JPS62107687A - 超音波モ−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】 ［発明の技術分野］ この発明は圧電撮動子を利用した超音波モータに関する
。

［発明の技術的前日とその問題点］ 超音波上−夕は第９図に構成図を示すように圧電振動子
（１）によって弾性振動体（２）に振動を与えると、該
弾性振動体（２）には弾性波（３）が発生し矢印方向に
弾性振動体（２）表面トを１云搬してゆく。このとさ、
弾性振動体（２）表面の質点にお（）る弾性波（３）は
第１０図に示すように縦振幅と横１辰幅を持つ楕円運動
（４）を行っており、上記矢印Ａ′ｊＪ向に伝搬する場
合【よ反時計方向に回転している。この弾性波（３）は
１波長毎に＋ｎ点（５）を有しており弾性振動体（２）
に１８動体（６）を加圧接触させると、摺動体（６）は
弾性波のＩｎ点（５）のみて弾性振動体（２）に接する
から、Ｎｉ円運ｔＪＪ（４）により摩擦力を得て矢印方
向、すなわち弾性波（３）の伝搬方向と逆方向に移動す
る。通常第１０図の原理からなる直線型の超音波モータ
ではＪ１電振動子（１）はＢａＴｉＯ２やＰＺＴなどの
圧電セラミック、弾性振動体（２）１４金属またはプラ
ス１ックなどからなる。

また第１１図に分解図、第１２図に正面図を示す超音波
モータは回転運動を行うもので、弾１／１１辰動体（１
２）に−波長の弾性波が乗るように圧電振動子（１１ａ
）にＶｌ−ＶｏＳｉｎωｔなる電圧を供給し、電圧振動
子（１１ｂ）にＶｌと９０’位相を変えたＶ２−ＶｏＣ
Ｏ３ωｔ１圧電振動子（１１ｃ）にはさらに９０”位相
を変えたＶ３＝−Ｖ。ｓｉｎ　ωｔ　、圧゛小振動子（
１１ｄ）には（１１ｃ）よりさらに９０°位相を変えた
Ｖ４＝−Ｖ。ＣＯＳωｔなる電圧を加え、各圧電振動子
を駆動することにより前記弾性振動体（１２）に加圧接
触させた摺動体（１６）が、回転運動を行うことになる
。

このような直線型や回転型の超音波モータにおいては、
弾性波の伝搬効率を高めるため、弾性振動体（２０１２
）には高ヤング率を有する金属などが使用される場合が
多い。しかし、たとえば摺動体（６０１６）に金属を使
用し、弾性振動体（２）（１２）に直接接触させて駆動
力を得ようとすると、弾性波の振動や摩擦力が騒音、熱
などに変り実用的でなく、前記騒音などをなくすために
防振材を用いると、この防振材が弾性波の振動および摩
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
ない問題点がある。

また、日本音費学会＋１ｒＩ相６０年度春季研究発表会
の論文集番号１−２−１．１−２−２．１−２−３には
弾性振動体と、これに加圧接触させる物体との当接部に
ビニール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ジュラ
コンを用いた超音波モータが記載されている。これらは
いずれも熱可塑性樹脂であり、特にビニールは長時間の
使用や、高速・高回転で駆動した場合はＩ！！擦による
発熱で物性が著しく変るなどの問題点があり、初期特性
を維持できない欠点がある。また、ポリプロピレンに関
して、ｔ）同様に熱による物性変化の問題があり、ポリ
カーボネートは繰返し荷重に弱く、弾性波の振動を長時
間受ける場合耐久性に欠ける。ジュラコンは摩擦係数が
著しく低いために弾性波の摩擦力を十分に授受できない
問題がある。このように弾性振動体と該振動体に加圧さ
せる物体との接触部の材質は実際の使用に際し著しい制
約を受けるのが実状である。

［発明の目的］ この発明は適宜な硬度範囲を有する摩擦材を用いること
により、トルクが大きく高速、しかも摩擦音が小さく、
耐久性に優れた超音波モータを提供することを目的とし
たものである。

（発明の概要］ この発明になる超音波モータは、圧電振動子を具備した
弾性振動体と、該弾性振動体に加圧接触させた物体とを
具備し、前記圧電振動子を駆動して前記弾性振動体上に
弾性波を誘起させて該弾性振動体に加圧接触させた物体
または弾性振動体自体を動作させる超音波モータにおい
て、前記弾性振動体に加圧接触させた物体の当接部をロ
ックウェル硬度Ｍ形で２０〜８０の熱硬化性樹脂、ゴム
。

