JP2018170952A - Vibration actuator and optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動アクチュエータ及び光学機器に関するものである。 The present invention relates to a vibration actuator and an optical apparatus.
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 such as a stainless steel metal material in order to efficiently transmit the applied vibration to the relative movement member.
このような振動アクチュエータでは、高効率化や駆動の安定性向上、耐久性向上の要求に対し、加圧接触する振動子と相対移動部材間の摩擦接触面に用いる材料、もしくは、その材料の組み合わせが提案されている。 In such a vibration actuator, in response to demands for higher efficiency, improved driving stability, and improved durability, the material used for the frictional contact surface between the pressure contact vibrator and the relative movement member, or a combination of the materials Has been proposed.
例えば、特許文献1には、振動アクチュエータの耐久性と騒音を減少させるために、相対移動部材の振動子との接触面に機能の異なる2層の摺動材料を配置する提案がなされている。まず、相対移動部材の振動子に接触する1層目には、耐摩耗性が高い材料を用い耐久性を向上させる。次に、1層目に次ぎ、相対移動部材側にある2層目には、振動アクチュエータの加圧による、ひずみ量を制御し、騒音を抑制するための摺動材料を設けている(特許文献1参照)。
For example,
しかし、相対移動部材の振動子に対する接触面に2層のライニング材を用いる場合、1層目と2層目の接着層または接着界面が存在し、振動アクチュエータの発生する駆動力より、せん断方向への強度が不足し、発生トルクの低下や、前記接着層や、接着界面が破壊される恐れがある。 However, when a two-layer lining material is used on the contact surface of the relative movement member with respect to the vibrator, the first and second adhesive layers or adhesive interfaces exist, and the shear force is generated by the driving force generated by the vibration actuator. Insufficient strength may result, resulting in a decrease in generated torque, and the adhesive layer and adhesive interface may be destroyed.
本発明の課題は、高い耐久性と静粛性を備えた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。 An object of the present invention is to provide a vibration actuator and an optical apparatus having high durability and quietness.
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。 The present invention solves the above problems by the following means.
本発明は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子により振動する弾性体と、記弾性体に接触し、前記弾性体に対して移動する移動部材と、前記弾性体と前記移動部材の少なくとも一方の接触面に形成された樹脂膜と、を備え、前記樹脂膜は、前記樹脂膜の母材となるポリアミドイミドよりも低密度の第1フィラーが添加されている振動アクチュエータに関する。
また、本発明は、上記振動アクチュエータを備えた光学機器に関する。
The present invention includes an electromechanical conversion element, an elastic body that vibrates by the electromechanical conversion element, a moving member that contacts the elastic body and moves relative to the elastic body, and at least the elastic body and the moving member A resin film formed on one contact surface, and the resin film relates to a vibration actuator to which a first filler having a density lower than that of the polyamideimide serving as a base material of the resin film is added.
The present invention also relates to an optical apparatus provided with the vibration actuator.
本発明によれば、高い耐久性と静粛性を備えた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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration actuator and optical apparatus provided with high durability and silence can be provided.
