JPH0779578A

JPH0779578A - 振動波モータ

Info

Publication number: JPH0779578A
Application number: JP5222612A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shirasaki; 隆之白崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】振動体の摩擦面を改良し、より低速高トルク
化を図り、要求特性を満たす低速高トルク型の振動波モ
ータを提供する。【構成】駆動用振動波が励起される振動体に、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、該振動体と加圧接触する部材を振動体に生じ
させた振動波により摩擦駆動で相対移動させる振動波モ
ータにおいて、前記振動体の摩擦面に炭化けい素を共析
したニッケルリン基合金膜を形成し、該複合樹脂層を熱
可塑性樹脂からなる母材樹脂に平均粒径５μｍ〜３０μ
ｍのカーボンビーズを配合充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、特に低
速高トルク型の振動波モータの摩擦材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】

〈従来技術１〉従来の振動波モータは、例えば析出硬化
型ステンレスを固溶化熱処理し、ビッカース硬さ（Ｈ
_V ）が最大４００程度とした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着すると共に、これに接触
する部材として例えばアルミ合金からなる支持体に非熱
可塑性の芳香族ポリイミド或は熱可塑性ポリイミド等の
母材樹脂に平均粒径５μｍ〜３０μｍのガラス状カーボ
ン強化材として配合充填した複合樹脂を摺動体として固
着したもので移動体を構成し、移動体に発生させた進行
性振動波により、前記移動体を相対的に移動させてい
る。

【０００３】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の複合樹脂の摺動体の母材
樹脂を非熱可塑性の芳香族ポリイミド或は熱可塑性ポリ
イミドとしたのは、これ等樹脂が超耐熱性樹脂で材料物
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
であった。

【０００４】また上記樹脂材にガラス状カーボンを強化
材として配合充填しているのは、固溶化熱処理し硬度を
Ｈ_V で４００とした析出硬化形ステンレスの摺動面に対
して、摺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等の材料物性値を改良し、出力等
の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のモータの性能を改善
するためであった。

【０００５】〈従来技術２〉従来の振動波モータはマル
テンサイト系ステンレス、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２の円
環状振動体基板の裏面に薄い円環形状の圧電素子を固着
し、加圧接触する移動体との接触面に、非熱可塑性の芳
香族ポリイミド或は熱可塑性ポリイミド等の母材樹脂に
ＰＡＮ系或はピッチ系の炭素繊維を強化材として配合充
填した複合樹脂からなる複合樹脂層を固着し、一方アル
ミ合金からなる移動体の摺動面にビッカース硬さ（Ｈ
_V ）が１２００程度のタングステンカーバイト及びコバ
ルトからなる溶射膜を形成し、移動体に発生させた進行
性振動波により、移動体を相対的に移動させている。

【０００６】上記従来技術２の振動波モータで、振動体
の接触面の複合樹脂層の母材樹脂を非熱可塑性ポリイミ
ド或は熱可塑性樹脂ポリイミドとしたのは、これ等の樹
脂が超耐熱性樹脂で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おいても、樹脂材
の軟化に基因するトルクダウンの現象がなく、又モータ
の性能精度の安定化に有効であるからだった。又、振動
体の接触面を母材樹脂に強化材として炭素繊維を配合充
填した複合樹脂で形成したのは、第１にタングステンカ
ーバイト及びコバルトからなる溶射膜の移動体摺動面に
対し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に弾性率等
の材料物性値を改良し、出力、効率等のモータ性能を向
上するためであり、第３に熱伝導性を向上して効率等の
モータ性能を改善するためであった。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】従来技術１におけ
る従来型の振動波モータにおいて、移動体の摺動面を提
供する複合樹脂層からなる摺動体に、非熱可塑性ポリイ
ミド或は熱可塑性ポリイミドにガラス状カーボンを配合
充填した強化型の複合樹脂を用いることで、モータ駆動
による温度上昇の状態でも、モータの性能及び精度は安
定し、長時間駆動でも耐摩耗性は十分であった。

【０００８】しかしながら従来型の振動波モータで２
２．５ｒｐｍ，８ｋｇｃｍという低速高トルクの定格値
を満たすことができず、なお高トルク化のための改良が
必要となった。

【０００９】本発明の第１の目的は前記の課題を解決す
るもので、振動体の摩擦面を改良し、より低速高トルク
化をはかり、要求特性を満たす低速高トルク型の振動波
モータを得ようとするものである。

