(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記振動体及び前記移動体のうち一方の摩擦接触部がタングステンカーバイド−コバルトの溶射膜により形成されており、かつ、該溶射膜がタングステン、コバルト、カーバイドによる三元系金属間化合物を含むことを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】
前記タングステンカーバイド−コバルトにコバルトが９〜２５重量％含有されていることを特徴とする請求項１記載の振動波駆動装置。
【請求項３】
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の、前記振動体及び前記移動体のうち一方の摩擦接触部を形成する製造方法において、
前記振動体の表面にタングステンカーバイド−コバルトを溶射して、タングステン、コバルト、カーバイドによる三元系金属間化合物を含む溶射膜を形成することを特徴とする振動波駆動装置における摩擦接触部の製造方法。
【請求項４】
前記タングステンカーバイド−コバルトの溶射膜がＨＶＯＦ法によって形成されたものであること特徴とする請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
前記タングステンカーバイド−コバルトの溶射するための溶射燃料としてエチレンを使用することを特徴とする請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
焼結粉砕又は溶融粉砕したタングステンカーバイド−コバルト粉末を用いて溶射を行うことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、振動体に進行性振動波を生じさせ、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および振動波駆動装置における摩擦接触部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良く振動波駆動装置の出力を取り出す為に望ましく、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。例えば、特開昭６２−１００１７８号公報には、摩擦接触部にＷＣ−Ｃｏを使用し、もう一方の摩擦接触部に硬質アルマイトを使用する事が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一方の摩擦接触部に硬度の高いＷＣ−Ｃｏを使用しているにもかかわらず、両方の摩擦接触面が摩耗してしまう事がある。通常、溶射ＷＣ−Ｃｏは、硬度の高さを維持する為にＷＣ粒が溶け込まない溶射法を選択する。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、振動により摺動するという事からＷＣ粒が脱粒して双方の摩捺接触面を傷つけて性能を低下させる。ＷＣ−Ｃｏはタングステンカーバイド−コバルトであり、ＷＣはタングステンカーバイドである。
【０００４】
又、ＷＣ−Ｃｏの溶射皮膜は、溶射粉末の製法により皮膜の組成が変化する事が知られ、一般には造粒粉末または焼結粉末等を用いている。これらの粉末を比べると、造粒粉末の方が溶射時のＷＣの分解が少なく、粒径も小さくなる為、耐摩耗性の観点からは優れているといわれている。しかし、上述の様に、振動により摺動する振動波駆動装置では、ＷＣの分解が少ない分、ＷＣ粒同士の密着性が弱く、脱粒しやすくなる。
【０００５】
更に、ＷＣへのＣｏの含有量によって、ＷＣ−Ｃｏの硬さ、ＷＣ−Ｃｏ同士の密着性に影響がある為、最適な量のＣｏを含有させる事が必要である。Ｃｏはコバルトである。
【０００６】
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および該振動波駆動装置における摩擦接触部の製造方法を提供する事にある。
【０００７】
【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、前記振動体及び前記移動体のうち一方の摩擦接触部がタングステンカーバイド−コバルトの溶射膜により形成されており、かつ、該溶射膜がタングステン、コバルト、カーバイドによる三元系金属間化合物を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
また、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の、前記振動体及び前記移動体のうち一方の摩擦接触部を形成する製造方法において、前記振動体の表面にタングステンカーバイド−コバルトを溶射して、タングステン、コバルト、カーバイドによる三元系金属間化合物を含む溶射膜を形成することを特徴とするものである。
【００１０】
【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溶射ＷＣ−Ｃｏの溶射膜により形成されており、かつ該溶射膜に溶射によりＷ・Ｃｏ・Ｃ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。Ｃはカーバイドである。
【００１１】
