータ母材２ａに接着されるスライダ材２ｂ
とから構成され、ステータ１の振動により励振され、ス
テータ１と同周波数の進行波が発生する。ここで、スラ
イダ材２ｂの組成（重量比）は，例えば， ポリテトラフルオ口エチレン・・・８０％ガラス繊維　
　　　　　　　・・・１５％二硫化モリブデン　　　　
　・・・　Ｓ％となっている。このスライダ材２ｂの下
面Ｐ６は，弾性体１ａの能動面Ｐ１と均一に接触するよ
うにロータ母材２ａに接着された後、この駆動面Ｐ１と
同程度の平面度に研磨加工される． 第２図に示すように弾性体１ａの接合面Ｐ２に圧電体１
ｂを接着した後、支持部材３０の肉厚部３２の上下端面
Ｐ４，Ｐ３が固定筒５の面Ｐ７および押え環４の面Ｐ５
に挟持されるように押え環４を固定筒５に螺合する．こ
のとき、肉厚部３２の下端面Ｐ３および押え環４の面Ｐ
５が平面研磨加工されているので、研磨加工が困難な固
定筒５の面Ｐ７を旋盤加工のみとしても、すなわち面Ｐ
７の平面度が高くなくても弾性体１ａの駆動面Ｐ１の平
面度が低下することがない。

またロータ母材２ａにはスライダ材２ｂが接着され、上
述した押圧部材６（第５図）によりスライダ材２ｂの下
面Ｐ６が弾性体１ａの駆動面Ｐ１に加圧接触される。

この状態で圧電体１ｂに交流電圧（駆動信号）が印加さ
れると、圧電体１ｂに屈曲振動が生じて弾性体１ａの駆
動面に進行性振動波が発生し、この振動波によりロータ
２が駆動される。このとき支持部材３０および弾性体１
ａに作用する振動波の振幅は，第３図に示すようになっ
ている．すなわち薄板部３１と肉厚部３２の連接部分で
は肉厚部３２が固定されているため振幅は殆ど零であり
，弾性体１ａに近づくほど薄板部３１の゛振幅は増加す
る．そして、弾性体１ａの中央部分付近の振幅が最も大
きくなる。したがって、厚さの厚い肉厚部３２を設けて
もロータ２の駆動効率が従来と比べて低下することがな
い。

以上のように、支持部材３０を弾性体１ａと一体成形に
より形成したので従来のように弾性体１ａと支持部材が
分離することがない．また，支持部材３０に肉厚部３２
を設けたので機械加工時に薄板部３１のそりやうねりが
防止され，弾性体ｌａの旺動面Ｐ１の平面性を損なうこ
とがない。

さらに，弾性体１ａの接合面Ｐ２と肉厚部３２ａの端面
Ｐ３とを同一平面としたので，接合面Ｐ２を平面研磨す
る際に端面Ｐ３も同時に平面研磨でき、研磨作寥の効率
向上が図れる．すなわち，平面研磨加工は、予め高い平
面度に仕上げられた研磨板上で被加工物を公転させなが
ら研磨するものであり、面Ｐ２，Ｐ３に段差をつけて研
磨するには段差の低い側の面の作業が困難かつ非能率的
である。本実施例によれば，１回の研磨作業で面Ｐ２，
Ｐ３を同時に平面加工できるため、面Ｐ２，Ｐ３に段差
をつけて加工する場合と比較して極めて能率的であり量
産性を期待できる。

また第４図は、支持部材４０の肉厚部４２を弾性体１ａ
の駆動面Ｐ１側にも突出させその上端面Ｐ４を邪動面Ｐ
１と同一平面とした別実施例を示している。この場合に
は、駆動面Ｐ１を平面研磨加工する際に端面Ｐ４の平面
研磨も同時に行なえる． なお、例えば上述の押え環４と固定筒５の位置を上下逆
にしてステータ１を固定する場合には、押え環４の而Ｐ
５と当接される上端面Ｐ４を駆動面Ｐ１と同一平面とす
ればよい．また支持部材３０は、肉厚部の端面Ｐ３，Ｐ
４を廂動面ｒ１あるいは接合面Ｐ２と同一平面としなく
てもよい。