以下、本発明の一実施形態の摺動体として振動子13と移動体15とを有する、超音波モータ10について説明する。図1は超音波モータ10を備えた実施形態のカメラ1を示す図である。
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。
Hereinafter, an
The
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、振動アクチュエータとして超音波モータを例にして説明する。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
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、本発明の実施形態の摺動体として振動子13と移動体15とを有する超音波モータ10を示す図である。
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 showing an
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。
The
圧電体11は、フレキシブルプリント基板14を介して制御装置101が電気的に接続されており、制御装置101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。
尚、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
A temperature sensor 102 is connected to the control device 101, and a drive signal supplied to 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。
櫛歯部12aの先端面は、後述する移動体15と加圧接触する接触面であり、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。
この櫛歯部12aの先端面には、ポリアミドイミド樹脂を主原料とし、表面近傍に中空ガラスビーズを有する樹脂膜18(図3参照)が形成されている。この樹脂膜18の形成方法や膜の構成等の詳細については後述する。
The
The
The front end surface of the
A resin film 18 (see FIG. 3) having a polyamide imide resin as a main raw material and hollow glass beads in the vicinity of the surface is formed on the tip surface of the
移動体15は、アルミニウム等の金属によって形成された略円環形状の部材である。本実施形態の移動体15は、アルミニウム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に対する接触面には、アルマイト皮膜層19(図3参照)が形成されている。
The moving
The moving
図3は、超音波モータ10の摺動体として、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。
FIG. 3 is an enlarged view of a contact portion between the
弾性体12の移動体15との接触面(櫛歯部12aの先端面)には、樹脂膜18が設けられている。移動体15の弾性体12との接触面には、アルマイト皮膜層19が設けられている。従って、振動子13と移動体15とが摩擦接触する面は、樹脂膜18とアルマイト皮膜層19とが接触する形態となっている。
A
(塗料組成比、塗装工程)
この樹脂膜18は、次のような塗装工程で形成される。
まず、弾性体12の移動体15との接触面(櫛歯部12aの先端面)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。
(Paint composition ratio, painting process)
The
First, a degreasing process is performed on a contact surface of the
次に、樹脂膜18を形成するために用いられる溶液は、ポリアミドイミド樹脂100重量に対して、中空ガラスビーズを10重量配合されたものに、N−メチルピロリドンを混合したものである。この溶液を弾性体12の摩擦接触面に塗布し、80〜100℃で30分〜1時間乾燥の後、230〜280℃程度の高温下に15〜30分聞放置して、乾燥硬化させる。
Next, the solution used for forming the
硬化後、樹脂膜18の表面にグリーンカーボランダム等を用いて表面を約2μm研磨して平坦にする。その際の表面粗さRz(JIS B0601−2001)は、0.5μm以下であり、研磨後の膜厚は、30μmである。
After curing, the surface of the
(移動体15作成方法)
一方、アルマイト皮膜層19は、アルミニウム合金(A6061)によって形成された移動体15の表面に陽極酸化処理を施すことにより形成される。
(Method for creating moving object 15)
On the other hand, the
(超音波モータ組立)
樹脂膜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の樹脂膜18と移動体15のアルマイト皮膜層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。
(Ultrasonic motor assembly)
The
(樹脂膜18の組成について)
図4は、前記の通り塗装された樹脂膜18を模式的に示した断面図である。
樹脂膜18は、中空ガラスビーズ18bが配合されたポリアミドイミド樹脂18aを主材料とした樹脂膜である。
フィラーとして配合される中空ガラスビーズ18bは、母材としてのポリアミドイミド樹脂18aよりも密度が低い。このため、製膜後の焼結により、フィラー量は樹脂膜18の表面近傍に多く、表面近傍から下層になるに従って少なくなる。例えば、フィラー量は表面近傍に最も多く、下層になるに従い段階的に少なくなる。ここで、下層とは樹脂膜18において弾性体12に近い側のことを指す。
(Composition of resin film 18)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the
The
The
すなわち、振動子13の移動体15との接触面を、2種の機能をもった1層の摺動材料(樹脂膜18)で構成する。
まず、最表面は、フィラー(中空ガラスビーズ18b)量が多く、高い耐摩耗性をもつ。さらに、弾性体12との接着層ではフィラー量が少ないことにより、接着強度を保つと同時に、フィラー量の多い最表面に比べ、粘性やヤング率を低下させることで騒音の原因となる振動の吸収機能を付与できる。
つまり本実施形態により、1層の摺動材料で、超音波モータ10の高い耐久性と静粛性を、同時に実現できる。
なお、母材の樹脂材より、密度の高いフィラーを加えてフィラーを母材樹脂内で2層にしてもよい。この場合、母材の樹脂材より、密度の高いフィラーで、尚且つ制振性を付与するフィラーを加えることで、騒音がより緩和される。
That is, the contact surface of the
First, the outermost surface has a high amount of filler (
That is, according to the present embodiment, high durability and quietness of the
Note that a filler having a higher density than the resin material of the base material may be added to make the filler into two layers in the base material resin. In this case, noise is further alleviated by adding a filler that is higher in density than the resin material of the base material and that imparts vibration damping properties.
