JPH11206159A

JPH11206159A - 振動型駆動装置

Info

Publication number: JPH11206159A
Application number: JP10002948A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shirasaki; 隆之白崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間連続運転でのより安定したモータ性能の
振動型駆動装置を提供する。【解決手段】振動が励起される振動体と、この振動体
に加圧力により移動体を接触させて相対的に摩擦駆動す
る振動型駆動装置において、振動体および移動体のう
ち、一方の摺接面を樹脂又は樹脂組成物に少なくとも強
化材を充填した複合樹脂層で形成し、他方の摺接面を凹
所を有するメッキ膜で形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動型駆動装置に関
し、さらに詳しくは振動型駆動装置の構成部材である振
動体と、前記振動体に加圧接触する移動体の摺接面の材
料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動波モータ等の振動型駆動装置は、振
動体とこれに加圧接触する移動体の摩擦を利用して、振
動エネルギーを連続的な機械運動エネルギーに変換させ
る形式の動力発生源である。このため両者の摺接面は自
己潤滑性を有し、耐摩耗性の高い材質で構成する必要が
ある。

【０００３】従来の振動型駆動装置（以下振動波モータ
という）では、移動体の摺接面に熱可塑性樹脂であるポ
リエーテルニトリル（商品名：出光ＰＥＮ）をベース樹
脂とし、これに強化材として、ＰＡＮ系炭素繊維を重量
で１０〜２０％充填し、さらに固体潤滑剤としてフッ素
樹脂（ＰＴＦＥ）及びグラファイトを充填した複合樹脂
層を用い、他方の振動体の摺接面を粒子径が１μｍ以下
のフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を重畳比で１．５〜８．５％
共折した無電解ニッケルメッキ膜（Ｎｉ−ｐ）を厚さ２
５μｍで形成し、３００℃で加熱硬化してビッカース硬
度（Ｈｖ）が８００〜４５０の自己潤滑性を有する硬化
膜としていた。

【０００４】このように移動体の摺接面を耐熱性及び耐
摩耗性の複合樹脂層で形成し、振動体の摺接面を自己潤
滑性を有する硬化膜としたのは、両者の摩擦駆動で摺接
面間の摩擦係数が定常的に安定しており、又両者の摺接
面の摩耗を極力小さくすることが可能であると考えられ
たためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の振動波モータにおいて、回転負荷を５ｋｇ
ｃｍとし、６４ｒｐｍの回転数で、１８００時間の連続
運転テストをおこなったところ、移動体摺接面の複合樹
脂層の摩耗量は１８μｍで、他方の振動体摺接面の硬化
膜の摩耗は円周方向の摩耗痕として示され、最大深さが
２μｍありいずれの摩耗量も目標値を満たさず、摩耗量
のさらなる軽減が必要とされた。

【０００６】本出願に係る第１の発明の目的は、振動波
モータの長時間連続運転において移動体及び振動体のそ
れぞれの摺接面の摩耗をより軽減することであり、特に
振動体の硬化膜の摩耗を軽減して、より安定したモータ
性能の振動型駆動装置を提供しようとするものである。

【０００７】本出願に係る第２の発明の目的は、振動波
モータの摺接面を形成する自己潤滑性を有する硬化膜を
表面性状の面で改良し、静摩擦係数と動摩擦係数の差を
小さくし、起動時のステイックスリップを軽減した振動
型駆動装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本願の発明は、振動が励起される振動体と、この振動
体に加圧力により移動体を接触させて相対的に摩擦駆動
する振動型駆動装置において、振動体および移動体のう
ち、一方の摺接面を樹脂又は樹脂組成物に少なくとも強
化材を充填した複合樹脂層で形成し、他方の摺接面を凹
所を有するメッキ膜で形成するものである。

【０００９】さらに、前記メッキ膜の凹所に固体潤滑剤
（二硫化モリブデン、グラファイト及びフッ素樹脂等）
を封入して自己潤滑性のある複合硬化膜を形成すること
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態は、前記メッキ膜が多孔性表面性状の無
電解メッキ膜（Ｎｉ−ｐ，Ｃｏ−ｐ等）であり、その凹
所に固体潤滑剤であるフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）をコーテ
ィングし、ＰＴＦＥの融点以上の温度（例えば３５０
℃）で熱処理して、ＰＴＦＥを封入、融着するととも
に、無電解メッキ膜を硬化して、自己潤滑性のある複合
硬化膜とするものである。

