JPH0332375A - 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（主　圧電体等による超音波振動によって駆動さ
れる超音波モータに関する。

従来の技術 超音波モータの一例として、圧電体により進行波を発生
ずる振動体と動体とを加圧接触した構成のものがあり、
加圧接触状態での振動体と動体との摩擦力を介して、動
体が駆動される。従って、振動体と動体との摩擦接触状
態力（このような構成の超音波モータの出力、効冷、信
頼性などの緒特性を決定ずける極めて重要な要因の一つ
となる。

従来の超音波モータ（淑　振動体と動体との間の摩擦接
触面の摩耗を減少さ一１敷　　かっ大きなモータ出力を
得るために、比較的摩擦係数の大きな摩擦祠を介在さ氾
る方法かとられ　種々の１２料が検削されている。この
ような利ｑとして（戴　例えば硬質ゴムや各種充愼材を
添加した強化プラスチックよりなる摩擦利が提案されて
いる。

発明が解決しようとする課題 振動体と動体とが加圧接触した状態での摩擦力を利用し
た超音波モータにおいて、振動体によるミクロンオーダ
ーの振幅を効率よく動体表面に伝達するために（よ　摩
擦祠表面はこの振幅を力１曳衰させないように　高弾性
率の素祠で構成する必要がある。しかし　摩擦材を高弾
性率の素材で構成すると、振動体と動体とを均一な圧力
で加圧接触させ、なおかつミクロンオーダーの振幅に追
従させるために（飄　振動体表面及び摩擦側表面を超精
密加工する必要があっ九 振動体表面及び摩擦側表面の加工精度が悪い場合に（よ
　均一な圧力で加圧接触しないため、モタを駆動させた
際に振動体による振幅を効率よく伝達できなく、モータ
効率が低下したり、経時的にモータの回転数が変動する
など安定したモータ特性が得られないという課題があっ
た さらに　実用上の問題として、摩擦接触状態が不均一に
なることにより、モータを駆動させた際に騒音を発生す
るという課題もあった 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、振動体表面
及び摩擦材表面の超精密加工を必要とせず　均一な加圧
接触状態が得られしかも、安定したモータ特住を維持し
　信頼性の高い無騒音の超音波モ　タを提供することを
目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明ば　ルミ体により進行波を発生ずる振動体と動体
とか加圧接触し　振動体と動体との間に働く摩擦力を介
して、前記進行波により動体を駆動する超音波モータに
おいて、前記振動体と動体との間１．ヘ　　摩擦接触表
面の空隙率が最も少なく、厚み方向に対してｌ）１部に
なるほど空隙率が多くなる多層構造を有する複合プラス
チックを介在させた構成とする。

作用 上記のように摩擦材を空隙率を変化させた多層構造とす
ることにより、摩擦材に摩擦材表面または振動体表面の
Ｉ！！１１　＋！１．＋やうねりを吸収する効果を持た
せることができ、従って、振動体表面及び摩擦材表面の
超精密加工を必要とせず　均一な加圧接触状態を得るこ
とができる。

また　振動体と動体との均一な加圧接触状態が保てるた
べ　均一な摩擦接触状態が得られ　モタを駆動させても
騒音が発生せ水　安定したモタ特性か得られる。

さらに　摩擦利として強化繊維と樹脂あるいは多孔質セ
ラミックと樹脂との複合化による複合プラスチックを用
いることにより、長時間駆動後も摩擦利の摩耗を著しく
少なくすることができる。

実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。

本発明の超音波モータの一実施例の主要構成部の断面図
を図１に示′？ｌ′ｏ　　ここで、　■は振動体であり
、この振動体ｌの下面に圧電体（図示省路）か接着固定
されている。さらに　２は動体であり、本発明が特徴と
するごとく、　この動体２と振動体ｌとの間の動体２の
表面に（友　振動体１との摩擦接触表面の空隙率が最も
少なく、厚み方向に刻して内部になるほど空隙率が多く
なる多層構造を有する複合プラスチック３を介在させて
いる。

