JPH0632573B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JPH0632573B2 JPH0632573B2 JP62266793A JP26679387A JPH0632573B2 JP H0632573 B2 JPH0632573 B2 JP H0632573B2 JP 62266793 A JP62266793 A JP 62266793A JP 26679387 A JP26679387 A JP 26679387A JP H0632573 B2 JPH0632573 B2 JP H0632573B2
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- Japan
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- friction material
- ultrasonic motor
- vibrating body
- friction
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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。
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、圧電体を固定した振動体と動
体とが加圧接触した構成であり、圧電体への電気入力に
より圧電体と振動体に第３図に示すような超音波振動の
進行波を発生させ、また動体との摩擦力により動体を駆
動させている。
体とが加圧接触した構成であり、圧電体への電気入力に
より圧電体と振動体に第３図に示すような超音波振動の
進行波を発生させ、また動体との摩擦力により動体を駆
動させている。
第３図において、１は圧電体であり、その表面に振動体
２が接着固定されている。また、３は動体であり、摩擦
材４が一体化されている。この構成により、圧電体１に
電気入力を加えると、圧電体１と振動体２に超音波振動
（Ａ方向の進行波）が発生し、振動体２の各質点にＢの
ような楕円運動が発生する。ここで、進行波の各波頭は
進行波方向Ａと逆方向に動く性質があり、また進行波の
各谷底は進行波方向Ａと同方向に動く性質がある。した
がって、振動体２の表面に置かれた物体（摩擦材４と動
体３）は、波頭の上部のみに接触し、振動体２との摩擦
力によってＣ方向に駆動する。この進行波の振幅は一般
に最大でも１０μｍ程度である。
２が接着固定されている。また、３は動体であり、摩擦
材４が一体化されている。この構成により、圧電体１に
電気入力を加えると、圧電体１と振動体２に超音波振動
（Ａ方向の進行波）が発生し、振動体２の各質点にＢの
ような楕円運動が発生する。ここで、進行波の各波頭は
進行波方向Ａと逆方向に動く性質があり、また進行波の
各谷底は進行波方向Ａと同方向に動く性質がある。した
がって、振動体２の表面に置かれた物体（摩擦材４と動
体３）は、波頭の上部のみに接触し、振動体２との摩擦
力によってＣ方向に駆動する。この進行波の振幅は一般
に最大でも１０μｍ程度である。
一般に、振動体と動体とは加圧接触した構成であり、よ
り大きなモータ出力を得るために、振動体と動体との加
圧力を強くし、振動体と動体との摩擦係数を大きくする
ことが必要である。しかし、加圧力が強すぎると、摩擦
材が摩耗しやすくなり、また振動体の振動が抑制されや
すくなる傾向がある。
り大きなモータ出力を得るために、振動体と動体との加
圧力を強くし、振動体と動体との摩擦係数を大きくする
ことが必要である。しかし、加圧力が強すぎると、摩擦
材が摩耗しやすくなり、また振動体の振動が抑制されや
すくなる傾向がある。
なお、振動体および動体の材料として、鉄やステンレス
およびアルミニウム等の金属が利用されており、また摩
擦材の材料として、無機繊維と樹脂からなる複合樹脂等
が利用されている。
およびアルミニウム等の金属が利用されており、また摩
擦材の材料として、無機繊維と樹脂からなる複合樹脂等
が利用されている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来例のように摩擦材に無機繊維と
樹脂とからなる複合樹脂を利用した場合、超音波モータ
の駆動時間の経過とともに、振動体と動体の摩擦により
摩耗粉が振動体と動体の双方に多く発生し、またその摩
耗粉が振動体や動体の接触面に付着するため、両者間の
摩擦係数が経時的に変化してしまい、ブレーキトルク
（モータに電気を入力していないときの振動体と動体の
摩擦力）も経時的に変化してしまうという問題点があっ
た。
樹脂とからなる複合樹脂を利用した場合、超音波モータ
の駆動時間の経過とともに、振動体と動体の摩擦により
