JPH07264881A

JPH07264881A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH07264881A
Application number: JP6051513A
Authority: JP
Inventors: Shuji Kunimatsu; 修二国松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】駆動力及び耐久性をさらに向上させる。【構成】固定体と移動体が相互に加圧接触され、前記
固定体に発生した進行性振動波により前記移動体が摩擦
駆動される超音波モータにおいて、固定体と移動体が接
触する摩擦接触部に、フッ素樹脂含有の複合金属被膜を
形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、進行波方式の超音波モ
ータに関し、特に、固定体と移動体の摩擦接触部を改良
した超音波モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、進行波方式の超音波モータの一
般的構成を示す斜視図、図４は、進行波方式の超音波モ
ータの固定体と移動体の摩擦駆動状態を示す模式図であ
る。従来の超音波モータは、固定体１０と移動体２０を
相互に加圧接触させており、固定体１０に圧電体１１を
配置した構造である。この圧電体１１に高周波電圧を印
加することにより、進行性の振動波（以下、進行波とい
う）を発生させ、その進行波により、移動体２０が摩擦
駆動される。

【０００３】この移動体２０は、発生した駆動力を外部
に伝達するために、ある程度の機械的強度が必要であ
り、また、固定体１０との面接触により、相互に加圧接
触されるので、平面性が必要となる。このために、固定
体１０，移動体２０は、通常、金属材料が多く使われて
いた。

【０００４】このような超音波モータは、本質的には、
摩擦駆動によって動くモータであるので、駆動力は、固
定体１０と移動体２０の加圧力と摩擦係数に大きく依存
し、一般的には、加圧力と摩擦係数が大きいことが望ま
しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の超音波モータでは、加圧力を余り大きくし過ぎると、
固定体１０の曲げ振動が抑制されることとなり、駆動力
が低下してしまう、という問題がある。一方、固定子１
０と移動子２０を共に摩擦係数の大きな材料とした場合
に、摩擦係数が大きな材料同士の摺動は、一般的に磨耗
量が大きく、超音波モータの寿命が極めて短いものとな
ってしまう、という問題がある。

【０００６】このために、固定子１０と移動子２０との
摩擦接触部の材料としては、超硬材料、硬質アルマイト
（特開昭６２−１００１７８参照）、ニッケル−リン合
金メッキ複合材料（特開平１−２８３０７２）などが提
案され、一部が実用化されている。また、移動体２０と
しては、固定体１０との摩擦接触部の特性を向上させる
ために、固定体１０との摩擦接触部に、摺動材２１を配
置したものが実用化されている。さらに、移動体２０と
しては、機械的強度の優れた硬質プラスチックの射出成
形品を摺動材と一体化したものの採用が試みられてい
る。しかし、前記いずれの場合であっても、十分な駆動
力と耐久性を得ることはできなかった。

【０００７】本発明の目的は、前述の課題を解決して、
駆動力及び耐久性をさらに向上させた超音波モータを提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明による超音波モータの第１の解決手段は、固
定体と移動体が相互に加圧接触され、前記固定体に発生
した進行性振動波により前記移動体が摩擦駆動される超
音波モータにおいて、前記固定体と前記移動体が接触す
る摩擦接触部に、フッ素樹脂含有の複合金属被膜を形成
したことを特徴としている。

【０００９】第２の解決手段は、第１の解決手段の超音
波モータにおいて、前記フッ素樹脂含有の複合金属被膜
は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）含有の複
合金属被膜であることを特徴としている。

【００１０】第３の解決手段は、第１の解決手段の超音
波モータにおいて、前記フッ素樹脂含有の複合金属被膜
は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッ
ケル合金のいずれか１つの金属に、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）を含有した被膜であることを特徴
としている。

【００１１】第４の解決手段は、固定体と移動体が相互
に加圧接触され、前記固定体に発生した進行性振動波に
より前記移動体が摩擦駆動される超音波モータにおい
て、前記固定体と前記移動体が接触する摩擦接触部に、
フッ化グラファイト含有の複合金属被膜を形成したこと
を特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、超音波モータの摩擦接触部を
構成する材料に、フッ素樹脂含有の複合金属被膜を形成
したので、従来技術と比較して、駆動力が大きく、耐久
性を向上させることができる。この皮膜は、固定体と移
動体の双方に形成することが好ましいが、固定体と移動
体の双方に施さなくとも、十分な性能を発揮することが
でき、耐久性を強く必要としない場合には、固定体又は
移動体のいずれか一方への処理でも、十分に実用的であ
る。

【００１３】また、皮膜としては、フッ素樹脂含有の複
合金属被膜が好適に用いられる。フッ素樹脂としては、
例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四
フッ化エチレンパーフルオロアルキルエーテル（ＰＦ
Ａ）、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体
（ＦＥＰ）などが使用でき、また、金属としては、アル
ミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金
などが使用できる。

