JP2008231216A - 高摩擦摺動膜およびこれを用いた駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性ヒステリシス損失を利用することにより、耐摩耗性を高めつつ高摩擦係数化を図ることができる高摩擦摺動膜を提供する。
【解決手段】高摩擦摺動膜１０は、基材２０の表面に形成され、基材２０に対して垂直な方向と基材２０に対して平行な方向との弾性率が異なり、荷重−変位特性においてヒステリシスを示す。
【選択図】図２

Description

本発明は、高摩擦摺動膜およびこれを用いた駆動装置に関する。

硬質材料のセラミックス焼結体に粒子状金属材や繊維状金属材を含有させることにより、摺動部材の高摩擦係数化が図られている。このように、硬質材料に金属材を含有させると、この金属材が相手材との間で凝着作用を発揮する。これが高摩擦係数化につながっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１０４１４５

しかし、上述のように、凝着し易くすることにより高摩擦化を図ろうとすると、摺動部材および相手材が摩耗し易くなり、自動車のブレーキやフリクションドライブシステム等で要求される高摩擦および耐摩耗性の両立が困難となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高摩擦および耐摩耗性を両立させた高摩擦摺動膜、及びこのような高摩擦摺動膜を備えた駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基材の表面に形成され、前記基材に対して垂直な方向と前記基材に対して平行な方向との弾性率が異なる、荷重−変位特性においてヒステリシスを示す高摩擦摺動膜である。

上記目的を達成するための請求項９に記載の発明は、所定方向に移動可能な被駆動部材と、前記所定方向に対して垂直方向の押し付け力により前記被駆動部材と摩擦係合する駆動部材と、当該駆動部材を前記所定方向に往復運動させるための駆動力を駆動部材に入力する駆動源と、を有し、前記被駆動部材および前記駆動部材の両方またはどちらか一方が、請求項１〜８のいずれか１項に記載の高摩擦摺動膜を備え、当該高摩擦摺動膜を介して前記被駆動部材および前記駆動部材が係合していることを特徴とする駆動装置である。

請求項１に記載の発明によれば、凝着作用によらないで、高摩擦摺動膜内で発生するエネルギー損失を利用して摩擦を大きくすることができる。したがって、耐摩耗性を高めつつ高摩擦係数化を図ることができる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれか１項に記載の高摩擦摺動膜を有している。このため、駆動部材と被駆動部材との間の押し付け力が小さくても大きな摩擦力を生じさせることができる。したがって、高い効率で被駆動部材を駆動することができる。また、部材の耐摩耗性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

＜高摩擦摺動膜＞
図１は、基材上に形成された高摩擦摺動膜を説明するための図、図２は実施形態に係る高摩擦摺動膜を説明するための部分拡大斜視図、図３は球形圧子を用いた試験を説明するための図、図４は履歴エネルギーＵｒと球形圧子の圧入に要するエネルギーＵｔとの比Ｕｒ／Ｕｔおよび摩擦係数の関係を示すグラフ、図５はカーボンナノチューブの見かけのバネ定数と摩擦係数との関係を示すグラフ、図６はカーボンナノチューブの長さｘと径ｄとの比ｘ／ｄおよび摩擦係数の関係を示すグラフ、図７は高摩擦摺動膜を構成するカーボンナノチューブの長さおよび摩擦係数の関係を示すグラフである。

図１を参照して、高摩擦摺動膜１０は、石英基板からなる基材２０表面に形成される。

図２を参照して、高摩擦摺動膜１０は、基材２０の表面に対し垂直に形成された複数の棒状体からなる。実施形態では、棒状体が、カーボンナノチューブ１５（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ、以下ＣＮＴと呼ぶ）である。ＣＮＴ１５は、長さ方向では１ＴＰａ以上という高強度を示し、長さ方向に対して垂直な方向ではしなやかであるという特徴を有する。このため、高摩擦摺動膜１０は、基材２０の表面に対して垂直な方向と基材２０に対して平行な方向との弾性率が異なる。

