(57)【要約】【課題】駆動効率のよい振動体、及び、この振動体を備えた振動アクチュエータ、この振動体の製造方法を提供する。【解決手段】第１の部分（１２１）と第１の部分（１２１）よりも密度が小さい第２の部分（１２２）とを有する弾性体（１２）と、第２の部分（１２２）に接合された電気機械変換素子（１３）とを備える振動体（１１）とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部分と前記第１の部分よりも密度が小さい第２の部分とを有する弾性体と、
前記第２の部分に接合された電気機械変換素子と、
を備える振動体。
【請求項２】
請求項１に記載の振動体において、
前記第２の部分は、微細な気孔を有していること、
を特徴とする振動体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動体において、
前記第２の部分を形成する材料の真密度に対する前記第２の部分の見かけ密度の比は、８０〜９５％であること、
を特徴とする振動体。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動体において、
前記第２の部分と前記電気機械変換素子とは、接着剤によって接合されていること、
を特徴とする振動体。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動体と、
前記第１の部分に加圧接触され、前記振動体の振動により、移動する移動体と、
を備える振動アクチュエータ。
【請求項６】
弾性体と、
前記弾性体に接合される電気機械変換素子とを有し、
前記弾性体を形成する材料の真密度に対する前記弾性体の見かけ密度の比は、８０〜９５％であること、
を特徴とする振動体。
【請求項７】
請求項６に記載の振動体と、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が接合される側とは反対側に加圧接触され、前記振動体の振動により、移動する移動体と、
を備える振動アクチュエータ。
【請求項８】
弾性体を構成する第１の部分上に第２の部分を射出成形によって形成する射出成形工程と、
前記射出成形工程の後に前記第２の部分を焼結する焼結工程と、
前記焼結工程の後に前記第２の部分上に電気機械変換素子を接合する接合工程と、
を備える振動体の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の振動体の製造方法において、
前記焼結工程後の前記第２の部分は、微細な気孔を有すること、
を特徴とする振動体の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の振動体の製造方法において、
前記第２の部分を形成する材料の真密度に対する前記焼結工程後の前記第２の部分の見かけ密度の比は、８０〜９５％であること、
を特徴とする振動体の製造方法。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の振動体の製造方法において、
前記接合工程での接合は、接着剤によって行うこと、
を特徴とする振動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体、振動アクチュエータ、振動体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータは、電気機械変換素子を駆動信号によって伸縮させ、この伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波とする）を発生させ、この進行波によって、駆動面に楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動体が駆動されることにより、駆動力が取り出されることが知られている。
従来、このような振動アクチュエータでは、弾性体と電気機械変換素子とを接着剤を用いて接合する手法が多く用いられてきた。この接着剤の接着強度が弱いと、使用環境や製造過程における環境変化によって弾性体と電気機械変換素子との接合が剥がれたり、剥がれない場合であっても電気機械変換素子の伸縮が十分弾性体に伝わらないために振動体の振動特性が落ち、振動アクチュエータの駆動効率が落ちたりするという問題があった。
【０００３】
特許文献１では、タングステン又はモリブデンを重量比で８０％以上含有する材料を主原料とし、理論密度比８５％以上、熱膨張係数が１０．０×１０-6以下である焼結合金製である弾性体を、射出成形によって作製する手法が開示されている。
