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JP2568564B2 - ライニング材及びそのライニング材を用いた超音波駆動モ−タ - Google Patents

ライニング材及びそのライニング材を用いた超音波駆動モ−タ

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JP2568564B2
JP2568564B2 JP62181542A JP18154287A JP2568564B2 JP 2568564 B2 JP2568564 B2 JP 2568564B2 JP 62181542 A JP62181542 A JP 62181542A JP 18154287 A JP18154287 A JP 18154287A JP 2568564 B2 JP2568564 B2 JP 2568564B2
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JP
Japan
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meta
aromatic polyamide
wholly aromatic
lining material
type wholly
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JP62181542A
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誠治 黒住
成徳 宇田
正丈 平井
克裕 村野
豪男 木村
信幸 山本
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Teijin Ltd
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Teijin Ltd
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H02N2/166—Motors with disc stator
    • 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
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
    • H02N2/0065—Friction interface
    • H02N2/007—Materials

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば超音波振動を駆動源として弾性体に
共振を起こさせその共振運動を回転運動に変換する超音
波駆動モータなどに用いられるライニング材に関するも
のである。
従来の技術 圧電体振動を励振部として利用し、固体中に共振を起
こさせその振動を回転運動に変換する圧電体駆動モー
タ、いわゆる超音波駆動モータは、その構造の単純さが
大きな特徴となっており、電子機器、カメラ、医療用機
器などに広範な応用が見込まれている。しかし超音波駆
動モータは、超音波振動を回転運動等に変換して用いる
ため、振動運動から回転運動等への変換部において、２
種の接触する媒質の摩擦が必ず生じる。従来の超音波駆
動モータにおいては、ステータ部の材料として硬い材料
で耐摩耗性かつ靭性を有する金属例えば、鋼、焼入れ
鋼、工具鋼、さらにその他非鉄金属ではジュラルミン、
チタン合金、モネルメタン、燐青銅、ベリリウム銅、タ
ングステン、クロム、コバルトおよびそれらの合金等を
用い、一方これに対するロータ部の材料としてステータ
部に用いた金属より硬度の低い金属、例えば銅、銅合
金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金
を用いることが提案されている。（特開昭60−200778
号）。
発明が解決しようとする問題点 上記構成によれば、通常の超音波駆動モータの使用周
波数20KH2〜100KH2程度の範囲内では超音波の吸収係数
は非常に小さく、高い共振器のＱ値が得られる利点はあ
るものの摩耗量が大きく、騒音を発生するため実用化に
はなお問題が残っていた。
かかる欠点を解説すべく本発明は、耐摩耗性にすぐ
れ、高速時しゅう動音の発生が大幅に軽減されるライニ
ング材を提供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 前記問題点を解決するために、本発明のライニング材
はメタ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子およびメタ型全
芳香族ポリアミド繊維を主成分として構成し、必要に応
じてポリテトラフルオロエチレン樹脂、燐片状天然黒鉛
を含み加熱圧縮成形して構成したものである。
作用 上記構成によれば、ライニング材は耐摩耗性がすぐれ
かつ摩擦係数が適度でいわゆるスティックスリップ現象
の起こりにくい、しかも硬さおよび曲げ弾性係数も適度
であり、高速時のしゅう動音も軽減される。
実施例 次に、本発明のライニング材を超音波駆動モータに用
いた実施例を第１図を参考にして説明する。基本的には
超音波駆動モータは、ステータ部１およびロータ部２よ
り成り立っている。ステータ部１は、励振部となる圧電
体３および圧電体３を接着した鉄あるいは他の金属材料
より成る駆動体４より構成されている。いま圧電体３を
Ｎ個に分極し、それぞれ隣り合う電極に＋、−の電界を
印加することにより、第２図のように圧電体３と駆動体
４を張り合わせた部分の円盤の中心から一定半径部にあ
るリング状の最大変形部は第３図のようにリング全体が
波打った振動を行い、駆動体４の最大変形部に設けられ
た突出部である振動増幅部５を振動させることにより振
動増幅部５に接触するライニング材９を介してロータ部
２を駆動する。尚第１図において６はステータ支持部、
７はステータ固定台、８はロータ部２のシャフト、10は
軸受、11は皿バネ12を介してシャフト８に螺合されステ
ータ部１とロータ部２を所定の圧力で接触させるナット
である。
このモータの駆動原理を説明すると、ステータ部１の
圧電体３に電圧を印加することにより鉄等よりなる駆動
体４の振動増幅部５を振動させる。この振動増幅部５は
