(57)【要約】【課題】安定した駆動性能を得る。【解決手段】振動アクチュエータであって、電力を機械的振動に変換する電気機械変換部と、電気機械変換部により振動する振動部と、振動部に接触し、振動により振動部に対して相対的に移動する接触部とを備え、接触部は、振動部に接触する接触面と、接触面に隣接し接触面と交差する方向に設けられた側面とを有し、側面に潤滑剤を含む層が設けられている振動アクチュエータ。【選択図】図２
2017055554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を機械的振動に変換する電気機械変換部と、
前記電気機械変換部により振動する振動部と、
前記振動部に接触し、前記振動により前記振動部に対して相対的に移動する接触部と
を備え、
前記接触部は、前記振動部に接触する接触面と、前記接触面に隣接し前記接触面と交差する方向に設けられた側面とを有し、前記側面に潤滑剤を含む層が設けられている振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記接触部は、前記振動部より硬度が低い請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記接触部は、前記振動部との接触により、前記振動部よりも多く摩耗する請求項１にまたは２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記接触部の前記接触面は、前記振動部との間で空隙を形成する孔部を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記接触部は、セラミックにより形成され、前記振動部はステンレス鋼により形成された請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記潤滑剤は、フッ素系樹脂である請求項１から５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記潤滑剤を含む層は、前記接触面の前記振動部との接触面積に応じた厚さで形成されている請求項１から６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記潤滑剤を含む層の厚さは、前記接触部の前記振動部に対する相対移動方向と直交する方向の長さに対して１５％以上３０％未満である請求項１から６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項９】
前記潤滑剤を含む層は、前記接触面からの距離に応じて厚さが変化するように形成されている請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記潤滑剤は、固相の潤滑剤である請求項１から９のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと
を備えるレンズユニット。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと、
前記レンズを含む光学部品により結像された被写体像を撮像する撮像素子と
を備えた撮像装置。
【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、レンズユニットおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を機械的振動に変換する振動アクチュエータが知られている。例えば超音波モータにおいて、起動特性を向上させるために、ステータと接触するロータの面にスライダ材を接着することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１３７３５８号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明の振動アクチュエータは、電力を機械的振動に変換する電気機械変換部と、電気機械変換部により振動する振動部と、振動部に接触し、振動により振動部に対して相対的に移動する接触部と、を備え、接触部は、振動部に接触する接触面と、接触面に隣接し接触面と交差する方向に設けられた側面とを有し、側面に潤滑剤を含む層が設けられている。
【０００５】
本発明のレンズユニットは、前記振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと、を備える。
【０００６】
本発明の撮像装置は、前記振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと、前記レンズを含む光学部品により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】振動アクチュエータ１００の全体を示す断面模式図である。
【図２】図１におけるＡ部の拡大図である。
【図３】電気機械変換部２２の斜視図である。
【図４】圧電積層体２０の動作を説明する図である。
【図５】駆動しない状態で３０分放置した後のロータの回転時間に対するロータの回転数の変化を示すグラフである。
【図６】振動アクチュエータの待機時間に対する接触部４２とステータ３０との摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図７】待機時間に対するステータ上に残った鉄粉の酸素濃度の変化を示すグラフである。