すなわち，面Ｐ２とＰ３あるいはＰ１とＰ４を別々に平
面研磨加工するようにしても，肉厚部を設けただけで薄
板部３１のそりやうねりを防止できる．さらに以上では
，回転型超音波モータについて説明したが，リニア型の
超音波モータにも本発明を適用できる． さらにまた，上述の支持部材を弾性体１ａの外周面に形
成した例を示したが、この支持部材を内周面に形成し，
弾性体１ａの内側で固定部材により固定保持するように
してもよい． ここで、スライダ材２ｂの材質について詳述する。

本出願人は，第１表に示す勲１〜ＮＱ６の６種類のスラ
イダ材から最適なスライダ材を選択するにあたって、そ
れぞれについてまず性能試験を行った。その際、ステー
タを構成する弾性体はインバー材（３６％Ｎｉ鉄系合金
）を用いた．この性能試験で第２表に示すように各スラ
イダ材の最高効率（％）が得られ、その結果からＮｎｌ
，Ｎａ４〜Ｎａ６のスライダ材が効率においてほぼ同程
度に優れていることが分かった。そこで本出願人は、こ
れらＮｃｋｌ，ＮＱ４〜ＮＱ６のスライダ材について耐
久磨耗試験を行い、同表に示すような結果を得た．そし
て、磨耗量と耐久回転数からみて＆５およびＮｌ１６の
スライダ材が優れていることを見出した．次に本出願人
は、このｈ５およびＮＱ６のスライダ材について加速反
応試験を行った．すなわち超音波モータでは、スライダ
材を弾性体に常に一定の加圧力で接触させており，この
ことから長期間駆動せずにおくとスライダ材が弾性体に
固着して駆動できなくなるおそれがある．そこで本試験
は、この固着の有無を確かめるために、Ｎｌ１５および
海６のスライダ材を一定加圧力で弾性体に接触させた状
態で湿度９０％、温度８０℃の雰囲気中に放置した．そ
の結果、ｋ５のスライダ材は固着反応を示したが、ｌｌ
ａ６のスライダ材は固着反応を示さず、実験後も通常通
りに駆動することができた。

また上記全試験終了後、Ｎ１１６のスライダ材を用いた
場合の性能（効率）は第２表に示した結果とほとんど同
一であった。

最後にＰ＆１６のスライダ材と，りん青銅製およびステ
ンレス（ＳＵＳ３０１）製のステータとを組み合わせた
実験を試みた．その結果、＆６のスライダ材とりん青銅
とは確実に固着してしまい、また＆６のスライダ材とス
テンレスとは固着する場合としない場合とがあった． 以上から＆６，すなわちＰＴＦＥ　（８０重量％）＋ガ
ラス繊維（１５重量％）−二硫化モリブデン（５重量％
）から成る材料がスライダ材として最も適しているとい
うこと、またＮα６のスライダ材と組み合わせられるス
テータの材料としては、インバー材を用いるならば、雰
囲気（条件）に関係なく使用できること，ステンレスを
用いるならば，用途の条件を限定する必要があることが
それぞれ分かった。

Ｐ：ポリテトラフルオ口エチレン 第１表 第２表 さらに以上の実験から以下のことが分かる。

まず，スライダの材質がモータの駆動効率に与える影響
については、今のところあまり明確にはできないのが現
状である。ただ、ＮＧＩ，８１２，Ｎα３のスライダ材
が共にケブラー繊維を含有していて、そのうちのＮα２
，魔３のスライダ材だけが効率が悪いので、原因はケブ
ラー繊維にあるのではなくポリエステル樹脂やエポキシ
樹脂の含有にあるのではないかという推定ができる。