【００１０】本発明の第２の目的は移動体の摺動面を提
供する移動体より量産性があり、低価格化が可能な複合
樹脂で形成することにある。

【００１１】従来技術２の振動波モータにおいて、振動
体の接触面の複合樹脂及び移動体の摺動面のタングステ
ンカーバイト及びコバルト溶射膜のいずれもが、価格が
高く、且つ量産性にも問題があった。

【００１２】先ず複合樹脂層の母材樹脂である非熱可塑
性のポリイミド樹脂は樹脂材料自体が高価格であり、圧
縮成形法を採用している材料であり、更に圧縮成形され
た丸棒から削りだすため加工費が高かった。熱可塑性ポ
リイミド樹脂は材料が高価であるほか、射出成形後結晶
化を進めるためにアニニールを行う必要があり、その際
収縮が大きく、施削による後加工が必要であった。

【００１３】一方移動体の摺動面を硬化させるためのタ
ングステンカーバイト及びコバルト膜はマスキングして
の溶射加工を行うため、量産性に問題があった。又溶射
膜面のラップ加工においても、加工時間が長く量産化が
困難であった。

【００１４】

【課題を解決するための手段（及び作用）】上記課題を
解決するためになされた本発明の振動波モータは、駆動
用振動波が励起される振動体に、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
体と加圧接触する部材を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モータにおいて、前
記振動体の摩擦面に炭化ケイ素を共析したニッケルリン
基合金膜を形成し、合金膜を熱処理してビッカース硬さ
（Ｈ_V ）を９００〜１４００とし、一方前記複合樹脂層
を熱可塑性樹脂からなる母材樹脂に平均粒径５〜３０μ
ｍのガラス状カーボンを重量比１５〜４０％配合充填し
た複合樹脂で形成するものである。

【００１５】又上記の第２の目的を解決するためになさ
れる本発明の振動波モータは、前記複合樹脂層の母材樹
脂を熱可塑性樹脂である、ポリエーテルニトリル（ＰＥ
Ｎ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）及び液晶
性の全芳香族ポリエステル（ＬＣＰ）の中のいずれか１
つとする。

【００１６】振動波モータの低速高トルク化のためには
振動体の摩擦面と振動体との接触面を提供する複合樹脂
層との間の摩擦係数が大なることが必要であり、又振動
体の摩擦面と振動体との接触面を提供する移動体の複合
樹脂層の摺動面のいずれもがより大きい耐摩耗性を示す
ことが必要となる。

【００１７】本発明ではマルテンサイト系ステンレス鋼
（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の振動体摩擦面に平均粒径０．５
〜３μｍの硬度の高い炭化ケイ素を体積比で８〜２０％
均一に分散して共析させたニッケルリン基合金膜を２０
〜３０μｍの厚さで形成する。

【００１８】この際用いるニッケルリン基合金の成分は
Ｎｉ８２〜９８％、Ｐ２〜１５％である。

【００１９】又移動体の複合樹脂層との間の摩擦駆動で
の振動体摩擦面のＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ合金膜の耐摩擦性を
さらに向上させるため、合金膜を３００〜４００℃で熱
処理してビッカーズ硬さ（Ｈ_V ）が９００〜１４００と
なるようにする。

【００２０】これは高硬度の炭化ケイ素の微粉末がＮｉ
−Ｐ−ＳｉＣ合金膜から脱落し、これが研磨材となり、
相手の複合樹脂層の摩耗を促進するのを防ぐためであ
る。

【００２１】本発明では移動体の複合樹脂層の強化材と
してカーボンビーズを配合充填するが、このカーボンビ
ーズは破断面がガラス状の光沢を有する非晶質で等方性
のガラス状カーボンであるが、炭素繊維に比べると硬度
は低いが、分散性、流動性或は樹脂に対する親和性の優
れた摺動性フィラーなので、複合樹脂層の耐摩耗性の向
上、弾性率等の材料物性の改良に有効である。

【００２２】本発明の複合樹脂の母材樹脂は、１５０℃
以上の温度でも、長時間使用できるいわゆるスーパエン
プラ（エンジニアプラスチック）の熱可塑性樹脂が用い
られるが、こうした耐熱性樹脂としては、結晶性のポリ
イミド（Ｐ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエー
テルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリ
ル（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、変性ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリ
カーボネート（ＰＣ）と、別に液晶性を示す全芳香族ポ
リエステル（ＬＣＰ）等が知られるが、前記の樹脂の中
から量産性及び価格を考慮しつつ要求特性を満たす材料
が移動体の複合樹脂層の母材樹脂として選択されるもの
である。

