JPH0654565A

JPH0654565A - 超音波モータ用摩擦材料

Info

Publication number: JPH0654565A
Application number: JP4221954A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Kawai; 泰明河合; Ookazu Asai; 鉅和浅井; Kiyoshi Kato; 清加藤; Yoshio Shimura; 好男志村; Noboru Handa; 昇半田; Takashi Fukui; 孝福井
Original assignee: Asmo Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Asmo Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】摩擦特性および耐熱性に優れ、トルクの変動
ならびに、可聴音の発生が少ない超音波モータ用摩擦材
料を提供する【構成】超音波モータの互いに摩擦接触する振動体と
移動体の少なくともいずれかの、相手材と摩擦接触する
表面部を構成する摩擦材料であって、フェノールアラル
キルレジンにポリブチレンテレフタレートおよび／また
はポリテトラフルオロエチレンを配合してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータの振動体
または移動体のうちの少なくともいずれかの、相手材と
摩擦接触する表面部を構成する超音波モータ用摩擦材料
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気エネルギーを機械エネルギーの超音
波振動に変換し、回転力を取り出すものとして超音波モ
ータがある。超音波モータは、静粛、低速回転で高トル
クが得られることにより各種の分野への応用が検討され
ている。

【０００３】この超音波モータは、弾性材料からなる円
板状の弾性体と、該弾性体の表面に付着させてなる円板
状の圧電素子とからなる振動体と、該振動体の駆動力伝
達部位に加圧接触させてなる移動体とからなるものであ
る。圧電素子に高周波電圧を印加すると、振動体に機械
的な振動が発生し、それとともに進行波が生じ、振動体
と移動体との摩擦力により移動体へ運動エネルギーが伝
播され、その結果モータ出力が取り出せる。

【０００４】従来、振動体を構成する弾性体の材料とし
て鋼、ジュラルミン、チタン合金等の金属が使用され、
また移動体の材料として銅、アルミニウム合金等の弾性
体の材料よりも硬度の低い金属が使用されている。この
ように、振動体と移動体との摩擦接触部位が金属同志の
場合においては、摩擦接触面を超精密加工する必要があ
る。また、金属同志の摩擦接触のため可聴音の発生があ
り、さらに相手材を摩耗させるため長時間安定にモータ
性能を維持するのが困難である。

【０００５】前記の問題を解決し、かつ、製造の容易性
ならびにコスト低減等の観点から、近年、振動体または
移動体の相手と摩擦接触する表面部には、高分子複合材
料の層を設けることが一般に行われている。

【０００６】該高分子複合材料は、ポリスチレン、ポリ
アミドイミド、フェノール樹脂等の樹脂成分と、シリ
カ、タルク等の充填材とを主成分とし、さらにガラス繊
維、炭素繊維等の繊維を配合したものである。

【０００７】ところで、前記の振動体または移動体の表
面部の層を構成する摩擦材料としては、以下のような摩
擦特性および耐熱性が必要である。

【０００８】超音波モータの出力を取り出す基本構成
は、上述したように振動による回転力を摩擦によってい
るため、超音波モータからトルク（回転力）を取り出す
場合、摩擦力が大きいことが必要条件となる。材料の摩
擦特性としては、垂直荷重（Ｗ）に対する摩擦力の比例
係数（摩擦係数μ）が指標とされ、垂直荷重を一定にし
た場合、摩擦係数が大きいことが望まれる。この摩擦係
数は、温度に依存しており、高分子複合材料の場合に
は、一般に温度が上昇すると摩擦係数は低下する。一
方、摩擦係数が０．３以上と高い場合には、普通摩擦係
数自体が不安定になる。従って、モータ駆動による摩擦
接触の際に高摩擦係数領域においても摩擦係数が安定
で、温度が上昇しても摩擦係数が低下しない材料が、摩
擦材料に適している。また、摩擦材料それ自身および相
手材の摩耗が大きくなると発生した摩耗粉が摩擦接触状
態に悪影響を及ぼし、モータの出力（回転数、トルク）
が不安定となるとともに摩擦面を傷つけるため、耐摩耗
性に優れ、相手材を摩耗させること（アブレーシブ性）
が少ないことも摩擦材に要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高分子複合材料を利用した摩擦材料は、低負荷駆動時に
は良好なモータ性能を維持し得るものでも、特に、高負
荷駆動時には、ポリスチレンやポリアミドイミド等の熱
可塑性樹脂成分が、摩擦熱により軟化し、摩擦係数の変
化が大きくなり、トルク変動が起こりやすいという問題
がある。また、耐熱性が比較的良好で、硬い、フエノー
ル樹脂等の熱硬化性樹脂基複合材料を用いた場合は、摩
擦係数が大きく、熱安定性は高いが、摩擦力の変化幅が
大きくなり易いのでトルクの変動、可聴音が発生し易い
という問題点を有する。

