高摩擦材
【課題】高摩擦特性を維持しつつ、摩擦時に基板の水平方向にかかる荷重によって棒状の物体が剥離しない摩擦材を提供することにある。
【解決手段】基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする摩擦材。
【解決手段】基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦材および摩擦材を用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブなどは、ナノスケールの超微細構造であるため、低い電圧の引火で高電界が発生することから、低電圧電子放出材料や半導体への応用が大きく期待されている。
【０００３】
カーボンナノチューブをデバイスとして用いる場合には、ベースとなる基板にナノチューブを揃えて取り付けることが求められている。
【０００４】
かかる方法として、例えば、特許文献１には、ナノチューブを揃えて基板に接着する方法が開示されている。すなわち、カーボンナノチューブ粉体を封入したチャンバー内で、電極基板間に電圧を印加し、発生する電気力線の向きに沿って静電気力で前記粉体を飛翔させる。このように、電気力線にそって基板に垂直に立つ状態でナノチューブを基板に到達させることによりナノチューブを揃えて基板に接着する。
【特許文献１】特開２００４−３４４９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法により、一応カーボンナノチューブを基板に揃えて取り付けることはできるが、さらに、簡便な方法で作製し、より性能の向上したデバイスが求められている。
【０００６】
一般的に、２物体間に相対すべりが生じる場合の摩擦力Ｆは、式（１）で示される。
【０００７】
Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｐ＋Ｆｅ （１）
（ただし、式中、Ｆａは凝着項を、Ｆｐは掘り起こし項を、Ｆｅは弾性ヒステリシス項を示す。）。
【０００８】
Ｂｏｗｄｅｎ−Ｔａｂｏｒによる固体摩擦の基本原理によれば、通常の材料では、式（１）右辺のＦｐおよびＦｅはゼロと見なせ、凝着項で表される。すなわち、摩擦係数や耐摩耗性は、材料の凝着のし易さにより決定される。
【０００９】
したがって、例えば、材料に耐摩耗性を付与する場合には、材料の降伏強度を増加させることが有効となり、高硬度の材料が必要になるし、また、摩擦係数はＦａの大きな材料やその組み合わせが必要となる。例えば、自動車のブレーキやフリクションドライブシステムなどを考えた場合、高摩擦係数と耐摩耗性を両立する必要がある。
【００１０】
しかしながら、一般に凝着による摩擦摩耗の原理の場合、高摩擦を示す材料は凝着しやすく、材料は摩耗するため、高摩擦と耐摩耗性を両立することは困難である。
【００１１】
このような問題を解決するための方策として、式（１）における弾性ヒステリシス損失を積極的に利用することが考えられる。具体的には、摺動する２物体の表面のいずれか一方もしくは両方に、垂直方向とせん断方向の弾性率が異なる薄層を形成し、その薄層に弾性ヒステリシスを発生させる構成である。すなわち、薄層として、多数の棒状の物体を、物体表面の垂直方向に配向させ、それらの棒状物体の側面同士が擦れること、或いは棒状物体がその長手方向に対して垂直方向にしなることにより弾性ヒステリシス損失を発生させる構造である。
【００１２】
しかしながら、このような構成において、棒状の物体と基板との界面強度を維持しつつ、摩擦時に水平方向にかかる荷重によって剥離しないようにすることは困難であった。
【００１３】
そこで本発明の目的は、高摩擦特性を維持しつつ、摩擦時に基板の水平方向にかかる荷重によって棒状の物体が剥離するのを抑制できる摩擦材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明は、基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする摩擦材である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、樹脂系材料が凸部内の繊維或いは針状の物質を補強するとともに、基板材料と繊維或いは針状の物質を接合する役割を果たしており、弾性ヒステリシス損失を発生しつつ、摩擦時に水平方向にかかる荷重によって棒状の物体が剥離するのを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（摩擦材）
本発明の摩擦材は、基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする。
【００１７】
本発明に用いられる基板は、繊維状或いは針状の物質を接着することができる板材であれば、特に制限されず用いることができる。セラミック、金属、半導体などの平板を例示することができる。
【００１８】
本発明に用いられる樹脂系材料としては、繊維状或いは針状の物質と基板を強固に接着することができる材料であれば、特に制限されずに用いることができる。エポキシ系樹脂或いはアクリル系樹脂を例示することができる。
【００１９】
ここで、エポキシ系樹脂とは、１分子中に２個以上のエポキシ基を持つ化合物を意味する。具体的には、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂環型などが挙げられる。硬化剤には、脂肪族・芳香族の多価の第１級・第２級アミンやポリアミド、酸無水物、多価フェノール類やフェノール樹脂を用いる重付加型、酸或いは第３級アミン触媒によりエポキシ基の開環反応による架橋、硬化を行う付加重合型が挙げられる。また、加熱によって硬化する１液型、混合後自然に硬化する２液型も含まれる。さらに、アクリル系樹脂には、アクリル酸、メタクリル酸およびこれらのエステル化合物の共重合体、或いはアクリロニトリルやスチレンなどとの共重合体であって、溶剤型またはエマルション型を用いることができる。アクリル系樹脂としては、常温硬化型の接着剤が好ましい。該樹脂を採用することにより、後述するように、かかる樹脂が塗布面からカーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質の空間を伝わって上昇する、いわゆる毛管現象を発生させ、基板上に凹凸構造を容易に形成することが可能になる。
【００２０】
本発明に用いられる繊維状或いは針状の物質は、繊維または針状物であれば、特に制限されずに用いることができる。Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＷのいずれか一つを主成分とするウィスカー或いは炭素繊維を例示することができる。ウィスカーとしては、Ｗを主成分とするウィスカーがより好ましい。このような材料を用いて、ウィスカー或いは炭素繊維とすることによって、大きな弾性ヒステリシス損失を発生させることができるため、摩擦材の高摩擦化が可能となる。
