ボルト軸とナットとの組合せ構造からなる摺動部材
【課題】ボルト軸とナットとの組合せ構造からなる摺動部材において、これら相互の摺動挙動による損傷を確実に減少させることの出来る摺動部材の提供を目的とする。
【解決手段】雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材において、当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１として用いることを特徴とする摺動部材を採用する。
【解決手段】雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材において、当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１として用いることを特徴とする摺動部材を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、ボルト軸とナットとの組合せ構造からなる摺動部材に関する。特に、アクチュエーター用部品として用いられるボルト軸とナットとの最適な組合せに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型カメラが内蔵型の携帯電話の普及、及びカメラの高機能化（高画素化、オートフォーカス（ＡＦ）機能等）に伴い、小型カメラにズーム機構が組み入れられるようになってきた。このズーム機構中のレンズを動かすのに、圧電素子の急速変形（インパクト駆動）を利用する方法が採用されている。また、この圧電素子を用いたユニットは、ぶれ防止装置（ＣＣＤを直接動かすタイプ）としてもデジカメに搭載されている。圧電素子が用いられる理由として、例えば電磁モーターを使用した場合、携帯電話では磁界を発生させ、電磁ノイズの元となり、小型化が難しく、組立が難しいという問題があることがあげられる。また、オートフォーカス機構のレンズを動かす方法として、ステッピングモータとギヤを組み合わせたもの、ボイスコイルモータとバネを組み合わせたものなどが普及しているが、それぞれ機構容積の小型化や、消費電力の低減といった課題が山積していた。
【０００３】
こうした問題を解消可能な方法として、最近ピエゾモーターを使用したオートフォーカスシステムの利用が増えつつある。ピエゾ（ｐｉｅｚｏ）とはギリシャ語で「圧力を加える」という意味で、ある結晶に圧力を加えた場合、これに比例して電荷を発生する。この現象を逆に利用すれば、ピエゾ素子に電圧をかけることで体積が伸縮する。この現象を応用して位置決めに利用したものがピエゾモーターである。ピエゾモーターは、電圧をかけることによって素子が収縮するという性質を持っており、振動状態を得て、この振動を他に伝達するという利用がなされる。この性質を巧みに利用し、ピエゾ素子の振動を駆動力に変えたアクチュエーターを用いて、レンズを連続的に移動させることにより、焦点を合わせることができるようにしたのが、ピエゾモーター利用のオートフォーカス機構である。
【０００４】
ピエゾモーターを用いることで、レンズ移動の位置決めを精密に行うことができ、更に、素子への電圧コントロールだけでレンズを動かす為、複雑な機械的構造部品が不要になり、信頼性の向上と静音性を得ることが可能になる。また、ピエゾモーターを用いた場合には、耐久性の向上が得やすく、数百万回もの繰り返し運動を行っても問題が生じず、早い応答性と高いエネルギー効率を有するという従来のモータ駆動に比べ優れた特徴がある。ただし、早い応答性を有するがために微調整が難しく、オートフォーカス機構として用いるには圧電素子とレンズ駆動とをリードスクリューとステーターとの組合せ構造を用いて行う方法が採られている。雄ねじ山を備えるリードスクリューと、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるステーターとの組合せ構造とした場合、ねじの回転運動を直線運動に変換させる特徴を利用し、微調整を可能とするものである。
【０００５】
但し、このときに問題となるのが、微小な相対往復すべり運動すなわちフレッティング運動に伴う損傷である。この損傷は、振動、繰返し応力、変動応力などを受ける機械部品や部材の結合部で局所的に生じる。リードスクリューとステーターとの組合せ構造においては、二つの面が接触したまま微動する場合にフレッティング摩耗（ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｗｅａｒ）と呼ばれる表面損傷が生じやすい。フレッティング摩耗の進行によって、鉄鋼材料では空気中においてココア（ｃｏｃｏａ）と呼ばれる赤褐色の微細な酸化摩耗粉が結合部に発生する。酸化摩耗粉の発生により、ガタを生じて機械の精度や機能が著しく低下し、振動や騒音の原因となると共に、時には摩耗粉の固着により分解や修理が不可能となる。
【０００６】
このようにフレッティングに伴う諸現象は、トライボロジーおよび材料強度の分野において重大な表面損傷である。また、結合部に繰返し応力が同時に作用する場合、フレッティング疲労（ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｆａｔｉｇｕｅ）が発生し、損傷部からしばしば疲労き裂が発生、進展して部材の破壊に至り、部材の疲労強度が著しく低下する。
【０００７】
このような問題を解決するため、特許文献１には、回転軸を持つねじ付きシャフトと、これに螺合するナットを備えたねじ付きシャフトアッセンブリの駆動用装置であって、ａ）前記アッセンブリが前記ナットに超音波振動を与え、これによりナットを貫くねじ付きシャフトを回転させると同時に軸方向への移動させる手段を備え、ｂ）前記ねじ付きシャフトが軸方向に動ける負荷と接続され、ｃ）前記アッセンブリが軸方向の力を前記ねじ付きシャフトに付与する手段を更に備えた駆動用装置が提案されている。また、実施例において、ねじ付きシャフト１２とねじ込みナット１６の材料には、互いに摩耗が最小となるような組合せの使用が好ましいとして、シャフト１２がステンレス製、ナット１６が真鍮製のものが採用されている。
【０００８】
【特許文献１】特表２００７−５０５５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１は、その明細書の実施例において、ねじ付きシャフト１２及びねじ込みナット１６の材料には、ねじ付きシャフト１２は実質的にステンレス鋼製で、当該シャフトに係合されるナット１６は真鍮製が使用されているが、特許文献１の素材によるねじ付きシャフトとねじ込みナットとの組合せでは、摺動部材として十分な耐久性を得ることが現実には難しい。また、当該明細書の実施例において、ねじ付きシャフト１２のねじ山形状は切り欠き形が好ましく、ねじのピッチはインチ当たりねじ溝約２００個以下が好ましいとされている。
【００１０】
以上に示したように、従来より、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転しながら摺動負荷を受け合う摺動部材において、より耐久性に優れたものが求められてきた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明者等は、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転させ、摺動負荷を受ける双方の摺動部位の硬度差と、ねじ山形状に着目することで、摺動部材としての耐久性及び高精度動作を満足する条件を見い出し、上記課題を達成できることに想到した。以下、本件発明に関して説明する。
【００１２】
本件発明に係る、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転させることで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材は、当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１であることを特徴とするものである。
【００１３】
本件発明に係る摺動部材は、前記第一金属材のビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１〜６００ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。
【００１４】
本件発明に係る摺動部材は、前記第一金属材が以下に記載の第一金属材用合金組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いることが好ましい。
【００１５】
［第一金属材用合金組成］
ニッケル ：０．６質量％以下
クロム ：１２．０質量％〜１８．０質量％
炭素 ：０．１６質量％〜１．２質量％
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：１．２５質量％以下
リン ：０．０６質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【００１６】
本件発明に係る摺動部材は、前記第二金属材のビッカース硬さＨ２が２２０ＨＶ０．１〜２４０ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
また、本件発明に係る摺動部材は、前記第二金属材が以下に記載の第二金属材用合金組成のオーステナイト系ステンレス鋼を用いるものが好ましい。
【００１８】
［第二金属材用合金組成］
ニッケル ：７．０質量％〜１３．０質量％
クロム ：１７．０質量％〜２０．０質量％
炭素 ：０．１５質量％以下
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：２．５質量％以下
リン ：０．２質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【００１９】
また、本件発明に係る前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山は、呼び径Ｍが１．１ｍｍ以下、ピッチＰが０．２ｍｍ以下、ねじかみ合わせ部の径方向長さが０．０５ｍｍ以上、ねじ山先端部の幅が０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍであり、当該ボルト軸のねじ溝部の幅が０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅が０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の公差は、前記ボルト軸の有効径公差域グレードが３Ｇ、当該ナットの有効径公差域グレードが４Ｇであることが好ましい。
【００２１】
そして、本件発明に係る摺動部材を構成部材として用い、被駆動物をスライド移動させるためのピエゾモーターであって、当該ピエゾモーターは、リードスクリューと、当該リードスクリューに螺合されたステーターと、当該ステーターの外周部に設けられた少なくとも二枚のピエゾ素子とからなり、当該少なくとも二枚のピエゾ素子は、当該ステーターの外周部に配置してピエゾモーター保持部材に収容したものであり、当該摺動部材を構成するナットをステーターとして用い、ボルト軸をリードスクリューとして用いることが好ましい。
【００２２】
また、本件発明に係る前記ピエゾモーターを、レンズ駆動用アクチュエーターとして用いたことを特徴とする撮像装置として用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本件発明の摺動部材は、当該雄ねじ山を構成する金属材のビッカース硬度をＨ１、当該雌ねじ山を構成する金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３８０ＨＶ０．１とすることにより、雄ねじ山と雌ねじ山との双方の摩耗を最小限に抑制し、摺動挙動に伴う相互の摩擦損傷を効果的に軽減する。その結果、摺動部材としての長寿命化、耐久性を飛躍的に向上させる事ができる。
【００２４】
また、本件発明の摺動部材となるボルト軸とナットとが備えるねじ山は、呼び径Ｍが１．１ｍｍ以下、ピッチＰが０．２ｍｍ以下、ねじかみ合わせ部の径方向長さが０．０５ｍｍ以上、ねじ山先端部の幅が０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍであり、当該ボルト軸のねじ溝部の幅が０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅が０．０３ｍｍ以下とすることで、螺動回転をスムーズ、且つ、精度良く行うことができる。
【００２５】
本件発明の摺動部材を用いれば、上述した優れた性質をレンズ駆動において発揮することになるため、高品質な撮像装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本件発明に係る、摺動部材の形態に関して説明する。以下の説明では、ボルト軸のねじ山を構成する素材を第一金属材、ナットのねじ山を構成する素材を第二金属材として、混同無きよう説明する。
【００２７】
本件発明に係る、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材は、当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１であることことが好ましい。また、ナットとなる部材よりボルト軸となる部材の硬度が高くなることが好ましい。双方の硬度差がこの範囲において、ナット内周面とボルト軸の摺動面の双方の摩擦損傷を軽減化でき、摺動挙動の安定化が図れ、且つ、良好な耐久性が得られる。このとき、当該双方の硬度差が３００ＨＶ０．１未満である場合には、固体潤滑作用が低下し、軟らかい材質側の表面が摩擦により硬化して、脆くなるため硬化部表面が欠けるなどの問題が生じ、耐久性が低下する。また、当該双方の硬度差が３５０ＨＶ０．１を超える場合には、硬度の低い部材側の摩耗量が増大し、構造物としての耐久性が低下する。なお、当該ビッカース硬さＨ１とビッカース硬さＨ２との差は、少なくとも、ボルト軸とナットとのねじ山の表面（摺動面となる部分）の硬度差が上記範囲条件を満足していれば良い。
【００２８】
本件発明に係る摺動部材は、前記第一金属材のビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１〜６００ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。このときに、当該ビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１未満である場合には、駆動時のボルト軸の外周面（摺動面）とナットの内周面（摺動面）との摩擦による摩耗が顕著になり、構造物としての寿命を長期化させることが困難である。一方、ビッカース硬さＨ１がが６００ＨＶ０．１を超えると、第一金属材側の摺動面の表面が硬くなり過ぎることになり、脆化して脆くなるため、耐久性に欠けるようになる。従って、上記範囲の硬さのマルテンサイト系ステンレス鋼で製造した第一金属材は、前記第二金属材と組み合わせて使用することで、摺動部材双方の摺動面の耐摩耗性が飛躍的に向上する。なお、当該ビッカース硬さＨ１は、少なくとも、ねじ山の表面（摺動面となる部分）の硬度が上記範囲条件を満足していれば良い。
【００２９】
本件発明において用いる第一金属材用合金組成は、ニッケル、クロム、炭素、ケイ素、マンガン、リン、硫黄、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、マルテンサイト系ステンレス鋼に分類されるものであり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物というものである。すなわち、この範囲に含まれている素材としてはＳＵＳ４２０材、ＳＵＳ４４０材相当のものがある。
【００３０】
ここで、本件発明に係る、第一金属材用合金組成の各成分に関して述べておく。
【００３１】
ニッケル含有量は、０．６質量％以下であることが好ましい。ニッケルは、オーステナイト形成元素であり、耐食性、靭性の向上に寄与する。しかし、ニッケル含有量が０．６質量％を超えると、焼なまし時の硬さが上昇し、冷間加工性の劣化を招く。また、結晶組織をマルテンサイト化するときの残留オーステナイト量が増大して、焼戻し硬さの低下を招く。
【００３２】
クロム含有量は、１２．０質量％〜１８．０質量％であることが好ましい。クロムは、ステンレス鋼の耐食性向上に必要な元素である。しかし、クロムはフェライト形成元素であるため、過剰に含有させると残留オーステナイト量を増大させることとなり、強度及び靭性が低下する。そのため、クロム含有量が１２．０質量％未満の場合、十分な耐食性を得ることができず、クロム含有量が１８．０質量％を超えると、焼戻し硬さの低下を招く。
【００３３】
