JPH0449872A - 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？１　　圧電セラミック等の圧電体を用いて弾性
波を励振することにより駆動力を発生する超音波モータ
に関し　より詳しくは超音波モータの移動体の構成に関
すん 従来の技術 近年圧電体を用いて構成した振動体に弾性振動を励振し
　これを駆動力とした超音波モータが注目されていも 以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。

第４図は　従来の円環型超音波モータの一部切り欠き斜
視図であも　同図において、　４は複数個の突起体１を
有する円環形弾性基板２の底面に円環形圧電体３を貼合
せて構成した振動体であ４さらに　７は弾性体５に耐摩
耗性の摩擦材６を結合した移動体で、振動体４には加圧
接触して設置されるものである。

また第５図１よ　従来の円板型超音波モータの一部切り
欠き斜視図である。同図において、　４ａは複数個の突
起体１ａを有する円板形弾性基板２ａの底面に円板形圧
電体３ａを貼合せて構成した振動体である。さらに　７
ａは弾性体５ａに耐摩耗性の摩擦材６ａを結合した移動
体で、振動体４ａには加圧接触して設置されるものであ
ムここで、上記二つの超音波モータの従来例においては
　弾性体５、５ａの材質としては　従来は鉄観　ステン
レス鋼等の金属が使用されており、この弾性体５．５ａ
に耐摩耗性の摩擦材６、６ａを接着等の方法により結合
することにより、超音波モータの移動体７．７ａを構成
していも圧電体３．３ａには図示しないが２組の駆動電
極が構成されており、この駆動電極に所定の位相差を有
する２つの交流電圧をそれぞれ印加すると圧電体３．３
ａは伸縮振動をし　弾性基板２，２ａは伸縮に対して抵
抗するように働くので、バイメタルと同様の効果により
、撓み振動の進行波が振動体４．４ａに励振されも 振動体４．４ａの表面の任意の点は撓み振動の進行波に
より楕円軌跡を描いて運動すム　突起体１、ｌａはこの
楕円軌跡の横方向（進行波の進行する方向成分）の変位
を拡大すａ　振動体４，４ａの突起体１．１ａに加圧接
触して設置された移動体７．７ａは拡大された横方向の
変位によって摩擦駆動されて回転する。

発明が解決しようとする課題 超音波モータ（友　圧電体と弾性基板とから成る振動体
に数ミクロン程度の振幅の撓み振動の進行波を励振し　
この進行波による横方向変位を突起体で拡大して、突起
体先端に加圧接触して設置された移動体を駆動するモー
タであ４ 従って、上記の様に　耐摩耗性の摩擦材を金属等の弾性
体に結合することにより移動体を構成した場合、振動体
による撓み振動の進行波を効率良く移動体に伝達するた
めに（よ　摩擦材の剛性はモータの負荷トルクによって
摩擦材が横方向（進行波の進行方向）に大きく弾性変形
しないだけの剛性が必要である。

また　振動体と移動体が加圧状態で相互に面接触するた
敢　振動体による撓み振動の進行波を効率良く振動体に
伝達するために（瓜　加圧接触状態での均一接触を実現
する必要がある力（接触面に金属やセラミック等の剛性
の大きな材料を用いた場合に（よ　加圧時の縦方向の弾
性変形が小さくなり均一接触を実現することが困難であ
り、騒音の発生を伴いモータ効率の低下をきたす。

一方上記の様番へ　耐摩耗性の摩擦材を金属等の弾性体
に結合することにより移動体を構成した場合においてＬ
　摩擦材の厚みを薄くした際に（戴モータの加圧力によ
っても異なる力（騒音の発生を伴いモータ効率の低下を
起こす場合があつ池これζヨ摩擦材の厚みを薄くするこ
とで、移動体の縦方向の弾性変形が小さくなり、均一接
触が実現できなくなることと、不要振動に対する機械的
品質係数（Ｑｌ）が大きくなることに起因するものと思
われる誠　実用上大きな課題となる。

さらに　上記の様？’ｗ　　耐摩耗性の摩擦材を金属等
の弾性体に結合することにより移動体を構成した場合、
金属材料は比重が大きいたべ　移動体の重量が太き（な
り、結果としてモータの総重量が大きくなることにより
、超音波モータの軽量化を図る際に　限界が生じてくム
　また　移動体と弾性体との結合のために工程が煩雑で
あり九本発明（よ　かかる点に鑑みてなされたもので、
移動体の部品点数の削減及び接着工程の省略による製造
工程の簡略化と同時にモータ重量の軽量化を図り、また
効率的で安定した超音波モータを提供することを目的と
するものであム 課題を解決するための手段 本発明１よ　弾性基板に圧電体を結合した振動体く　移
動体を加圧接触させ、上記振動体に撓み振動の進行波を
励振することにより上記移動体を移動させる超音波モー
タにおいて、移動体を少なくとも炭素繊維を用いて強化
した繊維強化樹脂複合体にて構成する。