以下、高摩擦摺動膜１０の作製方法および高摩擦摺動膜１０の特性について具体的に説明する。

＜実施例＞
高摩擦摺動膜１０は、以下の方法により作製した。まず、石英基板上にスパッタリングによりＦｅを１０ｎｍの厚さでコーティングし、基材２０を形成した。コーティングされたＦｅは、真空中で８００℃に加熱した。こうすることにより、Ｆｅが微細化される。この後、基材２０が収納されたチャンバー内にアセチレンガスを導入し、Ｆｅを触媒とする熱ＣＶＤ（化学気相蒸着法）により、ＣＮＴ１５を、基材２０の表面に対して垂直に配向して成長させた。基材２０の表面に対して垂直な方向のＣＮＴ長さは、成膜時間を変えることにより調整した。

作製した試料を表１に示す。ＣＮＴ直径は、基材２０表面に対して平行な平面におけるＣＮＴ断面の直径である。また、比較例として、ＣＮＴ膜を形成しない基材２０を用いた。

次に作製した高摩擦摺動膜１０の特性について述べる。

まず、履歴エネルギーＵｒと摩擦係数との関係について説明する。

高摩擦摺動膜１０の履歴エネルギーＵｒは、インデンテーション試験（単一押し込み試験）により得られる荷重−変位特性から求めた。

図３を参照して、インデンテーション試験は、高摩擦摺動膜１０に対して垂直に移動するダイヤモンド球形圧子３０が高摩擦摺動膜１０に押し込こまれ、そのときの押し込み荷重および押し込み深さ（変位）が測定される。球形圧子３０の半径は、８４．５μｍである。ＣＮＴ１５とＣＮＴ１５との間隔は、球形圧子３０の直径よりも十分小さくなるように作製した。こうすることにより球形圧子３０の基材２０への接触を抑制した。相手材の突起先端が基材２０表面に接触すると、突起先端および基材２０が凝着する可能性があるため、耐摩耗性が低下する。また、相手材の突起先端が基材２０表面に接触すると、突起先端がＣＮＴ１５を根元から剥がし、摩擦係数が低下する虞がある。また、突起先端を支持するＣＮＴ１５の数が少ないと、ＣＮＴ１５が荷重を支えられずに倒され、相手材がＣＮＴ１５側面を摺動することにより、摩擦係数が低下する虞がある。

しかし、本実施例のように相手材の突起先端の幅よりもＣＮＴ１５の間隔を十分小さくすることにより、相手材の突起先端が、多数のＣＮＴ１５により支持される。このため耐摩耗性および高摩擦を維持することができる。

履歴エネルギーＵｒは、加圧時に要するエネルギーから除荷時に要するエネルギーを減じたエネルギーであり、荷重−変位特性において、圧入曲線および除荷曲線により囲まれる面積として求めることができる。

圧入曲線は、球形圧子３０を高摩擦摺動膜１０に対して押し込んだときに得られる曲線であり、除荷曲線は、球形圧子３０の荷重を減少させたときに得られる曲線である。

また、前述の球形圧子３０を使用して、さまざまな押し込み深さのもとでスクラッチ試験（単一引っ掻き試験）を行い、そのときの押し込み荷重とせん断力との比から高摩擦摺動膜１０の摩擦係数を測定した。ＣＮＴ膜を有しない比較例の摩擦係数は、測定の結果、およそ０．２であった。

インデンテーション試験およびスクラッチ試験を行い、表１の各試料について、履歴エネルギーＵｒおよび摩擦係数を求めた。

図４に、各試料の履歴エネルギーＵｒおよび摩擦係数から得られる、減衰能と摩擦係数との関係を示す。ここで、減衰能は、履歴エネルギーＵｒと加圧時に要するエネルギーＵｔとの比Ｕｒ／Ｕｔとして定義する。

図４に示すように、減衰能の増加に伴い摩擦係数が増加した。減衰能の値が０．３６程度から摩擦係数はおよそ０．２より大きくなり、ＣＮＴ膜を有しない比較例よりも摩擦係数が増加している。さらに、減衰能の値が０．５のときには、摩擦係数の値は２．５を示し、比較例の摩擦係数よりも摩擦係数が大きく増加した。したがって、減衰能の値が０．３６より大きく、より好ましくは０．５以上の値を示すように高摩擦摺動膜１０を形成することにより、高摩擦係数化を図ることができる。

