(57)【要約】【課題】駆動性能の良好な振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供する。【解決手段】振動アクチュエータ（１０）は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子（１３）と、電気機械変換素子（１３）が接合され、電気機械変換素子（１３）の励振によって振動波を生じる弾性体（１２）と、電気機械変換素子（１３）と弾性体（１２）とを接合する接合層（２０）と、弾性体（１２）に加圧接触され、振動波によって弾性体（１２）に対して相対移動する相対移動部材（１４）とを備え、接合層（２０）は、セラミック系接着剤により形成されているものとした。【選択図】図３
2009225523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子が接合され、前記電気機械変換素子の励振によって振動波を生じる弾性体と、
前記電気機械変換素子と前記弾性体とを接合する接合層と、
前記弾性体に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材と、
を備える振動アクチュエータであって、
前記接合層は、セラミック系接着剤により形成されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性体は、金属又はセラミックにより形成されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記セラミック系接着剤のヤング率は、前記弾性体のヤング率に略等しいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記セラミック系接着剤のヤング率は、前記電気機械変換素子の前記接合層側に形成される電極部のヤング率に略等しいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記セラミック系接着剤は、ジルコニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素の少なくとも１つを含有すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒。
【請求項７】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラ。
【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、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機械変換素子の伸縮を利用して、弾性体と相対移動部材との接触面に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、進行波によって駆動面に発生した楕円運動の波頭に相対移動部材を加圧接触させて相対移動部材を駆動する振動アクチュエータが知られている。一般的に、このような振動アクチュエータでは、電気機械変換素子と弾性体とが、導電性を有する樹脂製の接着剤により接合される。
【０００３】
弾性体と電気機械変換素子とを接合するこのような接着剤層の膜厚は、弾性体や電気機械変換素子の接合面の平面性や寸法精度によってムラが生じる場合がある。特に、電気機械変換素子は、作製時の焼結や分極によって変形して弾性体に対する接合面に歪みやうねりが生じやすく、接着剤層の膜厚ムラの大きな原因となっている。
そして、このような接着剤層の膜厚のムラによって、電気機械変換素子から弾性体へ伝わる振動の大きさにムラが生じ、振動アクチュエータの駆動が不安定になって駆動性能が低下したり、駆動効率が低下したりするという問題があった。
特許文献１では、接着剤の膜厚を均一にするために、電気機械変換素子の弾性体との接合面を平坦な研磨面とする手法が開示されている。
【特許文献１】特開平３−２０３５７６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、駆動性能の良好な振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ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。
請求項１の発明は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子（１３）と、前記電気機械変換素子が接合され、前記電気機械変換素子の励振によって振動波を生じる弾性体（１２）と、前記電気機械変換素子と前記弾性体とを接合する接合層（２０）と、前記弾性体に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材（１４）と、を備える振動アクチュエータであって、前記接合層は、セラミック系接着剤により形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記弾性体（１２）は、金属又はセラミックにより形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、前記セラミック系接着剤のヤング率は、前記弾性体（１２）のヤング率に略等しいこと、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、前記セラミック系接着剤のヤング率は、前記電気機械変換素子（１３）の前記接合層（２０）側に形成される電極部（１３１）のヤング率に略等しいこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
