(57)【要約】【課題】高湿度下に放置した後でも大きな摩擦力を発揮すると共に、鋼材本来の耐食性を維持することができるステンレス摩擦材を提供する。【解決手段】ステンレス摩擦材は、チタン炭硫化物相を分散させたステンレス鋼材を窒素ガス雰囲気中、１０００℃〜１２００℃の温度で、所定時間、熱処理することにより製造され、チタン炭硫化物相をチタン炭窒化物相あるいはチタン窒化物相に変化させた表面を備える。【選択図】図３
2015227491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン炭硫化物相を分散させたステンレス鋼材を窒素ガス雰囲気中、１０００℃以上の温度で熱処理することにより、前記チタン炭硫化物相をチタン炭窒化物相あるいはチタン窒化物相に変化させた表面を備えることを特徴とするステンレス摩擦材。
【請求項２】
前記１０００℃以上の温度で、所定時間、保持した後に急冷する処理が行われたことを特徴とする請求項１に記載のステンレス摩擦材。
【請求項３】
前記熱処理は、１０００℃〜１２００℃で行われたことを特徴とする請求項１又は２に記載のステンレス摩擦材。
【請求項４】
チタン炭硫化物相を分散させたステンレス鋼材を窒素ガス雰囲気中、１０００℃以上の温度で熱処理することにより、前記チタン炭硫化物相をチタン炭窒化物相あるいはチタン窒化物相に変化させることを特徴とするステンレス摩擦材の製造方法。
【請求項５】
電気−機械エネルギ変換素子、及び、前記電気−機械エネルギ変換素子が接合された弾性体を有する振動体と、
前記振動体と摩擦接触する被駆動体とを有し、前記振動体に励起される振動によって前記振動体と前記被駆動体の位置が相対的に変化する振動型アクチュエータであって、
前記被駆動体における前記振動体との摩擦摺動面または前記振動体における前記被駆動体との摩擦摺動面の少なくとも一方は、チタン炭硫化物相を分散させたステンレス鋼材を窒素ガス雰囲気中、１０００℃以上の温度で熱処理することにより、前記チタン炭硫化物相をチタン炭窒化物相あるいはチタン窒化物相に変化させた表面であることを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項６】
レンズと、
前記レンズを保持するレンズホルダを前記被駆動体として有する請求項５に記載の振動型アクチュエータと、を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス摩擦材とその製造方法及び振動型アクチュエータに関し、例えば、ステンレス摩擦材の摩擦力について、湿度による影響を緩和し、これを用いた振動型アクチュエータの保持トルクを安定したものとする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータは、駆動振動が励起される振動体と、振動体に加圧接触する被駆動体とを備え、駆動振動により振動体と被駆動体とを相対的に移動させる構造を有している。振動型アクチュエータは、保持トルクが大きいという特徴を備えており、そのため、振動型アクチュエータが無通電状態にあるときに外部から被駆動体に力（負荷）が加わっても、被駆動体を一定位置に保持し続けることができる。よって、被駆動体を位置決めするための特別な機構が不要であり、また、駆動制御も容易である。
【０００３】
被駆動体において振動体と接触する面（摩擦摺動面）は、耐摩耗性に優れる材料で形成されていることが好ましい。そこで、被駆動体として、例えば、チタン窒化物相やチタン炭窒化物相を分散させたステンレス摩擦材を用いた棒状の振動型アクチュエータが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載されたステンレス摩擦材は、チタン炭硫化物相を分散させたステンレス鋼材を、８２３ｋ（＝５５０℃）で２時間、イオン窒化処理することにより、窒化層中のチタン炭硫化物相をチタン窒化物相やチタン炭窒化物相に変化させたものである。
【０００４】
なお、引用文献１でのステンレス摩擦材の製造方法であるイオン窒化処理は、ステンレス摩擦材に窒素を拡散させることによって、表面硬化層を生成させる処理である。特許文献１には、こうして製造したステンレス摩擦材を被駆動体に用いた振動型アクチュエータを高湿度下に放置し、一定時間経過後に起動時の発生トルクを測定した結果、他の摩擦材を用いた場合と比較して、トルクが回復するまでの時間が短くなったことが記載されている。
【０００５】
一般的には、振動型アクチュエータを高湿度下に放置した場合、振動体と被駆動体とのの摩擦摺動面に水分が吸着して、保持トルクが低下してしまう。これに対して、上記特許文献１に記載された技術では、以下の通りの理由により、高湿度の条件でも摩擦力を維持することができたものと考えられる。
【０００６】