次に磨耗試験に関しては、低摩擦係数の素材の使用によ
り結果が良くなっていることがはっきりわかる。すなわ
ち、黙１のスライダ材は低摩擦係数の素材を全く含有し
ていないので磨耗量が一番多い。ＮＱ４のスライダ材は
ＰＴＦＥという低摩擦係数の素材を含有するものの、そ
の重量％が３％と少ないため磨耗量は中程度に留まって
いるが，通常の使用では充分に耐磨耗性があると言える
。

これに対しｈ５のスライダ材はＰＴＦ’Ｅを３０重量％
、魔６のスライダ材はＰＴＦＥを８０重量％と共に多く
含有しており，これにより磨耗量も僅少であった・ このように，第２表に示される如くスライダ材にＰＴＦ
Ｅ等の低摩擦係数の素材を３重量％〜１００重量％含有
させることで磨耗量を抑えることができる。さらにＮＬ
ｋ４〜Ｎα６のスライダ材の如く、少なくともＰＴＦＥ
を含有する材料にて構成されていれば，モータの駆動効
率も高くできるものと推定できる． なお、以上の考察により，上記Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅ以外にも
ベルフルオロアルコキシふっ素樹脂（ＰＦＡ）やエチレ
ン四ふっ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等のふっ素樹
脂系の代替材料が考えられる。また，その量としては３
〜１００重量％の範囲内で特に３０重量％以上が好適と
考えられる。

さらに耐久性に関しては，Ｎα６のスライダ材のみが往
復８０万回転以上と他のスライダ材に比べ圧倒的に優れ
ている。これはＮα６のスライダ材がＰＴＦＥという低
摩擦係数の素材を８０重量％と極めて多く含有している
ことに加えて、二硫化モリブデンという潤滑性のある素
材をも含有していることに起因するものと考えられる。

このように，ＰＴＦＥという低摩擦係数の素材を５０重
量％以上含有する母材に、二硫化モリブデンという潤滑
性のある素材を１〜２０重量％程度充填してスライダ材
を構成すれば、高効率で耐磨耗性が高くかつ耐久性の高
い超音波モータとすることができる． なお耐久性だけに関していうならば、以上の考察により
上記二硫化モリブデン以外にもカーボン等の潤滑性のあ
る代替材料が考えられる。またその量としては、あくま
でもその潤滑性を目的とするため、１〜２０重量％内で
特に１０重量％程度が好適と考えられる。

また固着に関しては、各スライダを構成する素材とステ
ータの素材とによって理由付けができる．すなわちＮａ
６のスライダ材は．ＰＴＦＥというふっ素樹脂および二
硫化モリブデンという潤滑性のある素材（いずれも固着
性のない材料）に加えて、そもそも固着性のほとんどな
い素材であるガラス繊維という無機物質が充填されて構
成されている．このようなスライダ材に対してステータ
も錆等の化学変化に極めて強いインバー材が使用されて
いるので、この両者を組合せても固着反応は起こらなか
ったのである． インバー材以外のステータ（りん青銅．Ｓ［ＪＳ３０１
）と海６のスライダ材との組合せで固着もしくはその傾
向があったのは、りん青銅が化学変化に強くないこと、
またＳＵＳ３０１もインバー材ほどは化学変化に強くな
いことによるものであろう。次にＮａ５のスライダ材が
固着したのは，その含有されるエコノールＥ１０１が固
着性を有していたためと考えられる。

なお固着だけに関していうならば、以上の考察により，
上記組成以外にも各種無機物質例えば酸化チタン、チタ
ン酸カリ等の代替材料が考えられる． 以上述べたように，本件発明の実施例によれば、ニッケ
ル鉄系合金から構成されるステータにより駆動されるロ
ータのスライダ材を，ふっ素樹脂を３〜１００重量％含
有するように構成すれば、第２表に示される如く高効率
でかつ磨耗の少ないモータを提供でき、特に長時間の使
用を要求される製品に適している． さらにスライダ材を、ふっ素樹脂（５０重量％以上）お
よび潤滑材（１〜２０重量％程度）を含有する材料で構
成すれば、第２表に示される如く高効率、かつ磨耗が少
なく，かつ耐久性が高いモータを提供できる。