【００２３】一方、前述した従来技術２の課題を解決す
るためになされた本発明の振動波モータは、進行性進行
波を生ずる弾性材からなる振動体に、加圧接触する移動
体との接触面を提供する複合樹脂層を形成し、前記移動
体を振動体に生じさせた進行性振動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、前記振動体の複合
樹脂層を熱可塑性の母材樹脂に平均粒径５〜３０μｍの
粒状或は球状のガラス状カーボンを重量比で１５〜４０
％配合充填する。

【００２４】又熱可塑性の母材樹脂としてポリエーテル
ニトリル（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（Ｐ
ＰＳ）及び液晶性の芳香族（ＬＣＰ）のいずれか１つと
する。

【００２５】その結果耐熱性樹脂ではあるが比較的安価
な熱可塑性樹脂に強化材として炭素繊維より硬度が低
く、分散性、流動性及び親和性を有するガラス状のカー
ボンビーズを配合充填した複合樹脂層がより低価格で且
つ量産性の課題を解決して得られる。

【００２６】一方移動体の摺動面には安価であり量産性
に優れた無電解ニッケル法を用いてビッカース硬度（Ｈ
_V ）が８００の炭化ケイ素を共析したＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ
合金膜を形成する。

【００２７】そして必要ならば熱処理してビッカース硬
度（Ｈ_V ）が９００〜１４００と従来のタングステンカ
ーバイド及びコバルト溶射膜の硬さが得られる。

【００２８】炭化ケイ素を共析したニッケルリン酸基合
金膜は膜厚が均一であることもあってラップ加工による
平面移しもより容易である。

【００２９】振動波モータの低高速トルク化のためには
振動体の接触面を提供する複合樹脂層と振動体に加圧接
触する移動体の摺動面との間の摩擦係数が大なることが
必要であり又振動体の複合樹脂層と、移動体の摺動面の
いずれもがより大きい耐摩擦性を示すことが必要とな
る。

【００３０】本発明では振動体の複合樹脂層の強化材と
してカーボンビーズを配合充填するが、このカーボンビ
ーズは破断面がガラス状の光沢を有する非晶質で等方性
のガラス状カーボンであるが、従来用いられていた炭素
繊維に比べると硬度は低いが、分散性、流動性或は樹脂
に対する親和性の優れた摺動性フィラーなので、複合樹
脂層の耐摩耗性の向上、弾性率等材料物性の改良に有効
である。

【００３１】本発明の複合樹脂の母材樹脂は１５０℃以
上の温度も長時間使用できるいわゆるスーパエンプラの
熱可塑性樹脂が用いられるが、こうした耐熱性樹脂とし
ては結晶性のポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド
（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリフェニレ
ンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリアセタール（ＰＯ
Ｍ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を、非晶
質のポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、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（ＲＳＦ）、変性ポリフェニレンオキサイド（ＤＰ
Ｏ）、ポリカーボネート（ＰＣ）と別に液晶性を示す全
芳香族ポリエステル（ＬＣＰ）等が知られているが、前
記の樹脂の中から量産性及び価格を考慮しつつ要求特性
を満たす材料が振動体の複合樹脂層の母材樹脂として選
択されるものである。

【００３２】本発明では、一方アルミ合金からなる移動
体の摺動面に平均粒径０．５〜３μｍの硬度の高い炭化
ケイ素を体積比で８〜２０％、均一に分散して共析させ
たニッケルリン基合金膜を２０〜３０μｍの厚さで形成
する。この際用いるニッケルリン基合金の成分はＮｉ８
２〜９８％，Ｐ２〜１５％である。

【００３３】又振動体の複合樹脂層との間の摩擦駆動で
の移動体摺動面のＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ合金膜の耐摩耗性を
さらに向上させるため、合金膜３００〜４００℃で熱処
理してビッカース硬さ（Ｈ_V ）が９００〜１４００とな
るようにする。

【００３４】これは高硬度の炭化ケイ素の微粉末がＮｉ
−Ｐ−ＳｉＣ合金膜から脱落し、これが研磨剤となり相
手の複合樹脂層の摩耗を促進するのを防ぐためである。

【００３５】

【実施例】

〈第１の実施例〉図１は本発明による振動波モータの第
１の実施例を示す縦断面図、図２の（ａ）は電極構成
図、図２の（ｂ）はステータの展開側面図、図３は加圧
用の圧縮ばね部材である。

【００３６】図において、１は厚さ６の薄い円環形状の
圧電素子で、弾性材料からなり、駆動のための振動の波
長（λ）の２／λあたり４個の突起を等間隔に全周にわ
たり形成した振動体２に、そのベタ電極面を固着してス
テータとしている。

