JPH07177770A

JPH07177770A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH07177770A
Application number: JP5344247A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Satani; 大助佐谷; Takatoshi Ashizawa; 隆利芦沢; Ryoichi Suganuma; 亮一菅沼
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-07-14
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: US5508581A; JP3358265B2

Abstract

(57)【要約】【目的】駆動効率、接触面の化学的安定性及び耐摩耗
性を高める。【構成】駆動信号により励振される電気機械変換素子
１２、及び電気機械変換素子１２に接合される弾性体１
１を有する固定子１と、固定子１に接触し駆動される移
動子２とを有する超音波モータにおいて、固定子１と移
動子２との接触部の少なくとも一方（２２又は１１）
は、ポリアセタール樹脂を主成分とするプラスチック材
料から形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固定子に進行性振動
波を発生させることにより移動子を駆動する超音波モー
タにおいて、固定子と移動子との接触部の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波モータは、圧接す
る固定子と移動子とから構成されている。固定子は、振
動を発生させる電気機械変換素子（圧電体）と、移動子
に振動を伝える弾性体とから構成されている。固定子の
電気機械変換素子に電気信号が供給されると、弾性体に
進行性振動波が発生し、弾性体と接触する移動子が摩擦
駆動される。このような超音波モータは、低速時におい
ても高いトルクを得ることができる等のメリットを有し
ており、カメラ等の種々の機器に使用されている。

【０００３】このような構成の超音波モータにおいて
は、固定子と移動子との接触部が超音波モータの性能を
大きく左右する。従って、固定子と移動子との接触部の
材料の選定は特に重要である。従来より、固定子と移動
子との接触部を、それぞれ金属材料とプラスチック材料
とから形成したものが知られている。ここで、金属材料
としては、アルミニウム，鉄，ステンレス等が用いられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来の
超音波モータでは、以下の課題があった。第１に、固定
子の弾性体に発生した振動波を効率よく移動子の駆動力
に変換することができず、消費電力を小さくすることが
できない場合があった。第２に、接触部が加水分解等の
化学変化をおこし、固定子と移動子とが固着してしまう
場合があった。第３に、接触部に摩耗粉が付着して、超
音波モータの特性が劣化する場合があった。

【０００５】本発明は、上述のような課題を解消するた
めになされたものであって、駆動効率が高く、かつ化学
的に安定で、さらには耐摩耗性に優れた接触部を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明による超音波モータの第１の解決手段は、駆
動信号により励振される電気機械変換素子（１２）、及
び前記電気機械変換素子に接合される弾性体（１１）を
有する固定子（１）と、前記固定子に接触し駆動される
移動子（２）とを有する超音波モータにおいて、前記固
定子と前記移動子との接触部の少なくとも一方（２２又
は１１）は、ポリアセタール樹脂を主成分とするプラス
チック材料から形成されていることを特徴とする。

【０００７】第２の解決手段は、第１の解決手段におい
て、前記プラスチック材料は、ポリオレフィン樹脂を含
有することを特徴とする。

【０００８】第３の解決手段は、第１又は第２の解決手
段において、前記プラスチック材料は、酸化チタン，シ
リカ，二硫化モリブデン，炭素粉末のうちの少なくとも
１つを含有することを特徴とする。

【０００９】第４の解決手段は、第１〜第３の解決手段
において、前記プラスチック材料は、炭素繊維，セラミ
ックウイスカー，硝子繊維，芳香族ポリアミドイミド繊
維のうちの少なくとも１つを含有することを特徴とす
る。

【００１０】第５の解決手段は、第１〜第４の解決手段
において、前記固定子の弾性体は、鉄系の金属から形成
されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記解決手段においては、固定子と移動子との
接触部のうちの少なくとも一方がポリアセタール樹脂を
主成分とするプラスチック材料から形成され、さらに
は、ポリオレフィン樹脂，炭素繊維等が充填材として含
有される。これにより、駆動効率、化学的安定性、耐摩
耗性を高めることができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面等を参照して、本発明の一実施例
について説明する。図１は、本発明による超音波モータ
の一実施例の構成を示す斜視図である。固定子１は、弾
性体１１と、この弾性体１１に接着された電気機械変換
素子（圧電体）１２とから構成されている。また、移動
子２は、移動子母材２１と、この移動子母材２１に接着
された摺動材２２とから構成されている。なお、固定子
１及び移動子２は、略環状（リング状）に形成されてい
る。図１においては、固定子１及び移動子２の一部を切
断して、これらの断面が見えるように図示している。固
定子１の弾性体１１と移動子２の摺動材２２とが圧接さ
れることにより、超音波モータを形成する。電気機械変
換素子１２に電気信号が供給されると、弾性体１１が励
振され、弾性体１１に進行性の振動波が発生する。この
振動波によって移動体２が摩擦駆動（摺動）される。