作用 移動体を少なくとも炭素繊維を用いて強化した繊維強化
樹脂複合体にて構成することにより、炭素繊維により摩
擦接触面の微小な範囲での剛性を高めることができると
同時に　大きな範囲での弾性を大きくすることにより、
振動体と移動体との接触面のうねりを吸収する面補正効
果を持たせ、平面性を確保することができるた敢　振動
体による撓み振動の進行波を効率良く移動体に伝達する
ことが可能となる。

また　移動体を少なくとも炭素繊維を用いて強化した繊
維強化樹脂複合体にて構成することにより、この複合体
が耐摩耗性に優れると同時く　炭素繊維を用いたことに
より、摩擦接触面に適度の潤滑性を付与する効果がある
た敢　長時間の駆動においても安定したモータ特性を維
持することが可能となり、長期信頼性に優れた超音波モ
ータを実現することができも さら随　移動体を少なくとも炭素繊維を用いて強化した
繊維強化樹脂複合体にて構成することにより、摩擦材を
金属弾性体に結合した構成と比較して、移動体の部品点
数を削減し　接着工程を省略することにより製造工程を
簡略化することができると同時に　移動体の重量を低減
することができ、従って超音波モータの軽量化を実現す
ることができも 実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。

（第１実施例） 第１図に　本発明の第１実施例である円環型超音波モー
タの主要部の外観を示す。

同図において、　２３は複数個の突起体２０を有するス
テンレス鋼製の円環型弾性基板２１の底面に圧電体２２
を貼合わせて構成した振動体であａ２４は少なくとも炭
素繊維を用いて強化した繊維強化樹脂複合体にて構成し
た移動体であり、この移動体２４を振動体１３に加圧接
触して設置することにより、超音波モータを構成すムな
お移動体２４は振動体２３に皿バネ（図示省略）を用い
て加圧接触して設置されるものであム第２図は第１図の
超音波モータの主要部構成の部分拡大側面図であ４ 振動体２３により励振された撓み振動の進行波による横
方向変位を複数個の突起体２０で拡大して、加圧接触し
て設置された移動体２４を駆動すム　従って、移動体２
４は　負荷トルクによってこの移動体２４の接触面が横
方向に大きく弾性変形しないだけの剛性を有すると同時
ルミ　　モータの駆動力を外部に伝達するために適度の
機械的強度が必要であも そのために本実施例では　移動体２４を上記の通り炭素
繊維を用いることで剛性を高めると同時に　樹脂単独成
分では不十分な機械的強度を補うために　炭素繊維強化
樹脂複合体で構成している。

ここで、炭素繊維を用いる理由として（よ　炭素繊維を
用いることにより、ガラス繊維等の無機繊維に比べて同
一繊維含有量にて、移動体の剛性を向上させる。効果が
大きく、従ってより少ない繊維量にて摩擦接触面の剛性
を高めることが可能であると同時（、−移動体の機械的
強度を向上させることが可能であるからである。

具体的に（Ｌ　本実施例においては３０重量％の炭素繊
維と７０重量％のポリフェニレンサルファイド樹脂との
混練物を射出成形することにより、円環形状で比重が１
．４５である炭素繊維強化樹脂複合体よりなる移動体２
４を形成し九その結果　従来の円環型超音波モータの様
態摩擦材を金属弾性体に結合するための接着工程を必要
とせず、しかも射出成急　圧縮成形等の方法により金型
を用いて容易に成形することが可能となっ九 さらく　上記構成とすることにより、移動体２４を従来
の円環型超音波モータの様に、ｌ！擦材をステンレス鋼
製弾性体に結合して構成した同寸法の移動体に比較して
、移動体２４の重量を少なくとも１／４以下にすること
が可能となったまた　振動体による撓み振動の進行波を
効率良く移動体に伝達することができ、かつ長時間の駆
動においても安定したモータ特性を維持することができ
長期信頼性に優れた超音波モータを実現することができ
た （第２実施例） 第２実施例の外観は第１図と同一であム本実施例におい
て（よ　３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリエー
テルエーテルケトン樹脂との混練物を射出成形すること
により、円環形状で比重が１．４４である炭素繊維強化
樹脂複合体よりなる移動体２４を得た 本実施例において＆　　、１１実施例と同様に軽量で製
造工数の少なＵＸ、安定した特性の超音波モー夕を得る
ことが出来た （第３実施例） 第３実施例を第３図に示す。

