JPH0421372A - 振動波モータ - Google Patents

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】 ［ａ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、特に大出力型の振動波モータ
に関するものである。

［従来の技術］ 従来の振動波モータ特に大出力型の振動波モータは、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を固看すると共に、表面にタングス
テンカーバイド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（ＰＩ）、ポリアミドイミ
ド（ＦＡＩ）　　　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）　、ボリアリレート（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、及び非熱可塑性の芳香族
ポリイミド（Ｖｌ）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非熱可塑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ド及び
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
熱可塑性樹脂及び非熱可塑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
樹脂及び非熱可塑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４　ｋｇｃｍ、１１００ｒｐで駆動を開始すると
、定格トルク僅に対して５％程度のトルクムラがあり、
なお−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１．０００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ミクロンメータ（Ｍｍ）以上の摩耗が知見さ
れ、なお−層の摩擦材の改善が望まれた。

ざらに膜厚が５０〜１００μｍのタングステンカーバイ
ド及びコバルトから成る溶射摩擦面は熱伝導性がヤヤ悪
いため、複合樹脂及び支持体から成る移動体への熱放散
に問題があり、振動体の温度上昇の一因ともなっていた
。

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、この非繊維型
複合樹脂の摩耗を極力小さくし、且つそれ自体の摩擦面
に傷力打こん等が発生しない振動体摩擦面を形成し、耐
摩耗性の優れた振動波モータを提供することにある。

又この場合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前提であり、更に熱伝導性の向上し
た摩擦面により振動体の温度上昇を抑え、効率の改善さ
れた振動波モータを提供することにある。

本発明の別の目的は従来例のタングステンカーバイド及
びコバルトの溶射の代りにより安価な摩擦面の硬化処理
法を見出して量産性の優れた大出力型振動波モータを提
供することである。

［課題を解決するための手段及び作用］上記目的を実現
するためになさらた本発明の振動波モータの特徴は、進
行性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部材を加圧接触させて、振動
体と該加圧接触する部材を該振動体に生じさせた進行性
振動波により摩擦駆動で相対移動させる振動波子−夕に
おいて、上記複合樹脂層をガラス転移点が１００℃以上
の熱可塑性樹脂及び非熱可塑性の芳香族ポリイミド樹脂
の母材に、摩擦調整剤、及び必要に応じて非繊維型の耐
摩耗性改良剤を充填配合したロックウェル硬さ（ＨＲＭ
）が８０乃至１１０の複合樹脂で形成し、一方相手の摩
擦材である振動体をマルテンサイト系ステンレス綱で形
成し、その摩擦面にスズ（Ｓｎ）メツキを行った後熱拡
散処理を行い、Ｆｌ！５１１２なる金属間化合物の望ま
しくは１５μｍ程度の拡散層を形成し、ビッカース硬さ
（Ｈｖ）で３５０〜４５０の摩擦面を得るものである。

本発明の振動波モータは、代表的には電気−機械エネル
ギー変換素子からなる駆動層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モータ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。

本発明の振動波モータ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Ｉｌｌ維を充填した複合樹脂は硬度か高く、弾性率
も大きく又熱伝導性も高いため、モーターの出力あるい
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１
００．ｕｍ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フてい
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非熱可塑
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、−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或は粒状のガ
ラス状カーボン、金属モリブデン粉末及び炭酸カルシウ
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か低下するため上記範囲とされ
る。

上記−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あるい
は非熱可塑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、−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。

：ａｔＩ＃剤としての上記−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
ある熱可塑性樹脂あるいは非熱可塑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具体的にはフェノー
ル樹脂を８００〜１０００℃近辺で熱処理した非晶質無
配向の平均粒径１０〜３０μｍの球形成は粒状のガラス
状カーボン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％の球状のガラス状カーボンを
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
は球状のガラス状カーボン等よりは硬度が低くい炭酸カ
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できる。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、一般的には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。

このような熱可塑性樹脂としては、例えはポリイミド（
ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＦＡＩ）　　ポリエーテル
イミド（ＰＥＩ）　　ポリエーテルエーテルケトン（Ｐ
ＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）ボリアリレ
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ｒＴＰＩ、（商品名二三井東圧化学社製）は
ガラス転移点が２５０℃、融点３８２℃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非熱可塑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非熱可塑性樹脂であり代表
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（「ベスブル」　（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て高温での特性の優れた
ものであり、例えば荷重１８．８ｋｇ／ｃｍ’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
ングステンカーバイド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以上あること、又タングステンカーバイド及びコバ
ルトの溶射面はじん性が低いためか、摩擦面を炭化硅素
（ＳｉＣ）の塗粒で研摩する際、欠落した凹部が形成さ
れ、溶射材の欠けが発生すること等のため摩耗が促進さ
れることがあった。

