JPS63174578A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
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- JPS63174578A JPS63174578A JP62004374A JP437487A JPS63174578A JP S63174578 A JPS63174578 A JP S63174578A JP 62004374 A JP62004374 A JP 62004374A JP 437487 A JP437487 A JP 437487A JP S63174578 A JPS63174578 A JP S63174578A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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、圧電体を用い、進行波からなる超音波振動を
発生させることにより駆動力を得る超音波モータに関す
る。
発生させることにより駆動力を得る超音波モータに関す
る。
従来の技術
超音波モータは、固定体と移動体が相互に加圧接触し、
前記固定体に圧電体を装着した構造を有する。時間差と
位相差をつけつつ圧電体の両端に電圧を印加することに
より、進行波からなる超音波振動が発生し、固定体を通
し移動体へと振動が伝達され移動体が駆動される。移動
体は発生した駆動力を外部へ伝達する役目を有し、従来
金属材料で構成することが検討されてきた。また別法と
して、固定体と接触摩擦する部分に、摩擦材を用い移動
体を構成することも検討されている。
前記固定体に圧電体を装着した構造を有する。時間差と
位相差をつけつつ圧電体の両端に電圧を印加することに
より、進行波からなる超音波振動が発生し、固定体を通
し移動体へと振動が伝達され移動体が駆動される。移動
体は発生した駆動力を外部へ伝達する役目を有し、従来
金属材料で構成することが検討されてきた。また別法と
して、固定体と接触摩擦する部分に、摩擦材を用い移動
体を構成することも検討されている。
発明が解決しようとする問題点
超音波モータの固定体と移動体の接触面における性能は
未だ十分満足できるものではなかった。
未だ十分満足できるものではなかった。
移動体が単に金属材料からなる場合は、金属どうしの接
触となり、固定体および移動体の接触面は、超精密加工
を施し平面加工精度を向上させる必要がちり、作成困難
であった。さらに、超音波振動下では金属どうしの接触
による騒音が発生し、実用上問題であった。一方、固定
体と接触摩擦する部分に摩擦材を用い移動体を構成する
際、数時間移動体を回転させ続けるに従い回転数が低下
し、極端な場合には停止してしまい、起動しなくなると
いう現象が見られ問題であった。
触となり、固定体および移動体の接触面は、超精密加工
を施し平面加工精度を向上させる必要がちり、作成困難
であった。さらに、超音波振動下では金属どうしの接触
による騒音が発生し、実用上問題であった。一方、固定
体と接触摩擦する部分に摩擦材を用い移動体を構成する
際、数時間移動体を回転させ続けるに従い回転数が低下
し、極端な場合には停止してしまい、起動しなくなると
いう現象が見られ問題であった。
問題点を解決するための手段
固定体と移動体が相互に加圧接触し、進行波からなる超
音波振動により、前記移動体が摩擦力により、駆動する
超音波モータにおいて、前記固定体と接触する移動体の
摩擦接触部に少くとも１箇所以上の溝を有する少くとも
１種類以上の有機材料を含む摩擦材を用いる。
音波振動により、前記移動体が摩擦力により、駆動する
超音波モータにおいて、前記固定体と接触する移動体の
摩擦接触部に少くとも１箇所以上の溝を有する少くとも
１種類以上の有機材料を含む摩擦材を用いる。
作 用
前記移動体が摩擦力により駆動される際、超音波モータ
にある程度の温度上昇が見られる０これは、固定体と移
動体が相互に加圧接触され摩擦力により駆動される際の
摩擦熱と超音波モータの構成から生ずる損失に起因する
ものである０このような温度上昇に対して金属材料は一
般にほぼ１ｏ×１ｏ−６１／℃ 〈らいの小さな熱膨張
係数を示すのに対して、有機材料を含む摩擦材は熱膨張
係数が、種類にも依存するが５０×１０１／℃以上と大
きい値を示す。それ故、超音波モータを駆動させること
により、有機材料を含む摩擦材は、熱膨張による変形が
著しく犬きぐ起ることになるが、少くとも１箇所以上の
溝を摩擦材に設けることにより、溝部へ変形することが
できるから熱膨張および収縮が可逆的に無理なく起るこ
とになる。
にある程度の温度上昇が見られる０これは、固定体と移
動体が相互に加圧接触され摩擦力により駆動される際の
摩擦熱と超音波モータの構成から生ずる損失に起因する
ものである０このような温度上昇に対して金属材料は一
