JP2898053B2 - 振動波装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気−機械エネルギー変換素子に電圧を印加
することにより振動体に進行性振動波を生じさせ、この
振動体に接触する部材との間で摩擦駆動により相対移動
を起こさせる振動波モータ等の振動波装置、特に大出力
を可能とする振動波装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の振動波モータ等の振動波装置、特に大出力型の
振動波装置について、以下振動波モータを例にして説明
する。振動波モータは例えばステンレスからなる円環状
振動体基板の裏面に薄い円環形状の圧電素子群を固着す
ると共に、表面にタングステンカーバイト及びコバルト
からなる超硬材料を溶射し更に研磨することで硬質の摺
動面を形成させて振動体を構成させ、他方これに接触す
る部材として、アルミ合金等の支持体に、ガラス転移点
が100℃以上の熱可塑性樹脂、具体的にはポリイミド（P
I），ポリアミドイミド（PAI），ポリエーテルイミド
（PEI），ポリエーテルエーテルケトン（PEEK），ポリ
エーテルスルホン（PES），ポリアリレート（PAR），ポ
リスルホン（PSF）液晶性の芳香族ポリエステル（LCP）
等の耐熱樹脂及び熱硬化性の芳香族ポリイミド（VI）に
炭素繊維等の強化材を充填含有させて強化型複合樹脂層
とした摺動体を固着させて構成させ、これら振動体と接
触する部材とが、該振動体に発生させた進行性振動波に
より摩擦駆動で相対的に移動するものとして形成されて
いる。

なお上記接触する部材と振動体の相対的な移動は、い
ずれが固定でまたいずれが移動するものであってもよい
が、本明細書における以下の説明では説明の簡明化のた
めに振動体を固定とし、接触する部材を移動する場合の
例として示し、従って該接触する部材は「移動体」と称
する。

さて上記従来の振動波モータにおいて、移動体の一部
を形成する強化型複合樹脂層としてガラス転移点が100
℃以上の熱可塑性樹脂及び熱硬化性の芳香族ポリイミド
樹脂を母材とした摺動体を用いているのは、これらの耐
熱性樹脂は材料物性として温度依存性が小さく、モータ
駆動時における温度上昇に対しても樹脂材の軟化に起因
するトルクダウンの現象がなく、またモータの性能精度
を安定できるからである。

また上記樹脂材に炭素繊維等の強化材を配合充填して
いるのは、第１には、例えばタングステンカーバイト及
びコバルトからなる振動体側の超硬材料の摺動面に対し
て、移動体の摺動面の性状が常に安定し、しかも長時間
駆動の際も十分な耐摩耗性を保証するためであり、第２
には、摺動体の弾性率あるいは硬さ等の材料物性値を大
きくし、出力等モータの性能を向上するためであり、更
に第３には、摺動体の熱伝導性を向上して効率等モータ
の性能を改善するためである。

〔発明が解決しようとしている課題〕

上述の通り、振動波モータなどの振動波装置において
移動体の摺動面を提供する摺動体にガラス転移点が100
℃以上の耐熱性の熱可塑性樹脂及び熱硬化性ポリイミド
樹脂に炭素繊維を充填した強化型複合樹脂を用いること
で、モータ駆動による温度上昇時においてもモータの性
能及び精度は安定し、振動体の摺動面を形成する超硬材
料に対して長時間駆動しても耐摩耗性は十分であり、更
に出力効率等のモータ性能も高い値を示す。

しかしながら振動体の超硬材料からなる硬質の摺動面
に、移動体の上記炭素繊維を強化充填した耐熱性熱可塑
性樹脂及び熱硬化性の芳香族ポリイミド樹脂からなる複
合樹脂層の摺動面を加圧接触し、例えば定格運転の条件
として4kg/cm,100rpmで駆動を開始すると、定格トルク
値に対して５％程度のトルクムラがあり、なお一層の改
善が要望された。

又更に定格の比較的高出力の条件で例えば1000時間の
長時間駆動を行うと炭素繊維強化の複合樹脂といえど
も、３ミクロメータ（μｍ）以上の摩耗が知見され、尚
一層の摩擦材の改善が要望された。