次に　本発明を具体的実施例によって、更に詳しく説明
する。

なお、以下説明する本実施例において（友　振動体１と
動体２との間に多層構造を有する複合プラスチック３を
介在させる方法としては　便宜上動体２の表面に多層構
造を有する複合プラスチック３を接着固定したものを、
スプリング圧により振動体１に押しつける方法を用いた
力丈　この方法に限定されるものではな賎　　また　振
動体１の材質としてはステンレス材を用いた力支　これ
に限定されるものではなく、振動体１の材質は圧電体の
振動を吸収せ去　効率よく振動を励振できる材料であれ
ばよ式 ％式％） 芳香族ポリアミド繊維のパルプ形態のものと、ポリテト
ラフルオロエヂレン粉末とを水中で均一に分散させスラ
リー状とし　このスラリーを金網上に導き脱水して湿紙
を得ｆ、　　次にこの湿紙を乾燥（気　金型内で予備加
熱圧縮１友形して、空＋ｒｓｒｒ率か５％のシー］・状
予備成形物を得ｆラ　　さらにこのシト状予備成形物を
金型内にいれ　この上に乾燥した湿紙を積層し　前記圧
力よりも低圧で加熱圧縮成形することにより、表面部が
空隙率５％であり、内部が空隙率３０％である厚み１ｍ
ｍのント状成形物を得１１　　な払　シー１・状戊形物
の空隙率（よ　芳香族ポリアミド繊維とポリテトラフル
オロエチレン粉末との混合比あるいは加熱圧縮成形の際
の圧縮圧の制御により調整が可能である。

上記のようにして得られた複合プラスチック製のシート
を超音波モータ用摩擦制として使用する際に（友　モー
タの動体部に接着固定した後、表面部を表面研磨し　こ
の表面層と内部層とで、空１ｔｊｊｌ率が異なることに
より、二層構造を有する摩擦利４を、第２図に示すよ・
うに　４　ｋｇｆのスプリング（図示省略）を用いて、
下面に圧電体７を接着した振動体６と動体５との間に圧
着して、直径４０ｍｍの円板型超音波モータを作製した この超音波モータを駆動させたとこム　騒音の発生はな
く、　１．　２　　ｋｇｆ−ｃｍの起動トルクと５０Ｏ
ｒｐｍの無負荷回転数が得られ　モータ効率の最大点で
は４５％の効率を示しへ また　同転方向とは逆方向に０．　４　　ｋｇｆ−ｃｍ
の負荷をかけ、３００　ｒｐｍの回転数で駆動させたと
こム　経時的な回転数の低下も認められず１０００時間
後も安定ｊ７たモータ特性を示し池さらに　１０００時
間駆動後の摩擦材の摩耗減少厚みを測定したとこム　２
４μｍと非常に少なく、　１０００時間駆動後も起動ｌ
・ル久　無負荷回転数共に初期とほとんど変化かなく、
安定したモタ特性を維持していた 比較のため、芳香族ポリアミド繊維のパルプ形態のもの
とポリテトラフルオロエチレン粉末よりなる空隙率５％
以下で、厚み］、ｍｍのシート状戊形物を作製し　これ
を摩擦拐として使用し　実施例１と同様にして、摩擦Ｘ
Ａを表面研磨後、円板型超音波モータを作製し駆動させ
たとこ＆　騒音が発生し　起動トルク、無負荷回転数共
に実施例１と比較して小さな値を示したと同時に　３２
％のモータ効率しか得られなかっへ　さらに　長時間駆
動させた際にｉ上　　起動トル久　無負荷同転数共に初
期との変化幅爪　実施例１に比べて大きく、安定したモ
ータ特性は得られなかった 上記の原因として（よ　摩擦制が摩擦制表面または振動
体表面の凹８やうねりを吸収しきれづ；　均一な摩擦接
触状態を維持できないことに起因するものと考えられる
。

（実施例２） 芳香族ポリアミド繊維のパルプ形態のものと、ポリテト
ラフルオロエチレン粉末とを水中で均に分散させスラリ
ー状とし　このスラリーを金網上に導き脱水して湿紙を
得ｔラ　　次にこの湿紙を乾燥後、金型内で予備加熱圧
縮成形して、空隙率が５％のシート状予ＩＪｌｉｉ戒形
物を得九　このシー　［・状予備成形物を金型内にいれ
　この」二に乾燥した湿紙を積層し　前記圧力よりも低
圧で加熱圧縮１−ａ形する手順を繰り返すことにより、
表面層か空隙率５米　内部層が空隙率１５米　外部層が
空隙率３５％である厚み１゜　２ｍｍのシート状戊形物
を得−〇− ）３　　な抵　シート状戊形物の空隙率は　芳香族ポリ
アミド繊維とポリテトラフルオロエチレン粉末との混合
比あるいは加熱圧縮成形の際の圧縮圧の制御により調整
が可能である。