【図８】立ち上がり性能と、鉄粉の酸化の有無とを示す表である。
【図９】６０分駆動後におけるステータ３０の摩耗量を示す。
【図１０】他の接触部の拡大図を示す。
【図１１】振動アクチュエータ１００を備えたカメラ２００の模式的断面図である。
【図１２】振動アクチュエータ１０１を含む光学機器３００の模式図である。
【図１３】電気機械変換部３２２および伝達部３３１が一体となった組立体の斜視図である。
【図１４】振動アクチュエータ１０１の動作を説明する模式図である。
【図１５】振動アクチュエータ１０２の側面図である。
【図１６】振動アクチュエータ１０２の電気機械変換部４２２および伝達部４３１の組立体と、ロータ４４０の当接部４４２との斜視図である。
【図１７】振動アクチュエータ１０２の動作を説明する展開図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、振動アクチュエータ１００の全体を示す断面模式図である。なお、下記の説明においては、図中上側を「上」、図中下側を「下」として各要素の方向を記載する。しかしながら、これらの記載は、振動アクチュエータ１００が図示された方向に限って使用されることを意味するものではない。
【０００９】
振動アクチュエータ１００は、中心軸としての軸部９０と、軸部９０を中心として上方に向かって順次積層されたベースプレート１０と、圧電積層体２０と、ステータ３０と、ロータ４０と、出力歯車６０と、トッププレート８０とを有する。軸部９０の下端には、ベースプレート１０が結合される。また、トッププレート８０は、ナット９２により、軸部９０の軸方向に沿って下方に向かって締め込まれる。圧電積層体２０、ステータ３０、ロータ４０および出力歯車６０は、ベースプレート１０およびトッププレート８０の間に挟まれて、軸部９０の軸方向に相互に押し付けられる。
【００１０】
圧電積層体２０は、厚さ方向に互いに積層された複数の電気機械変換部２２を含み、ベースプレート１０により下方から支持される。圧電積層体２０の上面には、ステータ３０が重ねられる。これにより、ステータ３０は、圧電積層体２０により下方から支持される。ステータ３０の上面は、ロータ４０に対する接触面をなす。
【００１１】
ステータ３０は、軸部９０と同軸に配された振動体３２の下端に結合される。これにより、ステータ３０が揺動する場合は振動体３２も一体的に揺動する。ステータ３０の揺動を振動と見做した場合、振動体３２はステータ３０と共にひとつの振動の系をなす。よって、振動体３２の寸法および質量を変化させると、ステータ３０の固有振動数も変化する。なお、ステータ３０は、振動部の一例である。
【００１２】
ロータ４０は、接触部４２を介して、ステータ３０の上面に当接する。接触部４２は、ロータ４０に対して固定され、ロータ４０が軸部９０の周りを回転する場合は、ロータ４０と共に回転する。また、接触部４２は、弾性を有しており、外力が加えられると変形する。このため、ステータ３０が軸部９０の軸方向に振動した場合も、接触部４２は、接触面に追従して変形するので、ステータ３０との接触が維持される。
【００１３】
ロータ４０の上端は、軸部９０を回転軸とする回転方向について、出力歯車６０の下部と係合する。これにより、ロータ４０が軸部９０を回転軸として回転した場合は、出力歯車６０も連れ従って回転する。
【００１４】
出力歯車６０は、軸受け部７０を介して軸部９０から軸支される。これにより、出力歯車６０に負荷がかかっている場合であっても、出力歯車６０は、軸部９０の周りを円滑に回転する。出力歯車６０の外周にはピニオンギアが切られており、出力歯車６０は、出力歯車６０の回転を外部に出力できる。
【００１５】
与圧部５０は、例えば、伸長方向に付勢されたコイルバネであり、その上端は、出力歯車６０の下面に当接する。与圧部５０の下端は、ロータ４０の内面に上向きに形成された段差に当接する。
【００１６】
出力歯車６０は、内面に上向きに形成された段差を有する。出力歯車６０の上向きに形成された段差は、軸受け部７０の下面に当接する。軸受け部７０の上面はトッププレート８０に当接するので、出力歯車６０が上方に変位することはない。そのため、上端が出力歯車６０に当接した与圧部５０は、下端が当接したロータ４０を、ステータ３０に向けて付勢する。
【００１７】
図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。接触部４２は、ステータ３０と接触する接触面１２０と、接触面１２０に隣接し、接触面１２０と交差する方向に設けられた側面１２２、１２４を有する。接触部４２の側面１２２には、潤滑剤を含む樹脂層１１０が形成され、側面１２４には、同じく潤滑剤を含む樹脂層１１２が形成されている。
【００１８】
樹脂層１１０および１１２の厚さは、接触部４２のステータ３０に対する相対移動方向に対して直交する方向で定められる。接触部４２は、ステータ３０に対して、軸部９０を中心として回転する。そのため、ステータ３０に対する相対移動方向に対する直交する方向は、図２においては、軸部９０を中心に左右外側へ向かう方向となる。したがって、樹脂層１１０の厚さは、寸法１１４となり、樹脂層１１２の厚さは、寸法１１６となる。
【００１９】
振動アクチュエータ１００において、寸法１１４は１０μｍであり、寸法１１６は１０μｍである。また、接触部４２の厚さである寸法４４は８０μｍである。したがって、樹脂層１１０および１１２の厚さは、接触部４２の厚さ４４の２５％となる。樹脂層の厚さは、接触部４２の厚さに対して１５％以上であって、３０％未満とすることが好ましい。樹脂層の厚さを接触部４２の厚さに対して１５％より小さくすると後述する鉄粉の酸化防止効果が小さくなる。また、樹脂層の厚さを接触部４２の厚さに対して３０％以上としても鉄粉の酸化防止効果を高めることができず、振動アクチュエータ１００の製造費用が向上する。
