JPH074073B2 - 超音波モータ - Google Patents

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移動
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、その振動体と移動体との摩擦力
によって移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図に於て、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は移動体であり、そ
の表面に摩擦材４が接着固定されている。圧電体１に電
気入力を加えることによって振動体２にＡ方向の超音波
振動の進行波が発生する。通常この進行波の振幅は、１
〜10μｍ程度である。振動体の各質点は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
向きの横に動く性質がある。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。従って、振動体の表
面に置かれた移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、振動体及び移動体の
材質として鉄やステンレス等の金属が提案されている。
振動体と移動体とは加圧接触した構成であり、より大き
なモータ機械出力を得るためには、加圧力を強くする方
法と、振動体と移動体との摩擦係数を大きくする方法が
提案されている。

振動体と移動体との接触摩擦面の摩耗を少なくして長期
間安定した機械エネルギーを得るため、また、より大き
な摩擦力をえるために、移動体の接触面に摩擦材の固定
設置が提案され、種々の材料が検討され、ゴムやエンジ
ニアリングプラスチック材製の摩擦材が提案されてい
る。

発明が解決しようとする課題 しかし、ゴムやエンジニアリングプラスチックのような
合成樹脂製の摩擦材を使用した場合、摩擦材の摩耗が多
くなり、その結果、摩耗粉が発生したり、超音波モータ
の出力性能が変化するという問題がある。

本発明は、これらの問題点に鑑み、摩擦材の摩耗が少な
く、出力性能の経時的変化の少ない超音波モータを提供
することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記の目的を達成するために、本発明は振動体と移動体
の互いに向かい合う面の前記移動体の少なくとも接触面
に、液晶ポリマーよりなる摩擦材または、充填材を含有
し液晶ポリマーで結合されてなる摩擦材を設けたもので
ある。

作用 上記の構成によれば、摩擦材の摩耗が少なく、摩擦材の
耐摩耗性が向上し、その結果、摩耗粉の発生が少なくな
り、モータの出力性能の経時的変化が少なくなる作用効
果がある。

実施例 本発明の超音波モータの主要部の一構成例、すなわち、
振動部と移動部との各積層構造、及び配置関係の一例
は、第１図に示すとおりである。振動部は圧電体１の表
面に金属などの弾性体製の振動体２を接着固定したもの
である。移動部は金属製移動体３の接触面に液晶ポリマ
ー又は摩擦調整充填材を含有し液晶ポリマーで結合され
摩擦材４を接着固定し、この摩擦材４の表面と前記振動
体２の表面とを加圧接触させた構成である。圧電体１に
共振周波数の高周波電界を印加することにより、圧電体
１及び振動体２には前述したとおりの超音波振動の進行
波が発生する。このとき、振動体２の進行波頭部におい
て接触している摩擦材４は移動体３と一体となって、振
動体との摩擦力によって駆動される。電源が入力されな
いときには、振動体２と摩擦材４との間に働く加圧力と
摩擦係数との積に相当する保持トルクが生じている。

ここで、摩擦材４は、少なくとも液晶ポリマーまたは、
充填材を含有し液晶ポリマーで結合されてなる摩擦材料
で構成してあるため、摩擦材の耐摩耗性が良く、その結
果、摩耗粉の発生が少なくなく、超音波モータの出力性
能の変化が少なくなる効果がある。

前記液晶ポリマーの材質としては特に制限はないが、液
晶性ポリエステルまたは液晶性ポリアミドまたは液晶性
ポリアミドイミドまたは液晶性ポリイミドなどが使用で
きる。また、前記充填材としては摩擦性能を調整するた
め、カーボン、硫化モリブデン、フッソ樹脂、セラミッ
ク、無機酸化物等の無機質や有機質および金属などの粉
末や繊維などが使用できる。なお、液晶ポリマーとは、
三次元的に規則正しく分子が配列した結晶状態と、分子
が無秩序に存在している無定形液体状態との中間の構造
をもつ高分子である。

以下に、具体的な実施例によって、本発明を更に詳しく
説明する。

第２図に示すような直径50mm、厚さ8mmの円板型超音波
モータを構成した。第２図において、超音波モータの振
動部は電極が配置された円板型圧電体１の表面に、ほぼ
同一直径のステンレス製振動体２が接着固定されたもの
である。該振動体２の表面の振動変位が最大となる位置
の円周方向に切込みを有する突起2aが設けられている。
切込みを有する突起2aは、振動部を機械的に振動しやす
くするために設けられる。対応する移動部を構成する円
板型ステンレス製移動体３には、液晶ポリマーまたは充
填材を含有し液晶ポリマーで結合されてなる厚さ0.1〜1
0mmの摩擦材４が接着固定されている。振動体２と移動
体３は図示しないが適宜のバネの締め付け手段によって
互いに加圧され、振動体２の突起部2aと摩擦材４とが接
触している。

