(57)【要約】 【課題】  短時間で摺動面のラップ加工処理が可能な構造からなる摩擦部材を備え、安定したモータの性能の発揮が可能な超音波モータを提供する。【解決手段】  圧電素子と突起部とを備えた振動子と、突起部と当接する摩擦部材と、振動子を摩擦部材に加圧する加圧手段と、を備え、振動子の振動によって振動子と摩擦部材とが相対移動を行う振動波モータにおいて、摩擦部材に、突起部と当接する摺動面と、該摺動面と同一平面内に配置される補助面と、摺動面と補助面とを分離する溝部と、を配する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と突起部とを備えた振動子と、
前記突起部と当接する摩擦部材と、
前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、を備え、
前記振動子の振動によって前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う振動波モータにおいて、
前記摩擦部材は、前記突起部と当接する摺動面と、該摺動面と同一平面内に配置される補助面と、前記摺動面と前記補助面とを分離する溝部と、を備えることを特徴とする振動波モータ。
【請求項２】
前記平面に平行で、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う相対移動方向に垂直な方向において、前記摺動面の両側に前記補助面が配置されることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
【請求項３】
前記補助面は、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う相対移動方向に延在することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波モータ。
【請求項４】
前記平面に平行で、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う相対移動方向に垂直な方向において、前記補助面の長さは前記摺動面の長さより短いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の振動波モータ。
【請求項５】
前記平面に平行で、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う相対移動方向に垂直な方向において、前記突起部の前記摺動面と当接する領域の長さは、前記摺動面の長さ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の振動波モータ。
【請求項６】
前記摺動面及び前記補助面は、硬化処理の後にラップ加工処理が施されて得られる面であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の振動波モータ。
【請求項７】
前記摩擦部材は、
前記平面に平行で、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う相対移動方向に垂直な方向において、前記摺動面の両側に前記摺動面と隣接して配置される第１の斜面と第２の斜面とを備え、
前記第１の斜面と前記第２の斜面のなす角θは、前記垂直な方向の幅をｗ〔ｍｍ〕としたときに、
θ≧Ｔａｎ−１（ｗ／０．０２）
を満たすことを特徴とする請求項６に記載の振動波モータ。
【請求項８】
前記振動波モータは、超音波領域の周波数の振動を用いた超音波モータであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の振動波モータ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の振動波モータを備えるレンズ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のレンズ装置を備える撮像装置。
【請求項１１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の振動波モータを備える電子機器。
【請求項１２】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の振動波モータを備える光学機器。
【請求項１３】
圧電素子と突起部とを備えた振動子と、前記突起部と摺動面において当接する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、を備え、前記振動子の振動によって前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う振動波モータの製造方法であって、
前記摺動面に垂直な方向に突き出して前記相対移動を行う相対移動方向に延在する第１の凸部と、前記第１の凸部とは異なり、前記摺動面に垂直な方向に突き出す第２の凸部とを前記摩擦部材の元になる部材に形成する工程と、
前記第１の凸部及び前記第２の凸部に対向する方向から前記第１の凸部及び前記第２の凸部に対して単一のラップ面によるラップ加工処理を施す工程と、を含むことを特徴とする振動波モータの製造方法。
