JP2022030103A - 振動型アクチュエータ及びこれに用いられる接触体 - Google Patents

Abstract

【課題】振動型アクチュエータ毎の特性のばらつきを低減させることが可能な接触体を提供する。【解決手段】振動型アクチュエータ１において振動体２と接触する接触体６は、金属粉の焼結体６ａを母材としており、焼結体６ａにおける振動体２との接触面６ｃは、焼結体６ａの気孔部に樹脂が含浸した含浸樹脂部と、焼結体６ａの気孔部に樹脂が含浸していない非含浸気孔部とを有する。接触面６ｃの全体に対する含浸樹脂部の割合を、２％以上、且つ、１５％以下とし、接触面６ｃの全体に対する非含浸気孔部の割合を、３％以上とする。【選択図】図４

Description

本発明は、振動型アクチュエータ及びこれに用いられる接触体に関する。

振動型アクチュエータでは、振動体に所定の振動を励起させて、振動体から、振動体と接触する接触体へ摩擦駆動力を与えることにより、接触体が振動体に対して相対的に移動する。このような振動型アクチュエータは、振動体を駆動していない状態（無通電の状態）では、振動体と接触体との間に生じる摩擦力（保持力）を利用して、振動体と接触体の位置関係を維持することができる。

ここで、接触体に用いられる材料として、特許文献１は、硬質粒子を分散させた樹脂を含浸させたステンレス焼結体を開示している。このステンレス焼結体では、振動体との摩擦摺動面での耐摩耗性の向上と高摩擦係数の維持に含浸樹脂が寄与しており、硬質粒子がスパイク効果を発揮して高温高湿の環境下でも高い摩擦係数が維持される。

特開２０１７－２２５３３３号公報

上記特許文献１に記載されたステンレス焼結体からなる接触体では、樹脂が摩擦面上の気孔部に適切な割合で含浸されていることが、安定した摩擦係数と保持力を維持する上で重要となっている。そのため、接触体の製造工程において、硬質粒子が混合された樹脂の摩擦摺動面での割合がばらついてしまうと、摩擦摺動面での摩擦係数がばらついてしまう。その結果、このような接触体を用いた振動型アクチュエータでは、保持力、消費電力、装置寿命、駆動精度等の各種特性にばらつきが生じてしまう。

本発明は、振動型アクチュエータに用いられる接触体であって、振動型アクチュエータ毎の特性のばらつきを低減させることが可能な接触体を提供することを目的とする。

本発明に係る接触体は、振動型アクチュエータにおいて振動体と接触する接触体であって、前記接触体は金属粉の焼結体を母材としており、前記焼結体における前記振動体との接触面は、前記焼結体の気孔部に樹脂が含浸した含浸樹脂部と、前記焼結体の気孔部に樹脂が含浸していない非含浸気孔部と、を有し、前記接触面の全体に対する前記含浸樹脂部の割合は、２％以上、且つ、１５％以下であり、前記接触面の全体に対する前記非含浸気孔部の割合は、３％以上であることを特徴とする。

本発明によれば、振動型アクチュエータに用いられる接触体であって、振動型アクチュエータ毎の特性のばらつきを低減させることが可能な接触体を提供することができる。

振動型アクチュエータの概略構成を示す斜視図である。 振動体の概略構成と、振動体に励起する振動モードを説明する図である。 接触体の製造方法を説明する模式図である。 接触体の接触面の構造を示す模式図と、接触面での深さ方向での気孔部の割合を示す図である。 振動型アクチュエータを備える撮像装置の概略構成を示す図である。 振動型アクチュエータを備えるロボットの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、振動型アクチュエータを構成する振動体２の概略構成を示す斜視図である。振動体２は、矩形平板状の弾性体３と、弾性体３の一方の面に接着された電気－機械エネルギ変換素子の一例である圧電素子４と、弾性体３の他方の面（圧電素子４が接着されている面の反対側の面）に設けられた２つの突起部５と、を有する。なお、説明の便宜上、図１（ａ）に示すように、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を定める。

不図示であるが、圧電素子４における弾性体３との接合面（接着面）には、共通電極（全面電極）が形成され、圧電素子４における弾性体３との接合面の反対側の面には、長さ方向（２つの突起部５を結ぶ方向）で２等分された駆動電極が形成されている。また、圧電素子４において駆動電極が形成された面には、不図示のフレキシブル基板が接着されており、フレキシブル基板を通じて駆動電極に交流電圧（駆動電圧）を印加することができるようになっている。

