JPH0753039B2 - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
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- JPH0753039B2 JPH0753039B2 JP60288686A JP28868685A JPH0753039B2 JP H0753039 B2 JPH0753039 B2 JP H0753039B2 JP 60288686 A JP60288686 A JP 60288686A JP 28868685 A JP28868685 A JP 28868685A JP H0753039 B2 JPH0753039 B2 JP H0753039B2
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
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- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic motor using a piezoelectric vibrator.
［発明の技術的背景とその問題点］ 回転形の超音波モータは第８図に要部の正面図、第９図
にその分解図を示すように、金属又はプラスチック等の
弾性体からなる弾性体リング（21）、この弾性体リング
（21）に等間隔で取付けられた圧電セラミックからなる
４個又はこの倍数個の圧電振動子（22a）〜（22d）、前
記弾性体リング（21）に加圧接触させた摺動体（23）か
ら構成されている。この超音波モータにおいて、弾性体
リング（21）に１波長の弾性波が乗る場合、圧電振動子
（22a）にはVa＝V0sinωｔなる電圧を供給し、（22b）
にVaと90度位相を変えたVb＝V0cosωｔ、（22c）には更
に90度位相を変えた Vc＝−V0sinωｔ、同じく（22d）にはVd＝−V0cosωｔ
なる電圧をそれぞれ印加して各圧電振動子（22a）〜（2
2d）を駆動することにより弾性体リング（21）上に弾性
波が発生し、この弾性体リング（21）に加圧接触させた
摺動体（23）は前記弾性体リング（21）上を摺動、つま
り回転運動を行うことになる。[Technical Background of the Invention and its Problems] As shown in FIG. 8 which is a front view of an essential part and FIG. 9 is an exploded view of the rotary ultrasonic motor, an elastic body made of an elastic body such as metal or plastic is used. Body ring (21), four or more multiples of piezoelectric ceramics (22a) to (22d) made of piezoelectric ceramic attached to the elastic body ring (21) at equal intervals, to the elastic body ring (21) It is composed of a sliding body (23) brought into pressure contact. In this ultrasonic motor, when an elastic wave of one wavelength is carried on the elastic ring (21), a voltage of V a = V 0 sin ωt is supplied to the piezoelectric vibrator (22a), and (22b)
V b = V 0 cosωt with different V a and 90 degrees phase, V c = -V 0 with different additional 90 degree phase in (22c) sin .omega.t, likewise V d = -V 0 in (22 d) cos .omega.t
Voltage is applied to each of the piezoelectric vibrators (22a) to (2
By driving 2d), an elastic wave is generated on the elastic ring (21), and the sliding body (23) brought into pressure contact with the elastic ring (21) slides on the elastic ring (21). The movement, that is, the rotation movement is performed.
このような回転形の超音波モータでは、固定体である弾
性体リング（21）と摺動体（23）との間に摩擦による駆
動力の伝達が行なわれることによって回転運動を生ずる
ものである。しかしながら、このような超音波モータの
弾性体リング（21）や摺動体（23）に従来から使用され
ていたものは共に金属であり、この場合は弾性波の振動
及び摩擦力が騒音，熱などに変わり、所望のトルクが得
られないなど実用性に欠ける問題があった。また騒音を
なくすために摩擦面に防振材などを用いると弾性波の振
動や摩擦力を防振材などが吸収し、十分な駆動力を得る
ことができない欠点があった。In such a rotary ultrasonic motor, a driving force is transmitted by friction between the elastic body ring (21), which is a fixed body, and the sliding body (23), thereby causing a rotational movement. However, both the elastic ring (21) and the sliding body (23) of the ultrasonic motor, which have been conventionally used, are made of metal, and in this case, the vibration and frictional force of the elastic wave cause noise, heat, etc. However, there was a problem of lack of practicality, such as the inability to obtain a desired torque. Further, if a vibration isolator or the like is used on the friction surface to eliminate noise, the vibration isolator absorbs the vibration and frictional force of the elastic wave, so that a sufficient driving force cannot be obtained.
そのため、特開昭59−110388号公報にて開示されている
ように、摩擦部に硬質ゴムなどのゴム類を用いることも
考えられ、これによって騒音解消上大いに有効である。
しかしながら、一般に硬質ゴムと称し市販されているゴ
ムで、JISA硬さ90のものを用いたとしても摩擦材として
の要件からみて必要な硬さにいたらず、弾性波の振動及
び摩擦力を吸収してしまい、十分な駆動力を得ることが
できず、有効な対策とは言えなかった。Therefore, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-110388, it is possible to use rubber such as hard rubber in the friction portion, which is very effective for noise reduction.
However, rubber that is generally called hard rubber and is commercially available, even if JIS A hardness 90 is used, it does not reach the required hardness in view of the requirements as a friction material, and absorbs vibration and frictional force of elastic waves. Since it was not possible to obtain sufficient driving force, it was not an effective measure.
