(57)【要約】【課題】  空孔の総和体積にバラツキがあっても、第１の空孔内に溶浸材を効率良く充填することができる弾性体の製造方法を提供する。【解決手段】  電気−機械エネルギ変換素子により振動が励起される弾性体と、弾性体に接触する接触体とを相対移動させる振動型駆動装置における弾性体の製造方法であって、粉体からの成型工程と、成型体（４）内に存在する空孔に溶浸材（５）を充填する溶浸工程とを有し、空孔として、溶浸材の充填が可能な形態の第１の空孔（４ｂ）と、溶浸材の充填が不可能な形態の第２の空孔（４ａ）とを有するとき、溶浸工程において使用する溶浸材の体積は、全ての空孔の総和体積より小さく、かつ総和体積から第２の空孔の体積分を減じた体積より大きい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子により振動が励起される弾性体と、該弾性体に接触する接触体とを相対移動させる振動型駆動装置における前記弾性体の製造方法であって、
粉体からの成型工程と、成型体内に存在する空孔に溶浸材を充填する溶浸工程とを有し、
前記空孔として、前記溶浸材の充填が可能な形態の第１の空孔と、前記溶浸材の充填が不可能な形態の第２の空孔とを有するとき、
前記溶浸工程において使用する前記溶浸材の体積は、全ての前記空孔の総和体積より小さく、かつ前記総和体積から前記第２の空孔の体積分を減じた体積より大きいことを特徴とする弾性体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の空孔は、前記成形体の外部に対して開放した空孔であり、
前記第２の空孔は、前記成形体の内部にて閉塞した空孔であることを特徴とする請求項１に記載の弾性体の製造方法。
【請求項３】
前記溶浸工程において、前記成形体の下に配置した前記溶浸材が、前記第１の空孔内に吸い上げられることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性体の製造方法。
【請求項４】
前記溶浸工程の後に、前記成形体に対する機械的な除去加工を行う機械加工工程を有し、
前記溶浸工程において、前記溶浸材は、前記成形体のうち前記除去加工を施す面側に配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の弾性体の製造方法。
【請求項５】
前記成型体はリング形状を有しており、
前記溶浸材は、前記成型体と同心配置が可能な形状を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の弾性体の製造方法。
【請求項６】
前記成型体は櫛歯形状部を有しており、
前記溶浸材を前記櫛歯形状部を構成する面以外の面側に配置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の弾性体の製造方法。
【請求項７】
前記成型工程により製作された成型体に対し、前記溶浸工程と、該成型体に対する焼成工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の弾性体の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の製造方法により製造された弾性体と、
該弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、
前記弾性体に接触する接触体とを有し、
前記弾性体と前記接触体とを相対移動させることを特徴とする振動型駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置における弾性体の製造方法および該製造方法によって生成された弾性体を有する振動型駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動波モータは、弾性体に圧電素子もしくは電歪素子などの電気−機械エネルギ変換素子（以下、圧電素子と呼ぶ）を接着等により固定し、この圧電素子に交番電圧を印加することにより高周波振動を発生させ、弾性体のうち圧電素子が固定された端面とは反対側の端面に楕円運動を発生させる。そして、楕円運動が発生する端面に、ばね部材等により接触体を加圧接触させることで、弾性体および接触体の摩擦力によりこれらを相対駆動させるものである。
