JPS6253182A

JPS6253182A - 超音波モ−タ

Info

Publication number: JPS6253182A
Application number: JP60191669A
Authority: JP
Inventors: Akira Endo; 晃遠藤; Nobutoshi Sasaki; 佐々木　信俊
Original assignee: Marcon Electronics Co Ltd
Current assignee: Marcon Electronics Co Ltd
Priority date: 1985-08-29
Filing date: 1985-08-29
Publication date: 1987-03-07

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】［発明の技術分野］この発明は圧電振動子を利用した超音波モータに関する
。

［発明の技術的背景とその問題点］超音波モータは第９図に構成図を示すように圧電振動子
（１）によって弾性振動体（２）に振動を与えると、該
弾性振動体（２）には弾性波（３）が発生し矢印方向に
弾性振動体（２）表面上を伝搬してゆく。このとき、弾
性振動体（２）表面の質点における弾性波（３）は第１
０図に示すように縦振幅と横振幅を持つ楕円運動（４）
を行っており、上記矢印へ方向に伝搬する場合は反時計
方向に回転している。この弾性波（３）は１波長毎に頂
点（５）を有しており弾性振動体（２）に摺動体（６）
を加圧接触させると、摺動体（６）は弾性波の頂点（５
）のみで弾性振動体（２）に接するから、楕円運動（４
）により摩擦力を得て矢印方向、すなわち弾性波（３）
の仏殿方向と逆方向に移動する。通常第１０図の原理か
らなる直線型の超音波モータでは圧電振動子（１）はＢ
ａＴｉＯ３やＰＺＴなどの圧電セラミック、弾性振動体
（２）は金屑またはプラスチックなどかうなる。

また第１１図に分解図、第１２図に正面図を示す超音波
モータは回転運動を行うもので、弾性振動体（１２）に
−波長の弾性波が乗るように圧電振動子（Ｉｌａ）にＶ
　１　＝’Ｊ　ｏ　ｓｉｎ　ｗｔなる電圧を供給し、電
圧振動子（１１ｂ）にｖｌと９０”位相を変えたＶ２　
＝Ｖｏｃｏｓ　ｗｔ、圧電振動子（ＩＩＣ）にはさらに
９０°位相を変えたＶ３−−Ｖ、　ｓｉｎ　ｗｔ、圧電
振動子（１１ｄ）には（１１ｃ）よりさらに９０”位相
を変えたＶ４−−　Ｖｏｃｏｓ　ｗｔなる電圧を加え、
各圧電振動子を駆動することにより前記弾性振動体（１
２）に加圧接触させた摺動体（１６）が、回転運動を行
うことになる。

このような直線型や回転型の超音波モータに於いては、
弾性波の伝搬効率を高めるため、弾性振動体（２）（１
２）には高ヤング率を有する金属などが使用される場合
が多い。しかし、たとえば摺動体（６）（１６）に金属
を使用し、弾性振動体（２）（１２）に直接接触させて
駆動力を得ようとすると、弾性波の振動や摩擦力が騒音
、熱などに変り実用的でなく、前記騒音などをなくすた
めにゴム等を用いると、このゴムが弾性波の振動および
摩擦力を吸収してしまって十分な駆動力を得ることがで
きない問題点がある。

また、日本音響学会昭和６０年度春革研究発表会の論文
集番号１−２−１．１−２−２．１−２−３には弾性振
動体と、これに加圧接触させる物体との当接部にビニー
ル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ジュラコンを
用いた超音波モータが記載されている。これらはいずれ
も熱可塑性樹脂であり、特にビニールは艮時聞の使用や
、高速・高回転で駆動した場合は摩擦による発熱で物性
が著しく変るなどの問題点があり、初期特性を維持でき
ない欠点がある。また、ポリプロピレンに関しても同様
に熱による物性変化の問題があり、ポリカーボネートは
繰返し荷重に弱く、弾性波の振動を長時間受ける場合耐
久性に欠ける。ジュラコンは＊ｍ係数が著しく低いため
に弾性波のＩ！ｉ！　ｍ力を十分に授受できない問題が
ある。このように弾性振動体と該振動体に加圧させる物
体との接触部の材質は実際の使用に際し著しい制約を受
けるのパ実状である。

［発明の目的］この発明は適宜な硬度範囲を有するＩＩ擦材を用いるこ
とにより、トルクが大きく高速、しかも摩擦音が小さく
、耐久性に優れた超音波モータを提供することを目的と
したものである。