このような観点からなされた本発明の目的とするとこ
ろは、高温高負荷においてもトルクの変動（ムラ）を小
さくすることが可能な非繊維型の複合樹脂と非繊維型複
合樹脂との摩擦駆動で非繊維型複合樹脂の摩耗を極力小
さくし、且つそれ自体の摩擦面に傷や打こん等が発生し
ない振動体材料或は摺動面硬さを見出して耐摩耗性の優
れた振動波装置を提供するところにある。

この場合の振動体摩擦面は特に耐食性が優れ、サビ等
の発生が少ないことが条件となる。

本発明の別の目的は上記の振動体を従来例のタングス
テンカーバイト及びコバルトを溶射することを廃止し、
より安価で量産性の優れた大出力型振動波モータを提供
しうる。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

本出願に係る発明の目的を実現する第１の構成は、振
動波を生ずる振動体に、該振動体との接触面を提供する
複合樹脂層を備えた接触部材を加圧接触させて、振動体
と該加圧接触する接触部材を該振動体に生じさせた振動
波により摩擦駆動で相対移動させる振動波装置におい
て、前記振動体の前記複合樹脂層との接触部はロックウ
ェル硬さ（H_RC）が35乃至44の析出硬化型ステンレス鋼
自体を接触部とし、前記接触部材の前記複合樹脂層はロ
ックウェル硬さ（H_RM）が80乃至110の非繊維型の複合樹
脂からなることを特徴とする振動波装置にある。

本出願に係る発明の目的を実現する第２の構成は、上
記した第１の構成において、前記振動体の接触部は固溶
化熱処理された析出硬化型ステンレス鋼であることを特
徴とする振動波装置にある。

本出願に係る発明の目的を実現する第３の構成は、上
記した第１の構成において、前記振動体の接触部は固溶
化熱処理後、析出硬化熱処理された析出硬化型ステンレ
ス鋼であることを特徴とする振動波装置にある。

本出願に係る発明の目的を実現する第４の構成は、上
記した第１の構成において、前記接触部材の複合樹脂層
は、母材樹脂が熱硬化性の芳香族ポリイミド樹脂である
ことを特徴とする振動波装置にある。

本出願に係る発明の目的を実現する第５の構成は、上
記した第１の構成において、前記接触部材の複合樹脂層
は、母材樹脂がガラス転移点100℃以上の熱硬化性樹脂
であることを特徴とする振動波装置にある。

本発明の振動波装置は、代表的には電気−機械エネル
ギー変換素子からなる駆動相に電圧を印加することによ
り、この駆動相が設けられた円環状の振動体に進行性振
動波を生じさせ、この振動体に加圧接触された移動体を
摩擦駆動させる振動波装置として構成されるものであ
り、上記移動体は、熱良導性のアルミ合金等の支持体
と、この支持体に一体化されて上記振動体に接触する摺
動面を提供する上記複合樹脂層とから構成される。

本発明の振動波装置の複合樹脂層は従来例の様に炭素
繊維等の強化繊維を充填しない非繊維型複合樹脂で形成
した。

炭素繊維を充填した複合樹脂は硬度が高く、弾性率も
大きくまた、熱伝導性も高いためモータの出力あるいは
効率が高く、複合樹脂の耐摩耗性も非常に優れている
が、複合樹脂の摺動面に例えば直径が７μｍで長さが10
0μｍの炭素繊維が方向性を持たず分散点在しており、
こうした摺動面の不均一性がトルクムラとなっていた。

本発明では前記のトルクムラの改善のため、複合樹脂
を超耐熱性で比較的曲げ弾性率が大きく、硬度も高いガ
ラス転移点が100℃以上の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化
性の芳香族ポリイミド樹脂を母材樹脂とし、これに摩擦
調整剤としてフッ素樹脂，一酸化鉛，無定形の黒鉛等の
固体潤滑剤を充填し、又必要に応じて球状黒鉛，金属モ
リブデン粉末及び炭酸カルシュウム粉末等の非繊維型強
化材を摩耗改良剤として配合した。