［発明の目的］ この発明は、上記の事実を踏まえ検討を行った結果、一
般に硬質ゴムと称して市販されているゴム成分中カーボ
ンブラックの添加量は45〜65PHRである点に着目し、超
音波モータに用いる摩擦材として要求される。[Object of the Invention] As a result of an examination based on the above facts, the present invention focuses on the fact that the addition amount of carbon black in a rubber component which is generally called as hard rubber and is commercially available is 45 to 65 PHR. It is required as a friction material used in sonic motors.
弾性振動体に発生する振動振幅を吸収しないために
粘性変形がないこと。There is no viscous deformation because it does not absorb the vibration amplitude generated in the elastic vibrating body.
表面粗さ及び表面うねり等が超音波振動の振動振幅
より大きくならないために平滑であること。It should be smooth so that the surface roughness and surface waviness do not become larger than the vibration amplitude of ultrasonic vibration.
騒音を発しなく、それを十分に吸収できるために硬
すぎないこと。It should not be too hard to make noise and absorb it well.
耐摩耗性があること。 Must be wear resistant.
高速摺動時の発熱に十分耐え得ると同時に、空気以
外のガス雰囲気中などで使用可能となる耐環境性を有し
ていること。It must be able to withstand the heat generated when sliding at high speed, and at the same time have the environmental resistance to be used in a gas atmosphere other than air.
などの要件を各種ゴム材を構成するカーボンブラックの
含有量との係わりで種々実験を重ねた結果に基づき出願
するもので、上記各要件を満足する新規な摩擦材を用い
ることによって騒音がなく、トルク又は推力が大きく高
速動作においても優れた機能を有する超音波モータを提
供することを目的とするものである。It is an application based on the results of various experiments conducted in relation to the content of carbon black constituting various rubber materials, and there is no noise by using a new friction material satisfying the above requirements, An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor having a large torque or thrust and an excellent function even at high speed operation.
［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、該弾性振動体に加圧接触させた摺動体
と、該摺動体と前記弾性振動体との当接部に該弾性振動
体又は前記摺動体と一体化して介在した摩擦材とを具備
し、前記圧電振動子に電圧を印加して摺動体を動作させ
る超音波モータにおいて、前記摩擦材がカーボンブラッ
ク200〜500PHRを含むゴムからなることを特徴とするも
のである。[Summary of the Invention] An ultrasonic motor according to the present invention includes an elastic vibrating body including a piezoelectric vibrator, a sliding body that is brought into pressure contact with the elastic vibrating body, and a contact between the sliding body and the elastic vibrating body. In an ultrasonic motor having a contact member provided with the elastic vibrating body or a friction material integrally interposed with the sliding body, and applying a voltage to the piezoelectric vibrator to operate the sliding body, the friction material is carbon black. It is characterized by being made of rubber containing 200 to 500 PHR.
［発明の実施例］ 本発明になる超音波モータの断面図を第１図に、分解図
を第２図に示すが、弾性振動体としての弾性体リング
（１）に圧電振動子（２）を４個又はこの倍数個を等間
隔に取付け、前記弾性体リング（１）の反対面には摺動
体（３）が摩擦材（４）を介して加圧接触している。な
お、この場合、該摩擦材（４）は弾性体リング（１）又
は摺動体（３）と一体化している。前記摺動体（３）は
シャフト（５）を有しており、この実施例では弾性体リ
ング（１）とともにアルミからなる。図中（６）はアブ
ソーバであり、圧電振動子（２）の振動をケース
（７）、封口蓋（８）などに伝えないためのものであ
る。（９）は取付台、（10）はさらばね、（11）（12）
はベアリングである。[Embodiment of the Invention] A sectional view of an ultrasonic motor according to the present invention is shown in FIG. 1 and an exploded view thereof is shown in FIG. 4 or multiples thereof are attached at equal intervals, and the sliding body (3) is in pressure contact with the opposite surface of the elastic ring (1) through the friction material (4). In this case, the friction material (4) is integrated with the elastic body ring (1) or the sliding body (3). The sliding body (3) has a shaft (5) and is made of aluminum together with the elastic body ring (1) in this embodiment. In the figure, (6) is an absorber for preventing the vibration of the piezoelectric vibrator (2) from being transmitted to the case (7), the lid (8) and the like. (9) is a mount, (10) is a spring, (11) (12)
Is a bearing.
この構成において前記摩擦材（４）として下記第１表に
示す組成からなるゴムを用いた場合の特性を第３図、第
４図に示す。第３図は圧電振動子（２）への駆動電圧に
対するモータの回転数、第４図は同じくトルク特性を示
したものである。The characteristics when rubber having the composition shown in Table 1 below is used as the friction material (4) in this structure are shown in FIGS. FIG. 3 shows the number of rotations of the motor with respect to the drive voltage to the piezoelectric vibrator (2), and FIG. 4 shows the torque characteristic.
