(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動波モータの振動波を形成する振動体と、該振動体と摩擦接触し該振動波によって前記振動体に対して相対運動する接触体との摩擦接触部に用いられる摩擦材の製造方法において、フッ素樹脂粉末と、無機または有機材料の粉末または繊維の両方またはいずれか一方からなる添加物を圧縮成形したフッ素樹脂を含有する成形体を焼成することで円筒状の焼成体を形成し、該焼成体の外周面から皮をむくように切削加工してシートを形成し、該切削加工によって前記添加物の抜け落ちが生じた該シート表面の加工変質層を除去することを特徴とする摩擦材の製造方法。
【請求項２】
前記切削加工によりカールを生じ、かつ凸面側および凹面側に加工変質層が形成されたシートの凸面側を前記振動体または接触体と接着した後、前記シートの凹面側の加工変質層を除去することを特徴とする請求項１に記載の摩擦材の製造方法。
【請求項３】
前記加工変質層をラッピングシートを用いてラップすることにより除去することを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動波モータに用いる摩擦材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に振動波モータは、振動体の表面上の各点に円又は楕円運動を起こさせ、これに押圧された接触体を摩擦駆動するものである。
【０００３】
進行性振動波を利用した振動波モータの原理的概要は下記のようである。全長がある長さλの整数倍であるような金属等の弾性体材料でリング状に形成された弾性体の片面に、周方向に配列された二群の複数個の圧電素子を接着したものを振動体（ステータ）とする。
【０００４】
これらの圧電素子は、各群内ではλ／２のピッチにて、かつ交互に逆の伸縮極性となるように配列されており、また両群間にはλ／４の奇数倍のずれがあるように配列されている。圧電素子の両群にはそれぞれ電極膜が施されている。
【０００５】
いずれかの一群（以下Ａ相と称す）のみに交流電圧を印加すれば、上記振動体は、前記Ａ相の各圧電素子の中央点及びそこからλ／２おきの点が腹の位置、また前記腹の位置間の中央点が節の位置であるような曲げ振動の定在波（波長λ）が弾性体の全周にわたって発生する。
【０００６】
また、他の一群（以下Ｂ相と称す）のみに交流電圧を印加すると、同様に定在波が発生するが、その腹及び節の位置はＡ相による定在波に対して、位置的にλ／４ずれた位相になる。
【０００７】
両Ａ、Ｂ相に、周波数が同じで、かつ互いに９０°の時間的位相差を有する交番信号を同時に印加すると、両者の定在波の合成の結果、弾性体には周方向に振動する曲げ振動の進行波（波長λ）が発生し、このとき、厚みを有する上記弾性体の表面の各点は楕円運動をする。
【０００８】
よって、振動体の片面に接触体（例えば移動体としてのロータ）として、例えばリング状の接触体を直接加圧接触させておけば、前記接触体は振動体からの周方向の摩擦力を受け回転駆動される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
振動波モータ用の摩擦材については従来から多種多様の材料が提案されているが、上述の特徴を有するものとして、例えば、特開平１−１２９７８１号公報、特開平１−２０６８８０号公報などのようにフッ素樹脂と強化繊維や高分子材料などの複合材料が耐摩耗性が良く長期の耐久寿命と摩擦係数の安定性から振動波モータ用の摩擦材に適した材料として開示されている。
【００１０】
また、このようなフッ素樹脂の複合材料を製造する方法としては、一般に圧縮成形法を利用する方法が知られている。これはフッ素樹脂粉末と他の材料粉末を均一に混合し、金型に充填後プレスにて成形し、通常円筒状の成形体を作り、その後成形体をフッ素樹脂の融点以上で焼成し、焼成後、焼成体の外周面を切削加工により、円筒状の外周面をあたかもトイレットペーパー状に皮をむくように削りとり、シート状の複合材料を得る方法である。そしてシート化した後に、このシートを適当な大きさに打ち抜き、振動体または接触体に接着し摩擦材として使うことが試みられている。
【００１１】
しかしながら、上述のシート状のフッ素樹脂複合材料を振動波モータ用の摩擦材に使用し、振動波モータを駆動させたところ、摩擦材の表面で異常に多量の摩耗が発生したり、接着した摩擦材が振動波モータの駆動中にはがれるなど致命的な問題が発生した。
【００１２】
