JP2014233175A - Vibration actuator, lens barrel and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器に関する。 The present invention relates to a vibration actuator, a lens barrel, and an electronic device.
従来、電気機械変換素子と弾性体とが接合された振動子を有し、電気機械変換素子の伸縮を利用して弾性体に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、この進行波によって、振動子（弾性体）に加圧接触した相対移動部材を摩擦駆動する振動アクチュエータが知られている。この種の振動アクチュエータでは、弾性体は、与えられた振動を効率よく相対移動部材へ伝えるために、高弾性材料、例えば、ステンレス系の金属材料等が用いられる。 Conventionally, it has a vibrator in which an electromechanical conversion element and an elastic body are joined, and a progressive vibration wave (hereinafter referred to as a traveling wave) is generated in the elastic body using the expansion and contraction of the electromechanical conversion element. A vibration actuator that frictionally drives a relative movement member that is in pressure contact with a vibrator (elastic body) by a wave is known. In this type of vibration actuator, the elastic body uses a highly elastic material, for example, a stainless steel metal material, etc., in order to efficiently transmit a given vibration to the relative movement member.
このような振動アクチュエータでは、振動子と相対移動部材との摩擦接触面が振動アクチュエータの駆動の安定性や効率等に与える影響が大きい。そのため、摩擦接触面の摩擦係数や硬度を規定することにより、モータ特性の向上を試みている。例えば、特許文献１では、ビッカース硬度が６００以上、動摩擦係数μが０．６程度の摺動材で摩擦接触面を構成する手法が開示されている。 In such a vibration actuator, the frictional contact surface between the vibrator and the relative movement member has a great influence on the driving stability and efficiency of the vibration actuator. For this reason, attempts have been made to improve motor characteristics by defining the friction coefficient and hardness of the friction contact surface. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a friction contact surface is formed of a sliding material having a Vickers hardness of 600 or more and a dynamic friction coefficient μ of about 0.6.
しかしながら、特許文献１に開示された手法においては、摩擦係数が高いため、駆動時に異音の発生が予想される。更に起動特性が低下する場合もある。つまり超音波モータの特徴である静粛性が失われ、スムーズな起動ができない場合があるという問題がある。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, since the friction coefficient is high, generation of abnormal noise is expected during driving. Furthermore, the start-up characteristic may be deteriorated. That is, there is a problem that the quietness that is a characteristic of the ultrasonic motor is lost, and a smooth start-up may not be possible.
以上のような事情に鑑み、本発明は、異音が発生せず駆動性能が安定している振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器を提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a vibration actuator, a lens barrel, and an electronic device in which abnormal noise is not generated and driving performance is stable.
請求項１に記載の発明は、振動を発生する振動子と、前記振動子と加圧接触され、前記振動によって前記振動子に対して相対移動する相対移動部材と、を備え、前記振動子における前記相対移動部材と接触する第一接触面、及び、前記相対移動部材における前記振動子と接触する第二接触面の一方は、インデント硬度２〜４５ＧＰａの第一膜が形成されており、前記第一接触面及び前記第二接触面の他方は、フッ素樹脂を含む第二膜が形成されている、振動アクチュエータである。
請求項２に記載の発明は、前記フッ素樹脂の単体での降伏圧力は、１００ＭＰａ以下であること、を特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータである。
請求項３に記載の発明は、前記第一膜は、非晶質炭素膜、窒化物またはクロム系複合物により形成されていること、を特徴とする請求項１または２に記載の振動アクチュエータである。
請求項４に記載の発明は、前記第二膜は、樹脂膜または鍍金膜により形成されていること、を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータである。
請求項５に記載の発明は、前記第二膜に含まれるフッ素樹脂は、重量比において主剤を１００としたときに５〜５０含まれていること、を特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の振動アクチュエータである。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒である。
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備える電子機器である。
The invention according to claim 1 includes: a vibrator that generates vibration; and a relative movement member that is in pressure contact with the vibrator and moves relative to the vibrator by the vibration. One of the first contact surface in contact with the relative movement member and the second contact surface in contact with the vibrator in the relative movement member is formed with a first film having an indent hardness of 2 to 45 GPa. The other of the one contact surface and the second contact surface is a vibration actuator in which a second film containing a fluororesin is formed.
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the first or second aspect, the first film is formed of an amorphous carbon film, a nitride, or a chromium-based composite. is there.
The invention according to
The invention according to
A sixth aspect of the present invention is a lens barrel including the vibration actuator according to any one of the first to fifth aspects.
The invention according to claim 7 is an electronic device including the vibration actuator according to any one of claims 1 to 5.