【請求項１４】
前記第１の凸部及び前記第２の凸部が形成された部材に硬化処理を施す工程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の振動波モータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波モータ並びに該振動波モータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波領域の周波数の振動を用いた振動波モータ（以下超音波モータと称する）は、小型軽量、高駆動力、広い速度レンジ、静音駆動等の特徴を有し、光学装置のレンズ鏡筒等に採用されている。このような特徴を有する超音波モータとして、様々な形状のものが知られている。その中の一つに、突起が設けられた振動子に交流電圧を印加して振動を励起させて突起に円又は楕円運動を生じさせ、該突起と当接する被当接部材に対して振動子を相対往復移動させるものがある。特許文献１には、そのような構成からなる超音波モータの一例が示されている。
【０００３】
超音波モータは、楕円運動する突起と被当接部材との加圧接触により生じる摩擦力を動力源とした駆動方式を用いる。このため、振動子の突起と当接する被当接部材の摺動面は、接触位置に依らず摩擦部材としてその表面粗さを一定に保つ必要がある。このような理由から、摩擦部材の摺動面には、多くの場合ラップ加工処理が施される。しかし、例えば摩擦部材の摺動面が高い硬度を備えている場合、摺動面のラップ加工処理に時間を要して製造コストが高くなってしまう。これに対し、特許文献１に記載の超音波モータでは、被駆動部（被当接部材）は、駆動子（突起）が当接する摺動面のみが平面部として加工されている。例示されるように当該被駆動部の加工前形状が円柱の場合、円柱側面をラップ加工して平面部を製作することが可能なため、ラップ加工処理において摺動面を得るために削り取る量が少なくてすむことから、処理時間の短縮が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６８２３７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、特許文献１に記載の超音波モータでは、円柱形状の部材にラップ加工処理を施すために、ラップ加工時の部材、或いはラップ用の装置のラップ面の姿勢等を安定させることが難しい。このことは摺動面の面精度の低下を招き、摺動面が均一に仕上げられずに超音波モータのモータ性能を低下させる事態を招きかねない。
【０００６】
本発明はこのような事態に鑑みたものであって、短時間で摺動面のラップ加工処理が可能な構造からなる摩擦部材を備え、安定したモータの性能の発揮が可能な超音波モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る超音波モータは、
圧電素子と突起部とを備えた振動子と、
前記突起部と当接する摩擦部材と、
前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、を備え、
前記振動子の振動によって前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動を行う振動波モータにおいて、
前記摩擦部材は、前記突起部と当接する摺動面と、該摺動面と同一平面内に配置される補助面と、前記摺動面と前記補助面とを分離する溝部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、短時間で摺動面のラップ加工処理が可能な摩擦部材を備え、安定したモータの性能の発揮が可能な超音波モータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態の振動波モータの概略構成を表す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の摩擦部材の構造を模式的に表す図である。
【図３】図２に示す摩擦部材の摺動面付近の拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の振動波モータの概略構成を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の摩擦部材の構造を模式的に表す図である。
【図６】本発明の実施形態の振動子の固有振動モードを説明する図である。
【図７】本発明の実施形態の振動子の動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態の振動波モータの動作を説明する図である。
【図９】本発明の実施形態に係る振動波モータの製造工程を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態のレンズ鏡筒の構造を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための例示的な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明される寸法、材料、形状、及び構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、同一であるか又は機能的に類似している要素を示す場合には、図面間で同じ参照符号を用いる。また、以下の実施形態において述べる振動波モータは超音波領域の周波数の振動を用いることから、以下超音波モータと称する。
