JPH11262280A - 振動波駆動装置及び機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦接触面の摩耗を抑制した耐久性が高い振
動波駆動装置を提供する。 【解決手段】 振動を発生させる振動体と、該振動体に
摩擦接触し、振動によって前記振動体と相対運動する移
動体を備えた振動波駆動装置において、前記振動体及び
移動体のうち一方の摩擦接触部が樹脂により形成され、
他方の摩擦接触部が中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０２
〜０．３０μｍＲａに仕上げられたタングステンカーバ
イドを含む材料により形成されている振動波駆動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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事により、振動体に振動
波を生じさせ、この振動体に接触する移動体との間で、
摩擦駆動により相対移動を起こさせる振動波駆動装置及
びそれを用いた機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に振動波駆動装置は、振動体の表面
粒子に円又は楕円運動を励起せしめ、これに押圧された
移動体を摩擦駆動するものである。振動波発生装置の振
動体及び移動体には摩擦材が取り付けられ、振動体に発
生した振動が効率良く移動体に伝わるようになってい
る。従って、振動体及び移動体の摩擦接触部に摩擦係数
の大きなものを摩擦材として設ける方が効率良く、振動
波駆動装置の出力を取り出す為に望ましい。

【０００３】又、摩擦材の摩耗がそのまま振動波駆動装
置の耐久寿命につながるため、各種の摩擦材が用いられ
ているが、摩擦材としては、例えば、一方の摩擦接触部
には樹脂材を使用し、それに対し、他方の摩擦接触部に
は金属、窒化物、炭化物、酸化物等の硬度の高いものを
使用するのが一般的である。

【０００４】又、振動体及び移動体のそれぞれの摩擦接
触部には、平面を出す為に、ラップ等の加工を行う事が
一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、摩擦接
触部の一方の硬度の高いもの使用した摩擦接触面側を鏡
面にすると、その面への移着膜（削れた樹脂材が表面に
付着するもの）の付着が悪くなり、他方の樹脂材を使用
した摩擦接触面側の面の摩耗が反対に増大してしまう。
これは、鏡面に仕上げられた接触面では、摺動する事で
付着するはずの移着膜が、接触面が滑らかすぎるが故、
接触面に付着せずかき落とされてしまい、樹脂材を使用
した摩擦接触面側が急速に摩耗してしまうからである。

【０００６】しかもその摩擦接触面を鏡面にする事によ
り、摩擦係数が低下し、十分な出力が得られなくなって
しまう。又、硬度の高いものを使用した摩擦接触面側の
中心線平均粗さ（Ｒａ）を大きくしすぎると、その面は
高度が高いにもかかわらず摩耗してしまう事がある。
又、一方の樹脂材も上記原因により摩耗が多くなり、そ
れが相手材表面に過剰に付着して振動体発生装置のスム
ーズな動作を妨げて性能を低下させてしまったりする。

【０００７】そこで本発明の目的は、摩擦接触面の摩耗
を抑制した耐久性が高い振動波駆動装置及びそれを用い
た機器を提供する事にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、振動を
発生させる振動体と、該振動体に摩擦接触し振動によっ
て前記振動体と相対運動する移動体を備えた振動波駆動
装置において、前記振動体及び移動体のうち一方の摩擦
接触部が樹脂により形成され、他方の摩擦接触部が中心
線平均粗さ（Ｒａ）で０．０２〜０．３０μｍＲａに仕
上げられたタングステンカーバイド（以下ＷＣと略記す
る）を含む材料により形成されている事を特徴とする振
動波駆動装置である。

【０００９】前記ＷＣを含む材料が、コバルト（以下Ｃ
ｏと略記する）を９〜２５ｗｔ％含有するＷＣ−Ｃｏ材
料からなるのが好ましい。前記一方の摩擦接触部がＷＣ
を含む材料を溶射して形成された溶射膜からなるのが好
ましい。前記ＷＣを含む材料からなる溶射膜が、溶射に
より層状に溶け込み、Ｗ，Ｃ，Ｃｏの三元系金属間化合
物（η相）が生成されていることが好ましい。前記樹脂
が、炭素又はチタン酸カリウムの繊維を含む繊維含有樹
脂であるのが好ましい。

【００１０】また、本発明は、上記の振動波駆動装置か
らなることを特徴とする振動波モータである。さらに、
本発明は、上記の振動波駆動装置を駆動源として設けた
ことを特徴とする機器である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の振動波駆動装置は、振動を発生させる振動体
と、該振動体に摩擦接触し、振動によって前記振動体と
相対運動する移動体を備えた振動波駆動装置において、
前記振動体及び前記移動体のうち一方の摩擦接触部が樹
脂により形成され、他方の摩擦接触部が中心線平均粗さ
（Ｒａ）で０．０２〜０．３０μｍＲａに仕上げられた
ＷＣを含む材料により形成されている事を特徴とする。

