JPH03273877A

JPH03273877A - 超音波モータ用摩擦材及びその摩擦材を用いた超音波モータ

Info

Publication number: JPH03273877A
Application number: JP2075204A
Authority: JP
Inventors: Masanori Sumihara; 正則住原; Katsu Takeda; 克武田; Takahiro Nishikura; 西倉　孝弘; Osamu Kawasaki; 修川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-12-05

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、圧電体等の振動子による超音波振動によって
駆動される超音波モータに用いられる摩擦材及びその摩
擦材を用いた超音波モータに関する。

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
す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、振動体と動体との摩擦接触状
態が、このような構成の超音波モータの出力、効率、信
頼性なとの緒特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の摩擦接触
面の摩耗を減少させ、かつ大きなモータ出力を得るため
に、比較的摩擦係数の大きな摩擦材を介在させる方法が
とられ、梓々の材料が検討されている。このような材料
としては、例えは硬質ゴムや各種充填材を添加した強化
プラスチックよりなる摩擦材が提案されている。

発明が解決しようとする課題従来から提案されている様な各種充填材を添加した強化
プラスチックよりなる摩擦材を超音波モータ用摩擦材と
して用いた場合には以下に述べる様な課題があった。

超音波モータにおいて、より大きなトルクを得るために
は、摩擦接触面の摩擦抵抗を増大させる方法、あるいは
モータの加圧力を増大させる方法が取られている。

まず、摩擦接触面の摩擦抵抗を増大させるためには、硬
質ゴム等の摩擦係数の大きな材料を用いるか、あるいは
、ガラス繊維等の相手攻撃性のある充填材を添加したプ
ラスチック材を用いる等の方法が取られている。

しかし、硬質ゴノ、等、高摩擦の材料を用いた場合には
、摩擦接触面の高摩擦性がゆえに極めて摩耗が早いこと
、及び摩擦熱に伴って材料が弾性変形を起こし、モータ
の起動トルク、回転数、モータ効率等の諸特性の劣化を
引き起こし、モータの寿命が非常に短くなるという課題
を有していた。

一方、ガラス繊維等の相手攻撃性のある充填材を添加し
たプラスチック材を用いた場合には、モタを駆動させた
際、時間の経過と共に振動体表面を傷つけるため、モー
タの起動トルク、回転数、モータ効率等の諸特性の経時
変化を引き起こし、安定したモータ特性が得られないと
いう課題を有していた。

さらに、より大きなトルクを得るために、モタの加圧力
を増大させた場合には、以下の様な課題を有していた。

（１）ある定常値に達すると、それ以上加圧力を増大さ
せても、加圧力に比例して、モータのトルクが増大しな
い。

（２）ある一定時間駆動後、長時間放置した後、再起動
させた際、モータがロックした状態になることがあり、
再起動性に問題がある。

（３）回転数が５Ｏｒ　ｐｍ以下特に１０．ｒｐｍｐｍ
以下回転１１うがあり、低速安定性にかける。

（４）加圧力が増大した分だけ摩擦材の摩耗が増大し、
耐摩耗性が問題になり、長門信頼性（寿命）に欠ける。

本発明はかかる。Ｅ記従来の課題に鑑みてなされたもの
で、環境温度の変化、モータの加圧力の変化が生じても
、起動トルク、回転数、モータ効率等のモータ諸特性の
変化が少なく、安定したモータ特性を長時間維持できる
超音波モータ用摩擦材、及びこの摩擦材を用いた長期信
頼性に優れた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請求項Ｊ、２の本発明は、圧電体等の振動子による超音
波振動によりて駆動される超音波モータに用いられる超
音波モータ用摩擦材において、多孔質セラミック焼結体
を主成分とし、前記多孔質セラミック焼結体の気孔部に
少なくとも潤滑剤が含浸されているものである。又、多
孔質セラミック焼結体の前記気孔部の気孔径が１００１
ｔ　ｍ以下である。

請求項３．４の本発明は、圧電体等の振動子による超音
波振動によって駆動される超音波モータにおいて、前記
圧電体等の振動子が振動体の一方の面に接着固定され、
前記振動体の他方の面には、多孔質セラミック焼結体を
主成分とし、前記多孔質セラミック焼結体の気孔部に、
少なくとも潤滑剤が含浸されている摩擦材を介して、動
体が加圧接触されている。又、摩擦材の多孔質セラミッ
ク焼結体の前記気孔部の気孔径が１００μｍ以下である
。

作用請求項１．２０本発明では、多孔質セラミック焼結体を
主成分とし、多孔質セラミック焼結体の気孔部に少なく
とも潤滑剤が含浸されており、又、多孔質セラミック焼
結体の気孔部の気孔径が１００μｍ以下とすることによ
り、安定したモータ特性の超音波モータ用摩擦材が得ら
れる。