【００１１】従来のＰＴＦＥを共折した無電解メッキの
硬化膜は、図４に示すように、粒径が１μｍ以下、例え
ば０．５μｍ程度のＰＴＦＥが２５μｍのメッキ膜中に
体積比で５〜２５％程度均一に分散しており、そのため
荷重を支持する硬度或は靭性が無電解メッキの硬化膜自
体のそれより小さくこの点で不利であった。

【００１２】しかし、本発明の第１の実施の形態の無電
解メッキの硬化膜は、粒子径が１μｍ以下のＰＴＦＥを
摺接面に点在する凹所にのみ封入しているため、荷重を
支持する硬度或は靭性は無電解メッキ自体の特性を有し
ており、相対的に硬度および靭性が高く、且つ多量のＰ
ＴＦＥを封入した自己潤滑性の複合硬化膜であって、耐
摩耗性のさらなる向上が期待できる。

【００１３】無電解メッキ膜を多孔性表面性状とする表
面処理技術としては、ニダックス（商品名：アルバック
テクノ社）或はレジスタック（商品名：旭テクノプロデ
ュース社）等があり、これ等無電解ニッケルメッキ膜の
生成の課程で、硬化膜に深さが２〜８μｍの微細凹凸を
形成する周知の表面処理技術である。

【００１４】次いで、図５の（ａ）に示すように、無電
解ニッケル膜の凹所に、粒径が１μｍ以下のＰＴＦＥを
コーティングし、ＰＴＦＥの融点より高い３５０℃程度
の温度で熱処理して、ＰＴＦＥを含浸、融着して、密着
力の強い自己潤滑性を有する複合硬化膜としている。

【００１５】また、図５の（ｂ）に示すように、別の表
面処理技術ではリンデン８０９及びコンボスＰ（いずれ
も商品名：ワールドメタル社）等周期律表の８族金属
（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等）の触媒作用による無電解メッキ
の生成の過程で、硬化膜に直径及び深さが５〜１０μｍ
のたこつぼ型の凹所を形成し、コーティングしたＰＴＦ
Ｅを３５０℃の温度で熱処理して、自己潤滑性を有する
複合硬化膜とするものがある。

【００１６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、図５の（ｃ）に示すように、前記メッキ膜が
クラック（深さが１０〜２０μｍ）を有する多孔性クロ
ームメッキであって、このマイクロクラック状の凹所に
ＰＴＦＥを封入して自己潤滑性のある複合硬化膜を形成
するものである。

【００１７】こうした技術として、テフ・ロック（商品
名：オテック社）或はプロトニクスシステムＴＡ（商品
名：日本プロトン社）等があり、前者は表面が網目状の
クラックである多孔性クロームメッキを約２００℃で加
熱し、袋状のクラックを拡大して、その中に−７０℃迄
冷却収縮したＰＴＦＥの微粒子を封入し、膨張させて強
固に密着した複合硬化膜とするものであり、後者は同様
の多孔性クロームメッキに対し、ＰＴＦＥと耐熱性樹脂
バインダーからなる複合材を特殊処理して、ＰＴＦＥの
超微粒子を圧入固着するものである。

【００１８】前記の第１及び第２の実施形態の振動体の
摺接面は、荷重を支持する高硬度で適度の靭性を有し、
耐摩耗性のあるメッキ膜面と、非粘着性と潤滑性機能を
有する固体潤滑剤面とが分離した、表面性状を示す複合
硬化膜である。

【００１９】従って従来のＰＴＦＥを摺動面の全面に均
一に分散した硬化膜に比し、本発明の複合硬化膜の硬度
或は靭性はメッキ膜自体の特性を有していて、荷重を支
持するので耐摩耗性の面で有利であり、更に固体潤滑剤
であるＰＴＦＥが摺接面上に多量に専有することが可能
のため、摩擦駆動の際、短時間にすべり方向にＰＴＦＥ
分子を配向し移着フィルムを形成するので、静及び動摩
擦係数の差は小さく、起動時のステイックスリップを軽
減することが可能となる。

【００２０】また、短時間に固体潤滑剤の移着フィルム
の形成が可能なため、振動体の複合硬化膜及び移動体の
複合樹脂層、いずれの摺接面の初期摩耗に対しても有効
である。

【００２１】

【実施例】（第１の実施例）図１は、本発明の第１の実
施例である振動波モータ（振動型駆動装置）の全体構成
を示し、図２は、この振動波モータを構成する振動体と
移動体を拡大して示している。

