JPH0687672B2 - 超音波モータ装置 - Google Patents

超音波モータ装置

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JPH0687672B2
JPH0687672B2 JP62284533A JP28453387A JPH0687672B2 JP H0687672 B2 JPH0687672 B2 JP H0687672B2 JP 62284533 A JP62284533 A JP 62284533A JP 28453387 A JP28453387 A JP 28453387A JP H0687672 B2 JPH0687672 B2 JP H0687672B2
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friction
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寛 米野
喜信 今坂
正則 住原
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧電素子等の電気エネルギーによる機械的振
動波を利用する超音波モータ装置に関する。
従来の技術 以下に従来の超音波モータ装置について説明する。第4
図は従来の超音波モータ装置における要部の側断面図で
あり、1は超音波固有振動数を有する複数個の圧電素子
で構成された圧電体、2は圧電体1を接着固定し圧電体
1と共に振動する振動体、3は振動体2の振動により移
動する移動体、4は移動体3に固定されるとともに振動
体2と加圧接触される摩擦材層である。
以上のように構成された超音波モータ装置について、以
下その動作を説明する。
まず、圧電体1へ超音波固有振動数による電気入力が加
わると、厚さ方向に超音波振動が生ずる。この超音波振
動は、圧電体1と振動体2との合成物理構造、及び特性
に基づいて、振動体2内の各点をBのように楕円運動さ
せることになる。そして、この楕円運動Bが第4図にお
いて反時計方向であるとすれば、図の右向き、すなわち
A方向の横波状進行波が発生する。このとき、各部楕円
運動の位相を考慮すれば明らかなように、振動体2内の
進行波頭部の点は進行波と逆方向に、一方進行波谷部の
点は進行波の方向に動くため、振動体2と進行波波頭部
に摩擦材層4を介して接触している移動体3は、その波
頭部の逆方向動作に従って、図の左向き、すなわちC方
向に移動する。
このような超音波モータ装置において、従来振動体とし
ては鉄やステンレス、またはアルミニウム等の金属が使
用され、このような振動体の金属材面が、移動体に固定
された摩擦材と接触する構成となっている。また、摩擦
材としてはプラスチック材料を使用することが提案され
ている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の従来の構成では、移動体3の表面に
固定した摩擦手段と振動体2とが接触するため、モータ
の駆動時間が長時間経過するとともに摩擦手段及び振動
体2から摩耗粉が発生し、移動体3と振動体2との間の
摩擦抵抗が変化するため、モータの保持トルグが経時変
化するという問題を有していた。
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、摩擦手段
と振動体との接触面に発生する摩耗粉を少なくし、さら
に発生した摩耗粉を除去して安定した摩擦抵抗を得るこ
とにより、耐久性に優れた超音波モータ装置を提供する
ことを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は上述の問題点を解決するため、炭素繊維を含有
するフッ素樹脂より成る摩擦手段を振動体と移動体との
互いに向かい合う面の少なくとも一方に形成する構成を
有している。
作用 本発明は上述の構成によって摩擦手段と振動体との接触
面の摩耗粉が少なくなり、長時間安定した摩擦抵抗を得
