(57)【要約】【課題】超音波モータの耐久性が著しく向上することを可能とする。【解決手段】電気機械変換素子を含む振動子１１と、相対移動部材１２とを有し、振動子１１及び相対移動部材１２の摺動面の少なくとも一方にＤＬＣコーティング処理がされているモータ１０であって、ＤＬＣコーティング処理後の摺動面の表面の異物や突起を取り除くこと、を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子を含む振動子と、前記振動子と相対的に移動する相対移動部材とを有する振動アクチュエータであって、
前記振動子の駆動面及び前記相対移動部材の摺動面の少なくとも一方の表面は、ＤＬＣコーティング処理が施されるとともに、前記表面に出来た突起及び異物を取り除くこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の振動アクチュエータであって、
前記表面は、前記表面に出来た突起及び異物が、ラッピングフィルムでラッピング処理されたために、取り除かれていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２記載の振動アクチュエータであって、
前記表面は、中心線平均粗さが０．０５μｍ以下であり、かつ、最大粗さが０．５μｍ以下であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
電気機械変換素子を含む振動子と、前記振動子と相対的に移動する相対移動部材とを有する振動アクチュエータの表面処理方法であって、
前記振動子の駆動面及び前記相対移動部材の摺動面の少なくとも一方の表面に、ＤＬＣコーティング処理を施すＤＬＣコーティング処理工程と、
前記ＤＬＣコーティング処理工程の後に、前記表面の突起及び異物を取り除くラッピング処理工程と、
を備えることを特徴とする振動アクチュエータの表面処理方法。
【請求項５】
請求項４記載の振動アクチュエータの表面処理方法であって、
前記ラッピング処理工程は、ラッピングフィルムを用いること、
を特徴とする振動アクチュエータの表面処理方法。
【請求項６】
請求項５記載の振動アクチュエータの表面処理方法であって、
前記ラッピング処理工程は、前記の表面の中心線平均粗さが、０．０５μｍ以下であり、かつ、最大粗さが０．５μｍメートル以下となるように処理されること、
を特徴とする振動アクチュエータの表面処理方法。
【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振動アクチュエータの表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、摩擦駆動であるため、摺動時の音を下げる材料や、耐久性を向上する材料が求められる。摺動材は、振動波モータの重要部品であり、近年様々な試みがなされており、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理をすることがその一つとして挙げられる。
【０００３】
例えば、ハウジングと、圧電セラミック素子と、磁石と、磁石に吸着可能な移動体を一体に支持するレンズホルダーと、光学レンズと、を備えるレンズモジュールであって、磁石に吸着し摺動する部分の移動体表面又は磁石の表面の少なくともいずれか一方にＤＬＣからなる薄膜部がコーティングされている構成が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
しかし、特許文献１は、振動子（圧電セラミック素子）と、相対移動部材（移動体）との間で発生する摺動音を下げる工夫や耐久性の向上などを目指して、摺動材をＤＬＣ処理したものを提案しているが、ＤＬＣ処理後は、表面が硬くなり相手材を傷つけてしまうため、超音波モータとしての耐久性が低く、実用化するには至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５１２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ＤＬＣ処理後であっても、耐久性が向上した振動アクチュエータ及び振動アクチュエータの表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、電気機械変換素子を含む振動子と、前記振動子と相対的に移動する相対移動部材とを有する振動アクチュエータであって、前記振動子の駆動面及び前記相対移動部材の摺動面の少なくとも一方の表面は、ＤＬＣコーティング処理が施されるとともに、前記表面に出来た突起及び異物を取り除くこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項２の発明は、請求項１記載の振動アクチュエータであって、前記表面に出来た突起及び異物が、ラッピングフィルムでラッピング処理されたために、取り除かれていること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項３の発明は、請求項２記載の振動アクチュエータであって、前記表面は、中心線平均粗さが０．０５μｍ以下であり、かつ、最大粗さが０．５μｍ以下であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項４の発明は、電気機械変換素子を含む振動子と、前記振動子と相対的に移動する相対移動部材とを有する振動アクチュエータの表面処理方法であって、前記振動子の駆動面及び前記相対移動部材の摺動面の少なくとも一方の表面に、ＤＬＣコーティング処理を施すＤＬＣコーティング処理工程と、前記ＤＬＣコーティング処理工程の後に、前記表面に出来た突起及び異物を取り除くラッピング処理工程とを備えること、を特徴とする振動アクチュエータの表面処理方法である。
請求項５の発明は、請求項４記載の振動アクチュエータの表面処理方法であって、前記ラッピング処理工程は、ラッピングフィルムを用いること、を特徴とする振動アクチュエータの表面処理方法である。
請求項６の発明は、請求項５記載の振動アクチュエータの表面処理方法であって、前記ラッピング処理工程は、前記の表面の中心線平均粗さが、０．０５μｍ以下であり、かつ、最大粗さが０．５μｍメートル以下となるように処理されること、を特徴とする振動アクチュエータの表面処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＤＬＣ処理後であっても、耐久性を向上させることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態にかかる超音波モータを備えるカメラ１を説明する図である。
