JPH01174280A

JPH01174280A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH01174280A
Application number: JP62334580A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kuwabara; 保雄桑原; Naofumi Fujie; 直文藤江
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-07-10

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、リング状の電歪素子に電圧を印加してステー
タに周方向に進行する機械的な振動（進行波）を発生さ
せてこの進行波によりロータを回転させる超音波モータ
に関し、特に、ステータの改良に関する。

（従来の技術）この種の超音波モータでは、ステータの機械的な進行波
がステータとロータの間の摩擦接触面でロータに回転モ
ーメントを与えるので、該摩擦接触面の摩擦特性および
耐久性が重要でありステータの振動吸収特性が問題であ
る。特開昭６０−２００７７８号公報に提示された超音
波モータでは、該摩擦接触面の摩擦力を大きくしかつ耐
久性を高めるために、ステータを耐摩耗性が高くかつ靭
性が高い金属材とし、ロータを耐摩耗性が高くかつステ
ータよりも硬度が低い金属材又は非金属材（ガラス。

セラミックあるいは樹脂等）としている。また、特開昭
６２−１９６０８２号公報に提示された超音波モータで
は、ステータの製造を容易とし騒音の発生を低減しトル
クを大きくしかつ摩耗を低減するために、ステータを、
繊維を含有する複合プラスチック材としている。

（発明が解決しようとする問題点）ステータを金属材で構成した場合では、摩擦駆動の効率
を高めるために、摩擦駆動用に超精密加工を施しロータ
との摩擦接触面の平面度を５／１０００以下に、面粗度
を０．１ｚ以下にする必要があり、又、電歪振動子を接
合する面も均一な接合とするために同程度の平面度が必
要であり、このような金属材ステータの加工に多大のコ
ストを要する。

一方、ロータを耐摩耗性が高くかつステータよりも硬度
が低い材とするなど、ロータとステータの一方を他方よ
りも軟かい材とすると、摩耗を必ず生じ耐久性が問題と
なる。

ステータを繊維を含む複合プラスチックとするとステー
タの製造が容易で、金属材とする場合よりもコストダウ
ンが可能であるが、ステータの進行波吸収がかなり大き
くなり、トルク変換効率つまりは入／出力効率が低下す
る。ステータを金属材で構成したものでは、摩擦接触面
に水などが浸入すると、摩擦係数が大きく変化し出力ト
ルクが不安定になる。

本発明は、超音波モータの入／出力変換効率を高くする
ことを第１の目的とし、出力特性の安定性を高くするこ
とを第２の目的とし、製造コストの低減を第３の目的と
する。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明では、回転軸を支持するベース部材；ベース部材
に固着された円板状又はリング状のステータ；ステータ
に固着されたリング状の電歪振動子；前記回転軸に固着
され、前記ステータに対向する円板状又はリング状のロ
ータ；および、このロータをステータに当接させる押圧
手段；を備える超音波モータにおいて：前記ステータを
、非晶質ガラスで構成する。

（作用）非晶質ガラスは、摩擦係数が大きく、振動吸収係数が小
さく、かつ水等の濡れによる摩擦係数の変動が小さく、
しかも、高い平面度かつ低い面粗度の摩擦接触面を容易
に形成し得るのでこれをステータに加工するのが容易で
ありステータの製造コストが低減する。

一般に、ガラスは脆いという認識があるが、これは弾性
率２表面エネルギーおよび傷の先端の曲率半径に関係し
ている。すなわち、ガラスの理論強度は一般的に数１０
万Ｋｇ／ｃｍ”以上と言われ、理論的には極く高強度で
あり、弾性率が高く傷がないガラスは極めて高強度であ
る。ガラスのヤング率Ｅは一般に、Ｅ＝２αＵ／γｏ３
　（α：マデルング定数、Ｕ：イオン結合エネルギー）
で表わされる。

本発明では、この結合エネルギーＵが大きい成分で構成
したガラスを用いているのでステータの弾性率が高い。

すなわち、ＳｉＣ２−ＡＱ２０３Ｌａ２０３系ガラスは
、　Ｅ＝０．７〜１．２Ｘ１０’の範囲である。本実施
例では、ロータ側にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥ
ＥＫ）を主材とする複合プラスチックから成るライナ材
を用いた場合、動摩擦係数は０．１７〜０．２５の範囲
であり、金属材と同等以上である。