また、樹脂膜18の主原料としてポリアミドイミド樹脂18a用いた場合、他の樹脂を塗膜として用いた場合に比べて、硬さ、耐塑性変形性、密着性や剥離強度、耐摩耗性、耐熱性、塗料安定性、加工性、耐沸水等の点において優れている。
Further, when the
特に本実施形態では、移動体15の接触時に樹脂膜18にかかる応力に対して、ポリアミドイミド樹脂18aを用いることで、樹脂膜18の剥離強度・耐摩耗性・耐塑性変形性を向上できる。
また、樹脂膜18や振動子13(弾性体12)に対する密着性が向上し、プライマーを必要とせず、樹脂膜18の耐久性が向上する。さらに樹脂膜18の耐熱性が向上し、超音波モータ10の駆動時に発生する摩擦熱によって、樹脂膜18が変質することを防止できる。
In particular, in this embodiment, the
Further, the adhesion to the
また、樹脂膜18の表面近傍に多く存在する中空ガラスビーズ18bは、移動体15に対する樹脂膜18の耐摩耗性・耐熱性を向上させる。さらに、中空ガラスビーズ18bが表面近傍のみに存在することにより樹脂膜18の主材料であるポリアミドイミド樹脂18aと弾性体12の接着強度を低下させることがない。
以上により、本構成の樹脂膜18は、超音波モータ10の耐摩耗性・耐熱性・耐久性を向上させるのに寄与する。
また、樹脂膜18は、超音波モータ10の制振性を向上させるのに寄与する。本実施形態の樹脂膜18を用いることにより、振動吸収材16を省くことができ、コストダウンを図ることができる。
Further, the
As described above, the
Further, the
(ロッド型モータへの適用)
なお、以上の実施形態では、円環形状の超音波モータで駆動を円環の円周方向に取り出す形態を述べたが、円環に対し垂直方向に円環の中心からの出力軸をもつ形状の超音波モータ(いわゆるロッド型超音波モータ)に本発明を用いても良い。特に、ロッド型超音波モータの多くは小型であり、発熱しやすく、耐久性向上が望まれる。そこで、本構成の樹脂膜18を用いることでロッド型モータの、耐摩耗性・耐熱性・耐久性を向上することができる。
(Applicable to rod type motors)
In the above-described embodiment, the drive is taken out in the circumferential direction of the ring by the ring-shaped ultrasonic motor, but the shape having the output axis from the center of the ring in the direction perpendicular to the ring. The present invention may be applied to an ultrasonic motor (so-called rod-type ultrasonic motor). In particular, many rod-type ultrasonic motors are small in size, easily generate heat, and improvement in durability is desired. Therefore, by using the
<変形形態>
(顔料について)
各実施形態では、顔料を添加していないが、カーボンブラックやコバルトニッケル等の顔料を配合してもよい。
<Deformation>
(About pigments)
In each embodiment, a pigment is not added, but a pigment such as carbon black or cobalt nickel may be blended.
(アルマイトについて)
各実施形態では、アルマイトとして硬質アルマイトを使用する例を示したが、これに限らず硫酸アルマイト・蓚酸アルマイトでもよい。
(About anodized)
In each embodiment, although the example which uses hard anodized as anodized was shown, not only this but sulfuric acid anodized and oxalic acid anodized may be sufficient.