【０００３】
ここで、上記の弾性体は、粉末焼結合金で成形することが知られている。焼結材料を用いた弾性体の成形工程は、図１５に示すように、焼結粉体を成型、焼成した後、低融点の金属や樹脂を溶浸し、その後の機械加工によって行われている。
【０００４】
粉体成型工程では、成型体の密度を均一に保つために、図１６に示す形状の成型体、すなわち、厚み（図１６の上下方向の長さ）が極端に薄くなる領域を持たない成型体を形成する必要がある。このため、機械加工工程では、図１７のハッチングで示す部分を削除することで、完成品としての弾性体を得るようにしている。
【０００５】
なお、溶浸工程は、焼成工程で生じる焼成体内の空孔に溶浸材を充填することで、弾性体の密度を向上させ、振動波モータの駆動時における振動による内部損失を小さくさせるために行っている。
【０００６】
次に、上記の溶浸工程について、詳しく述べる。従来の溶浸工程では、まず、図１８に示すように焼成工程によって得られた焼成体１００を、櫛歯状の突起部１００ａが下側となるように設置し、この焼成体１００の上側（突起部１００ａとは反対側）に溶浸材１０５を置く。そして、溶浸材１０５の融点近くの温度に上げることで、焼成体１００内の空孔に溶浸材１０５を充填している。
【０００７】
溶浸工程は、粉体成型工程を経てかつ焼成工程の後に行う場合と、図１９に示すように粉体成型工程の後に焼成工程と同時に行う場合があるが、後者の場合には、２工程を１工程に簡略できるため、弾性体の成形工程でのコストを低減できる。
【０００８】
一方、焼成体内に発生する空孔には２種類あり、一方は、焼成によって外気と遮断され、溶浸材を充填することが不可能な閉塞状態にある空孔（以下、独立空孔という）であり、他方は、他の空孔とつながり又は直接焼成体の表面に露出して外気と接触し、溶浸材の充填が可能な空孔（以下、開放空孔という）である。
【０００９】
そして、溶浸工程で用いられる溶浸材１０５の量は、焼成体１００の空孔量（体積）に合わせて決定し、溶浸材１０５があふれないように（溶浸材１０５の量が多すぎないように）設定している。これは、溶浸材１０５があふれると、突起部１００ａの間に溶浸材１０５が詰まってしまい、弾性体として使用することができなくなってしまうからである。
【特許文献１】特開２００１−２９８２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、焼成体に生じる空孔は、成型体の寸法および密度によってバラツキがあり、従来のように予め設定した量の溶浸材を用いただけでは、焼成体の開放空孔すべてに溶浸材を充填することができないことがある。これにより、弾性体個々における溶浸材の充填ばらつきや、一つの弾性体の内部における充填ムラが大きくなり、モータ駆動時の振動に伴う内部損失を増やしてしまう。
【００１１】
また、溶浸工程と焼成工程を同時に行う場合、図１８で示したように溶浸材１０５を焼成体１００の上において溶かしているために、溶浸材１０５がこの融点付近で急激に溶け出し、溶浸材１０５の溶出する流路に形状変化があると成型体の一部がくずれ、表面に細かい亀裂が生じることがある。そして、この亀裂が突起部の基端部に生じると、モータ駆動下での振動および駆動反力により、亀裂が拡大して振動波モータの性能および耐久性に影響を及ぼすおそれがある。
【００１２】
本発明の目的は、上述した問題点を解決することにあり、溶浸材の充填ばらつきを低減することで、個体間で密度のバラツキが少ない弾性体を製造することにある。また、溶浸工程と焼成工程を同時に行った際に生じる細かい亀裂をなくすことで、耐久性を向上させた弾性体を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電気−機械エネルギ変換素子により振動が励起される弾性体と、弾性体に接触する接触体とを相対移動させる振動型駆動装置における弾性体の製造方法であって、粉体からの成型工程と、成型体内に存在する空孔に溶浸材を充填する溶浸工程とを有し、空孔として、溶浸材の充填が可能な形態（例えば、成形体の外部に対して開放した空孔）の第１の空孔と、溶浸材の充填が不可能な形態（例えば、成形体の内部にて閉塞した空孔）の第２の空孔とを有するとき、溶浸工程において使用する溶浸材の体積は、全ての空孔の総和体積より小さく、かつ総和体積から第２の空孔の体積分を減じた体積より大きいことを特徴とする。
