JP2013247799A - 振動アクチュエータの製造方法、振動アクチュエータ及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動伝達効率の良い振動アクチュエータの製造方法、振動アクチュエータ及び光学機器を提供する。
【解決手段】本発明の振動アクチュエータ１００の製造方法は、電気機械エネルギー変換素子３３，３４と第１部材３１，３２とを、金属結合により接合する工程と、前記電気機械エネルギー変換素子３３，３４と金属接合された前記第１部材３１，３２の表面に、耐摩耗性部材３２Ａを貼着する工程と、を備えること、を特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、振動アクチュエータの製造方法、振動アクチュエータ及び光学機器に関するものである。

従来、振動アクチュエータは、弾性体に圧電素子をエポキシ等の接着剤で接合し、圧電体の振動によって弾性体を振動させ、その弾性体に加圧接触された相対移動部材を回転させる。そして、この弾性体における相対移動部材と接触する駆動面に、耐磨耗性膜をつけることで、良好な摺動性を得ことが出来る（特許文献１参照）。

特開２０１１−１６６９０１号公報

しかし、上記従来技術では、圧電素子と弾性体とを接着剤を介して接合しているため、接着剤部分で振動伝達のロスを生じている。

本発明の課題は、振動伝達効率の良い振動アクチュエータの製造方法、振動アクチュエータ及び光学機器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、電気機械エネルギー変換素子（３３，３４）と第１部材（３１，３２）とを、金属結合により接合する工程と、前記電気機械エネルギー変換素子（３３，３４）と金属接合された前記第１部材（３１，３２）の表面に、耐摩耗性部材（３２Ａ）を貼着する工程と、を備える振動アクチュエータ（１００）の製造方法である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ（１００）の製造方法であって、前記耐摩耗性部材（３２Ａ）は、液状の樹脂材料を金属箔（３２Ｂ）の表面に塗布して、前記樹脂材料及び該金属箔（３２Ｂ）を加熱して前記樹脂材料を硬化させて製造されたものであること、を特徴とする振動アクチュエータ（１００）の製造方法である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動アクチュエータ（１００）の製造方法において、前記金属結合による接合は、表面活性化法による常温真空接合であること、を特徴とする振動アクチュエータ（１００）の製造方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法で製造された振動アクチュエータ（１００）である。
請求項５に記載の発明は、電気機械エネルギー変換素子（３３，３４）と、該電気機械エネルギー変換素子（３３，３４）と金属結合により接合され、該電気機械エネルギー変換素子（３３，３４）の変形により駆動される第１部材（３１，３２）と、前記第１部材（３１，３２）に圧接され、該第１部材（３１，３２）の駆動によって該第１部材（３１，３２）に対して相対移動する相対移動部材（２０）と、を備え、前記電気機械エネルギー変換素子（３３，３４）と金属接合された前記第１部材（３１，３２）の表面に、金属箔（３２Ｂ）を介して耐摩耗性部材（３２Ａ）が貼着されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１００）である。
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の振動アクチュエータ（１００）を備える光学機器（２００，３００）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、振動伝達効率の良い振動アクチュエータの製造方法、振動アクチュエータ及び光学機器を提供することができる。

本実施形態の振動アクチュエータの正面図である。 図１の振動アクチュエータを用いたカメラの概念図である。 リフタと、リフト駆動体との接合方法を示すフローチャートである。 樹脂材料の取り付け方法の説明図である。 樹脂材料の取り付け方法を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態である振動アクチュエータの製造方法、振動アクチュエータ、その振動アクチュエータを備えたレンズ鏡筒、及びそのレンズ鏡筒を備えたカメラを図面に基づいて説明する。

図１は、振動アクチュエータ１００の正面図である。図２は、振動アクチュエータ１００を備えるレンズ鏡筒３００およびそのレンズ鏡筒３００が装着されたカメラ２００の概念図である。
図１に示すように、本実施形態の振動アクチュエータ１００は、ベース部材１０と、ベース部材１０上に載置されたロータ２０と、を備えている。

ベース部材１０は、例えばステンレス鋼等の金属材料により中空円筒状に形成され、中央に支持軸１１５が挿通固定されている。
ベース部材１０におけるロータ２０と対向する端部には、後述する駆動機構３０を収容する保持凹部１１が、周方向に６カ所設けられている。

ロータ２０は、支持軸１１５によって回転自在に軸支されている。ロータ２０の外周面には、回転力を出力するための歯車１２５が形成されている。ロータ２０は、駆動機構３０によって支持されている。