又タングステンカーバイド及びコバルトの溶射材は０．
１５Ｋｃａｌ／ｃｍ　ｓｅｃ　ｔとヤヤ熱伝導性が低い
ため、熱の放散が十分でなく振動体の温度上昇の面でヤ
ヤ問題があった。

本発明ではマルテンサイト系ステンレス鋼等からなる振
動体の摩擦面にスズ（Ｓｎ）をメツキしたあと、４００
℃程度で熱拡散処理を行い、Ｆｅ５ｎｚなる金属間化合
物の望ましくは１５μｍ程度の拡散層を形成し、拡散層
表面を研磨し、ビッカース硬度が３５０〜４５０で拡散
層の厚みが５〜１０μｍの摩擦面を形成するものである
。

上記のメツキ−熱拡散処置を施した拡散層はスズ及びＦ
ｅが相互に拡散し、成分元素とは異なる新しい性質が得
られる。即ち硬度と耐摩耗性の改善及び耐食性の向上で
ある。又上記のメツキ−熱拡散処理した摩擦面はヤヤ空
孔の多い凝着抑制層が形成され摩擦初期時のなじみに有
効とされている。

尚上記のマルテンサイト系ステンレス鋼としては１３％
クロム鋼（Ｊｉｓ：５ｕｓ４２０Ｊ２）あるいは析田硬
化型ステンレス鋼である１７％クロム鋼（Ｊｉｓ：５ｕ
ｓ６３０）等が用いられるが、こうしたマルテンサイト
系ステンレス鋼は熱膨張係数が約１０　ｘ　１０−’ｄ
ｅｇ−’であり、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、
発熱が犬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。

摩擦面に上記のメツキ−熱拡散処置を施す前に応力除去
のため４００℃で５時間程度の熱処理を行い仕上加工を
行って歪みの発生を防ぐことも必要である。

［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モータの一実施例を示す縦
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筐体であり、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Ｉｎｃ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ツト部材１Ｂ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１０ｃ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。

上記移動体フは、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５０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１　
ａｒｍ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。この摺動体６が振動体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族の弾
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のフランジ部１０
ｃ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は振動波子−夕の筐体カバーであり、ネジ９により筐
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ツト部
材１８が螺着されている。バネ圧調整ナツト部材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
ネ圧調整ナツト部材１８に形成された２個の小孔１８ａ
、１８ａに例えば先端部に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、このバネ圧調整ナツト部材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、筐体カバー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１
２ａを筐体カバー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ＩＣ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１７４だけず
れたピッチで配置されている。

モしてＡ圧電素子群１ａとＢ圧電素子群１ｂに、互いに
位相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、８１１１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−
表の配合からなる摺動体として、外径６８ｍｍ、内径６
４ｍｍ、厚さ１ｍｍのリング状に形成したものを、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非熱可塑性ポリイミド
（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。

実施例の：母材として、ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物と方向族ジアミンとの縮合物である非熱可塑性の
芳香族ポリイミド樹脂（「コービレックス」　（商品名
：宇部興産社製））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％、−酸化鉛粉末を（平均粒系ｌＯμｍ）
を重量比で６０％充填配合し、圧縮成形し、切削加工し
て１　ｍｍのリング状摺動体とした。

実施例■：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■と同様にして摺動体を製作した
。

実施例■：熱熱可性性ポリイミドＴＰＩ：　（商品名）
三井東圧化学社製）に四フッ化エチレン樹脂粉末を重量
比で３．０％充填し、さらにガラス状カーボンを１２．
０％充充填台し、射出成形し切削加工して１　ｍｍのリ
ング状摺動体とした。

実施例■：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ラム粉末１Ｏ００％充填
配合した他は実施例■と同様にして摺動体を製作した。

比較例としては上記の非熱可塑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％配合充
填し、実施例と同様のリング状摺動体を製作した。

第−表には、複合樹脂のガラス転移点、曲げ弾性率及び
ロックウェル硬さ（ＬｔＭ）を示しである。

曲げ弾性率及びロックウェル硬さは板状体を製作し下記
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３．２ｍｍの板を用いる。

ロックウェル硬さの測定： ＡＳＴＭ　Ｄ７８５　に基づく。

第−表の複合樹脂の熱特性をみると、非熱可塑性の芳香
族ポリイミドのガラス転移点は２９５℃と高く、熱可塑
性ポリイミドのガラス転移点は２５０℃であり、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
が特に改善され、又ロックウェル硬さも表中量も高い値
を示している。

実施例■及び■の非熱可塑性ポリイミドの複合！Ｍｓ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■及び■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ガラス状カーボ
ン或は炭酸カルシュラ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。