摩擦材としては、以下に示すようにして製造したＡ〜Ｄ
の摩擦材および従来比較摩擦材Ｅを使用した。

摩擦材A:液晶ポリエステルの化学構造を持つ液晶ポリマ
ー（住友化学社製商品名エコノール）を成形して、厚さ
1mmのシート状成形物を得た。

摩擦材B:カーボン繊維とグラファイト粉末と液晶ポリマ
ーであるポリエステル（50重量部、ユニチカ社製商品名
ロッドラン）との混合物を成形して、厚さ0,5mmのシー
ト状成形物を得た。

摩擦材C:ガラス繊維を含有する液晶ポリエステル（60重
量部、ポリプラスチック社製商品名ベクトラ）を成形し
て厚さ3mmの板状摩擦材を得た。

摩擦材D:ポリ四フッカエチレンを含有する液晶ポリマー
（70重量部、住友化学社製商品名エコノール）を成形し
て厚さ5mmの板状成形物を得た。

比較摩擦材E:ガラス繊維とフェノール樹脂（50重量部）
を成形して厚さ1mmのシート状摩擦材を得た。

上記それぞれの摩擦材Ａ〜Ｅを使用して第２図に示すよ
うな超音波モータを構成し、円板の円周方向に４波の進
行波が励振されるように電極を配置し、所定の加圧力に
設定した。約70khz近傍の共振周波数、600mAの入力を印
加してモータを駆動させた場合について、初期の起動ト
ルク、無負荷回転数、および無負荷回転数で100時間駆
動させた時の摩擦材の摩耗深さ、無負荷回転数、起動ト
ルクを測定した。

それぞれの測定結果を第１表に示す。

表１より明らかのように、液晶ポリマーまたは充填材を
含有し液晶ポリマーで結合されてなる摩擦材を構成した
超音波モータの場合（摩擦材番号Ａ〜Ｄ）、100時間駆
動後の摩擦材の摩耗深さはいずれも10μｍ以下であり、
また無負荷回転数や起動トルクなどモータの出力性能の
劣化も少ない。

これに対し、液晶ポリマーを含有しない摩擦材の場合
（摩擦材番号Ｅ）摩耗量は多く、また、無負荷回転数や
起動トルクの劣化も大きい。

第３図は本発明の実施例の他の形状の円環型超音波モー
タである。第３図において、振動部は電極が配置された
円環型圧電体１の表面に、ほぼ同一の表面に多数の切込
みを有する鉄製振動体２の裏面を接着固定したものであ
る。対応する移動部を構成する円環型永久磁石製移動体
３には、前記Ａ〜Ｄの液晶ポリマーまたは充填材を含有
し液晶ポリマーで結合されてなる摩擦材４が接着固定さ
れる。

振動体２と移動体３は永久磁石製移動体の磁気吸引力に
よって加圧され、振動体２の突起部と摩擦材４とが接触
している。円環の円周方向に７波の進行波が励振される
ように電極を配置し、約70khzの共振周波数の電界を印
加することにより、移動部が円周方向に回転する。

発明の効果 以上の説明から明らかのように本発明は、液晶ポリマ
ー、または充填材を含有し液晶ポリマーで結合されてな
る摩擦材を構成することにより、摩擦材の摩耗が少なく
なる効果がある。また、回転数やトルク等の機械出力の
経時劣化を抑制する効果がある等信頼性の優れた超音波
モータを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの要部の切欠き斜視図、
第２図と第３図は本発明の実施例を示す超音波モータの
一部切欠き斜視図、第４図は従来の超音波モータの原理
を示す動作説明図である。 １……圧電体、２……振動体、2a……振動体の突起部、
３……移動体、４……摩擦材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に進行波を発生する超音波振動体と移
   動体とが加圧接触し、その両者間の摩擦力を介して前記
   振動体の振動により前記移動体を駆動する超音波モータ
   において、前記振動体及び前記移動体の互いに向かい合
   う面の前記移動体の接触部に、少なくとも液晶ポリマー
   よりなる摩擦材を設けた超音波モータ。
2. 【請求項２】表面に進行波を発生する超音波振動体と移
   動体とが加圧接触し、その両者間の摩擦力を介して前記
   振動体の振動により前記移動体を駆動する超音波モータ
   において、前記振動体及び前記移動体の互いに向かい合
   う面の前記移動体の接触部に、充填材を含有し液晶ポリ
   マーで結合されてなる摩擦材を設けた超音波モータ。