炭素含有量は、０．１６質量％〜１．２質量％であることが好ましい。炭素は、ステンレス鋼の強度を確保し、マルテンサイト組織とするために必要な元素である。しかし、炭素を過度に添加すると、粗大な一次炭化物の生成によって、焼なまし処理後の冷間加工性、及び焼入れ‐焼戻し後の耐食性、靭性が劣化するばかりでなく、残留オーステナイト量が増大して、焼戻し硬さの低下を招く。そのため、炭素含有量が０．１６質量％未満の場合には、十分な強度を得ることができず、炭素含有量が１．２質量％を超えると、十分な耐食性及び靱性を得ることができない。
【００３４】
ケイ素含有量は、１．０質量％以下であることが好ましい。ケイ素は、脱酸剤として有効である。一方、ケイ素はステンレス鋼を硬化するため、ケイ素含有量が高すぎるとステンレス鋼の靭性及び加工性が劣化する。また、ケイ素はフェライト形成元素であるため、ステンレス鋼のマルテンサイト化を妨げる。そのため、ケイ素含有量が１．０質量％を超えると、十分な強度、靱性及び加工性を得ることができない。
【００３５】
マンガン含有量は、１．２５質量％以下であることが好ましい。マンガンは、脱酸、脱硫元素としても有効である。さらに、マンガンはオーステナイト形成元素であり、過剰に添加すると、残留オーステナイト量を増大させ、焼戻し硬さの低下を招くばかりでなく、耐食性の劣化を招く。そのため、マンガン含有量が１．２５質量％を超えると十分な強度及び耐食性を得ることができない。
【００３６】
リン含有量は、０．０６質量％以下であることが好ましい。リンは、熱間加工性、粒界強度、靭性を低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、リン含有量が０．０６質量％を超えると十分な靱性を得ることができない。
【００３７】
硫黄含有量は、０．１５質量％以下であることが好ましい。硫黄は、耐食性や、冷間加工時の靭性を劣化させるとともに、熱間加工性も低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、硫黄含有量が０．１５質量％を超えると十分な靱性と良好な加工性能を得ることができない。
【００３８】
次に、前記第二金属材のビッカース硬さＨ２が、２２０ＨＶ０．１〜２４０ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。このときに、当該ビッカース硬さＨ２が、２２０ＨＶ０．１未満である場合には、駆動時のボルト軸の外周面（摺動面）とナットの内周面（摺動面）との摩擦による摩耗が顕著になり、構造物としての寿命を長期化させることが困難である。一方、ビッカース硬さＨ２が２４０ＨＶ０．１を超えると、第二金属材側の摺動面の表面が硬くなり過ぎることになり、脆化して脆くなるため、耐久性に欠けるようになる。従って、上記範囲の硬さのマルテンサイト系ステンレス鋼で製造した第一金属材は、上記第二金属材と組み合わせて使用することで、摺動部材双方の摺動面の耐摩耗性が飛躍的に向上する。なお、当該ビッカース硬さＨ２は、少なくとも、ねじ山の表面（摺動面となる部分）の硬度が上記範囲条件を満足していれば良い。
【００３９】
本件発明において用いる第二金属材用合金組成は、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物というものである。すなわち、この範囲に含まれている素材としてはＳＵＳ３０３材、ＳＵＳ３０４材相当のものがある。
【００４０】
ここで、本件発明に係る、第二金属材用合金組成の各成分に関して述べておく。
【００４１】
ニッケル含有量は、７．０質量％〜１３．０質量％であることが好ましい。ニッケルは、オーステナイト形成元素としてオーステナイト系ステンレス鋼の基本元素である。このニッケルは、所定量を添加することでステンレス鋼の耐食性の向上に寄与する。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼において、７．０質量％未満のニッケル含有量の場合には、十分な靱性、耐摩耗性を得ることができず、ニッケル含有量が１３．０質量％を超えると、耐食性の向上に変化はなく経済的ではない。
【００４２】
クロム含有量は、１７．０質量％〜２０．０質量％であることが好ましい。クロムは、ステンレス鋼として必須元素である。ステンレス鋼の耐食性はクロムを合金することで著しく向上する。この効果はクロム含有量が増加するに伴い大きくなる。しかし、クロム含有量が１７．０質量％未満の場合、耐食性が低下し、クロム含有量が２０．０質量％を超えると、フェライトとオーステナイトの二相組織となり、オーステナイト本来の良好な塑性加工性が劣化するため好ましくない。
【００４３】
炭素含有量は、０．１５質量％以下であることが好ましい。炭素は、オーステナイト組織の安定と高温強度を高めるために有効であるが、６００℃程度の高温になると、クロムと炭化物を形成し結晶粒界の耐食性を損なう。そのため、炭素含有量が０．１５質量％を超えると強度の低下を招き好ましくない。
【００４４】
ケイ素含有量は、１．０質量％以下であることが好ましい。ケイ素は、耐酸化性及び耐高温塩害腐食性の向上に効果がある。しかし、ケイ素含有量が１．０質量％を超えると、それ以上の効果は得られず経済的ではない。
【００４５】
マンガン含有量は、２．５質量％以下であることが好ましい。マンガンは、脱酸剤として必要な元素である。しかし、マンガン含有量が２．５質量％を超えた場合、得られる効果が飽和状態となるために経済的ではない。
【００４６】
リン含有量は０．２質量％以下であることが好ましい。リンは、熱間加工性、粒界強度、靭性を低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、リン含有量が０．２質量％を超えると十分な靱性を得ることができない。
【００４７】
硫黄含有量は、０．１５質量％以下であることが好ましい。硫黄は、耐食性や、冷間加工時の靭性を劣化させるとともに、熱間加工性も低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、硫黄含有量が０．１５質量を超えると十分な靱性を得ることができない。
【００４８】
本件発明における、前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山形状の条件について、図１及び図２にその詳細を示した。図１及び図２に示すように、ねじには雄ねじと雌ねじとから構成させており、双方を組み合わせることで、ねじはその役割を果たせるようになっている。ここで、ピッチＰとは、隣り合うねじ山間の距離をいい、ひっかかりの高さｈとは、ねじ山が接触している部分を軸心に垂直に見たときの寸法をいい、Ｍは呼び径であり、雄ねじの場合は外径を、雌ねじの場合は谷径をいい、ｐ１は、ねじ山頂の軸方向の幅をいい、ｐ２はねじ谷底の軸方向の幅をいい、Ｈ１は、ねじ山の山頂と谷底との距離を軸心に垂直に見て測った寸法をいう。
【００４９】
図１及び図２に示すボルト軸（雄ねじ）とナット（雌ねじ）とのねじ山の形状において、呼び径Ｍは１．１ｍｍ以下、ピッチＰは０．２ｍｍ以下、ねじかみ合わせ部の径方向長さｈは０．０５ｍｍ以上、ねじ山先端部の幅ｐ１は０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍ、当該ボルト軸のねじ溝部の幅ｐ２は０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅ｐ２は０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。このときに、前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の寸法が上述した条件を満たすことで、繰り返し螺動回転した際にも、雄ねじ山と雌ねじ山とが受ける摺動負荷を軽減させ、耐久性を向上させることができる。当該ボルト軸とナットとの耐久性を向上させるためには、雄ねじと雌ねじとの間にある程度の隙間を設ける必要があるが、この隙間が大きいと、ボルト軸の送りを精度良く行うことができなくなる。また、当該隙間がなくなるとねじ面に生じる摩擦力が増大し、耐久性が低下する。
【００５０】
本件発明における、前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の公差は、前記ボルト軸の有効径公差域グレードが３Ｇ、当該ナットの有効径公差域グレードが４Ｇであることが好ましい（ＪＩＳ Ｂ ０２０９−１）。ここで、有効径とは、雄ねじのねじ山と雌ねじのねじ溝の軸方向の幅が同じになるような仮想的な円筒の直径のことをいう。雄ねじと雌ねじとが通常使用されているグレードは、共に６Ｇである。本件発明に係る雌ねじの４Ｇでは公差が４０μｍ、雄ねじの３Ｇでは公差が２４μｍであるのに対し、雄ねじの６Ｇの公差が４８μｍであることをふまえるとかなり厳しい公差となっているが、この公差で作製したボルト軸とナットとを組み合わせることにより耐久性が良く、且つ、安定した品質の摺動部材を提供することが可能となる。
【００５１】
本件発明に係る摺動部材を構成部材として用い、被駆動物をスライド移動させるためのピエゾモーターであって、当該ピエゾモーターは、リードスクリューと、当該リードスクリューに螺合されたステーターと、該ステーターの外周部に設けられた少なくとも二枚のピエゾ素子とからなり、当該少なくとも二枚のピエゾ素子は、当該ナットの外周部に配置してピエゾモーター保持部材に収容したものであり、前記摺動部材を構成するナットをステーターとして用い、ボルト軸をリードスクリューとして用いることが好ましい。かかる構成において、本件発明のピエゾモーター保持部材は、二枚のピエゾ素子の節部のみを保持したことにより、この二枚のピエゾ素子を挟持した状態になる。このため、本件発明のピエゾモーター保持部材は、二枚のピエゾ素子を一面側で固定する場合に比べて安定して固定できる。
【００５２】
上述の本件発明に係る、ピエゾモーターを、レンズ駆動用アクチュエーターとして用いたことを特徴とした撮像装置とすることが好ましい。当該アクチュエーターをレンズ駆動用アクチュエーターとして採用すれば、軽量且つ高性能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００５３】
ここで、上述した、本件発明の摺動部材をピエゾモーター（レンズ駆動用アクチュエーター）として用いた撮像装置について、図３〜図５にその一例を示した。以下に、これらの図を用いて、本件発明の摺動部材の使用形態について詳しく述べる。
【００５４】
図３は、本件発明の一実施の形態を示す携帯電話１０１の外観図である。この携帯電話１０１は、カメラ機能を備えた携帯電話であり、カメラモジュール１０２を備えている。このカメラモジュール１０２は、箱形に形成されたケース１１０と、このケース１１０内に配設されたレンズユニットと、撮像素子（ＣＣＤ）とを備えている。そして、このカメラモジュール１０２は、ユーザーの操作に応じて、被写体の反射光を撮像素子により結像させて電気信号に変換し、この電気信号をＡ／Ｄコンバーターなどに出力するように構成されている。
【００５５】
図４は、レンズユニット１０の斜視図である。このレンズユニット１０は、第１レンズ群保持枠１１と、第２レンズ群保持枠１２と、レンズ駆動装置１とを備えている。第１レンズ群保持枠１１及び第２レンズ群保持枠１２は、光軸Ｌに沿って直列に配置されている。そして、第１レンズ群保持枠１１は、前方側（被写体側）に配置されている。この第１レンズ群保持枠１１は、内側に第１レンズ群（図示せず）が保持されるように構成されている。また、第１レンズ群保持枠１１の外周部１１１には、第１ガイド部材１３が結合されている。この第１ガイド部材１３は、筒型に形成されており、光軸Ｌと平行に配置されている。また、第１レンズ群保持枠１１には、第１回転防止軸用支持部１１２が設けられている。この第１回転防止軸用支持部１１２は、被写体側（または結像側）から視てＵ字状に形成されている。
【００５６】
一方、第２レンズ群保持枠１２は、後方側（結像側）に配置されている。この第２レンズ群保持枠１２は、内側に第２レンズ群（図示せず）が保持されるように構成されている。また、第２レンズ群保持枠１２の後方側（結像側）には、支持部材１４が結合されている。この支持部材１４は、第２レンズ群保持枠１２が第１レンズ群保持枠１１と共に直列に配置されるように、第２レンズ群保持枠１２を支持する部材である。また、支持部材１４には、第２ガイド部材１５が結合されている。この第２ガイド部材１５は、筒型に形成されており、光軸Ｌと平行に配置されている。また、支持部材１４には、第２回転防止軸用支持部１４２が設けられている。この第２回転防止軸用支持部１４２は、被写体側（または結像側）から視てＵ字状に形成されている。
【００５７】
そして、レンズ駆動装置１は、第１レンズ群保持枠１１と第２レンズ群保持枠１２とを、それぞれ独立的に駆動するものである。このレンズ駆動装置１は、レンズ群保持枠の移動軌道Ｔの外周領域の右側に配置されている。この移動軌道Ｔは、第１レンズ群保持枠１１及び第２レンズ群保持枠１２が光軸Ｌに沿って移動する円筒状の軌道である。
【００５８】
そして、このレンズ駆動装置１は、第１レンズ群保持枠駆動装置２と、第２レンズ群保持枠駆動装置３と、回転防止軸４と、第１レンズ群保持枠移動距離測定装置５と、第２レンズ群保持枠移動距離測定装置６とを備えている。
【００５９】
回転防止軸４は、双方のレンズ群保持枠１１、１２が光軸方向Ａにスライド移動する際に、双方のレンズ群保持枠１１、１２の回転を防止する部材である。この回転防止軸４は、双方のレンズ群保持枠１１、１２の回転防止軸用支持部１１２、１４２に支持されている。また、第１レンズ群保持枠移動距離測定装置５は、第１レンズ群保持枠１１の移動距離を測定する装置である。また、第２レンズ群保持枠移動距離測定装置６は、第２レンズ群保持枠１２の移動距離を測定する装置である。
【００６０】
そして、第１レンズ群保持枠駆動装置２は、第１レンズ群保持枠１１を駆動する装置である。この第１レンズ群保持枠駆動装置２は、図４に示すように、第１ガイドポール２０と、第１駆動手段２１と、第１フレキシブルプリント配線板２２とを備えている。第１ガイドポール２０は、第１レンズ群保持枠１１を光軸方向Ａに移動可能に支持する部材である。この第１ガイドポール２０は、細長い丸棒状に形成されている。そして、この第１ガイドポール２０は、第１ガイド部材１３に挿通して、光軸Ｌと平行に配置されている。また、この第１ガイドポール２０には、第１ガイド部材１３よりも被写体側に、スプリング２０ａが挿通されている。このスプリング２０ａは、第１レンズ群保持枠１１を常に結像側に付勢するように構成されている。
【００６１】
一方、第１駆動手段２１は、第１ピエゾモーター２３と、第１ピエゾモーター保持部材２４とを備えている。第１ピエゾモーター２３は、リードスクリュー２３１と、ナット２３２と、四枚のピエゾ素子２３３とを備えている。リードスクリュー２３１は、光軸Ｌと平行に配置されている。また、ナット２３２は、リードスクリュー２３１に螺合されている。また、四枚のピエゾ素子２３３は、ナット２３２の外周部の上下左右側に設けられている。なお、ここでは、図２における雄ねじであるボルト軸をリードスクリュー２３１として、図２における雄ねじをナット２３２として用いた場合を例として示した。
【００６２】
また、第１フレキシブルプリント配線板２２は、第１ピエゾモーター２３に駆動電源及び制御信号を供給するものである。この第１フレキシブルプリント配線板２２は、図５に示すように、一方側の端子部２２１が第１ピエゾモーター２３に接続して、他端側が電源及び制御部（図示せず）に接続している。
【００６３】
また、第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１ピエゾモーター２３から出力される駆動力を利用して、第１レンズ群保持枠１１を移動させる部材である。この第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１レンズ群保持枠１１の外周部１１１に結合されている。そして、この第１ピエゾモーター保持部材２４は、光軸方向Ａに長く形成されている。さらに、この第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１ピエゾモーター２３が、第１フレキシブルプリント配線板２２に接続された状態で収容されるように構成されている。また、第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１ピエゾモーター２３の三枚のピエゾ素子２３３（図５の左右側及び下側のピエゾ素子２３３）を囲むように構成されている。具体的には、第１ピエゾモーター保持部材２４は、図４に示すように、被写体側（または結像側）から視て略凹字状に形成されている。そして、図４において、第１ピエゾモーター保持部材２４の内壁面２４ａには、第１突起２４１と、左右一対の第２突起２４２，２４２が設けられている。これらの突起２４１、２４２，２４２は、第１ピエゾモーター保持部材２４の前後方向（光軸方向Ａ）に並んで配置されている。
【００６４】
第１突起２４１は、内壁面２４ａの被写体側に設けられている。さらに、この第１突起２４１は、図４に示すように、第１ピエゾモーター２３が第１ピエゾモーター保持部材２４の内部に収容された状態で、三枚のピエゾ素子２３３の被写体側の振動の節部２３３ａのみを保持するように設けられている。なお、図５では、左右側のピエゾ素子２３３の各振動の節部２３３ａを示している。
