JPS63121480A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、圧電体による超音波振動を利用した超音波モ
ータに関するものである。

従来の技術 一般に超音波モータは、圧電体を固定した振動体と動体
とが加圧接触した構成であり、圧電体への電気入力によ
って圧電体と振動体に第４図に示すような超音波振動の
進行波を発生させ、動体との摩擦力によって動体を駆動
させて機械エネルギーを得る原理である。第４図におい
て、１は圧電体であシ、その表面に振動体２が接着固定
されている。３は動体であり、動体３にスライド材が固
定されている。圧電体１に電気入力を加えることによっ
て振動体２に超音波振動の入方向の進行波が発生する。

振動体２の各質点はＢのような楕円運動をしており、そ
の各波頭は進行波の方向に対し逆向の横に動く性質があ
る。しかし、進行波の谷の部分は進行波と同じ方向の横
に動く性質がある。したがって振動体の表面に置かれた
物体（スライド材と動体）は波頭の上部のみに接触して
、振動体との摩擦力によってＣ方向の横に駆動する。

この進行波の振幅は一般に最大でも１０μｍ程度であり
、モータが小さくなると振幅はさらに小さくなり１μｍ
程度である。このような超音波モータにおいて、動体の
駆動回転数や駆動速度を速くするために、スライド材と
して、可撓性材料の使用が提案され、厚さ１■以上で構
成される。

発明が解決しようとする問題点 可撓性材料でスライド材を１叫以上の厚さで構成した場
合、振動体と動体との加圧力が小さいときには高速回転
で小さな駆動トルクを得ることができるが、しかし、大
きな駆動トルクを得ることは不可能である。大きな駆動
トルクを得るために加圧力を強くすると、第２図ｄに示
すように振動体の振幅の底面の谷にまでスライド材が圧
縮されて接触するために、動体が駆動しなくなったり、
また、電源を入れたり切ったりしたときに、モータが再
起動しなくなる等の駆動安定性に問題点がある。

問題点を解決するための手段 本発明は、超音波モータの振動体と動体との接触面の、
動体に固定して、少なくとも樹脂材料よりなるスライド
材を５００μｍ以下の厚さで構成するものである 作　　用 振動体と動体との加圧力を大きくしても、振動体に生じ
ている進行波の振幅の山の部分のみにスライド材が接触
するようになるために、振動体の横に動く成分を有効に
動体に伝えることができる。

実施例 第１図は本発明の超音波モータの主要部構成の断面拡大
図である。１は圧電体であシ、その表面に金属製振動体
２が接着固定されている。３は動体であシ、厚さが５０
０μｍ以下の樹脂よりなるスライド材４が動体３に固定
して構成されている。

振動体２と樹脂よりなるスライド材４は加圧接触されて
いる。圧電体１に位置的に位相が９０度ずれた２組の電
極群を構成し、時間的に位相が９Ｑ度ずれるように共振
周波数の高周波電界を入力することによって、圧電体１
と振動体２に超音波振動の進行波が発生する。振動体２
の各質点は楕円運動をしており、その進行波の各波頭は
進行波方向に対し逆方向の横に動く性質があり、進行波
の谷の部分は進行波と同じ方向の横に動く性質がある。

振動体２とスライド材４は、電界が入力されないときは
第２図ａのように全面で接触しているが、電界が入力さ
れて振動体２の表面に進行波が発生すると第２図す、ｃ
のようにスライド材４は進行波の山の部分のみに接触し
て、摩擦力によって進行波と逆の方向に起動する。この
場合、スライド材４と振動体２との加圧接触力を大きく
しても、スライド材４の厚さが５００μｍ以下で薄いた
めに進行性超音波振動している振動体の振幅の谷の部分
までスライド材４が接触しなくなる。したがって振動体
の進行波方向に対し逆方向への駆動力を効率よく動体に
伝えることが出来、大きな駆動トルクを得ることが容易
となり、また、電源の入力と切断の繰返し動作において
もモータの再起動が容易となる。

スライド材として芳香族ポリアミド繊維または炭素繊維
と樹脂とよりなる複合樹脂を使用した場合、耐摩耗性に
優れるために、５００μｍ以下の薄い厚さで構成しても
、１０００時間以上の駆動においてもスライド材の摩耗
量は少なく、長時間安定した駆動出力を維持することが
できる。

次に、本発明を具体的実施例によってさらに詳しく説明
する。

実施例１ ビスマレイミドトリアジン樹脂７０重量部とパラ型芳香
族ポリアミド繊維（パルプ状）３０重量部とを均一に混
練し、１００μｍ、３００μｍ、５００μｍ、７００μ
ｍ、１０００μｍの厚さのシートを成形した。それぞれ
のシートをスライド材として用い、第３図に示すような
直径６０■、厚さａｒｍの円板型超音波モータを構成し
た。第３図において、１は圧電体であシ、その表面にス
テンレス製振動体２が接着固定されている。３は鉄製動
体であり、上記スライド材４が接着固定されている。円
板の円周方向に４波が励起されるように電極配置し、共
振周波数７０ＫＨｚ、電圧４０Ｖの入力を印加してモー
タを駆動させた。それぞれの厚さのスライド材を構成し
たモータについて、ネジの締め付けにより撮動体と動体
との加圧力を強くしていったときに得られる最大の起動
トルクを第１表に比較して示す。まだそれぞれのモータ
について、最大起動トルクの半分の負荷の状態で、入力
電源を切ったり入れたりしたときの再起動の有無、およ
び、２００時間時間後の最大起動トルクとそのときのス
ライド材摩耗厚さを第１表に示す。