【００１０】本発明は、従来技術の問題点に鑑みなされ
たものであり、特に、高負荷駆動時にトルクの変動なら
びに、可聴音を発生することのない超音波モータ用摩擦
材料を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波モータ
の互いに摩擦接触する振動体と移動体の少なくともいず
れかの、相手材と摩擦接触する表面部を構成する摩擦材
料であって、フェノールアラルキルレジンにポリブチレ
ンテレフタレートおよび／またはポリテトラフルオロエ
チレンを配合してなることを特徴とする超音波モータ用
摩擦材料に関するものである。

【００１２】

【作用】本発明の摩擦材料で用いるフェノールアラルキ
ルレジンは、３次元網目構造を有する熱硬化性樹脂であ
り、熱をかけても軟化、流動しない耐熱性および長期熱
安定性に優れたものである。このフェノールアラルキル
レジンを含む摩擦材料は、従来のフェノール樹脂等を含
有する摩擦材料より約３０〜５０℃耐熱性が向上し、温
度上昇によっても長期熱安定性に良好なため、摩擦材料
の摩擦係数の低下を防ぐ、さらに、フェノールアラルキ
ルレジンは、他の樹脂に比べて硬さ等の機械的強度が大
きいため、該フェノールアラルキルレジンを含む摩擦材
料は、耐摩耗性に優れたものとなる。また、フェノール
アラルキルレジンに配合するポリブチレンテレフタレー
トおよびポリテトラフルオロエチレンは、高負荷駆動時
におけるトルクの変動ならびに、可聴音の発生を低減す
る。該ポリブチレンテレフタレートおよびポリテトラフ
ルオロエチレンの配合によってトルクの変動ならびに、
可聴音の発生を低減することができる理由は今のところ
明確ではないが、次のようであると推定される。

【００１３】ポリブチレンテレフタレートおよびポリテ
トラフルオロエチレンを配合することによって、フェノ
ールアラルキルレジンの硬度を低くし延性を向上するこ
とができる。そのため、同じ荷重でも接触面積を大きく
できるので摩擦力が高くなる。また、延性が改善される
ため、ダンピング特性が良好になる。その結果、モータ
の高負荷駆動時の不要な振動を低減でき、可聴音の発生
を抑えることが可能となり安定した駆動が行え、トルク
変動も少なくなる。

【００１４】

【発明の効果】本発明の超音波モータ用摩擦材料は、フ
ェノールアラルキルレジンにポリブチレンテレフタレー
トおよび／またはポリテトラフルオロエチレンが配合さ
れているので、特に、高負荷駆動時にトルクの変動なら
びに、可聴音の発生を低減することができる。

【００１５】

【実施例】（第１具体例）本第１具体例は、前記本発明
の超音波モータ用摩擦材料をより具体化したものであ
る。

【００１６】前記超音波モータ用摩擦材料に含有される
フェノールアラルキルレジンは、一般に熱硬化性樹脂に
分類され、３次元網目構造を有するものであり、耐熱性
が高く、熱をかけても軟化、流動しない物質である。市
販品としては、例えば、化１に示すような三井東圧化学
製商品名「プレポリマーミレックスＸＬ−２２５」等が
ある。

【００１７】

【化１】

【００１８】また、本具体例の摩擦材料は、上記フェノ
ールアラルキルレジンにポリブチレンテレフタレートお
よび／またはポリテトラフルオロエチレンが配合されて
なる。該ポリブチレンテレフタレートおよびポリテトラ
フルオロエチレンは、いずれも熱可塑性樹脂に分類さ
れ、化学式はそれぞれ化２および化３で表され、連続使
用温度が１５０℃以上のものである。これらは、フェノ
ールアラルキルレジンと配合した場合に、適度に軟質な
摩擦材料を構成し易く、摩擦の安定に有効である。