【００６５】
第１突起２４１について具体的に説明する。図６に示すように、この第１突起２４１は、被写体側（または結像側）から視て略凹字状に形成されている。さらに、この第１突起２４１は、左右側部２４１ａ、２４１ａ間の幅２４１ｗが、第１ピエゾモーター２３の横幅２３ｗ（図５参照）よりもやや小さく設定されている。さらに、第１ピエゾモーター保持部材２４は弾性部材から構成されている。したがって、第１ピエゾモーター２３を第１突起２４１の間に挿入すると、第１突起２４１の左右側部２４１ａ、２４１ａは、弾性力を利用して、左右に対向する二枚のピエゾ素子２３３、２３３の被写体側を圧接して挟持するように構成されている。また、下側のピエゾ素子２３３の被写体側は、第１突起２４１の底部２４１ｂに当接する。この底部２４１ｂは、第１ピエゾモーター２３の設置位置を決めている。
【００６６】
一方、図６に示すように、双方の第２突起２４２，２４２は、内壁面２４ａの結像体側に設けられている。さらに、双方の第２突起２４２，２４２は、図３に示すように、第１ピエゾモーター２３が第１ピエゾモーター保持部材２４の内部に収容された状態で、三枚のピエゾ素子２３３の結像側の振動の節部２３３ｂのみを保持するように設けられている。なお、図５では、左側のピエゾ素子２３３の節部２３３ｂを示している。
【００６７】
具体的には、左側の第２突起２４２は、左側のピエゾ素子２３３の節部２３３ｂ及び、下側のピエゾ素子の２３３の節部の左側部分に当接する位置に配置されている。そして、図６に示すように、左側の第２突起２４２は、被写体側（または結像側）から視て略Ｌ字状に形成されている。また、右側の第２突起２４２は、右側のピエゾ素子２３３の節部及び下側のピエゾ素子の２３３の節部の右側部分に当接する位置に配置されている。そして、右側の第２突起２４３は、被写体側（または結像側）から視て、左側の第２突起２４２と左右対称な略逆Ｌ字状に形成されている。
【００６８】
そして、双方の第２突起２４２，２４２間の幅２４２ｗが、第１ピエゾモーター２３の横幅２３ｗ（図５参照）よりもやや小さく設定されている。したがって、第１ピエゾモーター２３を第２突起２４２，２４２の間に挿入すると、双方の第２突起２４２，２４２は、弾性力を利用して、左右に対向する二枚のピエゾ素子２３３、２３３の結像側を圧接して挟持するように構成されている。また、下側のピエゾ素子２３３の結像側は、双方の第２突起２４２の底部２４２ｂに当接する。この底部２４２ｂは、第１ピエゾモーター２３の設置位置を決めている。
【００６９】
そして、第１ピエゾモーター２３は、三枚のピエゾ素子２３３の各節部２３３ａのみが双方の突起２４１、２４２，２４２に保持されている。さらに、左右に対向する二枚のピエゾ素子２３３の各節部２３３ａのみが、双方の突起２４１、２４２，２４２に圧接して挟持されている。これにより、第１ピエゾモーター２３は、これらの節部２３３ａのみで第１ピエゾモーター保持部材２４に固定されている。
【００７０】
次に、第１レンズ群保持枠駆動装置２による第１レンズ群保持枠１１の駆動方法を説明する。まず、電源及び制御部から、第１フレキシブルプリント配線板２２を介して、各ピエゾ素子２３３に駆動電源及び制御信号が供給される。これにより、各ピエゾ素子２３３が振動して、リードスクリュー２３１が正逆方向に回転する。このリードスクリュー２３１の回転によって、ナット２３２はリードスクリュー２３１上を移動する。これに伴って第１ピエゾモーター保持部材２４が光軸方向Ａに移動するとともに、第１レンズ群保持枠１１が、第１ガイドポール２０に沿って光軸方向Ａにスライド移動する。
【００７１】
一方、図４に示すように、第２レンズ群保持枠駆動装置３は、第２レンズ群保持枠１２を駆動する装置である。この第２レンズ群保持枠駆動装置３は、第２ガイドポール３０と、第２駆動手段３１と、第２フレキシブルプリント配線板３２とを備えている。第２ガイドポール３０は、第２レンズ群保持枠１２を光軸方向Ａに移動可能に支持する部材である。この第２ガイドポール３０は、細長い丸棒状に形成されている。そして、この第２ガイドポール３０は、第２ガイド部材１５に挿通して、光軸Ｌと平行に配置されている。また、この第２ガイドポール３０には、第２ガイド部材１５よりも結像側に、スプリング３０ａが挿通されている。このスプリング３０ａは、第２レンズ群保持枠１２を常に被写体側に付勢するように構成されている。
【００７２】
一方、第２駆動手段３１は、第２ピエゾモーター３３と、第２ピエゾモーター保持部材３４とを備えている。第２ピエゾモーター３３は、リードスクリュー３３１と、ナット３３２と、四枚のピエゾ素子３３３とを備えている。リードスクリュー３３１は、光軸Ｌと平行に配置されている。また、ナット３３２は、リードスクリュー３３１に螺合されている。また、四枚のピエゾ素子３３３は、ナット３３２の外周部の上下左右側に設けられている。
【００７３】
また、第２フレキシブルプリント配線板３２は、第２ピエゾモーター３３に制御信号及び駆動電源を供給するものである。この第２フレキシブルプリント配線板３２は、一方側の端子部が第２ピエゾモーター３３に接続して、他端側が電源及び制御部（図示せず）に接続している。また、第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ピエゾモーター３３から出力される駆動力を利用して第２レンズ群保持枠１２を移動させる部材である。この第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ガイド部材１５を介して第２レンズ群保持枠１２に結合されている。
【００７４】
そして、この第２ピエゾモーター保持部材３４は、光軸方向Ａに長く形成されている。さらに、この第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ピエゾモーター３３が、第２フレキシブルプリント配線板３２に接続された状態で収容されるように構成されている。また、第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ピエゾモーター３３の三枚のピエゾ素子３３３（左右側及び上側のピエゾ素子３３３）を囲むように構成されている。具体的には、この第２ピエゾモーター保持部材３４は、被写体側（または結像側）から視て、第１ピエゾモーター保持部材２４と上下対称な略逆凹字状に形成されている。そして、第２ピエゾモーター保持部材３４の内壁面３４ａには、突起が設けられている。この突起は、図示しないが、第１ピエゾモーター保持部材２４に設けられた突起２４１、２４２，２４２（図６参照）と同じものである。
【００７５】
すなわち、第２ピエゾモーター保持部材３４に設けられた突起は、第２ピエゾモーター３３において、三枚のピエゾ素子３３３の振動の節部のみを保持している。さらに、この突起は、左右に対向する二枚のピエゾ素子３３３の振動の節部のみを圧接して挟持している。ここで、これらの節部は、第１ピエゾモーター２３の節部２３３ａ、２３３ｂと同じものである。そして、第２ピエゾモーター３３は、三枚のピエゾ素子３３３の各節部のみが突起に保持されることにより、これらの節部のみで第２ピエゾモーター保持部材３４に固定されている。
【００７６】
次に、第２レンズ群保持枠駆動装置３による第２レンズ群保持枠１２の駆動方法を説明する。まず、電源及び制御部から、第２フレキシブルプリント配線板３２を介して、各ピエゾ素子３３３に駆動電源及び制御信号が供給される。これにより、各ピエゾ素子３３３が振動して、リードスクリュー３３１が正逆方向に回転する。このリードスクリュー３３１の回転により、ナット３３２がリードスクリュー３３１上を移動する。これに伴って第２ピエゾモーター保持部材３４が光軸方向Ａに移動するとともに、第２レンズ群保持枠１１が、第２ガイドポールに沿って光軸方向Ａにスライド移動する。
【００７７】
かかる構成において、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４では、三枚のピエゾ素子２３３、３３３の各振動の節部のみを突起により保持した。これにより、対向する二枚のピエゾ素子２３３，２３３、３３３，３３３が挟持された状態になる。このため、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、二枚のピエゾ素子２３３，２３３、３３３，３３３を一面側で固定する場合に比べて安定して固定できる。よって、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、ピエゾモーター２３、３３の性能を低下させずに、ピエゾモーター２３、３３に対する固定性を高めることができる。
【００７８】
さらに、本件発明のピエゾモーター保持部材２４、３４では、対向する二枚のピエゾ素子２３３，２３３、３３３，３３３の各振動の節部のみを突起により圧接して挟持した。これにより、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、ピエゾモーター２３、３３の取り付け作業の際に接着剤を用いなくても良い。
【００７９】
したがって、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４では、従来のように接着剤を塗布する時間や接着剤を硬化させる時間を必要としないので、ピエゾモーター２３、３３の取り付け作業にかかる時間が短縮される。よって、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、ピエゾモーター２３、３３の性能（レンズ群保持枠１１、１２の駆動能力）を低下させずに、ピエゾモーター２３、３３の取り付け作業性を高めることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、ピエゾ素子２３３、３３３を四枚備えたピエゾモーター２３、３３に対して本件発明を適用した。しかし、本件発明は、本実施の形態で説明したピエゾモーター２３、３３に限定されない。つまり、本件発明は、二枚のピエゾ素子がナットの外周部に設けられたピエゾモーター全般に適用できる。また、ピエゾモーター保持部材の形状は、少なくともピエゾモーターを内部に収容可能な構成であれば良い。
【００８１】
なお、本実施の形態で説明した以外でも、本件発明のピエゾモーター保持部材は、二枚のピエゾ素子の各振動の節部のみを突起と接着剤とを用いて保持しても良い。この場合のピエゾモーター保持部材は、ピエゾモーターをさらに安定して固定できるので、ピエゾモーターの性能を低下させずに、ピエゾモーターに対する固定性をさらに高めることができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、撮像装置用のレンズ群保持枠を１１、１２を駆動する保持部材２４、３４に本件発明を適用した。しかし、本件発明の用途は、レンズ群保持枠１１、１２用に限定する必要はない。つまり、本件発明は、ピエゾモーターを用いて、被駆動物をスライド移動させる部材に対して適用することができる。
【００８３】
本件発明に係る摺動部材は、以上に述べてきた条件によるボルト軸とナットとの組み合わせを用いることで、摺動部材としての長寿命化及び耐久性を向上させることが可能になり、結果として高品質の摺動部材の提供が可能になる。以下、表１に示されたデータを用いて、本件発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００８４】
ボルト軸相当材の製造：表１に示す実施例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が０．１５質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のマルテンサイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００８５】
ナット相当材の製造：表１に示す実施例では、ナットを製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００８６】
当該ボルト軸相当材と後述のナット相当材との耐久試験用として、リードスクリューとなるボルト軸にマルテンサイト系ステンレス鋼、ステーターとなるナットにオーステナイト系ステンレス鋼を用いて、耐久試験を行った。この耐久試験を行うにあたり、ステーターとなるナットを固定し、リードスクリューとなるボルト軸を所定の範囲往復させ、このときにねじ山が摩耗することでこの設定範囲から外れた時をエラーとしてカウントし、摺動時の挙動が不安定になり、エラーが連続した時点で試験を終了し、この時点をその部材の耐久サイクルとした。なお、このときのねじ山の形状は全て今回の試験を行うにあたり本件発明の条件と同一とした。
【００８７】
実施例の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て３０万サイクル以上、エラー数は平均１０５回となった。
【００８８】
以下に、表１に示されたデータを用いて、本件発明の比較例を説明する。
【比較例】
【００８９】
［比較例１］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９０】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、上述したボルト軸と同様の組成であるオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９１】
比較例１の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万〜１０万サイクルの範囲内、エラー数は平均１５９０回となった。
【００９２】
［比較例２］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９３】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、クロム含有量が１１．５質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１２質量％以下、ケイ素含有量が１．００質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のフェライト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９４】
比較例２の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て３万サイクル以下、エラー数は平均１０３７５回となった。
【００９５】
［比較例３］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が０．１５質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のマルテンサイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９６】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、クロム含有量が１１．５質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１２質量％以下、ケイ素含有量が１．００質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のフェライト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９７】
比較例３の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均５８００回となった。
【００９８】
［比較例４］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、銅合金の摺動面にニッケル系合金メッキを施した素材を用いた。
【００９９】
ナット相当材の製造：表１に示す実施例では、ナットを製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１００】
比較例４の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均１９０２回となった。
【０１０１】
［比較例５］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、銅合金の摺動面にニッケル系合金メッキを施した素材を用いた。
【０１０２】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、クロム含有量が１１．５質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１２質量％以下、ケイ素含有量が１．００質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のフェライト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１０３】