図１（ｂ）は、振動体２に励起される２つの屈曲振動モードのうちの第１の振動モードを説明する図である。第１の振動モードは、振動体２の長手方向（Ｘ方向）における二次の屈曲振動であり、振動体２の短手方向（Ｙ方向（幅方向））と略平行な３本の節線を有する。圧電素子４の駆動電極に所定の周波数で位相が１８０°ずれた交流電圧を印加することにより、振動体２に第１の振動モードの振動を励起することができる。突起部５は、第１のモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、振動体２に第１の振動モードの振動が励起されることによりＸ方向で往復運動を行う。

図１（ｃ）は、振動体２に励起される２つの屈曲振動モードのうちの第２の振動モードを説明する図である。第２の振動モードは、振動体２の短手方向（Ｙ方向）における一次の屈曲振動であり、長手方向（Ｘ方向）と略平行な２本の節線を有する。圧電素子４の駆動電極に所定の周波数で同位相の交流電圧を印加することにより、振動体２に第２の振動モードの振動を励起することができる。突起部５は、第２の振動モードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、振動体２に第２の振動モードの振動が励起されることにより突起部５の軸方向（Ｚ方向）で往復運動を行う。

振動体２は、第１の振動モードでの節線と第２の振動モードでの節線がＸＹ平面内において略直交するように構成されている。振動体２に第１の振動モードと第２の振動モードの振動を同時に、且つ、所定の位相差で励起することにより、突起部５の先端にＺＸ面内で楕円運動を発生させることができる。

図２は、振動体２を用いた振動型アクチュエータ１の概略構成を示す斜視図である。振動型アクチュエータ１は、振動体２と、振動体２と接触する円環状の接触体６を備える。なお、「接触体」とは、振動体２と接触して振動体２から摩擦駆動力を受ける摩擦摺動面を有し、振動体２に発生した振動によって、振動体２に対して相対的に移動する部材を指す。なお、ここでは接触体６として円環状のものを示しているが、円板状であっても構わない。また、「振動体に対して相対的に移動する」には、振動体が固定され、接触体が移動する（接触体が駆動される）場合の他に、接触体が固定され、振動体が移動する（振動体が駆動される）場合も含まれる。

振動型アクチュエータ１において、３つの振動体２はそれぞれ、接触体６の周方向に等間隔に、且つ、２つの突起部５を結ぶ仮想直線が接触体６の外周（又は内周）の同心円に対する接線となるように配置されている。突起部５の先端は、突起部５の突出方向（図１でのＺ方向）において一定の加圧力で接触体６と接触している。また、接触体６は、不図示の支持部材により回転可能に支持されている。よって、上述した第１の振動モードと第２の振動モードを用いて突起部５の先端に楕円運動を生じさせると、接触体６は突起部５から摩擦駆動力を受けて周方向に回転する。

なお、図２に矢印で示す回転方向（ＣＷ方向、ＣＣＷ方向）のどちらの方向に回転させるかは、圧電素子４に印加する交流電圧の位相差によって制御することができるが、その方法は公知であるため、ここでの詳細な説明を省略する。また、図２では、接触体６を回転可能に支持する支持部材や、振動体２を保持する保持部材、振動体２と接触体６を一定の加圧力で接触させるための加圧手段等の図示を省略している。ここでは振動体２が固定されて接触体６が回転可能であるとしたが、逆に、接触体６が固定され、３つの振動体２を保持部材等と共に回転する構成とすることもできる。

次に、接触体６の製造方法（製造工程）について説明する。図３は、接触体６の製造方法を説明する模式図である。ここでは、接触体６の径方向の断面（中心軸を含む平面で接触体６を切断した場合に現れる断面）を用いて説明することとし、図３（ａ）～（ｄ）において、左側が内径側、右側が外径側となっている。

本実施形態では、ＳＵＳ４２０Ｊ２相当のマルテンサイト系ステンレスからなる焼結体６ａ（図３（ａ））が接触体６の製造に用いられている。換言すれば、接触体６の母材は、金属粉の焼結体であり、金属粉としては耐摩耗性等を考慮して、前述したマルテンサイト系ステンレスが好適に用いられる。

焼結体６ａの断面形状は、四隅が面取りされた略矩形となっている。また、角部（四隅）にバリが発生することを抑制するため、面取り部には平坦部（接触体６のスラスト方向と直交する面）が設けられている。また、振動体２と接触する側の面（図３（ａ）では上面）は、振動体２との接触部位である接触面６ｃ（摩擦摺動面）と、振動体２とは接触しない非接触面６ｄによって構成されている。接触面６ｃと非接触面６ｄの間には、凹部６ｂが１周設けられている。そのため、接触面６ｃと非接触面６ｄは、凹部６ｂを挟むことで、非連続な面として形成されており、内周側が接触面６ｃ、外周側が非接触面６ｄとなっている。

