JPH027880A - 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撮動の進行波
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撮動
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人力す
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、および寿命などの諸
特性に多大の影響を与えるものである。圧電体を装着し
てなる振動体に移動体を加圧接触させ、圧電体の進行波
からなる微少撮動により移動体が移動する超音波モータ
において、従来移動体は大きな駆動力を得るため様々な
材料にて構成することが検討されてきた。

一つの方法として、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体に装着し、振動体に加圧
接触させることが提案されている。

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、実用に耐えうるち
のとして様々な材料組成の接触が検討されているが充分
な性能を得られるものは、いまだ存在しない。その理由
は超音波モータにおいて以下に述べる様々な要求性能を
満たさなければならないからである。実用に供しつる超
音波モータの摩擦接触面の要件としては、（１）モータ
駆動時に騒音（可聴音）が発生しないこと、（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）電気入力に対する機械出力の比、すなわち
効率が大きいこと、（４）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
安定に駆動力（トルク）、回転数、効率などの性能が維
持できること、（５）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）が一定であること等
が挙げられる。

まず、振動体をステンレス、アルミニｆクム、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、超音波撮動下では金属
どうしの接触による騒音が発生し実用上問題であった。

そこで、金属以外の接触として、ゴムなどの大きな摩擦
係数の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
命が非常に短いという欠点を有していた。さらに、様々
な材料組成を複合化することによりある程度の要求性能
を満足させることは可能であるがその方法では合成上の
限界があった。

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撮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、前記振動体との摩擦接触部分におい
て少なくとも２種類以上のそれぞれ異なった組成の摩擦
摺動材を組み合わして配置されるようにする。

作用 移動体が、振動体との摩擦接触部分において少なくとも
２種類以上のそれぞれ異なった組成の摩擦摺動材組み合
わして配置されるようにすることにより、１つの摩擦摺
動材単独では得ることのできない超音波モータとしての
要求性能を満足させることができる。すなわち、本発明
の摩擦接触面において振動体側は駆動することにより少
なくとも２種類以上のそれぞれ異なった組成の摩擦摺動
材と接触することになりそのミクロな接触状況の変化に
より従来は得ることのできなかった、例えば耐磨耗性の
向上などの作用効果を得ることができる。様々な材料組
成を複合化することにより１つの摩擦摺動材を合成し要
求性能を満足させることは手法として難しく不可能な場
合もあるが、方２種類以上のそれぞれ異なった組成の摩
擦摺動材組み合わせることは非常に簡便でありその効果
も大きい。

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、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とから構成され、摩擦接触
部４は少なくとも２種類以上のそれぞれ異なった組成の
摩擦摺動材６．７．８を組み合わして配置することによ
り構成する。

摩擦摺動材は少なくとも有機化合物を含む組成物からな
るシート状成型体で構成する。これは、摩擦接触部を金
属やセラミクスのような硬質材料単体では騒音が発生す
るなどの不利益が生ずるからである。シート状成型体の
厚みとしては、０゜１ｍより薄（なりすぎるとシート状
成型物の撮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。一方、２゜
０ＩＩＩＩ１１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く。

移動体と接触する振動体は、通常、撮動減衰の少ないス
テンレス材、屑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、２種類以上の異なった組成の摩擦摺動材を組み合
わして配置した摩擦接触部について詳細にその具体的１
実施例を述べる。

摩擦摺動材として２種類の異なった組成の摩擦摺動材Ａ
、Ｂを組み合わして配置した場合について述べる。摩擦
摺動材Ａとして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８重量部と全芳香族ポリエステル樹
脂（商品名；エコノール）２重量部を乾式混合した粉末
を予備圧縮成型（３５０ｋｇ　／　ｃｄ　）することに
より付形し、その後３７０℃で焼成することにより厚さ
１．０ＴＩＩＩＩ＋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。摩擦摺動材Ｂとして炭
素繊維織布にポリイミド系樹脂を含浸させ、その後樹脂
を加熱硬化（２５０℃、１０ｋｇ／ｃｏ？）することに
より厚さ１．０ｍｍのシート状成型物を得た。これら摩
擦摺動材Ａ、Ｂ　（９，１０）を第４図（ａ）に示した
ように配置゛し円環状の摩擦接触部１１を構成した。摩
擦摺動材Ａ、Ｂの配置は第４図（ａ）以外にも（ｂ）、
（ｃ）など任意にそれらの配置を選ぶことができる。但
し、振動体側は駆動することにより２種類以上の摩擦摺
動材と接触しミクロな接触状況の変化が得られるように
しないと本発明の作用効果は得られないので、各摩擦摺
動材は扇形状をしていることが望ましい。