【００１１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態である超音波モータ１について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、以下で説明する超音波モータは直動式であり、該超音波モータによる被駆動部の駆動方向をｘ方向と定義し、ｘ方向に垂直で図中各構成を積み重ねる方向を便宜上ｚ方向と定義し、ｘ方向及びｚ方向の各々に垂直な方向をｙ方向と定義して、図中に付記する。従って、これら方向に関連して規定する上下等はあくまで便宜上定める上下であって、実際の鉛直方向の上下或いは水平方向の前後左右を意味するものではない。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態である超音波モータ１をｚ方向に展開した斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す超音波モータ１を断面Ａで切断したｚｙ平面の断面図である。
【００１２】
図１に示すように、超音波モータ１は、主たる構成として、ｚ方向上方より順に、カバープレート１８、転動部材１７、振動子保持部材１５、加圧手段１６、振動子１１、摩擦部材固定部１３、及び摩擦部材１２を備える。振動子１１は、圧電素子１１１と弾性体１１２とを備える。圧電素子１１１は不図示の電極部を介して電力が印加されることで伸縮し、接着剤等により圧電素子１１１に固定された弾性体１１２にこの伸縮を伝える。圧電素子１１１は例えば矩形状のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）により構成され、印加される高周波駆動電圧に応じて長手方向及び短手方向にそれぞれ共振をおこす。弾性体１１２は例えばステンレス鋼の板材より構成され、圧電素子１１１との接着面とは逆の面に突起部１１２ａが形成されている。本実施形態では、突起部１１２ａは円柱形状を有するが、突起部の形状はこれに限らない。圧電素子１１１に所定の高周波駆動電圧を印加することで圧電素子１１１が伸縮し、これにより振動子１１が振動し、後述するメカニズムにより突起部１１２ａの先端に楕円運動を生じさせる。
【００１３】
摩擦部材１２における後述する摺動面１２１には、振動子１１の突起部１１２ａの先端面が当接している。従って、摩擦部材１２は突起部１１２ａの先端の楕円運動により繰り返し送り出され、図中ｘ方向に延在する該摩擦部材１２は、振動子１１に対して該ｘ方向に相対移動をする。この相対移動における滑らかな動きと各部材の十分な耐久性とを得るためには、突起部１１２ａが当接する摩擦部材１２の摺動面１２１が滑らか且つ高硬度であることが必要である。そのため本実施形態では、摩擦部材１２は例えばステンレス鋼板より構成され且つその表面に硬化処理が施されている。この摩擦部材１２は、例えば樹脂部材として形成される後述する摩擦部材固定部１３に対して、公知の締結手段であるネジ１４等によって固定される。
【００１４】
本実施形態において、振動子１１は、該振動子１１が固定される振動子保持部材１５及びこれに付随する加圧手段１６と共に、摩擦部材１２に対してｘ方向に相対移動する移動部材を構成する。弾性体１１２は圧電素子１１１の固着部以外であって、例えばｘ方向の両端部に不図示の被接合部を有する。振動子保持部材１５は例えば樹脂部材として形成され、図中ｚ方向の下方に開放されて、加圧板１６１、加圧部材１６２、及び弾性体１１２に固着された圧電素子１１１を収容可能な空間を備える、例えば略箱形状を有する。振動子保持部材１５は、弾性体１１２の上述した被接合部に対して、接着材等により固定される。これにより、圧電素子１１１、加圧板１６１、及び加圧部材１６２は、上述した空間内において弾性体１１２よりｚ方向上方に向かいこの順序で収容される。
【００１５】
加圧板１６１と加圧部材１６２とは、本実施形態における加圧手段１６を構成する。加圧板１６１は例えばフェルト等の弾性部材を含む板状の構造物であり、一方の面に加圧部材１６２が当接し、他方の面は圧電素子１１１に当接する。加圧部材１６２は例えばコイルばねから構成され、加圧板１６１と振動子保持部材１５の略箱形状の底面（ｚ方向において下方に向かう面）との間に変形した状態で組み込まれる。加圧板１６１は加圧部材１６２の変形による反力を受け、この反力により圧電素子１１１をｚ方向下方に向けて均等に押圧する。即ち、加圧部材１６２により与えられる反力は、加圧板１６１を介して振動子１１に伝達され、弾性体１１２の突起部１１２ａを所定の加圧力で摩擦部材１２の摺動面１２１に当接させる。
【００１６】