比較例５の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均８４４３回となった。
【０１０４】
［比較例６］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１０５】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、銅含有量が６０〜７０質量％、鉛含有量が０．１０質量％以下、鉄含有量が０．０７質量％以下、残部が亜鉛及び不可避的不純物という組成の黄銅（真鍮）を用いた。
【０１０６】
比較例６の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均１００００回以上となった。
【０１０７】
［比較例７］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が０．１５質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のマルテンサイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１０８】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、銅含有量が６０〜７０質量％、鉛含有量が０．１０質量％以下、鉄含有量が０．０７質量％以下、残部が亜鉛及び不可避的不純物という組成の黄銅（真鍮）を用いた。
【０１０９】
比較例７の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、トータルエラー数は平均１００００回以上となった。
【０１１０】
［実施例と比較例との対比］
以下に表１を参照しつつ、実施例と比較例１との対比を行う。表１において、ナット相当材はステーター、ボルト軸相当材はリードスクリューであり、それぞれの今回用いた試料の材質及び硬度を示し、雌ねじ（ナット）と雄ねじ（ボルト軸）との硬度差と耐久性との関連を示した。ここで評価の◎は、摺動挙動が安定した状態が摺動サイクル３０万サイクル以上持続した場合をいい、摺動挙動状態はエラー数の数値からも判断することができる。ここで、エラー数は、ボルト軸を一定範囲内で往復させる際に、往路と復路の切り替わる地点が設定された範囲内から外れた回数をカウントした。次に評価の△は、摺動挙動が安定した状態が摺動サイクル３０万サイクルに満たないが、５万サイクル以上持続した場合をいい、評価の×は、摺動挙動が安定した状態が摺動サイクル５万サイクルに満たなかった場合をいう。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
実施例と比較例１との対比： ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例１は、耐久数が５万〜１０万サイクル、エラー数は平均１５９０回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点は、ボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例１がオーステナイト系ステンレス鋼である点である。この結果より、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっているため、摺動時にボルト軸の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１３】
実施例と比較例２との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例２との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例２は、耐久数が３万サイクル以下、エラー数は平均１０３７５回と、実施例と比して著しく劣る結果となった。ここで、双方の相違点はボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例２がオーステナイト系ステンレス鋼である点と、ナットの材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例２がフェライト系ステンレス鋼である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸及びナットの双方のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっており、摺動時に双方の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１４】
実施例と比較例３との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例３との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例３は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均５８００回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点はナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例３がフェライト系ステンレス鋼である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ナットのねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっており、且つ、双方の高度差が本件発明の条件範囲を超えているために、摺動時にナットの摺動面の方が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１５】
実施例と比較例４との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例４との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例４は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均１９０２回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点は、ボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例４が銅合金の表面にニッケル合金をメッキ処理した点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低く、且つ、ナットの有する硬度よりも低くなっているため、摺動時にボルト軸の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１６】
実施例と比較例５との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例５との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例５は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均８４４３回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点は、ボルト軸のねじ山部の材質が実施例がボルト軸の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例５が銅合金の表面にニッケル合金をメッキ処理した点と、ナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例５がフェライト系ステンレス鋼である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低く、且つ、ナットの有する硬度よりも低くなっているため、摺動時にボルト軸の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１７】
実施例と比較例６との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例６との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例６は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均１００００回以上と、実施例と比して著しく劣る結果となった。ここで、双方の相違点はボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例６がオーステナイト系ステンレス鋼である点と、ナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例６が銅合金（真鍮）である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸及びナットの双方のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっているため、摺動時に双方の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１８】
実施例と比較例７との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例７との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例７は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均１００００回以上と、実施例と比して著しく劣る結果となった。ここで、双方の相違点はボルト軸のねじ山部の材質が実施例と比較例とは共にマルテンサイト系ステンレス鋼であるが、ナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例７が銅合金（真鍮）である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸及びナットの双方の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっているため、摺動時に双方の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１９】
実施例と比較例との対比のまとめ： 以上に述べてきた実施例と比較例との対比から、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材において、相互の摩耗、摩擦損傷等の摺動挙動による損傷を確実に減少させるためには、双方のねじ山部の硬度差、及びねじ山部の材質を考慮することが最も重要であることが理解できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本件発明に係る雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとで構成される摺動部材は、双方のねじ山部の硬度差、及びねじ山部の材質、ねじ山の形状の条件を定めることで、ボルト軸とナットとの摺動面における双方の摩耗を最低限に抑制し、摺動挙動に伴う相互の摩擦損傷を効果的に軽減できる。その結果、当該摺動部材によれば、正確で滑らかな相対運動が長期間保証されるため、これを備える製品の長寿命化、耐久性を飛躍的に向上させる事ができ、ねじを用いた送り機構を必要とする制御装置等に幅広く利用される。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本件発明に係るボルト軸とナットとが備えるねじ山部の形状である。
【図２】本件発明に係るボルト軸とナットとが備えるねじの形状である。
【図３】本件発明の一実施の形態を示す携帯電話の外観図である。
【図４】同実施の形態を示すレンズユニットの斜視図である。
【図５】図２において第１ピエゾモーター保持部材を中心とした要部斜視図である。
【図６】図３から第１ピエゾーモーター及び第１フレキシブルプリント配線板を除いた斜視図である。
【符号の説明】
【０１２２】
ｈ ねじ山部ひっかかりの高さ
Ｈ１ ねじ山の山頂から谷底までの距離
Ｍ 呼び径
Ｐ ねじピッチ
ｐ１ ねじ山頂幅寸法
ｐ２ ねじ谷底幅寸法
Ｌ 光軸
１１ 第１レンズ群保持枠
１２ 第２レンズ群保持枠
２３ 第１ピエゾモーター
２４ 第１ピエゾモーター保持部材
２４ａ 内壁面
３３ 第２ピエゾモーター
３４ 第２ピエゾモーター保持部材
３４ａ 内壁面
２３１ リードスクリュー
２３２ ナット
２３３ ピエゾ素子
２３３ａ 節部
２３３ｂ 節部
２４１ 第１突起
２４２ 第２突起
３３１ リードスクリュー
３３２ ナット
３３３ ピエゾ素子
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、ボルト軸とナットとの組合せ構造からなる摺動部材に関する。特に、アクチュエーター用部品として用いられるボルト軸とナットとの最適な組合せに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型カメラが内蔵型の携帯電話の普及、及びカメラの高機能化（高画素化、オートフォーカス（ＡＦ）機能等）に伴い、小型カメラにズーム機構が組み入れられるようになってきた。このズーム機構中のレンズを動かすのに、圧電素子の急速変形（インパクト駆動）を利用する方法が採用されている。また、この圧電素子を用いたユニットは、ぶれ防止装置（ＣＣＤを直接動かすタイプ）としてもデジカメに搭載されている。圧電素子が用いられる理由として、例えば電磁モーターを使用した場合、携帯電話では磁界を発生させ、電磁ノイズの元となり、小型化が難しく、組立が難しいという問題があることがあげられる。また、オートフォーカス機構のレンズを動かす方法として、ステッピングモータとギヤを組み合わせたもの、ボイスコイルモータとバネを組み合わせたものなどが普及しているが、それぞれ機構容積の小型化や、消費電力の低減といった課題が山積していた。
【０００３】
こうした問題を解消可能な方法として、最近ピエゾモーターを使用したオートフォーカスシステムの利用が増えつつある。ピエゾ（ｐｉｅｚｏ）とはギリシャ語で「圧力を加える」という意味で、ある結晶に圧力を加えた場合、これに比例して電荷を発生する。この現象を逆に利用すれば、ピエゾ素子に電圧をかけることで体積が伸縮する。この現象を応用して位置決めに利用したものがピエゾモーターである。ピエゾモーターは、電圧をかけることによって素子が収縮するという性質を持っており、振動状態を得て、この振動を他に伝達するという利用がなされる。この性質を巧みに利用し、ピエゾ素子の振動を駆動力に変えたアクチュエーターを用いて、レンズを連続的に移動させることにより、焦点を合わせることができるようにしたのが、ピエゾモーター利用のオートフォーカス機構である。
【０００４】
ピエゾモーターを用いることで、レンズ移動の位置決めを精密に行うことができ、更に、素子への電圧コントロールだけでレンズを動かす為、複雑な機械的構造部品が不要になり、信頼性の向上と静音性を得ることが可能になる。また、ピエゾモーターを用いた場合には、耐久性の向上が得やすく、数百万回もの繰り返し運動を行っても問題が生じず、早い応答性と高いエネルギー効率を有するという従来のモータ駆動に比べ優れた特徴がある。ただし、早い応答性を有するがために微調整が難しく、オートフォーカス機構として用いるには圧電素子とレンズ駆動とをリードスクリューとステーターとの組合せ構造を用いて行う方法が採られている。雄ねじ山を備えるリードスクリューと、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるステーターとの組合せ構造とした場合、ねじの回転運動を直線運動に変換させる特徴を利用し、微調整を可能とするものである。
【０００５】
但し、このときに問題となるのが、微小な相対往復すべり運動すなわちフレッティング運動に伴う損傷である。この損傷は、振動、繰返し応力、変動応力などを受ける機械部品や部材の結合部で局所的に生じる。リードスクリューとステーターとの組合せ構造においては、二つの面が接触したまま微動する場合にフレッティング摩耗（ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｗｅａｒ）と呼ばれる表面損傷が生じやすい。フレッティング摩耗の進行によって、鉄鋼材料では空気中においてココア（ｃｏｃｏａ）と呼ばれる赤褐色の微細な酸化摩耗粉が結合部に発生する。酸化摩耗粉の発生により、ガタを生じて機械の精度や機能が著しく低下し、振動や騒音の原因となると共に、時には摩耗粉の固着により分解や修理が不可能となる。
【０００６】