即ち、ステンレス鋼材に窒素拡散による窒化処理を施すと、表面近傍に存在するチタン炭硫化物相がチタン窒化物相等に変化して、ビッカース硬さで１０００ＨＶ以上の硬化層が形成される。生成したチタン窒化物相の硬度はさらに大きいため、摩擦摩耗を行うと、高硬度のチタン窒化物相等の周囲が摩耗する一方でチタン窒化物相が残り易いために摩擦面に微細な凹凸が形成される。そのため、摩擦面に表面に水分が吸着しても、摩擦面に形成された微細な凹凸によって水膜が破壊されることで接触面積（真実摩擦部）が確保され、摩擦力（保持トルク）が低下し難くなったものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３１３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたようなイオン窒化処理を行うためには、特別な装置が必要であるため、製造コストが高くなるという問題がある。また、イオン窒化処理は、処理材料の表面状態及び処理雰囲気の管理が難しいため、イオン窒化処理後の材料特性にばらつきが生じることもある。更に、上記特許文献１に記載されたイオン窒化処理では、ステンレス鋼材に含まれるクロムが窒素と反応して窒化クロムが生成することによって、耐摩耗性は向上するものの、耐食性が低下しやすいという問題がある。
【０００９】
本発明は、高湿度下に放置した後でも大きな摩擦力を発揮すると共に、鋼材本来の耐食性を維持することができるステンレス摩擦材を提供することを目的とする。また、本発明は、このようなステンレス摩擦材を、特性のばらつきを抑え、しかも、安価に製造する技術を提供することを目的とする。更に、本発明は、高湿度下に放置した後でも大きな保持トルクを発揮する振動型アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るステンレス摩擦材は、チタン炭硫化物相を分散させたステンレス鋼材を窒素ガス中、１０００℃以上の温度で熱処理することにより、前記チタン炭硫化物相をチタン炭窒化物相あるいはチタン窒化物相に変化させた表面を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るステンレス摩擦材の製造方法は、チタン炭硫化物相を分散させたステンレス鋼材を窒素ガス中、１０００℃以上の温度で熱処理することにより、前記チタン炭硫化物相をチタン炭窒化物相あるいはチタン窒化物相に変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るステンレス摩擦材は、高湿度下に長時間放置した後でも、大きな摩擦力を発揮する。また、本発明に係るステンレス摩擦材では、ステンレス母相中のクロムがクロム窒化物になって、クロム不動態の生成を抑制してしまうこと（鋭敏化）することもなく、加熱処理前と同等の耐食性を維持することができる。更に、加熱処理方法が簡便であるため、製造されるステンレス摩擦材の品質のばらつきを小さく抑えることができると共に、従来のイオン窒化処理等の、所謂、母材内部への窒素拡散を利用した窒化処理と比較して、製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】リニア駆動型の振動型アクチュエータの概略構造と駆動原理を説明する図である。
【図２】円環型の振動型アクチュエータの概略構造を示す斜視図である。
【図３】表１の実施例１の組成を有するステンレス鋼材を窒素ガス雰囲気中、９００℃〜１２００℃で加熱処理して得られるステンレス摩擦材の表面組織のＳＥＭ像である。
【図４】ステンレス摩擦材の加熱処理温度とステンレス母相中のチタン炭硫化物相の部分のＴｉ、Ｃ、Ｓ、Ｎの元素比率を示すグラフである。
【図５】ステンレス摩擦材の加熱処理温度と、ステンレス摩擦材を用いた振動型アクチュエータの保持トルクとの関係を示すグラフである。
【図６】ステンレス摩擦材の加熱処理温度とビッカース硬度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを搭載したロボットの概略構成を示す斜視図である。
【図８】レンズ駆動機構部に本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを搭載したレンズ鏡筒の概略構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明に係るステンレス摩擦材が用いられる振動型アクチュエータの概略構造と駆動原理について簡単に説明する。
【００１５】
＜振動型アクチュエータの概略構造と駆動原理＞
図１は、リニア駆動型の振動型アクチュエータ１０の概略構造と駆動原理を説明する図である。図１（ａ）は、振動型アクチュエータ１０の概略構造を示す斜視図である。図１（ｂ）は、振動型アクチュエータ１０の構成部品である圧電素子１４の概略構造を示す平面図である。図１（ｃ）は、振動型アクチュエータ１０を構成する振動体１５に励振される第１の振動モードを説明する図である。図１（ｄ）は、振動型アクチュエータ１０を構成する振動体１５に励振される第２の振動モードを説明する図である。
【００１６】
振動型アクチュエータ１０は、被駆動体１１及び振動体１５を備える。振動体１５は、概ね、平板状の弾性体１３と、弾性体１３の一方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１４と、弾性体１３の他方の面に設けられた２つの突起部１２から構成される。被駆動体１１は、振動体１５と加圧接触可能に構成されている。
【００１７】
振動型アクチュエータ１０においては、圧電素子に特定の周波数の電圧を印加することで、所望の振動モードを複数励振し、これら振動モードを重ね合わせることにより、駆動するための振動を形成する。例えば、２つの曲げ振動モードを励起することで、被駆動体を駆動することができる。