図５に、摩擦係数とＣＮＴ１５の見かけのバネ定数との関係を示す。ＣＮＴ１５の見かけのバネ定数ｋは、式１により定義した。

ここで、ｄはＣＮＴ１５の延在方向に対して垂直な平面におけるＣＮＴ１５の直径、ｘはＣＮＴ１５の延在方向の長さである。

図５に示すように、バネ定数の値が小さいほど摩擦係数は大きな値を示した。これは、バネ定数の値が小さくなる、すなわち棒状体（本実施形態ではＣＮＴ１５）のしなやかさが増すことにより、棒状体同士の接触が増えるためであると推測される。

バネ定数の値が１．０Ｎ／ｍ程度から摩擦係数の値は０．２より大きくなり、ＣＮＴ膜を有しない比較例よりも摩擦係数が増加した。バネ定数が約０．００３のときには摩擦係数は２．５程度の値を示し、比較例の摩擦係数よりも摩擦係数が大きく増加した。したがって、式１で表される見かけのバネ定数ｋの値を、０Ｎ／ｍより大きく１．０Ｎ／ｍ以下、好ましくは０．００３Ｎ／ｍ以下とすることにより、高摩擦係数化を図ることができる。

図６に、ＣＮＴ１５の長さｘと直径ｄとの比ｘ／ｄおよび摩擦係数の関係を示す。ＣＮＴ１５の長さと直径との比ｘ／ｄの値が大きいほど、摩擦係数は大きな値を示した。逆に、ＣＮＴ１５の長さと直径との比ｘ／ｄが小さいほど、摩擦係数は小さな値を示した。これは、ＣＮＴ１５の長さと直径との比ｘ／ｄが小さいと、基材２０に対して垂直な方向の荷重を十分に支えることができず、ＣＮＴ１５が挫屈し易いためであると推測される。

長さと直径との比ｘ／ｄが１０程度から摩擦係数が増加し、比ｘ／ｄが１１程度で比較例の摩擦係数０．２より大きな値を示した。長さと直径との比ｘ／ｄが１２５では、摩擦係数は２．５の値を示し、比較例に対し摩擦係数の大幅な増加が確認された。したがってＣＮＴ１５の長さと直径との比ｘ／ｄが、１０以上、好ましくは１２５以上の値になるように棒状体を形成することにより、高摩擦係数化を図ることができる。

図７に、ＣＮＴ長さと摩擦係数との関係を示す。ＣＮＴ長さの増加とともに摩擦係数が増加した。ＣＮＴ長さが０．４μｍ程度で摩擦係数が０．２より大きくなり、ＣＮＴ膜を有しない比較例よりも摩擦係数が増加した。ＣＮＴ長さが５μｍでは、摩擦係数が２．５となり、比較例に対し大きな摩擦係数の増加を示した。したがって、ＣＮＴ長さを０．４μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上とすることにより、高摩擦係数化を図ることができる。

棒状体の長さを長くすることにより、棒状体の側面の面積が増加し、棒状体同士が擦れ合う面積が増大する。このため、棒状体同士の摩擦による弾性ヒステリシス損失が大きくなり、高摩擦係数化を実現することができる。

以上説明したように、高摩擦摺動膜１０は、変形および回復をくり返すときに高摩擦摺動膜１０内で発生するエネルギー損失を利用して摩擦を生じさせており、部材間の凝着作用を高めることなく、高摩擦を実現している。このため、耐摩耗性を高めつつ高摩擦係数化を図ることができる。

＜駆動装置＞
次に、高摩擦摺動膜１０を用いた駆動装置について説明する。

＜第１実施形態＞
図８は第１実施形態に係る駆動装置１００の概略図、図９は第１実施形態に係る駆動部材１１０の往復運動周波数と被駆動部材１４０の速度の関係を示す図である。

図８を参照して、本実施形態の駆動装置１００は、所定方向に移動可能な被駆動部材１４０と、所定方向に対して垂直方向の押し付け力により被駆動部材１４０と摩擦係合する駆動部材１１０と、駆動部材１１０を所定方向に往復運動させるための駆動力を駆動部材１１０に入力する駆動源と、を有し、駆動部材１１０が、上述の高摩擦摺動膜１０を備え、高摩擦摺動膜１０を介して被駆動部材１４０および駆動部材１１０が係合していることを特徴とする。

本実施形態では駆動部材１１０が高摩擦摺動膜１０を有するが、被駆動部材１４０が高摩擦摺動膜１０を有してもよく、また駆動部材１１０および被駆動部材１４０の両方が高摩擦摺動膜１０を有してもよい。