【００２０】
また、接触部４２は、ステータ３０との接触によりステータ３０よりも多く摩耗するようにしている。例えば、接触部４２をステンレス鋼により形成し、ステータ３０をセラミックにより形成する。一般的に、ステンレス鋼は、セラミックよりも硬度が低いので、接触部４２は、ステータ３０との接触により、ステータ３０よりも多く摩耗する。
【００２１】
接触部４２の接触面は、ステータ３０との間で空隙を形成する孔部を有する。セラミックスは、原料粉末の固相反応により製造されるので、不可避に空隙を含む。このため、セラミックスにより形成されたステータ３０の表面には空隙が形成される。
【００２２】
セラミックスの例としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等の粉末を原料として焼結したセラミックスを用いることができる。より具体的には、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素および窒化ケイ素のいずれか、または、これらを二種以上含有する材料を用いることができる。本実施形態においては、酸化ジルコニウムを用いた。
【００２３】
また、ステンレス鋼の例としては、焼きを入れて弾性材料として使用できるＳＵＳ４２０Ｊ２等の他、ＳＵＳ４３１、４０３、４１０、４２０、４４０等のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いることができる。また、振動アクチュエータ１００の仕様に応じて、ＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系ステンレス鋼等の他のステンレス鋼、鉄系合金等を用いてもよい。本実形態においては、ＳＵＳ４２０Ｊ２を用いた。
樹脂層１１０および１１２に含まれる潤滑剤としては、フッ素系の樹脂が使用できる。より具体的には、ＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン樹脂）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオロライド）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ＴＦＥ／ＰＤＤ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体）のいずれか、または、これらを二種以上含有する材料を用いることができる。本実施形態においては、ＰＴＦＥを含むファインケミカル社のＦＣ−１０３耐熱ＴＦＥコートを用いた。
【００２４】
次に、樹脂層の形成方法について樹脂層１１０を例に説明する。まず、エタノールを用いて洗浄して乾燥させた接触部４２を準備し、樹脂層１１０を形成しない領域にマスキングを施す。次いで、ＦＣ−１０３耐熱ＴＦＥコートを用いて均一にＰＴＦＥを接触部４２の側面１２２に塗布する。ＰＴＦＥの塗布により、接触部４２の重量が２ｍｇ増加したら、オーブンを用いて２００℃で２０分間焼き付けを行う。このようにして、接触部４２の側面１２２に、固層のＰＴＦＥ潤滑剤を含む厚さ１０μｍの樹脂層１１０を形成した。塗布量の２ｍｇは、塗布面積およびＰＴＦＥの密度から算出した、膜厚を１０μｍとするのに必要なＰＴＦＥの重量である。
【００２５】
なお、接触部４２へのフッ素系樹脂の塗布は、フッ素系の樹脂を溶解させた溶液に、接触部４２を当該溶液に浸すことにより塗布してもよい。また、樹脂層１１０の厚みについては、予め定められた厚さよりも厚く形成し、その後、予め定められた厚さになるように削って調整してもよい。
【００２６】
図３は、圧電積層体２０を形成する電気機械変換部２２の斜視図である。電気機械変換部２２の各々は、圧電材料板２４、駆動電極２１、２３、２５、２７および共通電極２６を有し、電力を機械的振動に変換する。
【００２７】
圧電材料板２４は、ＰＺＴ等の圧電材料により形成された円板状の部材である。圧電材料板２４の下面は、共通電極２６により一面が覆われている。圧電材料板２４の上面は、周方向に分割して配された複数の駆動電極２１、２３、２５、２７が配されている。駆動電極２１、２３、２５、２７および共通電極２６は、ニッケル、金等の電極材料を、鍍金、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接付着させて形成する。
【００２８】
これにより、例えば、共通電極２６を接地電位に固定し、駆動電極２１、２３、２５、２７のいずれかに駆動電圧を印加した場合、当該駆動電極２１、２３、２５、２７の領域に限って圧電材料板２４の厚さが変化する。
【００２９】
圧電積層体２０は、上記のような電気機械変換部２２を、絶縁層を介して複数積層して形成される。また、圧電積層体２０の複数の電気機械変換部２２において、同じ位置にある駆動電極２１、２３、２５、２７には、同じ駆動電圧が、同じタイミングで印加される。
【００３０】
図４の（ａ）から図４（ｄ）は、振動アクチュエータ１００における圧電積層体２０の動作を説明する図である。圧電積層体２０において、電気機械変換部２２の複数の駆動電極２１、２３、２５、２７のいずれかに対して選択的に駆動電圧を印加すると、当該駆動電極２１、２３、２５、２７の位置において圧電材料板２４の厚さの変化が重畳される。これにより、ベースプレート１０に対するステータ３０の傾きが大きく変化する。