【００１８】
圧電素子１４には、図１（ｂ）に示すように、例えば、長手方向で２等分された電極領域が形成されており、各電極領域における分極方向は同一方向（＋）となっている。
【００１９】
圧電素子１４の２つの電極領域のうち、図中右側の電極領域に交番電圧ＶＢが印加され、図中左側の電極領域に交番電圧ＶＡが印加される。交番電圧ＶＢ，ＶＡを第１の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、同位相の交番電圧とすると、圧電素子１４全体（２つの電極領域）が、ある瞬間には伸び、別の瞬間には縮む。その結果、振動体１５には、図１（ｃ）に示す第１の振動モードの振動が発生する。また、交番電圧ＶＢ，ＶＡを第２の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、位相が１８０°ずれた交番電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子１４の図中右側の電極領域が縮むと共に、図中左側の電極領域が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。その結果、振動体１５には、図１（ｄ）に示す第２の振動モードの振動が発生する。
【００２０】
例えば、振動型アクチュエータ１０において、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す２つの曲げ振動モードを振動子１５に励振させる。これら２つの曲げ振動モードはどちらも、板状の振動子１５の面外方向の曲げ振動モードである。一方の振動モードは、振動子１５の長手方向に２次の曲げ振動モード（Ｍｏｄｅ−Ａ）であり、他方の振動モードは、振動子１５の短手方向に１次の曲げ振動モード（Ｍｏｄｅ−Ｂ）である。振動子１５の形状は、２つの振動モードの共振周波数が一致するか、近くなるように設計される。
【００２１】
突起部１２は、Ｍｏｄｅ−Ａの振動において振動の節となる位置の近傍に配置されており、Ｍｏｄｅ−Ａの振動によって、突起部１２の先端面は、振動の節を支点として振り子運動をするため、Ｘ方向に往復運動する。また突起部１２は、Ｍｏｄｅ−Ｂの振動において振動の腹となる位置の近傍に配置されており、Ｍｏｄｅ−Ｂの振動によって、突起部１２の先端面は、Ｚ方向に往復運動する。
【００２２】
これら２つの振動モード（Ｍｏｄｅ−ＡとＭｏｄｅ−Ｂ）の振動位相差が±π／２近傍となるように同時に励振し、重ね合わせることで、突起部１２の先端面が、ＸＺ面内で楕円運動する。この楕円運動により、加圧接触された被駆動体１１を駆動方向として一方向、ここではＸ方向に駆動することが出来る。
【００２３】
以上のように、発生する２つの振動モードを合成することにより、突起部１２に楕円運動が生成され、この楕円運動によって、突起部１２と加圧接触する被駆動体１１を図１（ａ）の矢印方向に駆動することができる。また、２つの電極領域へ入力する交番電圧の位相差を変えることにより、第１の振動モードと第２の振動モードの発生比を変更することができ、これにより、被駆動体１１の駆動速度を変えることができる。
【００２４】
このような振動型アクチュエータ１０において、本発明に係るステンレス摩擦材は、被駆動体１１として好適に用いられる。より具体的には、後述する本発明に係るステンレス摩擦材の製造方法にしたがって加熱処理されることで製造されたステンレス摩擦材の表面が被駆動体１１において突起部１２と接触する面となるように、振動型アクチュエータ１０を構成する。これにより、高湿度下に長時間放置した後でも、大きな保持トルクを発揮する振動型アクチュエータを得ることができる。
【００２５】
上述した振動型アクチュエータ１０に用いられている被駆動体１１に本発明に係るステンレス摩擦材を用いたときの、ステンレス摩擦材の摩擦力（耐摩耗性）について、以下に説明する。但し、以下に説明する実施例では、振動体は前述したものと同様であるがそれを３組用い、被駆動体は棒状に代えて円環状のものとした。即ち、図１に示したリニア型の振動型アクチュエータ１０に代えて、図２に示すような円環型の振動型アクチュエータを用いて摩擦力の評価を行うこととした。図２は、円環型の振動型アクチュエータ２０を構成する振動体と被駆動体との配設形態を簡略的に示す斜視図である。
【００２６】
振動型アクチュエータ２０は、図１の振動型アクチュエータ１０の被駆動体１１を円環状に変形した構造を有する被駆動体２１と、複数の振動体１５を円環状に配置した構造を有する振動体２２と、を有する。即ち、円環状の被駆動体２１と円環状の振動体２２とは、同軸に配置されている。振動体２２において被駆動体２１に対向する面には、２つの突起部２３（図１の振動型アクチュエータ１０の突起部１２に対応する）を１組として、３組の突起部２３が周方向に等間隔に形成されている。被駆動体２１と振動体２２には不図示の付勢手段によって厚さ方向（軸方向）に所定の力が加えられており、これにより３組の突起部２３のそれぞれの先端は被駆動体２１と摩擦接触している。
【００２７】