次に、この組成からなる摩擦材（４）を用いた実施例
と、第１図及び第２図において摩擦材（４）を取り除い
た構成とした従来例（１）と、摩擦材へのカーボンブラ
ック添加量が50PHR（その他の組成は実施例と同じ）の
ニトリルゴムからなる従来例（２）についての特性比較
を第２表に示す。 Next, an example using a friction material (4) having this composition, a conventional example (1) in which the friction material (4) is removed in FIGS. 1 and 2, and carbon for the friction material Table 2 shows a characteristic comparison of the conventional example (2) made of nitrile rubber having a black addition amount of 50 PHR (other composition is the same as that of the example).
なお駆動電圧は20Vである。The drive voltage is 20V.
また、クロロブレンゴムにカーボンブラックを種々の割
合で添加したものを摩擦材（４）に用いた場合のカーボ
ンブラック添加量に対する回転数を第５図に、トルク特
性を第６図に示す。なお、カーボンブラック以外の組成
は上記のものと同じである。 Further, when the chloroprene rubber to which carbon black is added at various ratios is used as the friction material (4), the number of revolutions with respect to the amount of carbon black added is shown in FIG. The composition other than carbon black is the same as above.
以上の結果から明らかなように、摩擦材を用いない従来
例（１）及び摩擦材へのカーボンブラック添加量が50PH
Rの従来例（２）では、トルク，回転数，騒音とも劣
り、特に従来例（２）では圧電振動子の発する振動が摩
擦材に吸収されて全く機能せず、また、従来例（１）は
トルク，回転数が得られない割合に騒音が大きい欠点が
ある。As is clear from the above results, the conventional example (1) using no friction material and the carbon black addition amount to the friction material were 50 PH.
In the conventional example (2) of R, the torque, rotation speed, and noise are inferior, and particularly in the conventional example (2), the vibration generated by the piezoelectric vibrator is absorbed by the friction material and does not function at all, and the conventional example (1) Has a drawback that the noise is large to the extent that torque and rotation speed cannot be obtained.
これに対し、実施例はトルク，回転数が共に大きく騒音
が全くない優れた特性を有する。また、第５図、第６図
から明らかなように、カーボンブラックが200PHR未満で
はトルク及び回転数ともに急激に低下し、カーボンブラ
ック500PHRを超えると騒音が大きくなり、600PHR以上で
はロール作業性が著しく低下し混練ができなくなるもの
である。On the other hand, the embodiment has excellent characteristics in that both the torque and the rotation speed are large and there is no noise. Further, as is clear from FIGS. 5 and 6, when the carbon black is less than 200 PHR, both the torque and the rotational speed are drastically decreased, and when the carbon black exceeds 500 PHR, the noise becomes large, and when the carbon black is more than 600 PHR, the roll workability is remarkably increased. It will be lowered and kneading will not be possible.
なお、実施例では回転形の超音波モータを用いたが、第
７図に示したようなリニア形の超音波モータでも同様の
効果を得ることができる。なお、リニア形超音波モータ
では回転形の弾性体リングに該当する弾性振動体として
弾性体レールを用いることになる。つまり（15a）（15
b）は圧電振動子であり、（16）は弾性体レール、（1
7）は摺動体で、摩擦材（18）を介し弾性体レール（1
6）に加圧接触されている。Although the rotary ultrasonic motor is used in the embodiment, the same effect can be obtained by using the linear ultrasonic motor as shown in FIG. In a linear ultrasonic motor, an elastic rail is used as an elastic vibrating body corresponding to a rotary elastic ring. That is (15a) (15
b) is a piezoelectric vibrator, (16) is an elastic rail, (1)
7) is a sliding body, and an elastic rail (1
6) is in pressure contact with.
また、上記実施例では摩擦材としての基本組成をニトリ
ルゴム又はクロロプレンゴムを例示して説明したが、そ
の他の天然ゴム，スチレンゴム，ブチルゴム，エチレン
−プロピレン−ターポリマー，エチレン−プロピレンゴ
ム，ウレタンゴム，アクリルゴム，フッ素ゴム，シリコ
ンゴム単独又はこれらの混合物からなるゴムに適用して
も同効であることはもちろんである。Further, in the above-mentioned examples, the basic composition as the friction material is described by exemplifying the nitrile rubber or the chloroprene rubber, but other natural rubber, styrene rubber, butyl rubber, ethylene-propylene-terpolymer, ethylene-propylene rubber, urethane rubber. Needless to say, the same effect can be obtained when applied to rubber made of acrylic rubber, fluororubber, silicone rubber alone or a mixture thereof.