上記摩擦調整剤は、代表的には母材に対し重量比で30
％以下の一酸化鉛等の鉛化合物の粉末、及び重量比で５
〜40％の四フッ化エチレン等のフッ素樹脂を同時添加す
る場合を特に好ましいものとして挙げることができる。

上記四フッ化エチレン樹脂は低摩擦係数樹脂であるた
め、充填量があまり多くなると摩擦係数は小さくなる
が、材料的な強度と耐摩耗性が低下するため上記範囲と
される。

上記一酸化鉛粉末及び四フッ化エチレン樹脂粉末は、
いずれも固体潤滑剤として母材である熱可塑性樹脂或は
熱硬化性樹脂の潤滑性を補うために有効であり、振動体
摺動面に対し複合樹脂層の摺動面を摩擦駆動する際に、
一酸化鉛粉末は四フッ化エチレン樹脂の被膜を振動体摺
動面に転移させる作用があり、特に高温での摺動で摩擦
係数を常に安定させるために有効な物質である。

潤滑剤としての上記一酸化鉛粉末等の鉛化合物，四フ
ッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂の粉末は、母材である
熱可塑性樹脂或は熱硬化性の芳香族ポリイミド樹脂との
密着性を考えて複合樹脂層としての耐摩耗性や材料強度
を保証するために例えば平均粒径が20μｍ以下とするこ
とが好ましい。なお四フッ化エチレン樹脂（PTFE）は低
摩擦係数樹脂であるから充填量が多いと摩擦係数は小さ
くなるが、材料的強度及耐摩耗性は低下する。

また上記複合樹脂層にはさらに、耐摩耗性の改良、摺
動面の温度変化に対する安定性向上の目的で必要に応じ
て遷移金属粉末を充填配合することができる。このよう
な遷移金属粉末として具体的には、タングステン，モリ
ブデン，クロム，コバルト，チタン，ニッケルを挙げる
ことができ、母材に対し40％以下のタングステン粉末
（10μｍ以下）、あるいは15％以下のモリブデン粉末
（５μｍ以下）等を少なくとも１種添加する場合を例示
することができる。

本発明の上記複合樹脂層には、さらに必要に応じて非
繊維型の耐摩耗性改良剤を充填することができる。この
ような非繊維型耐摩耗性改良剤としてえ具体的にはフェ
ノール樹脂を1000℃近辺で熱処理した。非晶質無配向の
平均粒径10〜30μｍの球形の黒鉛等のものを例示するこ
とができ、例えば母材に対し重量比で５〜40％の球状黒
鉛を充填配合する場合を特に好ましいものとして上げる
ことができる。この耐摩耗性充填剤の充填により、第１
には振動体が超硬材料の摺動面である場合にも、移動体
の摺動面の性状が常に安定し、しかも長時間の駆動の際
にも十分な耐摩耗性を発揮することができるからであ
り、第２には、移動体摺動面の弾性率等の材料物性を大
きくし、出力等のモータ性能を向上することができるか
らである。また第３には複合樹脂層の熱伝導性を向上さ
せて、効率等のモータ性能を改善できる。

更に耐摩耗性改良剤として上記の金属モリブデン粉末
或は球状黒鉛等よりは硬度が低い炭酸カルシウム，炭酸
マグネシウム及び三酸化アンチモン等の粉末状の強化材
を充填することも出来る。この場合母材に対する充填量
は重量比で20％以下である。

尚複合樹脂層の母材樹脂は耐熱性の高い熱可塑性樹脂
すなわちガラス転移点が100℃以上、一般的にはガラス
転移点が100℃〜280℃、好ましくはガラス転移点が250
℃〜280℃の熱可塑性樹脂が用いられる。

このような熱可塑成樹脂としては、例えばポリイミド
（PI），ポリアミドイミド（PAI），ポリエーテルイミ
ド（PEI），ポリエーテルエーテルケトン（PEEK），ポ
リエーテルスルホン（PES），ポリアリレート（PAR），
ポリスルホン（PSF）液晶性の芳香族ポリエステル（LC
D）等を例示でき、更に具体的にはポリイミド（PI）が
最も好ましく、この熱可塑性ポリイミド「TPI」（商品
名：三井東圧化学社製）はガラス転移点が250℃、融点3
82℃という熱可塑性樹脂の中では特に高い耐熱性を有し
ている。