【００１２】特に、本発明では、振動を発生する振動体
と、この振動体に接触する移動体で構成される振動波駆
動装置において、振動体及び移動体の一方の摩擦接触部
を繊維含有樹脂により形成し、他方の摩擦接触部がＷＣ
−Ｃｏ（Ｃｏ：９〜２５％含有）を含む溶射材により形
成されており、その溶射膜が層状に溶け込み、溶射によ
りＷ，Ｃ，Ｃｏの三元系金属間化合物（η相）が生成さ
れており、その溶射膜の表面が、中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．０２〜０．３０μｍＲａに仕上げられている
のが好ましい。

【００１３】本発明の振動波駆動装置は、例えば振動波
モータ、紙送り装置、リニアモータ等に用いることがで
きる。また、本発明の振動波駆動装置は、駆動源として
各種の機器に用いることができる。機器の具体例として
は、カメラなどの光学機器、プリンター，複写機等の事
務機器、パワーウインドー，アクティブサスペンション
等の自動車関連機器が挙げられる。

【００１４】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。図１は、本発明の振動波駆動装置の一実施形態で
あるリング状振動波モーターの摩擦接触部を示す概略図
である。図２は図１の振動波駆動装置の振動体を示す説
明図、図３は図１の振動波駆動装置の駆動状態を示す説
明図である。この図１〜３に示す振動波モーターの駆動
原理は、例えば特開昭５９−２０１６８５号公報等によ
り既に公知である。

【００１５】同図において、１は振動体である。この振
動体ｌは、例えば直径３０ｍｍのリング状に形成されて
おり上面周方向には多数の突起１ｂが形成されており、
その各突起１ｂには、摩擦材ｌａが貼付けられている。
この摩擦材ｌａは、フッ素樹脂を基材として作られてお
り、直径１０μｍ、長さ０．１ｍｍの炭素繊維が２０重
量％含有されている。

【００１６】２は移動体であり、この移動体２の接触面
２ａ側には、ＷＣ−Ｃｏが溶射されている。この溶射さ
れた面は、レジン＃２０００番の研削盤に、１Ｍｐａの
加圧で研削加工され、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０
２μｍＲａになるように形成されている。中心線平均粗
さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２に準拠し
て測定した値を示す。

【００１７】３は振動体１に接合された電気−機械エネ
ルギー変換素子であり、この変換素子３は交流電圧を受
けて振動体１に進行性振動波を発生させ、突起部ｌｂを
楕円運動させる。その結果、前記移動体２が回転するわ
けであるが、この動きは摩擦力を介して生じる相対的な
もので、移動体２を固定すれば振動体１が回転する。そ
こで、摩擦接触面にＷＣ−Ｃｏを溶射した移動体２を、
いくつかの種類の中心線平均粗さ（Ｒａ）に仕上げて実
験を行った。

【００１８】先ず、移動体２の溶射膜の表面仕上げを研
削盤のレジン＃４００番で行い、中心線平均粗さ０．４
０μｍＲａに仕上げたものと、レジン＃２０００番で行
い、中心線平均粗さ０．０２μｍＲａに仕上げたものを
用いて、それぞれ振動体１と摩擦接触させ、１００時間
駆動後、移動体の溶射膜表面を観察した。ここに述べて
いる研削盤のレジンとは、例えば＃４００番ではポリイ
ミド等の樹脂に粒径が４０〜６０μｍのダイヤを混ぜ、
成型したものをいい、＃２０００番では粒径が５〜１０
μｍのダイヤを混合したものをいう。これにＷＣ−Ｃｏ
が溶射された面をあて、１ＭＰａの面圧がかるように加
圧し、溶射膜の表面を研削した。

【００１９】その結果、０．４０μｍＲａと０．０２μ
ｍＲａでは０．４０μｍＲａの方が、相手の振動体の摩
擦接触部の複合樹脂の摩耗が多く、移動体の接触面であ
るＷＣ−Ｃｏ溶射面も摺動傷が多かった。

【００２０】これは、０．４０μｍＲａに仕上げた移動
体の摩擦接触面は、中心線平均粗さ（Ｒａ）が大きく、
言わばやすりの面の様になっている為、繊維含有とはい
えＷＣ−Ｃｏ溶射面と比べると非常に柔らかい樹脂が摩
耗するためである。そしてＷＣ−Ｃｏ溶射面に傷がはい
っているのは、この面がやすりのように荒れている為、
凸部の根元に応力がかかり、それが脱粒し砥粒となって
傷をつけていると思われる。又、この脱粒した砥粒が樹
脂の摩耗を更に促進させている。

