(57)【要約】【課題】  振動体及び接触体の少なくとも一方の摩擦接触部分に設けられる摩擦材の表面に、短時間で良好な酸化皮膜を形成させる。【解決手段】  摩擦材の母材である鉄系材料を大気中より酸素分圧を高くした雰囲気中にて高温加熱することで、摩擦材の表面に酸化皮膜を形成させる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を発生する振動体と、該振動体に接触する接触体とが相対移動する振動モータにおいて、前記振動体及び前記接触体の少なくとも一方の摩擦接触部分に設けられる摩擦材であり、該摩擦材は、母材である鉄系材料を少なくとも大気中より酸素分圧を高くした雰囲気中にて高温加熱する事により、該母材の表面部分に酸化皮膜を形成した物からなる事を特徴とする振動モータ用摩擦材。
【請求項２】
前記雰囲気の酸素分圧は、4×104（N/m2）より高い事を特徴とする請求項1に記載の振動モータ用摩擦材。
【請求項３】
前記摩擦材における、前記高温加熱の温度は、500℃〜200℃の範囲内である事を特徴とする請求項1及び2に記載の振動モータ用摩擦材。
【請求項４】
前記摩擦材の相手材との接触面の算術平均粗さRaが0.03μｍ以下である事を特徴とする請求項1〜3に記載の振動モータ用摩擦材。
【請求項５】
前記鉄系材料は、ステンレス鋼又は、耐熱鋼又は、工具鋼である事を特徴とする請求項1〜4に記載の振動モータ用摩擦材。
【請求項６】
請求項1〜5に記載の振動モータ用摩擦材を有する振動モータを駆動源として備えた機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動モータ用摩擦材、それを用いた振動モータ及び機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に振動モータは、振動体の表面粒子に円又は楕円運動を励起せしめ、これに加圧接触した接触体と、該振動体とを摩擦駆動により相対移動するものである。従って、振動体及び接触体の加圧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よく振動モータの出力を取り出す為に望ましく、また摩擦材の摩耗がそのままモータの耐久寿命につながる為、摩耗の少ない材料が望ましい。その為、従来から摩擦材として種々の材料や複合材料が提案されてきた。中でもコストが比較的低く且つ耐摩耗性に優れ、摩擦係数も高い振動モータ用摩擦材として鉄系材料に表面処理を行ったものがいくつか提案されている。例えば、特開平8-275557では、振動モータの摩擦接触部に鉄系材料の酸化皮膜を形成するものとしてある。さらに、該酸化皮膜の形成方法として、酸化性を有する溶液に濡らす酸化溶液浸漬手段か、又は、200℃以上の高温に加熱する熱処理手段で形成するとしてある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例の形成方法では、耐摩耗性を向上させる酸化皮膜であるFe2O3は、ほとんど形成されないか、又は高温にて長時間加熱しなければならない。従って前者の場合は、振動モータの寿命が短いという問題があった。又後者の場合は、摩擦接触部が変形し振動モータの性能が出なかったり、コストが高くなる問題があった。又、耐摩耗性も決して充分ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前述した目的を達成する為、本出願に係わる第1の解決手段は、請求項1に記載のように、振動を発生する振動体と該振動体に接触する接触体とが相対移動する振動モータにおいて、前記振動体及び前記接触体の少なくとも一方の摩擦接触部分に設けられる摩擦材であり、該摩擦材は、母材である鉄系材料を少なくとも大気中より酸素分圧を高くした雰囲気中にて高温加熱する事により、該母材の表面部分に酸化皮膜を形成した物からなる事を特徴とする振動モータ用摩擦材にある。この解決手段では、振動体及び接触体の少なくとも一方の摩擦接触部分に設けられる摩擦材は、その相手材との接触面に酸化皮膜を有する。従って、振動モータを駆動した場合に摺動部に発生する摩擦熱により、摩擦材と相手材との間に焼き付き等が発生し難い。同時に、該摩擦材は、その母材である鉄系材料を少なくとも大気中より酸素分圧を高くした雰囲気中にて高温加熱する事により、該母材の表面部分に酸化皮膜を形成した物である為、単に大気中にて高温加熱した場合と比較して、高温加熱の時間がより短く、かつより低温度にて所定の酸化皮膜を形成する事が出来る。従って、接触面の変形や硬度の低下が発生し難く、長寿命で安定した振動モータ用摩擦材が、低コストにて簡単に得られる。