摩耗粉が振動体と動体の双方に多く発生し、またその摩
耗粉が振動体や動体の接触面に付着するため、両者間の
摩擦係数が経時的に変化してしまい、ブレーキトルク
（モータに電気を入力していないときの振動体と動体の
摩擦力）も経時的に変化してしまうという問題点があっ
た。
また、振動体に付着した摩耗粉の影響により、振動体部
の最適共振周波数が経時的に変動してしまい、安定した
モータの駆動が得られないという問題点があった。
の最適共振周波数が経時的に変動してしまい、安定した
モータの駆動が得られないという問題点があった。
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、常に
安定した駆動が得られる超音波モータを提供することを
目的とする。
安定した駆動が得られる超音波モータを提供することを
目的とする。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の超音波モータは、
少なくとも有機繊維とフルオロカーボン樹脂とマトリッ
クス樹脂とを含有するプラスチック材からなる摩擦材
を、振動体と動体の対向する少なくとも一方の面に固定
した構成を有している。
少なくとも有機繊維とフルオロカーボン樹脂とマトリッ
クス樹脂とを含有するプラスチック材からなる摩擦材
を、振動体と動体の対向する少なくとも一方の面に固定
した構成を有している。
作用 摩擦材に有機繊維とフルオロカーボン樹脂粉末とをマト
リックス樹脂で結合した複合プラスチック材を用いてい
るため、摩擦材自体の摩耗量を著しく少なくすることが
でき、しかも摩擦材の接触相手を摩耗させることがな
く、安定した摩擦係数を得ることができる。
リックス樹脂で結合した複合プラスチック材を用いてい
るため、摩擦材自体の摩耗量を著しく少なくすることが
でき、しかも摩擦材の接触相手を摩耗させることがな
く、安定した摩擦係数を得ることができる。
実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
説明する。
第１図において、１は圧電体であり、その表面に金属製
振動体２が接着固定されている。３は動体であり、有機
繊維とフルオロカーボン樹脂粉末とマトリックス樹脂と
よりなる摩擦材４が、動体３に固定されている。また、
振動体２と摩擦材４は締結力によって加圧接触されてい
る。ここで、圧電体１に共振周波数の高周波電界を印加
すると、圧電体１と振動体２に超音波振動の進行波が発
生し、振動体表面と接触している摩擦材４が、振動体と
の摩擦力によって、動体３と一体となって駆動する。ま
た、電力が入力されないときは、振動体２と摩擦材４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
クすなわちブレーキ力が生じる。
振動体２が接着固定されている。３は動体であり、有機
繊維とフルオロカーボン樹脂粉末とマトリックス樹脂と
よりなる摩擦材４が、動体３に固定されている。また、
振動体２と摩擦材４は締結力によって加圧接触されてい
る。ここで、圧電体１に共振周波数の高周波電界を印加
すると、圧電体１と振動体２に超音波振動の進行波が発
生し、振動体表面と接触している摩擦材４が、振動体と
の摩擦力によって、動体３と一体となって駆動する。ま
た、電力が入力されないときは、振動体２と摩擦材４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
クすなわちブレーキ力が生じる。
以上のように、有機繊維とフルオロカーボン樹脂粉末と
マトリックス樹脂とよりなる複合プラスチック摩擦材を
利用することにより、超音波モータの長期間の駆動にお
いて、安定した摩擦力とブレーキトルクを得ることがで
きると共に、振動体の共振周波数の経時変化も少なく、
再現良く起動し、安定駆動ができるようになる。
マトリックス樹脂とよりなる複合プラスチック摩擦材を
利用することにより、超音波モータの長期間の駆動にお
いて、安定した摩擦力とブレーキトルクを得ることがで
きると共に、振動体の共振周波数の経時変化も少なく、
再現良く起動し、安定駆動ができるようになる。
有機繊維としては、芳香族ポリアミド繊維，フェノール
繊維，有機高分子ウィスカー，ポリベンズイミダゾール
繊維，超高分子量ポリエチレン繊維，液晶プラスチック
繊維などが使用できる。フルオロカーボン樹脂粉末とし
ては四フッ化エチレンおよび六フッ化エチレンなどのポ
リマーやゴムの粉末が使用可能である。マトリックス樹
脂としてはポリイミド，ポリアミドイミド，エポキシ樹
脂，フェノール樹脂，シリコーン樹脂，ポリエステル樹
脂，ポリアリレート樹脂，液晶ポリマーなどが使用でき
る。そして、有機繊維およびフルオロカーボン樹脂粉末
の含有割合はそれぞれ５重量パーセント以上を同時に含
有することが望ましい。
繊維，有機高分子ウィスカー，ポリベンズイミダゾール