以上に述べた構成からなる移動部材は、摩擦部材１２とカバープレート１８との間において移動可能に挟持される。カバープレート１８は、摩擦部材固定部１３に対して公知の締結手段であるネジ１９等によって固定される。振動子保持部材１５の略箱形状の底部の外側面（ｚ方向において上方に向かう面）には、案内溝１５ａが設けられる。この案内溝１５ａには例えば金属製のボールからなる転動部材１７が配置され、該転動部材１７は案内溝１５ａの溝内面とカバープレート１８の対抗面との間で転動可能に挟持される。このように案内溝１５ａとカバープレート１８の間に転動部材１７が嵌入されることにより、振動子保持部材１５を含む移動部材は、案内溝１５ａの延在方向であるｘ方向（相対移動方向）に移動可能とされる。以上の構成より、本実施形態に係る超音波モータ１が構築される。
【００１７】
なお、本実施形態では、摩擦部材１２を摩擦部材固定部１３に固定し、振動子１１、振動子保持部材１５、及び加圧手段１６等を含む移動部を可動部として、固定された構成に対する相対移動を可能にしている。しかし、振動波モータにおける固定された構成と可動部とはこの態様に限られず、本実施形態における振動子を含む構成を固定された構成とし、摩擦部材を含む構成を可動部としてもよい。また、例えば案内溝１５ａは、振動子保持部材１５の底面において、三角形の各頂点に位置するように３本設けられている。しかし、案内溝１５ａの配置及び数はこれに限定されず、例えば振動波モータの大きさ等に応じて適宜変更されてもよい。突起部１１２ａの配置及び数についても同様に変更できる。また、振動子１１と摩擦部材１２とを加圧接触させる加圧機構や可動部の移動を案内する案内機構は本実施形態の構成に限定されない。また、加圧部材、移動部材等の構成は例示であって、公知の種々の振動波モータの形態を本発明に適用することも可能である。
【００１８】
以上に述べた超音波モータ１の振動子１１の動作について、図６及び図７を用いて説明する。図６及び図７は各々振動子１１を簡略化して表現した図である。詳細には、図６（ａ）と図７は振動子１１の相対移動方向と加圧方向を含む面（図示ｘｚ平面）の動作説明図であり、図６（ｂ）は振動子１１の相対移動方向と直交する面（図示ｚｙ平面）の動作説明図である。
【００１９】
振動子１１は図６（ａ）に示す、相対移動方向であるｘ方向に腹を持つ固有振動モード（以降でＭＯＤＥ１と称する）と、図６（ｂ）に示す、相対移動方向と直交する方向であるｙ方向に腹を持つ固有振動モード（以降でＭＯＤＥ２と称する）を持つ。突起部１１２ａは、そのｘ方向の中心位置がｘ方向に腹を持つＭＯＤＥ１の節付近に位置するように設けられる。また、突起部１１２ａは、そのｙ方向の中心位置がｙ方向に腹を持つＭＯＤＥ２の腹付近に位置するように設けられる。ここで、振動子１１の圧電素子１１１に所定の交流電圧を印加すると、ｘ方向に腹を持つＭＯＤＥ１とｙ方向に腹を持つＭＯＤＥ２との振動が励起される。２つの固有振動モードのＭＯＤＥ１とＭＯＤＥ２との振動位相が略π／２となるように振動を励起することで、図７に示すように突起部１１２ａの先端はｘｚ平面内において略楕円を描く振動を生成する。なお、振動位相が＋π／２と−π／２において、この略楕円の振動の回転方向は反転する。
【００２０】
次にこの超音波モータ１の動作について図８を用いて説明する。図８は、振動子１１と摩擦部材１２を簡略化して表現した正面図（ｘｚ平面における位置関係を示す図）を、図７等と同様の様式にて示している。同図に示すように、図７に示した場合と同様の所定の交流電圧（高周波駆動電圧）を印加した場合、摩擦部材１２（摺動面１２１）に対して、突起部１１２ａの先端部は水平方向においてｘ方向の負方向に回転する楕円振動を生成する。この場合、本実施形態では摩擦部材１２を固定しているため、この先端部の回転により振動子１１はｘ方向の正方向に相対移動する。以上の動作により、上述した移動部は摩擦部材１２等の固定された部材に対してｘ方向に相対移動する。
【００２１】
次に、本発明の特徴的な構成である、摩擦部材１２について図面を参照して説明する。図２は摩擦部材１２の外観を示す図であって、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は側面図である。本実施形態に係る摩擦部材１２は、突起部１１２ａと当接する摺動面１２１とは別に、摺動面１２１と同一のｘｙ平面上に位置して摺動面１２１と平行にｘ方向に延在する補助面１２２を備える。更に、摺動面１２１と補助面１２２の間には、これら平面を分離するように溝部１２３が設けられる。また、補助面１２２は、その面積が摺動面１２１の面積と比較して小さくなるように設けられている。より詳細には、本実施形態では、補助面１２２は、摺動面１２１に対して、ｘ方向においては同じ長さを、ｘ方向と直行するｙ方向においては短い長さ（幅）を有している。
【００２２】
図３は、図２（ｃ）に示される摩擦部材１２の摺動面１２１の周辺部を拡大して示している。摺動面１２１は相対移動方向であるｘ方向と直交する方向であるｙ方向に幅ｗ〔ｍｍ〕を持つように設けられる。本実施形態において、幅ｗは円柱状の突起部１１２ａの端面の直径と同等若しくはそれ以上に設定されている。摩擦部材１２は、摺動面１２１のｙ方向における両側に、該摺動面１２１と隣接した斜面１２４（１２４ａ，１２４ｂ）を持つ。斜面１２４における第１の斜面１２４ａは摺動面１２１のｙ方向の一端部を規定し、第２の斜面１２４ｂは溝部１２３の一部を構成すると共に摺動面１２１の他の端部を規定する。そして、これら第１の斜面１２４ａと第２の斜面１２４ｂとは、そのなす角θがθ≧Ｔａｎ−１（ｗ／０．０２）を満たすように形成される。なお、本実施形態では、斜面１２４が平坦面である場合を例示しているが、これら斜面を曲面により構成してもよい。これら斜面を曲面により構成する場合、第１の斜面１２４ａ及び第２の斜面１２４ｂの各々と摺動面１２１との接点における接線のなす角θが上述したθ≧Ｔａｎ−１（ｗ／０．０２）を満たせばよい。