振動型アクチュエータ２０の駆動原理は、図１のリニア型の振動型アクチュエータ１０において被駆動体１１を振動体１５に設けられた突起部１２に励起した駆動振動により駆動する駆動原理と同じである。即ち、振動体２２において突起部２３が形成されている面とは反対側の面には不図示の圧電素子が接合されている。圧電素子に所定の交番電圧を印加して３組の突起部２３に図１（ｃ），（ｄ）の第１の振動モードと第２の振動モードの振動を励振することにより、被駆動体２１と振動体２２の位置を相対的に変化させることができる。
【実施例】
【００２８】
以下の説明では、所定の成分組成のステンレスからなる試料を「ステンレス鋼材」と称呼する。また、「ステンレス鋼材」を窒素ガス雰囲気中、所定温度で加熱処理することによって得られる試料を「ステンレス摩擦材」と称呼することとする。
【００２９】
＜第１の試験＞
表１に示す実施例１の組成を有する円環状のステンレス鋼材を、雰囲気調節が可能な処理炉の内部に載置した。なお、ステンレス鋼材には予め後述するラップ加工が施されたものを用いる。なお、実施例１の組成は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４２０ｊ２の組成に、チタン炭硫化物相を生成させるために、Ｔｉ（チタン）、Ｓ（イオウ）及びＣ（炭素）が添加されたものである。
【００３０】
処理炉内に雰囲気圧力が１．２気圧となるように窒素ガス（Ｎ２ガス）を流入させ、処理炉内を窒素ガス雰囲気として、炉内温度を１１５０℃へ昇温し、所定時間（ここでは、１時間とした）保持した。その後、処理炉のヒータ電源を遮断し、処理炉内圧力が１．３気圧となるように更に窒素ガスを処理炉内に供給して、処理炉内を急冷し焼入れした。一方、表１に示す比較例１の組成を有する円環状のステンレス鋼材を、実施例１と同じ窒素ガス雰囲気で加熱処理した。但し、比較例１の組成を有するステンレス鋼材については、処理温度を１０５０℃とした。なお、比較例１の組成を有するステンレス鋼材は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ａである。
【００３１】
ところで、本実施例では、ステンレス鋼材を窒素ガス雰囲気中で加熱処理することによってステンレス摩擦材を製作する。このように、窒素ガスのような不活性ガス中で熱処理することは、ステンレス鋼材の酸化を防止するための措置である。これに対して、先に特許文献１を引用して説明したイオン窒化処理等の窒素拡散による窒化処理は、鋼材の内部に窒素を拡散させることで表面硬化層を生成させる処理である。このような窒素拡散を利用した窒化処理については、特許庁ホームページの技術分野別特許マップにも説明がある（化学テーマ内金属加熱処理、表４．８−１  金属の加熱処理での技術用語の説明）。本発明に係るステンレス摩擦材は、後述するように、窒素拡散による窒化処理で生成されるような表面硬化層が形成されるものではない。したがって、本実施例でのステンレス鋼材の窒素ガス雰囲気中での加熱処理は、特許文献１等に記載されているような窒素拡散による窒化処理とは、技術的に全く異なるものである。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
上記の通りの窒素ガス雰囲気中での加熱処理を行った実施例１及び比較例１のステンレス摩擦材の表面（被駆動体として振動型アクチュエータに組み込んだときに振動体との摩擦摺動面となる面）をラップ加工した。このラップ加工は、銅定盤を用い、３μｍ大のダイヤモンド砥粒を滴下して行った。但し、ステンレス母相に窒素を拡散させて表面硬化層を生成させる窒化処理では通常は試料表面の表面粗さが著しく大きくなってしまうのとは異なり、本実施例での窒素ガス雰囲気中での加熱処理によれば、表面が著しく粗くなることはなかった。そのため、このラップ加工は、表面光沢を出す程度の軽度な研磨処理としている。
【００３４】
図２に示す振動型アクチュエータを、実施例１のステンレス摩擦材を被駆動体として用いて４個製作し、比較例１のステンレス摩擦材を被駆動体として用いて１個製作した。
【００３５】
製作した振動型アクチュエータについて、被駆動体（ステンレス摩擦材）の摩擦摺動面の摩擦特性を安定化させることを目的として、製作した振動型アクチュエータの所定の条件で駆動した。なお、駆動条件は限定されるものではないが、ここでは、負荷トルクを１５０ｇｆ・ｃｍ（＝０．０１４７Ｎ・ｍ）とし、周波数を高周波数側から低周波数側に走査して、最大回転数が１２０ｒｐｍ程度で急に回転数が低下するまで回転させた。次に、周波数を一定に維持して、負荷トルクを徐々に増加させる駆動を行った。これは、垂下曲線からモータ特性を求めるために通常行う測定でもある。
【００３６】
以上の駆動は、実際の使用時の条件よりも摩擦材にとっては厳しい条件であり、実際の駆動によって生じる摩擦面の状態を早期に生成することも目的にしている。このようにして被駆動体の摩擦特性が安定した後に、次に説明する、振動型アクチュエータを加湿環境下に放置する試験を行うこととしたものである。
【００３７】