【特許文献１】特開平３−２９３９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、駆動効率のよい振動体、及び、この振動体を備えた振動アクチュエータ、振動体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、第１の部分（１２１）と前記第１の部分よりも密度が小さい第２の部分（１２２）とを有する弾性体（１２）と、前記第２の部分に接合された電気機械変換素子（１３）と、を備える振動体（１１）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動体において、前記第２の部分（１２２）は、微細な気孔を有していること、を特徴とする振動体（１１）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動体において、前記第２の部分（１２２）を形成する材料の真密度に対する前記第２の部分の見かけ密度の比は、８０〜９５％であること、を特徴とする振動体（１１）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動体において、前記第２の部分（１２２）と前記電気機械変換素子（１３）とは、接着剤（１０１）によって接合されていること、を特徴とする振動体（１１）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動体（１１）と、前記第１の部分（１２１）に加圧接触され、前記振動体の振動により、移動する移動体（１４）と、を備える振動アクチュエータ（１０）である。
請求項６の発明は、弾性体と、前記弾性体に接合される電気機械変換素子とを有し、前記弾性体を形成する材料の真密度に対する前記弾性体の見かけ密度の比は、８０〜９５％であること、を特徴とする振動体である。
請求項７の発明は、請求項６に記載の振動体と、前記弾性体の前記電気機械変換素子が接合される側とは反対側に加圧接触され、前記振動体の振動により、移動する移動体と、を備える振動アクチュエータである。
請求項８の発明は、弾性体（１２）を構成する第１の部分（１２１）上に第２の部分（１２２）を射出成形によって形成する射出成形工程（Ｓ３００）と、前記射出成形工程の後に前記第２の部分を焼結する焼結工程（Ｓ４００）と、前記焼結工程の後に前記第２の部分上に電気機械変換素子（１３）を接合する接合工程（Ｓ６００）と、を備える振動体（１１）の製造方法である。
請求項９の発明は、請求項８に記載の振動体の製造方法において、前記焼結工程（Ｓ４００）後の前記第２の部分（１２２）は、微細な気孔を有すること、を特徴とする振動体（１１）の製造方法である。
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載の振動体の製造方法において、前記第２の部分（１２２）を形成する材料の真密度に対する前記焼結工程（Ｓ４００）後の前記第２の部分の見かけ密度の比は、８０〜９５％であること、を特徴とする振動体（１１）の製造方法である。
請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の振動体の製造方法において、前記接合工程（Ｓ６００）での接合は、接着剤（１０１）によって行うこと、を特徴とする振動体（１１）の製造方法である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、駆動効率のよい振動体、及び、この振動体を備えた振動アクチュエータ、振動体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態を挙げて、さらに詳しく説明する。なお、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして、超音波の振動域を利用する超音波モータを例にとって説明する。
【０００８】
（実施形態）
図１は、本実施形態の超音波モータ１０を用いたカメラ１を示す図である。
本実施形態のカメラ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では、レンズ鏡筒３が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であってもよい。
【０００９】
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、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おり、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が回転すると、レンズ４は、カム筒５とのカム係合によって光軸方向へ移動し、焦点調節が行われる。
【００１０】
図２は、本実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
図３は、本実施形態の振動子１１の断面の一部を拡大した図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１，移動体１４，緩衝部材１５，支持体１６，緩衝部材１７，加圧部１８，固定部材１９等を備えている。
振動子１１は、弾性体１２，圧電体１３等を備えている。
【００１１】