別の複合樹脂層の母材樹脂としては熱硬化性の芳香族
ポリイミド樹脂がある。

この芳香族ポリイミド樹脂は熱硬化性樹脂であり代表
的にはビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジ
アミンの縮合物（「ユービレックス」（商品名：宇部興
産社製）），ピロメリット酸無水物とジアミノジフェニ
ールエーテルの縮合物（「ベスプル」（商品名：デュポ
ン社製））を例示することができる。この縮合物は、広
範囲に渡るプラスチックの中で高温での特性の優れたも
のであり、例えば荷重18.8kg/cm²での熱変形温度は350
℃であり、260℃の連続使用温度でも一般のエンジニア
リングプラスチックの常温での強度を示す。

ところで上記の非繊維型の複合樹脂摺動材を従来例の
タングステンカ・バイト及びコバルトを溶射した振動体
と組合せると振動体摩擦面の硬度がビッカース硬度で10
00以上あるため、複合樹脂摺動材の摩耗が促進されるの
で本発明ではロックウェル硬さ（H_RC）が35〜43の析出
硬化型ステンレス鋼（JIS SUS 630）を採用した。

この析出硬化型ステンレス鋼はマルテンサイトステン
レス鋼の中で最も耐食性が優れており、又振動体の裏面
に接着固定される薄い円板形状の圧電素子との間の熱膨
張係数差が小さいため、圧電素子に入力して発熱が大に
なったときも圧電素子のはく離或は破壊の面で有利であ
る。

析出硬化型ステンレス鋼（JIS SUS 630）は、化学成
分が約17％のクロムと約４％のニッケル（Ni）であり、
固溶化熱処理された素材は最大の硬さがロックウェル
（H_RC）で38であり、機械加工は容易である。

又機械加工された振動体を更に析出硬化熱処理をする
と、ロックウェル硬さ（H_RC）はH900処理で43、H1025処
理で36程度となる。

このように振動体の材料を析出硬化型ステンレス鋼に
すると、その摩擦面の硬さはロックウェル硬さ（H_RC）
で35〜44程度となり、ビッカース硬度（Hv）に換算する
と約340〜440であるが、この値はタングステンカーバイ
ト及びコバルトのビッカース硬さ1000以上よりかなり低
く相手の非繊維型複合樹脂の摩耗を低減することが可能
となる。

振動体材料は相手摩擦材である非繊維型複合樹脂に対
応して選択することが可能であるが、複合樹脂摺動体の
摩耗量の他に振動体摩擦面における傷の発生を考慮する
ことも重要である。

〔実 施 例〕

以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明による振動波装置を振動波モータに適
用した一実施例を示す縦断面図である。

この図において、２はステンレス等の金属部材からな
る円環状の振動体基板であり、その裏面側には、薄い円
環形状の圧電素子群１が耐熱性のエポキシ樹脂系接着剤
で同心的に固着され、また表面側の摺動面は、進行性振
動波の振動振幅を大きくとるために周方向に多数の溝部
が軸方向に切り込まれて櫛歯状をなしている。３は高熱
伝導性の金属材からなる筺体であり、その中心部に第１
のボール軸受11が設けられると共に、この第１のボール
軸受11の軸心と同心的に上記振動体２がネジ４で固定さ
れている。

10は中間にフランジ部10cが形成された出力軸であ
り、その一端部側10aは上記第１のボール軸受11の内輪
に軸方向摺動が可能に貫通支持され、また他端部側10b
は、後記する第２のボール軸受12の内輪及び後記するバ
ネ圧調整ナット部材18の軸孔に軸方向摺動自在かつ回転
自在に貫通している。15は上記出力軸10のフランジ部10
cにネジ16で固定された円盤状の中間部材であり、その
外周端部には、環状に形成された移動体７が同心的に外
装嵌合して固定されている。

