JPH01107675A

JPH01107675A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH01107675A
Application number: JP62262854A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Komeno; 米野　寛; Yoshinobu Imasaka; 喜信今坂; Masanori Sumihara; 正則住原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1989-04-25
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPH0632572B2

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、圧電体の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に固定した振動体と動体
とが加圧接触した構造で、圧電体への電力を印加するこ
とによって圧電体とこれに固定した振動体に超音波振動
の進行波を発生させ、摩擦力によって動体を駆動し１機
械エネルギーを得るものである。この種の超音波モータ
について第４図により説明する。同図において、圧電体
１の表面に振動体２が接着固定され、その上面に、表面
に摩擦材３が固着された動体４が重ねられている。

圧電体１に電力を印加すると、振動体２に矢印Ａ方向の
超音波振動の進行波が発生する。振動体２の各質点は、
矢印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、水平に逆方向に動き、進行波の谷の部
分は進行波と同方向に水平に動く性質がある。したがっ
て、振動体２の表面に載せられた動体４は、波頭の上部
のみに接触していて、振動体２との摩擦力によって矢印
Ｃの方向に水平に駆動される。

超音波モータの振動体２および動体４には、鉄。

ステンレス鋼、アルミニウムなどの全屈が使用されてい
る。また、超音波モータは振動体２と動体４が加圧接触
した構造なので、大きなモータ出力を得るには加圧力を
強くするか、あるいは振動体２と動体４間の摩擦係数を
大きくすることが必要である。

従来の超音波モータは、振動体２と動体４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、しかも大き
な摩擦力を得るために、振動体２または動体４の接触面
に、ゴムやエンジニアリングプラスチック材衷の摩擦材
が固着されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記の構成では、ゴムなどの摩擦係数の
大きいＩ９．器材３を用いた場合、摩擦材３の摩耗が多
く、摩耗粉が振動体２や動体４の接触面に付着して、両
者間の摩擦力、すなわちブレーキトルクが経時的に変動
するという間層があった。

また、耐摩耗性を向上したアスベスト繊維や無機粉末を
充填したエンジニアリングプラスチックを摩擦材３とし
て用いた場合、振動体２の表面に引っかき傷が多く発生
し、ブレーキ１ルクが経時的に変動するという問題があ
った。さらに、振動体２に付着した摩耗粉の影響で、振
動体２の共振周波数が経時的に変動し、安定した起動性
が得られないという問題もあった。

本発明は上記の問題点を解決するもので、安定した性能
を有する、信頼性の窩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。

（問題点を解決するための手段）上記の問題点を解決するため、本発明は、少なくとも炭
素繊維とフロロカーボン樹脂粉末とマトリックス樹脂と
からなる複合プラスチック材を摩擦材として使用するも
のである。

（作　用）上記の構成により、大きい摩擦係数を得ることができる
と同時に、摩擦材自身の摩耗と接触相手の鉄やステンレ
ス鋼製の振動体の摩耗が少なくなり、したがって、摩擦
係数の経時変化が少なくなる。その結果、超音波モータ
は長時間にわたり安定したブレーキトルクを得ることが
でき、また、振動体の共振周波数の経時変化も少なくな
り、起動性が得られ、長期信頼性に優れた超音波モータ
となる。

（実施例）第１図は１本発明による超音波モータの主要部を示す要
部拡大断面図である。圧電体１の表面に金属製の振動体
２が接着固定されている。動体４の接触面には、少なく
とも炭素繊維とフロロカーボン樹脂粉末とマトリックス
とを含有する複合プラスチック材よりなる摩擦材３が固
着されている。

上記の振動体２と摩擦材３とは、締結力によって加圧さ
れた状態で接触している。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、振動体２に超音波振動の
進行波が発生する。振動体２の表面と接触している摩擦
材３は、振動体２との摩擦力によって動体４を駆動する
。電力が入力されないときは、振動体２と摩擦材３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
がブレーキトルクとして働く。炭素繊維とフロロカーボ
ン樹脂粉末とを含有する複合プラスチック材からなる摩
擦材３の設置により、超音波モータは長時間にわたって
安定したブレーキトルクを得ることができるとともに、
振動体の共振周波数の経時変化も少なく、再現性良く起
動し、安定した駆動力が得られるようになる。。