【００１４】成膜方法としては、タフラム（金属表面化
学株式会社の登録商標）加工、クリーンエス（昭和電工
株式会社の商標）処理などが使用できる。タフラム加工
は、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に硬質酸
化膜を作り、この酸化膜とテフロン（ディポン社の登録
商標）との複合体である。このタフラムは、アルミニウ
ム等の耐蝕性、耐磨耗性を向上させるための湿式表面処
理である硬質アルマイト（硬質陽極酸化処理皮膜）の一
種である。また、このタフラム加工は、テフロンの含浸
によって、摩擦係数が低下する。また、クリーンエス処
理は、皮膜中に０〜２４％のＰＴＦＥを含有している金
属皮膜であり、耐磨耗性及びすべり性に等に優れてい
る。このクリーンエス処理は、湿式と乾式両方の処理方
法を用いた複合３層構造の金属皮膜であり、半導体真空
ポンプや金型表面処理用等に用いられている。

【００１５】テフロンに代表されるＰＴＦＥを含浸させ
ると滑りやすくなるが、超音波モータの場合には、接触
部の全面が常に接しているわけではなく、また、適度な
加圧力が加えられており、粘性が増すことにより、見か
け上の摩擦係数が増加しているものと考えられる。この
現象は、超音波モータの摺動部に油を注いだ場合に、滑
ってしまうことなしに、超音波モータを駆動することが
できることから推測される。このときに、見かけの摩擦
係数（加圧力と駆動力から計算した値）は、０．５以上
にもなり、摺動材の摩擦係数０．０５と比較して、１０
倍もの値になることがわかっており、摺動部に介在する
物質の粘性が上がることにより、摩擦力がでるものと推
測される。

【００１６】また、この他にも、湿式メッキ法による複
合金属皮膜、例えば、ＰＴＦＥ含浸無電解メッキ、フッ
化グラファイト含有無電解メッキ等も使用できる。ＰＴ
ＦＥ含浸無電解メッキとして、例えば、ニッケル８８〜
９０重量％、リン８〜９．５重量％、フッ素樹脂（ＰＴ
ＦＥ）１．５〜３重量％であって、フッ素樹脂粒径が１
μｍ以下であり、耐磨耗性、摺動性に優れたカニフロン
等が好適に用いられる。フッ化グラファイト含有無電解
メッキとしては、ニッケル等の金属マトリクスに、ＰＴ
ＦＥ、（ＣＦ）n 〔フッ化黒鉛粒子）等を複合材とした
ものであり、例えば、メタフロンなどが使用できる。カ
ニフロン、メタフロンは、いわゆる複合メッキといわれ
るものであり、耐磨耗性などを付与するために、セラミ
ックなどの硬質微粒子等（ＳｉＣ，Ｂ等）を含有させる
ものが多く、上記の２つは、摩擦係数を小さくすること
を可能とする複合メッキである。

【００１７】この無電解メッキ法は、金属又は非金属表
面に、金属を化学的に還元析出させる表面処理法であ
り、この無電解メッキ法を用いれば、マスキングを施す
ことにより、摺動部分のみの成膜が容易となり、効率的
な処理が可能となる。さらに、クリーンエス処理では、
ドライコーティングの金属皮膜の種類もある。これを採
用することにより、湿式法と比較して、成膜後の仕上が
り寸法、表面粗さ等が良好なために、摺動部材の最終製
造工程に採用でき、成膜後の研磨を行う必要がないなど
のメリットがあり、従来の製造方法よりもトータル的な
コストを下げることができる。

【００１８】

【実施例】次に、具体的な実施例を挙げて、さらに詳し
くに説明する。この実施例では、固定体は、ステンレス
（ＳＵＳ３０４）製の無垢の円環部材の上面を鏡面研磨
仕上げして、表面処理を行い皮膜を形成したのち、ラッ
プ処理を施してある。一方、移動体は、アルミニウム
（Ａ５０５６）製の円環部材の下面に、表面処理をして
皮膜を形成したのち、ラップ加工を施してある。また、
摺動材の場合には、その摺動材を接着したのちに、摺動
面を旋削加工したものを使用した。

【００１９】本件発明者等は、以下のような皮膜を形成
し又は摺動材を設けた固定体及び移動体からなる超音波
モータを用いて、駆動実験を行った。

【００２０】固定体は、以下の皮膜を右欄のような厚み
に形成したものと、皮膜を形成しないもの（表面はＳＵ
Ｓ３０４）を用いた。〔表１〕クリンエス処理Ｂ：ＰＴＦＥ（１０％）含浸金属（Ｎｉベース）皮膜２０μｍカニフロン：ＰＴＦＥ（１０％）含浸無電解ニッケルメッキ２０μｍメタフロンＣＷ：フッ化グラファイト（１０％）含有無電解ニッケルメッキ２０μｍカニゼン：無電解ニッケルメッキ（Ｎｉ；８８％，Ｐ；１２％）５０μｍ