【００２１】
前記炭素繊維をカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）とすることによって、前記炭素繊維を用いた場合と比較して、より大きな弾性ヒステリシス損失を発生できる。よって、さらなる高摩擦化が可能となる。
【００２２】
前記カーボンナノチューブを多層カーボンナノチューブとすることによって、多層カーボンナノチューブの相関に働く分子間力を利用でき、単層カーボンナノチューブを用いた場合と比較して、さらなる高摩擦化が可能となる。
【００２３】
さらに、カーボンナノチューブについては、ラマン分光分析法で測定されるＩＤ／ＩＧ値が、１．５以下であることが好ましい。ＩＤ／ＩＧ値が１．５を超えるカーボンナノチューブと比較して、摩擦時の水平方向にかかる荷重によって折れる確率を大きく低減することができる。一般的に、カーボンナノチューブの強度は、グラファイトの結晶性化度に比例する。また、ＩＤ／ＩＧ値はグラファイトの結晶性化度の指標であり、ＩＤ／ＩＧ値が低いほど、欠陥が少なくて結晶性がよいといえる。
【００２４】
前記カーボンナノチューブとしては、一般的に用いられているものであれば特に制限されることなく、チューブ状のものを用いることができる。
そのサイズも特に制限されることなく用いることができるが、通常、長さが１〜数百μｍ、直径が２０〜数百ｎｍの範囲のものが用いられる。
【００２５】
前記ウィスカーとしては、一般的に用いられているものであれば特に制限されることなく、用いることができる。そのサイズも特に制限されることなく用いることができるが、通常、長さが１０〜数百μｍ、直径が１０ｎｍ〜数十μｍの範囲のものが用いられる。
【００２６】
このように、基板の少なくとも１平面上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されている。この凹凸構造を有する樹脂系材料層の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立している。
【００２７】
図１は本願の摩擦材を説明する概略断面図である。図１において、基板１上にカーボンナノチューブ４が樹脂系材料２で複数個或いは単数単位で基板１上に接着固定されるとともに、ほぼ全体が被覆されている。該カーボンナノチューブ４の存在する箇所が凸部に相当し、それ以外のカーボンナノチューブが存在しない箇所が凹部に相当する。なお、該カーボンナノチューブは樹脂系材料の毛管現象で被覆されることから、通常、単数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブの集団内に位置する。
【００２８】
繊維状或いは針状の物質の一つは、全体が樹脂で被覆されていてもよいし、先端部（基板と反対側）を除いてその他の部分が被覆されていてもよい。また、基板の１平面全体が凸状に樹脂で被覆されている場合には、基板上に凹凸構造を有せず、弾性ヒステリシシ損失を発生させないことから、本発明には含まれない。繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立する方向は、通常、略垂直方向である。このように、多数の繊維状或いは針状の物質が、基板の面に対し、略垂直方向に林立することにより、弾性ヒステリシス損失を発生しつつ、摩擦時に水平方向にかかる荷重によって剥離し難くなる。
【００２９】
本発明の摩擦材の用途としては、車両のブレーキやフリクションドライブシステムなどが挙げられる。
【００３０】
（摩擦材の製造方法）
以下、本発明の摩擦材の製造方法について説明する。
【００３１】
Ｓｉ基板などの基板を準備し、エポキシ樹脂などの樹脂系材料を該基板上に滴下する。スピンコート法によって、樹脂層の厚みを所定値に調整する。
【００３２】
予めＣ２Ｈ２などの原料ガスを用いた熱ＣＶＤ法により合成された多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質の先端を、上記で得られた樹脂層と接触させる。なお、カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの成長基板から略垂直方向に、多数のカーボンナノチューブが林立している。カーボンナノチューブは、成長基板から剥離させることなく該樹脂層と接触させる。
【００３３】
このとき、樹脂層中の樹脂が毛管現象により、接触するカーボンナノチューブに沿って上昇し、カーボンナノチューブのほぼ全体を被覆する。ただし、カーボンナノチューブが成長基板と接触する点では、樹脂で被覆されない。
【００３４】
毛管現象を利用して該カーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質を実質的にその全体を被覆することから、繊維状或いは針状の物質が樹脂系材料と接する際に、樹脂系材料は、液状またはペースト状などの毛管現象を生ずる形態であることが必要である。
【００３５】
樹脂を硬化した後、カーボンナノチューブの成長基板を剥離し、本発明の摩擦材が得られる。樹脂の硬化については、自然に硬化する場合には、時間の経過を経ればよいが、自然に硬化しない場合には、熱などの硬化手段を加えて硬化させることが必要である。
【００３６】
後述する実施例１で説明するように、得られた摩擦材は、基板上に不規則な凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、その凸部内に前記多層カーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質が基板平面に対して略垂直方向に林立した構造となっている。
【００３７】
なお、基板をＳｉとして説明したが、基板に関して特に制限はなく、Ｆｅ，Ａｌなどの金属及びそれらを主成分とする合金でも何ら問題は生じない。
【００３８】
すなわち、本発明の摩擦材は、基板上に樹脂系接着剤を塗布し、該塗布面に繊維状或いは針状の物質の一方の先端部に接触させて毛管現象によって繊維状或いは針状の物質を被覆し、その後該樹脂を硬化させることによって作製することができる。
【００３９】
このような方法によって、本発明の摩擦材は簡便に作製することができる。
【００４０】
（駆動装置）
本発明によれば、所定の方向に移動可能な被駆動部材と、前記方向に対して垂直方向の押付け力により被駆動部材と摩擦係合する駆動部材と、駆動部材に当接し、駆動部材を前記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、を有する駆動装置において、被駆動部材および摩擦係合する駆動部材のいずれか一方もしくは両方に、前記記載の摩擦材（摩擦摺動部材）を適用することにより、摩擦力を駆動源として装置を駆動させることが可能となる。