［発明の概要］この発明になる超音波モータは、圧電振動子を具備した
弾性振動体と、該弾性振動体にノリ圧接触させた物体と
を具備し、前記圧電振動子を駆動して前記弾性振動体上
に弾性波を誘起させて該弾性振動体に加圧接触させた物
体または弾性振動体自体を動作させる超音波モータにお
いて、前記弾性振動体に加圧接触させた物体の当接部を
ロックウェル硬ＩＲ形で４０〜１２０のＡＢＳ系樹脂、
スチレン樹脂、アクリル樹脂、ボリエヂレン樹脂、ポリ
アミド樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビ
ニリデン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサル
ファイドおよびこれらの共重合体の中の１種または２種
以上の混合物から形成してあることを特徴とするもので
ある。

［発明の実施例］実施例１回転型の超音波モータの実流例について述べる。

第１図に正断面図、第２図に分解図を示りように、駆動
力を外部に伝えるためのシャフト（２１）と一体の摺動
体（２２）は、大きなトルクを要求されるものについて
は剛性、耐久性、加工性などを考慮し金属を用いるのが
一般的である。また該摺動体（２２）に取着して一体と
した摩擦材（２３）を介して接触した弾性振動体（２４
）　（外径６０馴、内径５０　ｔｕｒ　）はジュラルミ
ンなどの金属からなり、該弾性振動体（２４）には圧電
振動子（２５）　（Ｐ　Ｚ　Ｔを使用）を取付ける。前
記＊ｍ材（２３）は弾性振動体（２４）と該弾性振動体
（２４）に加圧接触させた物体、寸なわちｌＳ！紡体（
２２）との当接部を構成し、ロックウェル硬度Ｒ形で４
０〜１２０の硬度を有するＡＢＳ系樹脂。

スチレン樹脂、アクリル樹脂、ボリエヂレン樹脂。

ポリアミド樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、ｊ
！化ビニリデン樹脂、ポリスルホン８４ｍ、ポリフェニ
レンサルファイドおよびこれらの共重合体の中の１種ま
たは２種以上の混合物からなる。

そして、前記圧電振動子（２５）に接して配されたアブ
ソーバ（２６）は、圧電振動子（２５）の振動をケース
（２７）、封口蓋（２８）などに伝えないためのもので
ある。なお、（２９）（３０）はベアリング、（３１）
は取付台、（３２）はさらばねである。摩擦材（２３）
にＡＢＳ樹脂を用いこれらを組立て第１図に示すような
超音波モータを作製し、摩擦０（２３）として用いたＡ
ＢＳ樹脂の硬度（ロックウェル硬度Ｒ形）を変えたとき
の該超音波モータの駆動電圧に対する摺動体（２２）の
回転数を第３図に、駆動電圧に対するトルク特性を第４
図に示す。また第５図には超音波モータの駆動電圧が２
０Ｖの場合の摩擦材（２３）１６１！度（ロックウェル
硬度Ｒ形）に対する摺動体（２２）の回転数をｍｓ材（
２３）として使用した材料別に示し、第６図には、同様
条件におけるトルク特性を示した。以上述べたように回
転数、トルクの両特性から超音波モータとして使用可能
なのはロックウェル硬度Ｒ形で４０〜１２０であり３０
では回転数トルク特性とも低下する。また１２０を超え
るものは動作時に騒音を発し、１２５ではトルク特性が
低下する。この傾向は実施例に摩擦材として使用したＡ
ＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエ
チレン樹脂とスチレン樹脂との共重合体だけでなく、ポ
リエチレン樹脂、ボリフェニレンサルフフイドー、ポリ
アミド樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステ
ル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリスルホン樹脂および
これらの共重合体やこれらを２種以上混合したものから
なるものでも同様であることを確認した。そして、構成
として第１図、第２図に示した実施例では摩擦材（２３
）を摺動体（２２）に取着して一体化し−だ場合につい
て述べたが、摺動体（２２）と弾性振動体（２４）との
間に介挿したのみでもよく、弾性振動体に取付けた構成
でも同様の効果を得ることができる。

実施例２直線型の超音波モータの実施例について述べる。

第９図に示した構成において弾性振動体を５ａｍ口黄銅
とし、該弾性振動体の両端に２個のｌ）　Ｚ　Ｔ圧電振
動子を取着し、摺動体にアルミニウムを用い、該アルミ
ニウムに摩擦材を固定し、該１！Ｊｍ材が前記ＰＺＴの
取付方向を両側から挟み込むように弾性振動体に取着す
る。このような構成からなる直線型超音波モータのＰＺ
Ｔに２００■の電圧を印加したときの摺動体の硬度と移
動速度との関係を材料別に表したものを第７図に、また
同様に硬度と１３られる推力との関係を第８図に示す。