本発明の態様によれば、異音の発生が低減され駆動性能の良好な振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器を提供することができる。 According to the aspects of the present invention, it is possible to provide a vibration actuator, a lens barrel, and an electronic device that reduce the occurrence of abnormal noise and have good driving performance.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係るカメラ１の構成を示す図である。
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１０を一例に挙げて説明する。また、本実施形態では、電子機器として、カメラ１を一例に挙げて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a camera 1 according to the first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, an
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。
The camera 1 includes a
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いる。
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とカム係合しており、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、光軸方向へ移動して焦点調節が行なわれる。
The
The
The driving force obtained from the
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。
In FIG. 1, a subject image is formed on the imaging surface of the imaging device 6 by a lens group (including the lens 4) (not shown) provided in the
図２は、第１実施形態の超音波モータ１０を示す図である。また、図３は、第１実施形態の超音波モータ１０の弾性体１２と移動体１５との接触部分を拡大した図である。なお、図３では、超音波モータ１０の周方向の断面の一部を拡大して示している。
本実施形態の超音波モータ１０は、圧電体１１及び弾性体１２を備える振動子１３と、移動体１５と、フレキシブルプリント基板１４と、振動吸収材１６と、支持体１７等とを備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating the
The
圧電体１１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。本実施形態では、圧電体１１として圧電素子を用いているが、電歪素子を用いてもよい。この圧電体１１は、フェルト等の振動吸収材１６を介して、レンズ鏡筒３に設けられた支持体１７に固定されている。
圧電体１１は、不図示の電極部が形成されている。圧電体１１は、この電極部と電気的に接続されたフレキシブルプリント基板１４から供給される駆動信号により伸縮し、弾性体１２を励振する。
The
The
弾性体１２は、圧電体１１の励振により進行波を発生する部材である。弾性体１２は、高弾性率を有するステンレス鋼、インバー鋼等の鉄合金により形成される。本実施形態の弾性体１２は、ＳＵＳ３０３により形成されている。弾性体１２は、略円環形状の部材であり、一方の面には導電性を有する接着剤等により圧電体１１が接着され、他方の面には複数の溝１２ｂを切って形成された櫛歯部１２ａが設けられている。
The
櫛歯部１２ａの先端面は、後述する移動体１５と加圧接触する第一接触面１２ｃであり、この面に発生する進行波によって移動体１５が回転駆動される。この第一接触面１２ｃには、硬質表面処理膜（図３参照）が形成されている。本実施形態において、硬質表面処理膜は、ＤＬＣ膜１８である。ＤＬＣ（diamond‐like carbon）とはダイヤモンド状の炭素−炭素結合を持った非晶質炭素膜の総称である。
The front end surface of the
移動体１５は、ステンレス等の金属によって形成された略円環形状の部材である。移動体１５は、ステンレス合金により形成されている。移動体１５は、振動子１３（弾性体１２）に加圧接触され、進行波により摩擦駆動される。この移動体１５の振動子１３に対する第二接触面１５ａには、ボリアミドイミドを主剤とする樹脂にＰＴＦＥが含有されている樹脂膜が塗装・熱硬化により形成されている。
The moving
フレキシブルプリント基板１４は、圧電体１１の所定の電極部と電気的に接続されており、圧電体１１に駆動信号を供給する部材である。フレキシブルプリント基板１４には、カメラ１の制御を行う制御装置１０１が接続されている。制御装置１０１には、温度センサ１０２が接続されており、温度センサ１０２の検知結果に応じて、超音波モータ１０の回転数が一定となるように、圧電体１１に供給する駆動信号の周波数を調整している。
The flexible printed
弾性体１２の移動体１５との第一接触面１２ｃ（櫛歯部１２ａの先端面）には、ＤＬＣ膜１８が設けられている。移動体１５の弾性体１２との第二接触面１５ａには、ボリアミドイミドを主剤とする樹脂にＰＴＦＥが含有されている複合皮膜（樹脂膜１９）が設けられている。
従って、振動子１３と移動体１５とが摩擦接触する第一接触面１２ｃと第二接触面１５ａとは、ＤＬＣ膜１８とＰＴＦＥが含有されている樹脂膜１９とが接触する形態となっている。ＰＴＦＥは一旦なじめば、せん断係数が低い状態を保持する利点がある。窒化クロムは化学的に不活性であるため、相手材料を攻撃しにくいという利点がある。
A
Accordingly, the
本実施形態の樹脂膜１９は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）と顔料が添加されたポリアミドイミド樹脂を主原料とする塗料を塗布し、その後焼成することにより形成されている。
The
本実施形態のＤＬＣ膜１８には、インデント硬度２５ＧＰａ（インデント接触深さ１００ｎｍ）のＤＬＣ膜１８を用いている。
ＤＬＣ膜１８は、アークイオンプレーティング法にて形成する。
本実施形態においては、
（ａ）ステンレスの弾性体１２にＤＬＣ処理を行った後、圧電体１１と弾性体１２とを、導電性を確保できる接着剤にて接着、
