JP2011015541A - 振動波アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体と弾性体との間の良好な接合が確保された振動波アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供する。
【解決手段】本発明の振動波アクチュエータ１０は、圧電体１３と、該圧電体１３の振動により振動波が生じる弾性体１２とを備え、前記圧電体１３は前記弾性体１２よりも薄く、前記弾性体１２と前記圧電体１３とは超音波接合により接合されていること、を特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、振動波アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラに関するものである。

超音波モータ等の振動波アクチュエータは、圧電体の励振により弾性体を振動させることにより、移動子を移動させるものである。このような振動波アクチュエータにおいて圧電体と弾性体との間は、エポキシ等の樹脂性の接着剤で接合されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２３３５５９号公報

しかし、樹脂性の接着剤は、圧電体で発生された振動を弾性体に伝える際にその振動を減衰させるため、振動効率が低下するという問題がある。

本発明の課題は、圧電体と弾性体との間の良好な接合が確保された振動波アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することである。

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に記載の発明は、圧電体（１３）と、該圧電体（１３）の振動により振動波が生じる弾性体（１２）とを備え、前記圧電体（１３）は前記弾性体（１２）よりも薄く、前記弾性体（１２）と前記圧電体（１３）とは超音波接合により接合されていること、を特徴とする振動波アクチュエータ（１０）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動波アクチュエータ（１０）であって、前記圧電体（１３）は、単層の圧電体（１３）であること、を特徴とする振動波アクチュエータ（１０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の振動波アクチュエータ（１０）であって、前記圧電体（１３）の前記弾性体（１２）に対する面（１３ａ）には、前記圧電体（１３）に電力を供給するための電極（１３ｄ）が前記面（１３ａ）の略全域にわたって設けられていること、を特徴とする振動波アクチュエータ（１０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の振動波アクチュエータ（１０）であって、前記圧電体（１３）の前記弾性体（１２）に対向する面（１３ａ）の縁部には、前記圧電体（１３）に電力を供給するための電極（１３ｄ）が設けられていること、を特徴とする振動波アクチュエータ（１０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ（１０）を備えること、を特徴とするレンズ鏡筒（３）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ（１０）を備えること、を特徴とするカメラ（１）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。

本発明によれば、圧電体と弾性体との間の良好な接合が確保された振動波アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。

本発明の一実施形態の超音波モータを備えるカメラの概略図である。 超音波モータの断面図である。 圧電体のＸＹ平面図であり、図３（ａ）は圧電体の弾性体側面を示す図、図３（ｂ）は、圧電体のＦＰＣ側面を示す図である。 超音波接合装置の接合部の拡大図である。 比較形態における圧電体のＸＹ平面図であり、図５（ａ）は圧電体の弾性体側面を示す図、図５（ｂ）は圧電体のＦＰＣ側面を示す図である。

以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、ＸＹＺ直交座標系を設けた。この座標系では、撮影者が光軸Ａを水平として横長の画像を撮影する場合のカメラの位置（以下、正位置という）において撮影者から見て左側に向かう方向をＸプラス方向とする。また、正位置において上側に向かう方向をＹプラス方向とする。さらに、正位置において被写体に向かう方向をＺプラス方向とする。

図１は本実施形態の超音波モータ１０を備えるカメラ１の概略図である。
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であってもよい。

レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、超音波モータ１０等を備えている。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７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、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に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向へ移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。

レンズ鏡筒３内に設けられたレンズ群（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と、その結像された被写体像が電気信号に変換され、変換された信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。

図２は、超音波モータ１０の断面図である。超音波モータ１０は、振動子１１、移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合された圧電体１３とを有する略円環形状の部材である。なお、弾性体１２と圧電体１３との接合については後述する。

弾性体１２は、ニッケルメッキされた亜鉛ダイキャストで製造された略円環形状の部材である。弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃを有する。
櫛歯部１２ａは、圧電体１３が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成され、この櫛歯部１２ａの先端面は、移動子１５に加圧接触され、移動子１５を駆動する駆動面となる。
ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面に、圧電体１３が接合されている。
フランジ部１２ｃは、弾性体１２の内径方向に突出した鍔状の部分であり、ベース部１２ｂの厚さ方向の中央に配置されている。このフランジ部１２ｃにより、振動子１１は、固定部材１６に固定されている。