熱可塑性樹脂およびこれらの共重合体またはこれらの混
合物から形成してあることを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 実施例１ 回転型の超音波上−夕の実施例について述べる。

第１図に正断面図、第２図に分解図を示すように、駆動
力を外部に伝えるためのシトフト（２１）と一体の摺動
体（２２）は、大きなトルクを要求されるものについて
は剛性、耐久性、加工性などを考１還し金属を用いるの
が一般的である。また該摺動（ホ（２２）に取着して一
体どした摩擦材（２３）を介して接触した弾性振動体（
２４）　（外径６０＃、内径５０　ｒｒｔｍ　）はジュ
ラルミンなどの金属からなり、該弾性振動体（２４）に
は圧電１辰動子（２５）（ＰＺＴを使用）を取付ける。

前記摩擦材（２３）は弾性振動体（２４）と該弾性振動
体（２４）に加圧接触さ【ｔだ物体、ずなわち惜１動体
（２２）との当接部を構成し、ロックウェル硬度Ｍ形で
２０−８０の硬度を有する熱硬化性樹脂、ゴム、熱可塑
性樹脂およびこれらの共重合体またはこれらの混合物か
らなる。そして、前記圧電１辰動子（２５）に接して配
されたアブソーバ（２６）は、圧電振動子（２５）の振
動をケース（２７）、封口蓋（２８）などに伝えないた
めのものである。なお、（２９）（３０）はベアリング
、（３１）は取イ・１台、（３２）はざらばねである。

摩擦材（２３）にエポキシ樹脂を用いこれらを組立て第
１図に示すような超音波モータを作製し、摩擦材（２３
）として用いたエポキシ樹脂の硬度（ロックウェル硬度
Ｍ形）を変えたときの該超音波モータの駆動電圧に対す
る摺動体（２２）の回転数を第３図に、駆動電圧に対す
るトルク特性を第４図に承り。この特性はＡＢＳ樹脂な
どの熱可塑性樹脂やゴムなどでも硬度が同じであればほ
ぼ同様の結果を示す。また第５図には超音波り一夕の駆
動電圧が２０Ｖの場合のＩＳ！擦材（２３）硬度（ロッ
クウェル硬度Ｍ形）に対する摺動体（２２）の回転数を
摩擦材（２３）として使用した材料別に示し、第６図に
は、同様条件におりるトルク特性を示した。なお、第５
図、第６図における材料の符号４．１下記のとおりであ
る。

Ａ：エポキシ樹脂 Ｂ：エポキシ樹脂とシリコン樹脂の共重合体Ｃ：ＡＢＳ
樹脂 Ｄ：ポリアミド樹脂 Ｅ：ボｌノエチレン樹脂とスチレン樹脂との共重合体 Ｆ：ＣＲ Ｇ：不飽和ポリエステル樹脂とＳ　Ｂ　ＲのＵ合物以上
述べたにうに回転数、１ヘルクの両特性から超音波し一
タどして使用可能なのはロック・クエルＩ／１度Ｍ形で
２０・−８０であり１５では回転数１−ルク特性とも低
下する。また８ｏを超えるものは動作時に間合を発する
傾向が強く、８５では１−ルク特性が低下する。この傾
向は実施例に摩擦材として使用したエポキシ樹脂とシリ
コン樹脂の共重合体やＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ボ
リエヂレン樹脂とスチレン樹脂どの共重合体、ＣＲおよ
び不飽和ポリエステル樹脂とＳＢＲの混合物だけでなく
、その他の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴムおよびこ
れらの共ｆ合体やこれらを２種以上混合したものからな
るものでも同様であることを確認した。そして、構成と
して第１図、第２図に示した実施例では摩擦材（２３）
を摺動体（２２）に取着し−Ｃ一体化した場合について
述べたが、活動体（２２）と弾性振動体（２４）との間
に介Ｉ１１シたのみでもよく、弾性振動体に取付けた構
成でも同様の効果を１７ることかできる。

実施例２ 直線型の超高波七−夕の実施例について述べる。

第９図に示した構成に、１１３いて弾性振動体を５Ｎ口
か銅とし、該弾性振動体の両端に２個のＰＺＴ圧電振動
子を取着し、摺動体にアルミニウムを用い、該アルミニ
ウムに摩擦材を固定し、該ｆＦＪ擦材が前記ＰＺＴの取
付方向を両側から挟み込むように弾性撮動体に取着する
。このような構成からなる直線型超＆波モータのＰＺＴ
に２００Ｖの電圧を印加したときの摺動体の摩擦材の硬
度と移動速度との関係を材料別に表したものを第７図に
、また同様にｇｆ！度と得られる１ｆｔ力との関係を第
８図に示す。