（ｂ）弾性体１２と圧電体１１とを接着してフレキシブルプリント基板１４を接続してから、弾性体１２の接触面１２ｃを研磨し、弾性体１２のみにＤＬＣ膜１８を製膜、
のいずれの順序でＤＬＣ膜１８を成膜しても良い
後者（ｂ）の方法によれば、たとえ、接着等の組み立てで振動子１３が変形しても、弾性体１２の接触面１２ｃを研磨しているのでＤＬＣ処理後の後加工無しでも平面度を確保することができる。
また、樹脂膜１９は、表面を約５μｍ研磨して使用している。その際の最大高さ粗さ（JＩＳ Ｂ０６０１−２００１）は０．５μｍであり、研磨後の膜厚が、２０μｍである。
The
The
In this embodiment,
(A) After performing DLC treatment on the
(B) After bonding the
The
The
ＤＬＣ膜１８は、他の表面処理膜に比べて、硬さ、耐塑性変形性、密着性や剥離強度、耐摩耗性、耐熱性等の点において優れている。そのため、ＤＬＣ膜１８を形成することにより、以下のような効果が期待できる。
The
（１）ＤＬＣ膜１８は、硬いため、移動体１５（樹脂膜１９）との接触面１２ｃの耐摩耗性・耐塑性変形性を向上できる。
（２）ＤＬＣ膜１８は、剥離強度や振動子１３（弾性体１２）に対する密着性が高いので、ＤＬＣ膜１８の耐久性が向上する。
（３）ＤＬＣ膜１８は、耐熱温度が約４００℃のため、超音波モータ１０の駆動時に発生する一時的な摩擦熱によって、ＤＬＣ膜１８が変質することを防止できる。
（４）ＤＬＣ膜１８により耐化学反応性が向上し、空気中の水分によってＤＬＣ膜１８が化学的に変質することを防止できる。また、樹脂膜１９との接合（固着）も防ぐことができる。
(1) Since the
(2) Since the
(3) Since the heat resistant temperature of the
(4) The chemical reaction resistance is improved by the
本実施形態の樹脂膜１９が含有するＰＴＦＥは、粒状である。このＰＴＦＥの一次粒子の径の平均は、１〜５μｍである。なお、本実施形態の樹脂膜１８の実用膜厚が２０μｍであるため、この大きさのＰＴＦＥを用いたが、膜厚の厚さに合わせてＰＴＦＥの平均径を適宜選択して用いてよい。
The PTFE contained in the
ＰＴＦＥは、高い潤滑特性を有しており、摩擦係数を下げ、超音波モータ１０の低速での起動性を向上させる効果を有する。また、ＰＴＦＥは、高い撥水性を有しており、ＤＬＣ膜１８と樹脂膜１９との高温高湿下での固着を防止することができる。
PTFE has high lubrication characteristics, and has the effect of reducing the coefficient of friction and improving the startability of the
本実施形態の樹脂膜１８が含有する顔料は、コバルトニッケルであり、その粒径の平均は例えば１μｍ〜３μｍ程度となっている。樹脂膜１９が顔料を含有することによって、塗膜の緻密性が向上し、硬度や耐塑性変形性を向上させる効果を有する。また、摩擦駆動によってＤＬＣ膜１８の移動体１５（樹脂膜１９）との接触面１２ｃ内に生じた熱を接触面１２ｃ外へ伝導して接触面１２ｃ内に熱がこもることを防止し、駆動効率を向上させる効果を有する。
The pigment contained in the
また、顔料は、振動子１３と移動体１５との摩擦係数（すなわち、ＤＬＣ膜１８と樹脂膜１９との摩擦係数）を適度な値に保ち、保持トルクや最大負荷トルクを低減させすぎず樹脂膜の強度を維持する効果を有する。
Further, the pigment is a resin that keeps the friction coefficient between the
このＤＬＣ膜１８は、ステンレス合金（ＳＵＳ３０４）によって形成された弾性体１２の表面にアークイオンプレーティングを施すことにより形成される。ＤＬＣ処理前に、弾性体１２表面を番手＃３２０〜＃８０００のＧＣ（グリーンカーボランダム）またはＷＡ（白色アルミナ）研磨紙等で研磨し、ＤＬＣ膜１８を所望の粗さとする。
The
一方、樹脂膜１９は、上述の（ａ）の場合、次のような工程を経て形成される。
まず、移動体１５の弾性体１２の接触面１５ａの脱脂処理を行う。このとき、更なる密着性向上のためにブラスト・エッチング等面を荒らす処理を行なってもよい。
ポリアミドイミド樹脂に、ＰＴＦＥ、コバルトニッケルの添加物と、Ｎ−メチルピロリドンを混合した溶液を作る。この溶液を移動体１５の摩擦接触面１２ｃに塗布し、予備加熱ののち、２５０℃程度の高温下に２０〜６０分間放置して、乾燥硬化させる。硬化後、樹脂膜１８の表面をグリーンカーボランダム等を用いて研磨して平坦にする。
On the other hand, in the case of the above (a), the
First, degreasing treatment of the
A solution is prepared by mixing the polyamideimide resin with an additive of PTFE and cobalt nickel and N-methylpyrrolidone. This solution is applied to the
次に、ＤＬＣ膜１８が形成された弾性体１２に圧電体１１を接合し、振動子１３を形成する。振動子１３のＤＬＣ膜１８と移動体１５の樹脂膜１９とが接触するように振動子１３と移動体１５とを配置し、各部材を組み立てる。これらの工程を経て、超音波モータ１０が作製される。
Next, the
ここで、ポリアミドイミド樹脂に対するＰＴＦＥ、顔料等の添加物の添加量（ポリアミドイミド樹脂の重量に対する比）が異なる測定例１〜１３の超音波モータ１０と、振動子の摩擦接触面に無電解NiP−PTFE皮膜を施した比較例１４の超音波モータを用意し、最小異音回転数や、保持トルク、最大トルク、最低起動電圧、摩耗特性等の超音波モータ１０の駆動性能について調べた。
Here, the
また、ＤＬＣ膜１８の硬度を微小押込試験（インデンテーション法）により計測した。この方法はダイヤモンド製の圧子を対象材料に押込み、荷重と押込み深さの関係から、硬さ、塑性特性、弾性率を評価する方法である。「計装化押し込み硬さ試験（ＩＳＯ １４５７７−１）」にて規定されている。
この方法では、圧子の押し込み試験力を、リアルタイムで計測した圧痕面積で除すことにより硬度が求められる。
Further, the hardness of the
In this method, the hardness is obtained by dividing the indentation test force of the indenter by the indentation area measured in real time.