駆動装置１００は、正弦波電圧を駆動源に供給する制御部１７０を有する。正弦波電圧は、指令値に応じた振幅および周波数を有する。

駆動源は圧電素子１５０である。圧電素子１５０は、その伸縮方向（図８左右方向）の一面が固定部材１６０に固定され、他面には駆動部材１１０が取り付けられている。この圧電素子１５０には、制御部１７０を経由して図外の電源から電力が供給される。

圧電素子１５０は、電圧を上昇させることにより伸長し、電圧を下げることにより収縮する特性を有する。圧電素子１５０は、面積当たりに発生する力が大きいため、小さな寸法で必要な力を得ることができ、装置を小型化できる。また、矩形波や三角波などに対して正弦波電圧は、電流の最大値が小さいため、制御部１７０を含む電気回路の小型化、低コスト化を図ることができる。

図９を参照して、ある周波数近傍において駆動部材１１０と被駆動部材１４０との共振現象が起き、被駆動部材１４０の速度が、急激に増加している。よって、制御部１７０が、この条件を満たす電圧波形を圧電素子１５０に与えることにより、被駆動部材１４０を高速に移動させることができる。

駆動部材１１０は、圧電素子１５０の伸縮運動と平行な面で、高摩擦摺動膜１０を介して被駆動部材１４０と摩擦係合する。駆動部材１１０は、圧電素子１５０に取り付けられた第１部材１２０と、被駆動部材１４０に接触する第２部材１３０とから構成されている。

第１部材１２０および第２部材１３０は、第２部材１３０と被駆動部材１４０との接触面に対して角度α（０＜α＜９０°）を有する第１カム面１２３，１３３と、第２部材１３０と被駆動部材１４０との接触面に対して垂直な第２カム面１２６，１３６と、を有する。

第１部材１２０が駆動方向（図８左方向）への移動し、第１部材１２０の第１カム面１２３および第２部材１３０の第１カム面１３３が互いに当接すると、第１部材１２０は、第２部材１３０の第１カム面１３３を押す。このとき、第２部材１３０の第１カム面１３３にカム発生力が生ずる。カム発生力の垂直方向の成分が、第２部材１３０と被駆動部材１４０との接触面に与えられる押し付け力となる。

一方、第１部材１２０が反駆動方向（図８右方向）へ移動し、第１部材１２０の第１カム面１２３および第２部材１３０の第１カム面１３３が離間すると、垂直方向の押し付け力が発生しないため、第２部材１３０と被駆動部材１４０との間に摩擦力が生じない。また、第１部材１２０の第２カム面１２６が、第２部材１３０の第２カム面１３６に当接したとき、第２カム面１２６，１３６が被駆動部材１２０に対して垂直であるため、押し付け力が発生せず、摩擦力が生じない。

駆動部材１１０の第１部材１２０は、圧電素子１５０の伸縮により往復運動する。一方、被駆動部材１４０は、ほぼ一定の速度で運動している。

したがって、被駆動部材１４０に対する第１部材１２０の相対速度が駆動方向に正のとき、すなわち被駆動部材１４０に対する駆動部材１１０の相対速度が正のとき、第１部材１２０が第２部材１３０の第１カム面１３３に当接して、駆動力の一部が垂直方向の押し付け力に変換される。

一方、被駆動部材１４０に対する第１部材１２０の相対速度が駆動方向に負のとき、すなわち被駆動部材１４０に対する駆動部材１１０の相対速度がゼロまたは負のとき、第１部材１２０は第２部材１３０の第１カム面１３３に当接しないため、駆動力を垂直方向の押し付け力に変換しない。押し付け力が発生しないため、摩擦力が、被駆動部材１４０の運動方向に対して逆方向に生じない。

このように、被駆動部材１４０の運動方向に対して逆方向に摩擦力が生じないように、押し付け力の有無を切り替えているため、動力損失を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態の駆動装置１００は、大掛かりな装置を使うことなく、第１カム面により駆動力を押し付け力に変換している。また、本実施形態の駆動装置１００は、被駆動部材１４０に対する駆動部材１１０の相対速度に応じて、押し付け力の有無を切り替えている。したがって、本実施形態の駆動装置１００は、コスト／サイズアップを伴うことなく、動力損失を抑制して安定した駆動性能を実現することができる。

