(57)【要約】      （修正有）【課題】振動子に設けられた突起部の中空部に接着剤が入り込むことを抑制することができ、駆動性能の安定化を図ることが可能となる振動型アクチュエータを提供する。【解決手段】平板状弾性体２に形成された突起部２−２の先端を被駆動体に摩擦接触させ、電気−機械エネルギー変換素子に印加して発生させた振動波により被駆動体を相対的に移動させる振動型アクチュエータにおける振動子であって、前記平板状弾性体に形成された突起部は、該平板状弾性体２における前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側に開口した中空状の突起部として構成され、前記平板状弾性体は、前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側における前記突起部の中空状の部位の周囲に形成された、接着剤を溜める溝７０と、前記溝の内側に、前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面以下の高さに形成された壁７２と、を有している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子と、該電気−機械エネルギー変換素子が接着剤により接着された平板状弾性体と、該平板状弾性体に形成された突起部と、を有し、
前記突起部の先端を被駆動体に摩擦接触させ、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加して発生させた振動波により前記被駆動体を相対的に移動させる振動型アクチュエータにおける振動子であって、
前記平板状弾性体に形成された突起部は、該平板状弾性体における前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側に開口した中空状の突起部として構成され、
前記平板状弾性体は、
前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側における前記突起部の中空状の部位の周囲に形成された、前記接着剤を溜める溝と、
前記溝の内側に、前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面以下の高さに形成された壁と、を有することを特徴とする振動型アクチュエータにおける振動子。
【請求項２】
前記平板状弾性体における前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側がラッピング加工されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータにおける振動子。
【請求項３】
前記突起部は、複数の突起部で構成され、前記複数の突起部のそれぞれに対応して前記溝と壁が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型アクチュエータにおける振動子。
【請求項４】
電気−機械エネルギー変換素子が接着剤により接着された平板状弾性体を備え、平板状弾性体に形成された突起部の先端を被駆動体に摩擦接触させ、
前記電気−機械エネルギー変換素子に印加して発生させた振動波により前記被駆動体を相対的に移動させる振動型アクチュエータにおける振動子の製造方法であって、
前記平板状弾性体をプレス加工により形成し、前記平板状弾性体に前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側に開口した中空状の突起部を、前記接着面側から複数回の絞り加工により形成する工程と、
前記複数回の絞り加工の合間に、前記接着面側からの潰し加工により前記突起部の中空状の部位の周囲に前記接着面側からはみ出した接着剤を溜める溝を形成すると共に、前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面以下の高さに形成された壁を前記溝の内側に形成する工程と、
を有することを特徴とする振動型アクチュエータにおける振動子の製造方法。
【請求項５】
前記接着面側からの潰し加工において、該潰し加工における潰し部が、接着剤を溜める溝として兼用されることを特徴とする請求項４に記載の振動型アクチュエータにおける振動子の製造方法。
【請求項６】
前記溝および壁を形成した後、前記接着面側をラッピング加工する工程を含むことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の振動型アクチュエータにおける振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータにおける振動子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性体で発生した振動により移動体を駆動する振動型アクチュエータ（超音波モータ）が知られている。