測定例３の超音波モータ１０を、実施例の基準（数値１)とした。この測定例３は、硬度２５ＧＰａのＤＬＣ膜１８を弾性体１２の櫛歯表面に設け、移動体側の摩擦接触面１２ｃに樹脂膜１９（ポリアミドイミド樹脂１００重量に対し、ＰＴＦＥが３０重量・コバルトニッケル顔料が３０重量混合された樹脂膜）を設けている。
The
測定例１〜５の超音波モータ１０のＤＬＣ膜１８は、膜の原材料や製膜条件（電圧・時間等）を変更することにより硬度が異なる(硬度２から５０)。
The
測定例６、７の超音波モータ１０は、樹脂膜側は測定例１〜５と共通であるが、弾性体１２側の接触面１２ｃをＤＬＣではなく、窒化クロム（ＣｒＮ）や窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）にて構成している。
In the
測定例８〜１１の超音波モータ１０は、弾性体１２側の接触面１２ｃはＤＬＣであるが、樹脂膜中のＰＴＦＥの重量比（主材の重量を１００としたときの添加されるＰＴＦＥ重量）を変えることにより（３〜６０）、摩擦接触面１２ｃの動摩擦係数も異なる。
In the
測定例１２、１３の超音波モータ１０は、移動体側の複合皮膜（樹脂膜１９）が含有するＰＴＦＥの分子量・使用する界面活性剤を変えることにより、ＰＴＦＥの降伏圧力を異ならせている。
In the
測定例１４の超音波モータ１０は、移動体側の摩擦接触面１２ｃの主材が樹脂ではなく、無電解ＮｉＰ皮膜となっている。この皮膜にＰＴＦＥを含有させている。
In the
表１に示す最大トルクとは、駆動可能な負荷トルクの最大値、すなわち、最大負荷トルクである。
表１に示す最大トルクの値は、測定例３の超音波モータ１０の最大負荷トルクを規定値（１．０）とした場合の各超音波モータ１０の最大負荷トルクの比である。表１に示す最大トルクの値は、１．０以上であることが好ましいが、０．９より大きい値であれば、超音波モータ１０としては許容範囲内である。
The maximum torque shown in Table 1 is the maximum load torque that can be driven, that is, the maximum load torque.
The value of the maximum torque shown in Table 1 is the ratio of the maximum load torque of each
表１に示す消費電力は、この値が小さいほど小電力で駆動が可能となる。消費電力が１．１以下であれば超音波モータ１０としては許容範囲内である。
The power consumption shown in Table 1 can be driven with smaller power as this value is smaller. If the power consumption is 1.1 or less, the
表１に示す最低起動電圧とは、駆動可能な最低電圧であり、この値が小さいほど小電力で駆動が可能となる。最低起動電圧が１．１以下であれば超音波モータ１０としては許容範囲内である。
The minimum starting voltage shown in Table 1 is the lowest voltage that can be driven, and the smaller the value, the lower the driving power. If the minimum starting voltage is 1.1 or less, the
表１に示す異音発生回転数とは、超音波モータ１０を所定の駆動条件下で駆動した場合の異音が発生する最小の回転数を調べたものである。通常、超音波モータ１０は、異音発生回転数以上の回転数で異音が発生するため、異音発生回転数がなるべく大きい（規定の異音発生回転数を１としたとき、１以上の回転数で異音が発生する）ものが好ましい。
The abnormal noise generation rotational speed shown in Table 1 is obtained by examining the minimum rotational speed at which abnormal noise is generated when the
表１に示す摺動音圧とは、異音発生状態ではない定常状態で所定の負荷トルク及び回転数（負荷トルク２０Ｎ・ｍｍ、回転数６０ｒｐｍ）における、摺動部から発生する音圧で、測定例３の音圧を１としたときの比である。１．１以下であることが好ましい。 The sliding sound pressure shown in Table 1 is a sound pressure generated from the sliding portion at a predetermined load torque and rotation speed (load torque 20 N · mm, rotation speed 60 rpm) in a steady state that is not an abnormal sound generation state. This is the ratio when the sound pressure in Measurement Example 3 is 1. It is preferable that it is 1.1 or less.