弾性体１２は、弾性体本体部１２１と弾性体接合部１２２とを備えている。
弾性体本体部１２１は、ステンレス材料やインバー材料等の鉄合金や真鍮等の弾性変形が可能な金属材料を用いて形成された略円環形状の部材であり、本実施形態では、ＳＵＳ３０４を用いて形成されている。この弾性体本体部１２１の円環形状の中心軸方向に沿った一方の端面には、弾性体接合部１２２が設けられ、他方の端面には、複数の溝１２１ａを切って形成された櫛歯部１２１ｂが形成されている。
【００１２】
弾性体接合部１２２は、弾性体本体部１２１の周方向に連続した略円環形状の部分であり、弾性体本体部１２１の櫛歯部１２１ｂが形成されている端部とは反対側の端面上に、弾性体本体部１２１と一体に形成されている。弾性体接合部１２２の弾性体本体部１２１側とは反対側の面は、接着剤層１０１を介して圧電体１３が接合されている。
この弾性体接合部１２２は、ステンレス材料やインバー材料等の鉄合金や真鍮等の弾性変形が可能な金属材料を用いて、射出成形（メタルインジェクションモールド）によって形成された焼結体であり、微細な気孔を多数有している。本実施形態では、弾性体接合部１２２は、弾性体本体部１２１と同様に、ＳＵＳ３０４を用いて形成され、その厚みは、０．５ｍｍである。
また、本実施形態では、弾性体接合部１２２を形成する材料であるＳＵＳ３０４の真密度に対する弾性体接合部１２２の焼結密度（見かけ密度）の比は、８０〜９５％である。
ここで、焼結密度とは、微細な気孔を有する焼結体である弾性体接合部１２２の見かけ密度のことであり、気孔の体積も密度算定用の体積に含めた場合の単位体積あたりの重量である。また、真密度とは、物質自身が占める体積のみを密度算定用の体積とする単位体積あたりの重量である。
弾性体１２は、弾性体本体部１２１上に弾性体接合部１２２が形成され、これらが一体となって形成されており、弾性体接合部１２２に接合された圧電体１３の励振により、弾性体１２に進行波が発生し、弾性体本体部１２１の櫛歯部１２１ｂの先端面は、移動体１４を駆動する駆動面となる。
【００１３】
圧電体１３は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やセラミック等を用いて形成された略円環形状の部材であり、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有している。本実施形態では、圧電体１３は、ＰＺＴを用いて形成されている。
この圧電体１３は、加熱硬化型の接着剤によって形成された接着剤層１０１を介して、弾性体接合部１２２に接合されている。
圧電体１３上には、不図示のフレキシブルプリント基板と電気的に接続された不図示の電極が形成されており、このフレキシブルプリント基板から供給される駆動信号によって、圧電体１３が励振される。
【００１４】
移動体１４は、略円環形状の部材であり、後述する加圧部１８の加圧力によって弾性体１２の駆動面に加圧接触され、振動子１１（弾性体１２）の進行波によって摩擦駆動される。
緩衝部材１５は、ゴム等を用いて形成された略円環形状の部材である。この緩衝部材１５は、移動体１４の振動を支持体１６側へ伝えないようにする部材であり、移動体１４と支持体１６との間に設けられている。
支持体１６は、移動体１４を支持する部材であり、移動体１４と一体となって回転して移動体１４の回転運動を不図示の被駆動部材に伝達し、かつ、移動体１４の回転中心軸方向の位置を規制する部材である。
【００１５】
加圧部１８は、振動子１１と移動体１４とを加圧接触させる加圧力を発生する部分であり、加圧板１８ａ，皿バネ１８ｂを備えている。加圧板１８ａは、皿バネ１８ｂが発生する加圧力を受ける、略円環形状の板である。
緩衝部材１７は、不織布やフェルト等を用いて形成された略円環形状の部材である。この緩衝部材１７は、振動子１１の振動を加圧部１８側へ伝えないようにする部材であり、圧電体１３と加圧板１８ａとの間に設けられている。
固定部材１９は、本実施形態の超音波モータ１０をレンズ鏡筒３に固定する部材である。
【００１６】
ここで、本実施形態の振動子１１の製造方法について説明する。
図４は、本実施形態の振動子１１の製造方法を示す工程図である。
本実施形態の振動子１１の製造方法は、弾性体接合部準備工程Ｓ１００と、弾性体本体部準備工程Ｓ２００と、射出成形工程Ｓ３００と、焼結工程Ｓ４００と、圧電体準備工程Ｓ５００と、接合工程Ｓ６００等とを備えている。
【００１７】
弾性体接合部準備工程Ｓ１００は、材料確認工程Ｓ１０１と、バインダ混合工程Ｓ１０２と、ペレット化工程Ｓ１０３とを備えている。
材料確認工程Ｓ１０１は、ＳＵＳの材質を確認する工程であり、例えば、粒度分布計を用いて、ＳＵＳの材料粉の平均粒径が５μｍ程度であるかを確認する。
バインダ混合工程Ｓ１０２は、ＳＵＳの材料粉と樹脂バインダとを混合する工程であり、例えば、精密天秤を用いて、混合物の総重量が目標値から誤差１ｇ以下であるかを確認する。
ペレット化工程Ｓ１０３は、混合物をペレット化（粒状に固めること）する工程であり、例えば、ペレット成形機を用いて行う。