【００２１】移動体は、以下の皮膜を右欄のような厚み
に形成したものを用いた。〔表２〕タフラム：ＰＴＦＥ含浸アルマイト５０μｍクリンエス処理Ａ：ＰＴＦＥ（２０％）含浸（Ｎｉベース）金属皮膜２０μｍプラスチック：カーボン入りＰＴＦＥプラスチック摺動材０．３１ｍｍアルマイト：硫酸アルマイト５０μｍ

【００２２】上記のような固定体と移動体を、図１のよ
うに皮膜等を形成したものを組み合わせて、超音波モー
タを組み立て、駆動回転数６０ｒｐｍ、加圧力１．５Ｋ
ｇで駆動実験を行い、モータとしての基本性能（トル
ク、効率、その他）の他に、温度変化に対する性能のバ
ラツキ、磨耗量、ゴミの発生、騒音（鳴き）等を総合的
に判断し、以下〔表３〕のような基準で評価した。〔表３〕 × ：超音波モータとして、使用できない。 △ ：超音波モータとして、普通に使える程度（現行
品）。 ○ ：超音波モータとして、現行品よりも少し優れて
いる。 ◎ ：超音波モータとして、現行品よりもかなり優れ
ている。なお、固定体に皮膜を形成しないＳＵＳ３０４と、皮膜
にフッ素樹脂を含まないカニゼン、及び移動体にアルマ
イトの皮膜を用いたものの組み合わせを比較例として示
してある。

【００２３】図１から明らかなように、固定体、移動体
ともに、ＰＴＦＥ含浸金属皮膜を施したものが、かなり
優れていることが分かった。また、皮膜は、固定体又は
移動体の一方のみに施しても効果があることがわかっ
た。このとき、皮膜としては、例えば、ＰＴＦＥ含浸無
電解ニッケルメッキ、フッ化グラファイト含有無電解ニ
ッケルメッキ等の複合金属皮膜を用いたものがよい効果
を上げている。また、移動子として、アマルイトを用い
たものは、よい効果が得られなかった。カニゼンメッキ
は、ＮｉとＰの無電解メッキであり、耐蝕性、耐磨耗性
に優れているが、現行品程度の性能であった。これは、
ＰＴＦＥを含浸していないからであると思われる。ＰＴ
ＦＥ含浸金属皮膜の中でも、クリーンエス処理Ａとクリ
ーンエス処理Ｂの組み合わせが特に優れていた。この理
由としては、他のＰＴＦＥ含浸金属皮膜は無電解ニッケ
ルメッキ一層であるのに対して、クリーンエス処理は、
三層構造をもつことがあげられる。

【００２４】図２は、本実施例に係る超音波モータ（固
定体と移動体ともにＰＴＦＥ含有金属皮膜を施した場
合）の加圧力とモータトルクの関係を示した線図であ
る。図２から分かるように、加圧力がある値を越える
と、返ってトルクが小さくなり、適切な加圧力を選定す
る必要があるが、実用的な加圧力により、十分なトルク
が得られた。

【００２５】また、図３に示すように、固定体に櫛歯を
設けたものに、同様な処理を行い、同様な実験を行った
が、さらによい結果が得られた。

【００２６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、駆動力が大きく、しかも、耐久性があり、モータ
の寿命を伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波モータの実施例の評価を示
した図である。

【図２】本実施例に係る超音波モータ（固定体と移動体
ともにＰＴＦＥ含有金属皮膜を施した場合）の加圧力と
モータトルクの関係を示した線図である。

【図３】進行波方式の超音波モータの一般的構成を示す
斜視図である。

【図４】進行波方式の超音波モータの固定体と移動体の
摩擦駆動状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１０固定体１１圧電体２０移動体２１摺動材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定体と移動体が相互に加圧接触され、
前記固定体に発生した進行性振動波により前記移動体が
摩擦駆動される超音波モータにおいて、前記固定体と前記移動体が接触する摩擦接触部に、フッ
素樹脂含有の複合金属被膜を形成したことを特徴とする
超音波モータ。
【請求項２】請求項１に記載の超音波モータにおい
て、前記フッ素樹脂含有の複合金属被膜は、ポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）含有の複合金属被膜であるこ
とを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】請求項１に記載の超音波モータにおい
て、前記フッ素樹脂含有の複合金属被膜は、アルミニウム、
アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金のいずれか
１つの金属に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）を含有した被膜であることを特徴とする超音波モー
タ。
【請求項４】固定体と移動体が相互に加圧接触され、
前記固定体に発生した進行性振動波により前記移動体が
摩擦駆動される超音波モータにおいて、前記固定体と前記移動体が接触する摩擦接触部に、フッ
化グラファイト含有の複合金属被膜を形成したことを特
徴とする超音波モータ。