【００１９】

【化２】

【００２０】

【化３】

【００２１】本具体例の摩擦材料は、前記ポリブチレン
テレフタレート等以外に、耐摩耗性を向上させる必要が
ある場合には黒鉛やＭｏＳ₂等の固体潤滑材等を配合し
てもよい。また、耐熱性と摩擦特性を向上させたい場合
には、例えば、芳香族ポリエステルであるポリアリレー
ト等の耐熱性樹脂を配合してもよい。

【００２２】さらに、強度向上のために、炭素繊維、ア
ラミド繊維、ガラス繊維等の繊維を分散配合させてもよ
い。その中でも、炭素繊維は、低摩耗特性、充分な熱伝
導度、高い繊維強度、および低い密度より強度向上に適
している。

【００２３】本具体例の摩擦材料を超音波モータの摩擦
材料として使用する場合の最適厚さとしては、０．１〜
０．５ｍｍの範囲内が望ましい。厚さが０．１ｍｍ未満
では、可聴音が発生し易くなるとともに研摩仕上げ等の
表面仕上げが困難となる。また、０．５ｍｍより厚いと
吸振性が大きくなり、モータ出力が低下する。

【００２４】本具体例の摩擦材料を製造する方法として
は、以下の方法がある。前記フェノールアラルキルレジ
ンおよびポリブチレンテレフタレートおよび／またはポ
リテトラフルオロエチレンを湿式混合により均質に混合
し、その後、必要に応じて型に入れて、熱圧縮成形し
て、シートを形成する。このシートを超音波モータの摩
擦材料の基材の表面に接着し、所定の厚さまで研摩す
る。

【００２５】本具体例の摩擦材料を超音波モータの摩擦
材料として使用する場合、図１に示すように、振動体１
の移動体と摩擦接触する部分１１に接着する、あるい
は、図２に示すように、移動体２の振動体と摩擦接触す
る部分２１に接着する形態がある。

【００２６】（第２具体例）本第２具体例は、前記本発
明の超音波モータ用摩擦材料におけるフェノールアラル
キルレジンに対するポリブチレンテレフタレートおよび
／またはポリテトラフルオロエチレンの配合量を、重量
％で３０〜６０％とした超音波モータ用摩擦材料に関す
るものである。

【００２７】前記フェノールアラルキルレジンに対する
ポリブチレンテレフタレートおよび／またはポリテトラ
フルオロエチレンの配合量が、重量％で、３０％未満で
あると、前記摩擦材料の硬度が高いため、延性的性質の
向上が図れないので、摩擦係数の変動が大きくなり、可
聴音が発生し易くなる。一方、６０重量％より多いと、
硬度が低くなりすぎ、摩耗が大きくなる。

【００２８】本第２具体例の超音波モータ用摩擦材料
は、前記構成としたことにより、特に、高負荷荷重時に
トルクの変動ならびに、可聴音の発生を低減することが
できる。

【００２９】（実施例１）フェノールアラルキルレジン
（ＰｈＡ）にポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）と
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とをそれぞれ
別々に、表１に示す組成になるように湿式混合により均
質に混合し、その後、該混合物を型に入れ、２００℃の
温度、２００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で熱圧縮成形して厚み
約３ｍｍの平板とし、さらに、この平板に１５０℃、８
時間の熱処理を施し、試験用摩擦材を得た。なお、ＰＢ
ＴとＰＴＦＥのそれぞれの配合量を３０〜６０％とした
場合を実施例１〜６とし、上記配合量外とした場合を比
較例１〜４とした。摩擦試験用には、この平板を直径５
０ｍｍの円板状に成形し、研磨仕上げ後、摩擦係数測定
および可聴音の発生状況を調べた。また，モータ試験用
には、外径７０ｍｍ、内径５０ｍｍのリング状に成形し
た後、図３に示すように、この摩擦材２１をアルミ合金
製移動体２に接着し、ついで、摩擦材の厚みが０．２ｍ
ｍになるまで研摩し、鉄系弾性体１３と圧電素子１４と
で構成する振動体１に接触するようにして超音波モータ
を組み付け、モータの特性すなわちトルクの変動幅およ
び可聴音の発生状況を調べた。

