JPH02303364A - 超音波モータ - 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１ 本発明は超音波モータに関し、特に、摩擦材を改良した
超音波モータに関する。

［発明の概要］ 本発明は、振動体と、電圧を印加することにより前記振
動体に進行波または定常波を生じさせる圧電素子と、前
記振動体に対向して設けた可動部材と、この可動部材の
前記振動体に対向する面に固着され、かつ、該振動体に
圧接されすこ摩・採材とを備え、前記振動体の進行波ま
たは定常波により前記可動部材もしくは振動体を相対的
に移動させる超音波モータにおいて、前記摩擦材はポリ
エステルエラストマー５０〜８０ｗｔ％と芳香族ポリエ
ステル５０〜２０ｗｔ％、またはポリエステルエラスト
マー７０〜９５ｗｔ％とアラミド繊維３０〜５ｗｔ％と
の複合材料を射出成型することにより、 前記可動部材に一体成形可能とし、製造の容易化、製造
工程の低減、速度むらの防止、モータの効率の向上およ
びノイズの防止を図るものである。

［従来の技術］ 第４図および第３図において、一般的に超音波モータｌ
は振動体６と、この振動体６に進行波を生じさせる２枚
の第１・第２の圧電素子７．８と、前記振動体６に対向
して設けた可動部材９と、この可動部材９の前記振動体
６との対向面に固着した摩擦材ｌＯとを備えている。

前記振動体６は円盤状の金属からなり、その−面の所定
の半径上には、くし歯状の突起６ａが一定の間隔で複数
形成されている。この振動体６の他面に固着された第１
・第２の圧電素子７．８には電圧を印加した際の伸縮方
向が反転した分極領域［伸びる（＋）・縮む（−）領域
］７ｂ、８ｂを周方向に交互に設けである。これら第１
・第２の圧電素子７．８は互いに所定角度回転してずら
して固着するととらに、印加する電圧の位相らずらしで
ある。

前記可動部材９は振動体６の突起６ａ側に配置されてい
る。この可動部材９の突起６ａに対向する而には摩擦材
ＩＯが固着してあり、この摩擦材１０はバネ座ＩＩにて
前記可動部材９を振動体６に押圧することにより前記振
動体６の突起６ａの上面に圧接されている。

そして、前記第１・第２の圧電素子７．８に位相のずれ
た電圧を印加すると、前記第１・第２圧電素子７．８に
位置と位相のずれた定在波が生じるこの二つの定在波が
合成され、前記振動体６に進行波が発生する。すると第
３図に示すように、振動体６の突起６ａの上面の各点は
楕円運動を繰り返し、この突起６ａに圧接された摩擦材
１０との摩擦により前記可動部材９は水平方向の分力Ｆ
を受は前記振動体６に対し相対的に移動する。

このような超音波モータの摩擦材１０の条件として摩擦
熱およびモータの自己発熱に耐える耐熱性および硬さが
必要とされる。摩擦材１０があまり軟い振動体６の楕円
運動に対応して変形するだけで、可動部材９が移動しな
いからである。

上記の条件を満たす摩擦材１０として従来から芳香族ポ
リエステルとテフロンと丙混合体とを圧縮成形し、これ
を接着剤により可動部材９に接着したものが知られてい
る。また、他の摩擦材１０としてはポリイミドとアラミ
ド繊維との混合体を圧縮成形したらのかある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前記芳香族ポリエステルとテフロンとの複合材
は２種類の材質の融点が著しく異なり、また、ポリイミ
ドとアラミド繊維はいずれら融点が高すぎるため両者と
も射出成型は難しく、圧縮成型せざるを得ない。このよ
うに摩擦材！０を圧縮成型により成形した場合、パリ取
り等の後処理が煩雑な上、接着剤にて可動体９に接着し
なければならないので接着剤のむらによる回転むら、ひ
いてはモータの感度の低下を招くという問題点がある。

