JPH0349573A - 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】 この発明は圧電振動子を利用した超音波モータに関する
ものである。

［従来の技術］ 第１４図および第１５図は、例えば特開昭６２−１　９
６０８７号公報に示された従来の超音波モータを示す図
で、第１４図は縦断面図、第１５図は動作原理説明図で
ある。

図中、（１１は一側がふた（２）で閉塞されたケース，
（３Ｊはケース（１１およびふた（２）に軸受（４）に
より支持され駆動力を外部に伝達する軸、（５）は軸（
３）と一体に形成された摺動体で、大きなトルクを要求
されるものについては、剛性、耐久性、加工性等を考慮
して通常金属が用いられる。

（６）はさらばね（７）によりふた（２）に支持された
取付台、（８）はジュラルミン、アルミニウム等で形成
された弾性振動体で、その一面には電界が与えられると
ひずみを生じるＢ．Ｔ，０，、ＰＺＴ等の圧電セラミッ
クからなる圧電振動子（９）が装着されており、その振
動がケース（ｌ）、ふた（２）等に伝達されないように
アブソーバ（１０）を介して取付台（６）に支持されて
いる。（１１）は摺動体（５）の円周部に固着され弾性
振動体（８）に加圧接触された摩擦材で、例えばＪＩＳ
Ｋ６３旧に規定されたスプリング式硬度Ａ形で９４以上
１００未満、かつＪＩＳＫ７２０２に規定されたロツク
ウェル硬度Ｒ形で４０以上１２０以下の硬度を持つゴム
、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂およびこれらの共重合体
や、２種以上の混合物からなっている。

従来の超音波モータは上記のように構成され、第１５図
に示すように、圧電振動子（９）によって弾性振動体（
８）に振動を与えると、弾性振動体（８）には弾性波（
ｌ３）が発生し、弾性振動体（８）表面の質点における
弾性波（ｌ３）は、図示のような縦振幅と横振幅を持つ
楕円運動（ｌ４）を行なっている。その伝搬方向を矢印
八方向であるとする。この弾性波（ｌ３）は１波長ごと
１こ頂点（ｌ５）を有しており、弾性振動体（８）に圧
力Ｐで加圧接触された摺動体（５）は弾性波（１３）の
頂点（ｌ５）だけで接触するから、楕円運動（ｌ４）に
より摩擦力を得て、矢印Ｂ方向、すなわち弾性波（！３
）の伝搬方向Ａと逆方向に移動する。

なお、このような動作原理を持つ超昔波モータでは、弾
性波（ｌ３）の伝搬効率を高めるため、弾性振動体（８
）に摺動体（５）を直接接触させて駆動力を得ようとす
ると、弾性波（ｌ３）の振動や摩擦力が騒音、熱等に変
わり、実用的でない。この騒音等をなくすために、防振
材を用いると、この防振材が弾性波（１３）の振動およ
び摩擦力を吸収してしまって、十分な駆動力を得ること
ができない。そこで、第１４図に示すように摩擦材（１
１）を用いて弾性振動体（８）と摺動体（５）とを千ａ
触させ、その硬度を適当な範囲にすることにより、トル
クが大きく、高速で、しかも摩擦音が小さく、耐久性に
優れた超音波モータとすることができる。

また、例えば特開昭６　１．　−　２　２　７　６　８
　０号公報に示されるような超音波リニアモータち提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の超音波モータでは、硬度が適当な範
囲に設定された摩擦材（１ｌ）を用いているため、トル
クおよび速度特性が向上し、摩擦音が低減する点では有
効であるが，超音波モータの主要な欠点と言われている
接触面の摩耗による寿命短縮に対してはまだ十分ではな
い。すなわち、トルク特性の向上による摩擦損失の低減
、材料選定等によりある程度の寿命改善は可能であるが
、市販のカタログ値の一例では寿命はＩ０００時間程度
となっている。寿命に関しては、弾性振動体（８）およ
び摺動体（５）の材料に左右される場合や、製造工程で
の搬送用として用いられる超音波リニアモー夕のように
、摺動部を被搬送物体の一部を共用し、一度搬送するだ
けで摺動部の寿命は無視できるような場合などもあり、
比較的安価な摺動体（５）は交換した方が有利である場
合もあり、状況によって考え方が異なっている。すなわ
ち、トルクおよび速度特性を向上させ、摩擦音を低減さ
せると共に、圧電振動子（９）を有する比較的高価な弾
性振動体（８）の寿命を向上させることは困難であると
いう問題点がある。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
、トルクおよび速度特性の向上、摩擦音の低減の機能を
保持し、かつ比較的高価な弾性振動体の寿命を向上でき
るようにした超音波モークを提供することを目的とする
。