本発明は、前記した従来技術の問題の解決を計るもので、切削加工により作成した特定のシート状のフッ素樹脂系材料を振動波モータ用の摩擦材として利用することにより、駆動中に摩擦材が接着面からはがれることもなく、駆動初期に摩擦材が異常に多量の摩耗を起こすことがない摩耗特性に優れた摩擦材の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、振動波モータの振動波を形成する振動体と、該振動体と摩擦接触し該振動波によって前記振動体に対して相対運動する接触体との摩擦接触部に用いられる摩擦材の製造方法において、フッ素樹脂粉末と、無機または有機材料の粉末または繊維の両方またはいずれか一方からなる添加物を圧縮成形したフッ素樹脂を含有する成形体を焼成することで円筒状の焼成体を形成し、該焼成体の外周面から皮をむくように切削加工してシートを形成し、該切削加工によって前記添加物の抜け落ちが生じた該シート表面の加工変質層を除去することを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の摩擦材の製造方法は、振動波モータの振動波を形成する振動体と、該振動体と摩擦接触し振動によって前記振動体と相対運動する接触体との摩擦接触部に用いる摩擦材であり、フッ素樹脂粉末とその他の添加物を圧縮成形したフッ素樹脂を主成分とする成形体を焼成して焼成体とした後、シート状に切削加工してシートを形成し、該シートの表面の切削加工により生じた加工変質層を除去してなることを特徴とする。
【００１９】
本発明の振動波モータは、該振動波モータに振動波を形成する振動体と該振動体と摩擦接触し、振動によって前記振動体と相対移動する接触体との摩擦接触部分（摩擦面）に用いる摩擦材として、フッ素樹脂を主成分としフッ素樹脂粉末とその他の添加物を含有するフッ素樹脂複合材料を圧縮成形法により円筒形状に成形し、その後焼成し切削加工により円筒形状の外周面を削りシート化した後に、適当な大きさの摩擦材として打ち抜き加工を行った後、その打ち抜いたシートを振動体または接触体に接着し摩擦材とした後、摩擦材表面の切削加工により生じた加工変質層を除去して摩擦材として用いることにより振動波モータを振動した際に起こる異常な多量の摩耗をなくすことが可能となる。
【００２０】
また、摩擦材は切削加工により、カール（曲がり）を生じたシートの凸面側を前記振動体または接触体と接着することにより、接着後のはがれをなくすことが可能となる。
【００２１】
さらにフッ素樹脂以外に粉末または繊維の両方またはどちらか一方を添加した摩擦材は摩擦材の摩擦、摩耗特性をさらに良好にすることが可能で摩耗量の低減が計れる。
【００２２】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の振動波モータの一実施の形態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３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３のもう一方の端面には摩擦材５を同様に接着して形成した。
【００２３】
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、軸方向に総圧で５ｋｇｆの荷重で加圧されている。９はベアリング、１３は振動体を固定するプレート、１４、１５は与圧カラー、１７はカラーでネジ１１ａにより出力軸１２に固定されている。１８はカバーである。
【００２４】
シート状の摩擦材５には、円周状の段差５ａを機械加工により設けている。また、図１の摩擦材５と６ａの接触部（摩擦面）の幅ａは０．８ｍｍ、接触部（摺動面）の直径ｂは３０ｍｍである。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明の摩擦材は、摩擦材５および６ａの両方に使用してもよく、またいずれか一方に使用してもよい。一方に本発明の摩擦材を使用した場合には、もう一方には通常の摩擦材を使用することができる。通常の摩擦材としては、硬質でじん性があり、摩耗のほとんどないアルミ−シリコン合金、焼入鋼、セラミックス、超硬合金等が挙げられるが、本実施例ではフッ素樹脂複合材料を摩擦材５に、摩擦材６ａはセラミックス（アルミナ）を用いた。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、従来例の問題点と比較しながら本発明を具体的に説明する。
【００２８】
実施例１
摩擦材は次の様にして製造した。
フッ素樹脂粉末（ポリテトラフルオロエチレン  ＰＴＦＥ、ダイキン工業社製、商品名  ポリフロン  Ｍ−１２）７６重量％に炭素繊維（大阪ガス社製、商品名  ＳＧ−２４９）２０重量％、ポリイミド粉末（宇部興産社製、商品名ＵＩＰ−Ｓ）４重量％からなる原料粉末をヘキシェルミキサーにて均一に混合した後、金型に充填し、プレスにて圧力５００ｋｇ／ｃｍ2 にて均一に加圧し圧縮成形し、外径２０ｃｍ、内径５ｃｍ、長さ１２ｃｍの円筒状の成形体を作成した。その後、温度３８０℃で３時間焼成し焼成体を得た。次に、図２に示すように、旋盤で焼成体３０を回転させながら、焼成体３０の外周面に幅１５ｃｍの超硬製の切削刃３１を当て、厚さ０．５ｍｍになるように回転と刃の焼成体の中心方向への移動を同期させた装置を用いて切削を行い、焼成体の外周面からあたかも皮をむくようにシート３２を削り出した。