表１に示す異音発生回転数とは、超音波モータ１０を所定の駆動条件下で駆動した場合の異音が発生する最小の回転数を調べたものである。通常、超音波モータ１０は、異音発生回転数以上の回転数で異音が発生するため、異音発生回転数がなるべく大きい（規定の異音発生回転数を１としたとき、１以上の回転数で異音が発生する）ものが好ましい。
The abnormal noise generation rotational speed shown in Table 1 is obtained by examining the minimum rotational speed at which abnormal noise is generated when the
表１に示す複合皮膜(樹脂膜１９)の磨耗量とは、超音波モータ１０を所定の負荷トルク及び回転数（負荷トルク２０Ｎ・ｍｍ、回転数６０ｒｐｍ）で、５００００回転させた場合の、この場合は軟らかく摩耗しやすい方の移動体側の接触膜の磨耗量を、磨耗深さとして測定し、評価したものである。
この磨耗深さとは、５００００回転させる前の弾性体１２の厚みを基準としたときの回転駆動後の弾性体１２の厚みとの差である。この磨耗深さが小さい方が、駆動によって生じた磨耗量が小さく、耐久性が良好である。なお、表１では、測定例３の超音波モータ１０を駆動した場合の磨耗量（磨耗深さ）を１としたとき、１．１以下であれば耐久性が良好である。
The amount of wear of the composite film (resin film 19) shown in Table 1 means that the
The wear depth is a difference from the thickness of the
次に、測定例及び各測定例の超音波モータ１０の測定結果について説明する。
まず、測定例３（実施例標準）の超音波モータ１０の最大トルク、最低起動電圧、消費電力、異音発生回転数、摺動音圧、摩耗量は、全て良好である。
Next, measurement examples and measurement results of the
First, the maximum torque, the minimum starting voltage, the power consumption, the abnormal noise generation rotation speed, the sliding sound pressure, and the wear amount of the
測定例１〜５の超音波モータ１０の樹脂膜は、ＤＬＣの硬度のみが異なる。従って、測定例１〜５の超音波モータ１０の駆動性能を比較することにより、硬度が超音波モータ１０の駆動性能の与える影響がわかる。硬度が大きすぎると相手材への攻撃力が大きくなり、摩耗が発生し各種音が発生しやすくなる。また消費電力が増え、起動特性等が悪化する。
ここで、硬質表面処理膜（ＤＬＣ膜１８）の硬度が５０ＧＰａの測定例５は、複合皮膜（樹脂膜１９）の磨耗量が１．３であり、許容量を超えている。一方、ＤＬＣ膜１８の硬度が２〜４５ＧＰａにおいては樹脂膜１９の磨耗量が１．１以下であり、耐久性が良好である。
したがって、硬質表面処理膜（ＤＬＣ膜１８）の硬度は、２〜４５ＧＰａが適切である。
The resin films of the
Here, in measurement example 5 in which the hardness of the hard surface treatment film (DLC film 18) is 50 GPa, the wear amount of the composite film (resin film 19) is 1.3, which exceeds the allowable amount. On the other hand, when the hardness of the
Accordingly, the hardness of the hard surface treatment film (DLC film 18) is appropriately 2 to 45 GPa.
測定例６、７は、測定例３と樹脂膜１９は共通であるが、ＤＬＣではない表面処理を施している。表に示すように、これら測定例は、いずれも、最大トルク、消費電力、最低起動電圧、異音発生回転数、摺動音圧、及び複合皮膜磨耗量のいずれも、許容範囲にある。
以上より、ＤＬＣと硬度が近い場合、ＤＬＣ膜でなくとも、ＤＬＣとほぼ同等のモータ性能が得られることがわかる。
In the measurement examples 6 and 7, the measurement example 3 and the
From the above, it can be seen that when the hardness is close to that of DLC, motor performance almost equal to that of DLC can be obtained without using a DLC film.
測定例８〜１１は、樹脂膜１９のＰＴＦＥの重量比のみが異なる。
ＰＴＦＥが多いと、潤滑性は向上するが摩擦係数が低下し、トルクが小さくなり、摩耗が増え消費電力も増える。具体的には、表に示すように、ＰＴＦＥの重量が６０の場合、最大トルクが０，８と低下し、消費電力が１．２と上がり、異音発生回転数が０．７と小さくなり、摺動音圧も１．２と上昇し、さらに樹脂膜１９の磨耗量が１．４と大きくなり、好ましくない結果が得られる。
一方、ＰＴＦＥが少ないと、潤滑性が低下し起動性が悪化し、各種音が出やすくなる。具体的には、表に示すように、ＰＴＦＥの重量が３の場合、最低起動電圧が１．２と高くなり、摺動音圧も１．３となり好ましくない結果が得られる。
すなわち、ＰＴＦＥの重量比は５〜５０が好適である。
Measurement examples 8 to 11 differ only in the weight ratio of PTFE of the
When PTFE is large, the lubricity is improved but the friction coefficient is lowered, the torque is reduced, the wear is increased, and the power consumption is also increased. Specifically, as shown in the table, when the weight of PTFE is 60, the maximum torque is reduced to 0.8, the power consumption is increased to 1.2, and the abnormal noise generation rotational speed is decreased to 0.7. Also, the sliding sound pressure increases to 1.2, and the wear amount of the
On the other hand, if the PTFE is small, the lubricity is lowered, the startability is deteriorated, and various sounds are easily produced. Specifically, as shown in the table, when the weight of PTFE is 3, the minimum starting voltage is as high as 1.2 and the sliding sound pressure is 1.3, which is an undesirable result.
