JPS62201076A - 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］ この発明は圧電振動子を利用した超音波モータに関する
。

［発明の技術的背景とその問題点］ 超音波モータは第３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）表面上を伝搬してゆく。このとき、弾
性振動体（２）表面の質点における弾性波（３）は第４
図に示すように縦振幅と横振幅を持つ楕円運動（４）を
行っており、上記矢印六方向に伝搬する場合は反時計方
向に回転している。

この弾性波（３）は１波長毎に頂点（５）を有しており
弾性振動体（２）に摺動体（６）を加圧接触させると、
摺動体（６）は弾性波の頂点（５）のみで弾性振動体（
２）に接するから、楕円運動（４）により摩擦力を得て
矢印Ｂ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４図の原理からなる直線型の超音波
モータでは圧電振動子（１）はＢａＴｉ０うやＰＺＴな
どの圧電セラミック、弾性Ｆｊｔ動体（２）は金属また
はプラスチックなどからなる。

また第５図に分解図、第６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、弾性振動体（１２）に−波
長の弾性波が乗るように圧電振動子（１１ａ）にＶｌ　
＝Ｖｏｓｉｎ　ωｔなる電圧を供給し、電圧１ｔｉ動子
（１１ｂ）に■１と９０°位相を変えた■２＝ｖｏＣＯ
５ω【、圧電振動子（１１ｃ）にはざらに９０”位相を
変えたＶ　３　＝Ｖ　ｏ　Ｓ　ｊ　ｎ　（１）　Ｔ　１
圧電振動子（１１ｄ）には（１１ｃ）よりざらに９０”
位相を変えたＶ４　”　　ＶｏＣＯ３ωｔ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）に加圧接触さけた活動体（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於いては、
弾性波の伝搬効率を島めるため、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、たとえば活動体（Ｇ）（ＩＧ）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。

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ｖ１約を受ける
のが実状である。

［発明の目的〕 この発明は弾性振動体に加°圧接触させた摩擦材などの
物体の当接部の硬度を適宜な範囲とすることにより、ト
ルクが大きく高速、しかも摩Ｗ　ａ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１ 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撮動体上に
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ス
プリング式硬度Ａ形で９４以上１００未満、かつロック
ウェル硬度Ｍ形で２０以上８０以下さらにショア硬度Ａ
形で４０以上を満足し、該ショア硬度Ａ形で９０を超え
るものについてはショア硬度り形で２０以上７０以下の
硬度を有するゴム、熱硬化性樹脂、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］ 回転型の超音波モータ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ャフト（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、加工性などを考慮し金属を用いるのが
一般的である。また該摺動体（２２）に取着して一体と
した摩擦材（２３）を介して接触した弾性振動体（２４
）　（外径６０ｍｔｔｔ、内径５０ｍ）はジュラルミン
などの金」からなり、該弾性振動体（２４）には圧電振
動子（２５）（ＰＺＴを使用）を取付ける。前記ｊ？擦
環材２３）は弾性振動体（２４）と該弾性振動体（２４
）に加圧接触させた物体、すなわち摺動体（２２）との
当接部を構成しＪＩＳ　　Ｋ　　６３０１に規定されて
いるスプリング式硬度Ａ形で９４以上１００未満、かつ
ＪＩＳ　　Ｋ　　７２０２に規定されているロックウェ
ル硬度Ｍ形で２０以上８０以下、さらにショア硬度Ａ形
で４０以上を満足し該ショア硬度Ａ形で９０を超えるも
のについては、ショア硬度り形で２０以上７０以下の硬
度を有するＮＲ，ＳＢＲ，ＢＲ，ＣＲ，ＮＢＲ，ＥＰＭ
。

ＥＰＤＭ、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム
、フッ素ゴムなどのゴム、スヂレン樹脂。

アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、フ
ッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、
ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイドなどの
熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂。

不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂
、メラミン樹脂、フラン樹脂、ポリイミド。

ジアリルフタシー１〜樹脂、けい素樹脂、アルキド樹脂
などの熱硬化性樹脂Ｊ５よび△Ｓ樹脂、ＢＳ樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂、ＥＶＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＭＭ樹脂、アセター
ル共重合樹脂、エポキシ樹脂とシリコン樹脂の共重合体
やポリエヂレン樹脂とスチレン樹脂との共重合体、ＳＲ
とＦＩＲの共重合体。