例えば、本発明の一実施例で用いる５ｉ０２（５５，０
）　　Ａ　Ｑ　２０３　（２２，６）　　Ｙ　２０３（
１１，２）−Ｌａ２　ｏ３　（１１，２）のガラス（カ
ッコ内はｍｏ１％）では、Ｅ　＝　１．０５　Ｘ　１０
６Ｋｇ／ｃｍ”　、剛性率＝０．３９Ｘ１０”　Ｋｇ／
ａｍ２　となり、ステータは、Ａｆｉ、リン青銅並みの
強度の弾性体となる。又、５ｉ０２　（３７，３）−Ａ
ｆ１２０ａ　（２２，５）　−Ｌａ２０３　（２２，３
）−Ｔｉ０２（１７，９）のガラスでは、Ｅ　＝　１．
０６　Ｘ　１０’　Ｋｇ／ａ１１”、剛性率＝０．４１
Ｘ１０’　Ｋｇ／ａｍ”となり本発明では同様にステー
タに用いる。

また、耐摩耗性が高いので、耐久性が高く、振動吸収が
小さいので、トルク変換特性が高い。

（実施例）第１図に本発明の一実施例の縦断面図を示す。

アルミニューム製の略円板状のベース４の中心部のボス
には、軸受１２を介して回転軸９が支持されている。こ
のベース４でアルミニューム製リング状のスペーサ１１
が支持されている。

スペーサ１１には、略平板リング状のステータ３の内索
周縁が載っている。ベース４のボスの外周には雄ねじが
切られており、この雄ねじにアルミニューム製のホルダ
１０の雌ねじが螺合し、このホルダ１０の締め付けによ
り、ステータ３がスペーサ１１とホルダ１０と一体にな
り、したがつてベース４と一体となっている。

ステータ３は概略で、Ｓ　ｉｏ　２　（５５，０）　　
Ａ　Ｑ　２０３　（２２，６）　　Ｙ２０ａ　（１１，
２）−Ｌａ２ｏ３　（１１，２）の非晶質ガラス１とリ
ング状の圧電素子２で構成されている。ガラスｌは大径
の厚肉平板状のリング（以下大径リング部と称す）と小
径の薄肉平板状のリング（小径リング部と称す）の間が
薄肉ガラスで連続となった形状であり、該小径リング部
がスペーサ１１およびホルダ１０で支持されている。

ガラス１の該大径リング部の上面には全周に渡って、定
ピツチの矩形の歯ＩＧが形成されている。

ガラス１の下面には大径リング部から小径リング部に連
続して、薄金属層１７が蒸着により形成されており、こ
の薄金属層１７゛がスペーサ１１に圧接しているので、
電気的には、薄金属層１７がベース４に接続されている
ことになる。

ガラス１の大径リング部の下面の薄金属層１７には、ア
ルミナ系接着剤１９を介してリング状の圧電素子２が接
合されている。この圧電素子２は、いわゆる超音波モー
タの進行波発生用の公知の素子であり、その下面の引出
電極に接続した電気リード１８と薄金属層１７の間に交
番電圧を印加することにより、進行波振動を生起する構
造となっている。

回転軸９には、その軸が延びる方向には移動し得るが１
回転方向には係合して一体に回転するようにロータ８が
装着されている。ロータ８は回転体６と摩擦材７で構成
され、回転体６の外周縁部は厚肉になっており、その下
面がガラスｌの大径リング部の歯ＩＧに対向する。この
対向する下面に摩擦材７が接合されている。

回転体６の、前記厚肉部よりも内側の上面には、薄ゴム
シート１４が載置されその上に板ばね１３が配置され、
この板ばね１３を、上方向への移動が回転軸９で拘止さ
れたフランジ部材２０が押えている。フランジ部材２０
の上にはリング状のスペーサ２１が乗っており、その上
にスラストベアリング１５が装着されている。スラスト
ベアリング１５は軸受１６で保持され、この軸受１６が
金属ケース５に固着されている。この金属ケース５はベ
ース４に固着されている。

電気リード１８と金属ケースの間に交番電圧を印加する
と、電歪振動子２が振動して進行波を発生し、ガラス板
１の大径リング部を進行波が進行（周回）する、ゴムシ
ート１４を介して板ばね１３で回転体６が下に押されて
いるので、ロータ８の摩擦材８がガラス板１の大径リン
グ部の歯ＩＧの上面に当接しているので、ガラス板１の
大径リング部の進行波が摩擦材に回転モーメントを与え
る。これによりロータ８およびそれに係合した回転軸９
が回転する。

上記実施例では、ガラス板１が、摩擦係数が従来の金属
材と同程度であるが振動吸収係数が小さいので、それに
よる進行波の吸収が少く、トルク変換効率が高い。水等
が浸入しても摩擦力の変化が少いので出力トルクが安定
である。ガラスは高い平面度かつ低い面粗度でステータ
に加工するのが容易であるので、ステータ３の製造コス
トが低減する。また上記実施例では、ガラス１の下面基
こ薄金属層１７を形成してこれをスペーサ１１を介して
ベース４（機器アース）に電気的に接続して、圧電素子
２の機器アースを容易にしている。