【０００５】
本出願に係わる第2の解決手段は、請求項2に記載のように、前記雰囲気の酸素分圧は、4×104（N/m2）より高い事を特徴とする請求項1に記載の振動モータ用摩擦材にある。この解決手段では、前記雰囲気の酸素分圧は、4×104（N/m2）より高い為、これ以下の分圧の場合よりさらに、前記高温加熱の時間が短く、かつ低温度にて所定の酸化皮膜を形成する事が出来る。従って長寿命で安定した振動モータ用摩擦材が、より低コストにて簡単に得られる。
【０００６】
本出願に係わる第3の解決手段は、請求項3に記載のように、前記摩擦材における、前記高温加熱の温度は、500℃〜200℃の範囲内である事を特徴とする請求項1及び2に記載の振動モータ用摩擦材にある。この解決手段では、前記高温加熱の温度は、500℃〜200℃の範囲内である為、摩擦接触部の変形や硬度の低下等がさらに発生し難く、かつ実用的な時間内で所定の酸化皮膜を形成する事が出来る。従ってより安定した振動モータ用摩擦材が得られる。
【０００７】
本出願に係わる第4の解決手段は、請求項4に記載のように、前記摩擦材の相手材との接触面の算術平均粗さRaが0.03μｍ以下である事を特徴とする請求項1〜3に記載の振動モータ用摩擦材にある。この解決手段では、前記摩擦材の相手材との接触面の算術平均粗さRaが0.03μｍ以下である為、振動モータの駆動の初期に摺動面に発生する摩耗紛の量が少なく、それにより急激な初期摩耗が発生する事がない。従ってより安定した振動モータ用摩擦材がえられる。
【０００８】
本出願に係わる第5の解決手段は、請求項5に記載のように、前記鉄系材料は、ステンレス鋼又は、耐熱鋼又は、工具鋼である事を特徴とする請求項1〜4に記載の振動モータ用摩擦材にある。この解決手段では、前記鉄系材料は、ステンレス鋼又は、耐熱鋼又は、工具鋼である為、他の材料を用いた場合より加熱時における変形や硬度の低下等が発生し難く、かつ容易にその表面に酸化皮膜を形成する事が出来る。従って、より長寿命で安定した振動モータ用摩擦材が低コストにて得られる。
【０００９】
さらに本発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の振動モータ用摩擦材を有する振動モータを駆動源として設けた機器である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明によれば、振動モータの摩擦材は、母材である鉄系材料を少なくとも大気中より酸素分圧を高くした雰囲気中にて高温加熱する事により、該母材の表面部分に酸化皮膜を形成した物である為、単に大気中にて高温加熱した場合と比較して低温かつ短時間に良好な酸化皮膜が得られる、従って長寿命で安定した振動モータ用摩擦材が、より低コストにて簡単に得られる。又、前記雰囲気の酸素分圧は、4×104（N/m2）より高い為、長寿命で安定した振動モータ用摩擦材が、より低コストにてられる。又、前記高温加熱の温度は、500℃〜200℃の範囲内である為、より安定した振動モータ用摩擦材が得られる。又、摩擦材の相手材との接触面の算術平均粗さRaが0.03μｍ以下である為、より安定した振動モータ用摩擦材がえられる。又、本発明は、上記の摩擦材が設けられた耐久寿命が長く、低コストで安定性が優れた振動モータを用いた機器を提供する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施例）
図１及び図2は、本実施例による摩擦材を用いた振動モータの断面図である。1aは振動体1に結合された摩擦材である。2aは接触体としての移動体2に結合された摩擦材である。本実験では、これらの摩擦材は母材がアルミ合金のものは切削加工で、鉄合金のものはプレス加工により作製したが、摩擦材1aの場合はエッチング加工でも良い。摩擦材2aの場合はパイプを切断しても良い。又、これら摩擦材の振動体及び移動体への結合方法は本実験では接着で行ったが、圧入でも溶着でも良い。
【００１２】