第２図の円盤状の超音波モータに組み込むため、上述の
摩擦接触部１２を動力伝達部１３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１４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。摩擦接触部の厚さは
０゜８ｍｍとなった。

一方、振動体１５は、予め第２図に示すような突起を有
する形状に加工し、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４０ｍ５＋とじた。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　／　ｃｄ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・ｃｍとした。

このような状態で回転させたところ、定電流条件で、起
動トルクとして１０００ｇＬｃｍ、無負荷回転数５００
ｒｐｍ、効率４０％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−ｃＩｗとし、回転数が３０
０　　ｒｐｍ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、摩擦摺動材Ａ、Ｂ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２μＩと非常に少なかった。

これらの結果は、同条件で摩擦摺動材Ａ単独で用いた場
合効率が約３０％と低かったこと、及び摩擦摺動材Ｂ単
独で用いた場合磨耗量が２００時間後で３５μ層と太き
（なったことと比べ、効率及び耐磨耗性において優れた
性能を得ることができた。これは、本発明に示した構成
にすることにより各摩擦摺動材の優れた性能を得ること
ができ、欠点が補われたことを示している。一方このよ
うな摩擦摺動材を材料組成的に複合化することは合成上
全（不可能である。

本発明の１実施例においては２種類の摩擦摺動材を用い
効率と耐磨耗性が改善された例を述べたが、本発明の構
成すなわち移動体が振動体との摩擦接触部分において少
なくとも２種類以上のそれぞれ異なった組成の摩擦摺動
材を組み合わして配置されるようにすることにより、前
述した超音波モータの様々な要求性能を満足させること
ができる。特に超音波モータの形状の変更や様々な性能
に適合した超音波モータを作成するするのに、本発明の
構成を用いると、非常に簡便にミクロな摩擦接触面の状
況を適合させることができる。

さらに、超音波モータにおいて耐出耗性を持たせるため
にはポリテトラフルオロエチレンなどの潤滑性を有する
材料が有効であるので、摩擦摺動材のうち少なくとも１
種類かこのような組成物からなるようにする。ここでは
ポリテトラフルオロエチレンについて具体的実施例を述
べたが、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、テトラフルオロエヂ
レンー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、クロロ
トリフルオロエチレン−エチレン共重合体などのフルオ
ロカーボン重合体も本発明に使用し同等の作用効果が得
られるものである。更に付は加えてフルオロカーボン重
合体以外の固体潤滑材として、二硫化モリブデン、黒鉛
、フッ化黒鉛なども用いることができる。

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、トルクも太き（
、モータ回転時に全く騒音がです、静止状態の移動体の
保持力が一定であることなどの性能を満足させうる実用
に提供しつる超音波モータを容易に実現できる。

【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視図、第３
図は、円環状の超音波モータの構成を示す斜視図、第４
図は円環状の摩擦接触部の上視図である。 １．１６・・・圧電体、２，１５・・・振動体、３，１
４・・・移動体、４．１１．１２・・・摩擦接触部、５
゜１３・・・動力伝達部、６．７．８・・・摩擦摺動材
、９・・・摩擦摺動材Ａ、１０・・・摩擦摺動材Ｂ代理
人の氏名　弁理士　中尾敏男　はが１名Ｎ２図 第３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、前記振動体との摩擦接触部分
   において少なくとも２種類以上のそれぞれ異なった組成
   の摩擦摺動材を組み合わして配置されたことを特徴とす
   る超音波モータ。
2. （２）摩擦摺動材が、少なくとも有機化合物を含む組成
   物からなるシート状成型体で構成され、その板厚が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）少なくとも２種類以上のそれぞれ異なった組成の
   摩擦摺動材のうち１種類が固体潤滑剤を含む組成物から
   なる特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
4. （４）固体潤滑剤がフルオロカーボン重合体である特許
   請求の範囲第２項記載の超音波モータ。