JPH0787763A

JPH0787763A - 超音波モータとその製造方法

Info

Publication number: JPH0787763A
Application number: JP5252499A
Authority: JP
Inventors: Shuji Kunimatsu; 修二国松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】移動体の機械的強度および摺動特性を満足さ
せる。【構成】超音波モータ１０は、圧接する固定体２と移
動体３等から構成されている。移動体３は、固定体２と
圧接する摩擦接触部５と、外部に駆動力を伝達する動力
伝達部４とから構成されている。摩擦接触部５は複合プ
ラスチック材料からなり、動力伝達部４は硬質複合プラ
スチック材料からなり、両者は圧縮成形により一体化さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固定体と移動体とか
ら構成された超音波モータにおいて、前記移動体を改良
した超音波モータとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の超音波モータの一例の構
成を示す要部断面図である。超音波モータ２０は、固定
体２と移動体１３とが圧接されている。固定体２には、
振動を発生させる圧電体１が取り付けられており、この
圧電体１に電圧を印加することにより、固定体２に進行
性の振動波が発生する。この振動波により、移動体１３
が摩擦駆動される。なお、固定体２には、振動の振幅を
大きくするために、その表面に複数の溝２ａが形成され
ている。このような超音波モータ２０は、低速時におい
ても高いトルクを得ることができる等のメリットを有し
ており、カメラ等の種々の機器に使用されている。

【０００３】移動体１３は、固定体２に圧接されている
摩擦接触部１５と、駆動力を外部へ伝達する動力伝達部
１４とを有する。摩擦接触部１５は、固定体２と面接触
する必要があるので、摩擦接触部１５の固定体２との接
触面は、高精度の平面度を必要とする。また、動力伝達
部１４は、駆動力を外部に伝達するために、ある程度の
機械的強度を必要とする。このために、移動体１３の材
料としては、一般にはアルミニウム，鉄，ステンレス等
の金属材料が使用されている。

【０００４】また、近年において、動力伝達部１４を金
属材料から形成し、摩擦接触部１５をプラスチック材料
から形成したものが実用化されている。このときに、動
力伝達部１４と摩擦接触部１５とを接着剤等で貼り合わ
せるか、あるいは一体で成形する方法により、両者が結
合されている。図３は、動力伝達部１４と摩擦接触部１
５との間に接着層１６を設けて両者を貼り合わせた例を
示したものである。さらに、機械的強度の優れるプラス
チック材料（例えば硬質プラスチック）を射出成形した
移動体１３が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の超音波モータ２０では、以下の課題があった。移動体
１３を金属材料から形成したものは、摩擦接触部１５の
接触面を高精度に加工しなければならず、この精度の確
保が困難であり、加工コストが高くなるという問題があ
る。さらに、移動体１３と固定体２との接触が金属材料
同士の接触となるので、移動体１３の駆動時に騒音が発
生しやすく、また、プラスチック部材と比較して接触面
が摩耗し易いという問題がある。

【０００６】また、動力伝達部１４を金属材料から形成
し、摩擦接触部１５をプラスチック材料から形成したも
のにおいて、両者を接着剤等で貼り合わせたものは、接
着層の膜厚や硬化の程度が不均一となる場合がある。さ
らに、接着層に微小な気泡等が残る場合がある。この結
果、騒音の発生やトルクの減少を招くという問題があ
る。一方、金属材料からなる動力伝達部１４とプラスチ
ック材料からなる摩擦駆動部１５とを一体で成形したも
のは、両者の熱膨張率の差が大きいために結合面が不安
定な状態となり、環境変化によりモータの特性が大きく
変化してしまうという問題がある。さらには、金属材料
とプラスチック材料とを一体にしたものは、廃棄時には
金属材料とプラスチック材料とに分けなければならず、
廃棄処理に労力とコストがかかるという問題がある。

【０００７】さらにまた、プラスチック材料から成形し
たものは、移動体１３としての機械的強度と摺動特性と
の双方を満足する材料がなく、いずれか一方の性能が劣
り、結果としてモータの効率が悪くなるという問題があ
る。