【００３１】
図４（ａ）に示す状態では、紙面手前側の駆動電極２７に圧電体を伸長させる電圧を印加し、紙面奥側の駆動電極２３に圧電体を収縮させる電圧を印加している。これにより、当初はベースプレート１０に対して平行であったステータ３０が、図示のように紙面後方に向かって傾斜する。
【００３２】
次いで、ステータ３０を上から見た場合に時計周りに、電圧を印加する駆動電極２１、２３、２５、２７を順次切り替えることにより、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すように、ステータ３０の傾く方向を時計周りに回転させることができる。なお、電圧を印加する順序を逆にした場合は、ステータ３０の傾きの回転方向が反転する。
【００３３】
再び、図１を参照すると、振動アクチュエータ１００において、ロータ４０は与圧部５０に付勢されるので、接触部４２がステータ３０に対して定常的に押し付けられ接触している。このため、ロータ４０は、傾斜方向を回転させつつ揺動するステータ３０から摩擦駆動力を得て、ステータ３０に対して相対的に回転する。
【００３４】
このとき、ロータ４０は、ステータ３０の傾斜方向の回転と逆に回転する。よって、振動アクチュエータ１００を上から見下ろした場合に、上記のようにステータ３０の傾き方向が時計周りに回転した場合は、ロータ４０の回転方向は反時計周りになる。こうして、圧電積層体２０に駆動電圧を供給された場合にロータ４０が回転運動する振動アクチュエータ１００が形成される。
【００３５】
なお、振動アクチュエータ１００の駆動電圧の周波数は、圧電積層体２０、ステータ３０、振動体３２および軸部９０等、振動アクチュエータ１００が動作する場合に振動する部分の固有振動数に近いことが好ましい。これにより、投入した電力に対して効率よく駆動力を発生させることができる。
【００３６】
また、振動アクチュエータ１００が発生する回転駆動力は、ステータ３０とロータ４０との摩擦力によって生じる。ここで、「Ｆ（摩擦力）＝μ（摩擦係数）×Ｎ（負荷荷重）」という原理に従い、負荷荷重Ｎが一定ならば摩擦力Ｆ∝摩擦係数μという関係が成り立つ。よって、振動アクチュエータ１００においては、与圧部５０の付勢力を強くしてステータ３０およびロータ４０の摩擦を大きくすることにより、駆動効率を向上させて出力トルクを増加させることができる。
【００３７】
次に、樹脂層１１０、１１２が設けられていない振動アクチュエータにおいて、駆動しない状態で放置した後に再び駆動すると、安定した駆動性能が得られない状況について説明する。図５は、駆動しない状態で３０分放置した後のロータの回転時間に対するロータの回転数の変化を示すグラフであり、３回続けて駆動を行った場合を示している。図５において、縦軸は回転数［ｒｐｍ］であり、横軸は回転時間［ｓｅｃ］である。図５のグラフから、樹脂層１１０、１１２を設けていない振動アクチュエータは、１回目の駆動では回転開始から０．４秒の間、ロータ４０は、ほとんど回転していないことが見て取れる。その後、徐々にロータ４０は回転し始め、約５秒後に１５０ｒｐｍに近い回転数に到達する。
【００３８】
１回目の測定の直後に行った２回目の測定では、０．１秒後から１５０ｒｐｍ以上の回転数に到達している。また、２回目の測定の直後に行った３回目の測定においても０．１秒後から１５０ｒｐｍ以上の回転数に到達している。このことから、樹脂層１１０、１１２を設けていない振動アクチュエータにおいて、駆動しない状態で３０分間放置すると、その後の１回目の駆動において、ロータ４０の回転数が上がらず、振動アクチュエータの駆動性能が安定しなくなることが判明した。
【００３９】
図６は、振動アクチュエータの待機時間に対する接触部４２とステータ３０との摩擦係数の変化を示すグラフである。図６において、縦軸は摩擦係数であり、横軸は待機時間［ｍｉｎ］である。図６のグラフから、待機時間とともに、接触部４２とステータ３０との摩擦係数が低下していくことが見て取れる。具体的には、６０分間の待機時間により、摩擦係数は０．８から０．４まで低下した。このような待機時間による摩擦係数の低下が図５に示したような、駆動開始時にロータ４０の回転数が上がりにくい原因となっていると考えられる。
【００４０】
図７は、待機時間に対するステータ上に残った鉄粉の酸素濃度の変化を示すグラフである。図７において、縦軸は酸素濃度［ａ．ｕ．］（任意単位（ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｕｎｉｔ））であり、横軸は待機時間［ｍｉｎ］である。図７のグラフから、待機時間とともに、鉄粉の酸素濃度は高くなり、６０分間の待機時間により、酸素濃度は、０．６０ａ．ｕ．から０．６７ａ．ｕ．に増加した。このように、酸素濃度の上昇と、摩擦係数の低下は、いずれも６０分間の待機時間で変化しており、その変化の傾向が一致した。このことから、接触部４２とステータ３０との間に介在する鉄粉が酸化されたことによって、接触部４２とステータ３０との摩擦係数が低下したと考えられた。なお、図５、図６および図７に示した結果は、樹脂層１１０、１１２が形成されていないこと以外の構成は、振動アクチュエータ１００と同じ振動アクチュエータを用いている。
【００４１】