【００２１】それに対し、０．０２μｍＲａに仕上げら
れた移動体の摩擦接触面は、適度な中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）であり、局所的な応力がかかりにくく、凸部が脱粒
する事が無い為、ＷＣ−Ｃｏ溶射面に傷もはいらず、樹
脂材もさほど摩耗しなかった。

【００２２】又、ラップ等の遊離砥粒を使用し研磨を行
い移動体の摩擦接触面が鏡面（０．０１μｍＲａ以下）
に仕上げられた面では、摺動する事で付着するはずの主
に炭素と樹脂からなる移着膜が接触面が滑らか過ぎるが
ゆえ、接触面にかき落とされてしまい、振動体の接触部
の樹脂材がどんどん摩耗してしまう。０．０２μｍＲａ
程に仕上げた移動体の摩擦接触面では、適度な粗さがあ
る為、適度な移着膜が接触面に付着し、これが潤滑剤と
なり、振動体の接触部の樹脂の摩耗を抑制する事とな
る。

【００２３】図４に上記と同様の方法で、移動体の摩擦
接触面を中心線平均粗さ０．０１〜０．４０μｍＲａで
表面仕上げしたもので実験した結果を示す。図４に示す
様に、本発明においては、移動体の摩擦接触面は、中心
線平均粗さ０．０２〜０．３０μｍＲａ、好ましくは
０．０４〜０．０８μｍＲａで表面仕上げされたものが
最適である。

【００２４】本発明においては、振動体または移動体の
一方の摩擦接触部が中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０２
〜０．３０μｍＲａに仕上げられたＷＣを含む材料、特
にＣｏを９〜２５ｗｔ％含有するＷＣ−Ｃｏ材料からな
るのが望ましい。

【００２５】また、ＷＣを含む材料が、摩擦接触部に溶
射により形成された溶射膜からなるのが好ましい。溶射
方法及び溶射状態（組織）は、通常ＷＣ−Ｃｏの溶射膜
はＷＣ粒が溶けていない状態のものが好ましく、ＷＣ粒
が残ったものを使用するのが好ましい。

【００２６】例えば、溶射燃料に灯油を使用し、溶射ガ
ンにＪＰ５０００（登録商標）を使用するＨＶＯＦ（Ｈ
ｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｙｇｅｎ−Ｆｕｅｌ
Ｆｌａｍｅ Ｓｐｒａｙｉｎｇ）溶射を行う方法が挙げ
られる。この場合、低い温度で溶射を行う事ができる
為、ＷＣ粒を溶かさずにすみ、高い硬度を維持できる。

【００２７】しかし、振動を発生する振動体と、該振動
体と摩擦接触し、該振動によって前記振動体と相対移動
する移動体を備えた振動波駆動装置においては、摺動中
に振動が伴う為、振動により、Ｃｏマトリックス中のＷ
Ｃ粒が脱粒して、双方の摩擦接触面を傷つけてしまい、
性能を低下させてしまう事がある。

【００２８】そこでＷＣ粒を溶かすものとして、プラズ
マ溶射があるが、これは非常に溶射温度が高く、十分に
粒が溶け込むが、温度が高すぎる為、母材に影響を与え
てしまい、それが変形する事がある。

【００２９】次に、溶射燃料にエチレン、溶射にジェッ
トコートガン（登録商標）を使用したＨＶＯＦ溶射を行
った。このガンでは、ＪＰ５０００ガンよりも溶射温度
が高く、プラズマガンよりも低い温度で溶射でき、これ
はＷＣ粒が層状に溶け込み、Ｗ，Ｃｏ，Ｃの三元系金属
間化合物（η相）が生成されている溶射面になる。

【００３０】そこで、上記の溶射燃料に灯油、溶射方法
にＪＰ５０００を使用したＨＶＯＦ溶射を行った、ＷＣ
粒が溶けてないもので、振動体と加圧接触させ、１００
時間駆動の実験を行った。

【００３１】その結果、ＷＣ粒が溶け込んでいるものと
溶け込んでいないものでは、溶け込んでいるものは移動
体の摩擦摺動面に発生する傷が少なく、溶け込んでいな
い方はかなり傷が多かった。ＷＣ粒が残っているもの
は、摺動時にＷＣ粒が脱粒し、それが砥粒となり双方の
摩擦摺動面を痛めているが、もう一方は、ＷＣ粒が溶け
込んでいる為、脱粒せず摩擦摺動面に傷がつかないもの
と思われる。