［発明の効果］ この発明によれば、摩擦材としてカーボンブラック200
〜500PHRを添加した新規なゴムを用いることにより、ト
ルク又は推力が大きく高速で騒音のない超音波モータを
得ることができる。According to the present invention, carbon black 200 is used as the friction material.
By using a novel rubber containing ~ 500 PHR, an ultrasonic motor with large torque or thrust and high speed and no noise can be obtained.
第１図〜第７図は本発明の実施例を示し、第１図は回転
形超音波モータの断面図、第２図は第１図の分解図、第
３図は駆動電圧と回転数の関係を示す特性図、第４図は
駆動電圧とトルクの関係を示す特性図、第５図はカーボ
ンブラックの添加量と回転数の関係を示す曲線図、第６
図はカーボンブラックの添加量とトルクの関係を示す曲
線図、第７図はリニア形超音波モータの構成を示す正面
図、第８図は従来の回転形超音波モータの要部を示す正
面図、第９図は同じく分解図である。 （１）……弾性体リング、（２）……圧電振動子 （３）……摺動体、（４）……摩擦材 （５）……シャフト、（６）……アブソーバ （７）……ケース、（８）……封口蓋1 to 7 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a sectional view of a rotary ultrasonic motor, FIG. 2 is an exploded view of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship, FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between drive voltage and torque, FIG. 5 is a curve diagram showing the relationship between the amount of carbon black added and the number of revolutions, and FIG.
FIG. 7 is a curve diagram showing the relationship between the amount of carbon black added and torque, FIG. 7 is a front view showing the structure of a linear ultrasonic motor, and FIG. 8 is a front view showing the essential parts of a conventional rotary ultrasonic motor. , FIG. 9 is also an exploded view. (1) ...... Elastic ring, (2) ...... Piezoelectric vibrator (3) ...... Sliding body, (4) ...... Friction material (5) ...... Shaft, (6) ...... Absorber (7) ...... Case, (8) ... Sealing lid
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−110388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−98503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−85875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−85878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−100147（ＪＰ，Ａ) 「電子通信学会技術研究報告（信学技 報）Ｖｏｌ．84 Ｎｏ．224（ＵＳ84−50) 電子通信学会（1984年12月13日発行）第１ 〜８頁 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-59-110388 (JP, A) JP-A-48-98503 (JP, A) JP-A-57-85875 (JP, A) JP-A-57- 85878 (JP, A) JP-A-59-100147 (JP, A) "Technical Report of IEICE Technical Report, Vol. 84 No. 224 (US84-50) IEICE (December 13, 1984) Issued daily) pages 1-8
Claims (2)
性振動体に加圧接触させた摺動体と、該摺動体と前記弾
性振動体との当接部に該弾性振動体又は前記摺動体と一
体化して介在した摩擦材とを具備し、前記圧電振動子に
電圧を印加して摺動体を動作させる超音波モータにおい
て、前記摩擦材がカーボンブラック200〜500PHRを含む
ゴムからなることを特徴とする超音波モータ。1. An elastic vibrating body comprising a piezoelectric vibrator, a sliding body which is brought into pressure contact with the elastic vibrating body, and the elastic vibrating body or the sliding body at the contact portion between the sliding body and the elastic vibrating body. An ultrasonic motor comprising a friction material integrally interposed with a sliding body and operating a sliding body by applying a voltage to the piezoelectric vibrator, wherein the friction material is made of rubber containing carbon black 200 to 500 PHR. Ultrasonic motor characterized by.
ゴム，クロロプレンゴム，ブチルゴム，エチレン−プロ
ピレン−ターポリマー，エチレン−プロピレンゴム，ブ
タジエンゴム，ウレタンゴム，アクリルゴム，フッ素ゴ
ム，シリコンゴムの中の一種又はこれらの混合物からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超
音波モータ。2. Rubber is selected from natural rubber, styrene rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, ethylene-propylene-terpolymer, ethylene-propylene rubber, butadiene rubber, urethane rubber, acrylic rubber, fluorine rubber, and silicone rubber. The ultrasonic motor according to claim (1), which is composed of one kind or a mixture thereof.
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| JP60288686A JPH0753039B2 (en) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | Ultrasonic motor |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0687672B2 (en) * | 1987-11-11 | 1994-11-02 | 松下電器産業株式会社 | Ultrasonic motor device |
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| JPS59110388A (en) * | 1982-12-15 | 1984-06-26 | Canon Inc | Vibration wave motor |
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1985
- 1985-12-20 JP JP60288686A patent/JPH0753039B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| 「電子通信学会技術研究報告（信学技報）Ｖｏｌ．８４Ｎｏ．２２４（ＵＳ８４−５０）電子通信学会（１９８４年１２月１３日発行）第１〜８頁 |
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| Publication number | Publication date |
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| JPS62155781A (en) | 1987-07-10 |
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