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電気機械変換素子であって、弾性体１２より厚みが薄い単層の圧電素子からなる。
図３は、圧電体１３のＸＹ平面図であり、図３（ａ）は圧電体１３の弾性体側面１３ａを示す図であり、図３（ｂ）は、弾性体側面１３ａと反対側の面（以下、ＦＰＣ側面という）１３ｃを示す図である。

圧電体１３は、略円環形状の部材である。圧電体１３の弾性体側面１３ａには、全面にニッケルがニッケル電極１３ｄとして塗布されている。
圧電体１３におけるＦＰＣ側面１３ｃには、Ａ相、Ｂ相の２つの相の電気信号が入力される電極Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４が形成され、Ａ相とＢ相との間の１／４波長分間隔が設けられた部分には、グランドＧが設けられている。電極Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４、グランドＧは、圧電体１３のＦＰＣ側面１３ｃの表面に、スクリーン印刷によって銀ペーストにより電極が形成されている。
圧電体１３は、分極処理され、電極Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４及びグランドＧの間は圧電体１３の素地部１３ｅとなっている。

図２に戻り、フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３のＦＰＣ側面１３ｃにおける各相の電極に接続されている。
移動子１５は、アルミニウム等の軽金属によって形成され、弾性体１２の駆動面に生じる進行波によって回転駆動される部材である。
出力軸１８は、略円柱形状の部材である。出力軸１８は、一方の端部がゴム部材２４を介して移動子１５に接しており、移動子１５と一体に回転するように設けられている。

加圧部材１９は、振動子１１と移動子１５とを加圧接触させる加圧力を発生する部材であり、ギア４とベアリング受け部材２１との間に設けられている。
ギア４は、出力軸１８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅリング等のストッパ２２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸１８と一体となるように設けられている。ギア４は、出力軸１８の回転とともに回転することにより、ギア５（図１参照）に駆動力を伝達する。

また、ベアリング受け部材２１は、ベアリング１７の内径側に配置され、ベアリング１７は、固定部材１６の内径側に配置された構造となっている。
加圧部材１９は、振動子１１を移動子１５側へ、出力軸１８の軸方向に加圧しており、この加圧力によって、移動子１５は、振動子１１の駆動面に加圧接触し、回転駆動される。

本実施形態で、圧電体１３と弾性体１２とは超音波接合装置１００により接合されている。図４は、超音波接合装置１００の接合部１０１の拡大図であり、圧電体１３と弾性体１２とを挟持した状態を示している。超音波接合装置１００は、図示するように、固定台１０２と、その固定台１０２に対して超音波振動する超音波振動子１０３とを備える。

この超音波接合装置１００による圧電体１３と弾性体１２との接合は、以下のように行う。
まず、圧電体１３の一面にニッケル電極１３ｄを塗布する。
そして、超音波接合装置１００の固定台１０２の上に弾性体１２を載置する。
その上に圧電体１３を、ニッケル電極１３ｄが塗布された側を下にして配置する。
圧電体１３の上に超音波振動子１０３を載せて超音波振動子１０３を固定台１０２側に加圧力Ｐで押圧する。
加圧力Ｐで押圧された状態で、超音波振動子１０３を超音波振動させる。
この超音波振動により、ニッケル電極１３ｄ及び弾性体１２の接合界面の酸化被膜や汚れが取り除かれ、両者が超音波接合される。超音波接合によると、結晶粒同士が原子間距離になるまで接近し、強力な引力が働いて冶金結合を生成し、強固な結合力を得ることができる。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）図５は、上述の実施形態に対する比較形態における圧電体１１３のＸＹ平面図であり、図３に対応している。図５（ａ）は圧電体１１３の弾性体側面１１３ａを示す図であり、図５（ｂ）は、圧電体１１３のＦＰＣ側面１１３ｃを示す図である。

比較形態においては、図５（ａ）に示すように、圧電体１１３における弾性体側面１１３ａに、スクリーン印刷によって銀ペースト１３１が塗布されて電極が形成されている。そして、圧電体１１３の弾性体側面１１３ａに、接着剤が塗布され、圧電体１１３と弾性体とが接着される。このとき、圧電体１１３の弾性体側面１１３ａは、弾性体に押し付けられることにより、銀ペースト１３１が塗布されている部分の一部が、弾性体と直接接触し、圧電体１１３と弾性体１１２との間の電気接続が確保される。