さらにスライダ材を，ふっ素樹脂（３〜８０屯量％）お
よび潤滑材（１〜２０重景％程度）および無機材（１〜
３０重景％程度）を含有する材料で構成すれば，第２表
に示される如く高効率、かつ磨耗が少なく，かつ耐久性
が高い、かつステータとスライダ材が固着しないモータ
を提供でき，特にカメラ等のメインテナンス・フリーの
製品に適している．また、カメラ等のメインテナンス・
フリーの製品に使用される場合には，上記試験項目の中
で特に固着が重要視される．その場合には＆６のスライ
ダ材のように．非固着性の材料のみから構成される材料
が適している。

Ｇ．発明の効果 本発明によれば，固定子の弾性体外周面もしくは内周面
に連設される薄板部と，この薄板部の先端に連設される
肉厚部とから成る支持部材を弾性体に一体成形したので
，従来の振動特性を損なうことなく支持部材のそりやう
ねりを防止できる。

したがって弾性体の駆動面の平面性が保持され、ロータ
の闘動効率の低下が防止できる．また，特に請求項ｌの
発明においては，上記肉厚部の一端面を弾性体の接合面
または駆動面と同一平面に形成するようにしたので，ｌ
！動面または接合面を平面研磨加工する際に肉厚部の一
端面を同時に研磨加工することができ、研磨作業の効率
向上が図れる．

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は本
発明に係る超音波モータの構成を示す分解図、第２図は
その組立図、第３図′は弾性体の各部分に作用する振動
波の振幅を示す図，第４図は支持部材の変形例を示す図
である． 第５図〜第７図は従来例を示し、第５図は超音波モータ
の構成を示す斜視図、第６図はその断面図、第７図は支
持部材の構成を説明する図である。 ■ １ｂ ２ａ Ｐ２ ：ステータ ：圧電体 ：ロータ母材 ：押え環 ：支持部材 ：肉厚部 ：接合面 １ａ：弾性体 ２：ロータ ２ｂ＝ズライダ材 ５：固定筒 ３１：薄板部 Ｐ１：駆動面 Ｐ３，Ｐ４：端而

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動信号により励振される圧電体、および接合面
   にて該圧電体に接合され前記励振によって駆動面に進行
   性振動波を発生する弾性体を有する固定子と、 前記弾性体の駆動面に加圧接触され前記発生した進行性
   振動波によって駆動される移動子と、前記固定子を支持
   部材を介して固定支持する固定部材とを備えた超音波モ
   ータにおいて、 前記弾性体の外周面もしくは内周面には、該弾性体に連
   設される薄板部と、該薄板部の周縁に連設され前記薄板
   部よりも厚さの厚い肉厚部とを有する支持部材が一体成
   形により突設され、 前記肉厚部の一端面が前記弾性体の接合面または駆動面
   と同一平面に形成されていることを特徴とする超音波モ
   ータ。
2. （２）駆動信号により励振される圧電体、および接合面
   にて該圧電体に接合され前記励振によって駆動面に進行
   性振動波を発生する弾性体を有する固定子と、 前記弾性体の駆動面に加圧接触され前記発生した進行性
   振動波によって駆動される移動子と、前記固定子を支持
   部材を介して固定支持する固定部材とを備えた超音波モ
   ータにおいて、 前記弾性体の外周面もしくは内周面には、該弾性体に連
   設される薄板部と、該薄板部の周縁に連設され前記薄板
   部よりも厚さの厚い肉厚部とを有する支持部材が一体成
   形により突設されていることを特徴とする超音波モータ
   。