駆動機構３０は６つ設けられており、周方向に６カ所設けられた保持凹部１１にそれぞれ保持されている。
１つの駆動機構３０は、ロータ２０を持ち上げるリフタ３１と、ロータ２０を回転方向に移動するスライダ３２と、リフタ３１とベース部材１０との間に配置されたリフト駆動体３３と、リフタ３１とスライダ３２との間に配置されたスライド駆動体３４とを備えている。

リフタ３１は、例えば亜鉛ダイキャストで、ベース部材１０における保持凹部１１に収容されている。その上面は、ベース部材１０の上面より所定量上側に突出している。

リフト駆動体３３とスライド駆動体３４とは、それぞれ並列配置された２つの圧電素子を備えている。各圧電素子は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって製造された矩形の板材であって、圧電効果を有している。
リフト駆動体３３は、リフタ３１の外面と、保持凹部１１の内壁面との間に、それぞれ配置されている。リフト駆動体３３と、リフタ３１の外面との間は、常温真空接合によって接合されている。

スライダ３２は、例えばステンレス製で、スライド駆動体３４を介してリフタ３１の上面に配設されている。スライダ３２の上面には、樹脂材料３２Ａが金属箔３２Ｂを介して接合されている。この樹脂材料３２Ａ及び金属箔３２Ｂについては後述する。

リフト駆動体３３と、スライド駆動体３４とには、図示しない制御装置によって制御される駆動回路からそれぞれ駆動電圧が印加される。この駆動電圧によってリフト駆動体３３が振動してリフタ３１を昇降駆動すると共に、スライド駆動体３４が振動してスライダ３２を周方向Ｒに駆動する。

６個の駆動機構３０における、一つおきの駆動機構３０は同一グループとして同位相で、一つおきの他方のグループとは異なる位相で作動する。これにより、同一グループの駆動機構３０ごとに、ロータ２０を周方向Ｒにおいて交互に支持し、ベース部材１０に対して相対的に駆動させ、ロータ２０は周方向Ｒに連続して回転駆動する。

図２は、振動アクチュエータ１００を備えるレンズ鏡筒３００が装着されたカメラ２００の概念図である。カメラ２００は、撮像素子２０２を有するカメラボディ２０１と、レンズ鏡筒３００とを備えている。レンズ鏡筒３００は、カメラボディ２０１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３００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としてもよい。

レンズ鏡筒３００は、フォーカシングレンズ３０１、カム筒３０２、振動アクチュエータ１００およびこれらを包囲する筐体３０３等を備えている。
振動アクチュエータ１００は、カム筒３０２と筐体３０３の間の円環状の隙間に配置されている。振動アクチュエータ１００は、そのロータ２０の歯車１２５が、カム筒３０２の外周に形成された歯車に噛合して配設され、カム筒３０２を回転駆動する。これにより、カメラ２００のフォーカス動作時においてフォーカシングレンズ３０１を駆動する。

カム筒３０２は、振動アクチュエータ１００による回転操作によって、筐体３０３内に光軸ＯＡと平行する方向に移動可能に設けられている。
フォーカシングレンズ３０１は、カム筒３０２に保持されている。そして、振動アクチュエータ１００の駆動によるカム筒３０２の移動によって光軸ＯＡ方向に移動して焦点調節を行う。
なお、図示しないが、レンズ鏡筒３００は、フォーカシングレンズ３０１の他に複数のレンズ群を備えている。

そして、フォーカシングレンズ３０１は、被写体の位置に応じて、振動アクチュエータ１００を介して駆動され、フォーカスが調整され、撮像素子２０２の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子２０２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。

次に、本実施形態に係る、駆動機構３０の製造方法について説明する。
図３は、リフタ３１と、リフト駆動体３３との接合方法を示すフローチャートである。
まず、リフタ３１を洗浄して塵埃を除去する（Ｓ１）。
次に、リフタ３１を金属メッキ槽に入れてリフタ３１のリフト駆動体３３が接合される接合面３１ａに金属メッキをする（Ｓ３）。金属メッキは、銅、錫、金、銀及びニッケル等のメッキであるが、実験結果によると、銅メッキが接合性に優れていることが判明している。また、金属メッキの厚みは、０．１μ〜１０μが好ましい。