【０００８】本発明は、上述のような課題を解消するた
めになされたものであり、移動体の機械的強度と摺動特
性との双方を満足させることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による超音波モータの解決手段は、圧接す
る固定体と移動体とから構成され、前記固定体に進行性
振動波を発生させることにより、前記移動体が摩擦駆動
される超音波モータにおいて、前記移動体は、一体で形
成された複合プラスチック材料と硬質複合プラスチック
材料とからなり、前記複合プラスチック材料からなる部
分が前記固定体と圧接されていることを特徴とする。

【００１０】超音波モータの製造方法の第１の解決手段
は、圧接する固定体と移動体とから構成され、前記固定
体に進行性振動波を発生させることにより、前記移動体
が摩擦駆動される超音波モータの製造方法において、複
合プラスチック材料を第１キャビティに射出成形した
後、硬質複合プラスチック材料を第２キャビティに射出
成形して、前記移動体を一体形成する２色射出成形工程
を含むことを特徴とする。

【００１１】超音波モータの製造方法の第２の解決手段
は、圧接する固定体と移動体とから構成され、前記固定
体に進行性振動波を発生させることにより、前記移動体
が摩擦駆動される超音波モータの製造方法において、硬
質複合プラスチック材料を第１キャビティに射出成形し
た後、複合プラスチック材料を第２キャビティに射出成
形して、前記移動体を一体形成する２色射出成形工程を
含むことを特徴とする。

【００１２】超音波モータの製造方法の第３の解決手段
は、圧接する固定体と移動体とから構成され、前記固定
体に進行性振動波を発生させることにより、前記移動体
が摩擦駆動される超音波モータの製造方法において、複
合プラスチック材料と硬質複合プラスチック材料とを圧
縮成形により一体化して前記移動体を形成する工程を含
むことを特徴とする。

【００１３】

【作用】超音波モータの解決手段においては、移動体
は、複合プラスチック材料と硬質複合プラスチック材料
とから形成される。従って、複合プラスチック材料によ
り良好な摺動特性を確保することができ、さらに、硬質
複合プラスチック材料により十分な機械的強度を確保す
ることができる。

【００１４】超音波モータの製造方法の解決手段におい
ては、移動体は、複合プラスチック材料と硬質複合プラ
スチック材料とが一体で形成される。従って、接着剤等
を用いずに複合プラスチック材料と硬質複合プラスチッ
ク材料とを一体化することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面等を参照して、本発明による超音
波モータとその製造方法の一実施例について説明する。
なお、実施例において、従来例で示したものと同一のも
のは同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図
１は、本発明による超音波モータの一実施例の構成を示
す図である。図中（ａ）は要部断面図であり、（ｂ）
は、その外観の斜視図である。ここで、（ｂ）において
は、移動体３の一部を切断してその下方の固定体２が見
えるように図示している。

【００１６】図１において、超音波モータ１０は、略環
状（リング状）に形成されており、圧接する固定体２と
移動体３、および圧電体１から構成されている。また、
移動体３は、摩擦接触部５と動力伝達部４とから構成さ
れている。摩擦接触部５は、例えばフッ素樹脂等に炭素
繊維等が合成された複合プラスチック材料から形成され
たものである。動力伝達部４は、例えばポリフェニレン
サルファイド（以下、「ＰＰＳ」という。）等に炭素繊
維等が合成された硬質複合プラスチック材料から形成さ
れたものである。なお、動力伝達部４と摩擦接触部５と
の間には、接着剤等は設けられていない。

【００１７】硬質複合プラスチック材料は、ＰＰＳをベ
ースとした樹脂に、炭素繊維，無機フィラーの充填材を
５０重量パーセント程度含有させたものを用いた。その
他のベースとなる樹脂には、振動の減衰特性が良好な射
出成形用エポキシ，ポリチオエーテルサルフォンを用い
ることができる。その他の充填材としては、機械的強度
を確保するためのアラミド繊維，ガラス繊維を用いるこ
とができる。また、無機フィラーとしては、成形品の異
方性を少なくするためのシリカ，チタン酸カリウムを用
いることができる。複合プラスチック材料は、ポリアセ
タールまたはポリアミドをベースに、炭素繊維，二硫化
モリブデンの充填材を含有させたものを用いた。