【００４１】
次に、本発明の摩擦材１０を用いた駆動装置の例について説明する。
【００４２】
＜第１実施形態＞
図２は第１実施形態に係る駆動装置１００の側面図、図３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。
【００４３】
図２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に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、駆動部材に当接し、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１５０と、を有し、駆動部材１１０が、上述の摩擦材１０を備え、摩擦材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。
【００４４】
本実施形態では駆動部材１１０が摩擦材１０を有するが、被駆動部材１４０が摩擦材１０を有していてもよく、また駆動部材１１０および被駆動部材１４０の両方が摩擦材１０を有していてもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
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２の左右方向）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。
【００４７】
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。
【００４８】
図３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、急減に増加している。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。なお、図３の横軸および縦軸は任意の単位である。
【００４９】
駆動部材１１０は、圧電素子１５０の伸縮運動と平行な面で、摩擦材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。
【００５０】
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。ただし、角度αは、０＜α＜９０°に範囲内にある。
【００５１】
第１部材１２０が駆動方向（図２左方向）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にカム発生力が生じる。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。
【００５２】
一方、第１部材１２０は反駆動方向（図２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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、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。ここで、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は、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を意味する。
【００５５】
一方、被駆動部材１４０に対する第１部材１２０の相対速度の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。ここで、被駆動部材１４０に対する第１部材１２０の相対速度の駆動方向に負のときは、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を意味する。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、駆動部材１１０および被駆動部材１４０が、摩擦材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、摩擦材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。
【００５９】
＜実施形態２＞
図４は第２実施形態に係る駆動装置２００の側面図である。なお、図２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。
【００６０】
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。
【００６１】
図４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により構成されている。ここで、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。それとともに、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。
【００６６】
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。それとともに、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。
【００６７】
以上の説明の如く、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。
【００６８】
＜実施形態３＞
図５は第３実施形態に係る駆動装置３００の側面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。なお、図２〜４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。
【００６９】
図５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。
【００７０】
図６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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
＜実施形態４＞
図７は、第４実施形態に係る駆動装置４００の側面図である。なお、図２〜６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。
【００８０】
図７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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【実施例】