この振動型アクチュエータでは、電気−機械エネルギー変換素子（例えば圧電素子など）とこれを接合した弾性体（主に金属からなる弾性体）とで構成される振動子に、複数の振動モードを励振させる。
そして、これら複数の振動を合成することによりこの弾性体の表面に楕円運動を発生させ、この弾性体に接触させた被駆動体を相対的に駆動する。
このような振動型アクチュエータとしては、様々な形態のものが提案されており、例えば、カメラなどのレンズ鏡筒を回転駆動する振動型アクチュエータに関しては、リング形状の振動波モータや棒状の回転型振動波モータ等が提案されている。
更には、振動部分が薄板状の平板部分と突起部で構成された平板形状の弾性体を円周上に複数配置して回転型アクチュエータとして構成した振動波モータなど、モータ構成、形態などを工夫したもの等が多数提案されている。
また、上述した平板状の弾性体を直線形状のスライダに接触させて直線駆動するリニアタイプの振動波モータも数多く提案されている。
【０００３】
ここで、平板状弾性体により構成された振動型アクチュエータについて、特許文献１に開示される例でその概要を説明する。
この振動型アクチュエータは、振動子とこれに接触するスライダとから構成されている。この振動子は、一方の面に２つの突起部が形成された平板状の振動体からなる平板状弾性体に電気−機械エネルギー変換素子（たとえば圧電素子など）が接合されて構成されている。
接合手段には例えば接着剤が用いられており、接着層がムラなく両者の間に行き渡るようにするために、平板状弾性体の圧電素子接合面にはラッピング加工を施している。
この圧電素子に位相の異なる交流電界を印加すると、この振動子には２つの面外曲げ振動が励振され、２つの突起部の先端には楕円運動が生成される。その結果、突起部と接触するスライダは摩擦駆動力を受けて、一方向に駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０４８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したように平板状弾性体と圧電素子とを接着剤で接着する従来例の振動型アクチュエータにおいては、つぎのような課題を有している。
図１２は従来例の振動型アクチュエータにおける平板状弾性体１０２の全体斜視図である。
上段は突起部側から見た斜視図であり、下段は圧電素子接合面側から見た斜視図である。突起部２−２は所定のバネ性を確保するために中空状となっている。ハッチングを施した領域が圧電素子接合面である。
図１３は平板状弾性体１０２と圧電素子３の接着の様子を示したものである。接着剤を平
板状弾性体１０２あるいは圧電素子３にスポッタ６０等で塗布し両者を接着するが、なるべく突起部２−２の中空状の部位に接着剤が入り込まないような位置にスポッティングする。
しかしながら、接着剤の量、塗布位置、保存状態、塗布環境、等にはばらつきがある。
そのため、図１４に示すように圧電素子３を平板状弾性体１０２に圧接した段階で、個体によっては接着剤が突起部２−２の中空状の部位に入り込む（入り込んだ接着剤を６１に示す。）。
このように突起部２−２の中空状の部位に入り込んだ接着剤６１によって、突起部２−２の振動が阻害され、振動型アクチュエータの駆動性能に悪影響が及ぼされることになる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、振動子を構成する平板状弾性体と圧電素子とを接着剤で接着する際、振動子に設けられた突起部の中空部に接着剤が入り込むことを抑制することができ、駆動性能の安定化を図ることが可能となる振動型アクチュエータにおける振動子およびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動型アクチュエータにおける振動子は、電気−機械エネルギー変換素子と、該電気−機械エネルギー変換素子が接着剤により接着された平板状弾性体と、該平板状弾性体に形成された突起部と、を有し、
前記突起部の先端を被駆動体に摩擦接触させ、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加して発生させた振動波により前記被駆動体を相対的に移動させる振動型アクチュエータにおける振動子であって、
前記平板状弾性体に形成された突起部は、該平板状弾性体における前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側に開口した中空状の突起部として構成され、
前記平板状弾性体は、
前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側における前記突起部の中空状の部位の周囲に形成された、前記接着剤を溜める溝と、
前記溝の内側に、前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面以下の高さに形成された壁と、を有するように構成されていることを特徴とする。
また、本発明の振動型アクチュエータにおける振動子の製造方法は、電気−機械エネルギー変換素子が接着剤により接着された平板状弾性体を備え、平板状弾性体に形成された突起部の先端を被駆動体に摩擦接触させ、
前記電気−機械エネルギー変換素子に印加して発生させた振動波により前記被駆動体を相対的に移動させる振動型アクチュエータにおける振動子の製造方法であって、
前記平板状弾性体をプレス加工により形成し、前記平板状弾性体に前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面側に開口した中空状の突起部を、前記接着面側から複数回の絞り加工により形成する工程と、
前記複数回の絞り加工の合間に、前記接着面側からの潰し加工により前記突起部の中空状の部位の周囲に前記接着面側からはみ出した接着剤を溜める溝を形成すると共に、前記電気−機械エネルギー変換素子との接着面以下の高さに形成された壁を前記溝の内側に形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動子を構成する平板状弾性体と圧電素子とを接着剤で接着する際、振動子に設けられた突起部の中空部に接着剤が入り込むことを抑制することができ、駆動性能の安定化を図ることが可能となる振動型アクチュエータにおける振動子およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の振動型アクチュエータにおける振動体の構成例を説明する図。
【図２】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの主要部の構成を説明する図。
【図３】本発明の実施例１の振動型アクチュエータにおける図２の構成を部品単位に展開した図。
【図４】本発明の実施例１の振動型アクチュエータにおける平板状振動子の振動モードを説明する図。
【図５】本発明の実施例１におけるラッピング加工前の平板状弾性体の全体斜視図。
【図６】本発明の実施例１におけるラッピング加工後の平板状弾性体の全体斜視図。
【図７】本発明の実施例１におけるラッピング加工後の平板状弾性体に圧電素子３を接着する様子を表した図。
【図８】本発明の実施例１における圧電素子を平板状弾性体に接着した後の平板状振動子（ＦＰＣは未接合）を示した図。
【図９】本発明の実施例２における突起部の加工工程の概略を示した図。
【図１０】本発明の実施例２における圧電素子接合面側に出たショックラインを表した図。
【図１１】本発明の実施例２における平板状弾性体のショックラインを表した図。
【図１２】従来例における平板状弾性体の全体斜視図。
【図１３】従来例における平板状弾性体に圧電素子を接着する様子を表した図。
【図１４】従来例における平板状弾性体に圧電素子を接着した後の接着剤の様子を表した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１１】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した振動型アクチュエータにおける振動体の構成例を、図１〜図８を用いて説明する。
本実施例の振動型アクチュエータにおける振動子は、電気−機械エネルギー変換素子を構成する圧電素子と、該圧電素子が接着剤により接着された平板状弾性体と、該平板状弾性体に形成された突起部と、を有している。
その際、この突起部は、平板状弾性体における圧電素子との接着面側に開口した中空状の突起部として構成されている。
そして、この突起部の先端を被駆動体に摩擦接触させ、圧電素子に印加して発生させた振動波により被駆動体を相対的に移動させるように構成されている。
図１に、その具体的構成を示す。図１の上段は突起部側から見た上視図であり、下段はその正面図である。
平板状振動子１は平板状弾性体２と圧電素子３および該圧電素子３に電源を供給するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）４とで構成されている。
平板状弾性体２は、圧電素子３とともに振動する振動部２−３と、該振動部からの振動がほぼ絶縁された支持部２−５、およびこれら２つの部位を連結し、
一方の端部は該振動部２−３の振動にならいつつ、他端では支持部２−５に振動を伝搬しないように機能する連結部２−４とで構成されている。
連結部２−４は他の部位に対して厚みを薄く形成することによって上記機能を持たせている。振動部２−３には摩擦接触部である複数の突起部２−２が形成されている。
また、振動部２−３の突起部２−２と反対側の面には圧電素子３が接着により固定されている。
平板状弾性体２における圧電素子３の接合面にはラッピング加工が施されており、所定の
平面度・表面粗さとなっている。
これにより接着層が均一かつムラなく接合面全域に行き渡り、安定した接着強度が確保されている。もちろんラッピング加工を施さなくても所望の平面度・表面粗さに加工可能ならばこの工程は不要である。
２−７は支持部２−５に形成された丸穴であり、後述（図２、３）のピン８に対して所定のがたつき（クリアランス）を以て嵌合するためのものである。
平板状弾性体２はプレス加工、切削加工、引き抜き、押し出し加工等あらゆる加工法によって形成することが可能であり、製造コスト、要求精度により最適な加工法を採用すればよい。
【００１２】
図２は本実施例における振動型アクチュエータの主要部構成図、図３は図２の構成を部品単位に展開したものである。
平板状振動子１はフェルト５を挟んでイコライズプレート９上に載置されており、イコライズプレート９は球体２５を挟んで基台６によって支持されている。イコライズプレート９下面と基台６上面にはそれぞれ円錐溝が形成されており、そこに前記球体２５が嵌まることにより、イコライズプレート９および平板状振動子１が図２中Ｆ方向にイコライズしつつイコライズプレート９のＢ方向の移動を規制している。
なお、上記Ｆ方向とは９０°向きが異なる２本の矢印で表現されているが、１本の矢印を鉛直軸を中心として３６０°回転させた全方向を表すものとする。
ピン８は平板状弾性体２の丸穴２−７に嵌合することにより、平板状振動子１のＢ方向の移動を所定のマージン（がたつき）を以て規制している。
このマージンにより平板状振動子１のＦ方向のイコライズが可能となっている。７はスライダであり一方の面に耐摩耗処理が施された摩擦接触部７−１を有しており、この摩擦接触部７−１が前記振動子１の摩擦接触面と対向し接触するように配置されている。
平板状振動子１とスライダ７は不図示のバネ要素により適切な加圧力が付与されている。それにより、全ての突起部２−２先端が摩擦接触部７−１にならい、均等な接触面積と均等な加圧力が接触部において確保される。
【００１３】
図４は本実施例の振動型アクチュエータにおける平板状振動子の振動モードの説明図である。
ＦＰＣ４から圧電素子３に交流電界を印加すると、平板状振動子１には図４に示すような第１の振動モード（モード１）と第２の振動モード（モード２）とが励振される。
このモード１は、図４中の短手方向と直交する方向に２本の節線（振動の節となる線状の部分）ｌ１、ｌ２を有し、それらの中央部が振動の腹となる平板状振動子１の短手方向における１次の面外屈曲振動モードである。
一方、モード２は図４中の前記２本の節線ｌ１、ｌ２と直交する３本の節線（ｌ３、ｌ４、ｌ５）を有する、平板状振動子１の長手方向における２次の面外屈曲振動モードである。
図に示すように、突起部２−２はｌ４、ｌ５の位置とほぼ一致するように設定されているため、モード２が励振された時には、この突起部２−２の先端（上面）はＺ方向の振動振幅はほぼゼロで、Ｘ方向の振動振幅のみ発生する。
また、モード１が励振された時には、突起部２−２はモード１と同様の変形をするため、同突起部はＸ方向の振動振幅はほぼゼロでＺ方向の振動振幅が最大となる。
そこで、これら２つの振動モードを同時に励振し、振動の位相を適切に調整して合成すると、弾性体２に形成された突起部２−２には楕円運動が生成される。
そのため、この突起部にスライダ７を接触させると、スライダ７は前記楕円運動による摩擦力でスライダ７長手方向に駆動されることになる。
【００１４】
図５に本実施例におけるラッピング加工前の平板状弾性体２の全体斜視図を示す。
上段は突起部２−２側から見た斜視図、下段は圧電素子接合面側から見た斜視図である。
突起部２−２は所定のバネ性を確保するために中空状となっている。
平板状弾性体２の圧電素子接合面側で、かつ前記中空部周囲には溝７０が形成されている。
また、溝７０の内側には接着部位７１の面以下（電気−機械エネルギー変換素子との接着面以下）の高さの壁７２が形成されている。具体的には、接着部位７１とは溝７０より外側で、かつ圧電素子３と平板状弾性体２とが重なる領域(接合面)である。
平板状弾性体２を形成後、圧電素子３との接着前にこの接合面はラッピング加工される。
【００１５】
図６に本実施例におけるラッピング加工後の平板状弾性体２の全体斜視図を示す。
図６におけるハッチング部が上記ラッピング加工をする領域である。勿論その領域を越えてラッピングしても本実施例の振動型アクチュエータの駆動性能に大きな影響がなければ構わない。
ラッピング加工により圧電素子との接合面を所定の平面度・表面粗さとすることで、接着層が均一かつムラなく接合面全域に行き渡り、安定した接着強度が確保される。
勿論ラッピング加工しなくとも所望の平面度・表面粗さを達成可能ならば、それが不要なのはいうまでもない。
ラッピング加工の際、前記溝７０および壁７２が残るようなラッピング量としている。
【００１６】
図７は本実施例におけるラッピング加工後の平板状弾性体２と圧電素子３との接着の様子を表した図である。
平板状弾性体２の圧電素子接合面側に対してスポッタ６０により接着剤を接着部位７１に万遍なく行き渡るようにスポッティングする。
図中におけるドットがスポット後の接着剤液滴である。次に圧電素子３を不図示の位置決め治具により平板状弾性体２と平面方向の位置を合わせ、所定の荷重で押し付けて接着する。
【００１７】
図８は圧電素子３を平板状弾性体２に接着した後の平板状振動子１（ＦＰＣ４は未接合）を示した図である。
最上段は圧電素子３側から見た平面図、中段はＡ−Ａ断面図、最下段はＡ−Ａ断面図の二点鎖線で囲んだ部位の拡大図である。ハッチング部７３は接着剤を表す。
圧電素子３を平板状弾性体２に押し付けた段階で、接着剤７３は平板状弾性体２の平面方向に広がるため、当然突起部２−２の中空部方向にも広がる。
その接着剤が接着部位７１よりもはみ出した場合、溝７０内に溜り、さらに壁７２により突起部２−２中空部内への入り込みが遮断或いは抑制される。
以上のように、平板状弾性体の圧電素子接合面側かつ突起部裏面の中空部周囲に溝および壁を形成することにより接着剤を溝内に溜めることができ、接着剤が突起部の中空部に入り込むことで発生する突起部の振動阻害を防止することが可能となる。これにより、振動型アクチュエータの駆動性能を安定させることができる。
【００１８】
［実施例２］
実施例２として、本発明を適用した振動型アクチュエータにおける振動体の製造方法の構成例を、図９〜図１１を用いて説明する。本実施例における平板状弾性体２はプレス加工により形成されており、その加工工程に特徴を持つ。
図９は突起部２−２の加工工程の概略を示したものであって、突起部２−２を複数回の絞り加工により段階的に深絞りしていく工程と、その合間に潰し加工とともに溝７０および壁７２を形成する工程を示している。（ａ）〜（ｃ）の順に工程が進み、ハッチング部が金型である。
図９（ａ）において、まず浅い絞り加工を行っている。
図９（ｂ）では、潰し加工とともに溝７０および壁７２を形成している。
ここでは材料を潰すことで突起部２−２先端側への肉寄せが行われ、図９（ｃ）において
更なる深絞りを可能としている。
【００１９】
本実施例では、その潰し加工を圧電素子接合面側とすることを特徴としている。
突起部２−２を所望の形状とするためだけならば、突起部２−２の周囲ならば突起部側を潰しても構わない。
しかし、本実施例のように潰し部を突起部２−２周囲かつ圧電素子接合面側とすれば、工程数を増やさずに肉寄せ効果を得ながら接着剤溜まりとなる溝７０および壁７２を同時に形成することができる。
仮に図１０に示すように、潰し部５４が突起部２−２側であった場合、ショックライン５３は圧電素子接合面側に出る。
ここでいうショックラインとは潰し部の反対面に出てしまう凸部（本実施例ではリング状）のことであり、型の硬度次第で生じる場合があるものである。
【００２０】
発明者の検討によると、本発明の平板状弾性体２を加工する場合、ＨＲＣ６０前後の硬度の金型で生じることが確認されている。
ショックライン５３は１０数ｕｍ〜数１０ｕｍの高さを持ち、これが圧電素子接合面に現れるとそれだけラッピング時間が多く掛かってしまう。
本実施例のように潰し部を圧電素子接合面側に形成することで、図１１に示すようにショックラインは突起部２−２側に現れるため、ラッピング時間が長くなることはない。
【００２１】
以上のように、本実施例においては、潰し部を圧電素子接合面側かつ突起部裏面の中空部周囲とすることで、接着剤溜りとしての溝として兼用している。
そのため、新たな工程を増やさずとも、突起部の形状を所望の形状に加工できる上に、接着剤の中空部への入り込みをなくすことができ、振動型アクチュエータの駆動性能を安定させることができる。
また、潰し加工を圧電素子接合面側からとすることで、ショックラインをラッピング加工する必要がなくなり、短時間でラッピング加工が可能となり生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１：振動子
２：弾性体
３：圧電素子
４：ＦＰＣ
５３：ショックライン
６０：スポッタ
７０：溝
７１：接着部位
７２：壁
７３：接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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