請求項３．４の本発明では、圧電体等の振動子が振動体
の一方の面に接着固定され、振動体の他方の面には、多
孔質セラミック焼結体を主成分とし、多孔質セラミック
焼結体の気孔部に、少なくとも潤滑剤が含浸されている
摩擦材を介して、動体が加圧接触されており、又、摩擦
材の多孔質セラミック焼結体の気孔部の気孔径が１００
７１ｍ以下であることにより、長期信頼性に優れた超音
波モータが得られる。

実施例本発明の超音波モータ用摩擦材を超音波モータに用いた
実施例の主要構成部の断面図を第１図に示す。ここで、
１は振動体であり、この振動体１の下面に圧電体２が接
着固定されている。さらに、３は動体てあり、この動体
３と振動体１との間に、多孔質セラミック焼結体を主成
分とし、この多孔質セラミック焼結体の気孔部に、少な
くとも潤滑剤を含浸させた摩擦材４を介在させている。

なお、本実施例においては、振動体１と動体３との間に
、多孔質セラミック複合体のｙ！１．Ｗｌ材４を介在さ
せる方法としては、便宜上、動体３の表面に摩擦材４を
接着固定したものを、バネ圧により振動体ｌに押しつけ
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、撮動体１の材質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ｌの材質は
圧電体の振動を吸収せず、効率よく振動を励振できる材
料であればよい。

本発明は、上記構成の超音波モータにおいて、振動体１
と動体３との加圧接触面即ち摩擦材４の構成が重要であ
ることを見いだしたもので、環境温度の変化、モータの
加圧力の変化が生じても、常に安定した摩擦接触状態を
保つことができる様に、摩擦材を多孔質セラミック焼結
体を主成分とし、この多孔質セラミック焼結体の気孔部
に、少なくとも潤滑剤を含浸させた構成とする。

潤滑剤としては、特に制限はないが、パーフルオロアル
キルポリエーテル、アルキルシリコーンオイル、ポリア
ルキルグリコール、高級脂肪族アルコール等の液体潤滑
剤及び、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ化黒鉛
、窒化はう素等の固体潤滑剤を用いることができる。

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。

（実施例１）気孔径５〜１０μｍの気孔部を有し、気孔率が４０％で
ある多孔質炭化けい素焼結体の気孔部に、アルキルシリ
コーンオイルを含浸させることにより、セラミック複合
体の摩擦材Ａを得た。

（実施例２）気孔径３０〜６０μＩｎの気孔部を有し、気孔率が５５
％である多孔質炭化けい素焼結体の気孔部に、窒化はう
素を均一分散させたポリイミド樹脂を含浸させることに
より、セラミック複合体の摩擦材Ｂを得た。

（実施例３）気孔径３０〜６０　Ｂ　ｍの気孔部を有し、気孔率が５
５％である多孔質炭化けい素焼結体の気孔部に、グラフ
ァイトを均一分散させたビスマレイミド・トリアジン樹
脂を含浸させることにより、セラミック複合体の摩擦材
Ｃを得た。

なお、上記実施例１．２．３においては、多孔質セラミ
ック焼結体として、炭化けい索を用いたが、これに限定
されるものではなく、また上記多孔質セラミック焼結体
の気孔径としては、セラミック焼結体の強度及び複合体
にした際の摩擦抵抗の均一性という観点より、１００　
ｔ１ｍ以下が望ましい。

さらに、気孔部への含浸材料としては、潤滑剤単体ある
いは、樹脂と潤滑剤とを任意の割合で混合したもの等を
用いることができ、樹脂としては、多孔質セラミックの
気孔部に含浸可能な高耐熱性を有するポリイミド樹脂、
ポリアミドイミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹
脂等を用いることができろ。

上記のようにして得られたセラミック複合体の摩擦材Ａ
−Ｃを超音波モータ用摩擦材として使用する際には、超
音波モータの動体部に接着固定した後、表面部を表面研
磨し、この摩擦材５を、第２図に示す様に、皿バネ（図
示省略）を用いて、下面に圧電体８を接着した振動体７
と動体６との間に圧接して、直径８０ｍｍの円板型超音
波モータを構成した。

また、比較のために、ガラス繊維を均一分散させた四フ
ッ化エチレン樹脂製の摩擦材りを用いて同様に円板型超
音波モータを構成した。

上記の様に摩擦材Ａ−Ｄを用いて構成した超音波モータ
のバネ圧を変化させた際のモータの起動トルクを表１に
示す。

表１これより、実施例１〜３の摩擦材Ａ−Ｃを用いた場合に
は、加圧力を増大させると加圧力にほぼ比例して起動ト
ルクは増えるが、比較例の摩擦材りを用いた場合には、
加圧力に比例して起動トルクは増えなかった。この要因
としては、大きなモータ出力を取り出すために、モータ
の加圧力を増大させた際には、比較例の摩擦材りにおい
ては、摩擦材の弾性変形により接触面の接触状態が変化
し、出力伝達の効率低下を引き起こすものと考えられる
。