接触面６ｃの幅（図３（ａ）での左右方向（焼結体６ａでの径方向）での長さ）は、焼結体６ａの寸法公差や組み立て誤差等を考慮して決定される。そして、凹部６ｂは、凹部６ｂの深さが深くなるにしたがって幅が狭まるように、略Ｖ字型の断面形状となっている。

後述する樹脂塗布の際に凹部６ｂの傾斜角度を緩やかにしているため、樹脂が凹部６ｂに流れやすくなっている。更に、凹部６ｂが周方向に設けられていることで、凹部６ｂの一部に流れた樹脂が周方向に沿って凹部６ｂを流れる。そのため、凹部６ｂ全体に樹脂が含浸されやすくなっている。

副次効果として、焼結体６ａの真円度が低いことにより、塗布円の中心と焼結体６ａの中心がずれた場合でも、接触面６ｃの全面に、樹脂が凹部６ｂを通して含浸されやすい。また、樹脂に蛍光染料を添加した場合は、蛍光顕微鏡で観察することで振動体２の突起部５が接触する可能性のある接触面６ｃの全面に樹脂が良好に含浸しているかをより容易に検証することができる。更に、凹部６ｂの幅を測定することで、後述する研削量や研磨量が分かり、含浸樹脂部の割合等の推定が可能となる。

焼結体６ａは、粒径が１５０μｍ以下のＳＵＳ４１０Ｌ粉末と炭素粉末を混合した原料粉末をプレス成形法等により所定の形状に成形し、得られた成形体を融点以下の所定の温度に保持して粉末同士を結合させる処理（焼結工程）により製造される。焼結体６ａの密度は、概ね、６．１～６．６ｇ/ｍｌ（６．１×１０^３～６．６×１０^３ｋｇ／ｍ^３）の範囲である。

焼結体６ａは、接触面６ｃの耐摩耗性を高めるために、ビッカース硬さが５５０Ｈｖ０．２以上、望ましくは６００Ｈｖ０．２以上となるように製造されている。ビッカース硬さの調整は、焼結工程において焼結炉内の冷却速度を調整するシンターハードニング、又は、焼結体の焼入れ等によって行うことができる。後述する樹脂含侵処理前の焼結体６ａには、メッキや窒化処理等の表面処理がされていてもよい。なお、焼結体６ａのビッカース硬さ測定は、焼結体６ａの空孔の影響を小さくするために、後述する研磨処理後の金属部表面に対して、２００ｇｆ（＝０．２ｋｇｆ）の試験力のマイクロビッカースで行っている。

準備した焼結体６ａに対して、存在する気孔に樹脂を含浸させるための樹脂含浸処理を行う。樹脂含浸処理は、後述するように、熱浸透処理と硬化処理を含む。

本実施形態では、樹脂として２液硬化型の液状の接着剤を用いており、具体的には、主成分が液状のエポキシ樹脂を主剤とし、主成分が液状のアミンを硬化剤に用いたものを使用している。また、樹脂含浸処理後の含浸状態を容易に観察することができるように、樹脂には蛍光染料を含ませている。更に、接触体６を用いた振動型アクチュエータ１での保持力を高めるために、焼結体６ａに含浸させる樹脂は、硬質粒子の一例としてグリーンカーバイド（ＧＣ）を分散させた状態で含有している。なお、グリーンカーバイドは、純度と硬度が極めて高いＳｉＣ粒子である。

樹脂含浸処理では先ず、図３（ｂ）に示すように、接触体６として用いた際に摩擦摺動面となる接触面６ｃのほぼ全域に、不図示のディスペンサ装置等で樹脂６ｅを塗布する。

その後、約８０℃に加熱されたホットプレート上に、焼結体６ａにおいて樹脂６ｅが塗布されていない面（図３（ｂ）での下面（以下「裏面」という）を接触させる。これにより、ホットプレートから焼結体６ａを介して伝導された熱によって樹脂６ｅの粘度が低下し、樹脂６ｅの焼結体６ａの気孔への充填が促進される（熱浸透処理）。

なお、ホットプレートとは、電熱式のヒータを熱源としてプレートを加熱する器具をいう。また、後出のオーブンとは、閉じた空間内で被加熱物（加熱対象物）を加熱する器具であり、定常状態ではオーブン内の雰囲気温度と被加熱物の温度が同じになる。

