JPH0421373A - 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】 ［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、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簿い
円環形状の圧電素子を固着すると共に、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（ＰＥＥに）、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
ド樹脂を母材とじ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
度を安定で暫るからである。

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、′ｔＳ１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　ｋｇｃ＋＋＋、１１００ｒｐ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−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（ＭＩｌｌ）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５０〜１００μ諺のタングステンカーバイ
ト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モータに
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、その摩擦面にアモルファス相を含むニッケル基合
金或はコバルト基合金を溶射法により５μｍから最大で
５０μｍ、望ましくは１５μｍ程度の膜を形成し、ビッ
カース硬さ（）ｌｖ）で５００〜８５０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。

炭素繊維を充填した複合樹脂は硬度が高く、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１００
μｍ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か、
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−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。

潤滑剤としての上記−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
可塑性樹脂或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て必要に応じて
遷移金属粉末を充填配合することがで鮒る。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８００〜２０００℃近辺で熱処理した、非晶質
無配向の平均粒径１０〜３０μ０の球形の或は粒状のガ
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、例えばポリイミド（
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（ＰＳＥ）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：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無水物と芳香族ジア
ミン縮金物（「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／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
１０００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
桂素（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。

本発明ではニッケル又はコバルトを主材料とするメタル
系合金をマルテンサイト系ステンレス鋼等に膜厚が５μ
ｍから最大で５０μｍ程度格射し、従来のタングステン
カーバイド及びコバルトに対し、摩擦面の硬度を低くし
、又凹部のない鏡面を形成し、更に熱伝導性の改善を行
うものである。

上記のマルテンサイト系ステンレスとしては１３％クロ
ム鋼（Ｊｉｓ：５ｕｓ４２０Ｊ２）或は析出硬化型ステ
ンレス鋼である１７％クロム鋼（Ｊｉｓ：５ｕｓ６３０
）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１０×１０−’ｄｅｇ−”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
。

摩擦面に上記の溶射材を溶射する前に上記のマンテンサ
イド系ステンレス鋼を熱処理して、その硬度を改善する
ことも、必要に応じて行われる。

即ち１３％クロム鋼は（ｓｕｓ４２０Ｊ２）は焼入焼戻
しを行って例えばビッカース硬度Ｃ）ＩＶ）で６３０程
度にし、１７％クロム鋼（５ｕｓ６３０）は固溶化熱処
理或は更に析出硬化熱処理を行ってビッカース硬さ（Ｈ
ｖ）で３８０〜４２０程度として用いられる。

本発明の溶射材は従来例がタングステンカーバイドとい
うセラミック環に金属コバルトを重量比で１２％配合し
た複合粉末であるのに対して、メタル系の合金であり、
１つの具体例はニッケル（Ｎｉ）ベースの合金粉末で、
クロム（Ｃｒ）、ヤ耐熱金属のモリブデン（Ｍｏ）ヤタ
ングステン（Ｗ）の他にホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）が添
加され、溶射時の急冷により皮膜中に６０〜７０％のア
モルファス相を生成するもので、気孔率が０．２（Ｖｏ
１％）以下の緻密な皮膜が形成され、その皮膜はロック
ウェル硬さＣスケール（）ＩＲｃ）で４０〜４５とされ
、優れた耐摩耗性と耐食性を有している。

又他の具体例としてはコバルト（Ｃｏ）ベースの合金粉
末で、クロム（Ｃｒ）ニッケル（Ｎｉ）の他に耐熱金属
のタングステン（Ｗ）　　と炭素（Ｃ）が添加され、高
温での耐摩耗性と耐食性を有し気孔率が１　（Ｖｏ１％
）以下の皮膜であり、そのロックウェル硬さＣスケール
（）ＩＲＣ）　は３４．５とされている。

上記のニッケル基及びコバルト基等のメタル系合金を溶
射した振動体摩擦面は相手摩擦材である非繊維型複合樹
脂の硬さ等材料特性に対応して選択することが可能であ
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ツト部材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１　
ｍｍ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は振動波モータ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は圧力軸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のホール軸受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か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１ｃと、接地用の共通型８ｉｌｄ
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５ｌＩ１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−表の
配合からなる摺動体として、外径６８ｍｍ、内径６４ｍ
口、厚さ１　ｍｍ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■：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１０μｍ）
を重量比で６．０％充充填台し、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■：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■：熱可塑性ポリイミＦ　（’ＴＰＩＪ：　（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１ｍｍ
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１０．０％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位点、曲げ弾性率及び
ロックウェル硬さ（ＨＲＭ）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の板を用いた。