また、駆動部材１１０および被駆動部材１４０が、高摩擦摺動膜１０を介して摩擦係合しているため、部材の摩耗が抑制される。更に、高摩擦摺動膜１０を介さずに駆動部材１１０および被駆動部材１４０が摩擦係合される場合に比べ、押し付け力が小さくても大きな摩擦力を生じさせることができる。したがって、高い効率で駆動することができる。

＜実施形態２＞
図１０は第２実施形態に係る駆動装置２００の概略図である。なお、図８に示す部材と共通する部材には同一符号を使用し、説明は省略する。

第２実施形態に係る駆動装置２００は、駆動方向と反駆動方向とを切り替えることができる。

図１０を参照して、駆動部材２１０は、固定部材１６０に支持された２つの第１，第２圧電素子２５０，２５５により挟まれている。駆動部材２１０は、第１部材２２０および第２部材２３０により構成され、第１部材２２０には左右第１カム面２２６，２２８と左右第２カム面２２２，２２４とが形成され、第２部材２３０には、左右第１カム面２３６，２３８と左右第２カム面２３２，２３４とが形成されている。

第１部材２２０の左右第２カム面２２２，２２４と第２部材２３０の左右第２カム面２３２，２３４との間には、伸縮可能な左右切り替え素子２８０，２８５が介装されている。左切り替え素子２８０は、駆動方向が左方向のとき縮退し、右方向のとき伸長するように制御される。右切り替え素子２８５は、駆動方向が左方向のとき伸長し、右方向のとき縮退するように制御される。

左切り替え素子２８０を伸長させて右切り替え素子２８５を縮退させた場合には、右第１カム面同士が接触するとともに、左第２カム面同士が左切り替え素子２８０を介して連結する。

逆に、左切り替え素子２８０を縮退させて右切り替え素子２８５を伸長させた場合には、左第１カム面同士が接触するとともに、右第２カム面同士が右切り替え素子２８５を介して連結する。

本実施形態の駆動装置２００は、右切り替え素子２８５を伸ばして左第１カム面同士を接触させ、右第２カム面同士を連結するとともに、左切り替え素子２８０を縮めて右第１カム面同士および左第２カム面同士は接触させず隙間を空けることにより、実施形態１の駆動装置１００と同じ駆動方向とすることができる。この状態で、左右圧電素子２５０，２５５を互いに反対の位相で伸縮させることにより、実施形態１と同様に、左方向の摩擦力だけが被駆動部材１４０に伝わり、高い効率で駆動できる。

一方、左切り替え素子２８０を伸ばして右第１カム面同士を接触させ、左第２カム面同士を連結するとともに、右切り替え素子２８５を縮めて左第１カム面同士および右第２カム面同士は接触させず隙間を空けることにより、右方向の摩擦力だけが被駆動部材１４０に伝わり、高い効率で駆動できる。

以上説明したように、実施形態２に係る駆動装置２００は、駆動方向と反駆動方向とを切り替えることができるため、実施形態１の駆動装置１００の効果に加え、被駆動部材１４０の運動方向を選択的に決定することが可能であり、適用範囲の拡大を図ることができる。
＜実施形態３＞
図１１は第３実施形態に係る駆動装置３００の概略図、図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。なお、図８〜１０に示す部材と共通する部材には同一符号を使用し、説明は省略する。

図１１を参照して、本実施形態の駆動装置３００は、実施形態１の駆動装置２つが駆動部材１１０を間にして対向する構造を有する。駆動部材１１０と駆動部材１１０との間には、押し付け力発生手段としてバネ３９０が配置され、このバネ３９０は２つの駆動部材１１０を連結している。

図１２を参照して、本実施形態の駆動装置３００は、２つの被駆動部材１４０が、連結部３４５により断面コ字状に連結されている。

実施形態１の駆動装置１００は、駆動部材１１０が、押し付け力の反力を被駆動部材１４０から受ける。このため、軸受け等を介して駆動部材１１０を固定物に支持する必要がある。同様に、押しつけ力を受ける被駆動部材１４０も支持する必要がある。したがって、駆動部材１１０と支持部（図示せず）との間、および被駆動部材１４０と支持部（図示せず）との間で、摩擦損失が発生する。