【００８５】
以下、本発明について実施例により詳しく説明するが、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００８６】
（実施例１）
図８は本発明の摩擦材を作製する手順を示す模式図である。
【００８７】
図８の（ａ）〜（ｄ）の順に説明する。
（ａ）本摩擦材の基板となるＳｉ基板１に、エポキシ樹脂（３Ｍ社製、ＤＰ−４６０）２を滴下した。
（ｂ）（図示しない回転装置を用い）スピンコートによってエポキシ樹脂層の厚さを約３０μｍに調整した。
（ｃ）ＣＮＴの成長基板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法により、合成された多層カーボンナノチューブ（直径：２０ｎｍ、長さ：１００μｍ）４の先端を、（ｂ）で調整された樹脂層と接着させた。なお、用いた多層カーボンナノチューブのＩＤ／ＩＧ値は、１．２であった。
（ｄ）樹脂を硬化させた後、ＣＮＴの成長基板３を多層カーボンナノチューブから剥離、といった工程により本発明の摩擦材を作製した。
【００８８】
図８（ｄ）に示すように、作製した摩擦材は、Ｓｉ基板上に不規則な凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、その凸部内に前記多層カーボンナノチューブがＳｉ基板平面に対して垂直方向に林立させた構造となっている。
【００８９】
図９（ａ）は、実施例１の摩擦材をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、基板平面に対し垂直方向から観察した像を、図９（ｂ）は、図９（ａ）の矢印部の拡大像（先端部拡大像）を示している。図９（ａ）、（ｂ）より、本摩擦材が、図１（ｄ）で示すような構造が確認された。
【００９０】
（比較例１）
実施例１で記載した、多層カーボンナノチューブが林立しているカーボンナノチューブの成長基板そのものを比較例とした。
【００９１】
＜評価結果＞
（摩擦特性評価）
得られた摩擦材に対し、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ Ｉｎｃ．製 Ｈｉｇｈ Ｌｏａｄ ｔｒｉｂｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒを用い、先端半径８４．５μｍのダイヤモンド製球形圧子を用いたスクラッチ評価（単一引っ掻き測定）を実施し、摩擦特性を評価した。
【００９２】
実施例１と比較例１について摩擦試験を行った。
【００９３】
図１０は摩擦試験から得られた、基板平面に対して垂直方向の荷重の結果を示すグラフであり、図１１は水平方向の荷重の結果を示すグラフである。
【００９４】
表１はその結果をまとめたものである。なお、摩擦係数は、図１０および１１の結果から算出したものである。
【００９５】
【表１】
【００９６】
表１から、実施例１の摩擦材は、比較例１に比べ垂直荷重が２〜３桁増加したこと、摩擦係数が１を超えており、高摩擦特性を維持（＊）していることが確認できた。
（＊）摩擦材として一般的な商品に、ブレーキパッドがあるが、普通車、スポーツ車に使用されるブレーキパッドの摩擦係数はそれぞれ０．３５〜０．４、０．４〜０．５程度であり、摩擦係数が１を超えている摩擦材は、高摩擦特性を有していると言える。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の摩擦材の一例を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図３】第１実施形態に係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の一例を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図５】第３実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】第４実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図８】本発明の摩擦材を作製する手順の一例を示す概略断面図である。
【図９】（ａ）は、実施例１の摩擦材についてＳＥＭを用い、基板平面に対し垂直方向から観察した像を、（ｂ）は、（ａ）の矢印部の拡大像の一例を示す図面である。
【図１０】摩擦試験によって得られた垂直荷重の結果の一例を示すグラフである。
【図１１】摩擦試験によって得られた水平荷重の結果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１ 基板
２ エポキシ樹脂
３ カーボンナノチューブの成長基板
４ カーボンナノチューブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦材および摩擦材を用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブなどは、ナノスケールの超微細構造であるため、低い電圧の引火で高電界が発生することから、低電圧電子放出材料や半導体への応用が大きく期待されている。
【０００３】
カーボンナノチューブをデバイスとして用いる場合には、ベースとなる基板にナノチューブを揃えて取り付けることが求められている。
【０００４】
かかる方法として、例えば、特許文献１には、ナノチューブを揃えて基板に接着する方法が開示されている。すなわち、カーボンナノチューブ粉体を封入したチャンバー内で、電極基板間に電圧を印加し、発生する電気力線の向きに沿って静電気力で前記粉体を飛翔させる。このように、電気力線にそって基板に垂直に立つ状態でナノチューブを基板に到達させることによりナノチューブを揃えて基板に接着する。
【特許文献１】特開２００４−３４４９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法により、一応カーボンナノチューブを基板に揃えて取り付けることはできるが、さらに、簡便な方法で作製し、より性能の向上したデバイスが求められている。
【０００６】
一般的に、２物体間に相対すべりが生じる場合の摩擦力Ｆは、式（１）で示される。
【０００７】
Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｐ＋Ｆｅ （１）
（ただし、式中、Ｆａは凝着項を、Ｆｐは掘り起こし項を、Ｆｅは弾性ヒステリシス項を示す。）。
【０００８】
Ｂｏｗｄｅｎ−Ｔａｂｏｒによる固体摩擦の基本原理によれば、通常の材料では、式（１）右辺のＦｐおよびＦｅはゼロと見なせ、凝着項で表される。すなわち、摩擦係数や耐摩耗性は、材料の凝着のし易さにより決定される。