金属メッキされた表面とリフト駆動体３３との表面は、接合し易いように平坦であることが好ましい。表面の粗さ条件は、Ｒａ（粗さの平均値）及びＲｚ（粗さの最大値）が最大で１μｍであることが好ましい。幾何学交差条件は、接合面全体にわたり、平面度が最大で０．５μｍであることが好ましい。また、金属メッキをされた表面は、酸化されていないことが好ましい。このため、金属メッキの表面を化学的な接合面酸化膜除去処理を行う（酸化膜除去工程，Ｓ５）。なお、この酸化膜除去工程は、接合直前が好ましい。

一方、リフト駆動体３３も洗浄して塵埃を除去する（Ｓ１１）。
次に、リフト駆動体３３の接合面３３ａをスパッタリングして表面の酸化膜を除去する表面活性化処理をする（Ｓ１３）。
この場合、リフト駆動体３３の表面は、接合し易いにように、表面粗さ条件は、ＲａとＲｚが最大で１μｍであることが好ましい。幾何学交差条件は、接合面全体にわたり、平面度が最大で０．５μｍであることが好ましい。

次に、リフタ３１とリフト駆動体３３とにおいて、金属メッキされた部分と表面活性化処理をされた部分とを接合する（Ｓ２１）。
このとき、金属メッキの表面は、酸化されていない活性化された表面になっている。そして、リフタ３１及びスライダ３２の金属メッキの表面原子とリフト駆動体３３の活性化された表面の表面原子とが接合して、リフタ３１とリフト駆動体３３とが表面活性化常温真空接合（ＳＡＢ、Ｓｕｆａｃｅ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）される。

なお、上記にリフタ３１とリフト駆動体３３の接合について説明したが、リフタとスライド駆動体３４との間の接合、及びスライダ３２とスライド駆動体３４との間の接合も同様にＳＡＢで行う。これにより、リフタ３１の側面にリフト駆動体３３が接合され、リフタ３１の上面に、スライド駆動体３４を挟んでスライダ３２が接合された駆動機構３０が製造される。

次いで、上述の方法で製造された駆動機構３０に、本実施形態の方法により樹脂材料３２Ａを接合する。
一般に、弾性体（本願のスライダ）に樹脂材料（樹脂膜）を設ける場合、弾性体上に液状の樹脂を塗布して加熱硬化させる。しかし、本実施形態の場合、駆動機構３０の製造において常温真空接合を用いる。この常温真空接合を行う前に、樹脂材料を形成すると、常温接合の際に樹脂材料からガスが発生する。また、常温接合を行った後で、スライダ上に液状樹脂を塗布して加熱硬化させると、圧電素子に悪影響を及ぼす。
そこで、本実施形態では、樹脂材料を先に熱硬化させた後、駆動機構３０（スライダ３２の表面）に貼着する。

以下、その樹脂材料の取り付け方法について説明する。図４は、樹脂材料の取り付け方法の説明図である。また、図５は樹脂材料の取り付け方法を説明するフローチャートである。

まず、アルミや銅製の金属箔３２Ｂを用意する。この金属箔３２Ｂは洗浄等を行い、塵埃を除去して表面を清浄な状態にしておく（Ｓ３１）なお、金属箔の厚さは、例えば１０〜２０μｍである。
この金属箔の上に、樹脂材料３２Ａを塗布する（Ｓ３２）。樹脂材料３２Ａは、例えばＰＴＦＥを含んだポリアミドイミド等の熱硬化性樹脂である。

樹脂材料３２Ａが塗布された金属箔３２Ｂの焼付けを行い、樹脂材料３２Ａを硬化させる。この硬化によって樹脂材料３２Ａと金属箔３２Ｂとが接合される（Ｓ３３）。なお、硬化後の樹脂材料の厚さは５０μｍ程度である。
金属箔３２Ｂと硬化された樹脂材料３２Ａとの接合体を切断する（Ｓ３４）。