般にほぼ１ｏ×１ｏ−６１／℃ 〈らいの小さな熱膨張
係数を示すのに対して、有機材料を含む摩擦材は熱膨張
係数が、種類にも依存するが５０×１０１／℃以上と大
きい値を示す。それ故、超音波モータを駆動させること
により、有機材料を含む摩擦材は、熱膨張による変形が
著しく犬きぐ起ることになるが、少くとも１箇所以上の
溝を摩擦材に設けることにより、溝部へ変形することが
できるから熱膨張および収縮が可逆的に無理なく起るこ
とになる。
一方、従来の切りかかれた部分がない場合は、熱による
膨張・収縮の変形を生ずる際、連続した形状になってい
るので応力の逃げ場がなく、内部応力として残留するか
、あるいは、接触面のうねりとなって表われるものと考
えられる。接触面のうねりは、超音波モータの回転数の
低下および極端な場合には停止し、起動しなくなるとい
う現象を誘発する。それ故、切シかきを入れることによ
Ｖ、残留応力や接触面のうねりが抑制され、回転数の低
下もなく非常に安定した性能を示す超音波モータが得ら
れる。
膨張・収縮の変形を生ずる際、連続した形状になってい
るので応力の逃げ場がなく、内部応力として残留するか
、あるいは、接触面のうねりとなって表われるものと考
えられる。接触面のうねりは、超音波モータの回転数の
低下および極端な場合には停止し、起動しなくなるとい
う現象を誘発する。それ故、切シかきを入れることによ
Ｖ、残留応力や接触面のうねりが抑制され、回転数の低
下もなく非常に安定した性能を示す超音波モータが得ら
れる。
実施例
本発明の超音波モータの基本構成を第２図に示す。超音
波モータは圧電体１を装着した固定体２に移動体３を加
圧接触させる構成をとる。図では便宜上固定体２と移動
体３を離して書いたが、ある一定の加圧力により接触し
ている。移動体３は、摩擦接触部４と動力伝達部６から
構成する。摩擦接触部４は、少くとも１箇所以上切りか
かれた少くとも１種類以上の有機材料を含む摩擦材によ
り構成する。動力伝達部５は、外部へ動力を伝えること
のできるある程度の機械的強度を有するものが必要であ
り、鋼材、ステンレス材、アルミ材などの金属材料によ
り作られる。
波モータは圧電体１を装着した固定体２に移動体３を加
圧接触させる構成をとる。図では便宜上固定体２と移動
体３を離して書いたが、ある一定の加圧力により接触し
ている。移動体３は、摩擦接触部４と動力伝達部６から
構成する。摩擦接触部４は、少くとも１箇所以上切りか
かれた少くとも１種類以上の有機材料を含む摩擦材によ
り構成する。動力伝達部５は、外部へ動力を伝えること
のできるある程度の機械的強度を有するものが必要であ
り、鋼材、ステンレス材、アルミ材などの金属材料によ
り作られる。
本発明を実際に、超音波モータとして構成した例として
、円盤型の超音波モータ（第３図）および円環型の超音
波モータ（第４図）が挙げられる。
、円盤型の超音波モータ（第３図）および円環型の超音
波モータ（第４図）が挙げられる。
以下、円盤型の超音波モータの場合について具体的に述
べる。圧電体６を予め時間的および位相的にそれぞれ−
ずれるような電極構造に分極し、市販の接着剤を用い固
定体アと接着した。これにより、圧電体の両端に電圧を
加えることにより、固定体上に進行波からなる表面波を
発生させることができる。なお、固定体の外径を４０１
ｒｒＭにて設計、作成した。
べる。圧電体６を予め時間的および位相的にそれぞれ−
ずれるような電極構造に分極し、市販の接着剤を用い固
定体アと接着した。これにより、圧電体の両端に電圧を
加えることにより、固定体上に進行波からなる表面波を
発生させることができる。なお、固定体の外径を４０１
ｒｒＭにて設計、作成した。
一方、移動体８は、動力伝達部９としてステンレス材を
用い、摩擦接触部１０にポリイミド系の樹脂を結合剤と
し芳香族ポリアミド繊維を含む摩擦材を用い、両者を一
体に成型することにより作成した。摩擦接触部の厚さは
、約０．５ ｒｒｖｎに成型し、表面の平行度を維持し
つつ研摩して、厚さを０．３鴫とした。このようにして
、作成した移動体の摩擦接触部１１は、第１図に示すよ
うな円環様の形状をしており、摩擦材を切りかくことに
よシ溝１２全設けた。溝の個数は、少くとも１つ以上で
効果があるが、望ましくは、４〜６個であった。さらに
多くの溝を設けることも可能である。但し、多くの溝を
設けすぎると接触面積が減少するという不利益を生ずる
。溝の深さは摩擦材全部を切りかいても、切りかかなく
てもどちらでもよい。溝の形状は、第１図ａ ％ ｄに
その１部を示したが、様々な形状のものが考えられる。
用い、摩擦接触部１０にポリイミド系の樹脂を結合剤と
し芳香族ポリアミド繊維を含む摩擦材を用い、両者を一
体に成型することにより作成した。摩擦接触部の厚さは
、約０．５ ｒｒｖｎに成型し、表面の平行度を維持し
つつ研摩して、厚さを０．３鴫とした。このようにして
、作成した移動体の摩擦接触部１１は、第１図に示すよ