尚熱可塑性ポリイミドはアニール処理をして結晶化を進
めると硬さの改善が可能で実施例■及び■の複合樹脂の
場合ロックウェル硬さ（ＨＲＭ）は１０１及び１０６に
なる。

第二表に振動体の材質として、マルテンサイト系ステン
レス鋼の材種と熱処理及び摩擦面の硬化処理とマイクロ
ビッカース硬度計で測定した硬度を示す。

比較例と実施例■は１３％クロム鋼（Ｊｉｓ：５ｕｓ４
２０Ｊ２）で比較例は焼入焼戻しの熱処理をし、ビッカ
ース硬さ（Ｈｖ）を５３０程度に改善している。又実施
例■は３８０〜４２０℃で応力除去熱処理を行っている
。実施例■は固溶化熱処理されて、ビッカース硬さ（Ｈ
ｖ）が約３８０の１７％クロム鋼（Ｊｉｓ：５ｕｓ６３
０）から削りだしたもので、やはり３８０〜４２０℃で
応力除去処理を実施している。

比較例は摩擦面に１２％コバルト−タングステンカーバ
イト（第１メテコ社製、７１ＶＦＮＳ）の粉末をプラズ
マ溶射して、１００μｍ厚の皮膜を形成したあと、研磨
加工して約８０μ口厚の鏡面を形成している。

実施例■及び■は処理時間５分〜１５分でスズ（Ｓｎ）
をメツキしたあと４００℃程度て熱拡散処理（同和ケミ
カル■のメツキ−熱拡散表面処理の１つであるスタナル
４００法）を行い、Ｆｅｒｎ。

なる金属間化合物の拡散層を形成したもので、拡散層の
厚みは最大１５μｍ程度て、この拡散層をさらに研磨加
工して約１−θμｍ程度の拡散層の摩擦面を得ている。

摩擦面の硬度の測定は５０ｇｆの荷重でマイクロビッカ
ース硬度計で測定したが、結果は第二表の通りで、比較
例が１．０００以上であったのに対し、実施例の及び■
のビッカース硬さ（Ｈｖ）はそれぞれ４００〜５００と
３５０〜４５００程度で、その差か著しいことが確認さ
れた。

尚上記の振動体２は直径が７３ｍｍ軸方向寸法が７ｍｍ
の円環状として製作した。

第三表は第−表の複合樹脂摺動体と第二表の振動体を組
合わせて製作した第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している。

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。

［初期摩耗コ　：定格（４ｋｇｃｌｌ、１０１００ｒＰ
で１００時間の連続運転を行った後の振動体摩擦面の傷
の光生成は摩耗量と複合樹脂摺動面の摩耗量を測定し、
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圧器（小野制器社製）を用
いて測定し結果を変動量により○、△に分けた。

［定格圧力最大効率コ　：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（４ｋｇｃｍ）ての出力と最大効率を
求め、◎、Ｏ及び△に分けて示した。

［初期摩耗コ 第三表の初期摩耗の結果をみると、振動体の比較例のよ
うにタングステンカーバイド及びコバルトの摩擦面は硬
度が特に高いので、振動体自体の初期摩耗はほとんど考
慮する必要はなく、相手の複合樹脂材の摩耗を考えれば
良く、実施例■の非熱可塑性ポリイミドの複合樹脂も初
期摩耗の面では使用可能なことがわかった。

振動体の実施例１及び２の金属間化合物ＦｅＳｎ２の拡
散層の摩擦面と複合樹脂摺動面の組合せで、先づ非熱可
塑性ポリイミドに炭素繊維を充填した複合樹脂の比較例
では、振動体の実施例１及び２の振動体摩擦面はやはり
金属間化合物の拡散層の初期摩耗が認められ、一方炭素
繊維入りの非熱可塑性ポリイミドの複合樹脂摺動面にも
極小ではあるが摩耗があった。

一方実施例■、■、■及び■の複合樹脂摺動面と、振動
体の実施例１．２との組合せでは、ＦｅＳｎ２の拡散層
を形成した実施例１及び２の振動体摩擦面はほぼ同等の
摩耗特性を示したが、その差は母材のマルテンサイト系
ステンレス材の硬さの違いによるものと思われる。

非熱可塑性ポリイミドに四フッ化エチレン樹脂と一酸化
鉛を配合充填した実施例■、同し母材樹脂に四フッ化エ
チレン樹脂と金属モリブデンを配合充填した実施例■及
び熱可塑性ポリイミドに四フッ化エチレン樹脂と炭酸カ
ルシュラムを配合した実施例■の複合樹脂摺動面との組
合せで、ＦｅＳｎ２拡散層を形成した実施例１及び２の
振動体摩擦面の摩耗は特に問題はなく、熱可塑性ポリイ
ミドに四フッ化エチレン樹脂とガラス状カーボンを配合
した実施例■の複合樹脂摺動面との組合せでのみ実施例
２の振動体摩擦面に摩耗が認められた。