【００１８】次に、移動体の製造方法の第１実施例を説
明する。複合プラスチック材料と硬質複合プラスチック
材料とを一体化させる方法として、専用の２色射出成形
機により異材質射出成形を行うことが可能である。

【００１９】図２は、２色成形機による移動体３の異材
質射出成形工程を説明する図である。図２において、金
型３２は、回転可能な支持部３１に取り付けられてい
る。金型３２には、摩擦接触部５を型どったキャビティ
３２ａが形成されている。また、支持部３１の両側に
は、それぞれスプルブシュ３３，３５が配置されてい
る。スプルブシュ３３，３５には、それぞれ射出機３
４，３６が入り込み位置決めされる中空部３３ａ，３５
ａと、その中空部３３ａ，３５ａと貫通したスプルー
（湯道）３３ｂ，３５ｂが形成されている。さらに、ス
プルブシュ３５には、スプルー３５ｂに貫通して動力伝
達部４を型どったキャビティ３５ｃが形成されている。

【００２０】図中（ａ）に示すように、先ず、金型３２
のキャビティ３２ａとスプルブシュ３３のスプルー３３
ｂとが対向するように金型３２とスプルブシュ３３とが
密着される。次にスプルブシュ３３の中空部３３ａ内に
射出機３４が挿入され、そのノズルから上述の複合プラ
スチック材料が溶融した状態で射出される。この複合プ
ラスチック材料は、スプルー３３ｂを通り、そのゲート
からキャビティ３２ａに充填される。

【００２１】スプルブシュ３３は上記射出を終了すると
金型３２から離反し、支持部３１は金型３２のキャビテ
ィ３２ａとスプルブシュ３５のキャビティ３５ｃとが対
向するように金型３２を移動する（図中（ｂ））。次
に、スプルブシュ３５と金型３２とが密着される。ま
た、スプルブシュ３５の中空部３５ａ内に射出機３６が
挿入され、そのノズルから上述の硬質複合プラスチック
材料が溶融した状態で射出される。この硬質複合プラス
チック材料は、スプルー３５ｂを通り、そのゲートから
キャビティ３５ｃに充填される（図中（ｃ））。

【００２２】射出成形においては、約２００℃〜４００
℃で溶融されたプラスチックは、金型３２内（約５０℃
〜１２０℃）で冷却される。図２（ｂ）で説明した金型
３２の移動時間は数秒間と短いので、複合プラスチック
材料が完全に冷却されない状態で硬質複合プラスチック
材料が射出されることになる。そのため、境界面では２
つのプラスチック材料が結合し両者が一体化する。そし
て両者が完全に冷却された後、金型３２が離反し成形品
（移動体３）が取り出される（図中（ｄ））。その後、
必要に応じて、摩擦接触部５の固定体２との接触面を研
磨し平面度を確保する。なお、ランナーおよびゲート跡
の削除方法については省略する。

【００２３】次に、移動体の製造方法の第２実施例であ
る圧縮成形について説明する。この場合には、前述した
硬質複合プラスチック材料を用い、複合プラスチック材
料は、ベース材料にポリエチレン共重合タイプのフッ素
樹脂を、充填材として炭素繊維、二硫化モリブデンを用
いた。圧縮成形では、上記硬質複合プラスチック材料の
板材と上記複合プラスチック材料の板材とを用意し、こ
れらの板材の接触面には、シランカップリング材等の活
性化処理を予め施しておく。次に金型表面温度を３５０
℃程度に加熱し、その中に硬質複合プラスチック材料と
複合プラスチック材料との板材を入れ、３０分程度加熱
加圧し、２つの材料の板材を一体化して圧縮成形をす
る。その後、金型を水冷することにより毎分５℃の温度
勾配で冷却した。金型温度が５０℃になったところで成
形品を取り出し、硬化後には、必要に応じて、摩擦接触
部５の固定体２との接触面を研磨し、平面度を確保し
た。