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項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記セラミック系接着剤は、ジルコニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素の少なくとも１つを含有すること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）備えるレンズ鏡筒（３）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるカメラ（１）である。
なお、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、後述の実施形態の構成を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させてもよい。さらに、その配置について特に限定のな構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、駆動性能の良好な振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ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、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、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一例に挙げて説明する。
【０００８】
（実施形態）
図１は、本実施形態のカメラ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すが、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、略円環形状であり、その円環中心軸方向が光軸方向（図１中の矢印Ａ方向）と略一致するようにレンズ鏡筒３内に配置されている。この超音波モータ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のレンズ枠４ａは、カム筒５とカム係合している。超音波モータ１０の駆動力によってカム筒５が光軸回りに回転すると、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、焦点調節が行なわれる。
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４を含む）によって、撮像素子６の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子６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。
【００１０】
図２は、本実施形態の超音波モータ１０を示す図である。図２では、超音波モータ１０の円環中心軸方向を通る断面を示している。
本実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１、移動子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、略円環形状の部材であり、弾性体１２，圧電体１３等を備えている。
弾性体１２は、略円環形状の部材であり、一方の端面（接合面１２ｃ）には、圧電体１３が接合され、他方の面には、複数の溝１２ａを切って形成された櫛歯部１２ｂが形成されている。この櫛歯部１２ｂの先端面は、圧電体１３の励振により、進行波が発生し、移動子１４を駆動する駆動面となる。弾性体１２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る。本実施形態の弾性体１２は、ステンレス鋼のＳＵＳ３０３により形成されている。
【００１１】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有する電気機械変換素子である。本実施形態では、圧電体１３として圧電素子を用いているが、電歪素子等を用いてもよい。
本実施形態の圧電体１３は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いて形成され、セラミック系接着剤によって形成された接合層２０によって、弾性体１２と接合されている（図３参照）。この接合層２０の詳細については後述する。
圧電体１３上には、不図示のフレキシブルプリント基板に電気的に接続された電極部が形成されており、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。
【００１２】
移動子１４は、略円環形状の部材である。この移動子１４は、後述する加圧部１８の加圧力によって弾性体１２の駆動面（櫛歯部１２ｂの先端面）に加圧接触され、弾性体１２の駆動面に生じる進行波によって摩擦駆動される。本実施形態では、移動子１４は、回転駆動される。
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り、移動子１４と支持体１６との間に設けられている。この緩衝部材１５は、移動子１４の振動を支持体１６側へ伝えないようにする。
支持体１６は、移動子１４を支持する部材である。支持体１６は、移動子１４と一体となって回転して移動子１４の回転運動を不図示の被駆動部材に伝達し、かつ、移動子１４の回転中心軸方向（円環中心軸方向）の位置を規制する部材である。
【００１３】