繊維，超高分子量ポリエチレン繊維，液晶プラスチック
繊維などが使用できる。フルオロカーボン樹脂粉末とし
ては四フッ化エチレンおよび六フッ化エチレンなどのポ
リマーやゴムの粉末が使用可能である。マトリックス樹
脂としてはポリイミド，ポリアミドイミド，エポキシ樹
脂，フェノール樹脂，シリコーン樹脂，ポリエステル樹
脂，ポリアリレート樹脂，液晶ポリマーなどが使用でき
る。そして、有機繊維およびフルオロカーボン樹脂粉末
の含有割合はそれぞれ５重量パーセント以上を同時に含
有することが望ましい。
なお、本発明に使用する摩擦材として、有機繊維および
フルオロカーボン樹脂粉末に加えて、他の無機や金属の
充填材を添加含有することも可能である。
フルオロカーボン樹脂粉末に加えて、他の無機や金属の
充填材を添加含有することも可能である。
次に、本発明を具体的実施例によって、さらに詳しく説
明する。
明する。
実施例１ 表１に示すような種々の有機繊維とフルオロカーボン樹
脂粉末とマトリックス樹脂とが均一に分散し、１mmの厚
さに成形されたそれぞれの複合プラスチック摩擦材シー
トを、直径４０mm，厚さ１mmのステンレス円板に接着し
て、摩擦材表面の動摩擦係数の経時変化を測定する。動
摩擦係数の経時変化測定は、上記摩擦材を接着した円板
を３０rpmの回転速度で回転させ、中心から１５mmの位
置に直径が３mmのステンレス球を接触させ、そのステン
レス球に２００ｇの荷重を加えたときの、摩擦材表面と
ステンレス球との間の摩擦係数を測定したものである。
脂粉末とマトリックス樹脂とが均一に分散し、１mmの厚
さに成形されたそれぞれの複合プラスチック摩擦材シー
トを、直径４０mm，厚さ１mmのステンレス円板に接着し
て、摩擦材表面の動摩擦係数の経時変化を測定する。動
摩擦係数の経時変化測定は、上記摩擦材を接着した円板
を３０rpmの回転速度で回転させ、中心から１５mmの位
置に直径が３mmのステンレス球を接触させ、そのステン
レス球に２００ｇの荷重を加えたときの、摩擦材表面と
ステンレス球との間の摩擦係数を測定したものである。
なお、それぞれの摩擦材を使用したときの動摩擦係数の
経時変化を表２に示し、また、フルオロカーボン樹脂粉
末を含有しない摩擦材の材料組成と摩擦係数も表１およ
び表２に比較して示す。
経時変化を表２に示し、また、フルオロカーボン樹脂粉
末を含有しない摩擦材の材料組成と摩擦係数も表１およ
び表２に比較して示す。
表１および表２から明らかなように、有機繊維とフルオ
ロカーボン樹脂粉末とマトリックス樹脂とよりなる複合
プラスチック摩擦材はいずれも、摩擦係数が0.2以上の
大きな摩擦係数であり、摩擦係数の経時変化も殆んど認
められなかった。
ロカーボン樹脂粉末とマトリックス樹脂とよりなる複合
プラスチック摩擦材はいずれも、摩擦係数が0.2以上の
大きな摩擦係数であり、摩擦係数の経時変化も殆んど認
められなかった。
これに対し、フルオロカーボン樹脂粉末を含まない摩擦
材の場合（比較例Ｆ，Ｇ）、いずれも、経時時に摩擦係
数が大きく変動した。また、有機繊維を含まない摩擦材
の場合（比較例Ｈ）、摩擦係数の経時変化は殆んど認め
られないが、摩擦係数は非常に小さい。
材の場合（比較例Ｆ，Ｇ）、いずれも、経時時に摩擦係
数が大きく変動した。また、有機繊維を含まない摩擦材
の場合（比較例Ｈ）、摩擦係数の経時変化は殆んど認め
られないが、摩擦係数は非常に小さい。
実施例２ 実施例１で用いたそれぞれのＡ〜Ｈの摩擦材を用いて、
第３図に示すような円板型超音波モータを構成した、第
３図において、１は圧電体であり、その表面にステンレ
ス製振動体２が接着固定されている。３はステンレス製
動体であり、実施例１のそれぞれの摩擦材シート４が固
定されている。また、振動体と動体とはバネに加圧によ
って初期のブレーキトルクが５００ｇ・cmになるように
調整設定されている。さらに、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に電極を配置し、約７
０KHzの共振周波数の電界を印加して動体を無荷回転数
５００rpmで駆動させている。
第３図に示すような円板型超音波モータを構成した、第
３図において、１は圧電体であり、その表面にステンレ
ス製振動体２が接着固定されている。３はステンレス製
動体であり、実施例１のそれぞれの摩擦材シート４が固
定されている。また、振動体と動体とはバネに加圧によ
って初期のブレーキトルクが５００ｇ・cmになるように
調整設定されている。さらに、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に電極を配置し、約７
０KHzの共振周波数の電界を印加して動体を無荷回転数
５００rpmで駆動させている。
なお、それぞれの摩擦材シートを構成したそれぞれのモ
ータについて、所定の時間の駆動後、電源を切ったり入