また、前者の芳香族ポリエステルとテフロンとの複合材
からなる摩擦材ＩＯは摩擦係数が低いため前記突起６ａ
が滑ってしまい、モータの効率が低いという問題点があ
る。

さらに、後者のポリイミドとアラミド繊維の複合材から
なる摩擦材１０は硬すぎるため前記突起６ａと衝突する
際、可聴域のノイズが生じるという問題点がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
摩擦材を射出成型にて可動部材と一体成形可能とし、製
造の容易化、回転むら等のモータの感度の低下を防ぐと
ともに、モータの効率の向上、ノイズの発生を防止する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は振動体と、電圧を印加することにより前記振動
体に進行波または定常波を生じさせる圧電素子と、前記
振動体に対向して設けた可動部材と、この可動部材の前
記振動体に対向する面に固着され、かつ、該振動体に圧
接された摩擦材とを備え、前記振動体の進行波または定
常波により前記可動部材もしくは振動体を相対的に移動
させる超音波モータにおいて、前記摩擦材は、ポリエス
テルエラストマー５０〜８０ｗｔ％と、芳香族ポリエス
テル５０〜２０ｗｔ％とを混合した複合材料を射出成型
したことを、その構成とする。

また、前記摩擦材はポリエステルエラストマー７０〜９
５ｗｔ％と、アラミド繊維３０〜５ｗｔ％とを混合した
複合材料を射出成型したことを、その構成とする。

［作用］ 前記摩擦材はポリエステルエラストマー５０〜８０ｗｔ
％と芳香族ポリエステル５０〜２０ｗｔ％、または、ポ
リエステルエラストマー７０〜９５ｗｔ％とアラミド繊
維３０〜５ｗｊ％とからなる複合材を、射出成型により
可動部材と一体成形すると成型後の後処理の必要がなく
、寸法精度が向上し可動体の速度むらか低減する。

また、前記複合材からなる摩擦材は摩擦係数が高いので
、摩擦材と振動体の突起との間の滑りが低減する。

さらに、前記摩擦材は適度の硬さと軟らかさくショア硬
度６５〜７５）を備えているので、振動体の突起と衝突
する際の音の発生を防止するととらに、音の減衰特性が
向上する。

［実施例］ 以下、本発明の第■実施例を第１図〜第３図に基づいて
説明する。

第１図および第２図において、超音波モータ１のベース
２にはブラケット嵌合孔２ａが形成され、このブラケッ
ト嵌合孔２ａにブラケット３が嵌合している。このブラ
ケット３の軸挿通孔３ａには回転軸４が回転自在に挿通
し、この回転軸４とブラケット３との間にはベアリング
５が設けられている。前記ブラケット３の外周には、振
動体６と第１・第２の圧１！素子７．８のブラケット嵌
合孔６ｂ、７ｇ、、８ａが嵌合している。前記振動体６
の下面には第１・第２の圧電素子７．８が２枚重ねられ
、接着剤にて接着されている。この第１・第２の圧電素
子７．８は円形に形成され、たわみ方向を反転させた分
極領域、即ち電圧を印加すると伸びる（＋）領域７ｂ、
８ｂと、縮む（−）領域７ｂ、８ｂとが周方向に所定角
度で交互に並ぶように２ｎ個（ｎ−振動モードで、２以
上の整数、この実°施例でｎ＝４）設けられている。こ
れら第１・第２の圧電素子７．８の振動体６側の一面に
は第１・第２の圧電素子７．８に通電するための駆動用
電極パターン１４．１６が前記各領域？ａ。

８λに対応して扇形に印刷されている。また、前記第１
・第２の圧電素子７．８の他面にはｊこれらの圧電素子
７．８に通電するための電極パターン１５．１７が略全
面に渡って印刷されている。　゛第１の圧電索子７には
ｅｏＩｉｉ波、第２の圧電素子８にはｓｉｎ波が印加さ
れるように電源に接続しである。前記振動体６は円盤状
の金属からなり、その−面（図中上面）の所定半径上に
は放射方向にくし歯状の複数の突起６ａが形成されてい
る。この突起６ａの上面には円盤状に形成された可動部
材９の外周部９ａが対向するとともにその中心部９ｂの
軸嵌合孔９ｃには前記回転＋１１１４が挿通している。