【００２９】
その後、シート３２はトムソン刃を埋め込んだ抜き型とプレスを用いて図１の摩擦材５を得るためにリング状に打抜いて金属弾性体３に接着して用いた。なお、接着する際に、前もってシートの表面は主体がフッ素樹脂からなるので表面処理剤を用いてフッ素樹脂を化学的に分解させ接着性の向上を計った。このような表面処理を行わないと接着による剥離強度が１／５〜１／１０と弱く、表面処理は接着力向上のために不可欠である。
【００３０】
しかしながら、従来例でも記したように、上述のようにして製作した摩擦材は振動波モータの駆動中に、部分的にはがれることが時々発生した。そこでその原因を調査したところ、以下に示すような問題があることがわかった。
【００３１】
すなわち、シート３２は切削加工により機械的な歪と熱的な影響を受けており、図２にも示すように切削加工後、シート３２の長手方向にはカール（曲がり）を生じる。このカールは放置しても決してなくならない。そして、図３に示すように、このようなシート３２から打ち抜いた摩擦材５を金属弾性体３の接着面にあらかじめエポキシ系の２液の接着剤３３を塗布し、接着面に摩擦材５を乗せて摩擦材５の上面から平板により押え付け、接着剤が硬化するまで保持して接着していたが、摩擦材５のカールの凹面を接着面にして接着すると、図３（ａ）のように、カールした摩擦材５は接着面に外周側から金属弾性体３と接触し、さらにシートを押え付けていくとシートの外周側はほとんど動かず、内周側がそのまま上から圧力をかけられるので、接着剤３３からなる接着層に気泡や接着層の厚みむらが発生しやすいことがわかった。
【００３２】
そこで図３（ｂ）のように、シートのカールの凸面を接着面にして接着をしたところ、カールしたシートは内周側ではじめに当り、さらにシートを押え付けていくと、シートは少しづつ外周側に当り、余分な接着剤３３や気泡を外部に押し出しながら接着するので欠陥が発生しくいことがわかった。
【００３３】
この様にして作成した摩擦材は、モータ駆動中の摩擦材の剥離は激減した。なお、摩擦材５の凸部５ａは摩擦材５を金属弾性体３に接着後、凸部５ａ以外の部分を削りとり形成している。これは凸形状にすることで摩耗粉の排出を容易にしているがモータの仕様により凸部を設けなくても良い。
【００３４】
さらに、従来例でも記したように摩擦材がモータ駆動の初期に多量に摩耗が発生することがしばしば起こったので調査を行った。この異常現象は、通常の摩擦材のモータ駆動中の摩耗は時間当り０．０５〜０．０８μｍ／ｈであるが、多量の摩耗の場合、０．３〜５μｍ／ｈと５０倍から１００倍の早さで異常な摩耗が進みモータの性能（回転数やトルク）が不安定になる現象である。切削加工したシートの表面ならびに断面を観察すると、切削加工により生じた加工変質層が影響していることがわかった。これは切削加工による切削抵抗やそのために発生する熱によってシート表面の炭素繊維が折れたり抜けたり、同様にポリイミド粉も抜け落ちたり破損したりしており、とくに切削加工の切削刃の逃げ面側表面（カールの凹面側に相当）の程度はひどい。また加工変質層は炭素繊維だけでなくフッ素樹脂においても表面の凹凸や微小なクラック、また熱によると思われるフッ素樹脂の変質が起こっている。
【００３５】
図４に示す様に、これらの加工変質層３３はシートの厚さ０．５ｍｍの場合、カールの凸面側で少なくとも約５０μｍ程度、凹面側で少なくとも１００μｍ程度にも達している。この加工変質層を、例えば先の金属弾性体にシートを接着した後に図１の摩擦材５の表面または凸部５ａの表面をあらかじめ切削抵抗や熱の発生の少ない加工方法、例えばダイヤモンド粒子を含む砥石を用いて冷却しながら行う研削加工とか、ラッピングシートを用いてラップするとかして加工変質層を取り除くことにより、図１に示す摩擦材５の表面を健全な摩擦面とした振動波モータで評価したところ、初期から摩耗は安定し、モータ性能も安定した。
【００３６】
これからもわかるようにシートの表面や断面の観察の結果から考えると、加工変質層は駆動初期に多量の摩耗が短時間に発生し易く初期に発生した多量の摩耗粉がそのままその下地である樹脂材の多量の摩耗をさらに加速させて行くと思われ、初期の摩擦面が加工変質層のない健全な表面であることが、異常な多量の摩耗をなくすために必須であると思われた。
【００３７】
このようにフッ素樹脂を主体とした粉末を成形ならびに焼成し切削加工によりシート化した材料を振動波モータの摩擦材として実用化する為には上述のような加工変質層の除去が必要である。
【００３８】