うな円環様の形状をしており、摩擦材を切りかくことに
よシ溝１２全設けた。溝の個数は、少くとも１つ以上で
効果があるが、望ましくは、４〜６個であった。さらに
多くの溝を設けることも可能である。但し、多くの溝を
設けすぎると接触面積が減少するという不利益を生ずる
。溝の深さは摩擦材全部を切りかいても、切りかかなく
てもどちらでもよい。溝の形状は、第１図ａ ％ ｄに
その１部を示したが、様々な形状のものが考えられる。
このようにして、作成した移動体を、コイルバネを用い
固定体に加圧接触させることにより円盤型の超音波モー
タを作成した。得られた超音波モータを圧電体による進
行波からなる超音波振動により駆動させたところ、次の
項目を満足した。
固定体に加圧接触させることにより円盤型の超音波モー
タを作成した。得られた超音波モータを圧電体による進
行波からなる超音波振動により駆動させたところ、次の
項目を満足した。
（１）数時間駆動させても、回転数の低下が全く見られ
ないこと。
ないこと。
（２）モータ回転時に騒音が全くないこと。
（３）モータの固定部と移動部が加圧接触することによ
って生じる駆動力（トルク）が大きいこと０ （４）モータの駆動時に接触面が摩擦することにより発
生する摩耗量が極力少ないこと。
って生じる駆動力（トルク）が大きいこと０ （４）モータの駆動時に接触面が摩擦することにより発
生する摩耗量が極力少ないこと。
さらに、電圧を加えない状態での超音波モータの保持ト
ルクも時間とともに変動することなく安定していた。
ルクも時間とともに変動することなく安定していた。
比較のため、溝を全く設けていない摩擦材を用い同様に
駆動させたところ、数時間回転することにより回転数が
、約半分に低下し、中には停止するものもあった。さら
に、電圧を加えない状態での超音波モータの保持トルク
が初期状態に較べて約５倍になるという現象があられれ
た。これは、超音波モータの発熱による温度上昇にとも
ない、金属より数倍熱膨張係数の大きい摩擦材が膨張し
ようとし、変形が摩擦面上のうねりとなって表われるこ
とにより接触面の平面性が維持できなくみること、およ
び摩耗粉が接触面に残留し摩擦接触性能が変化すること
によるものと考えられる。それ故、超音波モータの固定
体が、数ミクロンの振動を移動体にうまく伝達できずに
回転数の低下が起る。溝を摩擦材に設けることにより、
熱による膨張の際、溝部で変形することができるから、
固定体と移動体との間の摩擦接触面上での変形によるう
ねりをある程度抑制することができる。さらに、摩擦接
触面上に発生した摩耗粉が、この溝に入りこむことがで
き摩耗粉の除去にも効果がある。
駆動させたところ、数時間回転することにより回転数が
、約半分に低下し、中には停止するものもあった。さら
に、電圧を加えない状態での超音波モータの保持トルク
が初期状態に較べて約５倍になるという現象があられれ
た。これは、超音波モータの発熱による温度上昇にとも
ない、金属より数倍熱膨張係数の大きい摩擦材が膨張し
ようとし、変形が摩擦面上のうねりとなって表われるこ
とにより接触面の平面性が維持できなくみること、およ
び摩耗粉が接触面に残留し摩擦接触性能が変化すること
によるものと考えられる。それ故、超音波モータの固定
体が、数ミクロンの振動を移動体にうまく伝達できずに
回転数の低下が起る。溝を摩擦材に設けることにより、
熱による膨張の際、溝部で変形することができるから、
固定体と移動体との間の摩擦接触面上での変形によるう
ねりをある程度抑制することができる。さらに、摩擦接
触面上に発生した摩耗粉が、この溝に入りこむことがで
き摩耗粉の除去にも効果がある。
それ故、数時間回転させても、回転数の低下が全く見ら
れず、電圧を加えない状態での保持トルクも安定してい
たと考えられる。
れず、電圧を加えない状態での保持トルクも安定してい
たと考えられる。
一方、少くとも１種類以上の有機材料を含む摩擦材を摩
擦接触部として固定体との接触面に用いているので、モ
ータ回転時に全く騒音が出す、加圧接触することによっ
て生じる駆動力が大きく、接触面が摩擦することにより
発生する摩耗量を極力少なくすることができた。ここで
は、摩擦材としてポリイミド系の樹脂を結合剤とし芳香
族ポリアミド繊維を含む場合を例としたが、ポリイミド
系の樹脂以外に、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ナイロンなどの熱可塑性樹脂およ
びポリウレタンなどのゴム材なども結合剤として用いる
ことができる０また、充填剤としては、炭素繊維、ガラ
ス繊維、石綿、セルロース繊維などの繊維質や、マイカ
、アルミナなどの無機質粉体を加えることができる。但
し、接触面が摩擦することにより発生する摩耗を極力抑
えるため、摩擦材が、少くとも繊維を含むことが望まし
かった。
擦接触部として固定体との接触面に用いているので、モ
ータ回転時に全く騒音が出す、加圧接触することによっ