【０００９】
したがって、例えば、材料に耐摩耗性を付与する場合には、材料の降伏強度を増加させることが有効となり、高硬度の材料が必要になるし、また、摩擦係数はＦａの大きな材料やその組み合わせが必要となる。例えば、自動車のブレーキやフリクションドライブシステムなどを考えた場合、高摩擦係数と耐摩耗性を両立する必要がある。
【００１０】
しかしながら、一般に凝着による摩擦摩耗の原理の場合、高摩擦を示す材料は凝着しやすく、材料は摩耗するため、高摩擦と耐摩耗性を両立することは困難である。
【００１１】
このような問題を解決するための方策として、式（１）における弾性ヒステリシス損失を積極的に利用することが考えられる。具体的には、摺動する２物体の表面のいずれか一方もしくは両方に、垂直方向とせん断方向の弾性率が異なる薄層を形成し、その薄層に弾性ヒステリシスを発生させる構成である。すなわち、薄層として、多数の棒状の物体を、物体表面の垂直方向に配向させ、それらの棒状物体の側面同士が擦れること、或いは棒状物体がその長手方向に対して垂直方向にしなることにより弾性ヒステリシス損失を発生させる構造である。
【００１２】
しかしながら、このような構成において、棒状の物体と基板との界面強度を維持しつつ、摩擦時に水平方向にかかる荷重によって剥離しないようにすることは困難であった。
【００１３】
そこで本発明の目的は、高摩擦特性を維持しつつ、摩擦時に基板の水平方向にかかる荷重によって棒状の物体が剥離するのを抑制できる摩擦材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明は、基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする摩擦材である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、樹脂系材料が凸部内の繊維或いは針状の物質を補強するとともに、基板材料と繊維或いは針状の物質を接合する役割を果たしており、弾性ヒステリシス損失を発生しつつ、摩擦時に水平方向にかかる荷重によって棒状の物体が剥離するのを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（摩擦材）
本発明の摩擦材は、基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする。
【００１７】
本発明に用いられる基板は、繊維状或いは針状の物質を接着することができる板材であれば、特に制限されず用いることができる。セラミック、金属、半導体などの平板を例示することができる。
【００１８】
本発明に用いられる樹脂系材料としては、繊維状或いは針状の物質と基板を強固に接着することができる材料であれば、特に制限されずに用いることができる。エポキシ系樹脂或いはアクリル系樹脂を例示することができる。
【００１９】
ここで、エポキシ系樹脂とは、１分子中に２個以上のエポキシ基を持つ化合物を意味する。具体的には、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂環型などが挙げられる。硬化剤には、脂肪族・芳香族の多価の第１級・第２級アミンやポリアミド、酸無水物、多価フェノール類やフェノール樹脂を用いる重付加型、酸或いは第３級アミン触媒によりエポキシ基の開環反応による架橋、硬化を行う付加重合型が挙げられる。また、加熱によって硬化する１液型、混合後自然に硬化する２液型も含まれる。さらに、アクリル系樹脂には、アクリル酸、メタクリル酸およびこれらのエステル化合物の共重合体、或いはアクリロニトリルやスチレンなどとの共重合体であって、溶剤型またはエマルション型を用いることができる。アクリル系樹脂としては、常温硬化型の接着剤が好ましい。該樹脂を採用することにより、後述するように、かかる樹脂が塗布面からカーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質の空間を伝わって上昇する、いわゆる毛管現象を発生させ、基板上に凹凸構造を容易に形成することが可能になる。
【００２０】
本発明に用いられる繊維状或いは針状の物質は、繊維または針状物であれば、特に制限されずに用いることができる。Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＷのいずれか一つを主成分とするウィスカー或いは炭素繊維を例示することができる。ウィスカーとしては、Ｗを主成分とするウィスカーがより好ましい。このような材料を用いて、ウィスカー或いは炭素繊維とすることによって、大きな弾性ヒステリシス損失を発生させることができるため、摩擦材の高摩擦化が可能となる。
【００２１】
前記炭素繊維をカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）とすることによって、前記炭素繊維を用いた場合と比較して、より大きな弾性ヒステリシス損失を発生できる。よって、さらなる高摩擦化が可能となる。
【００２２】
前記カーボンナノチューブを多層カーボンナノチューブとすることによって、多層カーボンナノチューブの相関に働く分子間力を利用でき、単層カーボンナノチューブを用いた場合と比較して、さらなる高摩擦化が可能となる。
【００２３】
さらに、カーボンナノチューブについては、ラマン分光分析法で測定されるＩＤ／ＩＧ値が、１．５以下であることが好ましい。ＩＤ／ＩＧ値が１．５を超えるカーボンナノチューブと比較して、摩擦時の水平方向にかかる荷重によって折れる確率を大きく低減することができる。一般的に、カーボンナノチューブの強度は、グラファイトの結晶性化度に比例する。また、ＩＤ／ＩＧ値はグラファイトの結晶性化度の指標であり、ＩＤ／ＩＧ値が低いほど、欠陥が少なくて結晶性がよいといえる。
【００２４】
前記カーボンナノチューブとしては、一般的に用いられているものであれば特に制限されることなく、チューブ状のものを用いることができる。
そのサイズも特に制限されることなく用いることができるが、通常、長さが１〜数百μｍ、直径が２０〜数百ｎｍの範囲のものが用いられる。
【００２５】
前記ウィスカーとしては、一般的に用いられているものであれば特に制限されることなく、用いることができる。そのサイズも特に制限されることなく用いることができるが、通常、長さが１０〜数百μｍ、直径が１０ｎｍ〜数十μｍの範囲のものが用いられる。
【００２６】
このように、基板の少なくとも１平面上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されている。この凹凸構造を有する樹脂系材料層の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立している。
【００２７】