【図２】本実施形態にかかる超音波モータを説明する断面図である。
【図３】比較形態にかかる超音波モータの摺動面を説明するための図である。
【図４】本実施形態にかかる超音波モータの摺動面を説明するための図である。
【図５】本実施形態にかかる振動アクチュエータの表面処理工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明にかかる振動波モータ１０の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、振動波モータ１０を備えるカメラ１を説明する図である。
カメラ１は、撮像素子８を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。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、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、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としてもよい。
【００１１】
レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、振動波モータ１０等を備えている。本実施形態では、振動波モータ１０から得られた駆動力は、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６にレンズ枠７ａを介して保持されており、振動波モータ１０の駆動力により、光軸方向（図１中に示す、矢印Ｌ方向）に略平行に移動する。
【００１２】
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７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８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。
【００１３】
図２は、本実施形態にかかる振動波モータ１０を説明する断面図である。
本実施形態では振動子１１側を固定とし、相対運動部材（移動子）１２を駆動する様になっている。
【００１４】
振動子１１は、後で説明する様に電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体１３と称する）と、圧電体１３を接合した弾性体１４とから構成されている。振動子１１には進行波が発生するようにされているが、本実施形態では一例として４波の進行波として説明する。
【００１５】
弾性体１４は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、形状は、円環形状となっている。圧電体１３が接合される反対面には溝１７が切ってあり、突起部分１８（溝１７がない箇所）の先端面が駆動面１８ａとなり移動子１２に加圧接触される。
溝１７を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより駆動面１８ａの進行波の振幅を増幅させるためである。溝１７の切っていない部分を本実施形態ではベース部１９と呼ぶ。そのベース部１９の溝１７側とは反対面に圧電体１３を接合する。
【００１６】
弾性体１４の駆動面１８ａには、高速駆動したときの耐磨耗性確保のため、潤滑性の表面処理がなされている。その材料は、ポリアミドイミドを主成分とし、ＰＴＦＥが添加された物であり、物性としてはヤング率が４〜１０ＧＰａ程度、好ましくは８ＧＰａ以下である。また厚さは、５μｍ以上５０μｍ以下とされている。
【００１７】
圧電体１３は、一般的には通称ＰＺＴと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛といった材料から構成されているが、近年では環境問題から鉛フリーの材料であるニオブ酸カリウムナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム等から構成されることもある。
圧電体１３表面には電極（図示せず）が配置され、それは円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれている。各相においては、１／２波長毎に交互に分極され、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔が空くように電極が配置されている。
【００１８】
移動子１２は、例えば、アルミニウムといった軽金属からなる。
出力軸２０は、ゴム部材２１を介して移動子１２に結合され、移動子１２と一体に回転するようにされている。出力軸２０と移動子１２との間のゴム部材２１は、ゴムによる粘着性で移動子１２と出力軸２０を結合する機能と、移動子１２からの振動を出力軸２０へ伝えないための振動吸収との機能が求められており、ブチルゴム等が好適である。
【００１９】
加圧部材２２は、出力軸２０に固定されたギア部材２３とベアリング受け部材２４との間に設けられている。ギア部２３材は、軸のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅクリップ等のストッパー２５で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸２０と一体になるようにされている。また、ベアリング受け部材２４は、ベアリング２６内径側に挿入され、ベアリング２６は、固定部材２７の内径側に挿入された構造となっている。
このような構造をとることで、移動子１２が振動子１１の駆動面１８ａに加圧接触される。
【００２０】
次に、図３〜図５を用いて、超音波モータの摺動面を説明する。
図３は、比較形態にかかる超音波モータの駆動面の粗さ曲線を示した線図である。
図４は、本実施形態にかかる超音波モータの駆動面の粗さ曲線を示した線図である。
図５は、本実施形態にかかる超音波モータの表面処理方法を示す工程図である。
【００２１】
本実施形態にかかる超音波モータの表面処理方法は、第１のラップング処理Ｓ１０１と、洗浄工程Ｓ１０２と、ＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３と、第２のラッピング処理Ｓ１０４等とを備えている。