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℃であ
り、芳香族ポリイミドを含めて比較例及び全ての実施例
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最も高い値
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■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
ボンあるい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。なお、熱可盟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は１０１及
び１０６になる。

第二表に振動体のマルテンサイト系ステンレス鋼の材種
と熱処理及び溶射材種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Ｉと実施例Ｉ及び１１は１３％クロム鋼（Ｊｉｓ
：５ｕｓ４２０Ｊ２）の振動体ティずレモ焼入焼戻しの
処理をし、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を５３０程度に改善
している。実施例ＩＩＩは固溶化熱処理されて、ビッカ
ース硬さ（Ｈｖ）が約３８０の１７％クロム鋼（Ｓｕｓ
６３０）から削り出したもので、その後の析出硬化熱処
理は実施していない。

摩擦面の溶射材は全て粉末材料（第１メテコ社製）を用
いた。

比較例Ｉは１２％コバルト−タングステンカーバイト（
記写：　７１ＶＦＮＳ）をプラズマ溶射して、１００μ
ｍ厚の皮膜を形成したあと、研磨加工して約８０μｍ厚
の鏡面を形成している。

実施例Ｉ及びＩＩＩはニッケルベース粉末（記写：　７
００Ｆ）をプラズマ溶射し約１５μｍの厚のアモルファ
ス皮膜を形成したあと、研磨加工して約１０μｍ厚の鏡
面を形成した。

実施例ＩＩは、コバルト基ニッケルクロームタングステ
ン合金（記写：　４５ＶＦＮＳ）をブラズｖｉ射し、や
はり約１５μｍの皮膜を形成したあと、研磨加工して約
１０μｍ厚の鏡面を形成した。

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Ｉは１
．０００以上であったのに対し、実施例Ｉ及びＩＩＩの
ニッケルベース溶射材の摩擦面硬さはビッカース硬度で
６５０〜８５０、実施例［１のコバルトベース溶射材の
摩擦面硬さは約６００〜７００とその差が著しいことが
確認された。

振動体２は直径が７３’ｍｍ、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−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図構造の大圧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（４ｋｇｃｍ、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
発生酸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出器（小野制器社製）を用
いて測定し、結果は変動量によりＯ１△に分けた。

［定格出力最大効率］　：上記の低歪型トルク検出器を
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）での出力と最大効率を
求め、◎、○及び△に分けて示した。

別に第二表の振動体を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て振動体の
摩擦面のサビを観察した。

その結果は比較例■のタングステンカーバイド及びコバ
ルトの溶射摩擦面と同様、実施例のＩ〜ＩＩＩはいずれ
も摩擦面にサビの発生が見られな力じた。

［初期摩耗］ 第三表の初期摩耗の結果をみると、比較例Ｉ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
に高いので振動体の初期摩耗はほぼ考慮する必要はなく
、相手の複合樹脂材の摩耗を考慮すれば良く、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。

実施例Ｉのニッケルベース溶射面の振動体と複合樹脂の
組合せでは、非熱可塑性ポリイミドに炭素繊維を配合し
た複合樹脂（比較例）と熱可塑性ポリイミドにガラス状
カーボン等を配合した複合樹脂（実施例■）に何故が初
期摩耗が認められた。

実施例１１のコバルトベース熔射面の振動体と実施例の
複合樹脂との組合せでは、非熱可塑性ポリイミドにモリ
ブデン（ＭＯ）等を配合した実施例■と熱可塑性ポリイ
ミドに炭酸カルシュラム（ＣａＣＯ８）等を配合した実
施例■の複合樹脂で初期摩耗が認められた。

更に析出硬化型ステンレス鋼のニッケルベース溶射面の
振動体と複合樹脂の組合せては、熱可塑性ポリイミドに
ガラス状カーボン或は炭酸カルシュラム等を配合した実
施例■及び■で振動体及び複合樹脂のいずれにも初期摩
耗が詔められた。

上記の通り実施例Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩの振動体に対し実
施例■、■、■及び■の複合樹脂を組合せたとき、非熱
可塑性ポリイミドに強化材を特に配合していない実施例
■の組合せでは、振動体及び複合樹脂のいずれにも初期
摩耗がみられず、最も良い耐摩耗性を示した。なお、非
熱可塑性ポリイミドに微少の金属モリブデン粒子を配合
した複合樹脂（実施例■）も良い耐摩耗性を示したが、
熱可塑性ポリイミドにガラス状カーボン或は炭酸カルシ
ュラム等を配合した実施例■及び■の複合樹脂はヤヤ耐
摩耗性が悪かった。この原因は母材樹脂の特性の他に強
化材として配合した球状黒鉛や炭酸カルシュラムの粒子
の大きさと母材樹脂への密着性にあるように思われ、改
善の可能性は十分ありそうである。