That is, the weight ratio of PTFE is preferably 5-50.
測定例１２、１３は、樹脂膜１９のＰＴＦＥの圧縮降伏圧力のみが異なる。圧縮降伏圧力が大きいとＰＴＦＥのせん断強度が上がるため摩擦係数も上がり、各種特性が悪化する。具体的には、表に示すように、ＰＴＦＥ単体での圧縮降伏圧力が１５０になると、消費電力、最低起動電圧、摺動音圧、樹脂膜１９の磨耗量において好ましくない。すなわち、ＰＴＦＥの圧縮降伏圧力は１００ＭＰａ以下が好ましい。
Measurement examples 12 and 13 differ only in the compression yield pressure of PTFE of the
測定例１４は、樹脂膜１９の代わりに無電解ＮｉＰ鍍金を主材として使用した。その結果、樹脂膜１９に比べると、やや各種音特性が劣るものの、実用に耐えうることがわかった。
In Measurement Example 14, electroless NiP plating was used as the main material instead of the
これらのことから、ＤＬＣ（ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮなど）の硬度を２〜４５ＧＰａとし、相対する複合皮膜（樹脂膜１９）の主材（ポリアミドイミド樹脂など）の重量を１００としたときの添加されるＰＴＦＥ重量を５〜５０とし、そのＰＴＦＥの降伏圧力を１００ＭＰａ以下とすれば、所望する最大トルクを満たし、所要電力を低減させ、起動性を向上し、摺動音・異音や摩耗を防止する観点から好ましいことがわかる。 Therefore, PTFE added when the hardness of DLC (CrN, TiAlN, etc.) is 2 to 45 GPa, and the weight of the main material (polyamideimide resin, etc.) of the opposing composite coating (resin film 19) is 100. If the weight is 5 to 50 and the yield pressure of the PTFE is 100 MPa or less, the viewpoint of satisfying the desired maximum torque, reducing the required power, improving the startability, and preventing sliding noise / abnormal noise and wear It turns out that it is preferable.
［第二実施形態］
図４は、本発明の第二実施形態に係る超音波モータ２０を示す断面図である。
本発明の第二実施形態に係る超音波モータ２０は、上記第一実施形態の超音波モータ１０と同様のカメラ１のレンズ鏡筒３に設けられ、フォーカス動作を行なう際のレンズ４を駆動する駆動源として用いられている。この超音波モータ２０は、不図示のギアを介して駆動力を不図示のカム筒に伝え、このカム筒に保持されるレンズ４を駆動する形態となっている点が第一実施形態とは異なる。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an
The
超音波モータ２０は、振動子２３、移動体２５、出力軸２８、加圧部２９等を備えている。振動子２３は、弾性体２２と、弾性体２２に接合された圧電体２１等を有する略円環形状の部材である。この振動子２３は、圧電体２１の伸縮により進行波が発生する。
The
弾性体２２は、ステンレス鋼により形成された略円環形状の部材であり、一方の面には圧電体２１が接合され、もう一方の面には周方向に複数の溝を切って形成された櫛歯部２２ａが設けられている。この櫛歯部２２ａの先端面は、移動体２５に加圧接触される接触面２２ｃであり、この面に接する移動体２５を進行波によって駆動する。
The
この接触面２２ｃには、第一実施形態に示した振動子１３と同様に、樹脂膜３１が形成されている。本実施形態のＤＬＣ膜３１は、硬度２５ＧＰaである。
A
弾性体２２は、その内周側の径方向に伸ばして形成された鍔状のフランジ部２２ｂを有し、このフランジ部２２ｂにより支持体２６に支持されている。
圧電体２１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。本実施形態では、第１実施形態と同様に、圧電体２１として、圧電素子を用いているが、電歪素子を用いてもよい。この圧電体２１は、圧電体２１に形成された所定の電極部と電気的に接続されたフレキシブルプリント基板２４から供給される駆動信号により伸縮し、弾性体２２に振動を生じさせる。
The
The
フレキシブルプリント基板２４には、超音波モータ２０を備えられるカメラの制御を行う制御装置２０１が接続されている。本実施例において、制御装置２０１には温度センサ２０２が接続されており、温度センサ２０２の検知結果に応じて、回転数が一定となるように、圧電体２１に供給する駆動信号の周波数を調整している。
Connected to the flexible printed
移動体２５は、振動子２３と加圧接触し、振動子２３の接触面２２ｃ（櫛歯部２２ａの先端面）に生じた進行波による楕円運動によって回転駆動される。移動体２５は、ステンレスにより形成された部材である。移動体２５は、出力軸２８に嵌合している。