【００２４】このようにして形成された移動体３を有す
る超音波モータ１０を駆動させたところ、従来の超音波
モータ２０と比較して騒音はほとんどなくなった。ま
た、駆動力の変動量も半減した。

【００２５】表１は、硬質複合プラスチック材料および
複合プラスチック材料と、これらに含有する充填材との
関係を示したものである。Ａとａ，ｂ，ｃ、Ｂとａ、Ｃ
とｂ，ｃの組み合わせのときに、駆動特性が特に良好で
あった。

【００２６】

【表１】

【００２７】以上、本発明による超音波モータとその製
造方法の一実施例について説明したが、本発明は、上述
した実施例に限定されることなく、その要旨を逸脱しな
い範囲内で種々の変形が可能である。例えば、超音波モ
ータ１０は、略環状に形成したが、直線形状体であって
も良い。また、複合プラスチック材料と硬質複合プラス
チック材料との加熱または冷却時の温度，時間は、移動
体３の材質，大きさ，形状等に応じて異なり、実施例に
おいて開示した加熱または冷却時の温度，時間を限定す
るものではない。

【００２８】

【発明の効果】本発明による超音波モータとその製造方
法によれば、移動体の固定体との摺動面が複合プラスチ
ック材料であるので、摩耗が少なく、良好な摺動特性を
確保し、長寿命化を図ることができる。また、その外側
が硬質複合プラスチック材料であるので、十分な機械的
強度を確保することができる。さらに、両者がプラスチ
ック材料であるので、熱膨張率の差が少なくなり環境変
化時のモータの特性の変化が少なく、広い温度環境範囲
において良好な特性を長時間安定して維持することがで
きる。さらには廃棄処理の問題がなくなる。また、圧縮
成形により接着剤等を用いずに複合プラスチック材料と
硬質複合プラスチック材料とを一体化させたので、接着
不良の問題がなくなり、騒音の発生をなくし、トルクの
変化を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波モータの一実施例の構成を
示す要部断面図および外観斜視図である。

【図２】２色成形機による移動体の異材質射出成形工程
を説明する図である。

【図３】従来の超音波モータの一例の構成を示す要部断
面図である。

【符号の説明】

１圧電体２固定体３移動体４動力伝達部５摩擦接触部１０超音波モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧接する固定体と移動体とから構成さ
れ、前記固定体に進行性振動波を発生させることによ
り、前記移動体が摩擦駆動される超音波モータにおい
て、前記移動体は、一体で形成された複合プラスチック材料と硬質複合プラ
スチック材料とからなり、前記複合プラスチック材料か
らなる部分が前記固定体と圧接されていることを特徴と
する超音波モータ。
【請求項２】圧接する固定体と移動体とから構成さ
れ、前記固定体に進行性振動波を発生させることによ
り、前記移動体が摩擦駆動される超音波モータの製造方
法において、複合プラスチック材料を第１キャビティに射出成形した
後、硬質複合プラスチック材料を第２キャビティに射出
成形して、前記移動体を一体形成する２色射出成形工程
を含むことを特徴とする超音波モータの製造方法。
【請求項３】圧接する固定体と移動体とから構成さ
れ、前記固定体に進行性振動波を発生させることによ
り、前記移動体が摩擦駆動される超音波モータの製造方
法において、硬質複合プラスチック材料を第１キャビティに射出成形
した後、複合プラスチック材料を第２キャビティに射出
成形して、前記移動体を一体形成する２色射出成形工程
を含むことを特徴とする超音波モータの製造方法。
【請求項４】圧接する固定体と移動体とから構成さ
れ、前記固定体に進行性振動波を発生させることによ
り、前記移動体が摩擦駆動される超音波モータの製造方
法において、複合プラスチック材料と硬質複合プラスチック材料とを
圧縮成形により一体化して前記移動体を形成する工程を
含むことを特徴とする超音波モータの製造方法。