上記の所定の駆動を行った後の振動型アクチュエータを、温度が６０℃、相対湿度が９０％の環境下に１２時間放置した。その後、振動型アクチュエータを室温に取り出し、２時間が経過したところで、振動型アクチュエータの回転方向の保持トルクを測定した。保持トルクの測定は、トルクゲージ（中村製作所（製）、最大トルク：２．４ｋｇｆ・ｃｍ（＝０．２３５Ｎ・ｍ））を用い、被駆動体に回転力を与えたときに振動体の突起部と被駆動体とが滑り始める瞬間のトルクを測定することにより０．０５ｋｇｆ・ｃｍ単位の読み取りで行った。このとき、被駆動体を振動体に対して押し付ける力の大きさを９００ｇｆ（＝８．８２Ｎ）としてある。従って、保持トルクの測定時に１つの突起部に加わる荷重は１５０ｇｆ（＝１．４７Ｎ）となる。なお、突起部は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４２０ｊ２を焼き入れして、ビッカース硬さが６５０ＨＶに調質されている。
【００３８】
その結果、実施例１のステンレス摩擦材を用いた４個の振動型アクチュエータでの保持トルクは、０．５５〜０．９０ｋｇｆ・ｃｍ（＝０．０５４〜０．０８８Ｎ・ｍ）であった。これに対して、比較例１のステンレス摩擦材を用いた振動型アクチュエータでは、保持トルクは、０．４０ｋｇｆ・ｃｍ（＝０．３９Ｎ・ｍ）であった。なお、保持トルクの測定値は、１個の振動型アクチュエータについて１０回ずつ行った測定値のうちの最小値を採用した。この結果から、振動型アクチュエータの被駆動体として実施例１のステンレス摩擦材を用いることにより、比較例１のステンレス摩擦材を用いた場合よりも、加湿環境下に置かれた後に大きな摩擦力が得られることが確認された。
【００３９】
なお、不図示であるが、実施例１及び比較例１の各ステンレス摩擦材の表面組織（ラップ処理前）をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察した。その結果、実施例１及び比較例１の各ステンレス摩擦材の表面に、粒径が３μｍ程度のクロム炭化物がステンレス母相中に分散している状態が確認された。この結果から、クロム炭化物には保持トルクを向上させる効果は認められないものと考えられる。
【００４０】
＜第２の試験＞
表２に示す実施例２〜４の組成を有する円環状のステンレス鋼材を、実施例１と同じ条件で加熱処理した。ここでは、ステンレス摩擦材に含まれるチタン炭硫化物相の量が保持トルクにどのように影響するかを調べることを目的としている。そのため、実施例２〜４の各組成は、汎用材であるＪＩＳ規格ＳＵＳ４２０ｊ２（比較例２）に対するチタン炭硫化物相の量を変えた組成、つまり、基準となるＪＩＳ規格ＳＵＳ４２０ｊ２の組成に対してチタン（Ｔｉ），イオウ（Ｓ）及び炭素（Ｃ）を添加した組成となっている。なお、チタン炭硫化物相の量は、実施例２が最も少なく、実施例４が最も多く、実施例３は、実施例２，４の中間的な量となっている。また、実施例３の組成は、実施例１の組成と同じである。
【００４１】
上述した実施例１では、窒素ガス雰囲気中での加熱処理後のステンレス摩擦材の表面（摩擦摺動面）をラップ加工した。これに対して、第２の試験では、ステンレス鋼材の摩擦面に相当する面は予め切削加工による切削痕にしてある。切削痕の頂上付近のみを摩擦部とし、見掛け上の接触面積を低減させ、所謂、水はけを良好にすることを意図している。また、摩擦面の摩耗に伴い切削痕の頂上以外の部分も接触していくが、この部分に存在する硬いチタン窒化物等の粒子が前記摩耗に伴い徐々に接触することで、高保持トルクを維持しようとする意図もある。
【００４２】
切削痕は、Ｒ０．２の先端ノーズＲを持つサーメットチップをステンレス摩擦材の表面に押し当てて、送り速さを０．０７ｍｍ／１回転とすることで形成した。その結果、切削痕が形成された表面の表面粗さは、Ｒｓ表示で３μｍとなっており、山部と谷部とが周方向に螺旋状に切削痕が形成されていた。
【００４３】
一方、表２に示す比較例２の組成を有するステンレス鋼材を、比較例１と同じ条件で加熱処理した。他の実施例の試料よりも低温で処理した理由は結晶粒の粗大化を防ぐためである。なお、１１５０℃の加熱処理を行った実施例２〜４のステンレス摩擦材では、結晶粒の粗大化は殆ど起こっていなかった。これは、チタン化合物相（チタン炭硫化物相、チタン窒化物相及びチタン炭窒化物相等のチタン化合物を総称するものとする）の分散が結晶粒の粗大化を抑制した結果と考えられる。比較例２のステンレス鋼材についても、実施例２〜４と同様にして、切削痕を形成した。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
実施例１及び比較例１と同様に、製作した実施例２〜４及び比較例２の各ステンレス摩擦材を被駆動体として用いた振動型アクチュエータを製作し、更に、被駆動体の摩擦摺動面の摩擦特性を安定化させるための前述した駆動を行った。続いて、製作した振動型アクチュエータを、温度が６０℃、相対湿度が９０％の環境下に１２時間放置し、その後、振動型アクチュエータを室温に取り出し、２時間が経過したところで、振動型アクチュエータの保持トルクを測定した。ここでの保持トルクの測定は、引張試験機を用い、被駆動体に回転力を与えたときに振動体の突起部と被駆動体とが滑り始める瞬間のトルクをロードセルの値を測定することにより行った。当該方法によってトルクを測定することで、より正確にトルクを測定することができた。被駆動体を振動体に対して押し付ける力の大きさを９００ｇｆ（＝８．８２Ｎ）であり、従って、保持トルクの測定時に１つの突起部に加わる荷重は１５０ｇｆ（＝１．４７Ｎ）となる。また、突起部は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４２０ｊ２を焼き入れして、ビッカース硬さが６５０ＨＶに調質されている。