［課題を解決するための千段］ この発明に係る超音波モータは、弾性振動体の摺動体の
表面に，合成樹脂材料からなり少なくとち摺動体との接
触面に上記材料よりち硬度の大きい物体の微粉末を混入
した摩擦材を被着したものである。

また、この発明の別の発明に係る超音波モータは、長川
形の閉ルーブ状に形成され互いに対向配置された２組の
弾性振動体の少なくとも直線状部分に上記摩擦材を被着
したものである。

［作　用］ この発明においては、弾性振動体の摺動体側の表面に硬
度が大きい物体の微粉末が混入された合成樹脂材料から
なる摩擦材を被着したため、弾性振動体は摩擦材の上記
混入微粉末を介して摺動体と接触する。

また、この発明の別の発明においては、互いに対向配置
された２組の長円形閉ループ状の弾性振動体に上記摩擦
材を被着したため、同様の作用を有する。

［実施例］ 第１図〜第４図はこの発明の一実施例を示す図で、第１
図は全体分解図１第２図は摩擦材の縦断面図、第３図は
圧電振動子の分極配置図、第４図は動作原理説明図であ
り、従来装置と同様の部分は同一符号で示す。

図中、（２ｌ）は弾性振動体（８）の摺動体（５）側表
面に接着またはコーティングにより被着された摩擦材で
、従来の摩擦材（ｌ１）と同様の合成樹脂材料からなる
主材（２１ａｌ　に、アルミナ、ダイヤモンド、金属お
よびその化合物、カーボン等、主材（２１ａ）に比べて
硬度の大きい物体の微粉末からなる充てん材（２ｌｂ＋
が一定の割合で混合されている。摩擦材（２ｌ）の表面
は、その製造直後からまたは運動経過後、充てん材ｆ２
１ｂ）が突出した状態となり、摺動体（５）とはこの充
てん材ｆ２１ｂｌが主体的に接触している。

上記のように構成された超音波モータにおいて、圧電振
動子（９）の下面は、第３図に示すように、分極方向が
■ｅ■ｅ・・・・・と、騒ん（んは主波長）で隣接する
交互に逆向きに空間的に配置された２組の分極部と、こ
の間に設けられた％んおよびＭＬの未分極部ｆ９ａ）　
［９ｂ）から構成されている。この圧電振動子（９）の
各組合せごとに、互いに時間的に９０゜位相差のある電
界を印加させると、その位相差の進みおよび遅れに対応
して、第４図に示すように、速度んｆ　　（ｆは電源周
波数）、波長尤の弾性波（１３）が弾性振動体（８）に
生じる。弾性振動体（８）と摺動体（５）とは、それら
の間に介在する摩擦材（２ｌ）の頂点（ｌ５）で接触し
、第１５図で既述したような原理で、弾性波（ｌ３）の
伝搬方向Ａと逆方向Ｂに移動する力を生じる。

摩擦材（２ｌ）は弾性振動体（８）の表面に被着され、
充てん材（２ｌｂ）が突出しているため、主材（２１ａ
）によるトルクおよび速度特性の向上や摩擦音の低減と
共に、充てん材ｆ２１ｂｌ　により、耐摩耗性は飛躍的
に向上して、弾性振動体（８）の寿命は向上する。弾性
振動体（８）と摺動体（５）との耐摩耗性については、
両者の材質に左右されるが、摺動体（５）として一般的
によく使用されるジュラルミン、アルミニウム等の金属
の場合では、摺動体（５）の方が摩耗しやすいが、構造
が簡単で、比較的安価のため、寿命が来れば交換するこ
となども考えられる。

また、充てん材＋２１ｂｉの材質によっては、摩擦材（
２ｌ）の摩耗がなお問題となる場合があるが、この場合
は摩擦材（２ｌ）を粘着テープ状にして粘着し、摩擦材
（２ｌ）だけを交換することも可能である。