図１は本願の摩擦材を説明する概略断面図である。図１において、基板１上にカーボンナノチューブ４が樹脂系材料２で複数個或いは単数単位で基板１上に接着固定されるとともに、ほぼ全体が被覆されている。該カーボンナノチューブ４の存在する箇所が凸部に相当し、それ以外のカーボンナノチューブが存在しない箇所が凹部に相当する。なお、該カーボンナノチューブは樹脂系材料の毛管現象で被覆されることから、通常、単数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブの集団内に位置する。
【００２８】
繊維状或いは針状の物質の一つは、全体が樹脂で被覆されていてもよいし、先端部（基板と反対側）を除いてその他の部分が被覆されていてもよい。また、基板の１平面全体が凸状に樹脂で被覆されている場合には、基板上に凹凸構造を有せず、弾性ヒステリシシ損失を発生させないことから、本発明には含まれない。繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立する方向は、通常、略垂直方向である。このように、多数の繊維状或いは針状の物質が、基板の面に対し、略垂直方向に林立することにより、弾性ヒステリシス損失を発生しつつ、摩擦時に水平方向にかかる荷重によって剥離し難くなる。
【００２９】
本発明の摩擦材の用途としては、車両のブレーキやフリクションドライブシステムなどが挙げられる。
【００３０】
（摩擦材の製造方法）
以下、本発明の摩擦材の製造方法について説明する。
【００３１】
Ｓｉ基板などの基板を準備し、エポキシ樹脂などの樹脂系材料を該基板上に滴下する。スピンコート法によって、樹脂層の厚みを所定値に調整する。
【００３２】
予めＣ２Ｈ２などの原料ガスを用いた熱ＣＶＤ法により合成された多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質の先端を、上記で得られた樹脂層と接触させる。なお、カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの成長基板から略垂直方向に、多数のカーボンナノチューブが林立している。カーボンナノチューブは、成長基板から剥離させることなく該樹脂層と接触させる。
【００３３】
このとき、樹脂層中の樹脂が毛管現象により、接触するカーボンナノチューブに沿って上昇し、カーボンナノチューブのほぼ全体を被覆する。ただし、カーボンナノチューブが成長基板と接触する点では、樹脂で被覆されない。
【００３４】
毛管現象を利用して該カーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質を実質的にその全体を被覆することから、繊維状或いは針状の物質が樹脂系材料と接する際に、樹脂系材料は、液状またはペースト状などの毛管現象を生ずる形態であることが必要である。
【００３５】
樹脂を硬化した後、カーボンナノチューブの成長基板を剥離し、本発明の摩擦材が得られる。樹脂の硬化については、自然に硬化する場合には、時間の経過を経ればよいが、自然に硬化しない場合には、熱などの硬化手段を加えて硬化させることが必要である。
【００３６】
後述する実施例１で説明するように、得られた摩擦材は、基板上に不規則な凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、その凸部内に前記多層カーボンナノチューブなどの繊維状或いは針状の物質が基板平面に対して略垂直方向に林立した構造となっている。
【００３７】
なお、基板をＳｉとして説明したが、基板に関して特に制限はなく、Ｆｅ，Ａｌなどの金属及びそれらを主成分とする合金でも何ら問題は生じない。
【００３８】
すなわち、本発明の摩擦材は、基板上に樹脂系接着剤を塗布し、該塗布面に繊維状或いは針状の物質の一方の先端部に接触させて毛管現象によって繊維状或いは針状の物質を被覆し、その後該樹脂を硬化させることによって作製することができる。
【００３９】
このような方法によって、本発明の摩擦材は簡便に作製することができる。
【００４０】
（駆動装置）
本発明によれば、所定の方向に移動可能な被駆動部材と、前記方向に対して垂直方向の押付け力により被駆動部材と摩擦係合する駆動部材と、駆動部材に当接し、駆動部材を前記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、を有する駆動装置において、被駆動部材および摩擦係合する駆動部材のいずれか一方もしくは両方に、前記記載の摩擦材（摩擦摺動部材）を適用することにより、摩擦力を駆動源として装置を駆動させることが可能となる。
【００４１】
次に、本発明の摩擦材１０を用いた駆動装置の例について説明する。
【００４２】
＜第１実施形態＞
図２は第１実施形態に係る駆動装置１００の側面図、図３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。
【００４３】
図２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に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、駆動部材に当接し、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１５０と、を有し、駆動部材１１０が、上述の摩擦材１０を備え、摩擦材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。
【００４４】
本実施形態では駆動部材１１０が摩擦材１０を有するが、被駆動部材１４０が摩擦材１０を有していてもよく、また駆動部材１１０および被駆動部材１４０の両方が摩擦材１０を有していてもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
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２の左右方向）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。
【００４７】
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。
【００４８】
図３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、急減に増加している。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。なお、図３の横軸および縦軸は任意の単位である。
【００４９】
駆動部材１１０は、圧電素子１５０の伸縮運動と平行な面で、摩擦材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。