【００３７】圧電素子１の他面の電極構成は、図２の
（ａ）に示す通り、励起されるべき振動数の波長λに対
し、交互に逆の伸縮極性となるようλ／２ピッチで分極
された駆動用のＡ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）及びＢ電極群
（Ｂ₁ 〜Ｂ₈ ）と、これらＡ及びＢ電極間にあり、夫々
の電極群の振動状態を検出するλ／４ピッチの振動検出
用電極Ｓ_A 及びＳ_B と、他に接着用の三つの共通電極Ｇ
からなっている。

【００３８】前記の駆動用Ａ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）に対
し駆動用Ｂ電極群（Ｂ₁ 〜Ｂ₈ ）は３／４λずれたピッ
チで配置され、一方振動検出用の電極Ｓ_A 及びＳ_B は駆
動用のＡ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）及びＢ電極群（Ｂ₁ 〜
Ｂ₈ ）によるそれぞれ定在波の実質的に腹の位置を中心
として配置されている。

【００３９】図２の（ｂ）で振動体２の突起は軸心に対
して一定幅（ｔ）のスリットを入れることで形成される
が、Ｈは振動体２の全高さ、ｈはスリット深さである。

【００４０】更に図２（ｂ）に示したように、圧電素子
１の振動検出用の電極Ｓ_A 及びＳ_Bの中央点は振動体２
のスリット部の中央点に合致させてステーターとしてい
るので、駆動用のＡ電極群（Ａ₁ 〜Ａ₈ ）或はＢ電極群
（Ｂ₁ 〜Ｂ₈ ）の中央点は全てスリット部の中央点に合
致している。

【００４１】図１で圧電素子１は耐熱性を有するエポキ
シ系接着剤で、振動体２の裏面に同心的にかつ振動体２
のスリット位置に対し前述の通りの電極構成を特定して
固着している。

【００４２】３は熱伝導性の優れた材料からなる筐体
で、振動体２の接触部の内径側の薄板円板部２ａを介し
て振動体２をビス４で強固に固定している。

【００４３】又筐体３の中心部の内径嵌合部には第１の
ボール軸受１１が外輪１１ａを固着して設けられてい
る。

【００４４】１００は中間にフランジ部１００ｃが、例
えば焼ばめ等で固着された出力軸をなす回転軸であり、
その１端部１００ａは第１のボール軸受１１の内輪に軸
方向摺動可能に支持され、また他端１００ｂは、筐体カ
バー１０８の中心部に筐体３とは反対側に張り出た軸受
嵌合部１０８ａに外輪１２ａを固着して設けられた第２
のボール軸受１２の内輪１２ｂに軸方向摺動可能に支持
されている。

【００４５】回転軸１００の他端部１００ｂには、図示
されていないエンコーダの入力軸を固定するための内径
嵌合部１００ｅ及び固定ネジ孔１００ｄが設けられてい
る。２１５は回転軸１００のフランジ部１００ｃにネジ
１１６で同心的に固定された円筒形状の中間部材であ
り、外周部端には環状の移動体７が同心的に嵌合して設
けられている。

【００４６】この移動体７は複合樹脂からなる環状の摺
動体６と摺動体６をエポキシ系接着剤で同心的に固着し
た例えばアルミ合金からなる支持体５とで形成されてお
り、この摺動体６が振動体２の摺動面２ｂに接触する。

【００４７】移動体７はその底部のゴム性の弾性シート
１７を介して円筒形状の中間部材２１５の厚肉のフラン
ジ部２１５ａで支持されている。

【００４８】中間部材２１５には内径部に凹所２１５ｂ
が形成されており、凹所２１５ｂの壁２１５ｃと第２の
ボール軸受１２の内輪１２ａとの間に設けられた例えば
図３に示すダイヤフラム形状の圧縮ばね部材１１４が発
生する軸方向荷重が弾性シート部材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２ｂと移動体
７の摺動体６が加圧接触している。

【００４９】１０８は筐体カバーでネジ９により筐体３
に固定されており、その中央部には筐体３側に対向して
軸受嵌合孔１０８ａが張出すように形成され、この軸受
嵌合孔１０８ａに第２のボール軸受１２が嵌合され、そ
の外輪１２ａは接着剤で固着されている。

【００５０】以上が本実施例の低速高トルク型振動波モ
ータの基本構造であり、加圧用の圧縮ばね部材１１４の
発生する軸方向荷重は、比較的厚板で剛性が大きい円筒
形状の中間部部材２１５を介して移動体７に付加される
ことになる。

