JPH0255586A - 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、圧電体による超音波振動を利用して駆動する
超音波モータに関するものである。

従来の技術 超音波モータの一例として、圧電体により進行波を発生
ずる振動体と動体とを加圧接触した構成のものがあり、
加圧接触状態での振動体と動体との摩擦力を介して、動
体が駆動される。従って、振動体と動悸間の摩擦接触状
態が、そのような構成の超音波モータの出力、効率、〕
ｆ命なとの諸性性を決定ずける極めて重要な要因の一つ
となる。、従来の超音波モータは、振動体と動体との間
にスライダーと呼ばれる摩擦係数の大きな摩擦材を介在
させているが、そのスライダーの具体的構成あるいはそ
の効果は、はとんと知られておらず、従って、均一な圧
力で振動体と動体とを加圧接触させることにより、振動
体と動体との間の摩擦接触状態を均一・に保ち、安定し
た長寿命の超音波モタは存在していないのが現状である
。

発明が解決しようとする課題 振動体と動体とが加圧接触した状態での摩擦力を利用し
た超音波モータにおいて、振動体によるミクロンオータ
ーの振幅を効率よく動体表面に伝達するためには、摩擦
材表面はこの振幅を減衰させないように、高弾性率の素
材で構成する必要がある。しかし、摩擦材を高弾性率の
素材で構成Ｊると、振動体と動体とを均一な圧力で加圧
接触させ、なおかつミクロンオーダーの振幅に追従させ
るためには、振動体表面及び摩擦材表面を超精密加工す
る必要があった。

振動体表面及び摩擦材表面の加工精度が悪い場合には、
均一な圧力で加圧接触しないため、モタを駆動させた際
に振動体による振幅を効率よく伝達できないため、モー
タ効率が低下したり、経時的にモータの回転数が変動す
るなど安定したモタ特性が得られないという問題点があ
った。

さらに、振動体表面及び摩擦材表面の加工精度が悪い場
合には、摩擦接触状態が不均一となり、モータを駆動さ
せた際に騒音を発生するという問題点もあった。

本発明は、振動体表面及び摩擦材表面の超精密加工を必
要とせず、均一な加圧接触状態が得られしかも、モータ
特性の劣化がなく、長寿命で無騒音の超音波モータを提
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 圧電体により進行波を発生する振動体と動体との間に、
動体に固定され、表面層の繊維含有率が最も多く、厚み
方向に対して内部層になるほと繊維含有率が少なくなる
多層構造を有する繊維強化プラスチックを介在させる。

作用 上記の構成により、表面層の繊維強化プラスチツク層表
面又は振動体表面の凹凸やうねりを吸収することができ
、従って、振動体表面及び摩擦材表面の超精密加工を必
要とせず、均一な加圧接触状態をか得ることができる。

また、表面層に繊維含有率の多い繊維強化プラスチツク
層を設けることにより、長時間駆動後も摩擦材の摩耗量
を著しく少な（することができる。

さらに、繊維含有率を変化させた多層構造とすることに
より、振動体と動体とを均一な圧力で加圧接触させるこ
とができ、従って均一な摩擦接触状態が得られるため、
モータを駆動させても騒音が発生しない。

実施例 以下本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。

本発明の超音波モータの主要構成部の断面図を図１に示
す。ここで、■は振動体であり、この振動体１の下面に
圧電体く図示省略）が接着固定されている。さらに、２
は動体てあり、本発明が特徴とするごとく、この動体２
と振動体１との間に、表面層の繊維含有率が最も多く、
厚み方向に対して内部層になるほど繊維含有率が少なく
なる多層構造を有する繊維強化プラスチック３を介在さ
せている。

次に本発明を具体的実施例によって、更に詳しく説明す
る。なお、本実施例においては、振動体１と動体２の間
に多層構造を有する繊維強化プラスチック製の摩擦材３
を介在させる方法としては、便宜上、動体２の表面に多
層構造を有する繊維強化プラスチック製の摩擦材３を接
着固定したものを、スプリング圧により振動体１に押し
付ける方法を用いたが、この方法に限定されるものでは
ない。また、振動体１としてはステンレス材を用いたが
、これに限定されるものではなく振動体１の材質は、圧
電体の振動を吸収せず摩擦材３との摩擦力が大きな材料
であればよい。

実施例１ 目付量が９５　ｇｌｒＲと２００ｇ／イの二種類の炭素
繊維の平織織布（東邦レーヨン社製、ヘスファイト）に
、可とう性付与ビスマレイミド・トリアジン樹脂（三菱
がす化学社製、ＢＴ２１１２）を含浸後、これを半硬化
状態々した。次に、この半硬化状態の平織織布のうち目
付量が２００ｇ／イの平織織布１枚の上に目付量が９５
ｇ／ｎ？の平織織布３枚を積層した。さらに、この積層
物をスペーサーを介して加熱加圧成形して、表面層と内
部層とで、炭素繊維の繊維含有率の異なる繊維強化プラ
スチックを作製した。