【００２２】
第１のラッピング処理ステップ（以下Ｓと表記する）１０１は、弾性体１４の駆動面１８ａの凹凸を除去して平面出し加工する工程である。平面出し加工は、平らなガラス板（例えば、オプテカルフラット）にラッピングフィルムを貼って、弾性体１４の駆動面１８ａ（削れ面）を下にして、平らなラッピングフィルム上に擦りつけて行う。
この実施形態では、弾性体１４は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられており、旋盤加工しただけのものより、細かいくらいのラッピング加工が好ましく、必要以上に粗いことは、好ましくない。この平面出し加工は、最終仕上げの最大粗さが０．５μｍであれば、駆動面１８ａの表面粗さも、０．５μｍ以下の粗さである必要がある。この平面出し加工は、手動であってもよいし、量産状況に応じて機械化してもよい。
【００２３】
洗浄処理Ｓ１０２は、ラッピング処理Ｓ１０１を行ったあとに、アルカリ洗浄等の洗浄を行う工程である。
【００２４】
ＤＬＣ(Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ)コーティング処理Ｓ１０３は、弾性体１４の駆動面１８ａに、ダイヤモンドに類似した高硬度かつ低摩擦係数のカーボン薄膜を蒸着する工程である。
このＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３は、第１のラッピング処理Ｓ１０１で平面出し加工を十分に済ませてあり、その後に、この処理をすることにより、ＤＬＣの高硬度と低摩擦係数を担保することができる。
【００２５】
しかし、ＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３の後に、このままの状態では、相手材を傷つけて（攻撃して）しまい、超音波モータ１０としての耐久性が低くなってしまう。
ここで、ＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３が弾性体１４の駆動面１８ａに行われた場合には、相手材は、移動子１２の摺動面１２ａになる。移動体１２の摺動面１２ａの表面には、硬質アルマイト皮膜が形成されている。
【００２６】
第２のラッピング処理Ｓ１０４は、研磨粒子が非常に細かい（例えば、ＧＣ（グリーンカーボランダム）＝１５００〜２０００）ラッピングフィルムにより研磨を行う工程である。
【００２７】
前述したＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３を行うことのメリットは、駆動面１８aの硬度が上がり、摩擦係数を低くすることにより、超音波モータ１０の寿命を長くすることである。
しかし、上述したように、ＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３を弾性体１４の駆動面１８ａに行うことにより、移動体１２の摺動面１２ａの表面を傷つけてしまう。
この原因を調べると、弾性体１４の駆動面１８ａに、非常に小さいが固いドロップレットや、ゴミなどの突起状の異物が付着しており、ＤＬＣコーティング処理後の表面状態が悪いことが判明した。この突起状の異物は、相手材（移動子１２の摺動面１２ａ）を傷つけ（攻撃し）、相手材が削れてしまうために、超音波モータ１０の耐久性を著しく下げることになる。
【００２８】
図３は、比較形態にかかる（ＤＬＣコーティング処理を施しただけの）弾性体の駆動面の粗さ曲線を示した線図である。粗さ曲線は、カットオフ値の高域フィルタによって、断面曲線から長波長成分を遮断して得た輪郭曲線である。
図３示す矢印は、駆動面１８ａの粗さの大きい部分であり、ドロップレットや、ゴミなどの突起状の異物が付着しているところである。
【００２９】
図４は、本実施形態にかかる（ＤＬＣコーティング処理を施した後に、第２のラッピング処理をした）弾性体の駆動面の粗さ曲線を示した線図である。
図４に示すように、ＤＬＣコーティング処理後にラッピングフィルムを用いて再度のラッピング処理を行えば、図３と比較して、ドロップレットや、ゴミ等の突起状の異物が削除されていることがわかった。これにより、ＤＬＣコーティング処理した超音波モータは、耐久性が著しく向上することが確認された。
【００３０】
そして、ドロップレットや、ゴミ等の突起状の異物を取り除いた後の弾性体の駆動面の表面粗さを測定した結果、好ましい駆動面の表面粗さは、中心線平均粗さ（ＲＡ）（算術平均粗さ）が、０．０５μｍ以下であり、かつ、最大粗さ（ＲＺ）が０．５μｍ以下であることがわかった。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３を行うことによって、駆動面１８ａの硬度が上がり、摩擦係数を低くすることができ、超音波モータ１０の寿命を長くすることが可能となる。そして、相手材である移動体１２の摺動面１２を傷付けてしまうという問題点も解決できる。
【００３２】
また、第１のラッピング処理Ｓ１０１を行うことにより、ＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３の前に平面出し加工を済ませ、ＤＬＣコーティング処理Ｓ１０３後に、再度、第２のラッピング処理Ｓ１０４によって、非常に小さいが固いドロップレットや、ゴミの付着等の突起状の異物を除去することができたので、超音波モータ１０の耐久性の低下を防止することができる。
【００３３】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
本実施形態では、ＤＬＣコーティング処理及び第２のラッピング処理は、弾性体の駆動面に行った例で説明したが、移動体の摺動面に行ってもよい。
超音波モータは、図２のものに限らず、撮影レンズを保持するような大きさのものであってもよい。また、図２と異なる振動モードのモータでもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０，１１０：振動波モータ、１２，１１２:移動子、１３，１１３：圧電体、１４，１１４：弾性体、１８ａ、１１８ａ：駆動面、５０：駆動装置
【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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