上記移動体７は、アルミ合金等の熱伝導性の高い金属
からなる環状の支持体５と、この支持体５の表面に、耐
熱性のエポキシ系接着剤で同心的に接着された摺動体６
とから構成され、この摺動体６は本例では例えば厚み1m
mの環状体として後述する配合及び構造をもった複合樹
脂層として形成される。この移動体６が摺動体２の摺動
面に接触する。

またこの移動体７は、その底部に設けられたゴム製の
弾性シート部材17を介して中間部材15に支持された構造
に設けられていて、上記出力軸10のフランジ10cと上記
第２のボール軸受12との間に弾装されたコイル状の圧縮
バネ部材14が発生する軸荷重が、この弾性シート部材17
を介して支持体５の軸方向に与えられて、振動体２の摺
動面と移動体７の摺動体６とが加圧接触されるようにな
っている。

８は振動波モータの筺体カバーであり、ネジ９により
筺体３に固定されている。そしてその中央部に形成され
た軸受嵌合孔8bには第２のボール軸受12が軸方向摺動可
能に嵌合され、更にこの軸受嵌合孔8bの近接した内周面
には、螺子部8cが形成されてバネ圧調整ナット部材18が
螺着されている。バネ圧調整ナット部材18は、第２のボ
ール軸受12の外輪12aにのみ接し、また第２のボール軸
受12の内輪12bは出力軸10に対して軸方向摺動可能でか
つ回転可能に設けられていて、バネ圧調整ナット部材18
に形成された２個の小孔18a,18aに例えば先端部２本の
差し込み棒が形成された治具（図示せず）の該差し込み
棒を差し込んで時計方向に回すことで、このバネ圧調整
ナット部材18が図中左方向に螺進しながら第２のボール
軸受12を同方向に押し圧縮バネ部材14を縮めてバネ力を
大きくし、また逆方向に回すと圧縮バネ部材14を広げて
バネ力を弱くできるようになっており、これによりバネ
のたわみによる出力軸10の軸荷重調整が可能とされてい
る。なお出力軸10の軸荷重調整後に、筺体カバー８の小
孔8aから接着剤を流し込んで、第２のボール軸受12の外
輪12aを筺体カバー８に固着するのが通常である。

また、圧縮バネ部材14の一端と第２のボール軸受12と
の間には、第２のボール軸受12の内輪12bにのみ当接す
るスペーサ13が配置され、このスペーサ13に圧縮バネ部
材14の一端が当接し、出力軸が支障なくスムーズに回転
できるようにしている。なお、圧縮バネ部材14には、た
わみに対する軸荷重の変動を小さくするためにバネ定数
の極力小さなものが好ましく用いられる。

上記した振動体２の圧電素子群１は、第２図に示すよ
うに、夫々図示の如く分極処理された駆動用のＡ圧電素
子群1a及びＢ圧電素子群1bと、振動状態を検出する２つ
の振動検出用圧電素子1cと、接地用の共通電極1dから構
成され、Ｂ圧電素子群1bはＡ圧電素子群1aに対し、励起
されるべき振動数の波長（λ）の1/4だけずれたピッチ
で配置されている。

そしてＡ圧電素子群1aとＢ圧電素子群1bに、互いに位
相が90゜異なる周波電圧を印加することにより、振動体
２の表面に進行性振動波が発生し、この振動体２に上述
の如く加圧接触された移動体７が摩擦駆動され、中間部
材15を介して出力軸10を回転させる。

以上の構成の振動波モータにつき、移動体７の複合樹
脂層である摺動体６の材質を検討するために下記第一表
の配合からなる摺動体として外形68mm,内径64mm,厚さ1m
mのリング状に形成し、アルミニウム合金の円環状支持
体にエポキシ系接着剤を用いて接着固定した。

なお実施例の摺動体は母材として熱硬化性ポリイミド
（PI）或はガラス転移点が100℃以上の熱可塑性樹脂に
表中に記載の非繊維型充填材を配合した下記の通りのも
のである。

実施例1:母材としてビフェニルテトラカルボン酸二無水
物と芳香族ジアミンとの縮合物である熱硬化性の芳香族
ポリイミド樹脂（ユービレックス商品名：宇部興社製）
に、非繊維型充填剤として四フッ化エチレン樹脂粉末
（PTFE平均粒径９μｍ）を重量比で8.5％、一酸化鉛粉
末を（平均粒径10μｍ）を重量比で6.0％充填配合し、
圧縮成形し、切削加工して1mmのリング状摺動体とし
た。