炭素繊維には特別の制限がなく、短繊維、長繊維２．パ
ルプ状繊維、フェルト状繊維および織布状繊維などが使
用できる。

フロロカーボン樹脂粉末には、四フッ化エチレンおよび
六フッ化エチレンなどのポリマー、共重合体およびゴム
などの粉末が使用できる。

マトリックス樹脂にも特別の制限がなく、ポリイミド、
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、エンジニアリングプラ
スチック、液晶性ポリマーなと。

通常のプラスチックが使用できる。

炭素繊維およびフロロカーボン樹脂粉末ノ含４ｉ割合は
、それぞに５重量パーセント以上を同時に含有すること
がより望ましい。

なお、炭７４繊維およびフロロカーボン樹脂粉末に加え
て、他の有機や無機の微粉末を添加含有することも可能
である。

超音波モータの形状は朽別の制限がなく、第２図に示す
ような円板形および第３図に示すような円環形の超音波
モータが可能である。

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６失庭■よ表１に示すように、６種類の炭素繊維と５種類のフロロ
カーボン樹脂粉末と４種類のマトリックス樹脂を用い、
本発明による実施番号ＡないしＥの組成の異なる５種類
の配合を用いた、炭素繊維が均一に分散した厚さ１ｍｍ
の複合プラスチック摩擦材シートと、従来と同じ組成に
よる比較例ＦないしＨの、フロロカーボン樹脂粉末また
は炭素繊維を含有しない３種類の厚さ１ｍｍの摩擦材シ
ートを作り、これを直径４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのステン
レス鋼円板に接着し、試験片とした。

動摩擦測定実験は、上記の試験片を回転速度３０ｒｐｍ
で回転し、中心から１５ｍｍの位置で、直径３ｍのステ
ンレス鋼球を荷重２００ｇで接触させ、動摩擦係数の経
時変化を測定した。その実験結果を表２に示す。

表１表２表１および表２から明らかなように、炭素繊維とフロロ
カーボン樹脂粉末とマトリックス樹脂とよりなる複合プ
ラスチック摩擦材は、いずれも摩擦係数が０．２以上の
大きな摩擦係数を有し、しかも摩擦係数の経時変化もほ
とんど認められなかった。

これに対し、比較例ＦおよびＧのようにフロロカーボン
樹脂粉末を含まない摩擦材は、いずれも経時的に摩擦係
数が大きく変動した。また、比較例Ｈのように炭素繊維
を含まない摩擦材は、摩擦係数の経時変化はほとんど認
められないが、摩擦係数は極めて小さかった。

末に■ス実施例１で用いた実施番号ＡないしＥおよび比較例Ｆな
いしＨの摩擦材３を用いて、第２図に示すような円板形
超音波モータを試作した。試作した円板形超音波モータ
は、圧電体１の表面にはステンレス鋼製の振動体２を接
着固定し、ステンレス鋼製の動体４の接触面には実施例
１で試作した複合プラスチック摩擦材シートをそれぞれ
摩擦材３として固定した。振動体２と動体４とはばねに
よって加圧し、初期のブレーキトルクが５００ｇ−鄭に
なるように調整した。円板の円周方向に４波の進行波が
励起されるように圧電体１に電極を配置し、約７０ｋｌ
ｌｚの共振周波数の電界を印加して、動体４を無荷回転
数５０Ｏｒｐｍで駆動させた。

それぞれの試作モータについて、所定の時間の駆動後、
電源を断接したときの再起動の有無、電源切断後のブレ
ーキトルクおよび共振周波数を測定した結果を表３に示
す。

表３表３より明らかなように、炭素繊維とフロロカーボン樹
脂粉数とマトリックス樹脂とからなる摩擦材を使用した
実験番号ＡないしＥの超音波モータは、いずれもブレー
キトルクの経時変化は小さく、また、共振周波数の経時
変化も少なく、再起動性にも問題が生じなかった。さら
に、これに接触するステンレス鋼製の振動体２の傷つき
摩耗もほとんど認められなかった。

これに対し、フロロカーボン樹脂粉末を含まない摩擦材
を使用した実験番号ＦおよびＧの超音波モータは、ブレ
ーキトルクが大きく変動し、また、共振周波数も変動し
て、動体４が再起動しなくなることもあった。