(樹脂膜の形成箇所について)
各実施形態では、振動子13の接触面(櫛歯部12a)に樹脂膜18を形成する例を示したが、これに限らず、移動体15の接触面に樹脂膜を形成してもよい。また、振動子13の接触面と移動体15の接触面との双方に樹脂膜を形成してもよい。
さらに、弾性体を使用せずに、圧電体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、圧電体の移動体に対する接触面、移動体の圧電体に対する接触面の一方に樹脂膜を形成すればよい。
(Regarding the location of the resin film)
In each embodiment, although the example which forms the
Furthermore, the present invention may be applied to a vibration actuator in which the piezoelectric body and the moving body are in frictional contact without using an elastic body. In this case, a resin film may be formed on one of the contact surface of the piezoelectric body with respect to the moving body and the contact surface of the moving body with respect to the piezoelectric body.
(弾性体材料について)
各実施形態では、弾性体12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、アルミニウム系合金を用いてもよい。
(About elastic material)
In each embodiment, stainless steel is used as the material for forming the
(移動体材料について)
各実施形態では、移動体15は、アルミニウム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。また、ポリイミド樹脂や、PEEK(polyetheretherketone)樹脂等の耐熱性の高い樹脂を用いてもよい。
(About mobile materials)
In each embodiment, although the moving
(リニア駆動型アクチュエータへの適用)
各実施形態では、移動体15が回転駆動される超音波モータを示したが、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。
(Application to linear drive actuator)
In each embodiment, the ultrasonic motor in which the moving
(超音波域を用いない振動アクチュエータへの適用)
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。
(Applicable to vibration actuators that do not use the ultrasonic range)
In the embodiment, the ultrasonic motor using the vibration in the ultrasonic region has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention may be applied to, for example, a vibration actuator that uses vibrations outside the ultrasonic region.
(カメラ以外への適用)
各実施形態では、超音波モータ10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。
(Applied to other than cameras)
In each embodiment, the example in which the
1:カメラ、2:カメラボディ、3:レンズ鏡筒、10:超音波モータ、11:圧電体、12:弾性体、13:振動子、15:移動体、18:樹脂膜、18a:ポリアミドイミド樹脂、18b:中空ガラスビーズ、19:アルマイト皮膜層 1: camera, 2: camera body, 3: lens barrel, 10: ultrasonic motor, 11: piezoelectric body, 12: elastic body, 13: vibrator, 15: moving body, 18: resin film, 18a: polyamideimide Resin, 18b: Hollow glass beads, 19: Anodized coating layer
Claims (6)
前記電気機械変換素子により振動する弾性体と、
前記弾性体に接触し、前記弾性体に対して移動する移動部材と、
前記弾性体と前記移動部材の少なくとも一方の接触面に形成された樹脂膜と、を備え、
前記樹脂膜は、前記樹脂膜の母材となるポリアミドイミドよりも低密度の第1フィラーが添加されている振動アクチュエータ。 An electromechanical transducer,
An elastic body that vibrates by the electromechanical transducer;
A moving member that contacts the elastic body and moves relative to the elastic body;
A resin film formed on at least one contact surface of the elastic body and the moving member,
The resin film is a vibration actuator in which a first filler having a density lower than that of polyamideimide as a base material of the resin film is added.
前記樹脂膜は、焼成されて形成されたものである振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to claim 1,
The resin film is a vibration actuator formed by firing.
前記第1フィラーは、中空のガラスビーズである振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to claim 1 or 2,
The first filler is a vibration actuator that is a hollow glass bead.
前記樹脂膜は、前記ポリアミドイミドよりも高密度の第2フィラーを備え、
前記第2フィラーは、前記樹脂膜の表面と反対側の前記弾性体又は前記移動部材との接触面の近傍が多く、前記接触面から離れるほど少なくなる振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to any one of claims 1 to 3,
The resin film includes a second filler having a higher density than the polyamideimide,
The second filler is a vibration actuator that has a lot in the vicinity of a contact surface with the elastic body or the moving member opposite to the surface of the resin film, and decreases as the distance from the contact surface increases.
前記樹脂膜は、N−メチルピロリドンを含む振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to any one of claims 1 to 4,
The resin film is a vibration actuator including N-methylpyrrolidone.
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