【００３２】又、溶射は高速ジェット流に溶射粉末を供
給し加工材表面に皮膜を形成させる為、表面に適度なポ
ーラスが得られ、これにより摺動中溶射面が滑らかに削
られたとしても、このポーラスにより平均表面粗さがあ
る程度維持される。

【００３３】次に、ＷＣ−Ｃｏ溶射膜のＣｏ含有率に関
する試験を行った。通常各溶射メーカーから市販されて
いるＣｏ含有率が９〜２５ｗｔ％と、３０ｗｔ％、５０
ｗｔ％のＷＣ−Ｃｏ材料、焼結材料であるＣｏ含有率が
６．５ｗｔ％のＷＣ−Ｃｏ材料で実験を行った。その結
果を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】（注１）ＷＣ−Ｃｏ摺動面の評価 ◎：傷なし ○：０．５μｍ未満の深さの傷あり ×：０．５μｍ以上の深さの傷あり （注２）樹脂材摩耗の評価（１００時間当りの摩耗量） 大：５０μｍ以上 中：１０〜４９μｍ 小：１０μｍ未満

【００３６】ＷＣ−Ｃｏにおいて、ＣｏはＷＣ同士を接
着させるバインダーの役割をしているが、これが多すぎ
ても少なすぎても相手側に影響を与えてしまう。表１に
示す実験において、１２ｗｔ％のＣｏを含有させたもの
が最も良い結果が得られたが、９〜２５ｗｔ％の範囲で
は相手側への顕著な摩耗増大等の影響も与えず、実用上
問題の無いレベルであり、それぞれ良好な結果が得られ
た。

【００３７】したがって、本発明においては、特にＣｏ
を９〜２５ｗｔ％、好ましくは１２〜２５ｗｔ％含有す
るＷＣ−Ｃｏ材料を用いるのが望ましい。

【００３８】次に、本発明におけるもう一方の摩擦接触
部である樹脂は、炭素又はチタン酸カリウムの繊維を含
有させたものを用いるのが好ましく、樹脂のみのものと
比較して耐摩耗性を向上させることができる。また、こ
れにより摩擦係数を増大させ、駆動力も上げることがで
きる。炭素又はチタン酸カリウムの繊維の含有量は、４
〜２０重量％の範囲が好ましい。

【００３９】樹脂としては、耐熱性樹脂が好ましく、例
えば、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、アルキド樹脂、ポ
リエステル樹脂、アクリル樹脂、アミノ樹脂、ポリアミ
ド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、
ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテ
ルイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエーテルケトン、
芳香族ポリエステル、芳香族ポリアミドから選ばれた一
種または二種以上の樹脂が挙げられる。これらの樹脂の
中でフッ素樹脂、ポリイミド樹脂が好ましく、特に好ま
しくはフッ素樹脂である。

【００４０】図５は本発明の振動波駆動装置の実施形態
として振動波モータの一例を示す断面図である。図中、
１は振動体でステンレス鋼からなるリング状の金属弾性
体９の一端面に、前述の様にリング状で複数個に分極さ
れた２群の圧電素子４を耐熱性のエボキシ樹脂系接着剤
で接着し、金属弾性体９のもう一方の端面には摩擦材５
が同様に接着して形成されている。

【００４１】一方、移動体２側のアルミニウム合金から
なるリング状の接触体６の摩擦摺動面には摩擦材６ａを
設けてある。接触体６はゴムリング７を介して支持体８
に取付けてあり、支持体８はネジ１１により出力軸１２
に固定されている。そして、振動体１の摩擦材５と接触
体６の摩擦材６ａは接触して摩擦摺動面を形成し、加圧
用の板バネ１６により、軸方向に例えば総圧で５ｋｇｆ
の荷重で加圧されている。１９はベアリング、１３はカ
バー、１４、１５は与圧カラー、１７はカラーでネジ１
１ａにより出力軸１２に固定されている。

【００４２】そして、交互に厚み方向に分極処理された
２群の圧電素子４に振動体１に固有の周波数の交流電圧
を印加すると、振動体１は共振を起こし、その周方向に
進行性振動波を生じ、摩擦材５を介して摩擦材６ａに摩
擦力が作用し、移動体２は回転駆動する。

【００４３】本発明においては、上記の振動体及び移動
体のうち一方の摩擦接触部が樹脂により形成され、他方
の摩擦接触部が中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０２〜
０．３０μｍＲａに仕上げられたＷＣを含む材料により
形成されているので、振動モータの摩擦接触面の摩耗を
抑制する事ができる。