【００１３】弾性体１１は、鉄系の金属材料から形成さ
れており、振動の振幅を大きくするために、その表面に
は複数の溝が形成されている。また、移動子２の摺動材
２２は、プラスチック材料から形成されている。従っ
て、成形性，量産性に優れるとともに、金属材料にはな
い自己潤滑性の良さ，防錆性の良さ，軽量等のメリット
を有する。また、摺動材２２と移動子母材２１とは、例
えばシアノアクリレート系やエポキシ系の接着剤により
接着されている。

【００１４】摺動材２２に用いるプラスチック材料とし
ては、以下のものがあげられる。１．熱硬化性樹脂フェノール系樹脂、エポキシ樹脂（ＥＰ）、不飽和ポリ
エステル樹脂（ＵＰ）、ＢＴレジン、ウレタン樹脂等。２．熱可塑性樹脂（１）ポリオレフィン類高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリイソブチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等。（２）ビニル化合物類ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、フッ
素レジン、ポリビニルアセタール、ポリアクリル酸メチ
ル等。（３）ポリアミド類６ナイロン、６−６ナイロン、６−１０ナイロン、ポリ
ビニルピロリドン等。（４）飽和ポリエステル系樹脂ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレン
テレフタレート（ＰＢＴ）等。（５）ポリエーテル系樹脂ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケト
ン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）
等。（６）その他変性ＰＰＯ、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレン
サルファイド（ＰＳ）、ポリアクリロニトリル、ポリウ
レタン、ポリカーボネート（ＰＣ）、けい素樹脂、ポリ
トルエン、ポリアクリレート、ポリイミド、塩素化ポリ
エーテル、ポリヒドロオレフィン、ポリサルフォン、ポ
リオキセタン、ポリエチレンオキサイド、クマロン・イ
ンデン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化酢酸ビニル、
スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）、ブタジエン・ス
チレン（ＳＢ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチ
レン共重合（ＡＢＳ）、スチレン・アクリロニトリル共
重合（ＡＳ）、セルロース、酢酸セルロース、繊維補強
樹脂（ＦＲＴＰ）、石油樹脂等。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１は、摺動材２２として７種類の材料
（試料Ａ〜試料Ｇ）の主成分を示す表である。これらの
摺動材２２について、それぞれ駆動実験，固着実験，摩
耗実験を行った。ここで、試料Ｅは、ＢＴレジン樹脂に
炭素紙を含有させたものである。試料Ｆは、ポリアセタ
ール樹脂を主成分（７０重量％以上）とし、ポリエチレ
ン樹脂（５重量％以上）を含有させたものである。試料
Ｇは、試料Ｆにさらに炭素繊維（１重量％以下）を含有
させたものである。

【００１７】

【表２】

【００１８】表２は、駆動実験の結果を示す表である。
駆動実験において、第１の実験では、一定負荷トルクの
もとで、駆動周波数を高周波側から低周波側に変化させ
たときの消費電流の変化を求めた。これによると、試料
Ｇ，Ｆ，Ｄの順に消費電流が低いことが判明した。ま
た、第２の実験では、駆動周波数を一定にして負荷トル
クを変化させ駆動効率を求めた。これによると、試料
Ｇ，Ｆ，Ｂ，Ｄの順に駆動効率が良いことが判明した。

【００１９】

【表３】

【００２０】表３は、摺動材２２と弾性体１１との固着
実験の結果を示す表である。この実験では、アルミニウ
ムのブロックに貼り付けた摺動材２２を、実際の超音波
モータと同一の圧力で弾性体１１に加圧した。この弾性
体１１は、従来より用いられているステンレス，インバ
ー等の鉄系材料を主成分とするものである。実験は、高
温高湿度（温度８０℃、湿度９０％）の条件下に長時間
（１８０時間）放置し、その後アルミニウムのブロック
を側面から押し、このときの剥離時の接線力を測定する
ことにより、固着の程度を定量化した。これによると、
試料Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｇには固着現象が発生せず、上記
のような悪条件のもとでも安定した状態を保持できるこ
とが判明した。

