JPH0246182A - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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Publication number
JPH0246182A
JPH0246182A JP63197414A JP19741488A JPH0246182A JP H0246182 A JPH0246182 A JP H0246182A JP 63197414 A JP63197414 A JP 63197414A JP 19741488 A JP19741488 A JP 19741488A JP H0246182 A JPH0246182 A JP H0246182A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic motor
ultrasonic
moving body
vibrating body
resin
Prior art date
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Pending
Application number
JP63197414A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinobu Imasaka
喜信 今坂
Masanori Sumihara
正則 住原
Hiroshi Komeno
米野 寛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP63197414A priority Critical patent/JPH0246182A/ja
Publication of JPH0246182A publication Critical patent/JPH0246182A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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。
ところで、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、従来移動体は金属
等により構成されていた。
別法として、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
せるという方法も提案されていた。
発明が解決しようとする課題 超音波モータの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、実用に耐えろるものは、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1、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くいこと、(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
する暦耗量が極力少なく、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。
本発明は、このような要件を満足する超音波モータを提
供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、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、少なくともポリフェニ
ルスルホン樹脂あるいはポリエーテルエーテルケトン樹
脂を含有するシート状成型体からなるところの前記振動
体との摩擦接触部分を少なくとも含むものである。
作用 本発明は、超音波モータの移動体を前述した構成にする
ことにより以下に述べ様に作用する。
(1)ポリフェニルスルホン樹脂あるいはポリエーテル
エーテルケトン樹脂を用いることにより摩擦接触部分の
耐熱性が向−ヒする。(2)ポリフェニルスルホン樹脂
あるいはポリエーテルエーテルケトン樹脂はある程度−
の大きな弾性率を有しており、かつ温度上昇による弾性
率変化が少ないので回転数の損失が少ない。(3)フル
オロカーボン重合体、全芳香族ポリエステル樹脂、グラ
ファイト粉末およびフッ化炭素粉末を有する場合は、自
己潤滑性能を有しているので超音波モータにおける摩擦
接触面の変化を少なくする役目し、性能(起動トルク、
無負荷回転数、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)等)の経時的変化が少なく
なる。(4)フルオロカーボン重合体、全芳香族ポリエ
ステル樹脂、グラファイト粉末およびフッ化炭素を有す
る場合は、相手材を大きく傷つけることなく、さらに自
己潤滑性能を有しているので、耐磨耗性能が良く超音波
モータの高寿命化が可能である。
実施例 以下に、本発明の詳細な説明する 第1図は、本発明の超音波モータの基本構成を示す断面
図である。超音波モータは、板状圧電体1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、ポリフェニルスルホン樹脂あるいはポリエー
テルエーテルケトン樹脂を主成分とするシート状成型体
からなるところの前記振動体との摩擦接触部4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。シート状成型体の厚みとしては、Q 、 1 mm
より薄くなりすぎるとシート状成型体の振動吸収能は極
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
生じ好ましくない。また、取り扱いや加工上の問題も発
生する。
移動体3と接触する振動体2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図参照)および円環状の超音波モー
タ(第3図参照)が挙げられる。以下、ポリフェニルス
ルホン樹脂あるいはポリエーテルエーテルケトン樹脂を
主成分とするシート状成型体、およびポリフェニルスル
ホン樹脂あるいはポリエーテルエーテルケトン樹脂とフ
ルオロカーボン重合体、全芳香族ポリエステル樹脂、グ
ラファイト粉末、フッ化炭素粉末からなる群の少なくと
も1つからなる混合物からなるシート状成型体からなる
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 ポリフェニルスルボン樹脂の粉末(住友化学(株)製)
60重量部とフルオロカーボン重合体であるポリテトラ
フルオロエチレン5重量部と全芳香族ポリエステル樹脂
35重量部とをエタノール20重量部を加えることによ
り湿式混合によりを均質に分散させた。この粉末を80
℃で乾燥させることによりエタノールを完全に除去した
。乾燥粉末を圧縮成型(350kg/am2.380℃
)することにより厚さ1.0mmの樹脂シート状成型体
を得た。
その他のシート状成型体についても同様に作成した。以
下、■成についてのみ述べる。
実施例2 ポリフェニルスルホン樹脂の粉末80重計部とポリテト
ラフルオロエチレン5重量部とグラファイト粉末15重
量部とからなる厚さ1.0mmの樹脂シート状成型体。
実施例3 ポリフェニルスルホン樹脂の粉末80重量部とポリテト
ラフルオロエチレン5重量部とフッ化炭素粉束15重量
部とからなる厚さ1.0mmの樹脂シート状成型体。