切断された金属箔３２Ｂと樹脂材料３２Ａとの接合体を、金属箔３２Ｂ側が駆動機構３０（スライダ３２）の摺動面側になるようにして接着剤によって貼り付ける（Ｓ３５）。接着剤は、例えばシアノ系の接着剤や嫌気性の接着剤である。
この際、駆動機構３０（スライダ３２）の駆動面が面取りされている場合は面取りの形状に沿って貼着する。金属箔及び樹脂材料は薄い場合はそのまま貼着することで、面取り形状に沿った形になる。また、厚い場合は、金属箔等に切れ込みを入れて貼着してもよい。
以上の工程により、駆動機構３０の表面に樹脂材料３２Ａが接合される。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）一般に、弾性体（本願のスライダ及びリフト駆動体）に樹脂材料を設ける場合、弾性体上に液状の樹脂を塗布して加熱硬化させる。しかし、本実施形態の場合、駆動機構３０の製造において常温真空接合を用いる。この常温真空接合を行う前に、樹脂材料を形成すると、常温接合の際に樹脂材料からガスが発生する。また、常温接合を行った後で、スライダ上に液状樹脂を塗布して加熱硬化させると、圧電素子に悪影響を及ぼす。さらに、硬化後の樹脂は、潤滑性を有するために弾性体に直接貼り付けることが出来ない。
しかし、本実施形態では、金属箔３２Ｂ上に塗布された樹脂材料３２Ａを先に熱硬化させ、この熱硬化後の樹脂材料３２Ａを駆動機構３０（スライダ３２の表面）に貼着する。これによって、常温真空接合で圧電素子（リフト駆動体３３，スライド駆動体３４）が接合された弾性体（スライダ３２，リフタ３１）に、悪影響を及ぼすことなく、樹脂材料３２Ａを取り付け方法ることが出来る。

（２）また、金属箔３２Ｂは、十数μｍと薄いため、振動への影響は非常に小さい。
（３）さらに、金属箔３２Ｂを貼り付ける接着剤の減衰は、樹脂材料３２Ａと同等であるため、影響は出ない。
（４）スライド駆動体３４の面取り形状に沿って金属箔３２Ｂと樹脂材料３２Ｂとの接合体を貼着するので、Ｒ面が簡単に形成できる。
（５）本実施形態の構造によると、摺動面（スライダ３２）の高さ揃えの際の加工量を増やせる。

（６）本実施形態によると、圧電素子（リフト駆動体３３，スライド駆動体３４）と弾性体（スライダ３２，リフタ３１）との間に振動の伝達を阻害する接着剤を用いる必要がない。したがって、圧電素子（リフト駆動体３３，スライド駆動体３４）の振動が減衰されることなく弾性体（スライダ３２，リフタ３１）に伝達され、圧電素子（リフト駆動体３３，スライド駆動体３４）からロータ２０への振動伝達効率を高めることができる。

（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。

（変形例）
以上説明した形態に限らず、以下の形態でもよい。
（１）本実施形態は、ベース部材１０の周方向６箇所に、駆動機構３０が配置され、その駆動機構３０に対してロータ２０が圧接している形状の振動アクチュエータについて説明したが、本発明はそれに限定されない。圧電素子と弾性体が金属結合（例えば真空常温結合）していれば、例えば圧電素子、弾性体及びロータが円環型のものであってもよい。

（２）金属の表面を活性化した金属接合による常温真空接合の代わり、金属共有結合による常温真空接合であってもよい。
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。

１０：ベース部材、２０：ロータ、３０：駆動機構、３１：リフタ、３２：スライダ、３２Ａ：樹脂材料、３２Ｂ：金属箔、３３：リフト駆動体、３４：スライド駆動体、１００：振動アクチュエータ、２００：カメラ、３００：レンズ鏡筒

Claims (6)

1. 電気機械エネルギー変換素子と第１部材とを、金属結合により接合する工程と、
   前記電気機械エネルギー変換素子と金属接合された前記第１部材の表面に、耐摩耗性部材を貼着する工程と、
   を備える振動アクチュエータの製造方法。
2. 請求項１に記載の振動アクチュエータの製造方法であって、
   前記耐摩耗性部材は、液状の樹脂材料を金属箔の表面に塗布して、該樹脂材料及び該金属箔を加熱して前記樹脂材料を硬化させて製造されたものであること、
   を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
   前記金属結合による接合は、表面活性化法による常温真空接合であること、
   を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法で製造された振動アクチュエータ。
5. 電気機械エネルギー変換素子と、
   該電気機械エネルギー変換素子と金属結合により接合され、該電気機械エネルギー変換素子の変形により駆動される第１部材と、
   前記第１部材に圧接され、該第１部材の駆動によって該第１部材に対して相対移動する相対移動部材と、を備え、
   前記電気機械エネルギー変換素子と金属接合された前記第１部材の表面に、金属箔を介して耐摩耗性部材が貼着されていること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
6. 請求項４または５に記載の振動アクチュエータを備える光学機器。

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