JPH01107676A - 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） 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これ
に加圧接触した動体とから構成され、圧電体へ電力を印
加することによって圧電体と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、機械エネ
ルギーを得るものである。このような超音波モータにつ
いて、第６図により説明する。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
することによって、振動体２に矢印六方向の超音波振動
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の表面に置かれた動体４は波頭の上部のみに接触して
。

振動体２との＃！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、鉄やステン
レス銅およびアルミニウムなどの金属が使用されている
。また、超音波モータは振動体２と動体４とが加圧接触
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
、じ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
製の摩擦材３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
大きい摩擦材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
という問題があった。

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製の摩擦材を用
いた場合、振動体２の表面に引っかき傷が多く発生し、
ブレーキトルクが経時的に変動するという問題があった
。さらに、駆動時および停止直前に雑音が発生するとい
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、信頼性の高い超音波モータを提供するもので
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、少なくとも耐
摩耗性繊維製織布と潤滑性粉末とを含有する複合プラス
チック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、摩擦材自身の摩耗と、摩擦材に接触
する振動体あるいは動体の摩耗が少なくなる。従って、
摩擦係数の経時変化が少なくなり、超音波モータを長時
間駆動しても、安定した摩擦力、すなわちブレーキトル
クが得られる。また、駆動時および停止直前に雑音が発
生しなくなる。

（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
とも耐摩耗性繊維と潤滑性粉末とを含有する複合プラス
チックからなる摩擦材３が固着されている。上記の振動
体２と動体４は締結力によって加圧されているので、振
動体２と摩擦材３は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。

摩擦力によって動体４と一体となって駆動される。

電力が入力されないときには、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。

第２図は、本発明による摩擦材の表面を拡大して示した
斜視図である。第２図（ａ）に示した摩擦材３は、積層
した耐摩耗性繊維製織布５の空隙に、潤滑性粉末６が均
一に分散されたマトリックス樹脂７が含浸された複合プ
ラスチック環である。第２図（ｂ）に示した摩擦材３は
、同心円状に積層して巻いた耐摩耗性繊維製織布５の空
隙に、潤滑性粉末６が均一に分散されたマトリックス樹
脂７が含浸された複合プラスチック褒である。第２図（
ｃ）に示した摩擦材３は、耐摩耗性繊維が一方向に配向
された不織布８を同心円状に巻いて積層し、これに潤滑
性粉末６が均一に分散されたマトリックス樹脂７を含浸
し、その空隙を埋めた複合プラスチック褒である。

耐摩耗性繊維には制限がなく、炭素繊維、芳香族ポリア
ミド繊維、セラミック繊維、高密度ポリエチレン繊維、
ガラス繊維などが使用できるが。

特に炭素繊維や芳香族ポリアミド繊維が望ましい。

潤滑性粉末にも制限はないが、特にフッ素樹脂粉末、フ
ッ化炭素粉末、カーボン粉末、硫化モリブデン粉末が望
ましい。

次に１本発明を具体的実施例によってさらに詳しく説明
する。

去遣例１−１ 溶剤で希釈したフェノール樹脂（三井東圧製ミレックス
）に四フッ化エチレン樹脂粉末（旭ガラス社製フッ素樹
脂粉末、フルオン粒径２μｍ以下）を混合した溶液を、
炭素繊維製織布（東邦レーヨン製ベスファイトＷ−１１
０３，平織９重量１２５ｇ／ｍ）に含浸し、風乾して、
フッ素樹脂粉末１０重量％。

炭素繊維７０重量％、樹脂２０重量％からなるプリプレ
グを得た。このプリプレグを積層して加圧下で加熱硬化
して、厚さ１＋ｍの複合プラスチックシート成形体を得
、さらに切断して内径１０ｎｍ、外径３０ｍの摩擦材Ａ
を得た。

釆五例１−２ 溶剤で希釈したフェノール樹脂原液に、フッ化炭素粉末
（日本カーボン社製、平均粒径３μｍ＋）を混合した溶
液を用いて、実施例１−１と同じ方法で炭素繊維製織布
に含浸し、積層硬化して、フッ化炭素粉末１５重量％、
炭素繊維６５重量％、フェノール樹脂２０重量％の複合
プラスチック摩擦材Ｂを得た。