ることができる。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。
第1図は本発明の一実施例における超音波モータ装置に
おける要部の斜視図である。第1図において、11は板状
圧電体、12は板状圧電体11を接着、固定した板状固体か
らなる振動体、13は振動体12と類似の固体材料からなる
移動体、14は振動体12と加圧接触するとともに、移動体
13の動作面に形成された炭素繊維を含有するフッ素樹脂
よりなる摩擦材層である。
以上のように構成された本実施例の超音波モータ装置に
ついて以下その動作を説明する。まず、板状圧電体11の
超音波周波数の高周波電界を印加することにより、この
板状圧電体11及び振動体12には前述したとおり超音波振
動の進行波が発生する。このとき、振動体12と進行波波
頭部において接触している移動体13に形成される摩擦材
層14は、振動体12との間の摩擦力によって駆動される。
電源が入力されないときは、振動体12と摩擦材層14との
間に加圧力、及び摩擦係数の積に相当する摩擦力が生
じ、駆動中に電源が遮断されれば、この摩擦力が保持力
として作用することになる。
ここで、摩擦材層14は、炭素繊維を含有するフッ素樹脂
よりなる摩擦材で構成している。
この炭素繊維は特に制限がなく、短繊維,長繊維,連続
繊維,織布,フェルト、及び紙等の形態のものを使用で
きる。さらに、フッ素樹脂として、四フッ化エチレン樹
脂,四フッ化エチレン〜六フッ化プロピレン共重合樹
脂,三フッ化塩化エチレン樹脂及びパープルオロへアル
コキシ樹脂などの形態のものが使用できる。
ここでさらに具体的な実施例について説明する。
第2図はその具体的実施例による直径50mm、厚さ8mmの
円板型超音波モータの斜視図であり、11aは円板圧電
体、12aは円板圧電体11aの表面に接着固定され、多数の
突起セグメント15aの円周配列を有するステンレス製振
動体である。この突起セグメント15aは振動体部を機械
的に振動しやすくし、振幅を大きくするために設けられ
る。13aはステンレス製移動体、14aはステンレス製移動
体13aに接着固定された、炭素繊維を含有するフッ素樹
脂より成る厚さ0.5〜3mmの摩擦材層である。また、振動
体12a及び移動体13aは図示しないが適宜のバネとネジの
締め付け手段によって互いに加圧され、突起セグメント
15aの面と摩擦材層14aとが接触している。
なお、摩擦材層14aとして、以下に示すようにして製造
したA〜Eの摩擦材を使用した。
(1) 摩擦材Aの製造法:炭素繊維製織布(東邦レー
ヨン製ベスファイトW1103〔商品名〕,平織、日付125g/
m2)に四フッ化エチレン樹脂水性懸濁液(ダイキン工業
社製ポリフロンTFEディスパージョンD−1〔商品
名〕)を含浸し、乾燥後10枚を積層して300kg/cm2の加
圧下、370℃の温度で焼成し得た炭素繊維65%と四フッ
化エチレン樹脂35%より成る成形シートを厚さ0.5mmに
研磨して摩擦材Aを得た。
(2) 摩擦材Bの製造法:炭素繊維製フェルト(日本
カーボン社製カーボロンフェルト3A〔商品名〕、厚さ5m
m)に四フッ化エチレン樹脂水性懸濁液(ダイキン工業
社製ポリフロンD1〔商品名〕)を含浸し、乾燥後、300k
g/cm2の加圧下、370℃の温度で焼成して得た炭素繊維55
%と四フッ化エチレン45%より成る成形シートを厚さ1m
mに研磨して摩擦材Bを得た。
(3) 摩擦材Cの製造法:炭素繊維製チョップ(日本
カーボン社製カーボロンNF−C4〔商品名〕,4mm長)と四
フッ化エチレ樹脂粉末(ダイキン工業社製ポリフロンパ
ウダーM−15〔商品名〕)が混合機で均一に混合し、金
型中に投入して400kg/cm2の加圧下、370℃の温度で焼成
して得た炭素繊維25%と四フッ化エチレン樹脂75%より
成る成形シートを厚さ1mmに研磨して摩擦材Cを得た。
(5) 摩擦材Eの製造法:炭素繊維製織布(東邦レー
ヨン製ベスファイトW1103〔商品名〕、平織、目付125g/