また、表３にない炭素繊維を含まない摩擦材を使用した
実験番号Ｈの超音波モータは、摩擦係数が小さすぎて動
体４が回転しなかった。

去施例３表４に示すように、パルプ状ＰＡＮ系の炭素繊維と、フ
ロロカーボン樹脂粉末として平均粒径３μｍの四フッ化
エチレン樹脂粉末と、マトリックス樹脂としてポリイミ
ドを用い、含有割合を変えて表に実験番号ＩないしＮで
示した６種類の炭素繊維が均一に分散した厚さ１ｍｎ＋
の複合プラスチック摩擦材シートを作り、これを使用し
て実施例２と同じ円板形超音波モータを試作し、実施例
２と同じ実験方法で共振周波数電界を印加して超音波モ
ータを駆動した。

それぞれの試作超音波モータについて、所定の時間の駆
動後、電源を断接したときの再起動性の良否、電源切断
後のブレーキトルクおよび共振周波数を測定した結果を
表４に示す。

表４表４より明らかなように、炭素繊維の含有量が５重量％
以上、およびフロロカーボン樹脂粉末の含有量が５重量
％以上の組成の摩擦材３を使用した実験番号に、Ｌ、Ｍ
の超音波モータは、いずれもブレーキトルクの経時変化
が小さく、また、共振周波数の経時変化も少なく、再起
動性にも問題を生じなかった。

これに対し、フロロカーボン樹脂粉末の含有量が２重量
％以下の実験番号Ｉ、Ｊの超音波モータは、ブレーキト
ルクの経時変化が大きく、また、共振周波数も大きく変
化して再起動しないことがあった。炭素繊維を含まない
でフロロカーボン樹脂粉末だけを含有する実験番号Ｎの
超音波モータは、ブレーキトルクが２００　ｇ−ａｍよ
り大きい加圧を加えると回転しなくなり、大きな出力が
得られず、また、摩擦材３の摩耗が大きかった。

叉旌五生フェルトに、炭素繊維とフロロカーボン樹脂粉末を均一
に分散させたフェノール松脂溶液を含浸し、予４ｉ８乾
燥後、圧縮成形して厚さｌｌｌｌ１１の複合プラスチッ
ク摩擦材シートを得た。これを摩擦材３として用いて、
実施例２と同じ方法で第２図に示すような円板形超音波
モータを試作した。

矢引ｌ」可積層した炭素繊維の平織織布に、平均粒径１μ履のフロ
ロカーボン樹脂微粉末を均一に分散したポリイミド溶液
を含浸し、予備乾燥後、圧縮成形により厚さ１ｍの複合
プラスチック）γ振材シートをｆｌ）だ。これをｌｆ擦
器材として用いて、実施例２と同じ方法で第２図に示す
ような円板形超音波モータを試作した。

実施例４および実施例５のいずれも超音波モータも、ブ
レーキ１−ルクが初期５００　ｇ−ｃｎから５時間後５
３０　ｇ−ａｎの間にあり、しかもその経時変化は小さ
かった。また、共振周波数もそれぞれ７０．８　ｋ　ｌ
ヒ。

７０．６　ｋ　Ｉｌｚであり、初期と５時間後において
もほとんど変化がなく、再起動性にも問題がなかった。

また、接触相手材のステンレス鋼製の振動体２は償もつ
かず、摩耗もほとんど認められなかった。

（発明の効果）以上説明したように、少なくとも炭素繊維とフロロカー
ボン樹脂粉末とマトリックス樹脂とを含有する複合プラ
スチック材からなる摩擦材を、振動体あるいは動体の一
方の接触面に固定することによって、摩耗が少なく、ま
た、ブレーキトルクの経時変動が少なく、さらに、振動
体の共振周波数の経時変化も少ない安定した起動性を有
し、極めて信頼性が高い超音波モータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波モータの構成を示す要部拡
大断面図、第２図および第３図はそれぞれ本発明による
超音波モータの斜視断面図、第４図は超音波モータの原
理を示す要部拡大断面図である。１・・・圧電体、　２・・・振動体、　３・・・摩擦材
、４・・・動体。特許出願人　松下電器産業株式会社第１図１・・・圧電体　　　　２・・・扱り捧３・・・＊壕村
　　　４・・・動捧第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

　表面に進行波を発生する超音波振動体に動体を加圧接
触させ、摩擦力を利用して上記の動体を駆動する超音波
モータにおいて、少なくとも炭素繊維とフロロカーボン
樹脂粉末とマトリックス樹脂とを含有する複合プラスチ
ック材からなる摩擦材を、上記の振動体または動体の接
触面に固着したことを特徴とする超音波モータ。