【００２３】
摩擦部材１２の摺動面１２１の表面粗さは、振動子１１の突起部１１２ａと当接する位置に依らず表面の略全域で一定に保つ必要がある。このため、通常、摺動面１２１にはラップ加工処理が施されている。本実施形態における摩擦部材１２に関しては、ラップ加工前の形状において、突起部１１２ａと当接する面となる被加工部（加工面）に加圧を受ける方向に対向する方向（ｚ方向上方）に突き出す凸部を設けておく。そして加工前の摩擦部材１２の表面を高硬度とする処理を施した後、該凸部にラップ加工処理を施す。このような工程を経ることにより、比較的短いラップ加工処理時間で摺動面１２１を製作することができる。
【００２４】
本実施形態に係る超音波モータ１の製造方法に含まれる以上に述べた摺動面１２１を製作する工程について、図９に示すフローチャートを参照して詳細に述べる。まずステップＳ９０１において、摩擦部材１２の元となるステンレス鋼板から得た棒状の材料に対して１次加工を施し、例えば図３における点線で示される部分まで斜面が延在するような、摺動面１２１及び補助面１２２が存在しない部材を得る。この一次加工により、摺動面１２１及び補助面１２２の各々に対応する断面三角形状（ｙｚ平面内）で稜線がｘ方向に延在する２本の凸部と、それらの間に溝部１２３が存在する部材が得られる。続いてステップＳ９０２において、該部材に表面硬化処理を施し、表面から深さ方向に数十μｍの層厚さを有した高硬度層を該部材の表面に生成する。次のステップＳ９０３では、ｘｙ平面に固定された高硬度層を有する部材に対してｚ方向上方からラップ装置のラップ面を近付けて、摺動面１２１及び補助面１２２各々に対応する凸部の稜線を削り、摺動面１２１及び補助面１２２を形成する。以上の工程により得られた摩擦部材１２を、上述した構成からなる超音波モータに組に込む（ステップＳ９０４）。
【００２５】
以上に述べた加工方法を用いれば、突起部１１２ａが当接する面の加工前形状が摺動面１２１と略同じ大きさの平面である場合と比較して、ラップ加工処理により削られる体積を小さくすることができる。よって処理時間の短縮が可能になるため、ラップ加工処理に要するコストを低減することができる。
【００２６】
加工前形状において摩擦部材１２の凸部が一つであり且つラップ幅（ｙ方向の長さ）がごく小さい場合、ラップ加工処理に用いるラップ装置のラップ面はｘ方向の軸を中心に傾きやすい。このため、安定してラップ加工処理を進められず、ラップ加工処理により得られる平坦面がｘ軸を中心に傾き、摺動面１２１の表面粗さ等を面内の略全域で均一に仕上げられない場合も想定される。本実施形態では、加工前形状において、相対移動方向とは直交する方向（ｙ方向）で元の凸部と並ぶように、上述した凸部とは異なる補助用の凸部を設けている。この補助用の凸部は、元の凸部と平行にｘ方向に延在し、元の凸部と略同じ高さだけｚ方向上方に突き出している。ラップ加工処理時では、これら凸部には同時にラップ加工処理が施され、摺動面１２１とは別に補助用の凸部より得られる補助面１２２を同時に製作する。従って、摺動面１２１と補助面１２２とは同一の平面内に配置される。このように補助用の凸部を配することで、上述したラップ装置のラップ面はラップ加工処理時にｘｙ平面に対して安定して平行に保持され、得られる平坦面のｘ方向の軸中心の傾きを抑制し、摺動面１２１の表面粗さを均一にすることができる。
【００２７】
前述したように、ラップ加工処理前の摩擦部材１２には表面硬化処理（ステップＳ９０２）が行われており、表面に数十μｍ程度の一定な厚さの高硬度層を有する。ラップ加工処理は、この高硬度層が形成された部材に対して施される。このため、凸部の形状によっては、ラップ加工処理による削り量が高硬度層の厚さ以上となる箇所が生じる恐れがある。このように削り量が過剰となった場合、高硬度層が削り取られた結果として摺動面１２１のｙ方向の硬度分布に不均一が生じる。従って、凸部を削る場合に、その削り量は高硬度層の厚さを超えないように制御する必要がある。本実施形態では、許容される削り量が例えば２０μｍ（０．０２ｍｍ）であると仮定し、削り量を２０μｍに制御できる条件を設定している。本実施形態では、摩擦部材１２の第１の斜面１２４ａと第２の斜面１２４ｂのなす角θと、摺動面１２１のｙ方向の幅ｗ〔ｍｍ〕とにより削り量を推定し、これによりラップ加工処理の終点を得ている。
【００２８】
ここで、ラップ加工処理前の凸部は、第１の斜面１２４ａ又は第２の斜面１２４ｂのうち一方がｘｚ面に平行な面である場合に最も急峻に突き出すこととなる。突き出し量によらずにラップ加工処理後の幅ｗを一定にしようとした場合に、この条件のなす角θ０（Ｔａｎ−１（ｗ／０．０２））において、突き出し部分の厚さ方向での削り量が最も大きくなる。従って、摩擦部材１２における第１の斜面１２４ａと第２の斜面１２４ｂのなす角θを、この条件のなす角θ０以上に設定することにより、削り量を２０μｍ以下とすることができる。即ち、上述したように、θ≧Ｔａｎ−１（ｗ／０．０２）の条件を満たすように斜面１２４を形成することにより、意図した厚さの高硬度層を残存させることができ、ラップ加工後に形成される摺動面１２１のｙ方向の硬度分布を均一にすることができる。