加圧部１８は、振動子１１と移動子１４とを加圧接触させる加圧力を発生する部分である。本実施形態の加圧部１８は、加圧板１８ａと皿バネ１８ｂとを備えている。
加圧部１８は、超音波モータ１０の円環中心軸方向（図２中の矢印Ａ方向）に沿って加圧力を発生させる。本実施形態の加圧部１８の加圧方向は、カメラ１の光軸方向（図１中の矢印Ａ方向）に略等しい。
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。皿バネ１８ｂは、加圧力を発生させる部材である。
【００１４】
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り、圧電体１３と加圧板１８ａとの間に設けられている。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機能を有する。
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。
【００１５】
本実施形態の接合層２０について説明する。
図３は、本実施形態の接合層２０を示す拡大図である。図３では、図２に示す断面での接合層２０及び接合層２０に隣接する領域の断面を拡大して示している。
接合層２０は、圧電体１３と弾性体１２との間に積層されている。本実施形態の接合層２０は、ジルコニウムを主成分とするセラミック系接着剤により形成されている。
本実施形態の接合層２０のヤング率（接合層２０を形成するセラミック系接着剤のヤング率）は、約２００ＧＰａである。また、弾性体１２は、ＳＵＳ３０３を用いて形成されており、そのヤング率は約１９３ＧＰａである。従って、接合層２０のヤング率は、弾性体１２のヤング率に略等しい。
圧電体１３の弾性体１２側の面（以下、圧電体側接合面１３ａという）には、電極部１３１が形成されている。電極部１３１は、圧電体側接合面１３ａ上にスクリーン印刷等を用いて銀ペーストにより形成されている。なお、本実施形態では、図３に示すように、電極部１３１の一部が弾性体１２に接しており、電極部１３１と弾性体１２との導通が確保できている。
【００１６】
ここで、接合層が、一般的に使用されているエポキシ系接着剤により形成された不図示の従来例の超音波モータと本実施形態の超音波モータとを比較する。従来例の超音波モータは、接合層がエポキシ系接着剤により形成されている点以外は、本実施形態の超音波モータ１０と略同様の形態である。従来例の接合層に用いられたエポキシ系接着剤のヤング率は、約３．２ＧＰａである。
従来例の超音波モータ及び本実施形態の超音波モータでは、以下のような理由から、弾性体１２と圧電体１３とを接合する接合層の厚さにムラが生じる場合がある。
（１）圧電体１３は、製造過程における焼結や分極等といった工程により、反り等の変形が生じやすい。そのため、図３に示すように、圧電体側接合面１３ａの表面は、波打ったように歪んだ形状等となってその平面性が低下する。電極部１３１は、そのような圧電体側接合面１３ａ上に、圧電体側接合面１３ａの表面形状に沿って略均一に形成される。従って、接合層の厚さにムラが生じる。
（２）電極部１３１の厚さにムラ（例えば、電極部の端部付近が厚く、中央部付近が薄くなる）が生じる場合があり、接合層の厚さにムラが生じる。
（３）弾性体１２の圧電体１３に対する接合面１２ｃの加工（旋盤加工、ラップ加工等）時における仕上がり寸法のばらつきにより、接合層の厚さにムラが生じる。
【００１７】
上述のような理由により接合層の厚さにムラが生じた場合、従来例の超音波モータでは、この接合層の厚さのムラにより、弾性体１２へ伝わる振動が不均一となるので、移動子１４の回転ムラが発生しやすく、超音波モータの駆動が不安定となりやすい。また、駆動時の異音等が発生しやすい。
また、接合層の厚さが特に厚い部分が、圧電体１３の発する振動を吸収して、弾性体１２へ伝達される振動を抑えるように機能する。そのため、超音波モータの消費電力が増大して、駆動効率が低下する。
このような異音や駆動効率の低下等の超音波モータの駆動性能の低下は、従来例の接合層のように、エポキシ系接着剤等の合成樹脂を主成分とする接着剤により形成された接合層のヤング率と、弾性体１２のヤング率との差が大きい場合に、特に顕著に発生する。
【００１８】
これは、弾性体１２と従来の接合層とのヤング率の差が大きいために、圧電体１３と弾性体１２との間に、弾性体１２とは弾性率が大きく異なる部材が存在する状態とみなすことができ、圧電体１３の振動が絶縁されて弾性体１２へ伝わり難くなるからである。このような弾性体１２と接合層とのヤング率の差及び接合層の厚さのムラは、超音波モータの駆動に大きな影響を与える。
従って、エポキシ系接着剤等により接合層を形成する場合には、接合層の厚さが薄く、かつ、均一であることが理想となる。そのため、弾性体１２と圧電体１３とを接合する際には、冶工具等により加圧力を付与して接合する場合が多い。しかし、圧電体１３は、上述のように歪みを有しているため、加圧によって割れや欠けが生じる場合がある。
【００１９】
これに対して、本実施形態の接合層２０は、セラミック系接着剤により形成したので、そのヤング率が約２００ＧＰａとなり、弾性体１２のヤング率（約１９３ＧＰａ）と略等しくなる。これにより、弾性体１２と接合層２０とは、振動等に対して略同等の特性を有する同一のものとしてみなすことができ、接合層２０が存在していない状態とみなすことができる。
従って、本実施形態によれば、図３に示すように、接合層２０の厚さにムラがある場合にも、圧電体１３からの振動を弾性体に良好に伝達できる。よって、超音波モータの駆動を安定させ、異音の低減や駆動効率の向上等、駆動性能を向上させることができる。
【００２０】
