JPS63257476A - 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シ、圧電体への電気入力によ
って圧電体と振動体に第５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６図におい
て、１は圧電体であり、その表面に金属製の振動体２ａ
が接着固定されている。３は動体であシ、動体３にスラ
イド材４が固定されている。圧電体１に！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
しておシ、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。この金属製
振動体２の表面は、金属製振動体が変形しやすくして大
きな振幅を得るために駆動方向に配列して複数個の凸を
設けて、その凸部を介して動体に接するように構成する
ことが提案されている。

また、動体３に固定し走スライド材として、グラスチッ
ク材やゴム材が構成されている。

発明が解決しようとする問題点 金属製の凸部表面を有する振動体と、グラスチックやゴ
ム材のスライド材とが加圧接触した構成の場合、プラス
チックやゴムが金属製振動体よシも柔かいために、金属
製振動体の凸部の突起部がスライド材の表面に喰い込む
ために、動体が容易に安定して起動しない欠点がある。

また、凸部の突起によってスライド材が摩耗されやすく
、超音波モータの寿命が短かいという欠点がある。さら
に、よシ大きな駆動トルクを得るために加圧力を大きく
するとスライド材への喰い込みが著しくなシ、大きな出
力トルクを得ることができないという欠点がある。また
、振動体の凹部の面積に比例して動体のスライド材との
接触面積が少なくなるために、モータの出力性能限界が
小さくなるという問題がある。

問題点を解決するための手段 金属製振動体の四部にプラスチック材を設けて振動体表
面を平坦にしｆｃ構成とする。

作　　用 振動体が動体表面のスライド材に喰い込まなくなシ、動
体が安定して起動する。また、加圧力をよシ大きくして
も振動体のスライド材への喰い込みがなくなシ、大きな
出力トルクを得ることができる。さらに、スライド材へ
の喰い込みによる引っかかシがなくなシスライド材の摩
耗か著しく少なくなり、モータの寿命が永くなる。また
、振動体とスライド材との接触面積が増加するために、
モータへの入力電力に対して、モータの出力性能が向上
する利点がある。

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。ＩＦｉ圧電体であシ、その端面に金属製振動
体２ａが接着固定されている。金属製振動体２ａの表面
は進行波の発生方向に配列して複数個の凸部を設けであ
る。金属製振動体２ａの凹部にプラスチック材充填部２
ｂを設け、金属製振動体２ａの凸部と凹部に充填された
プラスチック充填部２ｂの表面は平坦に構成されている
。

３は動体であシ、動体３に固定してスライド材４が構成
され、金属製振動体２ａの凸部と凹部のプラスチック充
填部２ｂよりなる振動部２と、スライド材４とが加圧接
触されている。

圧電体１に位置的に位相が９０度ずれた２組の電極部を
慣成し、時間的に位相が９０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り、振動部２に超音波
たわみ振動の進行波が発生する。振ｄＪ部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の方
向に対し逆方向の横に動く性質がある。スライド材４は
、振動部２の進行波の山の部分にのみに接触し、摩擦力
によってスライド材４に固定された動体３が進行波に対
して逆向きの方向に起動する。

この場合、振動体と動体との加圧力を大きくしても振動
体の凸部がスライド材は喰い込むことがない。したがっ
て、モータの起動が容易で安定して起動する。また加圧
力を大きくすることにより、大きな出力トルクを得るこ
とが可能となる。さらに、振動体の凸部の引っかかりに
よるスライド材の摩耗も少なくなり、モータ寿命が永く
なる効果がある。また、振動部とスライド材との接触面
積が多くなるために、モータへの入力電力に対してモー
タの出力性能すなわち、電気・機械エネルギー変換効率
が向上する効果がある。

プラスチック材の材質としては特に制限はないが、通常
の合成声脂、有料高分子材９合成ゴムまたはこれらを結
合材として、無機物、有機物および金属などの繊維また
は粉末との複合プラスチックなどが使用できる。

金属製振動体の凸部の形状とプラスチック材との形状に
特に制限はないが、４２８図〜２０図に示すような形状
が可能である。金属製振動体の金属としては、材質に特
に制限はないが、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム、
チタンおよびこれらの合金などの振動しやすい材料が望
ましい。

次に本発明の具体的実施例を示す。

実施例１ 第３図に示すように、複数の凸部を配列したステンレス
製振動体と、四部にポリアミドイミド樹脂と炭素繊維と
よりなる複合プラスチックを設けて外径４０印高さ８１
Ｍ１の超音波モータを構成した第３図において、１は圧
電体であり、その端面にステンレス製振動体２＆が接着
固定されていもステンレス製振動体２ａの表面は幅２−
１長さ２鴫、高さ３Ｍ、直方体形状の凸部突起を２−間
隙で配列し、その凹部に、ポリアミドイミド樹脂に炭素
繊維を分散した複合プラスチック材２ｂが充填成形され
ている。ステンレス！Ｉｔ！振動体の凸部表面と複合グ
ラスチック材の表面は互いに凸凹がなく平坦になってい
る。３はステンレス製動体であり、ポリイミド樹脂とポ
リアミド繊維とよジなる厚さ０．５ｍのスライド材４が
接着されている。振動体部と動体部はバネを介してす７
ト３’ｐ／−の圧力で加圧され、ステンレス製振動体の
凸部とグラスチック材とよシなる振動体表面と、スライ
ド材４とが加圧接触されている。円周の方向に４波の進
行波が励起されるように電極配置し、共振周波数７０Ｋ
Ｈ２，電圧４０Ｖの入力電源を加えた。