第　　　　１　　　　表 第１表から明らかのように、スライド材の厚さが薄くな
るにしたがって、初期の最大起動トルクは大きくなる。

まだ、その値は２００時間の動作後においても変化して
いない。しかし、スライド材の厚さが７００　／ｌｒｎ
以上では、電源のオフとオンの繰返し作動においてモー
タが再起動しなくなる傾向がある。スライド材の摩耗厚
さは、スライド材の厚さが薄くなるにしたがって大きく
なる傾向があるが、これは振動体と動体表の加圧力が強
くなっているためである。しかし、この摩耗厚さは２０
０時間の動作後においても３μｍ程度で非常に少なく、
スライド材の厚さが薄いときでも長時間、初期の起動ト
ルクを維持することができる。

実施例２ 第２表に示すような、種々の芳香族ポリアミド繊維また
は炭素繊維と、ポリイミド系樹脂との分散複合材または
含浸積層材を成形し、それぞれを１００　ｐｍ　、　５
００１ｔｍ、Ｔｏｏ　μｍの厚さで、第３図に示すよう
な円板型超音波モータのスライド材として構成した。

実施例１と同じ方法でモータを駆動させたときの、最大
起動トルク、最大起動トルクの半分の負荷の状態で入力
電源を切ったり入れたりしたときの再起動の有無、およ
び、２００時間時間後の最大起動トルクとそのときのス
ライド材の摩耗厚さを第３表に示す。

第３表から明らかのように、スライド材の厚さが５００
μｍ以下のときには、電源を切ったり入れたすしたとき
に再起動するが、５００μｍを越えるときにはへ起動し
ない傾向がある。最大起動可 トルクは、スライド材の厚さが薄くなるにしたがって大
きくなる・また２００時間時間後のスライド材の摩耗深
さは４μｍ程度で非常に少なく、スライド材の厚さが薄
いときにおいても、長時間初期の起動トルクを維持する
ことができる。

（」・Ａ下余白） 第　　　　２　　　　表 第　　　　３　　　　表 実施例３ ウレタンゴムのシートを、１００μｍ　、　３００μｍ
。

５００７１ｍ、７００μｍ、１０００ｐｒｎの厚さで、
それぞれスライド材として用い、第３図に示すような円
板型超音波モータを構成した。実施例１と同じ方法でモ
ータを駆動させたときの最犬起勘トルク。

最大起動トルクの半分の負荷の状態で入力電源を切った
シ入れたりしたときのモータの再起動の有無およびｉｏ
ｏ時間動作後の最大起動トルクとスライド材の摩耗厚さ
を第４表に示す。

第４表から明らかのように、スライド材の厚さが５００
μｍ以下のときには電源の入力と切断の繰返しにおいて
容易にモータが再起動するが、ＳＯＯμｍを越える厚い
ときには再起動しない傾向がある。最大起動トルクはス
ライド材の厚さが薄くなるにしたがって大きくなる。

（）・Ａ　″Ｆ　＄　９　） 第４表 発明の詳細 な説明したように、表面に進行波を発生する超音波振動
体と動体とが加圧接触し、その両者間の摩擦力を介して
振動体により動体を駆動する超音波モータにおいて、振
動体と動体との接触面の動体に固定して、少なくとも樹
脂材料よりなるスライド材をａＯＯμｍ以下の厚さで構
成することにより、大きな駆動トルクを得ることができ
ると同時に、電源の入力および切断の繰返し動作におい
て、容易に再起動する等の駆動安定性に優れる効果があ
る。

また、スライド材として芳香族ポリアミド繊維または炭
素繊維と樹脂との複合樹脂材料の使用により、スライド
材の耐摩耗性が良くなるためにスライド材の厚さを、よ
り薄くすることができ、より大きな起動トルクを得ると
共に、長寿命のモータを得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの主要部構成の断面図、
第２図は撮動体表面とスライド材との接触度合を説明す
る要部拡大図、第３図は一実施例の超音波モータの構成
図、第４図は超音波モータの駆動原理を示す要部原理図
である。 １・・・・−・圧電体、２・・・・・・振動体、３・・
・・・・動体、４・・・・・・スライド材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に進行波を発生する超音波振動体と動体とが
   加圧接触し、その両者間の摩擦力を介して前記振動体に
   より前記動体を駆動する超音波モータにおいて、前記振
   動体と前記動体との接触面の前記動体に固定して、少な
   くとも樹脂よりなるスライド材を５００μｍ以下の厚さ
   で構成した超音波モータ。
2. （２）スライド材が、芳香族ポリアミド繊維または炭素
   繊維の少なくとも一種以上と樹脂よりなる複合樹脂であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波
   モータ。
3. （３）樹脂が少なくともイミド基を含有するポリイミド
   系樹脂であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波モータ。