【００２９】
摩擦部材１２を以上に述べた構造とすることにより、従来よりも削り量を減らしたラップ加工処理により、摺動面１２１の表面粗さと硬度とを、表面の略全域で均一に仕上げることができる。従って、短時間で摺動面のラップ加工処理が可能な構造からなる摩擦部材を用い、安定してモータ性能を発揮できる超音波モータ（振動波モータ）の提供が可能となる。なお、本実施形態では硬化処理に応じて許容される削り量が、通常の硬化処理に多い数十μｍの硬化層が存在する場合に鑑みて２０μｍと仮定した場合について、上述したなす角θを規定している。しかし、本発明におけるなす角θは上述した例示の条件のみに限定されず、形成される硬化層の厚さに応じて許容削り量をｄとした場合、θ≧Ｔａｎ−１（ｗ／ｄ）の条件を満たせばよい。また、ここで述べた条件は、摩擦部材１２の表面に硬化処理が施されている場合に留意すべき条件であるが、摩擦部材１２の元となる材料自体が高硬度を有する等、摩擦部材１２として適当な特性を有すれば当該条件に限定されない。摩擦部材１２として適当な特性を有する材料にラップ加工等を施して摺動面１２１を得る場合、補助面１２２を配することにより、上述した表面粗さが全域で均一な摺動面１２１を短い加工時間にて得ることができる。
【００３０】
続いて、図１０を参照して、撮像装置に用いられるレンズ装置（レンズ鏡筒９）に上述した本実施形態に係る超音波モータ１が組み込まれた適用例について述べる。なお、ここで例示するレンズ装置は３枚のレンズより構成されているが、レンズの数、更にはその構造は例示されたものに限られない。公知の構造からなるレンズ装置であって、レンズ装置内の駆動レンズの少なくとも一つを、超音波モータにより光軸方向に駆動するレンズ装置は、本発明の一態様を構成する。図１０は、上述した超音波モータ１が組み込まれているレンズ鏡筒９の内部構成を模式的に示すためのレンズ鏡筒９の断面図である。なお、レンズ鏡筒は略回転対称形の構造を有するため、同図においては光軸中心より上側半分のみを図示している。
【００３１】
レンズ鏡筒９は、第１レンズＧ１、フォーカスレンズＧ２、及び第２レンズＧ３を備える。図示するレンズ鏡筒９は固定筒９１を備えており、撮像装置に配される不図示のマウントのフランジ部と当接している。そして、固定筒９１はこのマウントに対して不図示のビス等の締結部材により固定されている。第１レンズＧ１は前鏡筒９２により保持され、第２レンズＧ３は後鏡筒９３により保持される。前鏡筒９２は固定筒９１における光軸方向の対物側に、後鏡筒９３は固定筒９１における光軸方向の撮像装置側に、各々例えば不図示のビス等の締結部材により固定される。超音波モータ１の摩擦部材固定部１３は、固定筒９１内において、後鏡筒９３に設けられた不図示のフランジ部に対して、公知の締結部材であるビス等により固定される。
【００３２】
レンズ鏡筒９は、超音波モータ１によって駆動させる被駆動部９４を備える。被駆動部９４はフォーカスレンズ保持枠９４１を有し、該フォーカスレンズ保持枠９４１はフォーカスレンズＧ２を保持する。フォーカスレンズ保持枠９４１は、更に超音波モータ１の振動子保持部材１５と連結され、前鏡筒９２と後鏡筒９３とに保持されたガイドバー９５によって光軸方向に沿って直線移動可能に支持されている。
【００３３】
以上の構成からなるレンズ鏡筒９において、超音波モータ１の振動子保持部材１５を含む移動部が駆動すると、超音波モータ１の駆動力は、振動子保持部材１５を介してフォーカスレンズ保持枠９４１に伝達される。振動子保持部材１５より与えられた駆動力に応じ、フォーカスレンズ保持枠９４１はガイドバー９５によって案内されて光軸方向に直線移動する。
【００３４】
レンズ装置におけるフォーカスレンズＧ２の滑らかな駆動を実現するためには、フォーカスレンズ保持枠９４１と連結する振動子保持部材１５を含む超音波モータ１の安定した駆動が必要となる。上述したレンズ鏡筒９では、本実施形態に係る低コストで製造可能な超音波モータ１を用いることで、安定したフォーカスレンズＧ２の駆動を可能にする。なお、本実施形態では超音波モータ１によってフォーカスレンズＧ２を含む被駆動部９４を駆動させる態様について述べたが、超音波モータの使用態様はここでの例示に限られず、その他の構成の被駆動部或いは他の部材を駆動する構成に用いてもよい。また、レンズ鏡筒が一体化した撮像装置のレンズ又はその他の被駆動部を上述の超音波モータで駆動させる構成でもよい。また、超音波モータを搭載する機器はレンズ装置や撮像装置に限定されない。
【００３５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態である超音波モータ２について、図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は図１と同様の様式にて超音波モータ２を示した図であり、図４（ａ）は超音波モータ２のｚ方向展開斜視図であり図４（ｂ）は図４（ａ）に示す超音波モータ２を断面Ｂで切断したｚｙ平面の断面図である。また、図５は、図２と同様の様式にて摩擦部材２２を示した図である。本実施形態に係る超音波モータ２の各構成は摩擦部材２２を除いて第１の実施形態に係る超音波モータ１の各構成と同様である。従って、同じ構成については同一参照番号にて示してここでの説明は省略し、相違点である摩擦部材２２について以下に説明する。