【００４６】
実施例２〜４及び比較例２についての保持トルクの測定結果を表３に示す。表３に示す「ｎ」は、測定を行った振動型アクチュエータの数（試料数）であり、これらの保持トルクの測定値には、１個の振動型アクチュエータについて１０回ずつ行った測定値のうちの最小値を採用している。
【００４７】
【表３】
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【００４８】
表３から、チタン炭硫化物を含有していない比較例２は、実施例２〜４と比較して、保持トルクの値が極めて小さくなった。このことから、ステンレス摩擦材におけるチタン炭硫化物相の存在により、保持トルクが高く維持されているものと考えられる。但し、後述する第３の試験で説明するように、保持トルクを高めているのは、チタン炭硫化物相そのものではなく、窒素ガス雰囲気中での加熱処理により、チタン炭硫化物相がより硬質なチタン窒化物相乃至チタン炭窒化物相に相変化した分散粒子によるものと考えられる。
【００４９】
一方で、チタン炭硫化物の含有量が多いほど保持トルクが高くなるというものではなく、今回の試験では、Ｔｉ含有量が最も少ない実施例２で最も大きな保持トルクが得られた。したがって、チタン窒化物乃至チタン炭窒化物が相手の摩擦材表面である突起部の摩擦摺動面に食い付くことで大きな保持トルクが得られるが、チタン窒化物乃至チタン炭窒化物のステンレス母相での分散状態も含めて、保持トルクに影響を与えるものと推測される。
【００５０】
＜第３の試験＞
表１の実施例１の組成を有する円環状のステンレス鋼材を、窒素ガス雰囲気中、９００℃〜１２００℃の間で５０℃毎に変えた各温度で１時間保持することにより加熱処理を行った。なお、窒素ガス雰囲気を形成するための窒素ガスの処理炉への導入方法は、実施例１の場合と同じである。窒素ガス雰囲気中での各温度での加熱処理によって得られた各ステンレス摩擦材の表面組織（ラップ加工前）をＳＥＭにより観察した。また、各ステンレス摩擦材のビッカース硬度を、２ｋｇｆ（＝１９．６Ｎ）の荷重で測定した。
【００５１】
更に、実施例１と同様に、各ステンレス摩擦材の表面をラップ加工した後に、被駆動体として用いて、振動型アクチュエータを製作した。製作した振動型アクチュエータについては、実施例１と同じ条件で、摩擦摺動面の摩擦特性を安定化させるための所定の駆動と、加湿環境への放置を行った後に、保持トルクを測定した。なお、保持トルクの測定方法は、実施例１の振動型アクチュエータの保持トルクの測定方法（トルクゲージを用いる方法）と同じである。
【００５２】
図３は、製作した各ステンレス摩擦材の表面組織をＳＥＭにより観察したＳＥＭ像（ＳＥＭ写真）である。ここでは、ステンレス摩擦材の表面に存在するチタン化合物相に着目して観察を行っている。
【００５３】
９００℃で加熱処理したステンレス摩擦材は、加熱処理していない状態からの変化が認められず、チタン化合物としての新たな相は生成していない。９５０℃で加熱処理したステンレス摩擦材では、核生成から小さな結晶が成長し始めている状態が観察されており、この結晶は１１００℃において最も大きく、角張った形状を有する結晶に成長していることが確認された。この結晶は、窒化チタン（ＴｉＮ）と考えられる。
【００５４】
１１５０℃以上で加熱処理したステンレス摩擦材では、角張った結晶が角部に丸みを帯びてきており、１２００℃では窒化チタン（ＴｉＮ）と考えられる結晶の成分が、再び、ステンレス母相中に固溶し始めているように見える。一方、チタン化合物相の周辺には、チタン炭硫化物から脱けたと考えられるイオウ（Ｓ）が検出され、このイオウ（Ｓ）は、マンガン（Ｍｎ）と同一の場所に存在していたことから、硫化マンガン（ＭｎＳ）が生成したものと考えられる。
【００５５】
図４は、加熱処理温度とステンレス母相中のチタン炭硫化物相（ＴｉＣＳ）の部分のチタン（Ｔｉ）、炭素（Ｃ）、イオウ（Ｓ）及び窒素（Ｎ）の元素分析をＸＭＡにより行い、各元素の比率をグラフ化したものである。ＸＭＡによる元素分析は、加速電圧を１５ｋＶとし、元素吸収時間を２分間として行った。図４に示す結果は、チタン炭硫化物相の炭素（Ｃ）とイオウ（Ｓ）が、窒素（Ｎ）に置換していく様子を示している。
【００５６】
窒素ガス雰囲気中での加熱処理を行っていないステンレス鋼材では、当然に、窒素（Ｎ）は検出されていない。加熱処理温度が９００℃のステンレス摩擦材では、チタン炭硫化物相（ＴｉＣＳ）であった化合物からはチタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ）の原子比が１程度になった。しかし、イオウ（Ｓ）が依然として検出されていることから、この状態では、チタン炭硫化物は純粋なチタン窒化物相である窒化チタン（ＴｉＮ）にはなっておらず、硬さも小さいと推定される。加熱温度が９５０℃になると、脱硫（脱イオウ）が進行し、加熱温度が１１００℃以上になると、イオウは殆ど検出されなくなったが、その間にチタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ）の原子比はほぼ１で推移している。このことから、概ね、１１００℃において、硬質な窒化チタン（ＴｉＮ）が生成するものと考えられる。以上の通り、窒素ガス雰囲気中での加熱処理により、チタン炭硫化物相は、より硬質のチタン窒化物相やチタン炭窒化物相に変化することが確認された。