【００５０】
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。ただし、角度αは、０＜α＜９０°に範囲内にある。
【００５１】
第１部材１２０が駆動方向（図２左方向）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にカム発生力が生じる。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。
【００５２】
一方、第１部材１２０は反駆動方向（図２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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、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。ここで、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は、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を意味する。
【００５５】
一方、被駆動部材１４０に対する第１部材１２０の相対速度の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。ここで、被駆動部材１４０に対する第１部材１２０の相対速度の駆動方向に負のときは、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を意味する。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、駆動部材１１０および被駆動部材１４０が、摩擦材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、摩擦材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。
【００５９】
＜実施形態２＞
図４は第２実施形態に係る駆動装置２００の側面図である。なお、図２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。
【００６０】
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。
【００６１】
図４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により構成されている。ここで、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。それとともに、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。
【００６６】
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。それとともに、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。
【００６７】
以上の説明の如く、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。
【００６８】
＜実施形態３＞
図５は第３実施形態に係る駆動装置３００の側面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。なお、図２〜４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。
【００６９】
図５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。
【００７０】
図６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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
＜実施形態４＞
図７は、第４実施形態に係る駆動装置４００の側面図である。なお、図２〜６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。
【００８０】
図７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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【実施例】
【００８５】
以下、本発明について実施例により詳しく説明するが、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００８６】
（実施例１）
図８は本発明の摩擦材を作製する手順を示す模式図である。
【００８７】
図８の（ａ）〜（ｄ）の順に説明する。
（ａ）本摩擦材の基板となるＳｉ基板１に、エポキシ樹脂（３Ｍ社製、ＤＰ−４６０）２を滴下した。
（ｂ）（図示しない回転装置を用い）スピンコートによってエポキシ樹脂層の厚さを約３０μｍに調整した。
（ｃ）ＣＮＴの成長基板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法により、合成された多層カーボンナノチューブ（直径：２０ｎｍ、長さ：１００μｍ）４の先端を、（ｂ）で調整された樹脂層と接着させた。なお、用いた多層カーボンナノチューブのＩＤ／ＩＧ値は、１．２であった。
（ｄ）樹脂を硬化させた後、ＣＮＴの成長基板３を多層カーボンナノチューブから剥離、といった工程により本発明の摩擦材を作製した。
【００８８】
図８（ｄ）に示すように、作製した摩擦材は、Ｓｉ基板上に不規則な凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、その凸部内に前記多層カーボンナノチューブがＳｉ基板平面に対して垂直方向に林立させた構造となっている。
【００８９】
図９（ａ）は、実施例１の摩擦材をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、基板平面に対し垂直方向から観察した像を、図９（ｂ）は、図９（ａ）の矢印部の拡大像（先端部拡大像）を示している。図９（ａ）、（ｂ）より、本摩擦材が、図１（ｄ）で示すような構造が確認された。
【００９０】
（比較例１）
実施例１で記載した、多層カーボンナノチューブが林立しているカーボンナノチューブの成長基板そのものを比較例とした。
【００９１】
＜評価結果＞
（摩擦特性評価）