前記可動部材９の外周部９ａ下面即ち、前記突起６ａに
対向する而には摩擦材１０を固着しである。

この摩擦材ＩＯは厚さ０．２〜０．６１１１１程度、シ
ョア硬度６０°〜７５°のドーナツ形状をしており、ポ
リエステルエラストマー５０〜８０ｗｔ％と芳香族ポリ
エステル５０〜２０ｗｔ％との複合材を射出成型するこ
とにより、前記可動部材９の外周部９ａ下面に一体成形
しである。特に、前記振動体６および可動体９をステン
レス製とした際、前記摩擦材ｌＯをポリエステルエラス
トマー６０ｗｔ％と芳香族ポリエステル４０ｗｔ％との
複合材から構成し、厚み０，５肩１１ショア硬度を６５
°前後とした時に最もモータの特性がよかった。前記可
動部材９の中心部９ｂと外周部９ａとの中間部はバネ座
収納凹部９ｄが形成されている。このバネ座収納凹部９
ｄにはバネ座１１が収納され、このバネ座１１の上面に
は前記回転軸４に嵌合したバネ押え１２が当接している
。このバネ押え１２の上面は回転軸４に固着されたＥリ
ング＋３にて上方への移動が規制され、前記可動部材９
は前記バネ座！１にて所定の圧力で前記振動体６の突起
６ａの上面に押圧されている。

次に、前記実施例の作用を第１図および第３図に基づい
て説明する。

一般的には進行波の基本式は Ｚ（θ、　　ｔ）＝ａ　　５ｉｎ（ｎθ＋ω１　）　−
−−−−−■（ｎ−振動モード） で表される。この弐〇を変杉すると、 Ｚ（θ、　　ｔ）　＝ａ　ｓｉｎ　ｎθ　ＣＯ８（Ｌｌ
　ｔ　−■＋ａｓｉｎｎ（−一〇）ｓｉｎ　（ＩＪ　ｔ
　−−−−−−■ｎ となる。即ち、■式で表されるｃｏｓ波と０式で表され
るｓｉｎ波の２つの定在波を合成すれば進行波が得られ
る。このｓｉｎ波は０式で示されるようにることを示し
ている。

従って、第１図に示すように、前記第１・第２π　　　
　λ の圧電素子７，８は互いに２ｎ（τ）だけ位置をずらし
であるとともに、第１の圧電素子７にはｃｏｓ波、第２
の圧電素子８にはｓｉｎ波（位相が丁だけｃｏｓ波に対
しずれている。）の電圧印加すると、第１の圧電素子７
には ■式−ａ　ｓｉｎ　ｎθｃｏｓ　ωｔ の定在波か発生し、第２の圧電素子には■式ａｓｉｎｎ
（−一〇）　ｓｉｎ　（Ｌ）　ｔｎ の定在波が発生する。

前記第１・第２の圧電素子７．８は振動体６の下面に２
枚重ねられて固着しであるので、前記振動体６には、前
記■式と０式で表された定在波が合成され、■式の進行
波が生じる。

第３図に示すように前記振動体６に進行波が生じると、
突起６ａは楕円運動を繰り返し、この突起６ａには可動
部材９に固着された摩擦材１０が所定の圧力で押圧され
ているので、この摩擦材ＩＯと突起６ａとの摩擦により
、前記可動部材９は楕円運動の水平方向の分力Ｆの作用
を受けて水平方向に回転する。この可動部材９の回転力
がバネ座！■・バネ押さえ！２およびＥリング１３を介
して回転軸４に伝達される。

この際、前記摩擦材璽０は射出成型により可動部材９に
一体成形されているので製造が容易で製造工程が低減し
、寸法精度が向上するとともに、接着剤を使用しないた
め接着むらによる回転むらを防止し、モータの感度か向
上するという効果がある。

また、ポリエステルエラストマーと、芳香族ポリエステ
ルまた１よアラミド繊維との複合材料からなる摩擦材１
０は摩擦係数が高いので、振動体６の突起６ａと摩擦材
１０との滑りが低減し、モータの効率が従来の２倍以上
に向上する。