更に上記実施例では、圧電素子２をアルミナ系接着剤で
ガラス１に接合しており、ガラス１と圧電素子の熱膨張
係数が類似でアルミナ系接着剤の熱膨張係数もこれらに
類似であるので、従来の、残留応力による圧電素子又は
接着剤の剥離あるいは割れを生じにくく、この面でも耐
久性が高い。

なお、上記実施例では、前述の５ｉ０２　、Ａ　Ｑ　２
０３をベースにＹ２０３＋Ｌａ　２０３　、ＴｉＯ２成
分を含む非晶質ガラスを用いているが、以下の成分を添
加することによってもガラスの振動吸収係数を小さくす
ることができる。

ＢｅＯＧａ２０３　　　　ＢａＯＰｂＯＺｒＯ２ＣａＯ
ＰｂＯ２Ｃｓ２０ＳＣＯ３ｐ２ｏ、Ｎａ２ＯＭｇＯＡｓ２０５　　　　ＣｄＯ丁ｈ０２　　　　　５ｎ０２　　　　　　　　　　Ｉｎ
２　０３Ｌｉ２０　　　ＳｒＯＫ２ＯＢ２０３　　　ＺｎＯＰｂ２０本発明の他の実施例においては、５ｉ０２（４６）−Ｍ
ｇ０（１７）−１ｈ　０（１０）−Ｆ（４）＝Ｂ２０３
（７）系ガラス（カッコ内は重量％：このガラス材料の
商品名は、コーニング社製のマコール）を使用する。こ
の実施例では、Ｅ＝０．６５Ｘ１０”　Ｋｇ／ａｍ”　
、Ｇ＝０．２６Ｘ１０’Ｋｇ／ｃｍ”　、動摩擦係数０
．１８となる。

更に、コーニング社製フオトセラムを使用した場合には
、Ｅ＝０．８８Ｘ１０’　Ｋｇ／ａｍ”　、Ｇ＝０．３
７Ｘ１０’Ｋｇ／ｃｍ”　、動摩擦係数０．１８となる
。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば、トルク変換効率が高くなり
、水等によるトルクの不安定化が低減しかつ製造コスト
が低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図である。１ニガラス（ステータ）２：圧電素子（電歪振動子）３
：ステータ　　　　　　　　　　４：ベース（ベース部
材）５：ケース　　　　　　　　　　　６：回転体（ロ
ータ）７：摩擦材　　　　　　　　　　　８：ロータ９
：回転軸（回転軸）１０：ホルダ１１ニスペーサ　　　　　　　　　　１２：軸受１３：
板ばね（抑圧手段）１４：ゴムシート１５ニスラストベ
アリング　　　　１６：軸受１７：薄金属層（導電層）
１８：電気リード１９：アルミナ系接着剤（アナルミ系
接着剤）２０：フランジ部材　　　　　　　２１ニスペ
ーサ特許出願人アイシン精機株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　回転軸を支持するベース部材；ベース部材に固
着された円板状又はリング状のステータ；ステータに固
着されたリング状の電歪振動子；前記回転軸に固着され
、前記ステータに対向する円板状又はリング状のロータ
；および、このロータをステータに当接させる押圧手段
；を備える超音波モータにおいて；前記ステータを非晶質ガラスとしたことを特徴とする超
音波モータ。
（２）　前記非晶質ガラスは、少なくともＳｉＯ＿２と
Ａｌ＿２Ｏ＿３を含むことを特徴とした前記特許請求の
範囲第（１）項記載の超音波モータ。
（３）　前記非晶質ガラスは、少なくともＳｉＯ＿２と
Ａｌ＿２Ｏ＿３とＬａ＿２Ｏ＿３を含むことを特徴とし
た前記特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モータ。
（４）　前記非晶質ガラスは、少なくともＳｉＯ＿２と
Ａｌ＿２Ｏ＿３とＹ＿２Ｏ＿３を含むことを特徴とした
前記特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モータ。
（５）　前記非晶質ガラスは、少なくともＳｉＯ＿２と
Ａｌ＿２Ｏ＿３とＴｉＯ＿２を含むことを特徴とした前
記特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モータ。
（６）　電歪振動子を、アルミナ系接着剤でステータに
接合した、前記特許請求の範囲第（１）項記載の超音波
モータ。
（７）　ベース部材は導電体であり、ステータは、電歪
振動子に対向する面にベース部材に接触した導電層を有
する前記特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モータ
。