去潰例１−３ 溶剤で希釈したフェノール樹脂原液に、二硫化モリブデ
ン粉末（平均粒径２ｐＩ１１以下）を混合した溶液を用
いて、実施例１−１と同じように成形して、二硫化モリ
ブデン１５重量％、炭素繊維６５重量％。

樹脂２０重量％の複合プラスチック摩擦材Ｃを得た。

叉痙例２−１ 溶剤で希釈したポリイミド樹脂（日本ポリイミド社製ケ
ルイミド）に四フッ化エチレン樹脂粉末（粒径２μ■以
下）を混合した溶液を、芳香族ポリアミド繊維製織布（
デュポン社製ケブラー、平織に−２８１、重量１７０ｇ
／ｒｒｒ）に含浸し、風乾してフッ素樹脂粉末１５重量
％、芳香族ポリアミド織布６５重量％、ポリイミド樹脂
２０重量％よりなるプリプレグを得た。このプリプレグ
を積層して加圧下で加熱硬化して、厚さ１ｒｍの複合プ
ラスチックシートを得、さらに切断して内径１０ｍｍ、
外径３０ａ＋＋の摩擦材りを得た。

芝り流側２−２ 溶剤で希釈したポリイミド樹脂原液に、カーボン粉末（
日本黒鉛社製グラファイト）を混合した溶液を用いて、
実施例２−１と同じ方法で成形して。

カーボン粉末２０重量％、芳香族ポリアミド織布６５重
量％、ポリイミド樹脂１５重量％よりなる複合プラスチ
ック摩擦材Ｅを得た。

これら実施例１−１から実施例２−２の各摩擦材の接触
面は、第３図（、）に示すように、織布の平面が表面で
接触する構成である。

叉施舅３−１ 炭素繊維の織布（東邦レーヨン製ベスファイトＷ−１１
０３，平織９重量１２５ｇ／イ）を円筒状に巻いて積層
し、ビスマレイミドトリアジン液状樹脂（三菱ガス化学
社ｍ　Ｂ　Ｔ　−２６１０）と四フッ化エチレン樹脂粉
末（旭ガラス社製フルオン粉末）との混練液を真空含浸
し、加熱硬化して、内径１０ｎａ、外径３０ｎｎの円筒
状成形体を得た。これを輪切り状に切断して、厚さ１ｍ
のリング状摩擦材Ｆを得た。材料組成は、フッ素樹脂粉
末２０重量％、炭素織布６０重量％、ビスマレイミドト
リアジン樹脂２０重量％である。

去遣」Ｉし１炎 芳香族ポリアミド繊維製織布（デュポン社製ケブラ＋、
　平＄１ｌＫ−２８１．重量１７０ｇ／ｍ）ＬＣ１溶／
ＩＩＩテ希釈したフェノール樹脂と四フッ化エチレン樹
脂粉末とフッ化炭素粉末との混合液体を含浸し、風乾後
１円筒状に巻いて積層し、加熱硬化して、内径１０＋＋
ｗ＋＋、外径３０ｍ５＋の円筒状成形体を得た。これを
輸切り状に切断して、厚さ１ｍのリング状摩擦材Ｇを得
た。材料組成は、フッ素樹脂粉末１５重量％。

フッ化炭素５重量％、芳香族ポリアミド織布６０重量％
、フェノール樹脂２０重量％である。

実施例３−１および３−２の摩擦材の接触面は、第３図
（ｂ）に示すように、織布の同心円状の断面が表面で接
触する構成である。

失１ｊトし−１ 炭素繊維を一方向に密に並べたテープ織布（日本カーボ
ン社製カーボロンＮα６０１２．繊維径６μｍ。

重量２３ｇ／イ）に、溶剤で希釈したフェノール樹脂（
三井東圧社製ミレックス）と四フフ化エチレン樹脂粉末
とカーボン粉末との混合液体を含浸し、風乾後、円筒状
に巻いて積層し、加熱硬化して、内径１０＋ｎｍ、外径
３０園の円筒状成形体を得た。これを輪切り状に切断し
て、厚さＬ＋ｍのリング状摩擦材Ｈを得た。材料組成は
、フッ素樹脂粉末１０重量％。