」１記のようにして得られた複合プラスチック製のシー
トを超音波モータ用摩擦材として使用する際に（よ　モ
ータの動体部に接着固定した後、表面部を表面研磨し　
この摩擦材の厚み方向に空隙率が異なることにより、三
層構造を有する摩擦利４を、第２図に示ずようｉＱ］５
ｋｇｆのスプリング（図示省略）を用いて、下面に圧電
体７を接着した振動体６と動体５との間に圧着して、直
径８０ｍｍの円板型超音波モータを作製しノラこの超音
波モータを駆動させたとこ＆　騒音の発生はなく、　６
．　５　　ｋｇｆ−ｃｍの起動トルクと１００　ｒｐｍ
の無負荷回転数が得られ　モータ効率の最大点では３５
％の効率を示した また　回転方向とは逆方向に３．　　Ｏｋｇｆ−Ｃｍの
負荷をかけ、　５０　ｒｐｍの回転数で駆動させたとこ
ろ、経時的な回転数の低下も認められず１００００− 時間後も安定したモータ特性を示し起 さらに　１０００時間駆動後の摩擦拐の摩耗減少厚みを
測定したとこ７）、　２９μｍと非常に少なく、　１０
００時間駆動後も起動トル久　無負荷回転数共に初期と
ほとんど変化がなく、安定（７たモタ特性を維持してい
た 比較のため、芳香族ポリアミド繊維のパルジノ１つ態の
ものと、ポリテトラフルオロエヂレン粉宋よりなる空隙
率５％以下で、厚みｌ　ｒｎ　ｍのシート状戊形物を作
製し　これを摩擦利として使用Ｌ　実施例２と同様にし
て、摩擦月を表面研磨後、円板型超音波モータを作製し
７駆動させたところ、騒ｆ１が発生し　起動トル久　無
負荷同転数共に実施例２と比較して小さな値を示したと
同時に　２５％のモ　タ効率しか得られなかっ）３　　
まノス　　長時間駆動させた際には　起動トル久　無負
荷回転数共に初期との変化幅バ　実施例２に比べて大き
く、安定したモータ特性は得られなかっノラさらに　−
Ｌ記比較例におけるモータの騒音発生状態（よ　直径４
．０ｍｍのモータと比較して太きか１ っ起　これ（よ　直径８０ｍｍのモータにおいて（上直
径４０ｍｍのモータに比べて振動体と動体との接触面積
が」曽加し、さらに人出１化のため振動体と動体との加
Ｌ１三力が増加したぶんだけ振動体と動体との摩擦接触
状態の不均一性が１曽大したものと考えられる。つまり
、実施例２に示したように大出力用モータにおいて（上
　摩擦＋４の表面層と外部層との空隙率の差を小出力用
モータにおける空隙率の差以上に適度に異ならせること
１丈　騒音に対してより効果的であった 従って、摩擦材中の空隙率の調整１エ　振動体と動体と
の接触面積あるいは振動体と動体との加圧力に応じて、
任意に設定することか可能である。

な叔　上記ニーつの実施例において（よ　複合プラスチ
ック中の強化組紺として、分香族ポリアミド繊維を用い
た１上　これに限定されるものではなく、セラミック織
縁　炭素繊組などの無機繊細あるいは２００℃以１−４
の耐熱性を存するイｆ機繊維を用いることができる。ま
／！　無機繊組と而・］熱性有機繊矧−を一緒に用いた
ものであってもよいことはいう２ までもなく、無機組紐゛と耐熱性有機繊組とを組み合わ
せることも任意である。