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体が、溶射ＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ：９〜２５重量％含有）により形成されており、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溶射を行い、その溶射膜が層状に溶け込み、Ｗ・Ｃｏ・Ｃの三元系金属間化合物（η相）が生成され、その溶射されるＷＣ−Ｃｏの粉末が焼結粉砕又は溶融粉砕されている事を特徴とする。
【００１２】
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。
【００１３】
【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。
【００１４】
同図において、１は振動体である。この振動体ｌは直径７３ｍｍ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が設けられている。この摩擦材ｌａは硬質アルマイトである。
【００１５】
２は移動体であり、この移動体２の接触部の摩擦材２ａ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のダイヤモンド砥石を用いた研削盤にｌＭＰａで加圧して加工し、中心線粗さ（Ｒａ）が０．０３μｍＲａになるように形成されている。
【００１６】
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の突起１ｂに進行性振動波を発生させる。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、振動体１を固定すれば移動体２が回転する。
【００１７】
そこで、何種類かの溶射法で溶射した移動体２を用いて実験を行った。
通常溶射ＷＣ−Ｃｏは、硬質のＷＣ粒が溶けていない状態のものが好ましいといわれており、ＷＣ粒が残ったものを使用している。
【００１８】
例えば、ＷＣ−Ｃｏを原料として、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（Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｏｘｙｇｅｎ−Ｆｕｅｌ  Ｆｌａｍｅ  Ｓｐｒａｙｉｎｇ）溶射を行なうと、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。
【００１９】
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、振動により摺動するという事から、Ｃｏマトリックス中のＷＣ粒子が脱粒して、双方の摩擦摺動面を傷つけてしまい、性能を低下させてしまう。
【００２０】
そこで、ＷＣ粒を溶かす溶射法として、プラズマ溶射があるが、これは溶射温度が非常に高く、十分にＷＣ粒が溶け込むが、温度が高過ぎる為、母材に影響を与えてしまい移動体が変形する事がある。
【００２１】
次に、ＷＣ−Ｃｏを原料として、溶射温度の低い、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）を使用するＨＶＯＦ溶射があるが、これはＷＣ粒が層状でマトリックスと溶け込み、Ｗ・Ｃｏ・Ｃの三元系金属間化合物（η相）が多く生成されている溶射面になる。
【００２２】
図４はＷ・Ｃｏ・Ｃの三元系金属間化合物の金属組織（溶融組織）の一例を示す電子顕微鏡写真である。同図において、Ａは溶射膜、Ｂはアルミからなる母材、Ｃはなにもない所を示す。溶融組織の白い部分が三元系金属間化合物（η相）を示す。
【００２３】
また、溶射ガンによる溶射温度には違いがあり、例えば下記の表１に示すとおりである。
【００２４】
【表１】
0004227230.tif 000002
【００２５】
（注）
（１）ＪＫ（ＪＥＴ  ＫＯＴＥ）は溶射ガン名を示す。
（２）ＷＣの融点は２７００℃である。
【００２６】
次に、これらの溶射法で溶射した移動体を用いて実験を行った。
その結果、ＪＫ（ＪＥＴ  ＫＯＴＥ）を使用した、ＷＣ粒の溶け込んでいる溶射面の移動体が最も良好な結果が得られた。
先ず、ＷＣ−Ｃｏを原料として、溶射燃料に灯油を使用し、ＪＰ５０００でＨＶＯＦ溶射を行った移動体では、粒が残っている為、摺動時に脱粒しそれが砥粒の様になり双方の摩擦摺動面を痛め、傷の発生が多くなった。
【００２７】
次に、プラズマ溶射を行った移動体では、溶射温度が高い為、粒が溶け込んでいるものの、温度が高過ぎる為、移動体が変形してしまい平面度が悪くなり、回転摺動時に回転ムラが起こるようになってしまった。
【００２８】
もう１種類の溶射法である、ＪＫ（ＪＥＴ  ＫＯＴＥ）を使用したものでは、Ｃｏやη相のマトリックスが多くなり、ＷＣ粒の溶け込み、脱粒する事がなく、又、プラズマ溶射程溶射温度が高くない為、移動体の変形もなく傷の発生も少ない最も良い結果が得られた。
【００２９】
次に、本発明において、溶射するＷＣの粉末を作成する際、焼結粉砕又は溶融粉砕したものを使用する事について説明する。
溶射に使用するＷＣ−Ｃｏ粉末として、一般には造粒粉末か焼結粉末等が用いられている。この２種類の粉末を比べると、造粒粉末の方がＷＣの分解が少なく粒径も小さい為、耐摩耗性の観点からは優れているといわれている。又これは、造粒されている分、粒の流れ性が良くなり、溶射ガンへの溶射粉末の供給がスムーズになり、工程上、分留まりが少なくなる。又、焼結させない分、製造工程が減り、溶射粉末のコストが下がるというメリットが生じる。
【００３０】
しかし、この場合、先程と同様、振動により摺動する振動波駆動装置では、ＷＣの分解が少ない為、ＷＣ−Ｃｏ同士の溶着が弱く、脱粒しやすくなる。