【００２２】これらの図において、１は薄い円環形状の
圧電素子である。２は弾性材料により作られた振動体で
あり、この振動体２の摺接面側には、λ／２あたり４個
の突起（くし歯）が等間隔で全周にわたって形成されて
いる。そして、各くし歯の表面（摺接面）には、後述す
る硬化膜が形成されている。また、振動体２の摺接面と
反対の面には圧電素子１の電極面全面が固着されてお
り、両者でステータを構成している。

【００２３】３はこの振動波モータの筐体であり、この
筐体３には、振動体２がビス４によって同心的に固定さ
れている。また、筐体３の中心部には、第１ボール軸受
１１の外輪が固着されている。１０は回転軸であり、こ
の回転軸１０の軸方向中間部には中間部材１５が、例え
ば焼ばめ等の方法により固着されている。回転軸１０の
一端は、第１ボール軸受１１の内輪に軸方向に摺動可能
に支持され、他端は第２ボール軸受１２の内輪に軸方向
に摺動可能に支持されている。なお、第２ボール軸受１
２の外輪は、筐体３にネジ９により固定された筐体カバ
ー８の中心軸に固着されている。

【００２４】中間部材１５の外周部には、環状の移動体
７が同心的に嵌合して設けられている。この移動体７
は、アルミ合金等から環状に作られた支持体５と、この
支持体５の表面に接着剤により同心的に固着された後述
する複合樹脂層６とから構成されている。支持体５の裏
面と中間部材１５のフランジ部との間には、ゴム製の弾
性シート材１７が介在しており、中間部材１５と第２ボ
ール軸受１２の内輪との間に設けられた圧縮ばね部材１
４が発生する軸方向加圧力がこの弾性シート部材１７を
介して支持体５に軸方向に作用する構成となっている。
この軸方向加圧力により、移動体７の摺接面（複合樹脂
層６の表面）は、振動体２の摺接面に圧接される。

【００２５】なお、圧縮ばね部材１４が発生する軸方向
加圧力（つまりは移動体７と振動体２との圧接力）は、
第２ボール軸受１２の内輪と圧縮ばね部材１４との間に
設けられた不図示のスペーサ部材によって調整すること
ができる。

【００２６】前記の支持体５に固着した複合樹脂層６と
しては、ベース樹脂に融点が３４０℃、ガラス転移点が
１４５℃の結晶性の熱可塑性樹脂であるポリエーテルニ
トリル（出光ＰＥＮ：出光マテリアル社商品名）を用
い、これに強化材としてＰＡＮ系炭素繊維を重量比で１
０％充填し、さらに固体潤滑剤としてフッ素樹脂（ＰＴ
ＦＥ）及びグラファイトを充填した複合樹脂層を用い
た。

【００２７】表１に従来の振動波モータの振動体および
本実施形態の振動波モータの振動体２の硬化膜の構成と
ビッカース硬さ（Ｈｖ）及び摩擦係数μを示す。

【００２８】従来例は無電解ニッケル膜（Ｎｉ−ｐ）に
フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を重量比で約７．５％共折し、
３００℃で熱処理して所定のビッカース硬さと、摩擦係
数を得ている。

【００２９】本実施例としては、多孔性表面性状を示す
無電解ニッケルメッキ膜を採用し、微細凹凸を形成する
硬化膜の凹所に粒径が１μｍ以下のＰＴＦＥをコーティ
ングし、３６０℃の温度で熱処理した複合硬化膜を用い
た。

【００３０】

【表１】

【００３１】表２は本実施例の振動波モータの目標性能
であり、又表３は主設計仕様である。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】上記の設計仕様の振動波モータに本実施例
の振動体２を組込んだ図１の構造の振動波モータを製作
し、表２の目標性能に対応して連続運転テストをした。

【００３５】テストはモータの回転軸１０の出力側にパ
ーマトルク（商品名：工進製作所製）を連絡し、回転負
荷を５ｋｇｃｍに設定し、回転軸の他端にエンコーダー
の回転板を支持し６４ｒｐｍ一定で制御しおこなった。