ＣＲとＮＢＲとの共重合体、エポキシ樹脂とＮＯＲの混
合物、不飽和ポリエステル樹脂とＳＢＲの混合物などの
如きこれらの共重合体や２種以上の混合物からなる。そ
して、前記圧電振動子（２５）に接して配されたアブソ
ーバ（２Ｇ）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ちのであ
る。なお、（２９）（３０）はベアリング、（３１）は
取付台、（３２）はさらばねである。摩擦材（２３）に
ＢＲ，ＡＢＳａｌ脂などを用い、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
して用いた各試料の硬度（スプリング式硬度Ａ形、ロッ
クウェル硬ＩｆＭ形。

ショア硬度Ａ形およびショア硬度り形）および該超音波
モータの駆動電圧に対する摺動体（２２）のトルク、回
転数、音圧レベル（騒音レベルの意）を下表に示ず。こ
の特性は実施例では示さなかった他の熱硬化性樹脂やゴ
ム、熱可塑性樹脂およびこれらの共重合体またはこれら
の混合物から形成されたものでも硬度が同じであればほ
ぼ同様の結果を示す。

以下余白 なお、この表においてショア硬度Δ形で９０を超えた場
合は、Ａ形で表示するよりＤ形で表示するのが適正なの
でＡ形の値を表示せず、Ｄ形の値のみを表示した。

以上述べたように回転数、トルク、音圧レベルの品持性
から超音波モータとして使用可能なのはスプリング式硬
度Ａ形で９４以上１００未満、かつロックウェル硬度Ｍ
形で２０以上８０以下さらにシヨア硬度Ａ形で４０以上
を満足し、該ショア硬度Ａ形で９０を超えるものについ
てはショア硬度り形で２０以上７０以下の硬度を有する
ものであり、たとえばこれらの硬度に達しない参考例１
はトルク、回転とも０ないし小さく、参考例５〜８では
回転数の割合には音圧レベルが異常に高い値を示して適
さない。この傾向は実施例に１！Ｊ家材として使用した
ものだけでなく、ポリエチレン樹脂、ボリフエニレンサ
ルフフイド、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、フッ素系
樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ごニリデン樹脂、ポリス
ルホン樹脂。

ポリスチレン樹脂などの熱ｐＪ塑性樹脂やその他の熱硬
化性樹脂、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）に取着して一
体化した場合について述べたが、摺動体（２２）と弾性
振動体（２４）との間に介挿したのみでもよく、弾性撮
動体に取付けた構成でも同様の効果を得ることができる
。また実施例では回転型の超音波り−９について述べた
がリニア型の超音波モータでも同様な効果が得られ、こ
の場合は大ぎな移動速度と大きい推力を得ることができ
る。また実施例では回転型の超音波モータについて述べ
たがリニア型の超音波モータでも同様な効果が得られ、
この場合は大きな移動速度と大きい推力を得ることがで
きる。

［発明の効果］ この発明によればスプリング式硬度Δ形で９４以上１０
０未満、かつロックウェル硬度Ｍ形で２０以上８０以下
さらにショア硬度Ａ形で４０以上とし、該ショア硬度Ａ
形で９０を超えるものについてはショア硬度２０以上７
０以下の硬度範囲を有する摩擦材などの骨性振動体に加
圧させた物体を用いることによって、トルクおよび回転
数が大きく、騒音の小さい超音波モータを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる回転型超音波モータの構成を示す
正断面図、第２図は第１図に示した超音波モータの分解
図、第３図は直線型超音波モータの構成図、第４図は超
音波モータの動作原理を示す説明図、第５図は従来の回
転型超音波モータを示す分解図、第６図は第５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）・・・・・・弾性撮動体　　（２５
）・・・・・・圧電振動子（２７）・・・・・・ケース
　　　　（２８）・・・・・・封口蓋特　　許　　出　
　願　　人 マルコン電子株式会社 超音波モータの正断面図 第１図 ■ 超音波モータの分解図 可縮型超音波モータの構成図 第３図

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スプリング式硬度Ａ形で９４
   以上１００未満、かつロックウェル硬度Ｍ形で２０以上
   ８０以下さらにシヨア硬度Ａ形で４０以上を満足し、該
   シヨア硬度Ａ形で９０を超えるものについてはシヨア硬
   度Ｄ形で２０以上７０以下の硬度を有するゴム、熱硬化
   性樹脂、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。