第５図〜第７図はこの発明の他の実施例を示す図で，リ
ニアモー夕に適用した例であり、第５図は斜視図、第６
図は第５図のＶｌ　−　ＶＴ線断面図、第７図は圧電振
動子の配置および分極配置図である。

図中、（２５）は長円形の閉ループを形成する弾性振動
体で、その直線部に第３図で示した２組の相に対応する
圧電振動体（２６Ａ）　［２６Ｂ）が設けられている。

圧電振動体（２６Ａ）　（２６Ｂ＋は第７図に示すよう
に、弾性振動体（２５）の二つの直線部のそれぞれに、
Ａ相（２５Ａ）およびＢ相（２５Ｂ）の２組に分かれて
職波長（尤八）の位相差で配置され、それぞれの相は凡
／２間隔で＋、一交互に接合されている。

（２７）は移動体で、その摺動部（２７ａ）における摩
擦力により弾性振動体（２５）に沿って移動する。そし
て、弾性振動体（２５）の少なくとも移動体（２７）を
駆動させる部分の表面に、摩擦材（２ｌ）が被着されて
いる。

摩擦材（２１）を波着することにより、弾性振動体（２
５）の寿命を向上することは既述のとおりである。この
実施例では、移動体（２７）が流れ作業の中の搬送用等
に用いられる場合には、繰り返して使用されないので、
移動体（２７）の摩耗には寿命を考慮する必要がなく、
望ましいものとなる。

第８図および第９図もこの発明の他の実施例を示す回転
形超音波モータの要部分解斜視図で、弾性振動体（８）
の摺動体（５）側を＜　Ｌ　ｍ　（８ａ）状に形成した
ものに適用した例である。

すなわち、弾性振動体（８）にくし歯（８ａ）を設けて
振幅を拡大することは公知であり、第８図はくし歯（８
ａ）のない場合と同様の摩擦材（２１）を、くし歯（８
ａ）の上面に接着させたものであり，第９図はくし歯（
８ａ）の部分だけに摩擦材（２１）を付着させたもので
ある。

このようにして、弾性振動体（８）の表面の形状にかか
わらず適用可能であり、くし歯（８ａ）の追加等に伴う
高価な弾性振動体（８）を高寿命とし、安価な摺動体（
５）部分だけを交換するような場合，摺動体（５）が既
製のもので、表面に摩擦材（２ｌ）を接着できないよう
な場合等の特殊な用途には、特に有効である。

第１０図〜第１２図はこの発明の別の発明の一実施例を
示す図で、第ｌＯ図は一部破断乎面図、第１１図は正面
図、第１２図は側面図である。

図中．　（２５Ａ）　（２５Ｂ）は互いに対向配置され
た長円形閉ループ状の弾性振動体で、その直線部の外面
には第７図に示したように、２組の相に対応する圧電振
動体＋２６Ａ）　＋２６Ｂ＋および圧電振動体（２６Ｃ
）（２６Ｄ）が装着され、内面には摩擦材（２１Ａ）　
（２１Ｂ）が被着され，移動体（２７）の両面の摺動部
を挟持している。また、弾性振動体（２５Ａ）　ｆ２５
Ｂ）は間隔片（３１）を介してボルト（３２）およびナ
ット（３３）で互いに締結されている。（３４Ａ）　（
３４Ｂ＋は弾性振動体ｆ２５Ａ）（２５８＋　にループ
状の溝により薄手に形成され弾性振動体［２５Ａ）　（
２５Ｂ）の主体部に振動が伝達されないようにした弾性
支持部である。

このような構成により、移動体（２７）の両面から駆動
力を得ることが可能となる。

第１３図は第１０図〜第１２図の転用例を示す構成図で
、ワイヤ放電加工機等の金属の細いワイヤ（４１）を両
側から挟み込んで、ワイヤ（４ｌ）に一定の張力を与え
ながら一定の速度で駆動するものである。

ワイヤ（４ｌ）はワイヤボビン（４２）からローラ（４
３Ａ）〜（４３Ｃ）を介して連続的に供給され、ここで
は省略しているが、ワーク（４４）とワイヤ（４ｌ）の
間の放電現象を利用してワーク（４４）を加工する。