［トルクムラ］ 次にトルクムラであるが、比較例Ｉと実施例工のそれぞ
れの振動体に対する比較例■及び実施例１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
維を配合した複合樹脂（比較例■）ではトルク変動量は
いずれも５％程度と「△」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を配合した複合樹脂（実施例■
）ではトルクの変動量はいずれも２％程度と大巾に改善
され「Ｏ」の評価になっている。

実施例Ｉ％ＩＩ及びＩＩＩのそれぞれの振動体に対する
実施例■、■、■及び■の複合樹脂の組合せにおけるト
ルク変動は第三表の通りであるが、振動体或は複合樹脂
で初期摩耗の認められる組合せは評価してない。

複合樹脂の実施例■は比較的に高強度の非熱可塑性のポ
リイミド樹脂に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、摺動面の面性状が比較的均一化さ
れて安定した摩擦駆動が可能になったと思われる。

又実施例■は、非熱可塑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、強度或は硬さ
が金属モリブデン粉末より高く粒子径が１０μｍ程度の
ガラス状カーボンを分散充填したためかトルク変動がヤ
ヤ犬きく、アニール処理して母材樹脂の硬度を向上する
等の改善が必要であった。

又実施例■は金属モリブデン粉末より強度或は硬さか低
い炭酸カルシュラム粉末を分散充填しているが粒子径が
ヤヤ大きすぎたためか、やはりトルクの変動がヤヤ大き
かった。

［定格出力、最大効率コ 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、溶射材がタングステンカーバイド及
びコバルトの振動体（比較例Ｉ）が性能が良く次いでニ
ッケルベース材料の、コバルトベースの材料の順であっ
た。

こうした特性の違いは溶射材の特性（硬さ、潤滑性等）
と摩擦面の面精度にあると、思われるが、タングステン
カーバイド及びコバルトは溶射面に凹部が認められ面粗
さが最も大きく、コバルトベース溶射面は気孔率が最も
小さく緻密な摩擦面を持ち、ニッケルベース溶射面は中
間的な摩擦面を有しており、複合樹脂摺動面との間の摩
擦係数が異なっていることは摩擦試験の結果で確認され
ている。

次に複合樹脂摺動体による性能を比較すると、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■が最も実施例の複合樹脂の中で摩擦係数が小
さいにもかかわらず総合的にみて最も性能が高かった。

その理由としては硬さ、弾性等が他の樹脂より小さいこ
との他に熱伝導性が高いこと等が考えられる。

［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
が発生することなく、且つ振動体摩擦面及び複合樹脂摺
動面の摩耗を最大限に小さくする効果がある。

又従来はくし歯が形成された振動体の摩擦面にタングス
テンカーバイド及びコバルトを１００μｍ厚で溶射する
際、振動体をセメントで固着し摩擦面以外に溶射材が付
着しないようにしていたため高価となり、又量産性に問
題があった。しかし、本発明では相対的に硬度が小さく
相手材への摩耗特性の優れた非繊維型複合樹脂の採用す
ることとしたため、硬度は低いがじん性が高いメタル系
合金を従来例より薄く最大でも５０．ｕｍ厚で溶射すれ
ば良くなったため振動体をセメントで固着する等を行う
必要がなくなり、大巾なコストダウンと量産性が改善さ
れた。

又タングステンカーバイド及びコバルトの溶射の代りに
低価格のメタル系合金の使用が可能となったため材料費
の面でもコストダウンとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明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　　　　　２・・・振動体５・・・支
持体 ６・・・摺動体 ７・・・移動体 ５・・・中間部材 ７・・・弾性シート部材 他４名 第 図 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５００
   〜８５０のニッケルベース或はコバルトベースのメタル
   系合金の溶射により形成したことを特徴とする振動波モ
   ータ。 ２　請求項１のニッケルベースメタル系合金の皮膜がア
   モルファス相を生成していることを特徴とする振動波モ
   ータ。 ３　請求項１のニッケルベース或はコバルトベースのメ
   タル系合金がクロム及びタング ステンを含むことを特徴とする振動波モー タ。 ４　請求項１のニッケルベース或はコバルトベースのメ
   タル系合金の皮膜が５μｍ〜５０μｍの範囲であること
   を特徴とする振動波 モータ。 ５　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
   。 ６　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。 ７　請求項１の振動体の母材がマルテンサイト系ステン
   レス鋼であることを特徴とする振動波モータ。 ８　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。