（実施例３） 気孔率４０％を有するβ形炭化ケイ素焼イ：！１体の気
孔部にポリイミド樹脂を含浸ｉ龜　　この複合体と上記
β形炭化ケイ素焼結体とを貼合わすことにより、表面部
が空隙率２％以下であり、内部が牢１ｔ５１率４０％で
あるシートを得た 上記のようにして得られた複合プラスチック製のシ　ト
を超音波モータ用摩擦刊として使用する際に（上　モー
タの動体部に接着固定した１龜　表面部を表面研磨し　
この表面層と内部層と°巴　空間率が５“Ｃなることに
より、二層構造を有する摩擦＋ａ４を、第２図に示すよ
うに　５０ｋｇｆのスプリング（図示省略）を用いて、
１１１１１に圧電体７を接着（７た振動体６と動体５と
の間に用名−１７で、＋、ｔＩｉ径１００　ｍ　ｍの円
板型超音波モ　タを作製しソ嶌この超音波モータを駆動
させたとこへ　騒笥の発生はなく、　２０　ｋｇｆ−ｃ
１１＋の起動トルクと８０１’ｒ）ｍの無負荷同転数か
帽られ　モータ効率の最大点３− では３０％の効率を示しノラ また　回転方向と（Ｊ逆方向に１０　ｋｇｆ−ｃｍの負
荷をかげ、　４０ｒｐｍの回転数で駆動させたところ、
経時的な回転数の低下も認められず■０００時間後も安
定したモータ特性を示した さらに　１０００時間駆動後の摩擦伺の摩耗減少厚みを
測定したとこム　１２μｍと非常に少なく、　］、　Ｏ
Ｏ０時間駆動後も起動トル久　無負荷回転数共に初期と
ほとんど変化がなく、安定１．たモタ特性を維持してい
た 比較のた△　芳香族ポリアミド繊維のパルプ形態のもと
ボリテトラフルオロエヂレン粉末よりなる空隙率５％以
下である、厚み１ｍｍのシート状戊形物を作製し　これ
を摩擦材として使用し　実施例３と同様にして、摩擦利
を表面研磨後、円板型超音波モータを作製１．駆動させ
たところ、騒音が発生し　起動トル久　無負荷同転数共
に実施例３と比較］７て小ざな値を示したと同時に　２
０％のモータ効率しか得られなかっフラ　　さら（へ　
このモ　タをモータ停止り状態で長時間放置１気　再起
動４ させた際に（戴　モータが再起動せず日ツクした状態に
なることかあり、実用上問題となっ／らこれに幻じ　本
実施例３のモータを同様に長時間放置１．た場合に（よ
　この様なモータロック現象は起こらなかった　上記の
原因として（ｉ　　大きなモータ出力を取り出すために
　モータの加圧力を５０　ｋｇｆと大きくした際に（よ
　摩擦拐が弾性変形を起こし再起動性に悪影響を及ばず
ものと老λられる。上記観点より、摩擦ヰ２として多孔
質セラミックと樹脂との複合化による複合プラスチック
を用いることにより、大出力の超音波モータの実現が可
能となることが明かになった な扛　上記実施例においては　複合プラスチック中の多
孔質セラミックと１７で、β形炭化ケイ素を用いた１交
　これに限定されるものではなく、また樹脂としてもポ
リイミド樹脂に限定されるものではなく、セラミックの
気孔部に含浸可能な而・１無性間服　例えばポリアミド
イミド樹脂　ビスマレイミド・トリアジン樹脂などを用
いることかできる。

５− 以上説明してきたよう（へ　上記実施例は円板型超音波
モータに関しての実施例であった１丈　本発明の構成を
図３に示すような円環型超音波モータに適用しても同等
の効果か得られる。

発明の効果 本発明の超音波モータ（よ　振動体と動体との間に　摩
擦表面の空隙率が最も少なく、厚み方向に対して内部に
なるほど空隙率が多くなる多層構造を有する複合プラス
チックを介在させたため、摩擦材表面または振動体表面
の凹凸やうねりを吸収することかでき、　しかも振動体
と動体との均一な摩擦接触状態が得られると同時に　長
時間駆動させても摩擦４Ａの摩耗量は著しく少ないため
、振動体表面及び摩擦祠表面の超精密加工を必要とせづ
−均一な加圧接触状態が得られ　しかも安定したモタｆ
口性を維］−１」し　信頼性の−４５い無騒音の超音波
モータを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（よ　本発明の一実施例における超音波モタの主
要構成部の断面＠　第２図（よ　同実施例６− における円板型超音波モータの主要構成部を一部断面で
示した分解斜視阻　第３図は本発明の他の実施例におけ
る円環型超音波モータの主要構成部を一部断面で示した
分解斜視図である。 １．６．１０・・・・・・振動体 ２、　５．　９・・・・・・動体 ３・・・・多層構造複合ブラスチツ久

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体により進行波を発生する振動体と動体とが
   加圧接触し、振動体と動体との間に働く摩擦力を介して
   、前記進行波により前記動体を駆動する超音波モータに
   おいて、前記振動体と前記動体との間に、摩擦接触表面
   の空隙率が最も少なく、厚み方向に対して内部になるほ
   ど空隙率が多くなる多層構造を有する複合プラスチック
   を介在させたことを特徴とする超音波モータ。
2. （２）多層構造を有する複合プラスチックが強化繊維と
   樹脂との複合化により構成され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）多層構造を有する複合プラスチックが多孔質セラ
   ミックと樹脂との複合化により構成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。