このようにフレッティングに伴う諸現象は、トライボロジーおよび材料強度の分野において重大な表面損傷である。また、結合部に繰返し応力が同時に作用する場合、フレッティング疲労（ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｆａｔｉｇｕｅ）が発生し、損傷部からしばしば疲労き裂が発生、進展して部材の破壊に至り、部材の疲労強度が著しく低下する。
【０００７】
このような問題を解決するため、特許文献１には、回転軸を持つねじ付きシャフトと、これに螺合するナットを備えたねじ付きシャフトアッセンブリの駆動用装置であって、ａ）前記アッセンブリが前記ナットに超音波振動を与え、これによりナットを貫くねじ付きシャフトを回転させると同時に軸方向への移動させる手段を備え、ｂ）前記ねじ付きシャフトが軸方向に動ける負荷と接続され、ｃ）前記アッセンブリが軸方向の力を前記ねじ付きシャフトに付与する手段を更に備えた駆動用装置が提案されている。また、実施例において、ねじ付きシャフト１２とねじ込みナット１６の材料には、互いに摩耗が最小となるような組合せの使用が好ましいとして、シャフト１２がステンレス製、ナット１６が真鍮製のものが採用されている。
【０００８】
【特許文献１】特表２００７−５０５５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１は、その明細書の実施例において、ねじ付きシャフト１２及びねじ込みナット１６の材料には、ねじ付きシャフト１２は実質的にステンレス鋼製で、当該シャフトに係合されるナット１６は真鍮製が使用されているが、特許文献１の素材によるねじ付きシャフトとねじ込みナットとの組合せでは、摺動部材として十分な耐久性を得ることが現実には難しい。また、当該明細書の実施例において、ねじ付きシャフト１２のねじ山形状は切り欠き形が好ましく、ねじのピッチはインチ当たりねじ溝約２００個以下が好ましいとされている。
【００１０】
以上に示したように、従来より、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転しながら摺動負荷を受け合う摺動部材において、より耐久性に優れたものが求められてきた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明者等は、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転させ、摺動負荷を受ける双方の摺動部位の硬度差と、ねじ山形状に着目することで、摺動部材としての耐久性及び高精度動作を満足する条件を見い出し、上記課題を達成できることに想到した。以下、本件発明に関して説明する。
【００１２】
本件発明に係る、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転させることで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材は、当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１であることを特徴とするものである。
【００１３】
本件発明に係る摺動部材は、前記第一金属材のビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１〜６００ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。
【００１４】
本件発明に係る摺動部材は、前記第一金属材が以下に記載の第一金属材用合金組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いることが好ましい。
【００１５】
［第一金属材用合金組成］
ニッケル ：０．６質量％以下
クロム ：１２．０質量％〜１８．０質量％
炭素 ：０．１６質量％〜１．２質量％
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：１．２５質量％以下
リン ：０．０６質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【００１６】
本件発明に係る摺動部材は、前記第二金属材のビッカース硬さＨ２が２２０ＨＶ０．１〜２４０ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
また、本件発明に係る摺動部材は、前記第二金属材が以下に記載の第二金属材用合金組成のオーステナイト系ステンレス鋼を用いるものが好ましい。
【００１８】
［第二金属材用合金組成］
ニッケル ：７．０質量％〜１３．０質量％
クロム ：１７．０質量％〜２０．０質量％
炭素 ：０．１５質量％以下
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：２．５質量％以下
リン ：０．２質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【００１９】
また、本件発明に係る前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山は、呼び径Ｍが１．１ｍｍ以下、ピッチＰが０．２ｍｍ以下、ねじかみ合わせ部の径方向長さが０．０５ｍｍ以上、ねじ山先端部の幅が０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍであり、当該ボルト軸のねじ溝部の幅が０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅が０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の公差は、前記ボルト軸の有効径公差域グレードが３Ｇ、当該ナットの有効径公差域グレードが４Ｇであることが好ましい。
【００２１】
そして、本件発明に係る摺動部材を構成部材として用い、被駆動物をスライド移動させるためのピエゾモーターであって、当該ピエゾモーターは、リードスクリューと、当該リードスクリューに螺合されたステーターと、当該ステーターの外周部に設けられた少なくとも二枚のピエゾ素子とからなり、当該少なくとも二枚のピエゾ素子は、当該ステーターの外周部に配置してピエゾモーター保持部材に収容したものであり、当該摺動部材を構成するナットをステーターとして用い、ボルト軸をリードスクリューとして用いることが好ましい。
【００２２】
また、本件発明に係る前記ピエゾモーターを、レンズ駆動用アクチュエーターとして用いたことを特徴とする撮像装置として用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本件発明の摺動部材は、当該雄ねじ山を構成する金属材のビッカース硬度をＨ１、当該雌ねじ山を構成する金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３８０ＨＶ０．１とすることにより、雄ねじ山と雌ねじ山との双方の摩耗を最小限に抑制し、摺動挙動に伴う相互の摩擦損傷を効果的に軽減する。その結果、摺動部材としての長寿命化、耐久性を飛躍的に向上させる事ができる。
【００２４】
また、本件発明の摺動部材となるボルト軸とナットとが備えるねじ山は、呼び径Ｍが１．１ｍｍ以下、ピッチＰが０．２ｍｍ以下、ねじかみ合わせ部の径方向長さが０．０５ｍｍ以上、ねじ山先端部の幅が０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍであり、当該ボルト軸のねじ溝部の幅が０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅が０．０３ｍｍ以下とすることで、螺動回転をスムーズ、且つ、精度良く行うことができる。
【００２５】
本件発明の摺動部材を用いれば、上述した優れた性質をレンズ駆動において発揮することになるため、高品質な撮像装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本件発明に係る、摺動部材の形態に関して説明する。以下の説明では、ボルト軸のねじ山を構成する素材を第一金属材、ナットのねじ山を構成する素材を第二金属材として、混同無きよう説明する。
【００２７】
本件発明に係る、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材は、当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１であることことが好ましい。また、ナットとなる部材よりボルト軸となる部材の硬度が高くなることが好ましい。双方の硬度差がこの範囲において、ナット内周面とボルト軸の摺動面の双方の摩擦損傷を軽減化でき、摺動挙動の安定化が図れ、且つ、良好な耐久性が得られる。このとき、当該双方の硬度差が３００ＨＶ０．１未満である場合には、固体潤滑作用が低下し、軟らかい材質側の表面が摩擦により硬化して、脆くなるため硬化部表面が欠けるなどの問題が生じ、耐久性が低下する。また、当該双方の硬度差が３５０ＨＶ０．１を超える場合には、硬度の低い部材側の摩耗量が増大し、構造物としての耐久性が低下する。なお、当該ビッカース硬さＨ１とビッカース硬さＨ２との差は、少なくとも、ボルト軸とナットとのねじ山の表面（摺動面となる部分）の硬度差が上記範囲条件を満足していれば良い。
【００２８】
本件発明に係る摺動部材は、前記第一金属材のビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１〜６００ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。このときに、当該ビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１未満である場合には、駆動時のボルト軸の外周面（摺動面）とナットの内周面（摺動面）との摩擦による摩耗が顕著になり、構造物としての寿命を長期化させることが困難である。一方、ビッカース硬さＨ１がが６００ＨＶ０．１を超えると、第一金属材側の摺動面の表面が硬くなり過ぎることになり、脆化して脆くなるため、耐久性に欠けるようになる。従って、上記範囲の硬さのマルテンサイト系ステンレス鋼で製造した第一金属材は、前記第二金属材と組み合わせて使用することで、摺動部材双方の摺動面の耐摩耗性が飛躍的に向上する。なお、当該ビッカース硬さＨ１は、少なくとも、ねじ山の表面（摺動面となる部分）の硬度が上記範囲条件を満足していれば良い。
【００２９】
本件発明において用いる第一金属材用合金組成は、ニッケル、クロム、炭素、ケイ素、マンガン、リン、硫黄、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、マルテンサイト系ステンレス鋼に分類されるものであり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物というものである。すなわち、この範囲に含まれている素材としてはＳＵＳ４２０材、ＳＵＳ４４０材相当のものがある。
【００３０】
ここで、本件発明に係る、第一金属材用合金組成の各成分に関して述べておく。
【００３１】
ニッケル含有量は、０．６質量％以下であることが好ましい。ニッケルは、オーステナイト形成元素であり、耐食性、靭性の向上に寄与する。しかし、ニッケル含有量が０．６質量％を超えると、焼なまし時の硬さが上昇し、冷間加工性の劣化を招く。また、結晶組織をマルテンサイト化するときの残留オーステナイト量が増大して、焼戻し硬さの低下を招く。
【００３２】
クロム含有量は、１２．０質量％〜１８．０質量％であることが好ましい。クロムは、ステンレス鋼の耐食性向上に必要な元素である。しかし、クロムはフェライト形成元素であるため、過剰に含有させると残留オーステナイト量を増大させることとなり、強度及び靭性が低下する。そのため、クロム含有量が１２．０質量％未満の場合、十分な耐食性を得ることができず、クロム含有量が１８．０質量％を超えると、焼戻し硬さの低下を招く。
【００３３】
炭素含有量は、０．１６質量％〜１．２質量％であることが好ましい。炭素は、ステンレス鋼の強度を確保し、マルテンサイト組織とするために必要な元素である。しかし、炭素を過度に添加すると、粗大な一次炭化物の生成によって、焼なまし処理後の冷間加工性、及び焼入れ‐焼戻し後の耐食性、靭性が劣化するばかりでなく、残留オーステナイト量が増大して、焼戻し硬さの低下を招く。そのため、炭素含有量が０．１６質量％未満の場合には、十分な強度を得ることができず、炭素含有量が１．２質量％を超えると、十分な耐食性及び靱性を得ることができない。
【００３４】
ケイ素含有量は、１．０質量％以下であることが好ましい。ケイ素は、脱酸剤として有効である。一方、ケイ素はステンレス鋼を硬化するため、ケイ素含有量が高すぎるとステンレス鋼の靭性及び加工性が劣化する。また、ケイ素はフェライト形成元素であるため、ステンレス鋼のマルテンサイト化を妨げる。そのため、ケイ素含有量が１．０質量％を超えると、十分な強度、靱性及び加工性を得ることができない。
【００３５】
マンガン含有量は、１．２５質量％以下であることが好ましい。マンガンは、脱酸、脱硫元素としても有効である。さらに、マンガンはオーステナイト形成元素であり、過剰に添加すると、残留オーステナイト量を増大させ、焼戻し硬さの低下を招くばかりでなく、耐食性の劣化を招く。そのため、マンガン含有量が１．２５質量％を超えると十分な強度及び耐食性を得ることができない。
【００３６】
リン含有量は、０．０６質量％以下であることが好ましい。リンは、熱間加工性、粒界強度、靭性を低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、リン含有量が０．０６質量％を超えると十分な靱性を得ることができない。
【００３７】
硫黄含有量は、０．１５質量％以下であることが好ましい。硫黄は、耐食性や、冷間加工時の靭性を劣化させるとともに、熱間加工性も低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、硫黄含有量が０．１５質量％を超えると十分な靱性と良好な加工性能を得ることができない。
【００３８】
次に、前記第二金属材のビッカース硬さＨ２が、２２０ＨＶ０．１〜２４０ＨＶ０．１の範囲にあることが好ましい。このときに、当該ビッカース硬さＨ２が、２２０ＨＶ０．１未満である場合には、駆動時のボルト軸の外周面（摺動面）とナットの内周面（摺動面）との摩擦による摩耗が顕著になり、構造物としての寿命を長期化させることが困難である。一方、ビッカース硬さＨ２が２４０ＨＶ０．１を超えると、第二金属材側の摺動面の表面が硬くなり過ぎることになり、脆化して脆くなるため、耐久性に欠けるようになる。従って、上記範囲の硬さのマルテンサイト系ステンレス鋼で製造した第一金属材は、上記第二金属材と組み合わせて使用することで、摺動部材双方の摺動面の耐摩耗性が飛躍的に向上する。なお、当該ビッカース硬さＨ２は、少なくとも、ねじ山の表面（摺動面となる部分）の硬度が上記範囲条件を満足していれば良い。
【００３９】
本件発明において用いる第二金属材用合金組成は、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物というものである。すなわち、この範囲に含まれている素材としてはＳＵＳ３０３材、ＳＵＳ３０４材相当のものがある。
【００４０】
ここで、本件発明に係る、第二金属材用合金組成の各成分に関して述べておく。
【００４１】
ニッケル含有量は、７．０質量％〜１３．０質量％であることが好ましい。ニッケルは、オーステナイト形成元素としてオーステナイト系ステンレス鋼の基本元素である。このニッケルは、所定量を添加することでステンレス鋼の耐食性の向上に寄与する。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼において、７．０質量％未満のニッケル含有量の場合には、十分な靱性、耐摩耗性を得ることができず、ニッケル含有量が１３．０質量％を超えると、耐食性の向上に変化はなく経済的ではない。
【００４２】
クロム含有量は、１７．０質量％〜２０．０質量％であることが好ましい。クロムは、ステンレス鋼として必須元素である。ステンレス鋼の耐食性はクロムを合金することで著しく向上する。この効果はクロム含有量が増加するに伴い大きくなる。しかし、クロム含有量が１７．０質量％未満の場合、耐食性が低下し、クロム含有量が２０．０質量％を超えると、フェライトとオーステナイトの二相組織となり、オーステナイト本来の良好な塑性加工性が劣化するため好ましくない。
【００４３】
炭素含有量は、０．１５質量％以下であることが好ましい。炭素は、オーステナイト組織の安定と高温強度を高めるために有効であるが、６００℃程度の高温になると、クロムと炭化物を形成し結晶粒界の耐食性を損なう。そのため、炭素含有量が０．１５質量％を超えると強度の低下を招き好ましくない。
【００４４】
ケイ素含有量は、１．０質量％以下であることが好ましい。ケイ素は、耐酸化性及び耐高温塩害腐食性の向上に効果がある。しかし、ケイ素含有量が１．０質量％を超えると、それ以上の効果は得られず経済的ではない。
【００４５】
マンガン含有量は、２．５質量％以下であることが好ましい。マンガンは、脱酸剤として必要な元素である。しかし、マンガン含有量が２．５質量％を超えた場合、得られる効果が飽和状態となるために経済的ではない。