【００３０】

【表１】

【００３１】摩擦係数測定は、スラストカラー型の装置
を用いて行った。すなわち，摩擦材料からなる平板と相
手材である鉄系金属からなる円筒の端面とを摩擦させ、
該摩擦によって金属円筒を押さえている軸のトルクを摩
擦力としてロードセルによって検出する。この検出した
摩擦力（Ｆ）と加えた荷重（Ｗ）から摩擦係数（μ）
を、μ＝Ｆ／Ｗによって算出した。また、可聴音の発生
状況は官能評価により行った。また、トルクの変動幅の
測定は以下の如く行った。すなわち、励滋電流と伝達ト
ルクとがほぼ比例するパウダーブレーキ（磁性鉄粉）を
使用し、その出力軸に荷重計等を配置した計測器によ
り、トルクの時間変化を計測した。

【００３２】表１は、摩擦係数の測定および可聴音の発
生状況を調べた結果を示したものである。この表から明
らかなように、フェノールアラルキルレジンにポリブチ
レンテレフタレートとポリテトラフルオロエチレンとが
それぞれ３０〜６０％の範囲でμ＝０．１９以上で変動
幅３０％という適切な摩擦係数を示し、かつ、可聴音の
発生もなかった。また表２は、トルクの変動幅および可
聴音の発生状況を調べたものである。この表から明らか
なように、フェノールアラルキルレジンにポリブチレン
テレフタレートとポリテトラフルオロエチレンとがそれ
ぞれ３０〜６０％の範囲で優れた特性を示していること
がわかる。なお、表中、ＰｈＡはフェノールアラルキル
レジン、ＰＢＴはポリブチレンテレフタレート、また、
ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレンを示し、数値は
配合割合（重量％）である。

【００３３】

【表２】

【００３４】（実施例２）表３に示すような組成、すな
わちフェノールアラルキルレジンにポリブチレンテレフ
タレートとポリテトラフルオロエチレン（繊維状のもの
と粉末状の２種類を使用）との両者を４０および６０％
配合した摩擦材料の原料を使用し、実施例１と同様にし
て３種類の摩擦材料を作製した。この摩擦材料につい
て、摩擦係数測定および可聴音の発生状況を調べた。ま
た、比較例としてポリブチレンテレフタレートとポリテ
トラフルオロエチレンの配合量を２０および８０％とし
たものについても調べた。表３から明らかなように、本
実施例の摩擦材はμ＝０．２６以上で変動幅３０％未満
という適切な摩擦係数を示し、かつ、可聴音の発生もな
かった。これに対し、比較例のものは摩擦係数の変動が
大きく、摩耗が大きかった。

【００３５】

【表３】

【００３６】また、実施例試料Ｎｏ７、８、９、および
比較例試料５、６について、トルクの変動幅および可聴
音の発生状況を調べた。表４は、その結果を示したもの
で、この表から明らかなように、本実施例の摩擦材料は
優れた特性を示していることがわかる。

【００３７】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦材料を超音波モータの振動体に適
用した例の断面図

【図２】本発明の摩擦材料を超音波モータの移動体に適
用した例の断面図

【図３】実施例における摩擦材料を移動体に適用した場
合の超音波モータの断面の概略図

【符号の説明】

１振動体２移動体１１摩擦材料１４圧電素子２１摩擦材料

フロントページの続き (72)発明者加藤清愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者志村好男愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者半田昇静岡県湖西市梅田390番地アスモ株式会社内 (72)発明者福井孝静岡県湖西市梅田390番地アスモ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波モータの互いに摩擦接触する振動
体と移動体の少なくともいずれかの、相手材と摩擦接触
する表面部を構成する摩擦材料であって、フェノールア
ラルキルレジンにポリブチレンテレフタレートおよび／
またはポリテトラフルオロエチレンを配合してなること
を特徴とする超音波モータ用摩擦材料。
【請求項２】請求項１におけるフェノールアラルキル
レジンに対するポリブチレンテレフタレートおよび／ま
たはポリテトラフルオロエチレンの配合量が、重量％で
３０〜６０％であることを特徴とする超音波モータ用摩
擦材料。