上記実施例の超音波モータ用摩擦材の製造方法において
は、炭素繊維の目付量が異なる２種類の平織織布を積層
することにより、表面層と内部層とで炭素繊維の繊維含
有率が異なる二層構造を有する繊維強化プラスチックを
作製したが、繊維帯度の異なる繊維素材に繊維結合材を
含浸したＮ浸物を、繊維密度の大きなものから順に順次
積層していくこみによっで、表面層の繊維含有率が最も
多く、厚み方向に対して内部層になるほと繊維含有率が
少なくなる多層構造を有する繊維強化ブゴ７スヂック製
の摩擦材を製造する、−とができろ。

なお、上記実施例においては、炭素繊維として織布を用
いたが、本発明の製造方法においては、繊維素材の形態
として、織布に限るものではな（、）１．ルトあるいは
短繊維なとも用いることができ、また、十、記の形態の
繊維を−・緒に用いたり、任意に組め合わせることもで
きる。

さらに、手記実施例においでは、炭素繊維の繊維結合材
として、可とう性付り、ヒスマレイミド・Ｉ・すｒジン
樹脂を用いたが、この繊維結合材としては、多層構造中
、同一の樹脂を用いるものとは限らず、各層において用
いる樹脂を変えるなとして、複数個の繊維結合材を任意
に組み合わせることもできる。

次に、上記実施例により得られた繊維強化プラスチック
を超音波モータ用摩擦材として使用する際には２表面部
を円筒研削盤にて表面研摩し、この表面層古内部層とで
、炭素繊維の繊維含有率が異なることにより二層構造を
有する摩擦材４を、第２図に示すように、スプリング（
図示省゛略）を用いて、下面に圧電体７を接着した振動
体０と動体５の間に圧着して、直径４０ｍｍの円板型超
音波モータを作製した。

この円板型超音波モータを駆動させたところ、騒音の発
生はな（，１１００ｇｆ−ｃｍの大きな起動トルクと５
００ｒｐｍの無負荷回転数が得られたと同時に、４５％
のモータ効率が得られた。

また、回転方向とは逆方向に４００ｇｆ−ｃｍの負荷を
かけ３００　ｒ　ｐ　ｍの回転速度で回転させたところ
、経時的な回転数の低下も認められず５００万回転後も
安定したモータ性能を示した。

さらに、５００万回転後の摩擦材の摩耗減少厚さを測定
したところ、３５μｒＴ１と非常に少なく、５００万回
転後も起動トルク、無負荷回転数共に初期とほとんど変
化がな（、安定したモータ性能を維持していた。

比較のため、目（ｉ量が２００ｇ／−の炭素繊維の平織
織布３枚を積層し、実施例１と同様にして繊維強化プラ
スチックを作製し、これを摩擦材として使用し、実施例
１と同様にして摩擦材を研摩後、円板型超音波モータを
作製し、駆動させたところ、初期に騒音が発生し、起動
トルク、無負荷回転数共に実施例１と比較して小さな値
を示したと同時に、３５％のモ〜り効率しか得られなか
った。さらに、長時間駆動させた際には、起動トルク、
無負荷回転数共に初期との変化幅が、実施例１に比べて
大きかった。

実施例２ ポリテトラフルオロエチレン粉末（ダイキン工業社製、
ポリフロン）とミルドファイバー形態の炭素繊維（三菱
レイヨン社製、パイロフィル）を均一混合し、炭素繊維
の繊維含有率が重量含有率にて２５％と１０％である２
種類の混合粉末を作製した。次に、炭素繊維の繊維含有
率が２５％の混合粉末２０重量％と炭素繊維の繊維含有
率が１０％の混合粉末４０重量％とポリテトラフルオロ
エチレン粉末４０重量％とを、この順で順次金型内に充
填した後、５００　ｋ　ｇ　／　ｃｏ？の加圧力で加圧
成形した。さらに、この成形物を３８０℃にて焼成する
ことにより、厚み方向に対して炭素繊維含有率の異なる
繊維強化プラスチックを作製した。

」二足実施例の超音波モータ用摩擦材の製造方法におい
ては、炭素繊維の繊維含有率が異なるポリテトラフルオ
ロエチレン粉末混合物を、炭素繊維の繊維含有率が多い
ものから順に順次充填後、加圧成形することにより、厚
み方向に対して炭素繊維の繊維含有率が異なる繊維強化
プラスチックを作製したが、繊維含有率の異なる、強化
繊維と繊維結合材との均一混合物を、繊維含有率の多い
ものから順に順次充填後、加圧成形することによって、
表面層の繊維含有率が最も多く、厚み方向に対して内部
層になるほど繊維含有率が少なくなる多層構造を有する
繊維強化プラスチック製の摩擦材を製造することができ
る。