【００４６】
リン含有量は０．２質量％以下であることが好ましい。リンは、熱間加工性、粒界強度、靭性を低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、リン含有量が０．２質量％を超えると十分な靱性を得ることができない。
【００４７】
硫黄含有量は、０．１５質量％以下であることが好ましい。硫黄は、耐食性や、冷間加工時の靭性を劣化させるとともに、熱間加工性も低下させる元素であり、低減させることが好ましい。そのため、硫黄含有量が０．１５質量を超えると十分な靱性を得ることができない。
【００４８】
本件発明における、前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山形状の条件について、図１及び図２にその詳細を示した。図１及び図２に示すように、ねじには雄ねじと雌ねじとから構成させており、双方を組み合わせることで、ねじはその役割を果たせるようになっている。ここで、ピッチＰとは、隣り合うねじ山間の距離をいい、ひっかかりの高さｈとは、ねじ山が接触している部分を軸心に垂直に見たときの寸法をいい、Ｍは呼び径であり、雄ねじの場合は外径を、雌ねじの場合は谷径をいい、ｐ１は、ねじ山頂の軸方向の幅をいい、ｐ２はねじ谷底の軸方向の幅をいい、Ｈ１は、ねじ山の山頂と谷底との距離を軸心に垂直に見て測った寸法をいう。
【００４９】
図１及び図２に示すボルト軸（雄ねじ）とナット（雌ねじ）とのねじ山の形状において、呼び径Ｍは１．１ｍｍ以下、ピッチＰは０．２ｍｍ以下、ねじかみ合わせ部の径方向長さｈは０．０５ｍｍ以上、ねじ山先端部の幅ｐ１は０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍ、当該ボルト軸のねじ溝部の幅ｐ２は０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅ｐ２は０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。このときに、前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の寸法が上述した条件を満たすことで、繰り返し螺動回転した際にも、雄ねじ山と雌ねじ山とが受ける摺動負荷を軽減させ、耐久性を向上させることができる。当該ボルト軸とナットとの耐久性を向上させるためには、雄ねじと雌ねじとの間にある程度の隙間を設ける必要があるが、この隙間が大きいと、ボルト軸の送りを精度良く行うことができなくなる。また、当該隙間がなくなるとねじ面に生じる摩擦力が増大し、耐久性が低下する。
【００５０】
本件発明における、前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の公差は、前記ボルト軸の有効径公差域グレードが３Ｇ、当該ナットの有効径公差域グレードが４Ｇであることが好ましい（ＪＩＳ Ｂ ０２０９−１）。ここで、有効径とは、雄ねじのねじ山と雌ねじのねじ溝の軸方向の幅が同じになるような仮想的な円筒の直径のことをいう。雄ねじと雌ねじとが通常使用されているグレードは、共に６Ｇである。本件発明に係る雌ねじの４Ｇでは公差が４０μｍ、雄ねじの３Ｇでは公差が２４μｍであるのに対し、雄ねじの６Ｇの公差が４８μｍであることをふまえるとかなり厳しい公差となっているが、この公差で作製したボルト軸とナットとを組み合わせることにより耐久性が良く、且つ、安定した品質の摺動部材を提供することが可能となる。
【００５１】
本件発明に係る摺動部材を構成部材として用い、被駆動物をスライド移動させるためのピエゾモーターであって、当該ピエゾモーターは、リードスクリューと、当該リードスクリューに螺合されたステーターと、該ステーターの外周部に設けられた少なくとも二枚のピエゾ素子とからなり、当該少なくとも二枚のピエゾ素子は、当該ナットの外周部に配置してピエゾモーター保持部材に収容したものであり、前記摺動部材を構成するナットをステーターとして用い、ボルト軸をリードスクリューとして用いることが好ましい。かかる構成において、本件発明のピエゾモーター保持部材は、二枚のピエゾ素子の節部のみを保持したことにより、この二枚のピエゾ素子を挟持した状態になる。このため、本件発明のピエゾモーター保持部材は、二枚のピエゾ素子を一面側で固定する場合に比べて安定して固定できる。
【００５２】
上述の本件発明に係る、ピエゾモーターを、レンズ駆動用アクチュエーターとして用いたことを特徴とした撮像装置とすることが好ましい。当該アクチュエーターをレンズ駆動用アクチュエーターとして採用すれば、軽量且つ高性能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００５３】
ここで、上述した、本件発明の摺動部材をピエゾモーター（レンズ駆動用アクチュエーター）として用いた撮像装置について、図３〜図５にその一例を示した。以下に、これらの図を用いて、本件発明の摺動部材の使用形態について詳しく述べる。
【００５４】
図３は、本件発明の一実施の形態を示す携帯電話１０１の外観図である。この携帯電話１０１は、カメラ機能を備えた携帯電話であり、カメラモジュール１０２を備えている。このカメラモジュール１０２は、箱形に形成されたケース１１０と、このケース１１０内に配設されたレンズユニットと、撮像素子（ＣＣＤ）とを備えている。そして、このカメラモジュール１０２は、ユーザーの操作に応じて、被写体の反射光を撮像素子により結像させて電気信号に変換し、この電気信号をＡ／Ｄコンバーターなどに出力するように構成されている。
【００５５】
図４は、レンズユニット１０の斜視図である。このレンズユニット１０は、第１レンズ群保持枠１１と、第２レンズ群保持枠１２と、レンズ駆動装置１とを備えている。第１レンズ群保持枠１１及び第２レンズ群保持枠１２は、光軸Ｌに沿って直列に配置されている。そして、第１レンズ群保持枠１１は、前方側（被写体側）に配置されている。この第１レンズ群保持枠１１は、内側に第１レンズ群（図示せず）が保持されるように構成されている。また、第１レンズ群保持枠１１の外周部１１１には、第１ガイド部材１３が結合されている。この第１ガイド部材１３は、筒型に形成されており、光軸Ｌと平行に配置されている。また、第１レンズ群保持枠１１には、第１回転防止軸用支持部１１２が設けられている。この第１回転防止軸用支持部１１２は、被写体側（または結像側）から視てＵ字状に形成されている。
【００５６】
一方、第２レンズ群保持枠１２は、後方側（結像側）に配置されている。この第２レンズ群保持枠１２は、内側に第２レンズ群（図示せず）が保持されるように構成されている。また、第２レンズ群保持枠１２の後方側（結像側）には、支持部材１４が結合されている。この支持部材１４は、第２レンズ群保持枠１２が第１レンズ群保持枠１１と共に直列に配置されるように、第２レンズ群保持枠１２を支持する部材である。また、支持部材１４には、第２ガイド部材１５が結合されている。この第２ガイド部材１５は、筒型に形成されており、光軸Ｌと平行に配置されている。また、支持部材１４には、第２回転防止軸用支持部１４２が設けられている。この第２回転防止軸用支持部１４２は、被写体側（または結像側）から視てＵ字状に形成されている。
【００５７】
そして、レンズ駆動装置１は、第１レンズ群保持枠１１と第２レンズ群保持枠１２とを、それぞれ独立的に駆動するものである。このレンズ駆動装置１は、レンズ群保持枠の移動軌道Ｔの外周領域の右側に配置されている。この移動軌道Ｔは、第１レンズ群保持枠１１及び第２レンズ群保持枠１２が光軸Ｌに沿って移動する円筒状の軌道である。
【００５８】
そして、このレンズ駆動装置１は、第１レンズ群保持枠駆動装置２と、第２レンズ群保持枠駆動装置３と、回転防止軸４と、第１レンズ群保持枠移動距離測定装置５と、第２レンズ群保持枠移動距離測定装置６とを備えている。
【００５９】
回転防止軸４は、双方のレンズ群保持枠１１、１２が光軸方向Ａにスライド移動する際に、双方のレンズ群保持枠１１、１２の回転を防止する部材である。この回転防止軸４は、双方のレンズ群保持枠１１、１２の回転防止軸用支持部１１２、１４２に支持されている。また、第１レンズ群保持枠移動距離測定装置５は、第１レンズ群保持枠１１の移動距離を測定する装置である。また、第２レンズ群保持枠移動距離測定装置６は、第２レンズ群保持枠１２の移動距離を測定する装置である。
【００６０】
そして、第１レンズ群保持枠駆動装置２は、第１レンズ群保持枠１１を駆動する装置である。この第１レンズ群保持枠駆動装置２は、図４に示すように、第１ガイドポール２０と、第１駆動手段２１と、第１フレキシブルプリント配線板２２とを備えている。第１ガイドポール２０は、第１レンズ群保持枠１１を光軸方向Ａに移動可能に支持する部材である。この第１ガイドポール２０は、細長い丸棒状に形成されている。そして、この第１ガイドポール２０は、第１ガイド部材１３に挿通して、光軸Ｌと平行に配置されている。また、この第１ガイドポール２０には、第１ガイド部材１３よりも被写体側に、スプリング２０ａが挿通されている。このスプリング２０ａは、第１レンズ群保持枠１１を常に結像側に付勢するように構成されている。
【００６１】
一方、第１駆動手段２１は、第１ピエゾモーター２３と、第１ピエゾモーター保持部材２４とを備えている。第１ピエゾモーター２３は、リードスクリュー２３１と、ナット２３２と、四枚のピエゾ素子２３３とを備えている。リードスクリュー２３１は、光軸Ｌと平行に配置されている。また、ナット２３２は、リードスクリュー２３１に螺合されている。また、四枚のピエゾ素子２３３は、ナット２３２の外周部の上下左右側に設けられている。なお、ここでは、図２における雄ねじであるボルト軸をリードスクリュー２３１として、図２における雄ねじをナット２３２として用いた場合を例として示した。
【００６２】
また、第１フレキシブルプリント配線板２２は、第１ピエゾモーター２３に駆動電源及び制御信号を供給するものである。この第１フレキシブルプリント配線板２２は、図５に示すように、一方側の端子部２２１が第１ピエゾモーター２３に接続して、他端側が電源及び制御部（図示せず）に接続している。
【００６３】
また、第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１ピエゾモーター２３から出力される駆動力を利用して、第１レンズ群保持枠１１を移動させる部材である。この第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１レンズ群保持枠１１の外周部１１１に結合されている。そして、この第１ピエゾモーター保持部材２４は、光軸方向Ａに長く形成されている。さらに、この第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１ピエゾモーター２３が、第１フレキシブルプリント配線板２２に接続された状態で収容されるように構成されている。また、第１ピエゾモーター保持部材２４は、第１ピエゾモーター２３の三枚のピエゾ素子２３３（図５の左右側及び下側のピエゾ素子２３３）を囲むように構成されている。具体的には、第１ピエゾモーター保持部材２４は、図４に示すように、被写体側（または結像側）から視て略凹字状に形成されている。そして、図４において、第１ピエゾモーター保持部材２４の内壁面２４ａには、第１突起２４１と、左右一対の第２突起２４２，２４２が設けられている。これらの突起２４１、２４２，２４２は、第１ピエゾモーター保持部材２４の前後方向（光軸方向Ａ）に並んで配置されている。
【００６４】
第１突起２４１は、内壁面２４ａの被写体側に設けられている。さらに、この第１突起２４１は、図４に示すように、第１ピエゾモーター２３が第１ピエゾモーター保持部材２４の内部に収容された状態で、三枚のピエゾ素子２３３の被写体側の振動の節部２３３ａのみを保持するように設けられている。なお、図５では、左右側のピエゾ素子２３３の各振動の節部２３３ａを示している。
【００６５】
第１突起２４１について具体的に説明する。図６に示すように、この第１突起２４１は、被写体側（または結像側）から視て略凹字状に形成されている。さらに、この第１突起２４１は、左右側部２４１ａ、２４１ａ間の幅２４１ｗが、第１ピエゾモーター２３の横幅２３ｗ（図５参照）よりもやや小さく設定されている。さらに、第１ピエゾモーター保持部材２４は弾性部材から構成されている。したがって、第１ピエゾモーター２３を第１突起２４１の間に挿入すると、第１突起２４１の左右側部２４１ａ、２４１ａは、弾性力を利用して、左右に対向する二枚のピエゾ素子２３３、２３３の被写体側を圧接して挟持するように構成されている。また、下側のピエゾ素子２３３の被写体側は、第１突起２４１の底部２４１ｂに当接する。この底部２４１ｂは、第１ピエゾモーター２３の設置位置を決めている。
【００６６】
一方、図６に示すように、双方の第２突起２４２，２４２は、内壁面２４ａの結像体側に設けられている。さらに、双方の第２突起２４２，２４２は、図３に示すように、第１ピエゾモーター２３が第１ピエゾモーター保持部材２４の内部に収容された状態で、三枚のピエゾ素子２３３の結像側の振動の節部２３３ｂのみを保持するように設けられている。なお、図５では、左側のピエゾ素子２３３の節部２３３ｂを示している。
【００６７】
具体的には、左側の第２突起２４２は、左側のピエゾ素子２３３の節部２３３ｂ及び、下側のピエゾ素子の２３３の節部の左側部分に当接する位置に配置されている。そして、図６に示すように、左側の第２突起２４２は、被写体側（または結像側）から視て略Ｌ字状に形成されている。また、右側の第２突起２４２は、右側のピエゾ素子２３３の節部及び下側のピエゾ素子の２３３の節部の右側部分に当接する位置に配置されている。そして、右側の第２突起２４３は、被写体側（または結像側）から視て、左側の第２突起２４２と左右対称な略逆Ｌ字状に形成されている。
【００６８】
そして、双方の第２突起２４２，２４２間の幅２４２ｗが、第１ピエゾモーター２３の横幅２３ｗ（図５参照）よりもやや小さく設定されている。したがって、第１ピエゾモーター２３を第２突起２４２，２４２の間に挿入すると、双方の第２突起２４２，２４２は、弾性力を利用して、左右に対向する二枚のピエゾ素子２３３、２３３の結像側を圧接して挟持するように構成されている。また、下側のピエゾ素子２３３の結像側は、双方の第２突起２４２の底部２４２ｂに当接する。この底部２４２ｂは、第１ピエゾモーター２３の設置位置を決めている。
【００６９】
そして、第１ピエゾモーター２３は、三枚のピエゾ素子２３３の各節部２３３ａのみが双方の突起２４１、２４２，２４２に保持されている。さらに、左右に対向する二枚のピエゾ素子２３３の各節部２３３ａのみが、双方の突起２４１、２４２，２４２に圧接して挟持されている。これにより、第１ピエゾモーター２３は、これらの節部２３３ａのみで第１ピエゾモーター保持部材２４に固定されている。
【００７０】
次に、第１レンズ群保持枠駆動装置２による第１レンズ群保持枠１１の駆動方法を説明する。まず、電源及び制御部から、第１フレキシブルプリント配線板２２を介して、各ピエゾ素子２３３に駆動電源及び制御信号が供給される。これにより、各ピエゾ素子２３３が振動して、リードスクリュー２３１が正逆方向に回転する。このリードスクリュー２３１の回転によって、ナット２３２はリードスクリュー２３１上を移動する。これに伴って第１ピエゾモーター保持部材２４が光軸方向Ａに移動するとともに、第１レンズ群保持枠１１が、第１ガイドポール２０に沿って光軸方向Ａにスライド移動する。
【００７１】
一方、図４に示すように、第２レンズ群保持枠駆動装置３は、第２レンズ群保持枠１２を駆動する装置である。この第２レンズ群保持枠駆動装置３は、第２ガイドポール３０と、第２駆動手段３１と、第２フレキシブルプリント配線板３２とを備えている。第２ガイドポール３０は、第２レンズ群保持枠１２を光軸方向Ａに移動可能に支持する部材である。この第２ガイドポール３０は、細長い丸棒状に形成されている。そして、この第２ガイドポール３０は、第２ガイド部材１５に挿通して、光軸Ｌと平行に配置されている。また、この第２ガイドポール３０には、第２ガイド部材１５よりも結像側に、スプリング３０ａが挿通されている。このスプリング３０ａは、第２レンズ群保持枠１２を常に被写体側に付勢するように構成されている。
【００７２】
一方、第２駆動手段３１は、第２ピエゾモーター３３と、第２ピエゾモーター保持部材３４とを備えている。第２ピエゾモーター３３は、リードスクリュー３３１と、ナット３３２と、四枚のピエゾ素子３３３とを備えている。リードスクリュー３３１は、光軸Ｌと平行に配置されている。また、ナット３３２は、リードスクリュー３３１に螺合されている。また、四枚のピエゾ素子３３３は、ナット３３２の外周部の上下左右側に設けられている。
【００７３】