しかし、この際、圧電体１１３と弾性体との間の電気接続を確保しつつ、両者間の接着も確実に行う必要がある。このため、圧電体１１３の外周端と内周端には、素地部１３２が設けられている。この素地部１３２は、圧電体１３の素地が露出している部分であり、圧電体１１３と弾性体とを接着剤によって接合する場合、接着剤がこの素地部１３２に入り込むことにより投錨効果（アンカー効果）が得られ、接着強度が確保される。

このように素地部１３２は、接着強度を確保するために必要な部分であるが、銀ペースト１３１が塗布されていないため、分極することができない。このため、素地部１３２の面積だけ、駆動信号が印加される面積が減少し、駆動効率が劣ることになる。

これに対して本実施形態では、ニッケル電極が接着剤としての機能を有している。このため、電極部と素地部とを別々に設ける必要がなく、弾性体側面１１３ａの全面積を電極として用いることができ、高い駆動効率を得ることができる。

（２）上述の図５で示す比較形態の場合、不導体の接着剤が圧電体１１３と弾性体１２との間に介在しているため、導通不具合が生じる可能性がある。しかし、本実施形態によると、圧電体１１３と弾性体１２とがニッケル電極を介して金属により接合されるため、導通が切断される可能性が少なく、良好な導通が確保される。

（３）上述の図５で示す比較形態の場合、接着剤が弾性体１２と圧電体１１３との間に介在している。このため、圧電体１３で発生した振動は弾性体１２に伝達される際に、いくらか減衰する。しかし、本実施形態によると、圧電体１３と弾性体１２とがニッケル電極を介して金属により接合されるため、振動の減衰が小さい。

（４）また、樹脂等の接着剤により弾性体１２と圧電体１１３とを接着した場合、樹脂性接着剤は温度変化や経年によって劣化する可能性がある。しかし、本実施形態のように金属による超音波接合の場合、接合部分が温度変化や経年により劣化する可能性が低いため、超音波モータの耐久性が向上する。

（５）さらに、接着剤を用いて接着する場合、接着剤の量が多いと弾性体１２と圧電体１１３と隙間から接着剤がはみ出し、また、接着剤の量が少なければ十分な接着強度を確保することができない。このため接着剤の量の調整が容易ではない。しかし、本実施形態のように、金属による超音波接合の場合、このようなことがない。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態で弾性体１２は、ニッケルメッキされた亜鉛ダイキャストで製造したが、これに限定されず、ニッケル又はアルミニウム等の他の金属であってもよい。
（２）また、本実施形態では、圧電体１３の弾性体側面１３ａに塗布される電極としてニッケルを用いたが、これに限定されず、超音波接合に適するものであれば、アルミニウム，胴，金またはそれらの合金等の他の材質であってもよい。
（３）本実施形態で、圧電体１３のＦＰＣ側面の電極は銀ペーストを用いたが、これに限定されず、弾性体側面１３ａの電極と同様にニッケルであってもよく、またアルミニウム，胴，金またはそれらの合金等であってもよい。
（４）本実施形態で圧電体１３及び弾性体１２は円環形状を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、矩形、楕円、円形等他の形状であってもよい。
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。

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、１３ｄ：電極

Claims (6)

1. 圧電体と、
   該圧電体の振動により振動波が生じる弾性体とを備え、
   前記圧電体は前記弾性体よりも薄く、前記弾性体と前記圧電体とは超音波接合により接合されていること、
   を特徴とする振動波アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の振動波アクチュエータであって、
   前記圧電体は、単層の圧電体であること、
   を特徴とする振動波アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の振動波アクチュエータであって、
   前記弾性体の前記弾性体に対する面には、前記圧電体に電力を供給するための電極が前記面の略全域にわたって設けられていること、
   を特徴とする振動波アクチュエータ。
4. 請求項２に記載の振動波アクチュエータであって、
   前記圧電体の前記弾性体に対向する面の縁部には、前記圧電体に電力を供給するための電極が設けられていること、
   を特徴とする振動波アクチュエータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータを備えること、
   を特徴とするレンズ鏡筒。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータを備えること、
   を特徴とするカメラ。

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