図８は、立ち上がり性能と、鉄粉の酸化の有無とを示す表である。図８において「立ち上がり性能」の欄における○は、駆動しない状態で１時間放置した後においても駆動開始の０．１秒後から１５０ｒｐｍに近い回転数に到達したことを示し、×は、駆動開始の０．１秒後に、ほとんど回転しなかったことを示す。また、図８において「酸化の有無」の欄における○は、ステータ３０上に存在する鉄粉の酸化が抑制されたことを示し、×は、ステータ３０上に存在する鉄粉の酸化が抑制されなかったことを示す。
【００４２】
図８の表に示すように、樹脂層１１０、１１２が形成された振動アクチュエータ１００は、駆動しない状態で１時間放置したとしても、０．１秒後から１５０ｒｐｍの回転数となった。一方、樹脂層１１０、１１２が形成されていない振動アクチュエータにおいては、図５に示すように、０.１秒後において１０ｒｐｍ程度の回転数しか得られなかった。また、樹脂層１１０、１１２が形成された振動アクチュエータ１００は、駆動しない状態において、ステータ３０上に存在する鉄粉の酸素濃度の上昇がなかったのに対し、樹脂層１１０、１１２が形成されていない振動アクチュエータは、図７に示すように、酸素濃度の上昇が見られた。
【００４３】
樹脂層１１０、１１２が形成された振動アクチュエータ１００において、ステータ３０との摩擦により接触部４２が摩耗して、潤滑剤を含む鉄粉が生じる。潤滑剤を含む鉄粉は、ステータ３０と接触部４２との間に介在する。この状態において、接触部４２とステータ３０とが接触しながら回転すると、潤滑剤は、鉄粉の周囲を覆うように押し広げられる。これにより、接触部４２とステータ３０との間に介在する鉄粉の酸化が抑制される。この酸化の抑制により、樹脂層１１０、１１２が形成された振動アクチュエータ１００においては、駆動しない状態で長期間放置した後においても、ステータ３０と接触部４２の摩擦係数は低下しない。これにより、駆動しない状態で長期間放置されても、初期の駆動性能が不安定にならず、安定した駆動性能を有する振動アクチュエータが実現できる。
【００４４】
また、ステータ３０と接触部４２との間に介在される鉄粉は、ステータ３０との摩擦によりその後に生じた鉄粉と順次入れ替わる。潤滑剤を含む樹脂層１１０、１１２は、接触部４２の側面１２２および１２４に形成されているので、摩耗により生じた鉄粉には潤滑剤が含まれる。潤滑剤を含む鉄粉がステータ３０と接触部４２との間に供給され続けるので、長時間駆動して、接触部４２が摩耗した後においても、ステータ３０と接触部４２との間に介在する鉄粉の酸化は抑制される。したがって、振動アクチュエータ１００を長期間駆動した後において、駆動しない状態で長期間放置されたとしても、駆動性能は不安定にならない。
【００４５】
このように、本実施形態の振動アクチュエータ１００は、定常的な回転数、すなわち目標とする回転数に到達するまでの時間が短く、通電後の立ち上がり特性に優れるといえる。また、本実施形態の振動アクチュエータ１００は、駆動しない状態で長期間放置されたとしても、長期間放置される前と同じ駆動の応答性を示すので、駆動前の条件によらず、駆動の応答性が一定であるといえる。
【００４６】
一方、接触面１２０にのみ潤滑剤を含む樹脂層を設けた場合において、接触面１２０が摩耗した後は、潤滑剤を含まない鉄粉が生じる。そして、ステータ３０と接触部４２との間に介在する鉄粉が、潤滑剤を含まない鉄粉と入れ替わった後においては、ステータ３０と接触部４２との間に介在する鉄粉の酸化は抑制されない。そのため、駆動しない状態で長期間放置した後においては、安定した駆動性能が得られない。
【００４７】
なお、本実施形態において、側面１２２、１２４に樹脂層１１０、１１２を形成した例を示した。しかしながら、これに限られず、樹脂層を形成する側面は、側面１２２または１２４の何れか一方であってよい。
【００４８】
図９は、６０分駆動後におけるステータ３０の摩耗量を示す。図９において、縦軸は摩耗量［μｍ］であり、横軸は接触部４２の材質および樹脂層の有無を示す。図９に示すように、樹脂層１１０、１１２を設けた振動アクチュエータ１００は、６０分駆動後におけるステータ３０の摩耗量が０．４μｍであった。一方、樹脂層１１０、１１２を設けていない振動アクチュエータは、６０分駆動後におけるステータ３０の摩耗量が１．５μｍであった。このように、接触部４２の側面１２２、１２４に樹脂層１１０、１１２を設けることによって、ステータ３０の摩耗量をも低減できる振動アクチュエータが実現できることが判明した。
【００４９】
図１０は、他の接触部の拡大図を示す。図１０（ａ）は、他の接触部４６を示す。接触部４６におけるステータ３０と接する部分は、ステータ３０と接する側の厚みが薄くなった先細りの形状を有する。この場合において、ステータ３０との接触面積は、接触部４６の摩耗とともに大きくなる。この接触面積に応じた厚さで、樹脂層１３０、１３２を形成してもよい。例えば、図１０（ａ）に示した接触部４６は、上側に向かうにしたがい厚くなっている接触部４６に対応させて、上方に向かって樹脂層１３０、１３２が厚くなるように形成されている。
【００５０】
接触部４６において、ステータ３０との摩擦により摩耗すると、ステータ３０と、接触部４６との接触面積は大きくなる。このように、接触部４６の摩耗により変化する接触面積に応じて、樹脂層１３０、１３２の厚みを変化させ、接触面積に対する樹脂層の厚さの割合を予め定められた範囲内、例えば、１５％以上であって３０％未満の範囲内としている。これにより、接触部４６が摩耗したとしても、接触面積に対して同じ割合で潤滑剤を供給できるので、鉄粉の酸化防止を安定的に実現できる。