また、第２フレキシブルプリント配線板３２は、第２ピエゾモーター３３に制御信号及び駆動電源を供給するものである。この第２フレキシブルプリント配線板３２は、一方側の端子部が第２ピエゾモーター３３に接続して、他端側が電源及び制御部（図示せず）に接続している。また、第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ピエゾモーター３３から出力される駆動力を利用して第２レンズ群保持枠１２を移動させる部材である。この第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ガイド部材１５を介して第２レンズ群保持枠１２に結合されている。
【００７４】
そして、この第２ピエゾモーター保持部材３４は、光軸方向Ａに長く形成されている。さらに、この第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ピエゾモーター３３が、第２フレキシブルプリント配線板３２に接続された状態で収容されるように構成されている。また、第２ピエゾモーター保持部材３４は、第２ピエゾモーター３３の三枚のピエゾ素子３３３（左右側及び上側のピエゾ素子３３３）を囲むように構成されている。具体的には、この第２ピエゾモーター保持部材３４は、被写体側（または結像側）から視て、第１ピエゾモーター保持部材２４と上下対称な略逆凹字状に形成されている。そして、第２ピエゾモーター保持部材３４の内壁面３４ａには、突起が設けられている。この突起は、図示しないが、第１ピエゾモーター保持部材２４に設けられた突起２４１、２４２，２４２（図６参照）と同じものである。
【００７５】
すなわち、第２ピエゾモーター保持部材３４に設けられた突起は、第２ピエゾモーター３３において、三枚のピエゾ素子３３３の振動の節部のみを保持している。さらに、この突起は、左右に対向する二枚のピエゾ素子３３３の振動の節部のみを圧接して挟持している。ここで、これらの節部は、第１ピエゾモーター２３の節部２３３ａ、２３３ｂと同じものである。そして、第２ピエゾモーター３３は、三枚のピエゾ素子３３３の各節部のみが突起に保持されることにより、これらの節部のみで第２ピエゾモーター保持部材３４に固定されている。
【００７６】
次に、第２レンズ群保持枠駆動装置３による第２レンズ群保持枠１２の駆動方法を説明する。まず、電源及び制御部から、第２フレキシブルプリント配線板３２を介して、各ピエゾ素子３３３に駆動電源及び制御信号が供給される。これにより、各ピエゾ素子３３３が振動して、リードスクリュー３３１が正逆方向に回転する。このリードスクリュー３３１の回転により、ナット３３２がリードスクリュー３３１上を移動する。これに伴って第２ピエゾモーター保持部材３４が光軸方向Ａに移動するとともに、第２レンズ群保持枠１１が、第２ガイドポールに沿って光軸方向Ａにスライド移動する。
【００７７】
かかる構成において、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４では、三枚のピエゾ素子２３３、３３３の各振動の節部のみを突起により保持した。これにより、対向する二枚のピエゾ素子２３３，２３３、３３３，３３３が挟持された状態になる。このため、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、二枚のピエゾ素子２３３，２３３、３３３，３３３を一面側で固定する場合に比べて安定して固定できる。よって、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、ピエゾモーター２３、３３の性能を低下させずに、ピエゾモーター２３、３３に対する固定性を高めることができる。
【００７８】
さらに、本件発明のピエゾモーター保持部材２４、３４では、対向する二枚のピエゾ素子２３３，２３３、３３３，３３３の各振動の節部のみを突起により圧接して挟持した。これにより、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、ピエゾモーター２３、３３の取り付け作業の際に接着剤を用いなくても良い。
【００７９】
したがって、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４では、従来のように接着剤を塗布する時間や接着剤を硬化させる時間を必要としないので、ピエゾモーター２３、３３の取り付け作業にかかる時間が短縮される。よって、本実施の形態のピエゾモーター保持部材２４、３４は、ピエゾモーター２３、３３の性能（レンズ群保持枠１１、１２の駆動能力）を低下させずに、ピエゾモーター２３、３３の取り付け作業性を高めることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、ピエゾ素子２３３、３３３を四枚備えたピエゾモーター２３、３３に対して本件発明を適用した。しかし、本件発明は、本実施の形態で説明したピエゾモーター２３、３３に限定されない。つまり、本件発明は、二枚のピエゾ素子がナットの外周部に設けられたピエゾモーター全般に適用できる。また、ピエゾモーター保持部材の形状は、少なくともピエゾモーターを内部に収容可能な構成であれば良い。
【００８１】
なお、本実施の形態で説明した以外でも、本件発明のピエゾモーター保持部材は、二枚のピエゾ素子の各振動の節部のみを突起と接着剤とを用いて保持しても良い。この場合のピエゾモーター保持部材は、ピエゾモーターをさらに安定して固定できるので、ピエゾモーターの性能を低下させずに、ピエゾモーターに対する固定性をさらに高めることができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、撮像装置用のレンズ群保持枠を１１、１２を駆動する保持部材２４、３４に本件発明を適用した。しかし、本件発明の用途は、レンズ群保持枠１１、１２用に限定する必要はない。つまり、本件発明は、ピエゾモーターを用いて、被駆動物をスライド移動させる部材に対して適用することができる。
【００８３】
本件発明に係る摺動部材は、以上に述べてきた条件によるボルト軸とナットとの組み合わせを用いることで、摺動部材としての長寿命化及び耐久性を向上させることが可能になり、結果として高品質の摺動部材の提供が可能になる。以下、表１に示されたデータを用いて、本件発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００８４】
ボルト軸相当材の製造：表１に示す実施例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が０．１５質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のマルテンサイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００８５】
ナット相当材の製造：表１に示す実施例では、ナットを製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００８６】
当該ボルト軸相当材と後述のナット相当材との耐久試験用として、リードスクリューとなるボルト軸にマルテンサイト系ステンレス鋼、ステーターとなるナットにオーステナイト系ステンレス鋼を用いて、耐久試験を行った。この耐久試験を行うにあたり、ステーターとなるナットを固定し、リードスクリューとなるボルト軸を所定の範囲往復させ、このときにねじ山が摩耗することでこの設定範囲から外れた時をエラーとしてカウントし、摺動時の挙動が不安定になり、エラーが連続した時点で試験を終了し、この時点をその部材の耐久サイクルとした。なお、このときのねじ山の形状は全て今回の試験を行うにあたり本件発明の条件と同一とした。
【００８７】
実施例の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て３０万サイクル以上、エラー数は平均１０５回となった。
【００８８】
以下に、表１に示されたデータを用いて、本件発明の比較例を説明する。
【比較例】
【００８９】
［比較例１］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９０】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、上述したボルト軸と同様の組成であるオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９１】
比較例１の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万〜１０万サイクルの範囲内、エラー数は平均１５９０回となった。
【００９２】
［比較例２］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９３】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、クロム含有量が１１．５質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１２質量％以下、ケイ素含有量が１．００質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のフェライト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９４】
比較例２の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て３万サイクル以下、エラー数は平均１０３７５回となった。
【００９５】
［比較例３］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が０．１５質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のマルテンサイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９６】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、クロム含有量が１１．５質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１２質量％以下、ケイ素含有量が１．００質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のフェライト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【００９７】
比較例３の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均５８００回となった。
【００９８】
［比較例４］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、銅合金の摺動面にニッケル系合金メッキを施した素材を用いた。
【００９９】
ナット相当材の製造：表１に示す実施例では、ナットを製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１００】
比較例４の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均１９０２回となった。
【０１０１】
［比較例５］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、銅合金の摺動面にニッケル系合金メッキを施した素材を用いた。
【０１０２】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、クロム含有量が１１．５質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１２質量％以下、ケイ素含有量が１．００質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のフェライト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１０３】
比較例５の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均８４４３回となった。
【０１０４】
［比較例６］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が７．０質量％〜１３．０質量％、クロム含有量が１７．０質量％〜２０．０質量％、炭素含有量が０．１５質量％以下、ケイ素含有量が１．０質量％以下、マンガン含有量が２．５質量％以下、リン含有量が０．２質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のオーステナイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１０５】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、銅含有量が６０〜７０質量％、鉛含有量が０．１０質量％以下、鉄含有量が０．０７質量％以下、残部が亜鉛及び不可避的不純物という組成の黄銅（真鍮）を用いた。
【０１０６】
比較例６の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、エラー数は平均１００００回以上となった。
【０１０７】
［比較例７］
ボルト軸相当材の製造：表１に示す比較例では、ボルト軸を製造するにあたり、ニッケル含有量が０．６質量％以下、クロム含有量が１２．０質量％〜１８．０質量％、炭素含有量が０．１６質量％〜１．２質量％、ケイ素含有量が０．１５質量％以下、マンガン含有量が１．２５質量％以下、リン含有量が０．０６質量％以下、硫黄含有量が０．１５質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物という組成のマルテンサイト系のステンレス鋼の素材を用いた。
【０１０８】
ナット相当材の製造：表１に示す比較例では、ナットを製造するにあたり、銅含有量が６０〜７０質量％、鉛含有量が０．１０質量％以下、鉄含有量が０．０７質量％以下、残部が亜鉛及び不可避的不純物という組成の黄銅（真鍮）を用いた。
【０１０９】
比較例７の素材を有する部材の組合せで耐久試験を３回行った結果、１回の試験における耐久サイクルは全て５万サイクル以下、トータルエラー数は平均１００００回以上となった。
【０１１０】
［実施例と比較例との対比］
以下に表１を参照しつつ、実施例と比較例１との対比を行う。表１において、ナット相当材はステーター、ボルト軸相当材はリードスクリューであり、それぞれの今回用いた試料の材質及び硬度を示し、雌ねじ（ナット）と雄ねじ（ボルト軸）との硬度差と耐久性との関連を示した。ここで評価の◎は、摺動挙動が安定した状態が摺動サイクル３０万サイクル以上持続した場合をいい、摺動挙動状態はエラー数の数値からも判断することができる。ここで、エラー数は、ボルト軸を一定範囲内で往復させる際に、往路と復路の切り替わる地点が設定された範囲内から外れた回数をカウントした。次に評価の△は、摺動挙動が安定した状態が摺動サイクル３０万サイクルに満たないが、５万サイクル以上持続した場合をいい、評価の×は、摺動挙動が安定した状態が摺動サイクル５万サイクルに満たなかった場合をいう。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
実施例と比較例１との対比： ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例１は、耐久数が５万〜１０万サイクル、エラー数は平均１５９０回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点は、ボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例１がオーステナイト系ステンレス鋼である点である。この結果より、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっているため、摺動時にボルト軸の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１３】
実施例と比較例２との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例２との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例２は、耐久数が３万サイクル以下、エラー数は平均１０３７５回と、実施例と比して著しく劣る結果となった。ここで、双方の相違点はボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例２がオーステナイト系ステンレス鋼である点と、ナットの材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例２がフェライト系ステンレス鋼である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸及びナットの双方のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっており、摺動時に双方の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１４】