【００５１】本発明の振動波モータに対する要求特性を
第１表に、主たる設計仕様を表２に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【表２】

【００５４】表３に従来型（比較例）と本実施例の振動
体の材料、摩擦面の硬化処理及びマイクロビッカース硬
度計で測定した硬度を示す。

【００５５】又第４表に従来型（比較例）と本実施例の
複合樹脂の構成即ち母材樹脂と強化材及び強化材の充填
量と、複合樹脂の曲げ弾性率及びロックウェル硬さ（Ｍ
スケール）の硬度を示す。

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】先づ図１の実施例の振動体２として表２及
び表３に示す通り、マルテンサイト系ステンレス（ＳＵ
Ｓ４２０Ｊ２）で所定のサイズ及びスリットの振動体を
製作し、摩擦面に無電解ニッケルメッキ法で平均粒径が
１μｍの炭化ケイ素が体積比で１２％共析する厚さが２
５μｍのＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ合金膜を形成した。

【００５９】そして摩擦面の合金膜面をラップ加工し
て、平面度２μｍ以下、面粗さを中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．０２μｍ以下に仕上げた。

【００６０】次に図１の実施例の摺動体６として表２及
び表４に示す通り、強化材であるガラス状カーボン（日
本カーボン製、カーボンマイクロビーズＩＣＢ−１０２
０）重量比で３０％母材樹脂である熱可塑性樹脂６種
（実施例〜）及び液晶性の芳香族ポリエステル樹脂
（実施例）に配合し、射出成形法で成形し、所定の寸
法に削りだした後、アルミ合金の支持体５にエポキシ系
接着剤を用いて固定した。

【００６１】そして摺動体６の摺動面をラップ加工し
て、平面度３μｍ以下、面粗さを中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．０５μｍ以下に仕上げた。

【００６２】表４の比較例及びの摺動体は従来用い
ていた複合樹脂で、比較例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との縮合物である非熱可
塑性樹脂の芳香族ポリイミド樹脂に強化材であるガラス
状カーボンを重量比で２５％配合し、加熱圧縮成形し、
その後切削加工して所定の寸法としたものである。

【００６３】又比較例は熱可塑性のポリイミド樹脂に
ガラス状カーボンを重量比で３０％配合し、射出成形法
で成形し、熱処理して結晶化を進めた後、所定の寸法に
削りだしたものである。

【００６４】表５は振動体の実施例及び比較例と複合樹
脂摺動体の実施例及び比較例を組合わせて製作した図１
の構造の低速高トルク型振動波モータの評価結果を示す
ものである。

【００６５】評価項目は定格、回転精度及び寿命で表１
の要求特性に対応するもので、定格は２２．５ｒｐｍで
のトルク値の範囲で評価した。

【００６６】即ち２２．５ｒｐｍで８ｋｇｃｍ以上が得
られたとき「○」、７〜８ｋｇｃｍが「△」、７ｋｇｃ
ｍ以下が「×」とした。

【００６７】次に回転精度は３３．３ｒｐｍで１ｋｇｃ
ｍの負荷を与えた状態で２４時間の連続運転をおこなっ
たときのワウフラッタ値の範囲で評価した。即ち０．０
３％ＲＭＳ以下が「○」、０．０３〜０．０４％ＲＭＳ
が「△」、０．０４％以上が「×」である。

【００６８】寿命は３３．３ｒｐｍ無負荷で５００時間
の連続運転を行ったあとの複合樹脂摺動体の摩耗量を相
対評価し、「○」、「△」、「×」とした。

【００６９】

【表５】

【００７０】先づ表５で振動体の摩擦面の評価結果をみ
ると、複合樹脂の摺動体の比較例及びと組合せた振
動体の実施例（本発明）は比較例（従来型）に対しトル
クが大きくなっており改善されている。これはＮｉ−Ｐ
−ＳｉＣ合金膜の摩擦係数が析出硬化形ステンレス鋼よ
り大きいためである。又回転精度が改善された傾向が見
られるが、これはＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ合金膜の方が複合樹
脂の摩耗粉が付着しにくいためと思われる。

【００７１】次に複合樹脂摺動体の評価結果をみると、
定格のトルクの大きさでは比較例の複合樹脂に対し実
施例及びの複合樹脂で改善がみられ、実施例，
，，及び比較例の複合樹脂が同等で、実施例５
の複合樹脂のみが小さいトルクを示した。