【００５１】
図１０（ｂ）は、他の接触部４８を示す。他の接触部４８において、樹脂層１３０は、樹脂層１３０の外側を覆う保護層１３６をさらに含む。また、樹脂層１３２は、樹脂層１３２の外側を覆う保護層１３８をさらに含む。このように、樹脂層は、樹脂層の外側を覆う保護層１３６、１３８を含んでもよく、保護層１３６、１３８を設けることによって、樹脂層１３０、１３２の剥がれ等を防止できる。また、樹脂層１３０、１３２に硬化剤を含ませて、樹脂層１３０、１３２の硬度を高くしてもよい。硬化剤としては、ガラス繊維を用いることができる。
【００５２】
図１１は、振動アクチュエータ１００を備えたカメラ２００の模式的断面図である。カメラ２００は、レンズユニット２０２およびカメラボディ２０１を含む。
【００５３】
レンズユニット２０２は、マウントシステム２０３を介して、カメラボディ２０１に対して着脱自在に装着される。レンズユニット２０２は、レンズ等の光学部品から構成される光学系２８０と、光学系２８０を収容する鏡筒２７０と、鏡筒２７０の内部に設けられて光学系２８０を駆動する振動アクチュエータ１００とを備える。
【００５４】
光学系２８０は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、前球２８２、変倍レンズ２８４、合焦レンズ２８６および主レンズ２８８を含む。合焦レンズ２８６および主レンズ２８８の間には、絞り装置２９０が配置される。
【００５５】
振動アクチュエータ１００は、光軸方向について鏡筒２７０の中程にあって相対的に小径な合焦レンズ２８６の下方に配置される。これにより、鏡筒２７０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ１００は鏡筒２７０内に収容される。振動アクチュエータ１００は、例えば、合焦レンズ２８６を光軸Ｘの方向に前進または後退させる。
【００５６】
カメラボディ２０１は、ファインダ２４０、制御部２５０、メインミラー２６２を収容する。メインミラー２６２は、レンズユニット２０２の光学系２８０を介して入射した被写体光束の光路上に傾斜して配置される斜設位置と、被写体光束を避けて上昇する退避位置（図中に点線で示す）との間を移動する。
【００５７】
斜設位置にあるメインミラー２６２は、被写体光束の大半を、上方に配置されたピント板２６６に導く。ピント板２６６は撮像素子２２０と光学的に共役な位置にあり、ピント板２６６に形成された被写体像は、ペンタプリズム２４８を通じてファインダ２４０から，正立正像として観察される。また、被写体光束の一部は、ペンタプリズム２４８により測光部２５２に導かれる。測光部２５２は、被写体輝度に応じた被写体光束の強度およびその分布を測定する。
【００５８】
ファインダ２４０は、接眼部２４２、ファインダ用表示部２４４およびハーフミラー２４６を含む。ファインダ用表示部２４４は、カメラ２００に設定された撮影条件等の情報を表す表示画像を生成する。ハーフミラー２４６は、ファインダ用表示部２４４に生成された表示画像を、フォーカシングスクリーンの映像に重畳する。これにより、ユーザは、ピント板２６６に形成された被写体像とファインダ用表示部２４４に形成された表示画像とを、接眼部２４２から併せて観察できる。
【００５９】
また、メインミラー２６２は、裏面にサブミラー２６４を有する。サブミラー２６４は、メインミラー２６２のハーフミラー部を透過した一部の被写体光束を、下方に配置された合焦部２５４に導く。これにより、メインミラー２６２が斜設位置にある場合は、合焦レンズ２８６の合焦位置を検出する。なお、メインミラー２６２が退避位置に移動した場合は、サブミラー２６４も被写体光束から退避する。
【００６０】
カメラボディ２０１において、レンズユニット２０２に対してメインミラー２６２の後方には、シャッタ２３０、光学フィルタ２２２および撮像素子２２０が順次配置される。シャッタ２３０が開放される場合は、その直前にメインミラー２６２が退避位置に移動するので、被写体光束は直進して撮像素子２２０に入射される。これにより、入射光の形成する画像が撮像素子２２０において電気信号に変換される。
【００６１】
カメラ２００において、レンズユニット２０２はカメラボディ２０１に対して電気的にも結合されている。これにより、レンズユニット２０２は、カメラボディ２０１から電力の供給を受けると共に、カメラボディ２０１の制御部２５０の制御の下に、カメラボディ２０１と連携して動作する。よって、例えば、カメラボディ２０１側の合焦部２５４が検出した被写体までの距離の情報に基づいて振動アクチュエータ１００の回転量および回転方向を制御することによりオートフォーカス機構を形成できる。
【００６２】
なお、振動アクチュエータ１００により合焦レンズ２８６を移動させる場合について例示したが、絞り装置２９０の開閉、変倍レンズ２８４におけるバリエータレンズの移動等を振動アクチュエータ１００で駆動してもよい。この場合も、電気信号を介して測光部２５２、ファインダ用表示部２４４等と情報を参照し合うことにより、振動アクチュエータ１００は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。
【００６３】
また、振動アクチュエータ１００は、撮影機、双眼鏡等の光学系以外の用途にも使用できる。例えば、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源等を例示できる。
