JPS63277478A - 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は圧電体であり、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に摩擦材４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板が発生する。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極質がある
。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。

このような超音波モータにおいて、振動体として鉄やス
テンレスやアルミなどの金属が使用され、また、動体の
表面にのみ摩擦材が固定されており、振動体の金属材と
動体に固定された摩擦材とが接触した構成となっている
。また、摩擦材としてプラスチック材料の使用が提案さ
れている。

発明が解決しようとする問題点 動体の表面に固定した摩擦材と金属製振動体とが接触す
る構成の場合、モータの駆動時間の経過とともに、両者
間の接触摩擦力が変化するため、モータのブレーキトル
クが経時変化するという問題がある。さらに、安定した
モータの起動が得られないで、電源スィッチを入れても
再起動しなくなるという問題がある。

問題点を解決するための手段 振動体の表面と動体の表面の両者に摩擦材層を固定し、
振動体表面の摩擦材層と動体表面の摩擦材層とが接触し
た構成とする。

作　　用 超音波モータのブレーキトルクの変化が少なく、長時間
、安定したブレーキトルク性能を維持することができる
。さらに、長時間の駆動後においても、電源切断後、再
度、電源を入れても安定した起動ができる。

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は圧電体であり、その表面に金属製振動体
２が接着固定され、さらに、その振動体２の表面にプラ
スチックを主成分とする摩擦材４ａが固定されている。

３は金属製の動体であり、その表面にプラスチックを主
成分とする摩擦材４ｂが固定されている。振動体側に固
定された摩擦材４ａと振動体側に固定された摩擦材４ｂ
は締結力によって加圧接触された構成である。

圧電体１に共振周波数の高周波電界を入力することによ
り、振動体２と振動体側摩擦材４ａに超音波振動の進行
波が発生する。振動体側摩擦材４ａに接触している動体
側摩擦材４ｂは、摩擦力によって、動体３と一体となっ
て駆動する。電力が入力されないときは、振動体側摩擦
材４ａと動体側摩擦材４ｂとの間に働く加圧力と摩擦係
数との積に相当するブレーキトルクが生じている。この
ように、振動体側摩擦材と動体側摩擦材とが接触摩擦す
る構成にすることにより、ブレーキトルクの経時変化が
少なくなり、モータの駆動と停止を繰返しても、長時間
、安定したブレーキトルクを得ることができる。さらに
、印加入力する共振周波数の変動も少なく、安定した駆
動出力を得ることができる。

摩擦材としては特に制限はないが、ポリイミド。

ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル。

フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、
トリアジン樹脂、ポリエーテルサル７オン。

ポリアミノビスマレイミド、ボリアリレート、ポリエー
テルスルフォンなどの通常の有機分子材料およびポリウ
レタンや合成ゴムなどの有機高分子ゴム材料、さらに、
これらの有機高分子材料やゴム材料に無機や有機の粉末
や繊維を複合化した複合プラスチック材料などが使用で
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。なお、超音波モータのブレーキトルクの測定は
、電源を切った状態で、振動体側を固定して、動体の動
き出すときのトルクを測定した。また、モータの再起動
の有無は、モータを２４時間駆動後、電源を切った後、
再び電源を入れたときのモータの起動性を測定した。

実施例１ 表１に示すような、有機物または無機物または金属の繊
維や粉末と、有機高分子とよりなる複合プラスチック材
料を用いて薄いシートを作製した。

これらの複合プラスチック製シートを摩擦材として用い
て第２図に示すような直径５０　ｖａｎ　、厚さ８簡の
超音波モータを構成した。使用した摩擦材の種類を表２
に示す。第２図において、１は圧電体であり、その表面
にステンレス製振動体２が接着１１１Ｉｌ以下の厚さで
鉄製動体３の端面に接着固定されている。振動体側の摩
擦材４ａと動体側の掌擦材４ｂは互いに対面して接触さ
れ、ネジの締め付は力により、加圧力を調整し、初期の
ブレーキトルクを２００　Ｏｆ　ｆ−ｃｍに設定した。