次に複合樹脂摺動面の摩耗をみると、実施例１及び２の
振動体摩擦面に対し実施例■、■及び■の複合樹脂摩擦
面の摩耗は全て問題なしと評価巴来たが、実施例２の振
動体摩擦面と実施例■の複合樹脂摺動面の組合せに限り
複合樹脂摺動面で摩耗が認められた。

［トルクムラ］ 次にトルクムラであるが、比較例と実施例１及び２の振
動体摩擦面に対する比較例及び実施例■の複合樹脂摺動
面の組合せでみると、非熱可塑性ポリイミドに炭素繊維
を配合した比較例の複合樹脂ではトルク変動量は５％以
上あり、「△」の評価であったのに対し、同じ非熱可塑
性ポリイミドでも四フッ化エチレン樹脂や一酸化鉛等の
非繊維充填材のみを配合した実施例■の複合樹脂ではト
ルクの変動量はいずれも２％程度と改善され「○」の評
価になった。

その他の実施例１及び２のそれぞれの振動体摩擦面に対
する実施例■、■及び■の複合樹脂の組合せでトルクム
ラをみると、非熱可塑性ポリイミドに強化材として５μ
ｍ以下の粒子径の金属モリブデン粉末を分散配合した実
施例■の複合樹脂摺動体では評価が「○」であったが、
これは摺動面の面性状が比較的均一化されて安定した摩
擦駆動が行われたためと思われる。

実施例■の複合樹脂摺動体は、非熱可塑性ポリイミドよ
り強度が低い熱可塑性ポリイミドにやはり金属モリブデ
ン粉末より強度或は硬さは高く、粒子径も１０μｍと大
きいガラス状カーボンを分散充填しであるためか、トル
ク変動がヤヤ犬籾く、アニール処理して母材樹脂の硬さ
を向上する等の改善が必要であった。

実施例■は金属モリブデン粉末より強度或は硬さが低い
炭酸カルシュラム粉末を分散充填しているが、実施例１
の振動体摩擦面に対しては「Ｏ」の評価であったが、実
施例２の振動体摩擦面では「△」の評価であった。この
理由は母材樹脂の硬さの他に炭酸カルシュラム粉末の粒
子径がヤヤ大きすぎたためと思われる。

「定格出力、最大効率」 モーターの定格出力あるいは最大効率から振動体摩擦面
及び複合樹脂摺動面を評価すると、振動体摩擦面を比較
例のタングステンカーバイド及びコバルトの溶射面から
、ＦｅＳｎ２の拡散層（実施例１及び２）に替えると、
定格出力あるいは最大効率等のモータ性能に最大で３％
程度の減少が生ず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
数の違いの他に、振動体自体の共振の尖鋭度Ｑの大小が
影響していると思われる。

次に複合樹脂摺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ガラス状カーボンを充填
配合した実施例■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特性、例えば硬さの他に熱伝導性
が高いこと等が想定出来る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば定格の人出時のトル
クムラを改善する効果を得ると共に、振動体摩擦面に傷
や打こんを発生させることなく、又相手の複合樹脂摺動
面の摩耗を極力小さくする効果があり、高精度で安定し
た振動波モータを提供しつる。

又、振動体はタングステンカーバイド及びコバルトの溶
射を摩擦面に行う必要がなくなったので大巾なコストダ
ウンが可能となり、又量産性が改善された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を通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　　　　　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 化４名 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　進行性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部材を加圧接触させて
   、振動体と該加圧接触する部材を該振動体に生じさせた
   進行性振動波により摩擦駆動で相対移動させる振動波モ
   ータにおいて、上記複合樹脂層をロックウェル硬さ（Ｈ
   ＿ＲＭ）が８０乃至１１０の複合樹脂により構成し、上
   記振動体の摩擦面をビッカース硬さ（Ｈ＿ｖ）が３５０
   〜５００の金属間化合物の拡散層で形成したことを特徴
   とする振動波モータ。 ２　請求項１の金属間化合物の拡散層がＦｅＳｎ＿２か
   らなることを特徴とする振動波モータ。 ３　請求項１の複合樹脂の母材樹脂が非熱可塑性の芳香
   族ポリイミド樹脂であることを特徴とする振動波モータ
   。 ４　請求項１の複合樹脂の母材樹脂がガラス転移点が１
   ００℃以上の熱可塑性樹脂であることを特徴とする振動
   波モータ。 ５　請求項１の振動体の母材がマルテンサイト系ステン
   レス綱であることを特徴とする振動波モータ。 ６　請求項１の複合樹脂が非繊維型の複合樹脂であるこ
   とを特徴とする振動波モータ。