【００６４】
図１２は、振動アクチュエータ１０１を含む光学機器３００の模式図である。光学機器３００は、光学部品３０２、保持枠３０４および案内軸３０６と、振動アクチュエータ１０１とを備える。
【００６５】
保持枠３０４は、レンズ等の光学部品３０２を保持する。また、保持枠３０４は、一対の案内軸３０６を挿通されて摺動可能に支持される。案内軸３０６は、光学部品３０２の光軸方向に互いに平行に配される。
【００６６】
保持枠３０４は、全体として円筒形をなすが、側周面の図中下部には平坦な当接面３０８を有する。当接面３０８は、案内軸３０６の軸方向に平行に形成され、振動アクチュエータ１０１の一部をなす。当接面３０８は、保持枠３０４の一部を加工して形成してもよいし、保持枠３０４の側周面に他の部材を付加して形成してもよい。
【００６７】
振動アクチュエータ１０１は更に、電気機械変換部３２２および伝達部３３１を含む。電気機械変換部３２２および伝達部３３１は、保持枠３０４に対して、図中下側に配され、保持枠３０４の側周面に位置する当接面３０８に当接する。
【００６８】
振動アクチュエータ１０１においては、電気機械変換部３２２および伝達部３３１が、案内軸３０６に対して相対位置を固定された状態で、保持枠３０４の当接面３０８に駆動力を伝達する。これにより、光学部品３０２は、保持枠３０４と共に、案内軸３０６に沿って光軸方向に移動する。これにより、光学部品３０２を含む光学系の特性が変化する。
【００６９】
図１３は、電気機械変換部３２２および伝達部３３１が一体となった組立体の斜視図である。伝達部３３１は矩形板状の形状を有し、図中下面に電気機械変換部３２２を有する。伝達部３３１の上面には、長手方向に離間して図中上方に突出する一対の突起部３４２が設けられる。光学機器３００においては、突起部３４２の先端が、保持枠３０４の当接面３０８に当接する。
【００７０】
電気機械変換部３２２は、圧電材料により形成された一対の圧電ブロックを含む。圧電ブロックは、伝達部３３１の長手方向に離間して配置される。一対の圧電ブロックは相互に絶縁され、個別に駆動電圧を印加できる。これにより、保持枠３０４の当接面３０８に当接させた状態で、伝達部３３１を変形させることができる。
【００７１】
図１４は、振動アクチュエータ１０１の動作を説明する模式図である。図１４において、（Ａ）列は、一対の圧電ブロックに印加される２相の駆動電圧Ａ、Ｂの実効値の変化を、タイミングｔ１からタイミングｔ９に至る時間の経過に従って示す。駆動電圧Ａ、Ｂは、相互に位相が９０度ずれた状態で周期的に変化する。
【００７２】
図１４において、（Ｂ）列は、上記駆動電圧Ａ、Ｂを印加された電気機械変換部３２２により伝達部３３１に生じる横振動の時間的変化を示す。ここで、横振動とは、電気機械変換部３２２が位相差をもって伸縮することにより伝達部３３１が屈曲変形した場合に、伝達部３３１の長手方向と直交する方向に変位を生じる振動を意味する。伝達部３３１は、駆動電圧Ａ、Ｂの変動周期に対して４次の横振動モードを有する。
【００７３】
図１４において、（Ｃ）列は、上記駆動電圧Ａ、Ｂを印加された電気機械変換部３２２により伝達部３３１に生じる縦振動の時間的変化を示す。ここで、縦振動とは、電気機械変換部３２２の伸縮に伴って伝達部３３１が伸縮することにより、伝達部３３１の長手方向に変位を生じる振動を意味する。伝達部３３１は、駆動電圧Ａ、Ｂの変動周期に対して１次の縦振動モードを有する。
【００７４】
図１４において、（Ｄ）列は、上記横振動および上記縦振動の合成により、伝達部３３１の突起部３４２先端に生じる楕円運動の時間的変化を示す。突起部３４２は、伝達部３３１の４次振動モードの腹の位置に配される。また、伝達部３３１は、例えば、長手方向中央において、案内軸３０６に対して相対的に固定される。これにより、突起部３４２の先端は、保持枠３０４の当接面３０８を、案内軸３０６の長手方向に突き動かす駆動力を生じる。これにより保持枠３０４は案内軸３０６の長手方向に沿って移動する。
【００７５】
上記のような振動アクチュエータ１０１においても、当接面３０８および突起部３４２のいずれか一方を金属系材料により形成すると共に、他方をセラミックにより形成する。そして、金属系材料により形成された部材の側面に潤滑剤を含む樹脂層を設ける。例えば、図１３に示した例において、保持枠３０４の表面に形成される当接面３０８をセラミックス材料等により形成し、突起部３４２と一体的な伝達部３３１を金属材料により形成する。そして、突起部３４２の側面３３２に潤滑剤を含む樹脂層を形成する。これにより、駆動しない状態で長期間放置されても、安定した駆動性能を有する振動アクチュエータとすることができる。
【００７６】
図１５は、振動アクチュエータ１０２の側面図である。振動アクチュエータ１０２は、図中下側から順次積層された、ベースプレート４１０、与圧部４５０、加圧板４５１、電気機械変換部４２２、伝達部４３１、ロータ４４０、緩衝板４６３および出力部４６１を有する。
【００７７】
与圧部４５０は、図中下端をベースプレート４１０に固定される。また与圧部４５０は、加圧板４５１を上方向に押し上げる付勢力を発揮する。加圧板４５１は、互いに一体をなす電気機械変換部４２２および伝達部４３１を、更に上方のロータ４４０に向かって押し付ける。これにより、伝達部４３１は、ロータ４４０の図中下面に形成された当接部４４２に押し当てられる。
【００７８】