軸方向および周方向の振動成分をもち、振動増幅部５の
各部は楕円軌跡を描く振動を生じる。そのとき振動増幅
部５にロータ部２の従動面に設けたライニング材９を接
触させるとロータ部２は軸方向成分を吸収し周方向成分
により一方向に回転する。ロータ部２の回転を外部に取
り出すことにより、超音波駆動モータが実現する。
本発明は、このような超音波駆動モータにおいて、ス
テータ部１の振動増幅部５と従動面即ちライニング材９
の材料の組合せが重要なことを見いだしたもので、上下
振動を適度に吸収して回転成分のみを有効に取り出すこ
とが出来るように本発明にかかるライニング材９は、メ
タ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子およびメタ型全芳香
族ポリアミド繊維を主成分として構成する。この材料の
配合割合は、メタ型全芳香族ポリアミド粒子およびメタ
型全芳香族ポリアミド繊維が50％〜100％、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂が０％〜50％３燐片状天然黒鉛が
０％〜20％で構成し、この配合の材料を成形するために
はメタ型全芳香族ポリアミド（ポリメタフェニレンイソ
フタルアミド）ポリアミドパルプ粒子およびメタ型全芳
香族ポリアミド（ポリメタフェニレンイソフタルアミ
ド）繊維、ポリテトラフルオロエチレン粉末（ふっそ樹
脂）、燐片状天然黒鉛（グラファイト）とを水中で均一
に分散させスラリー状となし、該スラリーを金網上に導
き脱水して湿紙を得る。引続き湿紙を熱風乾燥機内で充
分乾燥させた後、積層したのち一定の金型に入れ100kg/
cm2以上、好ましくは120kg/cm2〜350kg/cm2の圧力で成
形温度150〜400℃、好ましくは200〜350℃で加熱圧縮成
形を行いボード状に加工した。ボード内空隙率の調整は
圧縮圧によって調整し、成形後の空隙率が３％〜40％と
なるものを得た。なお、空隙率は、みかけ比重より換算
した。
なお、メタ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子およびメ
タ型全芳香族ポリアミド繊維の太さは２〜20μｍ、長さ
は0.2〜10mmのものが良好な結果を得た。また、ポリテ
トラフルオロエチレン樹脂の粒径は１〜30μｍのものが
良好な結果を得た。燐片状天然黒鉛の粒径は２〜30μｍ
のものが良好な結果を得た。
メタ型全芳香族ポリアミド系樹脂の分子式は以下に述
べるもので分子量（Mw）25,000〜30,000のものを使用し
た。
比較例１〜８、実施例１〜18の材料組成は、第３−１
表、第３−２表に示した。
比較例に用いた全芳香族ポリエステル系樹脂の分子式
は以下に述べるもので分子量（Mw）25,000〜30,000のも
のを使用した。
本発明の従動面、即ちライニング材９は耐摩耗性がす
ぐれかつ摩擦係数が適度でいわゆるスティックスリップ
現象の起こりにくい、しかも硬さおよび曲げ弾性係数も
適度であり、耐摩耗性の優れていることを確認した。
第３−１表、第３−２表にある摩擦係数は、2cm×2cm
の平面を有した試料に650gの荷重を載せ、ロックウエル
硬度Ｃスケール62度、表面粗さ2sの焼入れ鋼の表面を5m
/min.の速度で移動させて測定したものである。同表の
摩耗量は超音波駆動モータに組み込み、500Hr後のライ
ニング材の厚さを測定し初期と比較したものである。
硬さ、曲げ弾性率は、JISに基づく曲げ弾性率測定方
法に従った。低速安定性は0.5〜5rpm時の回転ムラの有
無で、目視で判別出来る回転ムラは×判定とする。運転
音は、50rpm以上の回転時の測定結果である。
ブレーキトルクは無通電時、ロータを回転させるに要
するトルクである。
起動トルクは、通電時の最大トルクである。
モータロック特性は回転時摩擦係数増加によるモータ
回転停止やモータ停止状態で長期間放置したとき振動増
幅部がライニング材に食い込みモータが動かなくなるこ
とである。
なお、実施例に用いた超音波駆動モータの圧電セラミ
ックスの特性は第１表に示すものを使用しモータは第２
表に示す特性のものを用いたものである。
また比較例としては、タイプ３の超音波駆動モータに
第３−１表、第３−２表の材料を用いたものである。
さらに、第４−１表〜第５−２表に本発明および比較
例のそれぞれの使用モータのタイプに見合った一定負荷
での連続実用試験の結果を示す。
なお、試験に使用した超音波駆動モータは第２表に示
すもので比較例１〜８はタイプ３を、実施例１〜７はタ
イプ１を、実施例８〜17はタイプ３を、実施例18はタイ
プ２を使用した。
なお、ロータの押圧力は本発明のライニング材の組成
により、また超音波駆動モータの外径および必要出力に
より任意に選定する。例えば空隙率の大きいものはロー
タの押圧力を強くし、空隙率の小さいものはロータの押
圧力を弱くして用いると良好な結果が得られる。
実験結果より、メタ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子
およびもしくはメタ型全芳香族ポリアミド繊維が50％〜
100％は有効であり49％以下は表には記載されていない
が起動トルクおよびブレーキトルクが小さく有効な結果
は得られなかった。ポリテトラフルオロエチレン樹脂は
０％〜50％は有効であり51％以上は表には記載されてい
ないが起動トルクおよびブレーキトルクが小さく有効な
結果は得られなかった。燐片状天然黒鉛は０％〜20％は
有効であり21％以上は表には記載されていないが起動ト
ルクおよびブレーキトルクが小さく有効な結果は得られ
なかった。
空隙率は３％〜40％は有効であり41％以上は表には記
載されていないがモータロック特性が悪く有効な結果は
得られなかった。３％以下は表には記載されていないが
高速回転時のしゅう動音が発生し有効な結果は得られな
かった。
なお、実施例ではディスク型超音波駆動モータの例で
説明したがリング型、直線型の超音波駆動モータその他
の方式でも同様である。
発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば、下記
の効果を奏する。
１）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成すると、特