【００７２】実施例の複合樹脂は、表４の硬度でみる
と最も軟かく、又、母材樹脂が比結晶性であるため摩耗
係数が大きいこともあってトルクが大となった。

【００７３】実施例の複合樹脂は射出成形の冷却過程
で分子が流動方向に配向したまま固化する液晶性の全芳
香族ポリエステル樹脂であり、厚み方向の多層構造もあ
って大きなトルクが得られるものである。

【００７４】回転精度の評価では比較例の複合樹脂に
対し実施例，，，及びが同等及び実施例，
及び比較例がやや悪かった。

【００７５】実施例の回転精度が低いのは、他の複合
樹脂に比べて摩耗が多いことによると思われる。又、比
較例の複合樹脂は摩耗粉の振動体摩擦面への部分的付
着がやや多いためと思われる。

【００７６】寿命の評価結果では実施例，及びの
摩耗量の多さが目立った。実施例の直鎖型のポリフェ
ニレンサルファイドは他の材料に比べて「サラサラ」し
た摩耗粉を示していた。実施例及びはいずれも非晶
性の熱可塑性樹脂であり、摺動性では平素弱点を持つ材
料である。但し実施例のポリエーテルスルホン（ＰＥ
Ｓ）等は強化材の充填量をより多くすれば耐摩耗性の向
上が期待できる。

【００７７】尚表４の本実施例の複合樹脂の構成で、実
施例の液晶性の芳香族ポリエステルはアモコ社のザイ
ダー（商品名）を用いたが液晶性を示す芳香族ポリエス
テルとしては他に住友化学工業のエコノールＥ６００
０，Ｅ２０００、ヘキストセラニーズ社のベクトラＡ９
５０等がある。

【００７８】又強化材であるカーボンビーズを日本カー
ボン社のカーボンマイクロビーズＩＣＢ−１０２０とし
て複合樹脂摺動体が検討されているが、カーボンビーズ
として鐘紡のベルパールＣ−２０００、大和田カーボン
工業のガラスポン−Ｐ、呉羽化学工業のクレハＭＨ、ユ
ニチカのユニベックスＧＣＰ等を用いても良い。

【００７９】〈第２の実施例〉本実施例は、前述した図
１に示す実施例と同様の基本的構成を有し、異なる所
は、第１の実施例においては摺動体６を移動体側に設け
ているのに対し、第２の実施例では振動体側に設けてお
り、またこの摺動体６を複合樹脂層で形成し、振動体２
の全ての突起にエポキシ系接着剤で固着している。

【００８０】また、複合樹脂層から構成される摺動体６
と加圧接触する移動体７は、該摺動体６との接触面に、
炭化ケイ素を共析するニッケルリン基合金膜を形成して
いる。

【００８１】本実施例の振動波モータに対する要求特性
を表６、主たる設計仕様を表７に示す。

【００８２】

【表６】

【００８３】

【表７】

【００８４】表８に従来型（比較例）と第２の実施例の
移動体の摺動面の硬化処理およびマイクロビッカース硬
度計で測定した硬度を示す。

【００８５】また、表９に従来型（比較例）と第２の実
施例における振動体の複合樹脂層からなる摺動体６の母
材と強化材および強化材の充填量と、複合樹脂の曲げ弾
性率およびロックウェル硬さ（Ｍスケールの硬度）を示
す。

【００８６】

【表８】

【００８７】

【表９】

【００８８】第２の実施例における移動体５’として表
７及び表８に示す通り、アルミ合金製で摺動面に無電解
ニッケルメッキ法で平均粒径が１μｍの炭化ケイ素が体
積比で１２％共析する厚さが２５μｍのＮｉ−Ｐ−Ｓｉ
Ｃ合金膜を形成した。なお、移動体５’の摺動面の大き
さは外径６８（ｍｍ）、内径６４（ｍｍ）とした。

【００８９】そして摺動面の合金膜面をラップ加工し
て、平面度３μｍ以下、面粗さを中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．０５μｍに仕上げた。

【００９０】次に振動体２の複合樹脂からなる摺動体
６’として表７及び表９に示すように強化材であるガラ
ス状カーボン（日本カーボン製、カーボンマイクロビー
ズＩＣＢ−１０２０）を重量比で３０％、母材樹脂であ
る熱可塑性樹脂６種（実施例〜）及び液晶性の全芳
香族ポリエステル樹脂（実施例）に配合し、射出成形
法で成形し、その後φ６７．５×φ６４．５×０．６^t
（ｍｍ）のリング状の複合樹脂層を製作し、マルテンサ
イト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の振動体２に
同心的にエポキシ系接着剤を用いて固着した。そして振
動体２の突起面上だけ複合樹脂層を残すため余分の複合
樹脂層を削除した。