【００１４】
ここで、上記本発明の製造方法により製造された弾性体は、該弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、弾性体に接触する接触体とを有し、弾性体と接触体とを相対移動させる振動型駆動装置に用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、溶浸材の体積を、すべての空孔の総和面積から第２の空孔の体積分を減じた体積よりも大きくすることで、成型体内に発生する第１の空孔の体積にバラツキが生じても、第１の空孔すべてに対して溶浸材を充填させることができる。これにより、弾性体の密度のバラツキを抑え、耐久性の高い弾性体を製造することができる。
【００１６】
しかも、溶浸材の体積を、すべての空孔の総和体積よりも小さくすることで、溶浸工程において不要となる（第１の空孔内に充填されずに残る）溶浸材の量を減らすことができる。
【００１７】
そして、本発明の製造方法によって製造された弾性体を、振動型駆動装置に用いれば、振動型駆動装置の耐久性を向上させることができる。
【００１８】
溶浸工程において、成形体の下に配置した溶浸材を、第１の空孔内に吸い上げさせることにより、毛細管現象を利用して溶浸材を第１の空孔内にゆっくりと浸透させることができる。これにより、従来のように、溶浸材の流れによって成型体に亀裂が生じるのを防止することができる。
【００１９】
溶浸工程の後に、成形体に対する機械的な除去加工を行う機械加工工程を行う場合において、溶浸工程において、溶浸材を、成形体のうち除去加工を施す面側に配置することにより、除去加工を行う際に溶浸工程で不要となった溶浸材を容易に取り除くことができる。
【００２０】
成型体がリング形状を有している場合において、溶浸材を、成型体と同心配置が可能な形状をもたせることにより、溶浸材を成型体内に効率良く浸透させることができる。
【００２１】
成型体が櫛歯形状部を有する場合において、溶浸材を櫛歯形状部を構成する面以外の面側に配置したことにより、溶浸工程において溶出した溶浸材が櫛歯形状部の間に入り込むのを防止することができるとともに、櫛歯形状部において亀裂が発生するのを防止することができる。
【００２２】
成型工程により製作された成型体に対し、溶浸工程と、成型体に対する焼成工程とを同時に行うことにより、弾性体の製造工程を簡略化することができる。しかも、溶浸材と成型体との融点の相違によって、成型体内に第２の空孔が生じる前に溶浸材を充填することができるため、弾性体の密度を高めることができ、弾性体の耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の実施例１である製造方法によって製造された弾性体を有する振動波モータの構成について図１、図１３、図１４および図２０を用いて説明する。
【００２５】
まず、図１、図１３および図１４を用いて弾性体の構成について説明する。ここで、図１は、スライダおよび圧電素子が取り付けられた弾性体の上面図（ａ）と、この図（ａ）のＡ−Ａにおける断面図（ｂ）を示す。図１３は弾性体の外観斜視図である。図１４は弾性体の上面図（ａ）と、この図（ａ）のＡ−Ａにおける断面図（ｂ）を示す。
【００２６】
金属等で構成される弾性体１は、複数の突起部１ｂを周方向に形成した櫛歯形状をもつリング状の振動部１ｃと、振動部１ｃの内側に位置し、固定部材（図２０の１１）に固定支持される支持部１ｄと、振動部１ｃおよび支持部１ｄを連結する薄肉部１ｅとで構成されている。ここで、突起部１ｂは、弾性体１での振動変位を大きくしてモータの駆動効率を向上させるために形成されており、振動部１ｃの周方向において互いに隣り合う突起部１ｂの間にはスリット１ａが形成される。
【００２７】
薄肉部１ｅは、図１（ｂ）に示すように厚み（弾性体１の径方向と直交する方向の長さ）が薄くなっており、振動部１ｃで発生する振動を減衰させ、できるだけ支持部１ｄに振動が伝達されないようにしている。