まず、複数個の突起体３０を有するステンレス鋼製の円
板形弾性基板３１の底面に圧電体３２を接着することに
より、円板形振動体３３を構成した 炭素繊維強化樹脂複合体よりなる円板形状の移動体３４
ｉｉ３０重量％の炭素繊維と７０重量％のポリエーテル
サルホン樹脂との混練物を射出成形することにより得て
おり、その比重は１．４７で、この移動体３４にステン
レス鋼製の回転軸３５を圧入した　この移動体３４は振
動体３３に加圧接触して設置されるものであム 本実施例の円板型超音波モータにおいて叡　従来の円板
型超音波モ〜りにおける様な摩擦材を金属弾性体に結合
するための接着工程を必要とせ慣しかも射出成形　圧縮
成形等の方法により金型を用いて容易に成形することが
可能となっ九さらζミ　移動体３４を従来の円板型超音
波モータの様に摩擦材をステンレス鋼製弾性体に結合し
て構成した同寸法の移動体に比較して、移動体３４の重
量を少なくとも１／４以下にすることが可能であると共
に安定した特性の超音波モータを得ることができた （第４実施例） 第４実施例の外観は第３図と同一であも本実施例でζよ
　炭素繊維強化樹脂複合体よりなる移動体３４１４．６
０重量％の炭素繊維織布に４０重量％のポリフェニレン
サルファイド樹脂を含浸した複合体を圧縮成形すること
により得ており、その比重は１．４５であム 本実施例においてＬ　第３実施例と同様へ　軽量で工数
が少なく、特性の安定した超音波モータを得ることが出
来な 上記各実施例において、移動体を構成する繊維強化樹脂
複合体に含まれる炭素繊維の含有量について？！　　超
音波モータの加圧力に応じて調整可能である力（繊維含
有量が１０重量％未満の場合には　剛性向上のための効
果が不十分であり、また繊維含有量が７０重量％を越え
る場合に（よ　成形方法あるいは樹脂の流動性によって
も異なる力（成形が困難となると同時に成形物の機械的
強度が脆くなるた八　１０重量％以上７０重量％以下の
範囲が好適である。

また　強化繊維の種類としては炭素繊維を用いた力叉　
上記炭素繊維に炭素繊維以外の無機繊維を組み合わせて
用いることも同様に可能であり、さらに剛性を調整する
ためく　上記繊維にグラファイト粉末　四フッ化エチレ
ン粉東　硫化モリブデン粉末　フッ化黒鉛粉末等の無機
充填材を組み合わせることも可能であも また　繊維強化樹脂複合体を構成する樹脂として（よ　
ポリフェニレンサルファイド樹脂　ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂　ポリエーテルサルホン樹脂等の熱可塑性
樹脂を用いた力丈　これらに限定されるものではなく、
熱変形温度の高い樹脂を用いることが望ましく、フェノ
ール樹脂　ビスマレイミド・トリアジン樹脂等の熱硬化
性樹脂を用いることも同様に可能である。

発明の効果 本発明の超音波モータｃヨ　　移動体を少なくとも炭素
繊維を用いて強化した繊維強化樹脂複合体にて構成する
ことにより、特性が安定すると共ζミ移動体の部品点数
の削減及び接着工程の省略による製造工程の簡略化と同
時にモータ重量の軽量化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータの実施例である円環型超
音波モータの主要構成部を一部断面で示音波モータの主
要構成部を一部断面で示した分解斜視図　第４図　第５
図は従来の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。 １、　ｌａ、　２０、３０　・・・突起体　２．２ａ、
　２１．３１・・・弾性基板　３．３ａ、２２．３２川
圧電体　４．４ａ、　１３、２３、３３・・・振動体　
５．５ａ・・・弾性体　６、６ａ・・・摩擦材、　７．
７ａ川移動体 ４、 ４、 ・・・炭素繊維強化樹脂製移動体 第 図 ５・・・回転株

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性基板に圧電体を結合した振動体に、移動体を
   加圧接触させ、前記振動体に撓み振動の進行波を励振す
   ることにより前記移動体を移動させる超音波モータにお
   いて、前記移動体を少なくとも炭素繊維を用いて強化し
   た繊維強化樹脂複合体にて構成することを特徴とする超
   音波モータ。
2. （２）移動体の炭素繊維の含有率が、重量含有率にて、
   １０％以上７０％以下の範囲にあることを特徴とする請
   求項１記載の超音波モータ。