実施例2:四フッ化エチレン樹脂粉末の充填量を9.4％と
し、さらにモリブデン粉末を重量比で6.5％充填配合し
た他は、実施例１と同様にして摺動体を製作した。

実施例3:熱可塑性ポリイミド（TPI:三井東圧化学社製商
品名）に四フッ化エチレン樹脂粉末を重量比で3.0％充
填し、さらに球状黒鉛を12.0％充填配合し、射出成形
し、切削加工して1mmのリング状摺動体とした。

実施例4:四フッ化エチレン樹脂粉末を重量比で7.0％充
填し、さらに炭酸カルシュウム粉末10.0％充填配合した
他は実施例３と同様にして摺動体を製作した。

比較例としては熱硬化性の芳香族ポリイミド樹脂に摩
耗改良剤として炭素繊維を重量比で15％分散充填し、実
施例と同様のリング状摺動体製作した。

第一表には検討した複合樹脂のガラス転位点，曲げ弾
性率及びロックウェル硬さ（H_RM）が示してある。

ガラス転位点の値は樹脂メーカの型録値であり、曲げ
弾性率及びロックウェル硬さは仮称体を形成し下記の方
法に基づき測定したものである。

曲げ弾性率の測定:ASTM D792に基づく、厚み13.2mmの板
を用いた。

ロックウェル硬さの測定:ASTM D785に基づく。

第一表の複合樹脂の熱特性をみると、芳香族ポリイミ
ドは熱硬化性であり、ガラス転位点に相当するものは存
在しない。

他の熱可塑性ポリイミドのガラス転移点は250℃で、
芳香族ポリイミドを含めて全ての実施例の複合樹脂は超
耐熱性であることがわかる。

比較例は耐摩耗性，潤滑性及び熱伝導性を改善するた
め強化材として炭素繊維を充填配合したため、曲げ弾性
率が改善され、又ロックウェル硬さも表中最も高い値を
示している。

実施例１及び２の熱硬化性ポリイミドの複合樹脂は摩
擦調整剤として四フッ化エチレン樹脂粉末等を充填配合
したため本来の母材樹脂より曲げ弾性率及び硬さ共その
値が低下している。

又実施例３及び４の熱可塑性ポリイミドの複合樹脂は
充填材として四フッ化エチレン樹脂の他に球状黒鉛或は
炭酸カルシュムを充填配合したため本来の母材樹脂より
曲げ弾性率は大きくなったが硬度は低下している。な
お、熱可塑性ポリイミドはアニール処理をして結晶化を
進めると硬さは改善され、実施例３及び４のロックウェ
ル硬さは83及び86から更に101及び106と改善できる。

第二表に検討に用いた振動体のマルテンサイト系ステ
ンレス鋼とその硬化処理とビッカース硬度計で測定した
硬度を示す。

比較例１及び２と実施例１は、13％クロム鋼（JIS S
US420J2）の振動体で、比較例１は特に硬化処理をしな
いためビッカース硬さ（Hv）は220程度と最も低い。比
較例２及び実施例１は、焼入焼戻し処理を行いビッカー
ス硬さ（Hv）を530程度とし、比較例２はその後更にタ
ングステンカーバイト及びコバルトを溶射し、膜厚100
μｍ以下、ビッカース硬さ（Hv）を1000以上とした従来
例である。

実施例２及び３は17％クロム鋼（JIS SUS630 商品
名:PSL 日立金属社製）である析出硬化型ステンレス鋼
を採用した振動体で、実施例２は固溶化熱処理材（Ａ処
理）から削り出しそのまま振動体としており、その硬さ
はビッカース硬さ（Hv）で380程度である。又実施例３
は機械加工後更に析出硬化熱処理（但しH900処理）を行
ってビッカース硬さ（Hv）を420程度に改善し、合わせ
て材料特性の安定化を行ったものである。