実施例と比較例３との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例３との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例３は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均５８００回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点はナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例３がフェライト系ステンレス鋼である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ナットのねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっており、且つ、双方の高度差が本件発明の条件範囲を超えているために、摺動時にナットの摺動面の方が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１５】
実施例と比較例４との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例４との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例４は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均１９０２回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点は、ボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例４が銅合金の表面にニッケル合金をメッキ処理した点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低く、且つ、ナットの有する硬度よりも低くなっているため、摺動時にボルト軸の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１６】
実施例と比較例５との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例５との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例５は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均８４４３回と、実施例と比して劣る結果となった。ここで、双方の相違点は、ボルト軸のねじ山部の材質が実施例がボルト軸の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例５が銅合金の表面にニッケル合金をメッキ処理した点と、ナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例５がフェライト系ステンレス鋼である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低く、且つ、ナットの有する硬度よりも低くなっているため、摺動時にボルト軸の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１７】
実施例と比較例６との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例６との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例６は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均１００００回以上と、実施例と比して著しく劣る結果となった。ここで、双方の相違点はボルト軸のねじ山部の材質が実施例がマルテンサイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例６がオーステナイト系ステンレス鋼である点と、ナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例６が銅合金（真鍮）である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸及びナットの双方のねじ山部の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっているため、摺動時に双方の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１８】
実施例と比較例７との対比： 上記表１を参照しつつ、実施例と比較例７との対比を行う。ボルト軸とナットとの組合せにおいて、実施例の組成を採用した場合の耐久数は３０万サイクル以上、エラー数も平均１０５回と著しく優れた耐久性能を示したのに対し、比較例７は、耐久数が５万サイクル以下、エラー数は平均１００００回以上と、実施例と比して著しく劣る結果となった。ここで、双方の相違点はボルト軸のねじ山部の材質が実施例と比較例とは共にマルテンサイト系ステンレス鋼であるが、ナットのねじ山部の材質が実施例がオーステナイト系ステンレス鋼であるのに対し、比較例７が銅合金（真鍮）である点である。この結果からも、ステーターとなるナットよりリードスクリューとなるボルト軸のねじ山部の硬度が高い方が耐久性及び精度が向上することが分かった。その理由は、ボルト軸及びナットの双方の硬さが本件発明の条件範囲よりも低くなっているため、摺動時に双方の摺動面が摩耗損傷を受け易くなるためである。
【０１１９】
実施例と比較例との対比のまとめ： 以上に述べてきた実施例と比較例との対比から、雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材において、相互の摩耗、摩擦損傷等の摺動挙動による損傷を確実に減少させるためには、双方のねじ山部の硬度差、及びねじ山部の材質を考慮することが最も重要であることが理解できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本件発明に係る雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとで構成される摺動部材は、双方のねじ山部の硬度差、及びねじ山部の材質、ねじ山の形状の条件を定めることで、ボルト軸とナットとの摺動面における双方の摩耗を最低限に抑制し、摺動挙動に伴う相互の摩擦損傷を効果的に軽減できる。その結果、当該摺動部材によれば、正確で滑らかな相対運動が長期間保証されるため、これを備える製品の長寿命化、耐久性を飛躍的に向上させる事ができ、ねじを用いた送り機構を必要とする制御装置等に幅広く利用される。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本件発明に係るボルト軸とナットとが備えるねじ山部の形状である。
【図２】本件発明に係るボルト軸とナットとが備えるねじの形状である。
【図３】本件発明の一実施の形態を示す携帯電話の外観図である。
【図４】同実施の形態を示すレンズユニットの斜視図である。
【図５】図２において第１ピエゾモーター保持部材を中心とした要部斜視図である。
【図６】図３から第１ピエゾーモーター及び第１フレキシブルプリント配線板を除いた斜視図である。
【符号の説明】
【０１２２】
ｈ ねじ山部ひっかかりの高さ
Ｈ１ ねじ山の山頂から谷底までの距離
Ｍ 呼び径
Ｐ ねじピッチ
ｐ１ ねじ山頂幅寸法
ｐ２ ねじ谷底幅寸法
Ｌ 光軸
１１ 第１レンズ群保持枠
１２ 第２レンズ群保持枠
２３ 第１ピエゾモーター
２４ 第１ピエゾモーター保持部材
２４ａ 内壁面
３３ 第２ピエゾモーター
３４ 第２ピエゾモーター保持部材
３４ａ 内壁面
２３１ リードスクリュー
２３２ ナット
２３３ ピエゾ素子
２３３ａ 節部
２３３ｂ 節部
２４１ 第１突起
２４２ 第２突起
３３１ リードスクリュー
３３２ ナット
３３３ ピエゾ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材であって、
当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、
｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１であることを特徴とした摺動部材。
【請求項２】
前記第一金属材のビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１〜６００ＨＶ０．１の範囲にある請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記第一金属材は、以下に記載の第一金属材用合金組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いるものである請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
［第一金属材合金組成］
ニッケル ：０．６質量％以下
クロム ：１２．０質量％〜１８．０質量％
炭素 ：０．１６質量％〜１．２質量％
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：１．２５質量％以下
リン ：０．０６質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【請求項４】
前記第二金属材のビッカース硬さＨ２が２２０ＨＶ０．１〜２４０ＨＶ０．１の範囲にある請求項１〜請求項３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記第二金属材は、以下に記載の第二金属材用合金組成のオーステナイト系ステンレス鋼を用いるものである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の摺動部材。
［第二金属材用合金組成］
ニッケル ：７．０質量％〜１３．０質量％
クロム ：１７．０質量％〜２０．０質量％
炭素 ：０．１５質量％以下
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：２．５質量％以下
リン ：０．２質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【請求項６】
前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山は、
呼び径Ｍが１．１ｍｍ以下、
ピッチＰが０．２ｍｍ以下、
ねじかみ合わせ部の径方向長さが０．０５ｍｍ以上、
ねじ山先端部の幅が０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍであり、
当該ボルト軸のねじ溝部の幅が０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅が０．０３ｍｍ以下であることを特徴とした請求項１〜請求項５のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項７】
前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の公差は、当該ボルト軸の有効径公差域グレードが３Ｇ、当該ナットの有効径公差域グレードが４Ｇであることを特徴とした請求項１〜請求項６のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の摺動部材を構成部材として用い、被駆動物をスライド移動させるためのピエゾモーターであって、
当該ピエゾモーターは、リードスクリューと、当該リードスクリューに螺合されたステーターと、当該ステーターの外周部に設けられた少なくとも二枚のピエゾ素子とからなり、当該少なくとも二枚のピエゾ素子は、当該ステーターの外周部に配置してピエゾモーター保持部材に収容したものであり、
当該摺動部材を構成するナットをステーターとして用い、ボルト軸をリードスクリューとして用いたことを特徴とするピエゾモーター。
【請求項９】
前記ピエゾモーターを、レンズ駆動用アクチュエーターとして用いたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
雄ねじ山を備えるボルト軸と、雌ねじ山を内周に備える雌ねじ孔を備えるナットとを、螺動回転可能な状態で螺合し、繰り返し螺動回転することで、雄ねじ山と雌ねじ山とが摺動負荷を受ける摺動部材であって、
当該ボルト軸の雄ねじ山を構成する第一金属材のビッカース硬度をＨ１、当該ナットの雌ねじ孔の内周の雌ねじ山を構成する第二金属材のビッカース硬度をＨ２としたときに、
｜Ｈ１−Ｈ２｜＝３００ＨＶ０．１〜３５０ＨＶ０．１であることを特徴とした摺動部材。
【請求項２】
前記第一金属材のビッカース硬さＨ１が５５０ＨＶ０．１〜６００ＨＶ０．１の範囲にある請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記第一金属材は、以下に記載の第一金属材用合金組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いるものである請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
［第一金属材合金組成］
ニッケル ：０．６質量％以下
クロム ：１２．０質量％〜１８．０質量％
炭素 ：０．１６質量％〜１．２質量％
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：１．２５質量％以下
リン ：０．０６質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【請求項４】
前記第二金属材のビッカース硬さＨ２が２２０ＨＶ０．１〜２４０ＨＶ０．１の範囲にある請求項１〜請求項３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記第二金属材は、以下に記載の第二金属材用合金組成のオーステナイト系ステンレス鋼を用いるものである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の摺動部材。
［第二金属材用合金組成］
ニッケル ：７．０質量％〜１３．０質量％
クロム ：１７．０質量％〜２０．０質量％
炭素 ：０．１５質量％以下
ケイ素 ：１．０質量％以下
マンガン ：２．５質量％以下
リン ：０．２質量％以下
硫黄 ：０．１５質量％以下
残部 ：鉄及び不可避的不純物
【請求項６】
前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山は、
呼び径Ｍが１．１ｍｍ以下、
ピッチＰが０．２ｍｍ以下、
ねじかみ合わせ部の径方向長さが０．０５ｍｍ以上、
ねじ山先端部の幅が０．０１５ｍｍ〜０．０５ｍｍであり、
当該ボルト軸のねじ溝部の幅が０．０４ｍｍ以下、当該ナットのねじ溝部の幅が０．０３ｍｍ以下であることを特徴とした請求項１〜請求項５のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項７】
前記ボルト軸とナットとが備えるねじ山の公差は、当該ボルト軸の有効径公差域グレードが３Ｇ、当該ナットの有効径公差域グレードが４Ｇであることを特徴とした請求項１〜請求項６のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の摺動部材を構成部材として用い、被駆動物をスライド移動させるためのピエゾモーターであって、
当該ピエゾモーターは、リードスクリューと、当該リードスクリューに螺合されたステーターと、当該ステーターの外周部に設けられた少なくとも二枚のピエゾ素子とからなり、当該少なくとも二枚のピエゾ素子は、当該ステーターの外周部に配置してピエゾモーター保持部材に収容したものであり、
当該摺動部材を構成するナットをステーターとして用い、ボルト軸をリードスクリューとして用いたことを特徴とするピエゾモーター。
【請求項９】
前記ピエゾモーターを、レンズ駆動用アクチュエーターとして用いたことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１８０２６０（Ｐ２００９−１８０２６０Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４２７（Ｐ２００８−１８４２７）
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００１３３２２７）株式会社タムロン (355)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００１３３２２７）株式会社タムロン (355)
【Ｆターム（参考）】
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