JPH06234867A

JPH06234867A - 摺動材料

Info

Publication number: JPH06234867A
Application number: JP5044648A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Taniguchi; 芳久谷口; Takenao Fujimura; 毅直藤村; Tomoki Funakubo; 朋樹舟窪
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波モータ等の摺動部分において、超音波
振動や押圧力を付加しても、撓んだり、クリープを起こ
したりすることなく、超音波振動を有効に回転トルクに
変換する。【構成】樹脂系の摺動材料を、母材５ａとカーボンフ
ァイバ５ｂとから構成する。母材５ａは、例えば熱可塑
性グレードのポリイミドなどにより形成する。また、カ
ーボンファイバ５ｂの配向はほぼ一定に揃える。さら
に、カーボンファイバ５ｂの代表長さは、ロータ基材３
１に貼り付ける時の摺動材料の厚さ（摺動材料層５の厚
さ）よりも十分長く形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械要素の摺動部分に
用いる摺動材料に係り、特に超音波モータの摺動部分に
用いる樹脂系摺動材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波モータが提唱されている。
その原理を、図を用いて説明する。図４は、円環型超音
波モータの概念斜視図である。同図において、１は進行
性の正弦波を生むステータであり、その底面には、進行
波を生じさせるための圧電板２が貼付されている。３は
トルクを取り出すためのロータである。ロータ３は、不
図示の付勢手段によってステータ１に押圧され、該ステ
ータ１の表面に生じる進行波の作用を受けて回転する。

【０００３】図５は、図４における圧電板２の底面図で
ある。圧電板２の少なくとも陽極は、少なくとも２つの
領域の電極２ａ．２ｂに分割されている。電極２ａ，２
ｂのそれぞれに、周波数が同一で位相が互いに９０°ず
れた正弦波を、信号源４ａ，４ｂから印加すると、ステ
ータ１の表面に生じた正弦波状の歪が、円環上を循環す
る。その様子を図６に示す。

【０００４】ロータ３がステータ１の進行波の作用を受
けて回転する原理を、図７を用いて説明する。同図はス
テータ１の進行波の振幅を誇張して表してある。ステー
タ１の表面の任意の１点Ａの動きに着目すると、同図の
（ａ）〜（ｄ）に示す如く、点Ａは進行波の通過に伴っ
て楕円Ｂに沿って動く。そこで、ステータ１に押圧され
ているロータ３は、前記楕円Ｂの頂点でステータ１と接
し、進行波の進行方向と逆の方向に駆動力を受け、回転
する。

【０００５】以上の説明から理解されるように、超音波
モータの摺動面には、衝撃性の荷重と摩擦力が動的に作
用し、極めて過酷な使用条件下におかれる。したがっ
て、該摺動部分に用いる摺動材料の性質の適否が、超音
波モータの特性や寿命を決定づける鍵になる。該摺動材
料には大別してアルマイト等の無機系材料と、樹脂等の
有機系材料とがある。量産性の点で、有機系材料の方が
若干優れていることは、言うまでもない。

【０００６】従来、樹脂系の摺動材料としては、例えば
特開平３−２８５５７３号公報に開示されるように、母
材の樹脂にカーボンファイバ等の硬度の高い素材を充填
材として分散させたものが用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の樹
脂系摺動材料は、巨視的には堅牢でも、実際に相手材に
接触する微視的な領域に着目すると、極めて柔軟であ
り、微小領域で塑性変形を起こし易く、またクリープの
現象も生じるものであった。

【０００８】図８は、従来の樹脂系摺動材料の第１の問
題点を説明するための摺動部分の断面図であり、ステー
タ１の表面進行波の振幅を誇張して示してある。ロータ
基材３１の底面に設けられた摺動材料層３２は、樹脂か
らなる母材３２ａ中に摺動材料層３２の厚さより短い長
さのカーボンファイバ等の充填材３２ｂが混入されて形
成されている。同図から明らかなように、樹脂系摺動材
料は柔軟なために、摺動に際してステータ１の振動を吸
収してしまい、モータとしての電気機械変換効率が著し
く低下したり、極端な場合には、ステータ１の振動が完
全に吸収されて、ロータ３が回転しなくなるといった問
題点があった。