これに対し、実施形態３の駆動装置３００は、押し付け力に対する反力が、同じ大きさで逆方向に、それぞれの駆動部材１１０に作用する。したがって、押し付け力に対する反力は、駆動部材１１０の間に配置したバネ３９０を介して相殺され、別途支持部を設ける必要がない。

同様に、２つの被駆動部材１４０には、同じ大きさで逆方向の押し付け力が作用するが、連結部３４５を介して押し付け力が相殺されるため、別途支持部を設ける必要がない。

したがって、駆動部材１１０と支持部との間、および被駆動部材１４０と支持部との間で発生する摩擦損失を抑制することができる。

第１部材１２０および第２部材１３０は、第１カム面１２３，１３３または第２カム面１２６，１３６で接触する。寸法誤差等がある場合、接触時に、隙間がこれら接触面の間に生じる。このような隙間が生じると、圧電素子１５０および駆動部材１１０の移動量に対して、隙間がガタとなることにより、被駆動部材１４０の移動量が小さくなり、駆動装置３００として得られる速度が小さくなる。

本実施形態の駆動装置３００は、駆動部材１１０が、バネ３９０により被駆動部材１４０に対して押し付けられるため、寸法誤差等により生じる隙間を小さくすることができる。

以上説明したように、実施形態３に係る駆動装置３００は、駆動部材１１０にはたらく押し付け力の反力および被駆動部材１４０にはたらく押し付け力を相殺することができる。したがって、駆動部材１１０および被駆動部材１４０を支持する支持部が必要なく、実施形態３に係る駆動装置３００は、実施形態１の駆動装置１００の効果に加え、支持部での摺動による摩擦損失をなくすことができる。

さらに、実施形態３に係る駆動装置３００は、バネ３９０により第１部材１２０を第２部材１３０に対して押し付けているため、寸法誤差等により生じる第１部材１２０と第２部材１３０との間の隙間を小さくすることができる。
＜実施形態４＞
図１３は、第４実施形態に係る駆動装置４００の概略図である。なお、図８〜１２に示す部材と共通する部材には同一符号を使用し、説明は省略する。

図１３を参照して、実施形態４に係る駆動装置４００は、被駆動部材４４０が、回転体であり、所定の回動中心４４５回りに回動可能である。駆動部材２１０の往復運動の方向は、被駆動部材４４０の回転運動における接線方向である。

本実施形態の被駆動部材４４０は、円筒形状であり、実施形態２の駆動部材２１０が９０°ピッチで外周面に接して４つ配置されている。

このように配置することにより被駆動部材４４０を回転させ、回転出力を得ることができる。したがって、駆動装置４００は、直動アクチュエータだけでなく回転アクチュエータとしての用途にも使用することができる。

したがって、実施形態４に記載の駆動装置４００は、実施形態１および実施形態２の効果に加え、新たな機構の追加なしに回転出力を得ることができるという効果を有する。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。

例えば上述した実施形態では、高摩擦摺動膜１０は、棒状体がＣＮＴ１５により形成されたが、これのみに限定されるものではなく、棒状体がスパッタリング等の微細加工技術により形成されたものであってもよい。

基材上に形成された高摩擦摺動膜を説明するための図である。 高摩擦摺動膜を説明するための部分拡大斜視図である。 球形圧子を用いた試験を説明するための概略図である。 履歴エネルギーＵｒと球形圧子の圧入に要するエネルギーＵｔとの比Ｕｒ／Ｕｔおよび摩擦係数の関係を示すグラフである。 カーボンナノチューブの見かけのバネ定数と摩擦係数との関係を示すグラフである。 カーボンナノチューブの長さｘと径ｄとの比ｘ／ｄおよび摩擦係数の関係を示すグラフである。 高摩擦摺動膜を構成するカーボンナノチューブの長さおよび摩擦係数の関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る駆動装置の概略図である。 駆動部材の往復運動周波数と被駆動部材の速度の関係を示す図である。 第２実施形態に係る駆動装置の概略図である。 第３実施形態に係る駆動装置の概略図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。 第４実施形態に係る駆動装置の概略図である。

符号の説明

１０ 高摩擦摺動膜、
１５ カーボンナノチューブ、
２０ 基材、
１００ 駆動装置、
１１０ 駆動部材、
１２０ 第１部材、
１３０ 第２部材、
１２３，１３３ 第１カム面、
１２６，１３６ 第２カム面、
１４０ 被駆動部材、
１５０ 駆動源（圧電素子）、
１６０ 固定部材、
１７０ 制御部。