尚、この振動モータの駆動原理等詳細は、特開平3-117384号公報に記載されているので、ここでは説明を省略する。図1の3は電気−機械エネルギー変換素子であり、不図示の駆動回路より交番電圧を受けて振動体1に進行波振動を発生させる。4は移動体2を振動体1に圧接する為のコイルスプリングであり5は出力ギアである。本検討では前記振動モータを使用し、摩擦材を変えて、摩擦材の組み合わせをいくつか設定した。使用した材料の一覧及び、それらをモータに組んで耐久試験した後の摩耗量等を図3に示す。尚、図3の耐久試験では、モータの起動トルクが0.02N・ｍ程度発生するように面圧を調整したうえで調べている。振動体側の摩擦材1aと移動体側の摩擦材2aは2aの幅（0.1ｍｍ）で接しており、摩擦面の中心直径は8.6ｍｍである事から接触面積は2.7ｍｍ2になる。一方、移動体側の摩擦材2aはコイルスプリング4により振動体側摩擦材1aに圧接しており、この力は前述調整の結果6Nとなった。従って面圧は2.2N/ｍｍ2となっている。又、本試験は回転速度は、0.24ｍ/ｓで一定とし0.005N・ｍの負荷にて試験を行った。尚、本実施例では、振動体1と摩擦材1aを別部材としたが両者を一体化する事も可能であり、さらに移動体2と摩擦材2aについても一体化が可能である。
【００１３】
ここで図3に示した「材質」から「硬度（Hv）」までは、全て摩擦材1aについて述べている。尚、摩擦材2aについては、全て材質はマルテンサイト系ステンレス鋼420J2に固定し、表面に酸化皮膜は形成しなかった。図3の「高温加熱条件」は、摩擦材1aの表面に酸化皮膜を形成する為の高温加熱条件を示している。ここで酸化皮膜の形成方法を説明すると、摩擦材1aを成形した後、鉄合金の試料であるNo.1〜15では真空熱処理を行って、650Hv〜800Hv程度の硬度とした。その後各摩擦材1aの摺動面を粒径0.5μｍの固定砥粒のペーパーラップにてハンドラップし摺動面の算術平均粗さRaを0.02μ程度、平面度を0.5μｍ程度とした。その後、前述した高温加熱を実施した。即ち試料No.1〜6では、摩擦材1aを酸素分圧を5×104（N/ｍ2）とした恒温槽に入れ、加熱温度400℃にて3Hr放置した。その後恒温槽から取り出した所、摺動面に赤青色の皮膜が認められた。これに対して試料No.7〜10では、酸素分圧を10×104（N/ｍ2）と高くした代わりに、加熱温度を300℃と低くし、放置時間も1Hrと短くしたが、やはり摩擦材1aの摺動面には赤青色の皮膜が認められた。又、試料No.11〜14では、酸素分圧を上げずに大気中のままとし、加熱温度500℃〜700℃にて24Hr〜12Hr放置した所、摺動面に赤青色〜青色の皮膜が認められた。尚、これ以前に予備実験として、同じく大気中にて温度500℃、放置時間3Hrとして摩擦材1 aを高温加熱した所、摺動面にはほとんど皮膜が形成されなかった。試料No.15は比較例であり、高温加熱法による酸化皮膜の形成は行わなかった。試料No.16も比較例であり、摩擦材1aの材料としてアルミ合金を用いている。上述したしたうち比較例以外の試料No.1〜14の摺動面に形成された皮膜をX線光電子分光法にて分析した所、全ての場合でFe2O3が検出され、摺動面にFe2O3を含む酸化皮膜が形成された事が確認された。図3の「硬度（Hｖ）」は、酸化皮膜形成後に摩擦材1aの断面サンプルを作製し、ビッカース硬度計にて母材部分の硬度を測定した値である。前述した通り、No.1〜15では、最初に真空熱処理を行って、650Hv〜800Hv程度の硬度としてあったが、No.13とNo.14のみ硬度が大幅に低下しているのが分かる。これは、酸化皮膜形成の為、700℃という高温にて加熱した事によると考えられ、この事が後述する様に摩耗量にも大きな影響を与えている。尚、摩擦材2aについては、前述したハンドラップを実施して摺動面のRaを0.02μｍ程度、平面度を0.5μｍ程度、また硬度650Hvとして次の耐久試験を実施した。図3の摩耗量は、耐久試験を実施し、摩擦材同士の相対移動距離50Km当たりの摩耗深さ（振動体側）及び摩耗高さ（移動体側）として示してあるが、5Kｍの時点で全条件の摩耗量を測定しており、この時点で摩耗が進んいて、このまま正比例で摩耗が進行すれば50Kmの寿命はないと判断された条件では、50Km当たりの摩耗量は、5Km時点での摩耗量を10倍して表示した。又、図3の判定は、公知例であるアルマイト膜厚に相当する30μｍを基準とし、摩擦材1a（振動体側）と摩擦材2a（移動体側）のいずれか大きい方の摩耗量が4μｍ〜29μｍの範囲にあるものを○、3μｍ以下を◎、そして30μｍより大きいものを×とした。