【００９１】そして振動体２の複合樹脂層である摺動体
の摺動面をラップ加工して平面度２μｍ以下、面粗さを
中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０２μｍ以下にした。

【００９２】表９の比較例及びの複合樹脂は従来用
いてきた材料で、比較例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との縮合物である非熱可塑
性の芳香族ポリイミド樹脂に強化材であるＤＡＮ系炭素
繊維を重量比で１５％配合し、加熱圧縮成形し、その後
切削加工して所定の寸法としたものである。

【００９３】また、比較例は熱可塑性のポリイミド樹
脂にピッチ系炭素繊維を重量比で３０％配合し、射出成
形法で成形し、熱処理して結晶化を進めた後、所定の寸
法の寸法に削り出したものである。

【００９４】表１０は移動体の実施例及び比較例と振動
体複合樹脂層の実施例及び比較例を組合せて製作した図
１の構造の低速高トルク型振動波モータの評価結果を示
すものである。

【００９５】評価項目は定格、回転精度及び寿命で、表
６の要求特性に対応するもので、定格は２２．５ｒｐｍ
でのトルク値の範囲で評価した。

【００９６】即ち２２．５ｒｐｍで８ｋｇｃｍ以上が得
られたとき「○」、７〜８ｋｇｃｍが「△」、７ｋｇｃ
ｍ以下が「×」とした。

【００９７】次に回転精度は３３．３ｒｐｍで１ｋｇｃ
ｍの負荷を与えた状態で２４時間の連続運転をおこなっ
たときのワウフラッタ値の範囲で評価した。即ち０．０
３ＲＰＭ以下が「○」、０．０３〜０．０４％ＲＭＳが
「△」、０．０４以上が「×」である。

【００９８】寿命は３３．３ｒｐｍ無負荷で５００時間
の連続運転を行ったあとの振動体複合樹脂層の摩耗量を
相対評価「○」、「△」及び「×」とした。

【００９９】

【表１０】

【０１００】先づ表１０移動体の摺動面の評価結果をみ
ると、振動体の複合樹脂層の比較例及びと組合せた
移動体の実施例及び比較例では、定格のトルクの大きさ
と回転精度はほぼ同等であったが、寿命は実施例の移動
体の方がやや悪かった。これはＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ合金膜
とタングステンカーバイト及びコバルト溶射膜の摩擦係
数がほぼ同等であるが、炭素繊維の硬さに対しＮｉ−Ｐ
−ＳｉＣ合金膜がやや弱く、脱落するＳｉＣ微粉末によ
り振動体複合樹脂層の摩耗を促進しているためと思われ
る。

【０１０１】次に振動体の複合樹脂層の評価結果をみる
と、定格のトルクの大きさでは比較例の複合樹脂に対
し実施例及びの複合樹脂で改善がみられ、実施例
，，，及び比較例の複合樹脂が同等で、実施
例の複合樹脂のみが小さいトルクを示した。

【０１０２】実施例の複合樹脂は（表９）の硬度でみ
ると最も軟らかく、また母材樹脂が非晶性であるため摩
耗係数が大きいこともあってトルクが大となった。

【０１０３】実施例の複合樹脂は射出成形の冷却過程
で分子が流動方向に配向したまま固化する液晶性の全芳
香族ポリエステル樹脂であり、厚み方向の多層構造もあ
って、大きなトルクが得られるものである。

【０１０４】回転精度の評価では、比較例の複合樹脂
に対し実施例，，，及びが同等程度で、実施
例，及び比較例がやや悪かった。

【０１０５】実施例の回転精度が低いのは他の複合樹
脂に比べて摩耗が多いことによると思われる。又比較例
の複合樹脂は摩耗粉の振動体摩擦面への部分的付着が
やや多いためと思われる。

【０１０６】寿命の評価結果では実施例，及びの
摩耗量の多さが目立った。

【０１０７】実施例の直鎖型のポリフェニレンサルフ
ァイドは他材料に比べて「サラサラ」した摩耗粉を示し
ていた。実施例及びはいずれも非晶性の熱可塑性樹
脂であり、摺動性では本来弱点を有する材料である。但
し実施例のポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）等は強
化材の充填量をより多くすれば耐摩耗性の向上が期待で
きる。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動体摩擦面に平均粒径１μｍの炭化ケイ素を体積比で１
２％共析するニッケルリン基合金膜を形成して摩擦係数
を大きくし、又熱処理して硬度を高くした振動体摩擦面
を得たため、低速高トルク化が可能となり、振動体摩擦
面の摩耗の少ない安定した摩擦駆動が行われるので回転
精度の向上がみられ、かつ複合樹脂摺動体の摩耗を少な
くして振動波モータの寿命を改善することが可能となっ
た。