m2)に四フッ化エチレン樹脂水性懸濁液(ダイキン工業
社製ポリフロンディスパージョンD−1〔商品名〕)を
含浸し、乾燥後、同心円状に巻いて積層し、100kg/cm2
のオートクレーブ中、380℃の温度で焼成して得た炭素
繊維65%と四フッ化エチレン樹脂35%より成る円柱成形
体を輪切り状に切断して、厚さ3mmの摩擦材Eを得た。
以上のようにして得たそれぞれの摩擦材A〜C及びEか
ら成る摩擦材層14aを使用した超音波モータを構成し、
円板の円周方向に4波の進行波が励起されるように電極
を配置し、共振周波数70KHz、電圧80Vの入力を印加して
モータを駆動させた。
上記それぞれの摩擦材から成る摩耗材層14aを用いた超
音波モータについて、所定の時間の駆動後、電源の断続
的な入力に際しての再起動の有無、電源切断後の保持ト
ルク、振動体表面の傷つき摩耗の有無、摩擦材の摩耗深
さ及び駆動中の騒音の発生の有無を測定した結果を表1
に示す。
(6) また、比較として、四フッ化エチレン樹脂(ダ
イキン工業社製ポリフロンM−15〔商品名〕を加圧焼成
して得たフッ素樹脂)を厚さ1mmに研磨した摩擦材Fか
ら成る摩擦材層14aを使用した超音波モータについての
測定結果も付せて表1に示す。
表1より明らかなようにA〜C及びEのいずれの摩擦材
を用いた超音波モータについても、保持トルクの経時変
化は小さく、再起動性に関しても問題がない。また、騒
音の発生も認められず、24時間駆動後の摩擦材から成る
摩膜材層14aの摩耗及び接触相手である振動体12aの傷つ
き摩耗も少ないなど、信頼性の高い超音波モータを得る
ことができる。
これに対して、フッ素樹脂だけから成る摩擦材Fを用い
た場合、フッ素樹脂は非常に柔らかいため、初期の保持
トルクが1500g・cmになるようにネジの締め付け力を設
定したときは、振動体12aの振動が摩擦材に吸収されて
しまい、モータは駆動しなかった。そこで、初期の保持
トルクが300g・cmになるようにネジの締め付け力を減ら
して駆動させたが、24時間後の再起動性は不安定であ
り、また、駆動中に雑音の発生が認められた。さらに、
フッ素樹脂だけから成る摩擦材では硬度不足のため、24
時間後の摩擦材の摩耗は多く、摩擦深さが70μmであっ
た。なお、保持トルクが小さいときには、モータの起動
トルクの上限も小さくなる欠点がある。
次に、摩擦材層14aとして、以下のようにして製造した
C及びHの摩擦材を用いて、前述した具体的な実施例と
同じように円板型超音波モータを構成した。
(7) 摩擦材Gの製造法:炭素繊維製フェルト(日本
カーボン社製カーボロンフェルト〔商品名〕厚さ5mm)
に三フッ化塩化エチレン樹脂の水性懸濁液(ダイキン工
業社製ダイフロンCTFEディスパーションD−55〔商品
名〕)を含浸し、乾燥後、300kg/cm2の加圧下、310℃の
温度で焼成して、炭素繊維55%と三フッ化塩化エチレン
樹脂45%より成るシート状成形物、厚さ1mmに研磨して
摩擦材Gを得た。
(8) 摩擦材Hの製造法:炭素繊維製織布(東邦レー
ヨン製ベスファイトW1103〔商品名〕、平織、目付125g/
cm2)に四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合
樹脂の水性懸濁液(ダイキン工業社製ネオフロンFEPデ
ィスパージョンND−1〔商品名〕)を含浸し、乾燥後、
10枚を積層して300kg/m2の加圧下、370℃の温度で焼成
して、炭素繊維65%と四フッ化エチレン−六フッ化プロ
ピレン共重合樹脂35%よりなるシート状成形物を厚さ1m
mに研磨して摩擦材Hを得た。
以上のようにして得たG及びHの摩擦材から成る摩擦材
層14aを使用して、前述の具体的実施検討例と同じ方法
で超音波モータを駆動させ、所定の時間の駆動後、電源
の断続的な入力に際しての再起動の有無、電源切断後の
保持トルク、振動体表面の傷つき摩耗の有無、摩擦材の
摩耗深さ及び駆動中の騒音の発生の有無を測定した結果
を表2に示す。
表2から明らかなようにG及びHのいずれの摩擦材を用