ロータ４４０は、ベースプレート４１０に対して回転可能に配される。また、ロータ４４０は、緩衝板４６３を挟んで出力部４６１に結合される。これにより、ロータ４４０に生じた運動のうち、回転運動が出力部４６１に伝えられ、紙面と平行な回転軸の回りに、ロータ４４０および出力部４６１が一体的に回転する。また、ロータ４４０に生じた高さ方向の振動は、緩衝板４６３に吸収される。これにより、出力部４６１は、回転運動を効率よく外部に伝達できる。
【００７９】
図１６は、振動アクチュエータ１０２の電気機械変換部４２２および伝達部４３１の組立体と、ロータ４４０の当接部４４２との斜視図である。図１５と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
【００８０】
振動アクチュエータ１０２において、電気機械変換部４２２は、環状の伝達部４３１の図中下面に配された複数の圧電ブロックを含む。複数の圧電ブロックは、伝達部４３１の周方向に離間して配置される。一対の圧電ブロックは相互に絶縁され、個別に駆動電圧を印加できる。これにより、ロータ４４０の当接部４４２に当接させた状態で、伝達部４３１を部分的に変形させることができる。
【００８１】
また、伝達部４３１は、径方向に形成された複数の溝４３５を図中上面に有する。これにより、伝達部４３１の曲げ剛性が低くなり、電気機械変換部４２２による伝達部４３１の変形が容易になる。
【００８２】
ロータ４４０は全体として環状をなし、径方向の幅が狭い当接部４４２を下端に有する。これにより、当接部４４２は、伝達部４３１に対して強く押し付けられる。
【００８３】
図１７は、振動アクチュエータ１０２の動作を説明する展開図である。図１６を参照して説明したように、伝達部４３１の長手方向に配置された複数の圧電ブロックに、位相差を有して周期的に変動する駆動電圧を印加することにより、伝達部４３１に横振動および縦振動を生じさせることができる。
【００８４】
振動アクチュエータ１０２においては、伝達部４３１が環状なので、横振動が生じる位置を順次移動させることにより、周方向に進行する進行波が伝達部４３１に生じる。よって、伝達部４３１に当接する環状の当接部４４２には周方向の駆動力が伝達され、ロータ４４０が回転する。
【００８５】
上記のような振動アクチュエータ１０２においても、当接部４４２および伝達部４３１のいずれか一方を金属系材料により形成すると共に、他方をセラミックにより形成する。そして、金属系材料により形成された部材の側面に潤滑剤を含む樹脂層を設ける。例えば、図１６に示した例において、変形しない当接部４４２をセラミックス材料により形成し、進行波の発生と共に変形する伝達部４３１を金属系の材料により形成する。そして、伝達部４３１の側面４３２に潤滑剤を含む樹脂層を形成する。これにより、振動アクチュエータ１０２においても、駆動しない状態で放置された場合においても、安定した駆動を得ることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０、４１０  ベースプレート、２０  圧電積層体、２１、２３、２５、２７  駆動電極、２２、３２２、４２２  電気機械変換部、２４  圧電材料板、２６  共通電極、３０  ステータ、３２  振動体、４０、４４０  ロータ、４２、４６、４８  接触部、４４、１１４、１１６  寸法、５０、４５０  与圧部、６０  出力歯車、７０  軸受け部、８０  トッププレート、９０  軸部、９２  ナット、１００、１０１、１０２  振動アクチュエータ、１１０、１１２、１３０、１３２  樹脂層、１２０  接触面、１２２、１２４、３３２、４３２  側面、１３６、１３８  保護層、２００  カメラ、２０１  カメラボディ、２０２  レンズユニット、２０３  マウントシステム、２２０  撮像素子、２２２  光学フィルタ、２３０  シャッタ、２４０  ファインダ、２４２  接眼部、２４４  ファインダ用表示部、２４６  ハーフミラー、２４８  ペンタプリズム、２５０  制御部、２５２  測光部、２５４  合焦部、２６２  メインミラー、２６４  サブミラー、２６６  ピント板、２７０  鏡筒、２８０  光学系、２８２  前球、２８４  変倍レンズ、２８６  合焦レンズ、２８８  主レンズ、２９０  絞り装置、３００  光学機器、３０２  光学部品、３０４  保持枠、３０６  案内軸、３０８  当接面、３３１、４３１  伝達部、３４２  突起部、４３５  溝、４４２  当接部、４５１  加圧板、４６１  出力部、４６３  緩衝板
【図１】
2017055554.tif 000003
【図２】
2017055554.tif 000004
【図３】
2017055554.tif 000005
【図４】
2017055554.tif 000006
【図５】
2017055554.tif 000007
【図６】
2017055554.tif 000008
【図７】
2017055554.tif 000009
【図８】
2017055554.tif 000010
【図９】
2017055554.tif 000011
【図１０】
2017055554.tif 000012
【図１１】
2017055554.tif 000013
【図１２】
2017055554.tif 000014
【図１３】
2017055554.tif 000015
【図１４】
2017055554.tif 000016
【図１５】
2017055554.tif 000017
【図１６】
2017055554.tif 000018
【図１７】
2017055554.tif 000019