実施例4 ポリエーテルエーテルケトン樹脂の粉末(住友化学(株
)製)60重量部とポリテトラフルオロエチレン5重量
部と全芳香族ポリエステル樹脂35重量部とからなる厚
さ1.0mmの樹脂シート状成型1札 実施例5 ポリエーテルエーテルケトン樹脂の粉末80重量部とポ
リテトラフルオロエチレン5重量部とグラファイト粉末
15重量部とからなる厚さ1.0mmの樹脂シート状成
型体。
実施例3 ポリエーテルエーテルケトン樹脂の粉末80重量部とポ
リテトラフルオロエチレン5重量部とフッ化炭素粉末1
5重量部とからなる厚さ1.0mmの樹脂シート状成型
体。
比較として次のものについても試験した。
比較例1 ステンレスよりなる厚さ1−0mmの板状物。
比較例2 フルオロカーボン重合体であるポリテトラフルオロエチ
レン粉末からなる厚さ0.3mmの樹脂シート状成型物
以上のシート状成型物をそれぞれ摩擦接触部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、ざらに、R擦接触部6の表面を円筒
研削法により表面研削し移動体8を作成した。表面研削
することにより、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。振動体は、ステンレス材にて作成し、
その外径を40mm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 kg/ cm2を与えた。
このような状態で、入力端子一定のの条件で回転させた
場合の、起動トルク、無負荷回転数、効率、保持トルク
、騒音などの初期性能特性と超音波モータの経時変化を
調べるため超音波モータを200時間駆動させた場合の
結果を第1表に示す。
(以下余白) 第1表 各種シート状成型体の超音波モータの性能評価
駆動条件としては、連続回転にて負荷を400gf−c
mとし、回転数が250rpmで行った。一方、樹脂シ
ート状成型体からなる摩擦接触部の磨耗た深さは表面形
状測定器にて測定した。
第1表に示したように、実施例に示した6つの樹脂シー
ト状成型体を用いた場合は、起動トルク、無負荷回転数
、効率、保持トルク、騒音などの初期性能特性と超音波
モータの経時変化および磨耗に関して良好な結果が得ら
れた。これは、これらの樹脂を用いることにより摩擦接
触部分の耐熱性が飛躍的に向上したからであると考えら
れる。さらに、フルオロカーボン重合体粉末、全芳香族
ポリエステル樹脂、グラフフィト粉末およびフッ化炭素
を添加することにより耐摩耗性がさらに向トする傾向が
あった。これらの粉末は自己潤滑性能を有し、かつ相手
材を傷つけることが少ないので超音波モータにおける摩
擦接触面の変化を少なくする役目をし、性能(起動トル
ク、無負荷回転数、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))の経時的変化が少な
ったと考えられる。比較例1として、金属材料を用いた
場合には、騒音が発生し、さらに耐摩耗性が良くなく、
相手材金属であるステンレス材を損傷する結果となった
。さらに、比較例2としてテトラフルオロエチレン単体
を用いた場合には、樹脂シート状成型体の機械的強度が
極端に小さくなり安定な回転をしなかった。ざらに、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。
フルオロカーボン重合体粉末、全芳香族ポリエステル樹
脂、グラファイト粉末およびフッ化炭素を添加量は、4
0重量%以下が合成上から好ましいと考えられる。さら
に、ポリテトラフルオロエチレン等のフルオロカーボン
重合体は弾性率の温度変化が大きいので20重量%以下
が良い。フルオロカーボン重合体粉末としてはポリテト
ラフルオロエチレンについてのみ述べたが、本発明に使
用し得るものとしては、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−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体、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、エチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体、りOC1トリフルオロエチレン−エチレン共重
合体などのフルオロカーボン重合体を用いるとこれらの
特徴である良好な固体潤滑性能が発揮され、本発明と同
等の作用効果が回持てきる。
発明の効果 本発明によれば、摩擦接触部分の耐熱性が向上し、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、モータ回転時に全く
騒音がでず、静止状態の移動体の保持力が一定な実用に
提供しろ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、本発明の一実施例に係る超音波モータの基本
構成を示す断面図、第2図は、同超音波モータが円盤状
の場合の構成を示す斜視図、第3図は、同超音波モータ
が円環状の場合の構成を示す斜視図である。 1.10・・・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 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第1図 第3図 第2図

Claims (4)

    【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、少なくともポリフェニルスル
    ホン樹脂を含有するシート状成型体からなるところの前
    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
    されていることを特徴とする超音波モータ。
  2. (2)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、ポリエーテルエーテルケトン
    樹脂からなるシート状成型体からなるところの前記振動
    体との摩擦接触部分を少なくとも含むように構成されて
    いることを特徴とする超音波モータ。
  3. (3)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、ポリフェニルスルホン樹脂とフル
    オロカーボン重合体、全芳香族ポリエステル樹脂、グラ
    フアイト粉末、フッ化炭素粉末からなる群の少なくとも
    1つからなる混合物からなるシート状成型体からなると
    ころの前記振動体との摩擦接触部分を少なくとも含むよ
    うに構成されていることを特徴とする超音波モータ。
  4. (4)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、ポリエーテルエーテルケトン
    樹脂とフルオロカーボン重合体、全芳香族ポリエステル
    樹脂、グラフアイト粉末、フッ化炭素粉末からなる群の
    少なくとも1つからなる混合物からなるシート状成型体
    からなるところの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されていることを特徴とする超音波
    モータ。
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