【００２８】
突起部１ｂの上面には、図１に示すように、樹脂、金属やセラミック等で構成される摩擦材としてのスライダ３が接着剤等によって固定されている。このスライダ３には、後述するように接触体が加圧接触される。また、振動部１ｃの底面には、圧電素子（電気―機械エネルギ変換素子）２が熱硬化性接着材を用いて加圧された状態で所定の温度下で接着固定されている。この圧電素子２の両端面には、分極処理が施されている。
【００２９】
次に、上述した弾性体を備えた振動波モータの構成について説明する。
【００３０】
圧電素子２のうち弾性体１と接触する面と反対側の面には、コントローラやモータドライバ等の制御系７に接続されたフレキシブル基板６が接着固定されている。なお、振動波モータに振動検出用の圧電素子を設けた場合には、この検出信号がフレキシブル基板を介して制御系７に出力されることになる。
【００３１】
スライダ３および接触体１０はバネ部材１２の付勢力を受けて接触している。接触体１０には、出力軸９が固定されており、この出力軸９は不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材８（例えば、レンズや画像形成装置における感光ドラム）に連結されている。
【００３２】
上述した構成において、制御系７からフレキシブル基板６を介して圧電素子２の分極領域に位相の異なる交番信号が印加されると、弾性体１に進行性の振動波が生じ、突起部１ｂの先端は楕円運動を行うことになる。これにより、スライダ３に加圧接触している接触体１０は、スライダ３および接触体１０間の摩擦力によって一方向に回転することになる。この回転力は、出力軸９および不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材８に伝達され、被駆動部材が駆動されることになる。
【００３３】
次に、本実施例における弾性体の製造方法について説明する。
【００３４】
本実施例における振動波モータに使用する弾性体の原料としては、炭素０．３〜１．０％ｗｔを含む鉄系合金であって、粉体の粒度が３０〜１５０μｍ程度のものを用いた。
【００３５】
まず、上記の粉体を成形金型に入れ、プレス圧４９０〜５９０ＭＰａで圧粉することによって成型体を形成する（粉体成型工程）。続いて、この成型体を１１００〜１１５０℃で３０〜６０分間、水素ガスや窒素ガス等の非酸化性保護雰囲気中で焼結させて、図２に示す焼成体４を形成する（焼成工程）。なお、本願請求項における成型体は、粉体成型工程で得られる成型体および焼成工程で得られる焼成体を含むものである。
【００３６】
この焼成体４には多数の空孔が生じるため、次の溶浸工程において、この空孔に溶浸材を充填する処理を行う。具体的には、図２に示すように、リング状に形成された一定量（体積）の銅板５の上に、突起部４１（弾性体１における突起部１ｂに相当する）が上方を向くように焼成体４を置き、１１００〜１１５０℃の非酸化性保護雰囲気中で再び焼成を行うことで、空孔（開放空孔）に銅を溶浸する。
【００３７】
ここで、銅板５の体積は、すべての空孔の体積（予測値）から独立空孔の体積（予測値）を除いた体積、すなわち、開放空孔の体積を充填しうる体積よりも大きくなるように設定している。
【００３８】
図３は焼成体４の片側断面図を表し、焼成体４の内部に存在する空孔を模式的に示している。焼成体４の内部には、外気と接触せず、銅板５を充填することが不可能な独立空孔４ａ（図中に大小の四角形で示す）と、他の空孔につながり又は直接焼成体４の表面に露出して外気との接触が保たれ、溶浸材５の充填が可能な開放空孔４ｂ（図中に大小の楕円形で示す。なお、外気との接触が保たれている様子は不図示）の２種類の空孔が存在する。
【００３９】
この状態で焼成を行うと、図４に示すように溶浸材である銅板５が溶け出し、この溶け出した銅が焼成体４のうち銅板５に接触する面に存在する開放空孔から毛細管現象によって吸い上げられていく。これにより、焼成体４内において、銅の充填された空孔４ｃ（図中の黒で塗りつぶされた空孔）が徐々に増えていく。
【００４０】