【００３６】モータの性能を３００時間間隔で測定し、
又摺接面の摩耗は９００時間間隔で測定して、合計１８
００時間の連続回転テストをおこなった。

【００３７】モータ性能は運転初期で最も大きく、時間
が進につれ、やや小さくなる傾向が見られるが、その変
動幅は従来例の振動体のモータより小さかった。

【００３８】この理由は振動体及び移動体のそれぞれの
摺接面へのＰＴＦＥの移着膜の生成が、従来例より本実
施例のほうが短時間で行われ、摺接面の摩耗係数の変動
の巾が小さいためと思われる。

【００３９】本実施例の潤滑性を有するＰＴＦＥが、摺
接面に多量に占有するので、すべり方向への移着フィル
ムの生成が早く、又静及び動摩擦係数の差も小さく、起
動性に優れていることも確認された。

【００４０】連続運転による移動体の摺接面の複合樹脂
層の摩耗量は９００時間後が６μｍ、１８００時間後は
１０μｍで時間あたりの摩耗率は０．００６μｍで従来
型の摩耗率０．０１μｍより小さかった。

【００４１】また、振動体の複合硬化膜の摩擦痕の最大
深さは、０．９μｍと改善されていた。

【００４２】（第２の実施例）図３は本発明の第２の実
施例である振動波モータの振動体と移動体の部分を拡大
して示している。

【００４３】図３において、５１は圧電素子、５２はこ
の圧電素子５１が固着された振動体で、第１実施例の振
動波モータの振動体と同じ材料、形状で作られている。

【００４４】５６は複合樹脂層であり、振動体のくし歯
の表面に接着剤で固着されており、第１実施例の支持体
に固着した複合樹脂層と同じ材料である。

【００４５】５７は移動体であり第１の実施例の支持体
５と同様の形状寸法のアルミ合金製であって、この表面
（複合樹脂層５６との摺接面）には、第１の実施例の振
動体硬化膜と同種の多孔性表面性状を示す無電解ニッケ
ル膜の凹所にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を含浸融着した複
合硬化膜としたものである。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動体および移動体のうち一方の摺接面を、凹所を有す
るメッキ膜を形成し、その凹所に固体潤滑剤、例えばフ
ッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を充填し、荷重を支持する高硬度
で耐摩耗性を有するメッキ膜面と、潤滑性を有する固体
潤滑剤面を分離してなる自己潤滑性のある複合硬化膜を
形成したので、メッキ膜自体の高い耐摩耗性と固体潤滑
剤の潤滑機能の相乗効果で、一方の複合硬化膜と他方の
複合樹脂層のそれぞれの摺接面の摩擦駆動における摩耗
の軽減が可能である。

【００４７】又、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）のような固体
潤滑剤が短時間で摺接面間に移着フィルムの形成を可能
とするため、静及び動摩擦係数の差が小さく、起動時の
ステイックスリップを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の振動波モータの断面
図。

【図２】図１の振動体と移動体の部分拡大断面図。

【図３】本発明の第２の実施例の振動体と移動体の部分
拡大断面図。

【図４】従来の硬化膜の拡大断面図。

【図５】（ａ）（ｂ）は第１の実施形態の複合硬化膜の
拡大断面図、（ｃ）は第２の実施形態の複合硬化膜の拡
大断面図。

【符号の説明】

１，５１…圧電素子２，５２…振動体５…支持体６，５６…複合樹脂層７，５７…移動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動が励起される振動体と、この振動体
に加圧接触する移動体とを相対的に摩擦駆動する振動型
駆動装置において、前記振動体および移動体のうち一方の摺接面を、樹脂又
は樹脂組成物に、少なくとも強化材を充填した複合樹脂
層で形成し、他方の摺接面を凹所を有するメッキ膜で形
成することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】前記メッキ膜の凹所に固体潤滑剤を封入
して自己潤滑性のある複合硬化膜を形成することを特徴
とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】前記固体潤滑剤がフッ素樹脂であること
を特徴とする請求項１または２に記載の振動型駆動装
置。
【請求項４】前記メッキ膜が多孔性表面性状の無電解
メッキ膜であることを特徴とする請求項１または２に記
載の振動型駆動装置。
【請求項５】前記無電解メッキ膜の凹所に固体潤滑剤
であるフッ素樹脂をコーティングし、融点以上の温度で
熱処理して、フッ素樹脂を融着するとともに、無電解メ
ッキ膜を硬化したことを特徴とする請求項１、２、３ま
たは４に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】前記メッキ膜がクラックを有するクロー
ムメッキであることを特徴とする請求項１、２または３
に記載の振動型駆動装置。