【０１０９】又、従来効果な非熱可塑性ポリイミドや熱
可塑性ポリイミドが用いられていたが、適当量のガラス
状カーボンを配合充填することでより低価格な熱可塑性
樹脂や液晶性樹脂摺動体が射出成形等の量産性のある製
法で製作することが可能となった。

【０１１０】一方、移動体摺動面に高価で量産性のない
タングステンカーバイト及びコバルトからなる溶射膜の
代りに平均粒径１μｍの炭化ケイ素を体積比で１２％共
析するニッケルリン基合金膜を形成し、又熱処理して硬
度を高くした移動体摺動面を得、また振動体の複合樹脂
層を高価で量産性が低い非熱可塑性ポリイミド或は熱可
塑性ポリイミドの代りに、低価格で射出成形が可能な熱
可塑性樹脂や液晶性樹脂を採用し、強化材として炭素繊
維よりは硬度の低いガラス状カーボンを配合充填して、
従来型の振動波モータに対して、同等以上の低速高トル
ク化が可能であり、同等以上に振動体複合樹脂層の摩耗
が少なく回転精度が改善され、かつ振動体複合樹脂層の
摩耗が小さく寿命が改善された低速高トルク型の振動波
モータが提供出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動波モータの実施例の縦断面
図。

【図２】図１に示す振動体の電極構成等を示し、（ａ）
は電極構成を示す平面図、（ｂ）は振動体の展開側面図
を示す。

【図３】図１に示す圧縮バネ部材の平面図。

【符号の説明】

１…圧電素子２…振動体５…支持体６…摺動体７…移動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動用振動波が励起される振動体に、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、該振動体と加圧接触する部材を振動体
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
動波モータにおいて、前記振動体の摩擦面に炭化ケイ素を共析したニッケルリ
ン基合金膜を形成し、前記複合樹脂層を熱可塑性樹脂か
らなる母材樹脂に平均粒径５μｍ〜３０μｍのカーボン
ビーズを配合充填したことを特徴とする振動波モータ。
【請求項２】前記駆動体の摩擦面が熱処理されてビッ
カース硬さ（Ｈ_V ）が９００〜１４００であることを特
徴とする請求項１の振動波モータ。
【請求項３】前記複合樹脂層のカーボンビーズが粒状
或は球状のガラス状カーボンであることを特徴とする請
求項１の振動波モータ。
【請求項４】前記複合樹脂層のカーボンビーズが重量
比で１５〜４０％であることを特徴とする請求項１の振
動波モータ。
【請求項５】前記熱可塑性樹脂がポリエーテルニトリ
ルであることを特徴とする請求項１の振動波モータ。
【請求項６】前記熱可塑性樹脂がポリフェニレンサル
ファイドであることを特徴とする請求項１の振動波モー
タ。
【請求項７】前記熱可塑性樹脂が液晶性の全芳香族ポ
リエステルであることを特徴とする請求項１の振動波モ
ータ。
【請求項８】駆動用振動波が励起される弾性材からな
る振動体に、該振動体と加圧接触する移動体との接触面
を提供する複合樹脂層を形成し、前記移動体を振動体に
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
波モータにおいて、前記振動体の複合樹脂層を熱可塑性樹脂からなる母材樹
脂に平均粒径５μｍ〜３０μｍのカーボンビーズを配合
充填した複合樹脂で構成したことを特徴とする振動波モ
ータ。
【請求項９】前記複合樹脂層のカーボンビーズが粒状
或は球状のガラス状カーボンであることを特徴とする請
求項８の振動波モータ。
【請求項１０】前記複合樹脂層のカーボンビーズが重
量比で１５〜４０％であることを特徴とする請求項８の
振動波モータ。
【請求項１１】前記熱可塑性樹脂がポリエーテルニト
リル、ポリフェニレンサルファイド及び液晶性の芳香族
ポリエステルのいずれか１つであることを特徴とする請
求項８の振動波モータ。
【請求項１２】前記移動体の摺動面に炭化ケイ素を共
析したニッケルリン基合金膜を形成したことを特徴とす
る請求項８の振動波モータ。
【請求項１３】前記移動体の摺動面が熱処置されてビ
ッカース硬さ（Ｈ_V）が９００〜１４００であることを
特徴とする請求項１２の振動波モータ。