本実施形態の移動体２５は、ステンレス合金によって形成され、移動体２５の振動子２３との接触面１２ｃにポリアミドイミド−ＰＴＦＥ−コバルトニッケル顔料の複合皮膜（樹脂膜３２）が形成されている。従って、移動体２５と振動子２３とが摩擦接触する面は、樹脂膜３２とＤＬＣ膜３１とが接する形態となっている。
The
The moving
出力軸２８は、略円筒形状をしており、一方の端部はゴム部材３０を介して移動体２５と嵌合し、もう一方の端部は、ベアリング２７を介して支持体２６に回転自在に取り付けられている。この出力軸２８は、移動体２５と一体に回転して移動体２５の回転運動を不図示のギア等の被駆動部材に伝達する。
The
加圧部２９は、振動子２３と移動体２５とを加圧する機構である。
加圧部２９は、加圧力を発生するバネ２９ａと、ベアリング２７に接して配置され、バネ２９ａの一端を押さえる押さえリング２９ｂと、バネ２９ａの他端を押さえる押さえリング２９ｃと、出力軸２８に形成された溝に挿入され、押さえリング２９ｃの位置を規制するＥリング２９ｄとを備えている。
The pressurizing
The pressurizing
本実施形態に示すような超音波モータ２０においても、ＤＬＣ膜３１を振動子２３の摩擦接触面１２ｃに形成することにより、磨耗量の低減、異音の低減、耐久性の向上、駆動性能の安定化、起動特性の向上等を図ることができる。
Also in the
さらに、本実施形態に示した超音波モータ２０は、第１実施形態に示した超音波モータ１０に比べて径が小さい小型の超音波モータ１０として作製される場合が多いため、熱の発生が問題となる。
しかし、本実施形態によれば、ＤＬＣ膜３１は熱伝導性が良好で、樹脂膜３２は、顔料を使用しているため放熱性に優れる。また、ポリアミドイミド樹脂は塗膜の密着性が良好なため、エポキシ樹脂膜等で必要なプライマー処理等を省くことができる。
Furthermore, since the
However, according to the present embodiment, the
（変形形態）
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
(Deformation)
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
上記各実施形態では、顔料としてコバルトニッケルを使用する例を示したが、これに限らず、カーボンブラック等の顔料でもよい。 In each of the above embodiments, cobalt nickel is used as the pigment. However, the present invention is not limited to this, and a pigment such as carbon black may be used.
また、上記各実施形態では、ＤＬＣ・ＣｒＮ膜としてイオンプレーティングで製作する例を示したが、これに限らずイオンプレーティング以外のＰＶＤ法（真空蒸着・スパッタなど）・ＣＶＤ法・溶射法等他の製作方法であってもよい。またクロムメッキ後にプラズマ窒化してもよい。クロムメッキの上に窒化クロムを生成してもよい。 In each of the above-described embodiments, an example in which the DLC / CrN film is manufactured by ion plating has been shown. However, the present invention is not limited to this, and PVD methods other than ion plating (vacuum deposition, sputtering, etc.), CVD methods, thermal spraying methods, etc. Other production methods may be used. Further, plasma nitriding may be performed after chromium plating. Chromium nitride may be formed on the chrome plating.
また、ＤＬＣ／ＤｒＮ／ＴｉＡｌＮ以外にも、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、炭化タングステン・コバルト・クロム（ＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ）、炭化タングステン・ニッケルクロム（ＷＣ−ＮｉＣｒ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２系）、ムライト（ＬａＣｒＯ２）又はその複合物、などを用いても構わない。 In addition to DLC / DrN / TiAlN, chromium oxide (Cr 2 O 3 ), tungsten carbide / cobalt / chromium (WC—Co—Cr), tungsten carbide / nickel chromium (WC—NiCr), chromium carbide (Cr 3) C 2 type), mullite (LaCrO 2 ), or a composite thereof may be used.