カーボン粉末１５重量％、炭素繊維布５５重量％、フェ
ノール樹脂２０重量％である。

災五剪工二左 芳香族ポリアミド繊維フィラメン１〜ヤーン（帝人社製
テクノーラＴ　−２４０）を使用して円筒状に巻き、ビ
スマレイミド樹脂と四フッ化エチレン樹脂粉末との混合
液を真空含浸し、加熱硬化して、内径１０ｍ＋、外径３
０ｍの円筒状成形体を得た。これを軸切り状に切断して
、厚さ１ｍのリング状摩器材工を得た。材料組成は、フ
ッ素樹脂粉末２０重量％。

芳香族ポリアミド繊維５５重量％、ビスマレイミド樹脂
２５重量％である。

実施例４−１および４−２の摩擦材の接触面は、第３図
（ｃ）に示すように、繊維が円周方向に連続して並んだ
構成である。

比較例１−１ 実施例１−１で用いた潤滑性粉末である四フッ化エチレ
ン樹脂粉末を添加せずに、実施例１−１と同じ手順で炭
素繊維製織布７０重量％とフェノール樹脂３０重量％か
らなる摩擦材Ｊを成形加工して得た。

比較例１−２ 実施例２−１で用いた潤滑性粉末である四フッ化エチレ
ン樹脂粉末を添加せずに、実施例２−１と同じ手順で芳
香族ポリアミド繊維製織布７０重量％とポリイミド樹脂
３０重量％からなる摩擦材Ｋを成形加工して得た。

比較例１−３ 実施例３−１で用いた潤滑性粉末である四フッ化エチレ
ン樹脂粉末を添加せずに、実施例３−１と同じ手順で炭
素繊維製織布とビスマレイミドトリアジン樹脂からなる
摩擦材りを成形加工して得た。

比較例１−４ フェノール樹脂７０重量％と四フッ化エチレン樹脂粉末
３０重量％とを混合し、加圧下で加熱硬化して内径１０
ｍｍ、外径３０ｍａ、厚さ１＋ｎｍのリング状摩擦材Ｍ
を得た。

劫−観望 実施例１−１から実施例４−２のようにして得た各摩擦
材を、直径４０ｎｎ、厚さ５１ｍのステンレス鋼製円板
に接着して、摩擦材表面の円周方向の摩擦係数を測定す
る試験片を得た。摩擦係数の測定は、上記の試験片を回
転速度５００ｒｐｍで回転し、中心から１０膿の位置に
直径３ｍのステンレス鋼球を荷重５００　ｇで接触させ
たときの摩擦抵抗を測定し、摩擦係数を算出した。

それぞれの摩擦材Ａないし工を使用したときの摩擦係数
の経時変化を表１に示す。

表１ 表１から明らかなように、いずれの摩擦材も摩擦係数の
経時変化は少ないことがわかる。

失旌勇旦 実施例１−１から実施例４−２のようにして１ｊＩたそ
れぞれの摩擦材ＡないしＩを用いて、第４図に示すよう
な円板型超音波モータを試作した。第４図において、圧
電体１の表面にステンレス鋼製の振動体２が接着固定さ
れている。ステンレス鋼製の動体４には、上述の摩擦材
Ａないし■（摩擦材３）が固着されている。振動体２と
動体４はばぬによって加圧され、初期のブレーキトルク
が１０００１００Ｏになるように調整設定されている。

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、電極７０Ｖ、共振周波数約７０Ｋ
Ｈｚを印加して回転させた。

そ九ぞれの摩擦材ＡないしＩを使用した超音波モータに
ついて、所定の時間のＩｙｊＡ動後、電源を断接したと
きの再起動の有無、ブレーキトルクの経時変化ｔＩＭ動
中と停止直前の雑音の発生の有無。