れたりしたときの再起動の有無，電源切断後のブレーキ
トルクおよび共振周波数を測定した結果を表３に示す。
ータについて、所定の時間の駆動後、電源を切ったり入
れたりしたときの再起動の有無，電源切断後のブレーキ
トルクおよび共振周波数を測定した結果を表３に示す。
表３より明らかのように、有機繊維とフルオロカーボン
樹脂粉末とマトリックス樹脂とよりなる摩擦材を使用し
た超音波モータの場合（実験番号Ａ〜Ｅ），いずれのモ
ータについてもブレーキトルクの経時変化は小さい。ま
た、共振周波数の経時変化も少なく、再起動性にも問題
が生じなかった。さらに、接触相手材のステンレス振動
体の傷つき摩耗も殆んど認められなかった。
樹脂粉末とマトリックス樹脂とよりなる摩擦材を使用し
た超音波モータの場合（実験番号Ａ〜Ｅ），いずれのモ
ータについてもブレーキトルクの経時変化は小さい。ま
た、共振周波数の経時変化も少なく、再起動性にも問題
が生じなかった。さらに、接触相手材のステンレス振動
体の傷つき摩耗も殆んど認められなかった。
これに対し、フルオロカーボン樹脂粉末を含まない摩擦
材を使用したモータの場合（実験番号Ｆ，Ｇ）、ブレー
キトルクは大きく変動し、また、共振周波数も変動し
て、動体が再起動しなくなることがあった。
材を使用したモータの場合（実験番号Ｆ，Ｇ）、ブレー
キトルクは大きく変動し、また、共振周波数も変動し
て、動体が再起動しなくなることがあった。
また、有機繊維を含まない摩擦材（実験番号Ｈ）を使用
したモータの場合、摩擦係数が小さすぎて、動体が駆動
しなかった。
したモータの場合、摩擦係数が小さすぎて、動体が駆動
しなかった。
実施例３ 表４に示すような有機繊維とフルオロカーボン樹脂粉末
との含有割合のそれぞれの摩擦材（厚さ１mm）を使用し
て、実施例２と同様の円板型超音波モータを構成し、実
施例２と同じ方法で共振周波数電界を印加してモータを
駆動させた。
との含有割合のそれぞれの摩擦材（厚さ１mm）を使用し
て、実施例２と同様の円板型超音波モータを構成し、実
施例２と同じ方法で共振周波数電界を印加してモータを
駆動させた。
なお、それぞれの摩擦材シートを構成したそれぞれのモ
ータについて、所定の時間の駆動後、電源を切ったり入
れたりしたときの再起動の良否、電源切断後のブレーキ
トルクおよび共振周波数を測定した結果を表４に示す。
ータについて、所定の時間の駆動後、電源を切ったり入
れたりしたときの再起動の良否、電源切断後のブレーキ
トルクおよび共振周波数を測定した結果を表４に示す。
表４より明らかのように、有機繊維の含有量が５重量パ
ーセント以上およびフルオロカーボン樹脂粉末の含有量
が５重量パーセント以上の組成の摩擦材を使用した場
合、（実験番号Ｋ，Ｌ，Ｍ）、いずれのモータについて
もブレーキトルクの経時変化は小さい。また、共振周波
数の経時変化も少なく、再起動性にも問題が生じなかっ
た。
ーセント以上およびフルオロカーボン樹脂粉末の含有量
が５重量パーセント以上の組成の摩擦材を使用した場
合、（実験番号Ｋ，Ｌ，Ｍ）、いずれのモータについて
もブレーキトルクの経時変化は小さい。また、共振周波
数の経時変化も少なく、再起動性にも問題が生じなかっ
た。
これに対し、フルオロカーボン樹脂粉末の含有量が２重
量パーセント以下のとき（実験番号Ｉ，Ｊ）、ブレーキ
トルクの経時変化が大きく、また共振周波数も大きく変
化して、再起動性しなくなることがあった。有機繊維を
含まないで、フルオロカーボン樹脂粉末だけを含有する
場合（実験番号Ｎ）、ブレーキトルクが２００ｇ−cmよ
り大きい加圧を加えるとモータが駆動しなくなり、大き
な出力を得ることができなく、また、摩擦材の摩耗量が
多い。
量パーセント以下のとき（実験番号Ｉ，Ｊ）、ブレーキ
トルクの経時変化が大きく、また共振周波数も大きく変
化して、再起動性しなくなることがあった。有機繊維を
含まないで、フルオロカーボン樹脂粉末だけを含有する
場合（実験番号Ｎ）、ブレーキトルクが２００ｇ−cmよ
り大きい加圧を加えるとモータが駆動しなくなり、大き
な出力を得ることができなく、また、摩擦材の摩耗量が
多い。
発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように、本発明の超音
波モータは、摩擦材を少なくとも有機繊維とフルオロカ
ーボン樹脂とマトリックス樹脂とを含有するプラスチッ
ク材から形成し、振動体と動体の対向する少なくとも一
方の面に固定することにより、超音波モータの摩耗を小
さくし、またブレーキトルクの経時変化および振動体の
共振周波数の経時変化を小さくすることができるため、
モータの起動が安定し、長期信頼性に優れた超音波モー
タが得られる。
波モータは、摩擦材を少なくとも有機繊維とフルオロカ
ーボン樹脂とマトリックス樹脂とを含有するプラスチッ