硬度の測定は比較例２のタングステンカーバイトの膜
厚が100μｍ以下と薄いため測定に用いた硬度計の荷重
を50gfと小さくした。

第一表の硬さの測定結果をみると、比較例２の重さが
1000（Hv）以上であるのに対し、実施例１、２及び３の
硬さは半分以下とその差が著しいことが確認された。又
比較例１の硬さは更に小さいことが確認された。

振動体２は直径が73mm、軸方向寸法が7mmの円環状の
ものとして形成した。

第三表は第一表の複合樹脂振動体と第二表の振動体を
組合せて製作した第１図構造の大出力型振動波モータの
組合せとモータの評価結果を示すものである。

評価項目は振動体及び複合樹脂の初期摩耗とトルクム
ラの他に定格出力及び最大効率である。

［初期摩耗］：定格（4kg/cm 100rpm）で100時間の連続
運転を行った後の振動体摩擦面の傷の発生或は摩耗量と
複合樹脂摺動面の摩耗量を測定し、大，中，小及び極小
に分けた。

［トルクのムラ］：定格で20分連続駆動したときのトル
クムラを低速型トルク検出器（小野測器社製）を用いて
測定し、結果は変動量により○・△に分けた。

［定格出力，最大効率］：上記の低速型トルク検出器を
用いてトルク対出力及びトルク対効率のモータ特性を測
定し、定格トルク（4kg/cm）での出力と最大効率を求
め、◎，○，△に分けて示した。

尚第二表の振動体の材料はいずれもマルテンサイト系
ステンレス鋼で、本来耐食性に優れているものである
が、モータに組込んで耐食性のテストを行った。

条件は温度60℃湿度60％の環境と、−30℃での環境で
モータ駆動を３回繰返すという熱サイクルテストを行っ
て、しばらく放置した後、モータを分解し振動体の摩擦
面を観察した。

その結果17％クロムの析出硬化型ステンレス鋼は特に
問題はなかったが13％クロム鋼はわずかではあるがサビ
の発生が求められた。

振動体の摩擦面に酸化鉄のサビが発生すると振動体摩
擦面或は複合樹脂摺動体の摺動面の摩耗を促進すること
が考えられるので、13％クロム鋼は17％クロム鋼より安
価であるが、その使用条件を十分確認することがわかっ
た。

［初期摩耗］ 先ず、第三表の初期摩耗の結果をみると当然のことな
がら、振動体摩擦面の硬さが例えば比較例２のタングス
テンカーバイト及びコバルトのように大きいと、振動体
の初期摩耗は考慮する必要はなく、相手の複合樹脂材の
選択にかかわっており、従来例の比較例の熱硬化性ポリ
イミド炭素繊維を充填した高強度の複合樹脂の他に、実
施例１の非繊維型の熱硬化性ポリイミドの複合樹脂の組
合せが良いことがわかった。

しかし比較例１の13％クロム鋼の熱処理しない振動体
摩擦面を採用すると、比較例の炭素繊維入り複合樹脂は
勿論のこと、実施例１及び２の非繊維型複合樹脂でも、
振動体及び摺動体いずれの初期摩耗が確認された。

実施例２及び３の析出硬化型ステンレス鋼の振動体
は、比較例の炭素繊維入りポリイミド複合樹脂の組合せ
はやはり使用できないが、実施例１及び２の非繊維型複
合樹脂との組合せでは両者の初期摩耗は問題なく、実施
例３及び４の非繊維型複合樹脂との組合せも可能性があ
ることがわかった。

実施例１の13％クロム鋼を熱処理した振動体は、実施
例２及び３の析出硬化型ステンレス鋼より硬度が高いた
め振動体の初期摩耗は改善されており、実施例１及び４
の複合樹脂は問題なく、実施例２及び３の複合樹脂も使
用の可能性があることがわかった。

［トルクムラ］ 次にトルクムラであるが、振動体の比較例２に対する
複合樹脂の比較例及び実施例１の結果をみると、炭素繊
維入り熱硬化性ポリイミド樹脂ではトルクの変動量は５
％程度で「△」の評価であったのに対し、同じ熱硬化性
ポリイミドでも四フッ化エンチレン樹脂や一酸化鉛等の
非繊維充填材を配合した複合樹脂ではトルクの変動量は
２％程度と大巾に改善され「○」の評価となっている。