また、接合層２０の厚さや厚さムラ等が駆動に与える影響を考慮しなくてよいので、接合層を薄く形成するために弾性体１２と圧電体１３との接合時に大きな加圧力をかける必要がない。従って、接合時の圧電体１３の欠けや割れを防止できる。また、接合時の冶工具を簡略化でき、容易に製造できる。
なお、本実施形態では、焼結や分極により、圧電体１３の圧電体側接合面１３ａの平面性が低下する等して接合層２０の厚さにムラが生じている場合を例に挙げて説明したが、圧電体１３の圧電体側接合面１３ａ及び弾性体１２の圧電体１３に対する接合面１２ｃの平面性が良好である場合にも、本実施形態のようにセラミック系接着剤により接合層２０を形成すれば、良好な駆動性能の超音波モータを得ることができる。
【００２１】
（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る。
（１）本実施形態では、接合層２０は、セラミック系接着剤により形成される例を示したが、これに限らず、例えば、銀ペーストをセラミック系接着剤に混ぜたものにより形成してもよい。銀ペーストを添加することにより、圧電体１３の電極部１３１と弾性体１２との導通を確保できるので、接合層２０の厚さが厚くても影響を与えない。従って、圧電体１３と弾性体１２との接合時にかける加圧力が小さくでき、製造が容易に行える。
【００２２】
（２）本実施形態では、接合層２０はジルコニウムを主成分とするセラミック系接着剤により形成される例を示したが、これに限らず、弾性体１２のヤング率に略等しいものであれば、他のセラミック系接着剤を用いてもよい。例えば、ジルコニウム、炭化ケイ素、酸化アルミニウム（アルミナ）の少なくとも１つを含有するセラミック系接着剤を、弾性体１２のヤング率に合わせて適宜選択して用いることが可能である。例えば、炭化ケイ素を主成分とするセラミック系接着剤のヤング率は、約４３０ＧＰａであり、アルミナを主成分とするセラミック系接着剤のヤング率は、約３７０ＧＰａである。
なお、上記の各接着剤のヤング率は、一例であり、上記の値に限定されるものではない。
【００２３】
（３）本実施形態では、接合層２０のヤング率は、弾性体１２のヤング率に略等しい例を示したが、これに限らず、例えば、圧電体側接合面１３ａに形成される電極部１３１のヤング率に略等しいヤング率を有する接合層としてもよい。
また、セラミック系接着剤により接合層２０を形成するならば、接合層２０のヤング率と弾性体１２又は電極部１３１のヤング率との間に、本実施形態で示した接合層２０と弾性体１２とのヤング率の差（約７ＧＰａ）より多少大きな差が生じていてもよい。
【００２４】
（４）本実施形態では、圧電体１３の圧電体側接合面１３ａに電極部１３１が形成され、分極を行なった圧電体１３を接合層２０により弾性体１２と接合する例を示した。しかし、これに限らず、例えば、圧電体側接合面１３ａに電極部を形成せず、圧電体１３の他方の面にのみ電極部を形成して弾性体１２と圧電体１３とを接合し、その後に弾性体１２を電極として代用し、圧電体の分極を行なってもよい。
【００２５】
（５）本実施形態では、弾性体１２は、ＳＵＳ３０３により形成される例を示したが、これに限らず、例えば、他のステンレスや、真鍮（ヤング率は、約１００ＧＰａ）、銅（ヤング率は、約１３０ＧＰａ）、錫（ヤング率は、約５０ＧＰａ）等の金属により形成してもよいし、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム。ヤング率は、約２５０〜３７０ＧＰａ）等のセラミックにより形成してもよい。このとき、接合層２０に用いるセラミック系接着剤は、そのヤング率が弾性体のヤング率に近いものを適宜選択して使用すればよい。
なお、上記の各金属やセラミックのヤング率は、一例であり、上記の値に限定されるものではない。
【００２６】
（６）本実施形態では、移動子１４が回転駆動される超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、移動子が直線方向に駆動されるリニア型の振動アクチュエータに適用してもよい。
【００２７】
（７）本実施形態では、超音波領域の振動を用いる超音波モータ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用いる振動アクチュエータに適用してもよい。
【００２８】
（８）本実施形態では、超音波モータは、フォーカス動作時にレンズの駆動に用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズのズーム動作時の駆動に用いられる超音波モータとしてもよい。
また、本実施形態では、超音波モータは、カメラに用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、複写機の駆動部や、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部に用いてもよい。
なお、実施形態及び変形形態は、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。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態のカメラ１を示す図である。
【図２】本実施形態の超音波モータ１０を示す図である。
【図３】本実施形態の接合層２０を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：カメラ、３：レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１２：弾性体、１３：圧電体、１３１：電極部、１４：移動子、２０：接合層
【図１】
2009225523.tif 000003
【図２】
2009225523.tif 000004
【図３】
2009225523.tif 000005