【００３６】
本実施形態に係る摩擦部材２２は、ｙ方向において摺動面２２１の両側に補助面２２２を備える。これら補助面２２２は、第１の実施形態の補助面１２２と同様に、摺動面２２１と同一のｘｙ平面内に位置している。また、摺動面２２１は振動子１１と摩擦部材２２とが相対移動する相対移動方向（ｘ方向）に延在し、補助面２２２も該摺動面２２１とは平行にｘ方向に延在する。また、ｙ方向において、摺動面２２１の中心は摩擦部材２２の中心軸と略一致する。更に補助面２２２は、ｙ方向における摩擦部材２２の中心軸に対して、互いに略対称位置に設けられる。摺動面２２１と補助面２２２との間には、第１の実施形態と同様に、これら平面を分離するように溝部２２３が設けられる。また、補助面２２２は、その面積が摺動面２２１の面積と比較して小さくなるように設けられている。より詳細には、本実施形態では、補助面２２２は、摺動面２２１に対して、ｘ方向においては同じ長さを、ｘ方向と直行するｙ方向においては短い長さを有している。
【００３７】
上述したように、本実施形態では、摩擦部材２２は、ｙ方向において摺動面２２１の中心が摩擦部材２２の中心軸と略一致し、補助面２２２は摺動面２２１の両側に略対称に設けられている。このような構造とすることにより、摩擦部材２２の重心もその中心軸と略一致する。これによって第１の実施形態における摩擦部材１２と比較して、ラップ加工時に生じるｘ方向の軸中心の傾きをより抑制することができる。従って、本実施形態に係る摩擦部材２２は、ラップ加工時の姿勢を第１の実施形態の場合より安定的に維持することができる。このことは、摺動面２２１の表面粗さをより均一に仕上げられることを意味し、得られる超音波モータ２のより安定した駆動が可能となる。
【００３８】
なお、本実施形態においても、摺動面２２１のｙ方向における両側に配置される、該摺動面２２１と隣接した斜面２２４（２２４ａ，２２４ｂ）を摩擦部材２２は備える。そして、これら第１の斜面２２４ａと第２の斜面２２４ｂとは、摺動面２２１のｙ方向の幅をｗとした時に、そのなす角θがθ≧Ｔａｎ−１（ｗ／０．０２）を満たすように形成されることが好ましい。また、本実施形態に係る摩擦部材２２も、第１の実施形態における摩擦部材１２と同様の工程により製造される。
【００３９】
以上に述べたように、第１の実施形態においては、摩擦部材１２は摺動面１２１のｙ方向の片側に補助面１２２を一つ設けている。しかし、補助面の態様は実施形態に限られず、一つ以上の複数の補助面が設けられていてもよい。また、第２の実施形態の如く摺動面２２１のｙ方向の両側に補助面を設ける場合、一つずつではなく同数の複数の補助面を配置してもよい。また、両側に配置される複数の補助面のｙ方向の中央位置が摩擦部材２２のｙ方向の中心軸に対して等距離であれば、摺動面２２１の両側に配置される補助面の数が異なってもよい。更に、上述した実施形態では、補助面（１２２，２２２）は摺動面（１２１，２２１）に対して、ｙ方向に延在するように平行に配置されている。しかし、ラップ加工処理により摺動面（１２１，２２１）を形成する際に、ラップ装置のラップ面のｘ軸周りの傾きを抑制することが可能であれば、この限りではない。例えば一つの補助面を複数に分割した形態でもよく、ｙ方向にある程度の長さを有する形態としてもよい。
【００４０】
以上の第１及び第２の実施形態において述べたように、本発明に係る超音波モータ（振動波モータ）１，２は、振動子１１と、摩擦部材１２，２２と、加圧手段１６とを主たる構成として備える。振動子１１は、圧電素子１１１と突起部１１２ａとを備える。摩擦部材１２，２２は突起部１１２ａと当接され、加圧手段１６は振動子１１を摩擦部材１２，２２に所定の圧力にて当接するように加圧する。この超音波モータ１は、振動子１１の振動によって該振動子１１と摩擦部材１２，２２とが相対移動を行う。この超音波モータにおいて、摩擦部材１２，２２は、突起部１１２ａと当接する摺動面１２１，２２１と、摺動面と同一平面内に配置される補助面１２２，２２２と、摺動面と補助面とを分離する溝部１２３，２２３とを備える。
【００４１】
上述した超音波モータ１において、例えば第２の実施形態に示すように、補助面２２２は、摺動面２２１のｙ方向の両側に配置されるとよい。上述したように、この配置に補助面２２２を設けることにより、ｚ方向に断面略三角形状の凸部が突き出す形状から摺動面２２１をラップ加工処理により得る場合であっても、ラップ装置のラップ面の姿勢を安定させて該ラップ加工処理を行わせることができる。なお、このｙ方向は、例えば、上述した摺動面２２１と補助面２２２とが位置する平面に平行で、振動子１１と摩擦部材２２とが相対移動を行う相対移動方向（ｘ方向）に垂直な方向として定義される。
【００４２】