なお、ａ！原材の材料は前記実施例１に示したと同様の
ものを用いた。モしてＰＺＴには２００Ｖの電圧を印加
した場合について述べたが、印加電圧を変えると、摺動
体の移動速度は印加された電圧にほぼ比例して変化する
。第７図、第８図の結果から明らかなように直線型超音
波モータにおいても、回転型の場合と同様、ｅｔａ材と
して使用した材料によって若干のばらつきはあるものの
ロックウェル硬度Ｒ形で４０〜１２０が摺動体の移動速
度および推力が大ぎい良好な結果を示す。また第７図、
第８図に示した摩擦材以外のポリエチレン樹脂。

ボリフエニレンサルフフイド、ポリアミド樹脂。

アクリル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂。

塩化ビニリデン樹脂、ポリスルホン樹脂およびこれらの
共重合体や、これらを２種以上混合したものからなるも
のでも同様の結果を得られることを確認した。

［発明の効果］この発明によればロックウェル硬度Ｒ形４０〜１２０の
硬度範囲を有するＩ！１１ｍ材を用いることによって、
摩擦材の物性の変化、騒音、耐久性を解決した超音波モ
ータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明になる回転型超音波モータの実
施例を示し、第１図はｉＡ音波モータの構成を示す正断
面図、・第２図は第１図に示した超音波モータの分解図
、第３図は超音波モータの駆動電圧に対する摺動体の回
転数を示す曲線図、第４図は同じく駆ｆｌｌ’ｌｌ圧に
対する摺動体のトルク特性を示す曲線図、第５図は摩擦
材硬度と摺動体の回転数との関係を示す曲線図、第６図
は同じく摩擦材硬度と摺動体のトルク特性との関係を示
す曲線図、第７図〜第８図は本考案になる直線型超音波
モータの実施例を示し、第７図はａｌ擦材硬度と摺動体
の移動速度との関係を示ず曲線図、第８図は同じく摩擦
材硬度と推力との関係を示す曲線図、第９図は直線型超
音波モータの構成図、第１０図は超音波モータの動作原
理を示す説明図、第１１図は従来の回転型超音波モータ
を示す分解図、第１２図は第１１図に示した超き波モー
タの正面図である。（２２）・・・・・・摺動体　　　　（２３）・・・・
・・ｍｍ材（２４）・・・・・・弾性振動体　　（２５
）・・・・・・圧電振動子（２７）・・・・・・ケース
　　　　（２８）・・・・・・封口蓋特　　許　　出　
　願　　人マルコン電子株式会社図面の浄書（内容に変更なし）超音波モータの正断面図第１図超音波モータの分解図第２図駆動電圧と回転数との関係第３図駆動電圧とトルクとの関係第４図）−ＩＲＲＩｌ！原材硬度と回転数との関係第５菌ＩＲＲ摩擦材硬度とトルクとの関係５ｏ　　　　　　　　１００ＩＲＲ摩擦材硬度と移動速度との関係第７図ＩＲＲ摩擦材硬度と推力との関係第８図直線型超音波モータの構成図第９図第１０図第１１図第１２図手　　続　　補　　正　　書　　　　く方式）％式％１、事件の表示　　　　　　　　　　　　　　矧す。昭和６０年特許願第１９１６６９号２、発明の名称超音波モータ３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　山形県長井市幸町１番１号電話　長井（０２３８）８４−２１３１　（大代表）郵
便番号　　　９９３昭和６０年１１月２６０（発送日）以　　上手　　続　　補　　正　　書　　　　（自発）昭和６０
年１１月１９日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　圧電振動子を具備した弾性振動体と、該弾性振
動体に加圧接触させた物体とを具備し、前記圧電振動子
を駆動して前記弾性振動体上に弾性波を誘起させて該弾
性振動体に加圧接触させた物体または弾性振動体自体を
動作させる超音波モータにおいて、前記弾性振動体に加
圧接触させた物体の当接部をロックウエル硬度Ｒ形で４
０〜１２０のＡＢＳ系樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹
脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素系樹脂
、ポリエステル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリスルホ
ン樹脂、ポリフエニレンサルフアイドおよびこれらの共
重合体の中の１種または２種以上の混合物から形成して
あることを特徴とする超音波モータ。