円板の円周方向に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７０ＫＨｚ、電圧４０Ｖの入力を印
加して動体を初期回転数３００　ｒｐｍで回転させ、駆
ｊした。

それぞれの摩擦材を構成したそれぞれのモータについて
、所定の時間の駆動後のブレーキトルクおよびモータを
２４時間駆動した後、電源を切った後、再び電源を入れ
たときにモータが起動するか否かを判定した結果を第２
表に示す。

表 蕪　　　　　１ 表２から明らかのように、振動体表面と動体表面の両面
に摩擦材を構成し、これらの摩擦材が接触するように構
成した場合、いずれのモータについてもブレーキトルク
の経時変化は小さい。また、安定して再起動した。

これに対して、摩擦材を動体の表面のみに構成した場合
（モータ番号１）および摩擦材を振動体の表面のみに構
成した場合（モータ番号２）、いずれもブレーキトルク
の大きな変動が認められた。

また、安定して再起動しなかった。

実施例２ 表１に示すような組成の複合プラスチック材料または有
機高分子材料の摩擦材を用いて、第３図に示すような円
環型超音波モータを構成した。第３図において、１は圧
電体であり、その表面に鉄製振動体２が接着゛固定され
ている。さらに、その鉄製振動体２の端面に複合プラス
チック材料または有機高分子材料を用いた摩擦材４ａを
１０〜１００μｍの厚さで塗布し、塗膜を形成した。３
は永久磁石製動体であり、摩擦材４ａが約３００μｍの
厚さで動体３に固定されている。振動体側の摩擦材４ａ
と動体側の摩擦材４ｂは互いに対面接触し、磁力によっ
て加圧されている。

動体のブレーキトルクが３０Ｏｆｆ−ｃｍ　　になるよ
うに永久磁石型動体３の磁力を調整した。円環の周方向
に９波の進行波が励起されるように電極を配置し、共振
周波数３０ＫＨｚ、電圧３ｏｖの入力を印加して動体を
初期回転数１１００ｒｐで回転させて駆動した。

それぞれの摩擦材を構成したそれぞれのモータについて
、所定の時間の駆動後のブレーキトルク及び再起動性を
測定した結果を表３に示す。

表３から明らかなように、振動体表面と動体表面の両面
に摩擦材を構成し、これらの摩擦材どうしが接散するよ
うに構成した場合、いずれのモータについても、ブレー
キトルクの経時変化は小さい。また、安定して再起動し
た。

これに対し、摩擦材を動体の表面のみに構成した場合（
モータ番号７）、およ□び摩擦材を振動体の表面のみに
構成した場合（モータ番号８）、いずれのモータもブレ
ーキトルクの大きな経時変化が認められた。また、再起
動性も悪い。

発明の効果 振動体表面と動体表面の両面に摩擦材を構成し、これら
の摩擦材どうしが接触するように構成することにより、
超音波モータの駆動後のブレーキトルクの経時変化が少
なく、長時間、安定したブレーキトルク性能を維持する
ことができる。さらに、安定した起動ができるなど、モ
ータの長期の信頼性を得ることができる。

【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図および第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原理を示す主要部構成図であ
る。 １・・・・・・圧電体、２・・・・・・振動体、３・・
・・・・動体、４゜ａａ、４ｂ・−・・・摩擦材。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第　３　図 第４図

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、該振動体の表
   面と該動体の表面の両者に摩擦材層を固定し、振動体表
   面の摩擦材層と動体表面の摩擦材層とが接触した構成の
   超音波モータ。
2. （２）　摩擦材が少なくとも有機高分子材料を含有する
   こと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）　摩擦材が、有機繊維と無機繊維と金属繊維と有
   機粉末と無機粉末と金属粉末とから選ばれる少なくとも
   一種以上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。