【００４４】上記実施例では、摩擦材を図５に示した円
盤状の振動波モータに適用した例を示したが、その他に
棒状の振動波モータに同様の方法で、上記の摩擦材を設
けた摩擦接触面を形成してもよい。

【００４５】また、図６は、図５に示した振動波モータ
を駆動源とする機器の概略図である。２３は大歯車２３
ａと小歯車２３ｂを有するギアで、大歯車２３ａが振動
波モータ側のギア２０と噛合している。２４は被駆動部
材、例えばレンズ鏡筒で、外周部に設けられたギア２４
ａにギア２３の小歯車２３ｂが噛合し、モータの駆動力
により回転する。一方、ギア２３にはエンコーダスリッ
ト板２５が取り付けられ、ギア２３の回転をフォトカッ
プラー２６により検出し、例えばオートフォーカスのた
めにモータの回転、停止を制御する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＷＣを含む材料により形成されている摩擦接触面の表面
組さを０．０２〜０．３０μｍＲａに仕上げることによ
り、摩擦駆動を効率的に行い、適度な移着膜を付着さ
せ、相手側の摩擦接触面の繊維含有複合樹脂の摩耗を抑
制する事が実現できた。

【００４７】又、振動体及び移動体のうち一方の摩擦接
触部が熔射ＷＣ−コバルト（ＷＣ−Ｃｏ）により形成さ
れている為、摺動中溶射面が滑らかに削られたとして
も、このポーラスにより中心線平均組さがある程度維持
され、相手側の摩擦接触面の繊維含有複合樹脂の摩耗を
抑制する事ができる。

【００４８】また、本発明は上記の摩擦特性に優れた振
動波駆動装置からなる振動波モータおよびそれを用いた
機器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動波駆動装置の一実施形態であるリ
ング状振動波モーターの摩擦接触部を示す概略図であ
る。

【図２】図１の振動波駆動装置の振動体を示す説明図で
ある。

【図３】図１の振動波駆動装置の駆動状態を示す説明図
である。

【図４】振動波モーターに適用される溶射ＷＣ−コバル
ト（ＷＣ−Ｃｏ）面の中心線平均粗さ（Ｒａ）による樹
脂摩耗量を表わしたグラフである。

【図５】本発明の振動波モータの一例を示す断面図であ
る。

【図６】図５に示した振動波モータを駆動源とする機器
の概略図である。

【符号の説明】

１ 振動体 ｌａ 摩擦材 ｌｂ 突起 ２ 移動体 ２ａ 移動体側の接触面 ３ 機械−電気エネルギー変換素子 ４ 圧電素子４ ５ 摩擦材 ６ 接触体 ６ａ 摩擦材 ８ 支持体 ９ 金属弾性体 １１，１１ａ ネジ １２ 出力軸 １３ カバー １４、１５ 与圧カラー １６ 板バネ １７ カラー １９ ベアリング

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動を発生させる振動体と、該振動体に
   摩擦接触し振動によって前記振動体と相対運動する移動
   体を備えた振動波駆動装置において、前記振動体及び移
   動体のうち一方の摩擦接触部が樹脂により形成され、他
   方の摩擦接触部が中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０２〜
   ０．３０μｍＲａに仕上げられたタングステンカーバイ
   ドを含む材料により形成されている事を特徴とする振動
   波駆動装置。
2. 【請求項２】 前記タングステンカーバイドを含む材料
   が、コバルトを９〜２５ｗｔ％含有するＷＣ−Ｃｏ材料
   からなることを特徴とする請求項１記載の振動波駆動装
   置。
3. 【請求項３】 前記一方の摩擦接触部がタングステンカ
   ーバイドを含む材料を溶射して形成された溶射膜からな
   ることを特徴とする請求項１または２記載の振動波駆動
   装置。
4. 【請求項４】 前記タングステンカーバイドを含む材料
   からなる溶射膜が、溶射により層状に溶け込み、Ｗ，
   Ｃ，Ｃｏの三元系金属間化合物（η相）が生成されてい
   ることを特徴とする請求項３記載の振動波駆動装置。
5. 【請求項５】 前記樹脂が、炭素又はチタン酸カリウム
   の繊維を含む繊維含有樹脂であることを特徴とする請求
   項１記載の振動波駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかの項に記載の
   振動波駆動装置からなることを特徴とする振動波モー
   タ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかの項に記載の
   振動波駆動装置を駆動源として設けたことを特徴とする
   機器。