に50rpm以上の運転時20KHz以下の異常音の発生がなく性
能のすぐれたライニング材及びそのライニング材を用い
た超音波駆動モータを得ることができる。
２）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成すると運転
時異常摩耗の発生がなく性能のすぐれたライニング材及
びそのライニング材を用いた超音波駆動モータを得るこ
とができる。
３）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成するとしゅ
う動部の350℃以上の異常発熱がなく性能のすぐれたラ
イニング材及びライニング材を用いた超音波駆動モータ
を得ることができる。
４）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成すると、特
に低速度（0.5〜5rpm）において回転ムラのない性能の
すぐれたライニング材及びそのライニング材を用いた超
音波駆動モータを得ることができる。
５）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成すると、特
に高速度（50〜1000rpm）において運転時異常摩耗の発
生がない性能のすぐれたライニング材及びそのライニン
グ材を用いた超音波駆動モータを得ることができる。
６）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成すると、起
動トルク、ブレーキトルクの大きい性能のすぐれたライ
ニング材及びそのライニング材を用いた超音波駆動モー
タを得ることができる。
７）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成すると、モ
ータロック特性の良好な性能のすぐれたライニング材及
びそのライニング材を用いた超音波駆動モータを得るこ
とができる。
８）本発明の材料で従動面しゅう動部を形成すると、摩
擦係数が適度でいわゆるスティックスリップ現象の起こ
りにくいライニング材及びそのライニング材を用いた超
音波駆動モータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例の超音波駆動モータの断面
図、第２図、第３図は同モータにおけるステータ部の振
動状態を示す断面図である。 １……ステータ部、２……ロータ部、３……圧電体、４
……駆動体、５……振動増幅部、９……ライニング材。
フロントページの続き (72)発明者 平井 正丈 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 村野 克裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 木村 豪男 大阪府茨木市耳原３丁目４番１号 帝人 株式会社繊維加工研究所内 (72)発明者 山本 信幸 大阪府茨木市耳原３丁目４番１号 帝人 株式会社繊維加工研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−114480（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】メタ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子およ
    びメタ型全芳香族ポリアミド繊維と、ポリテトラフルオ
    ロエチレン樹脂とにより成り、加熱圧縮成形して構成さ
    れた空隙率が３〜40％のライニング材で、少なくともメ
    タ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子およびメタ型全芳香
    族ポリアミド繊維が50％以上含むライニング材。
  2. 【請求項２】メタ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子およ
    びメタ型全芳香族ポリアミド繊維と、ポリテトラフルオ
    ロエチレン樹脂と、燐片天然黒鉛とにより成り、加熱圧
    縮成形して構成された空隙率が３〜40％のライニング材
    で、少なくともメタ型全芳香族ポリアミドパルプ粒子お
    よびメタ型全芳香族ポリアミド繊維が50％以上、燐片天
    然黒鉛が20％以下含むライニング材。
  3. 【請求項３】振動成分をもつ励振部を有すると共に耐摩
    耗性かつ靭性を有する駆動面を形成したステータ部と、
    前記駆動面よりも柔らかくしかも耐摩耗性を有する従動
    面を、前記駆動面に接触させたロータ部とを備えた超音
    波駆動モータにおいて、前記従動面にメタ型全芳香族ポ
    リアミドパルプ粒子およびメタ型全芳香族ポリアミド繊
    維と、ポリテトラフルオロエチレン樹脂とにより成り、
    加熱圧縮成形して構成された空隙率が３〜40％のライニ
    ング材で、少なくともメタ型全芳香族ポリアミドパルプ
    粒子およびメタ型全芳香族ポリアミド繊維が50％以上含
    むライニング材を装備した、超音波駆動モータ。
  4. 【請求項４】振動成分をもつ励振部を有すると共に耐摩
    耗性かつ靭性を有する駆動面を形成したステータ部と、
    前記駆動面よりも柔らかくしかも耐摩耗性を有する従動
    面を、前記駆動面に接触させたロータ部とを備えた超音
    波駆動モータにおいて、前記従動面にメタ型全芳香族ポ
    リアミドパルプ粒子およびメタ型全芳香族ポリアミド繊
    維と、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と、燐片天然黒
    鉛とにより成り、加熱圧縮成形して構成された空隙率が
    ３〜40％のライニング材で、少なくともメタ型全芳香族
    ポリアミドパルプ粒子およびメタ型全芳香族ポリアミド
    繊維が50％以上、燐片天然黒鉛を20％以下にしたライニ
    ング材を装備した超音波駆動モータ。
JP62181542A 1987-07-21 1987-07-21 ライニング材及びそのライニング材を用いた超音波駆動モ−タ Expired - Lifetime JP2568564B2 (ja)

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