【００１８】
弾性体本体部準備工程Ｓ２００は、弾性体本体部製造工程Ｓ２０１を備えている。この弾性体本体部製造工程Ｓ２０１は、例えば、切削加工によって弾性体本体部１２１を作製する。
【００１９】
射出成形工程Ｓ３００は、切削加工等によって作製された弾性体本体部１２１の櫛歯部１２１ｂが形成された側とは反対側の面上に、ペレット化された混合物を溶融して射出成形する工程であり、例えば、射出成形機を用いて、混合物の温度が１６０〜１７０℃であるか、保圧圧力が所定の値であるか、保圧時間が所定の値であるか等を確認しながら行う。
ここで、射出成形には、金型を使用し、その金型の中に、上述のように作製した弾性体本体部１２１を予め配置しておき、弾性体本体部１２１の櫛歯部１２１ｂが形成されている側とは反対側の面上に、混合物を射出成形することにより、弾性体本体部１２１と弾性体接合部１２２とを一体化させる。
なお、使用する射出成形機は、プラスチック材料を射出成形する場合に用いる射出成形機と同様のものを用いることができる。
射出成形工程Ｓ３００後には、不要となった樹脂バインダを取り除く脱脂工程があり、例えば、熱分解法等によって脱脂を行う。
【００２０】
焼結工程Ｓ４００は、射出成形工程Ｓ３００により一体となった弾性体本体部１２１と弾性体接合部１２２とを加熱して焼結する工程であり、焼結温度は、１０００〜１２００℃であることが好ましい。焼結工程Ｓ４００では、例えば、温度記録計や温度履歴センサを用いて、温度のプロファイルが１１００℃から±１０℃の範囲内にあるかを確認しながら行う。また、精密天秤を用いて、焼結後の弾性体接合部１２２の焼結密度（見かけ密度）の、弾性体接合部１２２を形成する材料であるＳＵＳ３０４の真密度に対する割合が、所定の値であるかを確認し、ＳＥＭ（電子顕微鏡）を用いて、結晶粒子径が２μｍ程度であるかを確認する。本実施形態では、ＳＵＳ３０４の真密度に対する弾性体接合部１２２の見かけ密度の比が、８０〜９５％であるかを確認する。
この焼結工程Ｓ４００によって、混合物となっていた弾性体接合部が、焼結体としての弾性体接合部１２２となり、弾性体本体部１２１と完全に接合される。
【００２１】
圧電体準備工程Ｓ５００は、圧電体１３を作製する工程であり、ＰＺＴを射出成形やプレス成形等の後に焼結することによって圧電体を形成し、その表面に銀ペーストを印刷する等して電極を形成した後に分極処理を行う。
接合工程Ｓ６００は、接着剤等を用いて、弾性体１２の弾性体接合部１２２に圧電体１３を接合する工程である。本実施形態では、接合工程Ｓ６００は、弾性体接合部１２２の圧電体１３との接合面に加熱硬化型の接着剤を塗布し、圧電体１３と弾性体１２とを一体となるように固定治具にセットした後に、所定の温度まで加圧して接着剤を硬化させ、冷却した後に治具から取り外す。
これらの工程を経た後に、弾性体１２の駆動面の平面性確保のための研磨等の加工を経て、振動子１１が完成する。この後、組み立て工程等を経て、超音波モータ１０が完成する。
【００２２】
超音波モータが使用され得る環境は様々であり、弾性体と圧電体とを接合する接着剤には、低温環境下や高温環境下等でも十分な接着強度を維持できる信頼性が必要とされる。また、弾性体と圧電体とを接合する接着剤として加熱硬化型の接着剤を用いた場合には、加熱して接着剤の硬化によって弾性体と圧電体とを接合した後、室温に戻したときに、弾性体と圧電体との熱膨張係数の違いから弾性体に変形が生じる場合がある。この場合に、弾性体の駆動面の平面性を得るために研磨等の後加工を行う場合がある。
よって、弾性体と圧電体とを接合する接着剤には、このような使用環境や製造過程等における温度変化による接合面の形状変化や後加工にも耐えられる接着強度が必要とされる。
【００２３】
そこで、従来の切削加工によって作製された弾性体では、弾性体の寸法精度を確保するために加工速度を遅くする等して加工するので、弾性体の表面は、滑らかな状態（表面粗さの値が小さい状態）となっている。接着剤を用いて圧電体と弾性体とを接合する場合、弾性体の圧電体を接合する接合面の表面粗さの値が小さいと、接着強度や信頼性が確保し難くいという問題があった。そのため、弾性体の圧電体との接合面を、接着剤を用いた接合に適した状態とするために、表面粗さの値を所定の値まで大きくする加工工程を追加する必要があった。
【００２４】
これに対して、本実施形態によれば、弾性体接合部１２２は、メタルインジェクションモールド製法によって作製された焼結体であり、微細な気孔を多数有している。従って、塗布された接着剤が多数の気孔に入り込むことにより、表面粗さの値を大きくするような加工を行わなくとも、十分な投錨効果（アンカー効果）が得られ、温度変化による形状変化や後加工にも耐えられ、様々な使用環境下においても十分信頼できる安定した接着強度が得られる。従って、振動子１１の振動特性が向上し、超音波モータ１０の駆動効率を向上させることができる。
【００２５】