得られた摩擦材に対し、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ Ｉｎｃ．製 Ｈｉｇｈ Ｌｏａｄ ｔｒｉｂｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒを用い、先端半径８４．５μｍのダイヤモンド製球形圧子を用いたスクラッチ評価（単一引っ掻き測定）を実施し、摩擦特性を評価した。
【００９２】
実施例１と比較例１について摩擦試験を行った。
【００９３】
図１０は摩擦試験から得られた、基板平面に対して垂直方向の荷重の結果を示すグラフであり、図１１は水平方向の荷重の結果を示すグラフである。
【００９４】
表１はその結果をまとめたものである。なお、摩擦係数は、図１０および１１の結果から算出したものである。
【００９５】
【表１】
【００９６】
表１から、実施例１の摩擦材は、比較例１に比べ垂直荷重が２〜３桁増加したこと、摩擦係数が１を超えており、高摩擦特性を維持（＊）していることが確認できた。
（＊）摩擦材として一般的な商品に、ブレーキパッドがあるが、普通車、スポーツ車に使用されるブレーキパッドの摩擦係数はそれぞれ０．３５〜０．４、０．４〜０．５程度であり、摩擦係数が１を超えている摩擦材は、高摩擦特性を有していると言える。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の摩擦材の一例を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図３】第１実施形態に係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の一例を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図５】第３実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】第４実施形態に係る駆動装置の一例を示す側面図である。
【図８】本発明の摩擦材を作製する手順の一例を示す概略断面図である。
【図９】（ａ）は、実施例１の摩擦材についてＳＥＭを用い、基板平面に対し垂直方向から観察した像を、（ｂ）は、（ａ）の矢印部の拡大像の一例を示す図面である。
【図１０】摩擦試験によって得られた垂直荷重の結果の一例を示すグラフである。
【図１１】摩擦試験によって得られた水平荷重の結果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１ 基板
２ エポキシ樹脂
３ カーボンナノチューブの成長基板
４ カーボンナノチューブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
前記樹脂系材料層は、エポキシ系樹脂或いはアクリル系樹脂から構成されてなることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
【請求項３】
前記繊維状或いは針状の物質は、炭素繊維であることを特徴とする請求項１または２記載の摩擦材。
【請求項４】
前記炭素繊維は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項３記載の摩擦材。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項４記載の摩擦材。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブは、ラマン分光分析法で測定されたＩＤ／ＩＧ値が、１．５以下であることを特徴とする請求項４または５記載の摩擦材。
【請求項７】
前記繊維状或いは針状の物質は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＷからなる群から選ばれた少なくとも一つを主成分とするウィスカーであることを特徴とする請求項１または２記載の摩擦材。
【請求項８】
所定の方向に移動可能な被駆動部材と、前記方向に対して垂直方向の押付け力により被駆動部材と摩擦係合する駆動部材と、駆動部材に当接し、駆動部材を前記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、を有する駆動装置において、被駆動部材および摩擦係合する駆動部材のいずれか一方もしくは両方に、請求項１〜７のいずれか１項に記載の摩擦材を適用したことを特徴とする駆動装置。
【請求項１】
基板上に凹凸構造を有する樹脂系材料層が接着されており、該凹凸構造の凸部内に繊維状或いは針状の物質が該基板平面に林立していることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
前記樹脂系材料層は、エポキシ系樹脂或いはアクリル系樹脂から構成されてなることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
【請求項３】
前記繊維状或いは針状の物質は、炭素繊維であることを特徴とする請求項１または２記載の摩擦材。
【請求項４】
前記炭素繊維は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項３記載の摩擦材。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項４記載の摩擦材。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブは、ラマン分光分析法で測定されたＩＤ／ＩＧ値が、１．５以下であることを特徴とする請求項４または５記載の摩擦材。
【請求項７】
前記繊維状或いは針状の物質は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＷからなる群から選ばれた少なくとも一つを主成分とするウィスカーであることを特徴とする請求項１または２記載の摩擦材。
【請求項８】
所定の方向に移動可能な被駆動部材と、前記方向に対して垂直方向の押付け力により被駆動部材と摩擦係合する駆動部材と、駆動部材に当接し、駆動部材を前記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、を有する駆動装置において、被駆動部材および摩擦係合する駆動部材のいずれか一方もしくは両方に、請求項１〜７のいずれか１項に記載の摩擦材を適用したことを特徴とする駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２８７６７７（Ｐ２００９−２８７６７７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４１１０４（Ｐ２００８−１４１１０４）
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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