同じように振動体の実施例1,2及び３に対し複合樹脂
の実施例1,2及び３等でも「○」の評価がされている。

複合樹脂の実施例２は比較的高強度の熱硬化性樹脂に
５μｍ以下の微細な金属モリブデン粉末を分散充填した
ため摺動面の面性状が均一化されているため、安定した
摩擦駆動が可能になったと思われる。

又実施例４は熱硬化性ポリイミドに対し、相対的に強
度が低い熱可塑性ポリイミドに、やはり、強度あるいは
硬さが金属モリブデン粉末より低い炭酸カルシュム粉末
を分散充填したため、やはり摺動面の面性状が均一化さ
れていると考えられる。性状面の均一性からみると、複
合樹脂の実施例３は球状黒鉛が硬すぎたためか、或は球
状黒鉛の粒子径が10μｍとやや大きすぎたためかもしれ
ない。熱可塑性ポリイミドをアニールし結晶化を進めて
樹脂材の硬さを改善したり、より小さい粒子径の球状黒
鉛を充填配合する等の改良が必要かもしれない。

［定格出力，最大効率］ 尚モータの定格出力或は最大効率から振動体及び複合
樹脂材を評価すると、振動体摩擦面をタングステンカー
バイト及びコバルトの溶射面（比較例２）から例えば析
出硬化型ステンレスの固溶化熱処理材（実施例２）に替
えると、定格出力或は最大効率等のモータ性能にわずか
な（最大５％程度）減少が生じることが確認された。

この原因は、振動体摩擦面と複合樹脂摺動面の間の摩
擦係数がやや低下したものと思われる。

次に複合樹脂振動体によるモータ性能を比較すると、
熱可塑性ポリイミドに摩擦調整剤としての四フッ化エチ
レン樹脂と、摩耗改良剤としての球状黒鉛を充填配合し
た実施例３が総合的にみて最も性能が高かった。その理
由としては材料性能（例えば硬さ）の他に熱伝導性が高
いこと等が想定される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、定格の大出力時
のトルクムラを改善する効果を得ると共に、振動体の接
触部に傷が発生することがなく、且つ振動体の接触部と
複合樹脂層どうしの摩耗を小さくする効果がある。

また、振動体の析出硬化型ステンレス鋼の接触部には
タングステンカーバイト及びコバルトの溶射を行う必要
がなくなったので、大幅なコストダウンが可能となり、
また量産性が改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動波装置を適用して構成される
振動波モータの構成概要を縦断面図として示した図、第
２図は振動体を構成する圧電素子群の配置を説明する平
面図である。 １……圧電素子群、２……振動体 ５……支持体、６……摺動体 ７……移動体、15……中間部材 17……弾性シート部材

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動波を生ずる振動体に、該振動体との接
   触面を提供する複合樹脂層を備えた接触部材を加圧接触
   させて、振動体と該加圧接触する接触部材を該振動体に
   生じさせた振動波により摩擦駆動で相対移動させる振動
   波装置において、 前記振動体の前記複合樹脂層との接触部はロックウェル
   硬さ（H_RC）が35乃至44の析出硬化型ステンレス鋼自体
   を接触部とし、前記接触部材の前記複合樹脂層はロック
   ウェル硬さ（H_RM）が80乃至110の非繊維型の複合樹脂か
   らなることを特徴とする振動波装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記振動体の接触部は
   固溶化熱処理された析出硬化型ステンレス鋼であること
   を特徴とする振動波装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記振動体の接触部は
   固溶化熱処理後、析出硬化熱処理された析出硬化型ステ
   ンレス鋼であることを特徴とする振動波装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記接触部材の複合樹
   脂層は、母材樹脂が熱硬化性の芳香族ポリイミド樹脂で
   あることを特徴とする振動波装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記接触部材の複合樹
   脂層は、母材樹脂がガラス転移点100℃以上の熱硬化性
   樹脂であることを特徴とする振動波装置。