また、本発明に用いられる摩擦材は、フッ素樹脂を主成分とし、フッ素樹脂粉末とその他の添加物からなる。その他の添加物としては、耐熱性を有する高分子材料からなる粉末または粉末が好ましく、例えばポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリパラオキシベンゾイル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂などが挙げられ、これらの樹脂の中で最も耐熱性の高いポリイミド樹脂が好ましい。これらの樹脂は高い耐摩耗性と安定した摩擦、摩耗特性を備えており、振動波モータの摩擦材として最適である。
【００３９】
さらに、摩擦材には上記の耐熱性高分子材料の他に強化材として無機系、有機系の繊維を添加することでさらに高い耐摩耗性と安定した摩擦、摩耗特性を得ることができる。中でも無機系ファイバーである炭素繊維が、摩擦係数が安定し摩耗量も少なく最も好ましい。
【００４０】
そのほかに本発明に用いられる摩擦材は、上記のフッ素樹脂、耐熱性高分子材料繊維以外に必要に応じさらにその他の材料を添加することも好ましい。無機粉末としては例えば硫化モリブデン粉末、カーボン粉末などの固体潤滑剤や、アルミナ粉末、酸化シリコン粉末などが挙げられる。これらの材料を添加すると振動波モータの種々の仕様に合わせて摩擦材の性質を変えることが可能となる。
【００４１】
また、圧縮成形可能なフッ素樹脂の比率は５０重量％以上で、好ましくは７０〜９０重量％である。
また、その他の添加物の比率は５０重量％以下で、好ましくは２〜１０重量％である。これ以上添加物が増えると材料自体がもろくなり強度等も低下して好ましくない。これは圧縮成形においてはフッ素樹脂がバインダーの役割を有しており、フッ素樹脂が少なくなると添加物への保持力が弱くなるためである。このためフッ素樹脂の比率が少ない（添加物が多い）場合には切削加工による加工変質層の厚さも増大する。
【００４２】
この様に本発明では、振動波モータの振動体または接触体の少なくとも一方の摩擦接触する摩擦材に、混合したフッ素樹脂とその他の添加材料を圧縮成形法により作成したシート材料の摩擦接触面の加工変質層を除去し、かつシートのカールの凸面側を振動体または接触体と接着しているので、振動波モータとして駆動中に摩擦材が接着面からはがれることもなく、駆動初期に摩擦材が異常に多量の摩耗を起こすことなく、安定した駆動が可能で、振動波モータの高寿命化も可能となり振動波モータの信頼性を一段と高めることが可能である。
【００４３】
また本発明は、上記の摩擦材を設けた振動波モータを駆動源として図４のように各種の機器に用いることができる。
【００４４】
また、図４は、図１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２３ａ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２４ａ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。
【００４５】
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。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればフッ素樹脂粉末を主体とした複合材料を圧縮成形後、焼成した焼成体を切削加工してシート状にした後、振動波モータ用の摩擦材として利用することにより、駆動中に摩擦材が接着面からはがれることもなく、駆動初期に摩擦材が異常に多量の摩耗を起こすことがない、摩耗特性に優れた摩擦材を大量にかつ安価に提供することが可能となる。
【００４７】
また、本発明は、上記の摩擦材を用いて、摩耗特性に優れ、安定した駆動が可能で、高寿命化の振動波モータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動波モータの実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の摩擦材の製造方法を示す説明図である。
【図３】本発明の摩擦材を金属弾性体に接着する状況を示す説明図である。
【図４】本発明の摩擦材の加工変質層を示す説明図である。
【図５】図１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
２  移動体
３  金属弾性体
４  圧電素子
５  摩擦材
８  支持体
９  金属弾性体
１１，１１ａ  ネジ
１２  出力軸
１３  プレート
１４、１５  与圧カラー
１６  板バネ
１７  カラー
１９  ベアリング
３０  焼成体
３１  切削刃
３２  シート
【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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