また、上記各実施形態では、振動子１３，２３の接触面１２ｃ（櫛歯部１２ａ，２２ａの先端面）にＤＬＣ膜３１を形成する例を示したが、これに限らず、移動体１５，２５の接触面１２ｃにＤＬＣ膜１８を形成してもよい。
その場合は、相対する面が複合皮膜となる。さらに、弾性体１２を使用せずに、圧電体１１と移動体とが摩擦接触する形態の振動アクチュエータに適用してもよい。この場合、圧電体１１の移動体に対する接触面１２ｃ、移動体の圧電体１１に対する接触面１２ｃの少なくとも一方に樹脂膜を形成すればよい。
In each of the above embodiments, the example in which the
In that case, the opposing surface becomes a composite film. Furthermore, the present invention may be applied to a vibration actuator in which the
また、上記各実施形態では、弾性体２２を形成する材料として、ステンレス鋼を用いたが、その他の鉄系材料を用いてもよい。例えば、Ｓ１５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣｒ４４５、ＳＮＣＭ６３０等の各種鉄鋼材料を用いてもよいし、リン青銅、銅合金、アルミニウム系合金を用いてもよい。
Moreover, in each said embodiment, although stainless steel was used as a material which forms the
また、上記各実施形態では、移動体１５，２５は、ステンレス合金によって形成される例を示したが、これに限らず、鉄系材料・アルミニウム合金・銅合金・リン青銅等を用いてもよい。例えば、Ｓ１５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣｒ４４５、ＳＮＣＭ６３０等の各種鉄鋼材料を用いてもよい。
Moreover, in each said embodiment, although the
また、上記各実施形態では、フッ素樹脂としてＰＴＦＥを用いる例を示したが、これに限らず、適当なフッ素樹脂を適宜選択して使用してよい。例えば、
ＰＦＡ(tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether Copolymer)、
ＦＥＰ(Tetrafluroethylene-hexafluoropropylene Copolymer)、
ＰＣＴＦＥ(Polychloro-Trifluoroethylene Copolymer)、
ＥＴＦＥ(Ethylene Tetrafluoroethylene Copolymer)、
ＥＣＴＦＥ(Ethylene Chlorotrifluoroethylene Copolymer)、
ＰＶＤＦ(Polyvinylidene Fluoride)、
ＰＶＦ(Polyvinylfluoride)等が挙げられる。
In each of the above-described embodiments, an example in which PTFE is used as the fluororesin has been described. However, the present invention is not limited thereto, and an appropriate fluororesin may be appropriately selected and used. For example,
PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer),
FEP (Tetrafluroethylene-hexafluoropropylene Copolymer),
PCTFE (Polychloro-Trifluoroethylene Copolymer),
ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene Copolymer),
ECTFE (Ethylene Chlorotrifluoroethylene Copolymer),
PVDF (Polyvinylidene Fluoride),
PVF (Polyvinylfluoride) etc. are mentioned.
また、上記各実施形態では、移動体１５，２５が回転駆動される超音波モータ１０を示したが、これに限らず、移動体が直線方向に駆動されるリニア駆動型の振動アクチュエータとしてもよい。なお、各実施形態では、移動体１５，２５が回転駆動される回転型（円環型）の超音波モータ１０を例としてあげたが、これは、この型の超音波モータ１０では固着が問題になることが多く、本発明を適用することにより大きな効果が得られるからである。
In each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態では、超音波領域の振動を用いる超音波モータ１０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。
In each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態では、超音波モータ１０，２０は、カメラのレンズ鏡筒のフォーカス動作を行う駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズ鏡筒のズーム動作を行う駆動源に用いてもよい。また、超音波モータ１０，２０を、複写機等の駆動源や、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部等に用いてもよい。
In each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態では、硬度測定法としてインデント硬さを用いたが、その他の塑性変形を表す尺度を用いてもよい。 In each of the above embodiments, indent hardness is used as the hardness measurement method, but other scales representing plastic deformation may be used.
また、複合皮膜として樹脂膜を用いたが、フッ素樹脂を含むものであれば、無電解Ｎｉ−Ｐ−ＰＴＦＥ鍍金、ＰＴＦＥ含浸硬質アルマイトなど樹脂膜以外であってもよい。樹脂膜の場合は、本実施例に限らず、その他の樹脂（ＰＢＩ／ＰＥＥＫ／エポキシ等）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。
Moreover, although the resin film was used as the composite film, other than the resin film such as electroless Ni-P-PTFE plating and PTFE impregnated hard alumite may be used as long as it contains a fluororesin. In the case of a resin film, the present invention is not limited to this embodiment, and other resins (PBI / PEEK / epoxy, etc.) may be used.
In addition, although embodiment and a deformation | transformation form can also be used in combination suitably, detailed description is abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the embodiment described above.
１：カメラ、３：レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１３：振動子、１５：移動体、１８：樹脂膜 1: camera, 3: lens barrel, 10: ultrasonic motor, 13: vibrator, 15: moving body, 18: resin film
Claims (7)
前記振動子と加圧接触され、前記振動によって前記振動子に対して相対移動する相対移動部材と、を備え、
前記振動子における前記相対移動部材と接触する第一接触面、及び、前記相対移動部材における前記振動子と接触する第二接触面の一方は、インデント硬度２〜４５ＧＰａの第一膜が形成されており、
前記第一接触面及び前記第二接触面の他方は、フッ素樹脂を含む第二膜が形成されている、振動アクチュエータ。 A vibrator that generates vibration;
A relative movement member that is in pressure contact with the vibrator and moves relative to the vibrator by the vibration;
One of the first contact surface in contact with the relative movement member in the vibrator and the second contact surface in contact with the vibrator in the relative movement member is formed with a first film having an indent hardness of 2 to 45 GPa. And
A vibration actuator in which a second film containing a fluororesin is formed on the other of the first contact surface and the second contact surface.
を特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。 The yield pressure of the fluorine resin alone is 100 MPa or less,
The vibration actuator according to claim 1.
を特徴とする請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。 The first film is formed of an amorphous carbon film, a nitride or a chromium-based composite;
The vibration actuator according to claim 1 or 2.
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。 The second film is formed of a resin film or a plating film;
The vibration actuator according to claim 1, wherein:
を特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。 The fluororesin contained in the second film is contained in an amount of 5 to 50 when the main agent is 100 in weight ratio,
The vibration actuator according to claim 1, wherein:
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