その結果、振動体側突起部のスライド材部への喰い込み
は全く認められなかった。″また、電源の入力によって
モータの動体は安定に起動し、安定して回転した。

起動トルクは１７００ｑｆ−、であり、無負荷回転数は
５００　ｒｐｍであった。また１００万回＠転後のスラ
イド材の摩耗深さは３μｍ以下でめった。

これに対し、振動体の凹部にプラスチック材を設けない
構成のモータについて、実施例１と同じ方法で、電源入
力を加えた場合、動体は起動しなかった。このとき、振
動体の凸部突起部がスライド材に喰い込んでいた。

振動体部と動体部との加圧力を１１＆／ｃｄに減らした
とき、動体は起動した。起動トルクは４ｏｏｇｆ−画で
あシ、無負荷回転数は４５０ｒｐｍであり、大きなトル
クを得ることができなかった。また１００万回回転後の
スライド材の摩耗深さは９μｍであシ、大きく摩耗して
いた。

実施例２ 第４図に示すように幅４１１１１ｎ、長さ２ｆｆ１ｍ、
高さ４−の直方体形状の凸部突起を１ｍｌＩｌＩＪ５ｍ
で配列した鉄製振動体と、凹部に合成ゴムを含有するビ
スマレイミドトリアジン樹脂と芳香族ポリアミド繊維と
二琢化モリブデン粉末とよシなる複合プラスチックを設
けて外径５０Ｍ、高さ１０１１１１１の超音波モータを
構成した。

第４図において、１は圧電体であり、その端面に鉄製振
動体２ａが接着固定されている。鉄製振動体２ａの表面
は直方体形状の複数個の凸部突起を配列し、その凹部に
前記複合プラスチック材２ｂが充填成形されている。

鉄製振動体の凸部表面と複合プラスチック材の表面は互
いに凸凹がなく、平坦になっている。３は永久磁石製の
動体であり、前記複合プラスチック材と同じ組成のシー
ト状スライド材４が接着固定されている。振動体部と動
体部は磁力により１５００ｙ／ｃｄｌの圧力で加圧され
、鉄製振動体の凸部と凹部の複合プラスチック材よりな
る振動体表面と、スライド材４とは加圧接触した構成と
なっている。

円周方向に９波の進行波が励振されるようよ電極配置し
、共振周波数３０ＫＨｚ、電圧ｅｏｖの入力電源を加え
た。

その結果、振動体表面のスライド材部への喰い込みは全
く認められなかった。また、電源の入力によって、モー
タの動体は安定に起動し、安定して回転した。起動トル
クは１１００ｑ　ｆ−αであり、無負荷回転数は２５０
ｒｐｍでめった。

また、１００万回回転後のスライド材の摩耗深さは３μ
ｍ以下であった。

これに対して、振動体の凹部にグラスチック材を設けな
い構成のモータについて、実施例２と同じ方法で電源入
力を加えた場合、動体は起動しなかった。振動体部と動
体部との加圧力をｅｏｏｐ、’ｃｉに減らしたとき（動
体磁石の磁力を弱くする）、動体は起動した。起動トル
クは２００ｑｉａｍであシ、無負荷回転数は２００　ｒ
ｐｍであり、大きなトルクを得ることができなかった。

また、１００万回回転後のスライド材の摩耗深さは７μ
ｍであり、大きく摩耗していた。

発明の効果 金属製振動体の表面に複数個の凸部を配列して設けると
共に、さらに、その凹部にプラスチック材を設けて振動
体表面を平坦に構成することにより、動体が安定して起
動するようになる。またスフイド材の摩耗が少なくなシ
、モータ寿命が永くなる。さらに加圧力を大きくして大
きなトルクを得ることができ、モータへの入力電力に対
して、クータの出力性能が向上する利点がある。

【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図は本発明の超音波モータの振動体部の主要部構成
の断面図、第３図と第４図は一実施例の超音波モータの
構成図、第６図は超音波モータの原理を示す要部構成図
である。 １・・・・・・圧電体、２ａ・・・・・・金属製振動体
、２ｂ・・・プラスチック材、３・・・・・・動体、４
・・・・・・スライド材。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 第　４　図 −１８５図

Claims (2)

【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
   接触し、その両者間の摩擦力を介して該振動体により該
   動体を駆動する超音波モータにおいて、金属製振動体の
   表面に複数個の凸部を配列して設けると共に、さらに該
   振動体の凹部にプラスチック材を設けて、振動体表面を
   平坦に構成した超音波モータ。
2. （２）プラスチック材が、有機物と無機物と金属とから
   選ばれる少なくとも一種以上の粉末または繊維と、有機
   高分子とを主成分とする複合プラスチック材料であるこ
   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。