そして、図５に示すように、焼成体４の突起部４１の先端に位置する開放空孔まで液体の銅が浸透すると、独立空孔４ａ以外の開放空孔４ｂのほとんどに銅が充填されて、銅板５からの溶浸が停止する。このとき、溶浸されずに残った銅５ａが焼成体４の下部に溜まった状態になる。
【００４１】
そして、次工程の機械加工工程において、図６に示す点線で囲まれた領域４ｅを除去することによって弾性体１が形成される。このとき、焼成体４の領域４ｅには、溶浸されずに残った銅５ａが付着しているが、この銅５ａは領域４ｅを除去する際に同時に取り除かれることになる。
【００４２】
本実施例によれば、銅板５の量（体積）を、予め予測した開放空孔の体積よりも大きくすることで、焼成体の形状（寸法）や密度のばらつきによって、焼成体内に生じる空孔（主に開放空孔）の量（体積）が変化しても、溶浸が可能なほとんどの開放空孔に対して銅を充填することが可能となる。
【００４３】
これにより、弾性体の内部に生じる空孔の量を最小限（独立空孔だけ）に抑えることができ、内部損失が小さく、振動特性の良好な弾性体を得ることができる。
【００４４】
しかも、本実施例では、銅板５の量をすべての空孔（独立空孔および開放空孔）の体積よりも小さくすることで、溶浸に用いられずに不要となる銅５ａの量を減らして、銅板５を適量だけ用いることができる。
【００４５】
なお、本実施例では、溶浸材として銅を用いたが、銅合金や振動減衰性の低い材料であればいかなる材料であってもかまわない。また、本実施例では、成型工程、焼成工程、溶浸工程および機械加工工程だけについて説明したが、これらの工程の間にサイジング工程や洗浄工程等の他の工程を入れても構わない。
【００４６】
さらに、本実施例では、溶浸材５を焼成体４のうち突起部４１の下側に位置する部分に配置しているが、溶浸材５を配置する位置はこれに限るものではない。すなわち、図７に示すように、焼成体４の突起部４１よりも径方向内側の位置に溶浸材５を配置したり、図８に示すように、焼成体４の外周側に溶浸材５を配置したりすることができる。このような溶浸材５の配置構成であっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
さらに、図９に示すように、焼成体４の突起部４１を下向きにして溶浸材５の上においてもよい。ただし、図９に示すように配置した場合には、弾性体の形状を得るための薄肉部１ｅの加工（機械加工）を行うとともに、突起部４１の先端に溶浸材５が残った場合には、この溶浸材５を除去する加工を行う必要がある。
【実施例２】
【００４８】
次に、本発明の実施例２である弾性体の製造方法について図１０を用いて説明する。なお、本実施例の製造方法によって製造された弾性体も、実施例１で説明した振動波モータに組み込むことができる。また、本実施例における弾性体の製造方法は、実施例１で説明したのと同様の製造工程を有する。
【００４９】
本実施例は、焼成体４に対して溶浸材５を位置決めする構造に関するものである。
【００５０】
本実施例では、溶浸材５を薄板リング形状に加工し、リング形状の溶浸材５の内径部を焼成体４に形成された傾斜部４ｆに当接させることにより、溶浸材５を焼成体４の径方向において位置決めさせている。このように焼成体４に対して溶浸材５を位置決めすることにより、溶浸工程において、溶浸材５が溶出して焼成体４の空孔（開放空孔）に浸透していくムラを最小限に抑えることができる。すなわち、溶浸工程において、焼成体４に対する溶浸材５の位置がずれてしまうと、溶出した溶浸材５を焼成体４の全体（すべての開放空孔）に浸透させることができないが、本実施例では、溶浸材５が位置決めされているため、溶浸材５を焼成体４の全体に浸透させることができる。
【００５１】
ここで、溶浸材５の位置決めを行う方法としては、図１１に示すように溶浸材５に段差部５１を形成して、この段差部５１を、焼成体４の外周面および下面で構成される角部４２に当接させることによって行うことができる。また、図１２に示すように、溶浸材５の上面を焼成体４の下面に沿った形状に形成し、焼成体４の傾斜部４ｆを利用して溶浸材５の位置決めを行うことができる。ここで、溶浸材５を焼成体４よりも径方向において長く形成し、焼成体４の角部（焼成体４の外周面および底面で構成される）を利用して位置決めすることもできる。