Claims (19)

1. 基材の表面に形成され、前記基材の表面に対して垂直な方向と前記基材の表面に対して平行な方向との弾性率が異なる、荷重−変位特性においてヒステリシスを示す高摩擦摺動膜。
2. 前記荷重−変位特性において、加圧時に要するエネルギーから除荷時に要するエネルギーを減じた履歴エネルギーＵｒと加圧時に要するエネルギーＵｔとの比Ｕｒ／Ｕｔが、０．３６以上１未満であることを特徴とする請求項１に記載の高摩擦摺動膜。
3. 前記荷重−変位特性において、加圧時に要するエネルギーから除荷時に要するエネルギーを減じた履歴エネルギーＵｒと加圧時に要するエネルギーＵｔとの比Ｕｒ／Ｕｔが、０．５以上１未満であることを特徴とする請求項１に記載の高摩擦摺動膜。
4. 前記基材の表面に対し垂直に形成された複数の棒状体からなることを特徴とする請求項１に記載の高摩擦摺動膜。
5. 前記棒状体が、カーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項４に記載の高摩擦摺動膜。
6. 以下の式で表される見かけのバネ定数ｋの値が、０Ｎ／ｍより大きく１Ｎ／ｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の高摩擦摺動膜。
   

   

   ここで、ｄ：棒状体の延在方向に対して垂直な平面における棒状体の断面の幅、ｘ：棒状体の延在方向の長さである。
7. 前記棒状体の延在方向の長さｘおよび前記棒状体の延在方向に対して垂直な平面における前記棒状体の断面の幅ｄの比ｘ／ｄが、１２５以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の高摩擦摺動膜。
8. 前記棒状体の延在方向の長さｘが、４００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の高摩擦摺動膜。
9. 所定方向に移動可能な被駆動部材と、前記所定方向に対して垂直方向の押し付け力により前記被駆動部材と摩擦係合する駆動部材と、当該駆動部材を前記所定方向に往復運動させるための駆動力を駆動部材に入力する駆動源と、を有し、
   前記被駆動部材および前記駆動部材の両方またはどちらか一方が、請求項１〜８のいずれか１項に記載の高摩擦摺動膜を備え、当該高摩擦摺動膜を介して前記被駆動部材および前記駆動部材が係合していることを特徴とする駆動装置。
10. 前記駆動部材は、前記往復運動の一方向（駆動方向）では前記駆動力の一部を所定の変換比率で前記押し付け力に変換し、他方向（反駆動方向）では、前記駆動方向よりも小さな変換比率で押し付け力に変換することを特徴とする請求項９に記載の駆動装置。
11. 前記駆動部材は、前記駆動方向と前記反駆動方向とを切り替え可能であることを特徴とする請求項９または１０に記載の駆動装置。
12. 前記駆動部材および被駆動部材のうち少なくとも一方は、前記押し付け力の反力を相殺する構造を有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の駆動装置。
13. 前記被駆動部材に押し付け力を付与する押し付け力発生手段を有することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の駆動装置。
14. 前記駆動部材は、前記被駆動部材に対する前記駆動部材の相対速度が前記駆動方向に対して正である場合には、前記駆動力の一部を前記押し付け力に変換することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の駆動装置。
15. 前記駆動部材は、前記駆動源に当接する第１部材と、前記被駆動部材に摩擦係合する第２部材とを有し、
    前記第１部材および前記第２部材は、前記第２部材に対する前記第１部材の相対速度が前記駆動方向に対して正である場合には、互いに当接して駆動力の一部を押し付け力に変換する第１カム面を有することを特徴とする請求項１４に記載の駆動装置。
16. 前記駆動源が、圧電素子であることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の駆動装置。
17. 前記圧電素子に供給する電圧波形が、正弦波であることを特徴とする請求項１６に記載の駆動装置。
18. 前記駆動部材と前記被駆動部材とが共振運動となるよう、前記駆動源を制御する制御部を有することを特徴とする請求項９〜１７のいずれか１項に記載の駆動装置。
19. 前記被駆動部材は、所定の回動中心回りに回動可能であり、
    前記駆動部材の往復運動の方向が、前記被駆動部材の回転運動における接線方向であることを特徴とする請求項９〜１８のいずれか１項に記載の駆動装置。

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