また、従来の切削加工によって作製された弾性体では、圧電体と弾性体とを接着剤を用いて接合する場合、硬化後の接着剤層の膜厚が厚くなり、接着剤層による振動減衰が生じ、超音波モータの駆動効率が低くなるという問題があった。
接着剤層を薄くするために、粘性が低く、流動性のある接着剤を用いると、作業の際に、弾性体の外周面等の必要のない部分にまで接着剤が垂れる場合があり、作業時間が長くなったり、マスキング作業が必要になったりするという問題があった。そこで、粘性が高い接着剤を使用すると、接着剤が垂れる等の問題は防ぐことができるが、接着剤層が厚くなり、接着剤層による振動減衰を生じさせるという問題があった。
【００２６】
これに対して、本実施形態によれば、弾性体接合部１２２の多数の微細な気孔に接着剤が入り込むことにより、粘性の高い接着剤を用いた場合にも、接着剤層の膜厚を薄くすることができる。従って、本実施形態によれば、接着剤層１０１による振動減衰の少ない振動特性の優れた振動子１１が得られ、超音波モータ１０の駆動効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、弾性体接合部１２２の厚さを０．５ｍｍとしたが、接着剤の投錨効果を十分得る観点から、弾性体接合部１２２の厚さは０．０１ｍｍ以上形成されることが好ましい。
【００２７】
さらに、本実施形態では、圧電体１３が接合される接合面を含む部分のみを弾性体接合部１２２としたので、弾性体全体を切削加工で作製した場合と略同様な振動特性が得られ、弾性体全体をメタルインジェクションモールド製法で作製した場合よりも振動特性が優れている。
なお、十分な振動特性を得る観点、及び、十分なアンカー効果を得る観点から、弾性体接合部１２２の見かけ密度は、弾性体接合部１２２の材料であるＳＵＳ３０４の真密度に対する比が８０〜９５％であることが好ましい。
【００２８】
（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、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施形態では、弾性体１２は、櫛歯部１２１ｂを有し、切削加工によって作成される弾性体本体部１２１と、メタルインジェクションモールド製法によって作製され、圧電体１３が接合される弾性体接合部１２２とを有する例を示したが、これに限らず、弾性体１２全体を、メタルインジェクションモールド製法によって作製してもよい。
この場合、十分な振動特性を得る観点から、メタルインジェクションモールド製法で作製された弾性体の見かけ密度の、弾性体を形成する材料の真密度に対する割合は、９５％程度あることが望ましい。
【００２９】
（２）本実施形態において、圧電体１３と弾性体接合部１２２とを接合する接着剤層１０１を形成する接着剤として、加熱硬化型の接着剤を用いる例を示したが、これに限らず、嫌気性接着剤等の他の種類の接着剤を用いてもよい。
また、本実施形態では、接着剤を塗布して接着剤層１０１を形成する例を示したが、これに限らず、例えば、シート状やフィルム状の接着剤を用いてもよい。
【００３０】
（３）本実施形態において、振動アクチュエータとして、移動体１４が回転駆動される回転型の超音波モータ１０を例に挙げて説明したが、これに限らず、リニア型の超音波モータとしてもよい。また、ロッド型、ペンシル型、円盤型等の振動アクチュエータとしてもよい。
【００３１】
（４）本実施形態において、振動アクチュエータとして超音波モータ１０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利用する振動アクチュエータとしてもよい。
【００３２】
（５）本実施形態において、超音波モータ１０が、カメラ１のオートフォーカスの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、カメラのズーム動作の駆動源や、カメラの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆動源、複写機の駆動部、自動車のハンドルチルト装置、時計の駆動装置等に適用することができる。
なお、本実施形態及び各変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態の超音波モータ１０を用いたカメラ１を示す図である。
【図２】本実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
【図３】本実施形態の振動子１１の断面の一部を拡大した図である。
【図４】本実施形態の振動子１１の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１２１：弾性体本体部、１２２：弾性体接合部、１３：圧電体、１４：移動体
【図１】
2008228453.tif 000003
【図２】
2008228453.tif 000004
【図３】
2008228453.tif 000005
【図４】
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