ク材から形成し、振動体と動体の対向する少なくとも一
方の面に固定することにより、超音波モータの摩耗を小
さくし、またブレーキトルクの経時変化および振動体の
共振周波数の経時変化を小さくすることができるため、
モータの起動が安定し、長期信頼性に優れた超音波モー
タが得られる。
第１図は本発明の一実施例における超音波モータの要部
構成断面図、第２図は他の実施例における一部切欠した
斜視図、第３図は超音波モータの原理を示す要部断面図
である。 １……圧電体、２……振動体、３……動体、４……摩擦
材。
構成断面図、第２図は他の実施例における一部切欠した
斜視図、第３図は超音波モータの原理を示す要部断面図
である。 １……圧電体、２……振動体、３……動体、４……摩擦
材。
Claims (2)
- 【請求項１】圧電体の振動により進行波を発生する振動
体に、動体を加圧接触し、前記振動体と前記動体との間
の摩擦力を介して、前記動体を駆動する超音波モータに
おいて、５重量％以上の有機繊維と、５重量％以上のフ
ルオロカーボン樹脂と、マトリックス樹脂とを含有する
プラスチック材からなる摩擦材を、前記振動体と前記動
体の対向する少なくとも一方の面に固定した超音波モー
タ。 - 【請求項２】有機繊維が、芳香族ポリアミド繊維とフェ
ノール繊維と有機高分子ウィスカーの群から選ばれる少
なくとも一種以上からなる特許請求の範囲第１項記載の
超音波モータ。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266793A JPH0632573B2 (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 超音波モータ |
| KR1019880013628A KR910003669B1 (ko) | 1987-10-20 | 1988-10-19 | 초음파 모우터 |
| EP88309862A EP0313352B1 (en) | 1987-10-20 | 1988-10-20 | Ultrasonic motor |
| DE3853251T DE3853251T2 (de) | 1987-10-20 | 1988-10-20 | Ultraschallmotoranordnung. |
| DE3855207T DE3855207T2 (de) | 1987-10-20 | 1988-10-20 | Ultraschallmotor |
| EP94105760A EP0612115B1 (en) | 1987-10-20 | 1988-10-20 | Ultrasonic motor |
| US07/477,198 US5150000A (en) | 1987-10-20 | 1990-02-06 | Ultrasonic motor |
| US07/841,553 US5311094A (en) | 1987-10-20 | 1992-02-26 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266793A JPH0632573B2 (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01110067A JPH01110067A (ja) | 1989-04-26 |
| JPH0632573B2 true JPH0632573B2 (ja) | 1994-04-27 |
Family
ID=17435765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62266793A Expired - Fee Related JPH0632573B2 (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-21 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0632573B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0807493B1 (en) * | 1995-02-01 | 2002-11-06 | Hiroshi Ishizuka | Superabrasive electroplated cutting edge and method of manufacturing the same |
-
1987
- 1987-10-21 JP JP62266793A patent/JPH0632573B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01110067A (ja) | 1989-04-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |