(57)【要約】【課題】高い耐久性と静粛性を備えた振動アクチュエータを提供する。【解決手段】振動アクチュエータ１０は、電気機械変換素子１１と、電気機械変換素子１１により振動する弾性体１２と、弾性体１２に接触し、弾性体１２に対して移動する移動部材１５と、弾性体１２と移動部材１５の少なくとも一方の接触面に形成された樹脂膜１８と、を備え、樹脂膜１８は、樹脂膜１８の母材となるポリアミドイミドよりも低密度の第１フィラーが添加されている。【選択図】図２
2018170952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子により振動する弾性体と、
前記弾性体に接触し、前記弾性体に対して移動する移動部材と、
前記弾性体と前記移動部材の少なくとも一方の接触面に形成された樹脂膜と、を備え、
前記樹脂膜は、前記樹脂膜の母材となるポリアミドイミドよりも低密度の第１フィラーが添加されている振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記樹脂膜は、焼成されて形成されたものである振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動アクチュエータであって、
前記第１フィラーは、中空のガラスビーズである振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータであって、
前記樹脂膜は、前記ポリアミドイミドよりも高密度の第２フィラーを備え、
前記第２フィラーは、前記樹脂膜の表面と反対側の前記弾性体又は前記移動部材との接触面の近傍が多く、前記接触面から離れるほど少なくなる振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか一項に記載の振動アクチュエータであって、
前記樹脂膜は、Ｎ−メチルピロリドンを含む振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載の振動アクチュエータを備える光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ及び光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機械変換素子と弾性体とが接合された振動子を有し、電気機械変換素子の伸縮を利用して弾性体に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、この進行波によって、振動子（弾性体）に加圧接触した相対移動部材を摩擦駆動する振動アクチュエータが知られている。
この種の振動アクチュエータで弾性体は、与えられた振動を効率よく相対移動部材へ伝えるために、高弾性材料、例えば、ステンレス系の金属材料等が用いられる。
【０００３】
このような振動アクチュエータでは、高効率化や駆動の安定性向上、耐久性向上の要求に対し、加圧接触する振動子と相対移動部材間の摩擦接触面に用いる材料、もしくは、その材料の組み合わせが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、振動アクチュエータの耐久性と騒音を減少させるために、相対移動部材の振動子との接触面に機能の異なる２層の摺動材料を配置する提案がなされている。まず、相対移動部材の振動子に接触する１層目には、耐摩耗性が高い材料を用い耐久性を向上させる。次に、１層目に次ぎ、相対移動部材側にある２層目には、振動アクチュエータの加圧による、ひずみ量を制御し、騒音を抑制するための摺動材料を設けている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１９６０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、相対移動部材の振動子に対する接触面に２層のライニング材を用いる場合、１層目と２層目の接着層または接着界面が存在し、振動アクチュエータの発生する駆動力より、せん断方向への強度が不足し、発生トルクの低下や、前記接着層や、接着界面が破壊される恐れがある。
【０００７】
本発明の課題は、高い耐久性と静粛性を備えた振動アクチュエータ及び光学機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
【０００９】
本発明は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子により振動する弾性体と、記弾性体に接触し、前記弾性体に対して移動する移動部材と、前記弾性体と前記移動部材の少なくとも一方の接触面に形成された樹脂膜と、を備え、前記樹脂膜は、前記樹脂膜の母材となるポリアミドイミドよりも低密度の第１フィラーが添加されている振動アクチュエータに関する。
また、本発明は、上記振動アクチュエータを備えた光学機器に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い耐久性と静粛性を備えた振動アクチュエータ及び光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のカメラを示す図である。
【図２】実施形態の超音波モータを示す図である。
【図３】実施形態の超音波モータの弾性体と移動体との摩擦接触面を拡大した図である。
【図４】樹脂膜内の構造を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態の摺動体として振動子１３と移動体１５とを有する、超音波モータ１０について説明する。図１は超音波モータ１０を備えた実施形態のカメラ１を示す図である。
カメラ１は、撮像素子６を有するカメラボディ２と、レンズ鏡筒３とを備える。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態のカメラ１は、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示すが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒であってもよい。
【００１３】
レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、超音波モータ１０等を備える。本実施形態では、振動アクチュエータとして超音波モータを例にして説明する。超音波モータ１０は、略円環形状であり、その円環中心軸方向が光軸方向（図１中の矢印Ａ方向）と略一致するようにレンズ鏡筒３内に配置されている。
この超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ４を駆動する駆動源として用いられている。超音波モータ１０から得られた駆動力は、カム筒５に伝えられる。レンズ４のレンズ枠４ａは、カム筒５とカム係合しており、超音波モータ１０の駆動力によってカム筒５が光軸回りに回転すると、レンズ４は、光軸方向へ移動して焦点調節が行なわれる。
【００１４】
図１において、レンズ鏡筒３内に設けられた不図示のレンズ群（レンズ４を含む）によって、撮像素子６の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子６によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。
【００１５】
図２は、本発明の実施形態の摺動体として振動子１３と移動体１５とを有する超音波モータ１０を示す図である。
超音波モータ１０は、圧電体１１及び弾性体１２を備える振動子１３と、移動体１５と、フレキシブルプリント基板１４と、振動吸収材１６と、支持体１７等とを備えている。
【００１６】
圧電体１１は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有する。本実施形態では、圧電体１１として圧電素子を用いているが、電歪素子を用いてもよい。この圧電体１１は、フェルト等の振動吸収材１６を介して、レンズ鏡筒３に設けられた支持体１７に固定されている。
【００１７】
圧電体１１は、フレキシブルプリント基板１４を介して制御装置１０１が電気的に接続されており、制御装置１０１から供給される駆動信号により伸縮し、弾性体１２を励振する。
尚、制御装置１０１には、温度センサ１０２が接続されており、温度センサ１０２の検知結果に応じて、超音波モータ１０の回転数が一定となるように、圧電体１１に供給する駆動信号の周波数を調整している。
【００１８】
弾性体１２は、圧電体１１の励振により進行波を発生する部材である。弾性体１２は、高弾性率を有するステンレス鋼、インバー鋼等の鉄合金により形成される。本実施形態の弾性体１２は、ＳＵＳ３０３により形成されている。
弾性体１２は、略円環形状の部材であり、一方の面には導電性を有する接着剤等により圧電体１１が接着され、他方の面には複数の溝１２ｂを切って形成された櫛歯部１２ａが設けられている。
櫛歯部１２ａの先端面は、後述する移動体１５と加圧接触する接触面であり、この面に発生する進行波によって移動体１５が回転駆動される。
この櫛歯部１２ａの先端面には、ポリアミドイミド樹脂を主原料とし、表面近傍に中空ガラスビーズを有する樹脂膜１８（図３参照）が形成されている。この樹脂膜１８の形成方法や膜の構成等の詳細については後述する。
【００１９】
移動体１５は、アルミニウム等の金属によって形成された略円環形状の部材である。本実施形態の移動体１５は、アルミニウム合金により形成されている。
移動体１５は、振動子１３（弾性体１２）に加圧接触され、進行波により摩擦駆動される。この移動体１５の振動子１３に対する接触面には、アルマイト皮膜層１９（図３参照）が形成されている。
【００２０】
図３は、超音波モータ１０の摺動体として、弾性体１２と移動体１５との接触部分を拡大した図である。なお、図３では、超音波モータ１０の周方向の断面の一部を拡大して示している。
【００２１】
弾性体１２の移動体１５との接触面（櫛歯部１２ａの先端面）には、樹脂膜１８が設けられている。移動体１５の弾性体１２との接触面には、アルマイト皮膜層１９が設けられている。従って、振動子１３と移動体１５とが摩擦接触する面は、樹脂膜１８とアルマイト皮膜層１９とが接触する形態となっている。
【００２２】
（塗料組成比、塗装工程）
この樹脂膜１８は、次のような塗装工程で形成される。
まず、弾性体１２の移動体１５との接触面（櫛歯部１２ａの先端面）の脱脂処理を行う。このとき、更なる密着性向上のためにブラスト・エッチング等面を荒らす処理を行なってもよい。
【００２３】
次に、樹脂膜１８を形成するために用いられる溶液は、ポリアミドイミド樹脂１００重量に対して、中空ガラスビーズを１０重量配合されたものに、Ｎ−メチルピロリドンを混合したものである。この溶液を弾性体１２の摩擦接触面に塗布し、８０〜１００℃で３０分〜１時間乾燥の後、２３０〜２８０℃程度の高温下に１５〜３０分聞放置して、乾燥硬化させる。
【００２４】
硬化後、樹脂膜１８の表面にグリーンカーボランダム等を用いて表面を約２μｍ研磨して平坦にする。その際の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１）は、０．５μｍ以下であり、研磨後の膜厚は、３０μｍである。
【００２５】
（移動体１５作成方法）
一方、アルマイト皮膜層１９は、アルミニウム合金（Ａ６０６１）によって形成された移動体１５の表面に陽極酸化処理を施すことにより形成される。
【００２６】
（超音波モータ組立）
樹脂膜１８が形成された弾性体１２に圧電体１１を接合し、振動子１３を形成する。振動子１３の樹脂膜１８と移動体１５のアルマイト皮膜層１９とが接触するように振動子１３と移動体１５とを配置し、各部材を組み立てる。これらの工程を経て、超音波モータ１０が作製される。
【００２７】
（樹脂膜１８の組成について）
図４は、前記の通り塗装された樹脂膜１８を模式的に示した断面図である。
樹脂膜１８は、中空ガラスビーズ１８ｂが配合されたポリアミドイミド樹脂１８ａを主材料とした樹脂膜である。
フィラーとして配合される中空ガラスビーズ１８ｂは、母材としてのポリアミドイミド樹脂１８ａよりも密度が低い。このため、製膜後の焼結により、フィラー量は樹脂膜１８の表面近傍に多く、表面近傍から下層になるに従って少なくなる。例えば、フィラー量は表面近傍に最も多く、下層になるに従い段階的に少なくなる。ここで、下層とは樹脂膜１８において弾性体１２に近い側のことを指す。
【００２８】
すなわち、振動子１３の移動体１５との接触面を、２種の機能をもった１層の摺動材料（樹脂膜１８)で構成する。
まず、最表面は、フィラー（中空ガラスビーズ１８ｂ）量が多く、高い耐摩耗性をもつ。さらに、弾性体１２との接着層ではフィラー量が少ないことにより、接着強度を保つと同時に、フィラー量の多い最表面に比べ、粘性やヤング率を低下させることで騒音の原因となる振動の吸収機能を付与できる。
つまり本実施形態により、１層の摺動材料で、超音波モータ１０の高い耐久性と静粛性を、同時に実現できる。
なお、母材の樹脂材より、密度の高いフィラーを加えてフィラーを母材樹脂内で２層にしてもよい。この場合、母材の樹脂材より、密度の高いフィラーで、尚且つ制振性を付与するフィラーを加えることで、騒音がより緩和される。
【００２９】
また、樹脂膜１８の主原料としてポリアミドイミド樹脂１８ａ用いた場合、他の樹脂を塗膜として用いた場合に比べて、硬さ、耐塑性変形性、密着性や剥離強度、耐摩耗性、耐熱性、塗料安定性、加工性、耐沸水等の点において優れている。
【００３０】
特に本実施形態では、移動体１５の接触時に樹脂膜１８にかかる応力に対して、ポリアミドイミド樹脂１８ａを用いることで、樹脂膜１８の剥離強度・耐摩耗性・耐塑性変形性を向上できる。
また、樹脂膜１８や振動子１３（弾性体１２）に対する密着性が向上し、プライマーを必要とせず、樹脂膜１８の耐久性が向上する。さらに樹脂膜１８の耐熱性が向上し、超音波モータ１０の駆動時に発生する摩擦熱によって、樹脂膜１８が変質することを防止できる。
【００３１】
また、樹脂膜１８の表面近傍に多く存在する中空ガラスビーズ１８ｂは、移動体１５に対する樹脂膜１８の耐摩耗性・耐熱性を向上させる。さらに、中空ガラスビーズ１８ｂが表面近傍のみに存在することにより樹脂膜１８の主材料であるポリアミドイミド樹脂１８ａと弾性体１２の接着強度を低下させることがない。
以上により、本構成の樹脂膜１８は、超音波モータ１０の耐摩耗性・耐熱性・耐久性を向上させるのに寄与する。
また、樹脂膜１８は、超音波モータ１０の制振性を向上させるのに寄与する。本実施形態の樹脂膜１８を用いることにより、振動吸収材１６を省くことができ、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
（ロッド型モータへの適用）
なお、以上の実施形態では、円環形状の超音波モータで駆動を円環の円周方向に取り出す形態を述べたが、円環に対し垂直方向に円環の中心からの出力軸をもつ形状の超音波モータ（いわゆるロッド型超音波モータ）に本発明を用いても良い。特に、ロッド型超音波モータの多くは小型であり、発熱しやすく、耐久性向上が望まれる。そこで、本構成の樹脂膜１８を用いることでロッド型モータの、耐摩耗性・耐熱性・耐久性を向上することができる。
【００３３】
＜変形形態＞
（顔料について）
各実施形態では、顔料を添加していないが、カーボンブラックやコバルトニッケル等の顔料を配合してもよい。
【００３４】
（アルマイトについて）
各実施形態では、アルマイトとして硬質アルマイトを使用する例を示したが、これに限らず硫酸アルマイト・蓚酸アルマイトでもよい。
【００３５】
（樹脂膜の形成箇所について）
各実施形態では、振動子１３の接触面（櫛歯部１２ａ）に樹脂膜１８を形成する例を示したが、これに限らず、移動体１５の接触面に樹脂膜を形成してもよい。また、振動子１３の接触面と移動体１５の接触面との双方に樹脂膜を形成してもよい。
さらに、弾性体を使用せずに、圧電体と移動体とが摩擦接触する形態の振動アクチュエータに適用してもよい。この場合、圧電体の移動体に対する接触面、移動体の圧電体に対する接触面の一方に樹脂膜を形成すればよい。
【００３６】
（弾性体材料について）
各実施形態では、弾性体１２を形成する材料として、ステンレス鋼を用いたが、その他の鉄系材料を用いてもよい。例えば、Ｓ１５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣｒ４４５、ＳＮＣＭ６３０等の各種鉄鋼材料を用いてもよいし、リン青銅、アルミニウム系合金を用いてもよい。
【００３７】
（移動体材料について）
各実施形態では、移動体１５は、アルミニウム合金によって形成される例を示したが、これに限らず、鉄系材料等を用いてもよい。例えば、Ｓ１５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣｒ４４５、ＳＮＣＭ６３０等の各種鉄鋼材料を用いてもよい。また、ポリイミド樹脂や、ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）樹脂等の耐熱性の高い樹脂を用いてもよい。
【００３８】
（リニア駆動型アクチュエータへの適用）
各実施形態では、移動体１５が回転駆動される超音波モータを示したが、これに限らず、移動体が直線方向に駆動されるリニア駆動型の振動アクチュエータとしてもよい。  
【００３９】
（超音波域を用いない振動アクチュエータへの適用）
実施形態では、超音波領域の振動を用いる超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波領域以外の振動を用いる振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４０】
（カメラ以外への適用）
各実施形態では、超音波モータ１０は、カメラのレンズ鏡筒のフォーカス動作を行う駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズ鏡筒のズーム動作を行う駆動源に用いてもよい。また、超音波モータ１０を、複写機等の駆動源や、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部等に用いてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１：カメラ、２：カメラボディ、３：レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１１：圧電体、１２：弾性体、１３：振動子、１５：移動体、１８：樹脂膜、１８ａ：ポリアミドイミド樹脂、１８ｂ：中空ガラスビーズ、１９：アルマイト皮膜層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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