【００１４】
次に試験の結果について述べる。図3に示す様に、判定が○〜◎のものは全て高温加熱中に酸素分圧を大気中よりも高くした試料No.1〜No.11の場合であった。これに対して大気中にて高温加熱する事により酸化皮膜を形成した試料No.11〜No.14では、加熱温度が高くかつ加熱時間が長いにもかかわらず×の判定となった。特に加熱温度を700℃とした試料No.13及びNo.14では、激しい摩耗が発生し振動モータは停止してしまった。これらの試料No.11〜14の摺動面を顕微鏡にて観察した所、摩耗により摺動面の酸化皮膜が全て破壊されている事が確認され、特にNo.13及びNo.14では、酸化皮膜の下の母材部分に凹凸が発生し変形していた。これらは、酸化皮膜の層が薄かったり、硬度の低下した母材部分が変形する事などにより酸化皮膜が破れ、それにより母材金属が直接相手材と接触する事になって、激しい摩耗が発生したと考えられる。又、No.13及びNo.14では初期のワウフラ特性が他の試料と比べて悪かった。調査した所、これらの試料では摩擦材1aの平面度が高温加熱前の設定値である0.5μｍから1.0μｍに悪化している事が判明した。従って、このワウフラ特性の悪化も700℃という高温にて膜付けを行った影響である。次に比較例として、試料No.15では摺動面に酸化皮膜を形成しなかったが、やはり激しい摩耗が発生した。試料No.16では、摩擦材1aの材料としてアルミ合金を用いたがやはり破壊的な摩耗が発生した。
【００１５】
（第２の実施例）
次に前述した加熱温度と酸素分圧が、良好な耐摩耗性を有する酸化皮膜を与える範囲を調べる為に行った試験について図4に示す。この試験では、摩擦材1aの材質にはマルテンサイト系ステンレス鋼SUS440Cを用い、酸素分圧を、2×104（N/m2）〜15×104（N/m2）の間で6段階に振った。さらに各酸素分圧にて加熱温度を100℃〜700℃の間で100℃ずつ振り各摩擦材に酸化皮膜を形成した。但し加熱時間は1Hrに固定した。これらを用いて耐久試験を実施した、尚、圧接力などの試験条件は第1の実施例と同一であり、摩耗量は、振動体側と移動体側双方の平均値とした。結果は図4に示す様に酸素分圧が4×104（N/m2）以上でかつ加熱温度が200℃〜500℃の範囲にて摩耗量が30μｍ以下の良好な結果が得られた。これは酸素分圧が4×104（N/m2）未満の場合や、加熱温度が200℃未満の場合には、耐摩耗性が有りかつ剥がれ難い酸化皮膜が形成されない事を示している。又、加熱温度が500℃より大きい場合は母材の硬度が低下する事により摩耗が多くなってしまう事が硬度測定により確認された。
【００１６】
図6は摺動面のRaについて行った試験結果である。この試験も振動体と移動体の圧接力などの試験条件は、第1の実施例と同一であり、摩耗量は、図4と同様に振動体側と移動体側双方の平均値としている。ここで摩擦材1aの摺動面に0.5μｍ〜7.0μｍの固定砥粒で振ったハンドラップを行う事により、それぞれRa0.015μｍ〜0.040μｍのサンプルを6種類作製しその後、酸素分圧10×104（N/m2）、加熱温度300℃、加熱温度1Hrの条件にて表面に酸化皮膜を形成した後に前述した耐久試験を実施した。結果は図5に示す様に、Ra0.03μｍ以下で摩耗量30μｍ以下の良好な結果が得られた。従ってRa0.03μｍ以下では、摺動面が粗れている事によるモータ駆動時の初期摩耗紛の多量発生が起こらず、耐摩耗性が大幅に向上する事が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の検討に用いた振動モータの断面図。
【図２】摩擦材近傍の拡大図。
【図３】本検討に用いた摩擦材1aの一覧と判定を示す図。
【図４】酸化皮膜形成時の酸素分圧及び加熱温度と摩耗量の関係を示す図。
【図５】摩擦材の摺動面のRaと摩耗量の関係を示す図。
【符号の説明】
【００１８】
1  振動体
1a  振動体側摩擦材
2  移動体
2a  移動体側摩擦材
3  電気-機械エネルギー変換素子
4  コイルスプリング
5  出力ギア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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