【００５７】
図５は、製作した振動型アクチュエータの保持トルクと、被駆動体として用いたステンレス摩擦材の加熱処理温度との関係を示すグラフである。図５に示す「最小値」は、実施例１と同様にして測定した１０回の測定値のうちの最小値であり、「平均値」は、１０回の測定値の平均値である。先に説明した比較例１の保持トルクは、０．４０ｋｇｆ・ｃｍ（＝０．３９Ｎ・ｍ）であったことから、実施例１の組成（＝実施例３の組成）を有するステンレス鋼材の場合、窒素ガス雰囲気中、１０００℃以上の加熱処理を行うことによって、従来のステンレス摩擦材よりも大きな保持トルクを発揮するステンレス摩擦材が得られることがわかる。
【００５８】
また、加熱処理温度が１１００℃のステンレス摩擦材を用いた振動型アクチュエータが最も高い保持トルクを示した。このことは、１１００℃での加熱処理で得られたステンレス摩擦材で最も角張った結晶が生成していたことと（図３参照）、１１００℃以上での加熱処理で得られたステンレス摩擦材にイオウが殆ど検出されなかったこと（図４参照）から考えて、妥当な結果である。なお、９５０℃での加熱処理で得られたステンレス摩擦材は、先に説明した比較例１のチタン化合物を含有していないステンレス摩擦材に対して同等以下の保持トルクとなった。このことは、チタン炭硫化物が、保持トルクの向上を阻害する潤滑性を有する可能性を示唆している。
【００５９】
図６は、製作したステンレス摩擦材の加熱処理温度とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。加熱処理温度が１０００℃〜１２００℃の範囲において、ビッカース硬さは、概ね７４０ＨＶ程度であり、大きな差異は認められなかった。この値は、前述した比較例１（比較例２）のステンレス鋼材であるＪＩＳ規格ＳＵＳ４２０ｊ２を、窒素ガス雰囲気中、１０５０℃で１時間、加熱処理したものと同等か又は若干高い程度の値である。
【００６０】
このことは、本発明の実施例に係るステンレス摩擦材は、窒素拡散による窒化処理で生成されるような表面硬化層が形成されたステンレス摩擦材ではないことを示唆している。即ち、ステンレス母相に窒素を拡散させることで表面硬化層を生成する窒化処理では、表面のビッカース硬度が１０００ＨＶを超えるものが得られる。これに対して、本発明の実施例に係るステンレス摩擦材では、ステンレス母相中に窒素（Ｎ）は拡散せず、その結果として、大きな表面硬度の上昇が現れなかったものと考えられる。そして、窒素（Ｎ）がステンレス母相に拡散しないことから、ステンレス母相中のクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）とが化合することが回避され、窒化クロム（ＣｒＮ）が生成することがないため、加熱処理前と同等の耐食性を維持することができる。
【００６１】
＜振動型アクチュエータの応用例＞
上述した実施例に係るステンレス摩擦材を被駆動体として用いた振動型アクチュエータの応用例について、以下に、産業用ロボット、画像形成装置及び撮像装置を例に取り上げて説明する。
【００６２】
ロボットのアーム関節部の曲げやハンド部の把持動作に用いられるモータには、低回転数で高トルクのＴＮ特性を有するものが求められるため、振動型アクチュエータが好適である。そこで、振動型アクチュエータを備える装置（機械）の一例としての産業用ロボットの構成について、図７を参照して説明する。
【００６３】
図７は、振動型アクチュエータを搭載したロボット１００の概略構造を示す斜視図であり、ここでは、産業用ロボットの一種である水平多関節ロボットを例示している。振動型アクチュエータは、図７において、アーム関節部１１１やハンド部１１２に内蔵されることができると考えられる。アーム関節部１１１は、２本のアーム１２０が交差する角度を変えることができるように、２本のアームを接続する。ハンド部１１２は、アーム１２０と、アーム１２０の一端に取り付けられる把持部１２１と、アーム１２０と把持部１２１とを接続するハンド関節部１２２とを有する。振動型アクチュエータは、アーム１２０同士の角度を変化させるアーム関節部１１１や、把持部１２１を、所定角度、回転させるハンド関節部１２２に用いられる。
【００６４】
振動型アクチュエータを備える装置の一例であるカメラ等の撮像装置（光学機器）の構成について、図８を参照して説明する。図８は、レンズ鏡筒のレンズ駆動機構部３００の概略構造を示す斜視図である。レンズ駆動機構部３００は、被駆動体であるレンズホルダ３０２、レンズホルダ３０２を駆動する振動体３０１、加圧磁石３０５、第１のガイドバー３０３、第２のガイドバー３０４及び不図示の基体を備える。
【００６５】