【０００９】図９は、従来の樹脂系摺動材料の第２の問
題点を説明するための摺動部分の断面図である。一般
に、樹脂材料の顕著な現象として、クリープがある。超
音波モータは、ロータ３をステータ１に常時押圧してお
くために、クリープにより、摺動材料層３２の表面に、
ステータ１の歯の接触するところに対応する歯形が生
じ、その歯形の段差が進行波の振幅よりも大きくなっ
て、超音波モータが起動できなくなるという問題点があ
った。

【００１０】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、超音波モータ等の摺動部分において、超
音波振動や押圧力を付加しても、撓んだり、クリープを
起こしたりすることなく、超音波振動を有効に回転トル
クに変換することができる樹脂系の摺動材料を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、母材と充填材とからなる樹脂系の摺動材
料において、この摺動材料の使用時の厚さ方向に沿った
充填材の代表寸法を、その厚さよりも大きく構成した。

【００１２】本発明において、前記充填材は、摺動材料
の厚さ方向に配向したカーボンファイバや、カーボンビ
ーズを用いると良い。また、前記充填材の他に、代表寸
法がその第１の充填材の代表寸法よりも小さい第２の充
填材を含有し、充填材の合計の体積含有率を高めると良
い。前記第２の充填材は、第１の充填材よりも小径のカ
ーボンビーズを用いると良い。

【００１３】

【作用】上記構成の本発明の摺動材料によれば、充填材
の多くが、使用時の摺動材料の厚さを貫通し、ステータ
からの超音波振動や押圧力を、ロータ基材に直接伝達す
るために、摺動材料の母材には力がかからない。したが
って、摺動材料が超音波振動を吸収してしまったり、押
圧力によってクリープが生じて歯形がつくといった現象
を回避できるものである。

【００１４】

【実施例１】（構成）本実施例では、図１（ａ）に示すように、樹脂
系の摺動材料を、母材５ａとカーボンファイバ５ｂとか
ら構成した。母材５ａは、例えば熱可塑性グレードのポ
リイミドなどにより形成されている。また、カーボンフ
ァイバ５ｂの配向はほぼ一定に揃えられている。さら
に、カーボンファイバ５ｂの代表長さは、ロータ基材３
１に貼り付ける時の摺動材料の厚さ（摺動材料層５の厚
さ）よりも十分長く形成されている。ここで、代表長さ
とは、カーボンファイバ５ｂの長さが統計的に分布して
一定でないために、その代表的な長さを表現する指標で
ある。具体的には、長さの平均値を代表長さとするのが
一般的である。しかし、本発明の目的に鑑みて、使用時
に充填材の多くが摺動材料層５を貫通していれば良く、
必ずしも平均値を用いる必要はない。例えば、平均値か
ら分散の整数倍を差し引いたものや、原料の混練前の長
さの平均値等のうち、製造条件の管理に便利な指標を代
表長さとして用いれば良い。

【００１５】以上のようにして製造した樹脂系摺動材料
のバルクから、図１（ａ）にて破線で示すように、板状
の部材を切り出し、これを同図（ｂ）に示すように、ロ
ータ３のロータ基材３１に貼付し、所定の厚さに研磨し
て、摺動材料層５を得る。

【００１６】（作用）上記構成の本実施例の摺動材料に
おいては、図１（ｂ）に示すように、カーボンファイバ
５ｂの多くが摺動材料層５を貫通して分布する。これに
より、ステータ１からの力はカーボンファイバ５ｂを通
して直接ロータ基材３１に伝達され、母材５ａには力が
かからない。したがって、ステータ１の超音波振動が柔
らかい母材５ａに吸収されることがない。また、押圧力
もカーボンファイバ５ｂが担持するから、母材５ａがク
リープを起こして摺動面に歯形が付くということもな
い。

【００１７】（効果）以上のように、本実施例によれ
ば、カーボンファイバ５ｂという最も一般的な充填材の
長さを管理するだけで、撓んだり、クリープを起こすこ
とが防止できる。

【００１８】

【実施例２】（構成）本実施例では、図２（ａ）に示すように、樹脂
の母材６ａ中にカーボンビーズ６ｂを添加した。その代
表長さ、例えば直径の平均値を、ロータ基材３１に貼付
する摺動材料層６の厚さよりも十分に大きくすること
は、前記実施例１と同様である。以下、実施例１と同様
に、摺動材料のバルクから板材を切り出し、ロータ基材
３１の底面に貼付し、所定の厚さに研磨して、摺動材料
層６を得る。