なＪ３、摩擦材のｕ　ｔＭ　ｃ、を前記実施例１に示し
たと同　。

様のものを用いた。モしてＰＺＴには２００Ｖの電圧を
印加した場合について述べたが、印加電圧を変えると、
活動体の移動速度は印加された電圧にほぼ比例して変化
する。第７図、第８図の結果から明らかなように重線型
超音波モータにＪ３いても、回転型の場合と同（、弧、
摩擦材として使用した４Ａｒ４によって首モのばらつき
はあるもののロックウェル硬度Ｍ形で２０〜８０が１８
動体の移！ＦＪＪ速度Ｊ３よび推力が大きい良好な結果
を示す。また第７図、第８図に示した摩擦材以外の熱硬
化性樹脂。

熱可塑性樹脂、ゴムおよびこれらの共重合体や、これら
を２種以上混合したものからなるものでも同様の結果を
１９られることを確認した。

［発明の効果Ｊ この発明によればロックウェル硬麿Ｍ形２０〜８０の硬
度範囲を右づる熱硬化性樹脂、ゴム、熱可塑性樹脂など
からなる摩擦材を用いることにＪ：って、摩擦材の物性
の変化、騒？３、耐久性を解決したｌｆ３音波モーモー
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明になる回転望超ｒ１波七−タの
実施例を示し、第１図は超８波モータの構成を示ず正断
面図、第２図は第１図に示した超昌波七−タの分解図、
第３図は超音波モータの駆動電圧に対げろ活動体の回）
［Ｑ：数を承り曲線図、第４図は同じくｊ駆動電圧にヌ
・ｊりる活動体のトルク１）性を示づ一曲線図、第５図
は摩１？２何硬度ど活動（小の回転数との関係を示す曲
線図、第６図は同じく摩擦材硬度と摺動体のトルク特性
との関係を示す曲線図、第７図〜第８図は本考案になる
直線型超音波モータの実施例を示し、第７図はａ！擦材
硬度と摺動体の移動速度との関係を示す曲線図、第８図
は同じく摩擦材硬度と推力との関係を示す曲線図、第９
図は直線型超音波モータの構成図、第１０図は超音波モ
ータの動作原理を示す説明図、第１１図は従来の回転型
超音波モータを示す分解図、第１２図は第１１図に示し
た超音波モータの正面図である。 （２２）・・・・・・摺動体　　　　（２３）・・・・
・・摩擦材（２４）・・・・・・弾性振動体　　（２５
）・・・・・・圧電振動子（２７）・・・・・・ケース
　　　　（２８）・・・・・・封口蓋性　　許　　出　
　願　　人 マルコン電子株式会社 ８音液モータり正Ｊ咋面凹 第１図 超を）ｆＬモータの分解図 第２図 第３図 、なｄ坑し圧ヒドル７の関係 第４図 斥欅Ｕ樋度こ回転θ上の関イゑ 第５図 第６図 第７図 第８図 、亘恥良雪す自〔鮒シζモ、−タリ第１１て９つ第９図 第１０図 第１２図 手　　続　　補　　正　　ｇ　　　　（自発）昭和６０
年１１月２２日 特許庁長官　宇賀通部　殿　　　　、゛・、゛・；′；
ζ＋、ｊプ、− ２、発明の名称 超音波モータ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　山形県長井市幸町１番１号 電話　長井（０２３８）８４−２１３１（大代表）郵便
番号　　　９９３ 自発的 図面の第１図、第１１図、第１２図を別−のとおり補正
する。　　　　　　　以　上赳奮う史モータリ二新面回 第１図 １１４”（ｌ］　　ｉ　　口ゝＴｌｃ ！ 第１１図 第１２図 手　　続　　補　　正　　書　　　　（自発）昭和６１
年８月８日 番

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子を具備した弾性振動体と、該弾性振動
   体に加圧接触させた物体とを具備し、前記圧電振動子を
   駆動して前記弾性振動体上に弾性波を誘起させて該弾性
   振動体に加圧接触させた物体または弾性振動体自体を動
   作させる超音波モータにおいて、前記弾性振動体に加圧
   接触させた物体の当接部をロックウエル硬度Ｍ形で２０
   〜８０の熱硬化性樹脂、ゴム、熱可塑性樹脂およびこれ
   らの共重合体またはこれらの混合物から形成してあるこ
   とを特徴とする超音波モータ。