そこで、ＷＣ−Ｃｏの粉末を混ぜ、それを焼結し粉砕したもの、又は溶融し粉砕したものの場合は、焼結、溶融時の熱により、すでにＷＣとＣｏが溶け合っているので溶射時に密着性が良くなる。
【００３１】
焼結粉砕又は、溶融粉砕したものとしてメテコ（株）の７１ＶＦ−ＮＳ（登録商標）を溶射したものと、造粒粉のＷＣ−Ｃｏを溶射したものとの２００Ｈｒ摩擦摺動後のＷＣ−Ｃｏ摺動面の形状測定結果の断面図を各々図５および図６に示す。図５に示すメテコ（株）の７１ＶＦ−ＮＳの場合は、焼結又は溶融する事により熱を加えられ、脱炭しＷＣとＣｏが溶けあい混ざっており、一方、図６に示す造粒粉ではＷＣの分解が少なく、ＷＣとＣｏが別れているものと考えられる。その為、造粒粉の方はかなり削られていた。
【００３２】
次に、ＷＣ−Ｃｏ溶射膜のＣｏ含有率であるが、これは通常各溶射材メーカーから市販されている９〜２５重量％のものと、３０重量％、５０重量％のものと、焼結材料である６．５重量％のもので実験を行った。上記の試料Ｎｏ．２〜５（９〜２５重量％のもの）には、Ｗ・Ｃｏ・Ｃの三元系金属間化合物（η相）が生成していた。
【００３３】
その実験条件は、回転数６０ｒｐｍ、駆動時間２００Ｈｒｓ、移動体直径７３ｍｍ、実験室温度２０℃、実験室湿度２５％であり、摩擦摺動後の結果を表２および３に示す。
【００３４】
【表２】
0004227230.tif 000003
【００３５】
【表３】
0004227230.tif 000004
【００３６】
（注）ＷＣ−Ｃｏ摺動面の判定
◎：摺動キズの深さ  ０
○：摺動キズの深さ  ０．１〜０．９μｍ
×：摺動キズの深さ  １．０μｍ以上
【００３７】
表２、３の結果から、Ｃｏを１２重量％含有させたものが最も良い結果が得られたが、９〜２５重量％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。それに対し、６．５、３０、５０重量％のものは、摩耗量が多く、駆動後には回転ムラの悪化と、異音の発生が見られた。
【００３８】
ＷＣにＣｏを含有させた時の効果として、ＷＣを母材に接着させる事や、ＷＣ同士を密着させるバインダーの役割が挙げられる。Ｃｏの含有量が少ない場合は、密着強度が落ち、脱粒を起こしやすくなり、その結果、それが砥粒となり、相手材の摩耗が増大し、回転ムラが生じやすくなる。反対にＣｏの含有量が多い場合は、ＷＣと比較するとＣｏは軟らかい為、溶射膜に十分な硬度が得られなくなる。その為、ＷＣ−Ｃｏの摺動面が荒れ、相手材の摩耗が増大し、回転ムラが生じる。又、ＷＣ−Ｃｏの摺動面の荒れ、相手材の摩耗増大の為、駆動中に異音を生じる。
【００３９】
次に、本発明におけるＷＣ−Ｃｏ溶射膜の摩擦接触する、もう一方の摩擦接触部には、硬質アルマイトが用いられる。
【００４０】
図７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１１ａ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、溶射ＷＣ−Ｃｏの溶射膜により形成されており、かつ該溶射膜に溶射によりＷ・Ｃｏ・Ｃの三元系金属間化合物（η相）が生成されているので、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７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８は、図７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。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動体及び移動体のうち一方の摩擦接触部が溶射ＷＣ−Ｃｏの溶射膜により形成されており、かつ該溶射膜に溶射によりＷ・Ｃｏ・Ｃの三元系金属間化合物（η相）が生成されていること、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が得られる。
【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】本発明の溶射タングステンカーバイド−コバルト（ＷＣ−Ｃｏ）のＷ・Ｃｏ・Ｃの三元系金属間化合物（η相）の金属組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】メテコ（株）の７１ＶＦ−ＮＳ（登録商標）を溶射したものの２００Ｈｒ摩擦摺動後のＷＣ−Ｃｏ摺動面を示す断面図である。
【図６】造粒粉のＷＣ−Ｃｏを溶射したものの２００Ｈｒ摩擦摺動後のＷＣ−Ｃｏ摺動面を示す断面図である。
【図７】本発明の振動波モータの一例を示す断面図である。
【図８】図７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
１ａ  振動体側の摩擦材
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
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
【図１】
0004227230.tif 000005
【図２】
0004227230.tif 000006
【図３】
0004227230.tif 000007
【図４】
0004227230.tif 000008
【図５】
0004227230.tif 000009
【図６】
0004227230.tif 000010
【図７】
0004227230.tif 000011
【図８】
0004227230.tif 000012