さらに、前記複合材料からなる摩擦材１０はショア硬度
６０°〜７５°という適度な硬さと軟かさを備え、かつ
、音の減衰特性が良いので前記突起６ａと摩擦材１０が
衝突する際の可聴域のノイズが発生しないという効果が
ある。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

この実施例は前記第１実施例と略同様の構成となってお
り、同一構成部分の重複する説明を省略するか、前記摩
擦材ＩＯの複合材料が異なる。即ち、この摩擦１ｉ７１
０はポリエステルエラストマー７０〜９５＊ｔ％とアラ
ミド繊維３０〜５ｗｔ％との複合材料を射出成型により
前記可動部材９に一体成形しである。前記振動体６およ
び可動部材９をステンレス製とした際、前記摩擦材１０
をポリエステルエラストマー８５ｗ仁％とアラミド繊維
１５ｗｔ％との複合材から構成した時、最もその特性が
良かった。

前記第２実施例によっても前記第１実施例と同様の効果
を有する。

なお、前記実施例は圧電素子を２枚重ねた回転式の超音
波モータについて説明したが、リング状、短円筒状の回
転式のものでも良く、リニア型のものでもよい。

また、いわゆるつつき型、即ち、先端に振動子（振動体
）を設け、この振動子を圧電素子にて定常液楕円振動さ
せ、この振動子で可動部材に固着した摩擦材をつついて
、前記可動部材を相対的に移動させる構成の超音波モー
タで６よい。

［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、振動体
と、電圧を印加することにより前記振動体に進行波また
は定常波を生じさせる圧電素子と、前記振動体に対向し
て設けた可動部材と、この可動部材の前記振動体に対向
する面に固着され、かつ、該振動体に圧接された摩擦材
とを備え、前記振動体の進行波または定常波により前記
可動部材もしくは振動体を相対的に移動させる超音波モ
ータにおいて、前記摩擦材は、ポリエステルエラストマ
ー５０〜８０ｗｔ％と芳番族ポリエステル５０〜２０ｗ
ｔ％、またはポリエステルエラストマー７０〜９５ｗｔ
％とアラミド繊維３０〜５ｗｔ％との複合材料により射
出成型したので、前記可動部材に一体成形可能となり製
造の容易化、製造工程の低域、速度むらの防止を図り、
摩擦材の摩擦係数を大きくしてモータの効率の向上さ什
、また、適度な硬度を備えるとともに、音の減衰特性を
向上させることによるノイズの防止を図るという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１・第２実施例を示すもの
で、第１図は超音波モータの分解斜視図、第２図は断面
図、第３図は原理説明図、第４図は従来の超音波モータ
の原理図である。 ■・・・超音波モータ、６・・・振動体、６ａ・・・突
起、７・・・（第１の）圧電素子、８・・・（第２の）
圧電素子、９・・可動部材、１０・・・摩擦材。 ／′ 第１図の断面図（実施例） 第２図 県理説明図（実施例・従来例） 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動体と、電圧を印加することにより前記振動体
   に進行波または定常波を生じさせる圧電素子と、前記振
   動体に対向して設けた可動部材と、この可動部材の前記
   振動体に対向する面に固着され、かつ、該振動体に圧接
   された摩擦材とを備え、前記振動体の進行波または定常
   波により前記可動部材もしくは振動体を相対的に移動さ
   せる超音波モータにおいて、 前記摩擦材は、ポリエステルエラストマー５０〜８０ｗ
   ｔ％と、芳香族ポリエステル５０〜２０ｗｔ％とを混合
   した複合材料を射出成型したことを特徴とする超音波モ
   ータ。
2. （２）振動体と、電圧を印加することにより前記振動体
   に進行波または定常波を生じさせる圧電素子と、前記振
   動体に対向して設けた可動部材と、この可動部材の前記
   振動体に対向する面に固着され、かつ、該振動体に圧接
   された摩擦材とを備え、前記振動体の進行波または定常
   波により前記可動部材もしくは振動体を相対的に移動さ
   せる超音波モータにおいて、 前記摩擦材は、ポリエステルエラストマー７０〜９５ｗ
   ｔ％と、アラミド繊維３０〜５ｗｔ％とを混合した複合
   材料を射出成型したことを特徴とする超音波モータ。