【００５２】
なお、本実施例では、溶浸材５を薄板リング形状としたが、溶浸材５の形状は適宜変更することができる。
【実施例３】
【００５３】
次に、本発明の実施例３である弾性体の製造方法について説明する。
【００５４】
本実施例では、実施例１で説明した焼成工程と溶浸工程を同時に行うものである。すなわち、成型体を形成した後、上述した実施例と同様の方法で一定量の溶浸材の上に成形体をおき、１１００〜１１５０℃で３０〜６０分間、水素ガスや窒素ガス等の非酸化性保護雰囲気中で焼結させた後に、機械加工を行って弾性体を形成する。
【００５５】
溶浸材の融点は成型体の融点よりも低く設定されているため、溶浸材の溶出は、成形体の粉末が焼結するよりも先に始まる。このとき、溶出した溶浸材が成型体を構成する粉末の粒界を伝わって成型体全体に拡がっていく過程で、粉末焼結に特有の空孔（独立空孔や開放空孔）ができることになるため、独立空孔の内部にも溶浸材を充填することが可能となり、独立空孔の内部のうち少なくとも一部に溶浸材が充填された状態となる。
【００５６】
このように本実施例によれば、焼結工程および溶浸工程を同時に行うため、弾性体の製造工程を簡略化することができるとともに、独立空孔となる部分にも溶浸材を充填することができることで、上述した実施例に比べて弾性体内部の空孔量をさらに少なくすることが可能となる。
【００５７】
また、本実施例では、溶浸材の上に成型体を置いて焼成工程および溶浸工程を行い、溶出した溶浸材を毛細管現象によって成型体内に浸透させているため、溶浸材を成型体の上に置いて行う焼成工程および溶浸工程を行う場合に比べて、溶浸材の成型体内への浸透速度を遅くすることができる。このように、溶浸材の浸透速度を緩やかにすることで、従来のように突起部の基端部等の形状が変化する部分に溶浸材が流れ込んで、成型体の一部が崩れて亀裂が発生するのを防止することができる。
【００５８】
これにより、振動波モータの駆動下での振動および駆動反力によって亀裂が拡大することもなくなり、弾性体の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例１における弾性体の上面図（ａ）および断面図（ｂ）。
【図２】実施例１における溶浸工程前の焼成体の断面図。
【図３】実施例１の溶浸工程において、溶浸材の溶浸前の状態を示す図。
【図４】実施例１の溶浸工程において、溶浸材が焼成体内に浸透する状態を示す図。
【図５】実施例１の溶浸工程において、溶浸材が焼成体内に浸透した状態を示す図。
【図６】実施例１の機械加工工程における削除部分を示す図。
【図７】実施例１の変形例における焼成体および溶浸材の配置関係を示す図。
【図８】実施例１の変形例における焼成体および溶浸材の配置関係を示す図。
【図９】実施例１の変形例における焼成体および溶浸材の配置関係を示す図。
【図１０】本発明の実施例２における溶浸材の位置決め構造を示す図。
【図１１】実施例２の変形例における溶浸材の位置決め構造を示す図。
【図１２】実施例２の変形例における溶浸材の位置決め構造を示す図。
【図１３】実施例１における弾性体の外観斜視図。
【図１４】実施例１における弾性体の平面図（ａ）および断面図（ｂ）。
【図１５】弾性体の製造工程を示す図。
【図１６】粉体成型工程における成形体の断面図。
【図１７】機械加工工程における削除部分を示す図。
【図１８】従来の溶浸工程における焼成体および溶浸材の配置関係を示す図。
【図１９】弾性体の製造工程を示す図。
【図２０】実施例１における振動波モータの断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１…弾性体  １ａ…スリット  １ｂ…突起部  １ｃ…振動部  １ｄ…支持部
１ｅ…薄肉部  ２…圧電素子  ３…スライダ  ４…焼成体  ４−ａ…独立空孔  
４ｂ…開放空孔  ４ｃ…溶浸された空孔  ４ｅ…機械加工除去部分
５…溶浸材  
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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