しかし、摩擦材Ａ、　　Ｂ、　　Ｃの場合は、多孔質セ
ラミックを主成分とすることにより、モータの加圧力を
増大させても、プラスチック材料はどの弾性変形は起こ
さず、しかもプラスチ・ンク材料のように環境温度の上
昇により、材料が変形を起こし摩擦接触状態が初期状態
と変化することもない。

上記の観点より、多孔質セラミック焼結体を主成分とし
、この多孔質セラミック焼結体の気孔部に、少なくとも
潤滑剤を含浸させたセラミック複合体を用いることによ
り、大出力の超音波モータの実現が可能となることが明
かになった。

次に、摩擦材Ａ−Ｄを用いて構成した超音波モータを駆
動させた結果を表２に示す。

表２ここて、モータの再起動性とは、モータを一定時閏駆動
した後、モータ停止状態で長時間放置後に再起動するか
否かの測定結果である。また、低速安定性とは、１０ｒ
ｐｍの回転での回転ムラを測定した結果であり、ワウ・
フラッタ−５％以上の場合は、×判定とした。さらに、
耐摩耗性は、モータを５０　ｋｇＦの皿バネを用いて加
圧し、回転方向とは逆方向にｌＯｋｇｆ−ｃｉＩの負荷
をかけ、４Ｏｒｐｍの回転数で１０００時間駆動させた
後の摩擦材の摩耗減少厚さを測定した結果である。

これより、実施例１〜３の摩擦材Ａ−Ｃを用いた場合に
は、再起動性に問題はなく、低速安定性にも優れ、１０
００時間後も摩擦材の摩耗量は非常に少なかった。

多孔質セラミックの気孔部に潤滑剤を含浸させることに
より、摩擦材の摩耗が進行しても、摩擦接触面には常に
潤滑剤が存在することになり、振動体と動体との接触面
における加圧力の不均一性に依存する摩擦抵抗の不均一
性を緩和する作用があり、摩擦接触状態を常に安定に保
つことができた。更に、摩擦材として多孔質セラミック
に少なくとも潤滑剤を含浸した複合体を用いることによ
リ、長時間駆動後も摩擦材の摩耗を著しく少なくするこ
とができた。

これに対して、比較例の摩擦材りを用いた場合には、モ
ータ停止状態で長時間放置すると再起動しない場合があ
り、低速安定性にも問題があった。

さらに、時間の経過とともに起動トルクの低下、回転数
の変動が起こり、モータ特性の劣化を起こし、実用上問
題となった。

以上説明してきた様に、上記実施例は円板型超音波モー
タに関しての実施例であったが、本発明の超音波モータ
用摩擦材及びモータ構成を第３図に示す様な円環型超音
波モータに適応しても同等の効果が得られる。

発明の効果本発明によれば、下記の効果が得られる。

（１）モータの加圧力を増大させても、加圧力にほぼ比
例した起動トルクが得られ、耐荷重性に優れた超音波モ
ータ用摩擦材及び、この摩擦材を用いた超音波モータを
得ることができる。

（２）加圧状態で長時間放置しても、再起動性に優れた
超音波モータ用摩擦材及び、この摩擦材を用いた超音波
モータを得ることができる。

（３）低速回転時の回転ムラがほとんどなく、低速安定
性に優れた超音波モータ用摩擦材及び、この摩擦材を用
いた超音波モータを得ることができる。

（４）長時間モータを駆動させても、摩擦材の摩耗量は
非常に少なく、長期信頼性に優れた超音波モータ用摩擦
材及び、この摩擦材を用いた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図は本発明の超音波モータ用摩擦材を超音波モータ
に用いた実施例の主要構成部の断面図、第２図は本発明
の一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、第３図は本発明の他の実
施例における円環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。ｌ、７．１１・・・振動体、２．８．１２・・・圧電体
、　３、６、１０・・・動体、　４、５、９・・・摩擦
材。第１図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電体等の振動子による超音波振動によって駆動
される超音波モータに用いられる超音波モータ用摩擦材
において、多孔質セラミック焼結体を主成分とし、前記多孔質セラ
ミック焼結体の気孔部に少なくとも潤滑剤が含浸されて
いることを特徴とする超音波モータ用摩擦材。
（２）多孔質セラミック焼結体の前記気孔部の気孔径が
１００μｍ以下であること特徴とする請求項１項記載の
超音波モータ用摩擦材。
（３）圧電体等の振動子による超音波振動によって駆動
される超音波モータにおいて、前記圧電体等の振動子が振動体の一方の面に接着固定さ
れ、前記振動体の他方の面には、多孔質セラミック焼結
体を主成分とし、前記多孔質セラミック焼結体の気孔部
に、少なくとも潤滑剤が含浸されている摩擦材を介して
、動体が加圧接触されていることを特徴とする超音波モ
ータ。
（４）摩擦材の多孔質セラミック焼結体の前記気孔部の
気孔径が１００μｍ以下であること特徴とする請求項３
記載の超音波モータ。