レンズホルダ３０２は、円筒状の本体部３０２ａと、振動体３０１及び加圧磁石３０５を保持する保持部３０２ｂと、第１のガイドバー３０３と嵌合することによって第１のガイド部を形成する第１のガイド部３０２ｃと、脱落防止部３０２ｄを有する。本体部３０２ａには、レンズ３０７が保持されている。第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４は互いに平行に配置されており、第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４のそれぞれの両端は、不図示の基体に固定されている。
【００６６】
加圧手段を構成する加圧磁石３０５は、永久磁石と、永久磁石の両端に配置される２つのヨークから構成される。加圧磁石３０５と第２のガイドバー３０４との間に磁気回路が形成され、これら部材間に吸引力が発生する。これにより、振動体３０１に設けられた２カ所の突起部の先端が所定の力で第２のガイドバー３０４に押し当てられた状態で保持され、第２のガイド部が形成される。
【００６７】
なお、加圧磁石３０５は、第２のガイドバー３０４とは、間隔を空けて配置されており、第２のガイドバー３０４と非接触である。そのため、第２のガイド部が外力を受ける等すると、振動体３０１の突起部と第２のガイドバー３０４とが引き離される状態が生じるおそれがある。しかし、そのときには、レンズホルダ３０２に設けられた脱落防止部３０２ｄが第２のガイドバー３０４に当接し、レンズホルダ３０２の保持部３０２ｂが本来の位置に戻ることで、振動体３０１の突起部が第２のガイドバー３０４に当接した状態に戻るようになっている。
【００６８】
振動体３０１は、図１を参照して説明した振動体１５と同じ構造を有しており、よって、振動体３０１の駆動方法は振動体１５の駆動方法と同じである。即ち、振動体３０１に所定の交番電圧を印加することによって、２カ所の突起部に楕円振動を発生させることで、振動体３０１第２のガイドバー３０４との間に摩擦駆動力を発生させる。このとき、第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４は固定されているため、発生した摩擦駆動力によって、レンズホルダ３０２を第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４の長さ方向に沿って移動させることができる。
【００６９】
なお、レンズ駆動機構部３００では、加圧機構として磁力を用いたが、これに限られず、ばねによる付勢力を用いてもよい。また、ここでは、レンズ駆動機構部３００は、リニア型の振動型アクチュエータとして構成されているが、これに限られず、図２に示した回転型の振動型アクチュエータとして構成することもできる。即ち、被駆動体の回転力を用いてレンズを保持した環状部材を回転させ、このとき、カムピンとカム溝との係合等の手法を用いて、環状部材の回転量を光軸方向での直線移動量に変換する。これにより、レンズを光軸方向で移動させることができる。
【００７０】
撮像装置は、上述の振動型アクチュエータに加え、不図示の撮像素子、電源、及び筐体等を有している。
【００７１】
振動型アクチュエータによるレンズの駆動は、オートフォーカス用のレンズの駆動に好適であるが、これに限られず、ズーム用のレンズについても、同様の構成による駆動が可能である。また、振動型アクチュエータは、撮像素子の駆動や、手ぶれ補正時のレンズ或いは撮像素子の駆動にも用いることができる。
【００７２】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、本発明に係るステンレス摩擦材を被駆動体として用いた振動型アクチュエータとして、図１に示すリニア型と図２に示す円環型とを取り上げたが、これに限定されず、ランジュバン型の振動型アクチュエータにも適用が可能と考えられる。
【００７３】
また、上記実施例では、本発明に係るステンレス摩擦材を被駆動体として用いて振動型アクチュエータを製作したが、振動体において被駆動体と接触する部分（突起部１２，２３）に、本発明に係るステンレス摩擦材を用いてもよい。即ち、被駆動体における振動体との摩擦摺動面、又は、振動体における被駆動体との摩擦摺動面の少なくとも一方を本発明に係るステンレス摩擦材の表面とすることで、高湿度下に放置した後でも大きい摩擦力を発揮する振動型アクチュエータを得ることができると考えられる。
【００７４】
更に、本発明に係るステンレス摩擦材を製造する際には、加熱処理温度と保持時間は、所望する摩擦特性が得られる限りにおいて任意に調整することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１１，２１    被駆動体
１２，２３    突起部
１３    弾性体
１４    圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
１５，２２    振動体
【図１】
2015227491.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015227491.tif 000010
【図６】
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【図７】
2015227491.tif 000012
【図８】
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