いた超音波モータについても、保持トルクの経時変化は
小さく、再起動性に関して問題がなかった。また、騒音
の発生も認められず、さらに、24時間駆動後の摩擦材か
ら成る摩擦材層14aの摩耗及び接触相手である振動体12a
の傷つき摩耗も少ないなど、信頼性の高い超音波モータ
を得ることができる。
また、以上は円板型超音波モータについて、比較検討し
たが、第3図で示すような圧電体11bと突起セグメント1
5bを有する振動体12bと摩擦材層14bを形成する移動体13
bから成る円環型超音波モータであっても同様である。
すなわち、このような形状を有する超音波モータでは摩
擦材層14bの厚さを0.5〜2mmとして、前述した摩擦材A
〜C、E、G、Hを使用しても同様な結果を得ることが
できる。
以上のように本実施例によれば、摩擦材層14における移
動体13との動作面を少なくとも炭素炭素繊維を含有する
フッ素樹脂で形成しており、この炭素繊維を含有するフ
ッ素樹脂からなる摩耗材層14は、振動体12aの振動を吸
収することなく、効率のよい超音波モータ装置の回転に
必要な摩擦力を得ることができる。さらに、この摩擦材
層14は炭素繊維の含有に伴う硬度の上昇により、摩擦材
層14の摩耗深さを最小に抑えることができ、また、突起
セグメント15aを有する振動体12と摩擦材層14との間に
発生した摩耗粉を除去して、突起セグメント15a間の溝
に取り込むことができる。その結果、保持トルクの経時
変化が縮小され、優れた再起動性を得、騒音の発生の防
止を図ることができる。
なお、本実施例において、炭素繊維に加えて、他の繊維
や粉末などの充填材をフッ素樹脂に添加含有することも
可能である。
発明の効果 上記実施例より明らかなように、本発明によれば、炭素
繊維を含有するフッ素樹脂で成る摩擦手段を超音波モー
タ装置における振動体と移動体との互いに向かい合う面
の少なくとも一方に形成したことにより、摩擦手段と振
動体との接触面に発生するの摩耗粉を少なくし、さらに
発生した摩耗粉を除去して安定した摩擦抵抗を得ること
ができるため、モータの保持トルクの経時変化を縮小す
ることができ、耐久性の向上が図れる。さらに、起動性
が安定し、駆動中に雑音が発生しない優れた超音波モー
タ装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における超音波モータ装置の
要部の斜視図、第2図は本発明のさらに具体的な実施例
における円板型超音波モータ装置の斜視図、第3図は他
の具体的な実施例における円環型超音波モータ装置の斜
視図、第4図は従来の超音波モータ装置における要部の
側断面図である。 1,11,11a,11b……圧電体、2,12,12a,12b……振動体、3,
13,13a,13b……移動体、4,14,14a,14b……摩擦材層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電体を有し前記圧電体の振動により進行
    波が発生され、その表面に前記進行波の進行方向に配列
    された溝により互いに離間された複数の突起部を有する
    振動体と、前記振動体に加圧接触されて前記振動体の進
    行波により駆動される移動体を具備し、 前記移動体は、炭素繊維を含有するフッ素樹脂よりなる
    摩擦手段を一体に有すると共に前記摩擦手段が前記振動
    体の前記突起部を有する表面に加圧接触されるように前
    記振動体に加圧接触され、 前記振動体の前記突起部における前記進行波の波頭と、
    この波頭に接触する前記摩擦手段との間の摩擦によって
    前記移動体が駆動されることを特徴とする超音波モータ
    装置。
JP62284533A 1987-10-20 1987-11-11 超音波モータ装置 Expired - Lifetime JPH0687672B2 (ja)

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