このワイヤ（４ｌ）はローラ（４３Ａ）　ｆ４３Ｂ）の
間において２一定の張力および一定の速度に保つ必要が
あり、２組の超音波リニアモータ（４５Ａ）　（４５Ｂ
）の張力制御により実現する場合を示している．この場
合、移動体はワイヤ（４ｌ）であり、第１０図〜第１２
図の場合と異なり、摩擦材（２１Ａ）　（２１Ｂ１の長
さに比べて充分長く、かつ移動体側の摩擦部分は順次新
しくなるため、寿命については特別な配慮は不要であり
、弾性振動体側だけ寿命を考慮すればよく、この発明の
摩擦材（２１Ａ）　（２１Ｂ）を用いることは特に有効
である。

また，第５図〜第７図および第１０図〜第１３図に示し
た超音波リニアモー夕の弾性振動体（２５）（２５Ａ）
　（２５Ｂｌの表面の少なくとも直線部分に、第８図お
よび第９図に示すようなくし歯（８ａ）を形成したもの
にも、同様に摩擦材（２１）を被着させ得ることは説明
するまでもない。

［発明の効果１ 以上説明したとおりこの発明では、弾性振動体の摺動体
側の表面に、硬度が大きい物質の微粉末が混入された合
成樹脂材料からなる摩擦材を波着したので、トルクおよ
び速度特性の向上および摩擦音の低減の機能を保持し、
かつ弾性振動体の寿命を向上することができる効果があ
る。

また、この発明の別の発明では、互いに対向配置された
２組の長円形閉ループ状の弾性振動体に上記摩擦材を被
着させたので、上記と同様の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明による超音波モータの一実施
例を示す図で、第１図は全体分解図、第２図は摩擦材の
縦断面図、第３図は圧電振動子の分極配置図、第４図は
動作原理説明図、第５図〜第７図はこの発明の他の実施
例を示す図で、第５図は斜視図、第６図は第５図のＶＩ
　−　Ｖｌ線断面図、第７図は圧電振動子の配置および
分極配置図、第８図および第９図もこの発明の他の実施
例を示す要部分解斜視図、第１０図〜第１３図はこの発
明の別の発明の実施例を示す図で、第ｌＯ図は一部破断
乎面図、第１１図は正面図、第１２図は側面図、第ｌ３
図は第１０図〜第ｌ２図の転用例を示す構成図，第ｌ４
図および第１５図は従来の超音波モータを示す図で、第
ｌ４図は縦断面図、第１５図は動作原理説明図である。 図中、（５）は摺動体、（７）はさらばね、（８）は弾
性振動体、（９）は圧電振動子、（２１）　（２１Ａ）
　ｆ２１Ｂ）は摩擦材、（２１ａ）は主材、（２］ｂ）
は充てん材、ｐ （２５１　（２５Ａ）　（２５Ｂｌは弾性振動体、（２
６Ａｌ〜（２６守）は圧電振動子、（２７）は移動体、
（２７ａ）は摺動部である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子が装着された弾性振動体に、回転また
   は移動自在に保持された摺動体を加圧接触させ、上記圧
   電振動子に通電してその表面に弾性波を誘起させ上記摺
   動体に駆動力を与えるものにおいて、上記弾性振動体の
   上記摺動体側の表面に合成樹脂材料からなり少なくとも
   上記摺動体との接触面に上記材料よりも硬度の大きい物
   体の微粉末を混入した摩擦材を被着したことを特徴とす
   る超音波モータ。
2. （２）長円形の閉ループ状に形成されその一面に圧電振
   動子が装着され他面が互いに対向する２組の弾性振動体
   を配置し、この弾性振動体の対向面間に移動自在に保持
   された摺動体を挟持させ、上記圧電振動子に通電してそ
   の表面に弾性波を誘起させ上記摺動体に駆動力を与える
   ものにおいて、上記弾性振動体対向面の少なくとも直線
   状部分に合成樹脂材料からなり少なくとも上記摺動体と
   の接触面に上記材料よりも硬度の大きい物体の微粉末を
   混入した摩擦材を被着したことを特徴とする超音波モー
   タ。