【００１９】（作用）図２（ｂ）に示すように、カーボ
ンビーズ６ｂの多くが摺動材料層６を貫通しており、ス
テータ１からの力がカーボンビーズ６ｂを通して直接ロ
ータ基材３１に伝達される点は、実施例１と同様であ
る。これにより、超音波振動が母材６ａに吸収された
り、母材６ａのクリープによって摺動表面にステータ１
の歯形が付いたりすることがない。

【００２０】（効果）以上のように、本実施例によれ
ば、充填材としてカーボンビーズ６ｂを用いているの
で、摺動材料の製造時に充填材の配向を特に制御する必
要がないという効果がある。また、充填材は、体積含有
率が同一ならば、針状より球状の方が、表面に露出する
断面の比率が大きく、母材の露出面積の割合が減る。し
たがって、充填材の表面が優先的にステータ１と摺動す
るために、摩耗の量が減り、母材６ａの移着膜の成長が
抑止されるという効果もある。

【００２１】

【実施例３】（構成）本実施例では図３（ａ）および（ｂ）に示すよ
うに、前記実施例２の第１の充填材（カーボンビーズ６
ｂ）に加え、第２の充填材として小径のカーボンビーズ
６ｃを含有させた。この第２の充填材であるカーボンビ
ーズ６ｃは、硬度の高い充填材で、その粒度のオーダ
を、前記第１の充填材（カーボンビーズ６ｂ）の粒度よ
りも２桁程度小さくしてある。したがって、第２の充填
材であるカーボンビーズ６ｃは、粒度の大きい第１の充
填材であるカーボンビーズ６ｂの間を埋めるように充填
される。

【００２２】（作用）実施例２と同様である。

【００２３】（効果）以上のように、本実施例によれ
ば、カーボンビーズ６ｂの粒度を大きくしていっても、
粒度の小さいカーボンビーズ６ｃが、カーボンビーズ６
ｂの間を埋めるので、充填材の合計の体積含有率が下が
らない。そのために、母材６ａの撓みとクリープが更に
小さくなって、電気機械変換効率が向上し、寿命が伸び
るという効果がある。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の摺動材料によれ
ば、超音波モータ等の摺動部分において、超音波振動や
押圧力を付加しても、撓んだり、クリープを起こしたり
することなく、超音波振動を有効に回転トルクに変換す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の製造工程を示す縦断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例２の製造工程を示す縦断面図で
ある。

【図３】本発明の実施例３の製造工程を示す縦断面図で
ある。

【図４】円環型超音波モータを示す概念斜視図である。

【図５】図４におけるステータの底面図である。

【図６】図４のステータの表面に生じた正弦波の歪が円
環上を循環する様子を示す斜視図である。

【図７】ロータがステータの進行波の作用を受けて回転
する原理を説明するための図である。

【図８】従来の問題点を説明するための摺動部分の縦断
面図である。

【図９】従来の問題点を説明するための摺動部分の縦断
面図である。

【符号の説明】

１ステータ２圧電板３ロータ３１ロータ基材５，６摺動材料層５ａ，６ａ，３２ａ母材５ｂ，３２ｂカーボンファイバ６ｂ，６ｃカーボンビーズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｃ 8525−5Ｈ // Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｚ 8217−4ＨＢ 8217−4Ｈ 40:02 50:08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母材と充填材とからなる樹脂系の摺動材
料において、この摺動材料の使用時の厚さ方向に沿った
充填材の代表寸法が、その厚さよりも大きいことを特徴
とする摺動材料。
【請求項２】前記充填材は、摺動材料の厚さ方向に配
向したカーボンファイバであることを特徴とする請求項
１記載の摺動材料。
【請求項３】前記充填材は、カーボンビーズであるこ
とを特徴とする請求項１記載の摺動材料。
【請求項４】前記充填材の他に、代表寸法がその第１
の充填材の代表寸法よりも小さい第２の充填材を含有
し、充填材の合計の体積含有率を高めたことを特徴とす
る請求項１、２または３記載の摺動材料。
【請求項５】前記第２の充填材は、第１の充填材より
も小径のカーボンビーズであることを特徴とする請求項
４記載の摺動材料。