【００２１】

【表４】

【００２２】表４は、耐摩耗性の実験の結果を示す表で
ある。この実験では、実際の超音波モータにて、一定負
荷トルクで一定回転数に設定し、一定時間回転させた後
の摩耗粉の出方と、摺動材２２の接触面の荒れ具合を観
察した。これによると、試料Ｄ，Ｆ，Ｇにはほとんど摩
耗粉が発生せず、耐摩耗性が高いことが判明した。

【００２３】また、試料Ｆにおいて、ポリエチレン樹脂
の代わりに、その他のポリオレフィン系樹脂を充填材と
して用いたところ、試料Ｆと同等の結果を得た。さら
に、試料Ｄ，Ｆ，Ｇに対して、酸化チタン，シリカ，二
硫化モリブデン，炭素粉末，セラミックウイスカー，硝
子繊維，芳香族ポリアミドイミド繊維，酸化シリコン，
炭素繊維、又はこれらの組み合わせを充填材として用い
ると、さらに耐摩耗性が向上することが判明した。この
ときの充填材の重量％は、１％以下とした。

【００２４】以上の実験結果から明らかなように、摺動
材２２の主成分をポリアセタール樹脂とすることで、超
音波モータの駆動効率、接触面の化学的安定性及び耐摩
耗性を高めることができることが判明した。なお、この
ポリアセタール樹脂は、ホモポリマー（ホルムアルデヒ
ドの重合体）であるか、コポリマー（トリオキサンとエ
チレンオキサイドとの共重合体）であるかを問わない。

【００２５】充填材であるポリエチレン樹脂としては、
低密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン，超高分子量
ポリエチレンのいずれのものでも良く、酸化防止剤，耐
候安定剤，潤滑剤，顔料等が必要に応じて添加されてい
ても良い。さらに、（１）α−オレフィンの他，酢酸ビ
ニル，アクリル酸エチル等が数％以上共重合されている
もの、（２）塩素化，クロロスルホン化したもの、
（３）メタクリル酸，イタコン酸等を共重合させたもの
をイオン架橋したもの、でも良い。

【００２６】また、ポリエチレン樹脂以外のポリオレフ
ィン系樹脂としては、ポリプロピレン樹脂があげられ
る。さらに、このポリプロピレン樹脂としては、架橋ポ
リプロピレン，ポリプロピレン変性物（塩素化ポリプロ
ピレン，クロロスルホン化ポリプロピレン等），アイソ
タクチックポリブデン−１，エチレン−プロピレン共重
合体があげられる。

【００２７】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、上述した実施例に限定されることなく、
その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であ
る。実施例では、移動子２の移動子母材２１と摺動材２
２とは別体で形成したが、移動子母材２１と摺動材２２
とをポリアセタール樹脂を主成分とするプラスチック材
料で一体形成しても良い。また、固定子１の接触面側に
摺動材２２を設けても良く、あるいは、弾性体１１をポ
リアセタール樹脂を主成分とするプラスチック材料から
形成しても良い。さらにまた、本発明は、超音波モータ
の種類にとらわれず、リニア型，振動片型，各種アクチ
ュエータにおいても適用することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明による超音波モータによれば、固
定子と移動子との接触部をポリアセタール樹脂を主成分
とするプラスチック材料から形成することにより、駆動
効率が高く、化学的に安定で、耐摩耗性の高い接触部を
提供することができる。さらに、ポリオレフィン樹脂等
を含有させることで、より耐摩耗性の向上を図ることが
できる。これによって、メンテナンスフリーの製品を作
ることもできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波モータの一実施例の構成を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１固定子２移動子１１弾性体１２電気機械変換素子（圧電体）２１移動子母材２２摺動材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動信号により励振される電気機械変換
素子、及び前記電気機械変換素子に接合される弾性体を
有する固定子と、前記固定子に接触し駆動される移動子
とを有する超音波モータにおいて、前記固定子と前記移動子との接触部の少なくとも一方
は、ポリアセタール樹脂を主成分とするプラスチック材
料から形成されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】請求項１において、前記プラスチック材料は、ポリオレフィン樹脂を含有す
ることを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】請求項１又は２において、前記プラスチック材料は、酸化チタン，シリカ，二硫化
モリブデン，炭素粉末のうちの少なくとも１つを含有す
ることを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】請求項１〜３において、前記プラスチック材料は、炭素繊維，セラミックウイス
カー，硝子繊維，芳香族ポリアミドイミド繊維のうちの
少なくとも１つを含有することを特徴とする超音波モー
タ。
【請求項５】請求項１〜４において、前記固定子の弾性体は、鉄系の金属から形成されている
ことを特徴とする超音波モータ。