JPH09191666A - 超音波モ−タ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定子若しくは回転子の摩擦摺動体に貼着し
た低摩擦摺動部材を備えた超音波モータにおける固着現
象の解消を図る。 【解決手段】 前記低摩擦摺動部材の摺動面を研磨する
場合、研磨面にＳｉ系水和物の発生を排除した研磨をす
ることを特徴としたもので、例えば定盤２２上に走行状
態で載置テープ状フィルム２３を介して、固定子１０の
摺動面ををワーク駆動手段３０により固定子を回転さ
せ、その摺動面１２をドライラップ研磨加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータ及び
その製造方法に関し、特に超音波モータの振動体である
固定子と該固定子のいずれかに設けられた摺動面が研磨
状態にある超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、弾性体よりなる固定子に圧電
子を介して機械的振動を惹起させ、それに基づく進行性
振動波を発生させ、該進行性振動波により前記固定子に
圧接させた回転子との間に摩擦力を介在させて運動エネ
ルギーの伝達がなされる、という一連の作用によりモー
タ出力が得られるようにした超音波モータは公知であ
る。

【０００３】上記固定子の弾性体の材料としては、鋼、
ジュラルミン、チタン合金等の金属が使用され、回転子
の材料には銅、アルミニウム合金等の前記弾性体より硬
度の低い材料が使用されている。このような材料構成よ
りなる固定子と回転子とをその摩擦接触部位で直接接触
させ運動エネルギーを伝達させるためには、摩擦接触面
の超精密加工を必要とするばかりでなく、金属同志の摩
擦接触によるため可聴音の発生を伴うことを余儀なくさ
せられる問題点と、相手側の磨耗により長時間運転を不
可能にする問題点が存在した。そのため、近年は、上記
問題点を解決し、製造上及びコストの点からも考慮さ
れ、摩擦接触面を形成する部位に高分子複合材料よりな
る低摩擦摺動部材を貼着し、可聴音の発生防止と磨耗防
止とが図られてきている。

【０００４】超音波モータの駆動原理は、前記進行性振
動波による回転力の伝達を振動発生源である固定子と被
駆動側の回転子との間に介在する摩擦力により行なって
いるため、伝達される回転子の回転力は前記摩擦力に左
右され、その摩擦力はまた摩擦接触面における摩擦係数
に左右される。ところで、上記摩擦係数は温度に依存し
高分子複合材料の場合、一般に温度が上昇すると摩擦係
数が低下する。また、摩擦係数が０．３以上になると不
安定になる。上記事項から前記高分子複合材料にも温度
に左右されない安定した摩擦特性と耐磨耗性及び摩擦音
の発生防止とともに、相手部材及びそれ自身の劣化防止
等の諸条件を満足することが求められ、特に上記高分子
複合材料よりなる低摩擦摺動部材を備えた固定子と回転
子との間において、起動性にも優れた運転特性が要求さ
れている。

【０００５】この為、前記高分子複合材料は上記諸問題
点を解決すべく、摩擦係数が比較的安定した熱可塑性樹
脂と、耐熱性耐磨耗性が良い熱硬化性樹脂等よりなる樹
脂成分にシリカ、タルク等の充填材を主成分として使用
し、それにガラス繊維または炭素繊維を配分した組成内
容とする。その組成内容を湿式混合により均質に混合
し、それを型処理を介して熱圧縮成形しシート状とな
し、前記摩擦摺動体である固定子若しくは回転子の表面
に貼着させて所定の厚さに加工するようにしている。

【０００６】一方加工面より見た場合、前記摩擦摺動体
表面に貼着される低摩擦摺動部材を摩擦材料として使用
する場合、その最適厚さは０．１〜０．５ｍｍ程度が最
適で、０．１ｍｍ未満の場合は可聴音が発生し易く、
０．５ｍｍ以上の場合は吸振性が大きくモータ出力が低
下する問題がある。

【０００７】また、前記したように低摩擦摺動部材には
最良の安定した摩擦係数を持たせる必要があり、そのた
めには低摩擦摺動部材の摩擦面は高平面度に仕上げる必
要があり、そのため上記摩擦摺動体に低摩擦摺動部材を
貼着後、ラップ研磨装置によりラッピング研磨加工を行
い高平面度の摩擦面を得るようにしてある。また、ラッ
ピング方法としては、メカニカル研磨手段として｛研磨
剤＋水＋分散材｝によるウエットラップ研磨加工が使用
され最前の摩擦係数が得られるようにしてある。なお、
上記研磨材ＧＣには炭化珪素の微粉が使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
加工方法により、摩擦摺動体に貼着した低摩擦摺動部材
の摺動面を高平面度にラッピング研磨加工をした超音波
モータを使用する場合には、往々にして固着現象を起こ
し回転不能及び起動不能に陥ることが屡々あり、特に高
温高湿雰囲気において顕著であることが判明した。

【０００９】そこで、本発明の請求項１記載の発明は、
従来の固定子若しくは回転子に貼着した低摩擦摺動部材
を備えた超音波モータにおける固着現象を皆無とすべ
く、固着状況の検討結果に基づき少なくとも原因と考え
られる摺動面の研磨加工につき特段の配慮をした超音波
モータの製造方法の提供を目的としたものでる。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、請求項１の
発明の目的に加え、確実に貼りつけ防止を可能とした研
磨加工を備えた超音波モータの製造方法の提供を目的と
したものである。

【００１１】また、請求項３記載の発明は、請求項１の
発明の目的に加え、研磨加工後の後処理である洗浄処理
についても配慮した超音波モータの製造方法の提供を目
的としたものである。

【００１２】また、請求項４記載の発明は、固着現象を
皆無とする超音波モータの提供を目的としたものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載の発明は、超音波モータの互
いに摩擦接触する固定子と回転子のいずれかの一に設け
られた低摩擦摺動部材の摺動面を研磨する場合に、前記
研磨面にＳｉ系水和物その他のＳｉ含有物の発生を排除
した研磨工程により行うことを特徴としたものである。

【００１４】即ち本発明を具体的に説明するに、前記高
分子複合材料（全芳香族ポリエステル＋ポリテトラフル
オロエチレン）よりなる低摩擦摺動部材を使用し前記従
来のラップ研磨加工をした超音波モータにおいて、固着
現象を起こした回転子側の摩擦面への白粉付着の状況を
観察した結果、図３（Ｂ）の回転子１５の摺動面１５ａ
に白色の粉状残留物１６の存在が確認され、その付着の
状況は同図（Ａ）に示す回転子１５に摩擦接触する固定
子１０に設けた多数の放射状断面矩形状突起１１の上部
表面に貼着した低摩擦摺動部材１２と同じパターンを持
っていることが確認された。この結果、前記白色残留物
の発生が固着現象の原因と考えられ、しかも上記パター
ンの状況から当該白色残留物は固定子側の低摩擦摺動部
材より転移されたものと考えられ、且つ上記白色残留物
はＳｉ系水和物であり、該Ｓｉ系水和物が前記摺動面間
の物理的吸着を助長することが理解された。

【００１５】また、図５に示す赤外スペクトル分析によ
り表面のＳｉが水と反応して低摩擦摺動部材表面に化学
吸着した水酸基に起因することが判明し、且つそれが水
を使用した前記ラッピング研磨加工の際に発生するもの
であり、且つ前記ラッピング研磨加工の際に、低摩擦摺
動部材の高分子複合材料が含有する充填材のシリカが反
応してＳＩ系水和物を形成するものと推定される。

【００１６】そこで請求項２記載の発明は、少なくとも
最終研磨加工を前記摺動面の研磨を水を使用しないフィ
ルムのみによるドライラップ研磨加工により行ない、水
酸基の生成を抑制する事により、物理吸着の要因となる
ＳＩ系水和物の発生を防止したことを特徴としたもので
ある。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成のうち、ラッピング研磨加工のあとの洗浄に水
を使用せずに空気吹きつけ洗浄を行い、水との化学吸着
による水酸基の発生を更に抑制することを特徴としたも
のである。

【００１８】請求項４記載の発明は、超音波モータの互
いに摩擦接触する固定子と回転子のいずれかの一に設け
られた低摩擦摺動部材の、相手側と摩擦接触する摺動面
が研磨加工により研磨された研磨面を含む超音波モータ
において前記研磨面または摺動テスト後の摺動面が、目
視にてＳｉ含有物の存在が実質的に視認出来ない状態
か、好ましくはＳｉ元素の存在がＥＰＭＡ（Ｘ線マイク
ロアナライザー）等の分析にて実質的に視認出来ない状
態の研磨面または摺動面であることを特徴とするもので
ある。

【００１９】ここで実質的に検出できない状態とは、Ｅ
ＰＭＡにて、バックグラウンドやノイズを除いて、Ｓｉ
系水和物その他のＳｉ元素の存在が検出できない状態を
言う。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を、
図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図１
は本発明が適用される超音波モータの固定子と回転子の
接触部の状況の一例を示す図で、図２は図１の分解斜視
図で、図３は回転子と固定子との間の接触部を開いて摺
動面に白色残留物の付着の状況を示す斜視で、図４は本
発明の超音波モータの製造方法の概要を示す摸式図であ
る。

【００２１】図１及び図２に見るように、本発明の超音
波モータの製造方法を適用した超音波モータの接触部
は、固定子１０と回転子１５と圧電子１３とモータ用駆
動軸１４とよりなり、固定子１０は快削鋼よりなる略リ
ング円盤状形態１０ａで構成され、リング円下面部に多
数の分割された放射状矩形状突起１１を持つ構成とし、
該突起の平坦面に高分子複合材料よりなる低摩擦摺動部
材１２を貼着しその表面をドライラップ研磨加工をして
高平面度の摺動面を形成してある。前記回転子１５は硬
化アルマイト製のリング円盤状形態よりなり、その上面
リング円上に形成された摺動面１５ａと低摩擦摺動部材
１２の下面摺動面とにより摩擦摺動面を形成するように
してある。

【００２２】上記高分子複合材料は、本実施例では、全
芳香族ポリエステルと熱可塑性樹脂のポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ通称テフロン）との充填品で、Ｐ
ＴＦＥの欠点である圧縮クリープ特性と耐磨耗性を改善
するとともに、摩擦係数はＰＴＦＥの値を維持し、相手
材が軟質金属であっても傷つけにくい特性を持つ構成に
してある。なお、これに黒鉛を添加して高ＰＶ値下でも
良好な摺動特性を有するようにしてもよい。

【００２３】図４には、本発明の超音波モータの製造法
の特徴であるドライラップ研磨装置の概要が示してある
摸式図で、その構成の大要は下記のとおりである。即
ち、定盤駆動用のモータ２１により適宜固定位置変更可
能の回転可能の固定用金具２６付き半固定用の定盤２２
上に設け、その上に例えばテープ状ラッピングフィルム
２３の巻取り原反２４と巻取りリール２５と押さえロー
ラ２７、２７とよりなる定テンション、定速度で走行す
るラッピング用フィルム２３を走行状に載置し、該フィ
ルム２３のラッピング面上に低摩擦摺動部材１２を貼着
させた固定子１０を載置させる。そして、ワーク駆動機
構３０により加圧スプリング３１により適当圧力のもと
に回動用ピン３７により且つスチールボール３６を介し
て摺動回転させ、前記低摩擦摺動部材１２の摺動面のラ
ッピング研磨加工を行い適正な摩擦面を得るようにして
ある。なお、上記ワーク駆動機構３０は、速度調整可能
の可変速モータ３２、伝導部材３３、軸受け部材３４等
を介して駆動軸３５を定速運転を可能に構成し、該駆動
軸３５はスチールボール３６、回動用ピン３７を介して
固定子１０を回転させるようにしてある。上記構成によ
り、低摩擦摺動部材１２は固定子本体１０ａに貼着され
た状態で、定位置に固定された定盤２２上に、定速、定
テンションで走行するテープ状のラッピングフィルム２
３上に載置回転してドライラップ研磨加工を可能にして
ある。

【００２４】

【実施例】上記低摩擦摺動部材の研磨加工において、本
発明のドライラップ研磨加工に対し、他の下記方式の研
磨加工と固着現象につき比較試験を行い、表１に示す結
果が得られた。 研磨加工方式； （１） ＃１０００フィルムのみによるドライラップ研
磨加工（本発明の研磨加工方法） （２） ＃１０００ＧＣ＋水によるラップ研磨加工 （３） ＃１０００ＧＣ＋水＋分散材によるラップ研磨
加工 （４） ＃１０００ＧＣ＋水＋分散材で研磨加工後、 ＃１０００ フィルムによるドライ研磨加工 上記ＧＣは炭化珪素よりなる研磨剤である。 測定条件 ａ 湿度環境下（３５℃、９８％）での駆動試験（１ｈ
放置後） ｂ 常温、常湿下（２５℃、５５％）での駆動試験 ｃ 湿度環境下（３５℃、９８％）１２ｈ保存後、常
温、常湿下（２５℃、５５％）１ｈ放置後の駆動試験 ｄ −２０℃１ｈ放置後、常温、常湿（２５℃、５５
％）に取出し１ｈ放置後の駆動試験

【００２５】測定結果

【表１】

【００２６】上記比較試験に見るように、（１）及び
（４）に示すように、少なくとも最終研磨工程でドライ
ラップ研磨加工による場合は、全ての湿度環境下での動
作が可能であった。ＧＣ＋水＋分散材のラップ研磨加工
による場合は、常温常湿下でも作動できないものが見受
けられた。（２）の研磨条件のものは、動作可能なもの
が僅かに混在したが、これはドライラップする程度のバ
ラツキや研磨後の洗浄状態のバラツキによるものと考え
られる。

【００２７】そして前記駆動不可になったものの（４）
のロータ（回転子）摺動面と（１）の一発で駆動可なっ
たものの摺動面を目視で視認したところ、前者のものは
白粉１６が吹いていたが後者のものは白粉が吹いていな
かった。次に前記２つの摺動面についてＥＰＭＡ（Ｘ線
マイクロアナライザー、堀場製作所製ＥＭＡＸ１７７０
型）を用いて測定したところ、図６のようになり、両者
の差異が明瞭に表われた。図６は固着現象が生じた回転
子摺動面（Ａ）と固着現象が生じなかった摺動面（Ｂ）
のＥＰＭＡの分析図を表わす。尚、（Ｂ）の微小な黒点
はノイズである。

【００２８】更に、固着現象を起こした回転子側の摩擦
面への白粉付着の状況を観察した結果、図３（Ｂ）の回
転子１５の摺動面１５ａに白色の粉状残留物１６の存在
が確認され、その付着の状況は同図（Ａ）に示す回転子
１５に摩擦接触する固定子１０に設けた多数の放射状断
面矩形状突起１１の上部表面に貼着した低摩擦摺動部材
１２と同じパターンを持っていることが確認された。そ
して、前記白色残留物を分析してみるとＳｉ系水和物で
あった。

【００２９】また、前記（１）と（４）の摺動面につい
て赤外スペクトル分析により分析してみると、図５に示
すように前記（４）の摺動面では、水酸基の波長部分
（３４５９．９ｎｍ）に大きなボトムが有り、前記
（１）の摺動面では、水酸基の波長部分のボトムが小さ
い。従って、前記白粉の発生が水と反応して低摩擦摺動
部材表面に化学吸着した水酸基に起因することが判明
し、且つそれが水を使用した前記ラッピング研磨加工の
際に発生するものであり、且つ前記ラッピング研磨加工
の際低摩擦摺動部材の高分子複合材料が含有する充填材
のシリカが反応してＳＩ系水和物を形成するものと推定
される。

【００３０】上記結果から理解されるように、水と研磨
剤ＧＣを使用しない研磨方法が必要であることが理解さ
れる。また、研磨面にＳｉ系水和物が目視にて確認され
なければ前記固着現象は起きないものと考えられる。更
に好ましくはラッピング研磨加工のあとの洗浄に水を使
用せずに空気吹きつけ洗浄を行い、水との化学吸着によ
り水酸基の発生を更に抑制するのがよい。

【００３１】

【発明の効果】従って本発明に基づく超音波モータは、
湿度環境下でも固着現象をもたらす事無く起動及び運転
が可能である事が判明し、前記目的が円滑に達成し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの製造方法を適用した超
音波モータの固定子と回転子の接触部の状況の一例を示
す斜視図である。

【図２】図１の分解斜視図である。

【図３】図１の回転子と固定子との間の接触部を開いて
摺動面に白色残留物の付着の状況を示す斜視である。 （Ａ）；固定子側接触面 （Ｂ）；回転子側接触面

【図４】本発明の超音波モータの製造方法であるドライ
ラップ研磨加工の概要を示す摸式図である。

【図５】固着現象により起動不可の超音波モータの固定
子摺動面に発生した水酸基の有無を赤外スペクトラムで
示した図で、図においてＮｏ．４は常温常湿下で固着現
象を起こしたサンプルで、Ｎｏ．１のサンプルは駆動可
のものである。

【図６】固着現象が生じた回転子摺動面（Ａ）と固着現
象が生じなかった摺動面（Ｂ）のＥＰＭＡの分析図を示
す。

【符号の説明】

１０ 固定子 １１ 放射状断面矩形状突起 １２ 低摩擦摺動部材 １３ 圧電子 １４ 駆動軸 １５ 回転子 １６ 白色残留物 ２２ 半固定定盤 ２３ フィルム ３０ ワーク駆動機構 ３２ 可変速モータ ３３ 伝導部材 ３５ 駆動軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳川 誠司 東京都世田谷区玉川台２丁目14番９号 京 セラ株式会社東京用賀事業所内 (72)発明者 指田 年生 東京都調布市入間町１丁目22番５号 205

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波モータの固定子と回転子のいずれ
   かの一に設けられた低摩擦摺動部材の摺動面を研磨する
   研磨加工工程を含む超音波モータの製造方法において、 前記研磨面がＳｉ含有物の発生を排除した研磨加工であ
   ることを特徴とした超音波モータの製造法。
2. 【請求項２】 前記摺動面の少なくとも最終研磨加工を
   ドライラップ研磨加工により行なうようにした請求項１
   記載の超音波モータの製造方法。
3. 【請求項３】 前記摺動面の洗浄に空気吹きつけ洗浄を
   使用するようにしたことを特徴とする請求項１記載の超
   音波モータの製造方法。
4. 【請求項４】 超音波モータの固定子と回転子のいずれ
   かの一に設けられた低摩擦摺動部材の摺動面が研磨加工
   により研磨された研磨面を含む超音波モータにおいて前
   記研磨面または摺動テスト後の摺動面が、目視にてＳｉ
   含有物の存在が実質的に視認出来ない状態か、好ましく
   はＳｉ元素の存在がＥＰＭＡ等の分析にて実質的に視認
   出来ない状態の研磨面または摺動面であることを特徴と
   する超音波モータ。