なお、上記実施例においては、炭素繊維としてミルドフ
ァイバーを用いたが、本発明の製造方法においては、繊
維素材の形態として、ミルドファイバーに限るものでは
な（、パルプあるいは短繊維なども用いることができ、
また、上記の形態の繊維を一緒に用いたり、任意に組み
合わせることもできる。

次に、上記実施例により得られた繊維強化プラスチック
を超音波モータ用摩擦材として使用する際には、表面部
を円筒研削盤にて表面研摩し、この厚み方向に対して炭
素繊維含有率の異なることにより、三層構造を有する摩
擦材４を、第２図に示すように、スプリング（図示省略
）を用いて、下面に圧電体７を接着した振動体６と動体
５の間に圧着して、直径４０ｍｍの円板型超音波モータ
を作製した。

この円板型超音波モータを駆動させたところ、騒音の発
生はなく、１０００ｇ１００Ｏの大きな起動トルクと４
５Ｏｒｐｍの無負荷回転数が得られたと同時に、４３％
のモータ効率が得られた。

また、回転方向とは逆方向に４００ｇｆ−Ｃｍの負荷を
かけ３００ｒｐｍの回転速度で回転させたところ、経時
的な回転数の低下も認められず５００万回転後も安定し
たモータ性能を示した。

さらに、５００万回転後の摩擦材の摩耗減少厚さを測定
したところ、１５μｍと非常に少なく、５００万回転後
も起動トルク、無負荷回転数共に初期とほとんど変化が
なく、安定したモータ性能を維持していた。

比較のため、炭素繊維の繊維含有率が２５％の混合粉末
を加圧成形した後、実施例２と同様にして繊維強化プラ
スチックを作製し、これを摩擦材として使用し、実施例
１と同様にして摩擦材を研摩後、円板型超音波モータを
作製し、駆動さぜたところ、初期に騒音が発生し、起動
トルク、無負荷回転数共に実施例１と比較して小さな値
を示したと同時に、３３％のモータ効率しか得られなか
った。さらに、長時間駆動させた際には、起動トルク、
無負荷回転数共に初期との変化幅が、実施例１に比べて
大きかった。

なお、上記二つの実施例においては、繊維強化プラスチ
ツク中の強化繊維として、炭素繊維を用いたが、これに
限るものではな（、ガラス繊維などの無機繊維あるいは
芳香族ポリアミド繊維などの耐熱性を有する有機繊維を
用いることができる。また、無機繊維と耐熱性有機繊維
を一緒に用いたものであってもよいことはいうまでもな
く、無機繊維と耐熱性有機繊維とを組み合わせることも
任意である。

さらに、上記二つの実施例においては、繊維強化プラス
チツク中の繊維結合材として、可とう性付与ビスマレイ
ミド・トリアジン樹脂とポリテトラフルオロエチレン樹
脂を用いたが、これに限るものではな（、たとえばポリ
イミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ビスマレイミド・
トリアジン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの
耐熱性の高い樹脂を単独、または組み合わせて使用でき
る。

発明の効果 本発明によれば、繊維含有率の多い表面層の繊維強化プ
ラスラック表面又は振動体表面の凹凸やうねりを吸収す
ることができ、しかも振動体と動体との均一な摩擦接触
状態が得られると同時に、長時間駆動させても摩擦材の
摩耗量は著しく少ないため、振動体表面及び摩擦材表面
の超精密加工を必要とせず、均一な加圧接触状態が得ら
れ、しかも、モータ特性の劣化がな（、長寿命で無騒音
の超音波モータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における超音波モータの主
要構成部の断面図、第２図は、同実施例における円板型
超音波モータの主要構成部を一部断面で示した分解斜視
図である。 １．６・・・・・・振動体、　２，５・・・・・・動体
３・・・・・・多層構造維強化プラスチック摩擦材、４
・・・・・・摩擦材、　７・・・・・・圧電体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電体により進行波を発生する振動体と動体とが加圧
   接触し、振動体と動体との間に働く摩擦力を介して、前
   記進行波により動体を駆動する超音波モータにおいて、
   前記振動体と動体との間に、前記動体に固定され、表面
   層の繊維含有率が最も多く、厚み方向に対して内部層に
   なるほど繊維含有率が少なくなる多層構造を有する繊維
   強化プラスチックを介在させたことを特徴とする超音波
   モータ。