て生じる駆動力が大きく、接触面が摩擦することにより
発生する摩耗量を極力少なくすることができた。ここで
は、摩擦材としてポリイミド系の樹脂を結合剤とし芳香
族ポリアミド繊維を含む場合を例としたが、ポリイミド
系の樹脂以外に、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ナイロンなどの熱可塑性樹脂およ
びポリウレタンなどのゴム材なども結合剤として用いる
ことができる０また、充填剤としては、炭素繊維、ガラ
ス繊維、石綿、セルロース繊維などの繊維質や、マイカ
、アルミナなどの無機質粉体を加えることができる。但
し、接触面が摩擦することにより発生する摩耗を極力抑
えるため、摩擦材が、少くとも繊維を含むことが望まし
かった。
以上、円盤状の超音波モータについて述べたが、円環状
の超音波モータについても同様の結果が得られた。
の超音波モータについても同様の結果が得られた。
発明の効果
固定体と接触する移動体の摩擦接触部に、少くとも１箇
所以上切りかかれた溝を設は少くとも１種類以上の有機
材料を含む摩擦材を用いることにより、超音波モータの
回転数の低下もなく、非常に安定した回転をし、トルク
性能も良好で、耐摩耗性もあり長寿命で、かつ騒音のな
い実用に適する超音波モータを与えることができる。
所以上切りかかれた溝を設は少くとも１種類以上の有機
材料を含む摩擦材を用いることにより、超音波モータの
回転数の低下もなく、非常に安定した回転をし、トルク
性能も良好で、耐摩耗性もあり長寿命で、かつ騒音のな
い実用に適する超音波モータを与えることができる。
第１図は本発明の摩擦接触部の平面図、第２図は超音波
モータの基本構成を示す要部の断面図、第３図は円盤状
超音波モータの構成を示す斜視図、第４図は円環状超音
波モータの構成を示す斜視図である。 １．６・・・・・・圧電体、２，７・・・・・・圧電体
、３，８・・・・・・移動体、４，１０．１１・・・・
・・摩擦接触部、５゜９・・・・・・動力伝達部、１２
・・・・・・溝。
モータの基本構成を示す要部の断面図、第３図は円盤状
超音波モータの構成を示す斜視図、第４図は円環状超音
波モータの構成を示す斜視図である。 １．６・・・・・・圧電体、２，７・・・・・・圧電体
、３，８・・・・・・移動体、４，１０．１１・・・・
・・摩擦接触部、５゜９・・・・・・動力伝達部、１２
・・・・・・溝。
Claims (4)
- （１）固定体と移動体が相互に加圧接触し、進行波から
なる超音波振動により、前記移動体が摩擦力を介して駆
動される超音波モータにおいて、前記固定体と接触する
移動体の摩擦接触部に少くとも１箇所以上の溝を有しか
つ少くとも１種類以上の有機材料を含む摩擦材を用いる
ことを特徴とする超音波モータ。 - （２）有機材料からなる摩擦材が、繊維を含有する特許
請求の範囲第１項記載の超音波モータ。 - （３）固定体と移動体との接触摩擦面が円環様である特
許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。 - （４）超音波モータの形状が、円盤状又は円環状のいづ
れかである特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004374A JPS63174578A (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004374A JPS63174578A (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 超音波モ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63174578A true JPS63174578A (ja) | 1988-07-19 |
Family
ID=11582587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62004374A Pending JPS63174578A (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63174578A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02139489U (ja) * | 1989-04-21 | 1990-11-21 |
-
1987
- 1987-01-12 JP JP62004374A patent/JPS63174578A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02139489U (ja) * | 1989-04-21 | 1990-11-21 |
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