また、第１及び第２の実施形態において、この補助面１２２，２２２は、摺動面１２１，２２１と平行に、上述したｘ方向に延在するとよい。これにより、例えば先のラップ面をｘ方向に移動させながらラップ加工処理を行う場合であっても、加工時のラップ面の姿勢は常に同一に保たれる。また、上述したｙ方向において、補助面１２２，２２２の長さ（幅）は摺動面１２１，２２１の長さ（幅）より短い（狭い）とよい。補助面１２２，２２２はラップ装置のラップ面の姿勢を安定させるために配置されたものであり、この部分の削り量が過剰になるとラップ加工処理に要する時間の短縮化の効果が小さくなる。従って、この幅の関係だけでなく、摺動面１２１，２２１の面積に対して、補助面１２２，２２２の面積は十分に小さいことが好ましい。また、突起部１１２ａの摺動面１２１，２２１と当接する領域のｙ方向の長さは、摺動面１２１，２２１の長さ（幅）以下であるとよい。これにより移動部は安定してｘ方向の相対移動を行うことができ、超音波モータ１の安定した駆動が得られる。
【００４３】
また、第１及び第２の実施形態において、摺動面１２１，２２１及び補助面１２２，２２２は、硬化処理の後にラップ加工処理が施されて得られる面であることが好ましい。平坦且つ均一に仕上げられた摺動面１２１，２２１を得る効果は上述した諸条件を満たすことで得られるが、これらの面に高硬度を得るための硬化処理が行われた摩擦部材１２，２２を得る場合に特に顕著である。この場合、摩擦部材１２，２２は、ｙ方向において摺動面１２１，２２１の両側に該摺動面と隣接して配置される第１の斜面１２４ａ，２２４ａと第２の斜面１２４ｂ，２２４ｂとを備えるとよい。そして、これら第１の斜面１２４ａ，２２４ａと第２の斜面１２４ｂ，２２４ｂのなす角θは、ｘｚ断面に垂直な方向の幅をｗ〔ｍｍ〕としたときに、θ≧Ｔａｎ−１（ｗ／０．０２）を満たすとよい。これにより、ラップ加工処理による削り量は２０μｍを超えることがなくなり、数十μｍの厚さで生成された高硬化層はラップ加工処理後においても十分な厚さ残すことができる。
【００４４】
なお、上述した第１及び第２の実施形態で例示した超音波モータ１，２は、超音波領域の周波数の振動を用いている。しかし、本発明に係るモータの振動周波数は超音波領域に限られない。また、本発明は、上述した超音波モータ１，２を備えたレンズ装置、該レンズ装置を備えたカメラ等の撮像装置、電子機器、及び光学機器も含む。
【００４５】
また、本発明は、上述した振動子１１と、摩擦部材１２，２２と、加圧手段１６と、を備え、振動子１１の振動による変位によって該振動子１１と摩擦部材１２，２２とが相対移動を行う超音波モータ１，２（振動波モータ）の製造方法も構成する。この超音波モータ１，２の製造方法は、摩擦部材１２，２２の元となる部材に第１の加工を施す工程と、硬化処理を施す工程と、摺動面１２１，２２１等を形成するラップ加工処理からなる工程と、を含む。第１の加工を施す工程では、ｙ方向に延在して摺動面１２１，２２１から垂直に突き出す第１の凸部と、該第１の凸部とは異なり、摺動面１２１，２２１に垂直な方向に突き出す第２の凸部とを摩擦部材の元になる部材に形成する。硬化処理を施す工程では、第１の凸部及び第２の凸部が形成された部材に硬化処理を施す。硬化処理は表面から数十μｍの厚さの高硬化層を形成すればよいが、これ以上の厚さであれば特に厚さは規定せずともよい。ラップ加工処理では、第１の凸部及び第２の凸部に対向する方向からこれら第１の凸部及び第２の凸部に対して単一のラップ面によるラップ加工処理を施す。以上の工程により、ラップ面の姿勢を安定させ、平坦且つ均一な表面粗さを有する高硬度な摺動面１２１，２２１を得ることが可能となる。なお、硬化処理については、摩擦部材１２，２２の元となる部材の表面硬度が所望の硬度にない場合には必要となるが、元となる部材自体が高硬度であって、所望の表面硬度を有している場合にはこれを省くこともできる。
【００４６】
以上に述べたように、本発明によれば、従来よりも削り量を減らしたラップ加工処理により、摩擦部材における摺動面の表面粗さと硬度を表面の略全域で均一に仕上げることができる。従って、短時間で摺動面のラップ加工処理が可能な構造からなる摩擦部材を用い、安定してモータ性能を発揮できる振動波モータの提供が可能となる。
【００４７】
以上、実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、上述した各実施形態等は、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１／２                超音波モータ
１１                  振動子
１２／２２            摩擦部材
１２１／２２１        摺動面
１２２／２２２        補助面
１２３／２２３        溝部
１２４／２２４        斜面
１２４ａ／２２４ａ    第１の斜面
１２４ｂ／２２４ｂ    第２の斜面
９                    レンズ鏡筒
【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】
2019115190.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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