振動体表面の傷つき摩耗の有無および摩擦材表面の摩耗
深さをｆｉｌｉ定した結果を表２に示す。

表２ 表２より明らかなように、いずれの超音波モータもブレ
ーキトルクの経時変化は小さい。また、再起動性も問題
がなく、騒音の発生も認められなかった。さらに、２４
時間駆動後に調査した結果、摩擦材３は摩耗も少なく、
接触相手の振動体２も表面の傷つき摩耗共に少ないなど
、信頼性の高い超音波モータを得ることができた。

よ較態１ これに対し、比較例１−１から比較例１−４のようにし
て得た摩擦ＪないしＭを用いて、実施例６と同じ方法で
試作した円板型超音波モータについて、それぞれブレー
キトルク、雑音、再起動性および摩耗などを調査した結
果を表３に示す。

表３ 表３より明らかなように、耐摩耗性繊維製織布とマトリ
ックス樹脂とからなる摩擦材Ｊ、におよびＬを使用した
超音波モータは、ブレーキトルクの経時変化がやや大き
く、２４時間後の再起動も不安定であり、また、停止直
前に騒音の発生も認められた。さらに、２４時間後の摩
擦材３の摩耗もやや大きかった。フッ素樹脂粉末とフェ
ノール樹脂とからなる摩擦材Ｍを使用した超音波モータ
は、初期のブレーキトルクを１０００１００Ｏに′設定
すると回転しなかった。

災１例１− 第５図は、本発明による他の実施例の円環型超音波モー
タの斜視断面図である。圧電体１の表面に鉄製の振動体
２が接若固定されている。永久磁石製動体４の上面には
、実施例１−１から実施例４−２で得た摩擦材３が固着
されている。振動体２と摩擦材３は、磁石製の動体４の
吸着力によって加圧接触されている。円環の円周方向に
７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、共振周波数の電界を印加することにより、動体４が
円周方向に回転する。

（発明の効果） 以上説明したように、少なくとも耐摩耗性繊維製織布と
潤滑性粉末とを含有する複合プラスチックからなる摩擦
材を、振動体または動体の少なくとも一方の接触面に固
着することにより、摩擦材およびこれを固着した振動体
または動体の摩耗が少なく、従って、ブレーキトルクの
経時変化が少なくなり、また、安定な再起動性が得られ
ると同時に、騒音が発生しない信頼性の優れた超音波モ
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主要部を示す要部
拡大断面図、第２図および第３図は一実施例の摩擦材の
構成を示す拡大斜視図、第４図および第５図は本発明に
よる実施例の超音波モータの斜視断面図、第６図は超音
波モータのＪＪ、ｆ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、　５・・・耐摩耗性繊維製織布、６・
・・潤滑性粉末、　７・・・マトリックス樹脂、８・・
・耐摩耗性繊維不織布。 特許出願人　松下電器産業株式会社 第１図 １・・・氏電体 ２°・・旙＠悼 ３・・奪濾材 ４°°°動　（ギ 第２図 ３・・・摩擦材 ５°°耐ｌ？耗ａｍ稚蓄瑣布 ６゛　濶ｌｔ＆粉末 ７・・　マドす、クスキ封脂 ８°耐摩枚性繊穐霞〒繊乍 第３図 ５・・・耐摩札性繊維１１ ８・・・耐茅靴性繊維製不瑣即 第４図 ■ １・・圧電体 ２　・・・４０爬駐　動　イレーー ３・・辱Ｓ材 ４　・・　１１υ　　　　イ令 第５図

Claims (4)

【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、少なくとも耐摩耗性繊維製織布と
   潤滑性粉末とを含有する複合プラスチックからなる摩擦
   材を、上記の振動体又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。
2. （２）耐摩耗性繊維が炭素繊維または芳香族ポリアミド
   繊維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。
3. （３）潤滑性粉末がフッ素樹脂粉末，フッ化炭素粉末，
   カーボン粉末または硫化モリブデン粉末であることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モータ
   。
4. （４）耐摩耗性繊維と潤滑性粉末とがマトリックス樹脂
   で結合された摩擦材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。（５）耐摩耗性繊
   維製織布が積層してな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。