図３（ｃ）は、焼結体６ａをホットプレートで加熱した後に、摩擦摺動面から破線で示す一定の深さまで樹脂６ｅが浸透し、焼結体６ａの気孔に樹脂６ｅが浸透した状態を模式的に示す図である。以下、焼結体６ａにおいて樹脂６ｅが浸透した領域（部分）を「樹脂含浸部６ｆ」と称呼する。なお、樹脂含浸部６ｆでは、多数の気孔のうちの一部の気孔に樹脂６ｅが充填された状態となっている。

本実施形態では、樹脂６ｅを硬化させるために、樹脂含浸部６ｆを有する焼結体６ａを内部温度が約８０℃に設定されたオーブンに入れて３０分程度放置した。但し、樹脂６ｅは、室温でも硬化するため、オーブンを用いること（加熱処理による硬化）は必須ではない。また、熱浸透処理を行う際の温度と樹脂６ｅの硬化を行う際の温度は同じである必要はなく、樹脂６ｅの熱的性質と硬化特性に応じて適切な温度を設定すればよい。

焼結体６ａに樹脂を含浸させる工程では、接触面６ｃに塗布する樹脂６ｅの量を、実際に焼結体６ａの内部へ浸透可能な樹脂量よりも多くしている。そのため、樹脂６ｅの硬化処理後には、焼結体６ａの内部へ浸透しなかった樹脂が接触面６ｃ上で硬化して残る。また、接触面６ｃに塗布された樹脂６ｅは、熱浸透処理の際に粘度が小さくなるため、図３（ｃ）に示されるように、凹部６ｂに流れ込み、更に非接触面６ｄ上で流れ込むことがある。この状態でその後に樹脂６ｅを硬化させると、焼結体６ａの内部に浸透しなかった樹脂６ｅが、接触面６ｃだけでなく、凹部６ｂ及び非接触面６ｄ上に残存する場合がある。

続いて、接触面６ｃ等に残存した硬化後の樹脂６ｅを除去して、接触面６ｃ、非接触面６ｄ及び焼結体６ａの裏面の各平面度、接触体６としての厚みを所定値に修正するために表裏面の研削加工を行い、更に表裏面の面粗さ等を整えるための研磨加工を行う。これにより、図３（ｄ）に示す接触体６を得ることができる。研磨加工は、例えば、銅定盤とダイヤモンドの遊離砥粒（３μｍ）を用いて行うことができるが、これに限定されるものではない。研削加工は、市販の研削加工機を用いて行うことができる。

図４（ａ）は、上述の通りにして得られる接触体６の接触面６ｃの構造（微構造）を示す模式図である。図４（ａ）の模式図は、接触体６の接触面を蛍光顕微鏡で撮影した画像を、樹脂部が白色に、樹脂部以外が黒色になるよう２値化する画像処理を行った後、更に樹脂が充填されていない気孔部に格子柄の画像を嵌め込む画像処理を行ったものである。なお、気孔部の画像（形状）は、金属顕微鏡により同じ範囲を撮影することによって得ることができる。撮影倍率は２００倍として、観察範囲（撮影領域）は、約３６３μｍ×２７２μｍの矩形領域とした。

接触体６の接触面６ｃは、焼結体６ａの「金属部」、焼結体６ａの気孔部に樹脂が含浸された「含浸樹脂部」、及び、焼結体６ａの気孔部に樹脂が含浸されていない「非含浸気孔部」からなる。含浸樹脂部及び非含浸気孔部は、焼結体６ａの気孔部を構成する。つまり、接触体６の接触面６ｃの全体に対する金属部、含浸樹脂部及び非含浸気孔部の各割合（％）を合計すると１００％となる。また、焼結体６ａの気孔部と金属部の各割合を合計すると１００％となる。つまり、含浸樹脂部と非含浸気孔部の各割合の和は、焼結体６ａの気孔部の割合となる。

以下の説明において、特に言及しない場合の金属部、含浸樹脂部及び非含浸気孔部の各割合とは、接触面６ｃ全体における面積割合であるとする。一方、気孔部全体に対する含浸樹脂部及び非含浸気孔部の各割合を指す場合には、その旨を明記する。

本実施形態では、焼結体６ａの気孔部の大きさは、場所により異なるが、概ね、数μｍ～１００μｍ程度の最大長さを有している。図４（ｂ）は、接触面６ｃの深さ方向での気孔部、含浸樹脂部及び非含浸気孔部の各割合を、接触面６ｃの１箇所で測定した結果を示す図である。接触面６ｃの深さ方向での気孔部の割合は、接触体６の製造工程における研磨処理の際に、所定の研磨深さで接触面６ｃを、金属顕微鏡を用いて２００倍の倍率で撮影した画像を用いて算出した。そのため、ここでの含浸樹脂部と非含浸気孔部の各割合とこれらの和である気孔部の割合は、観察面での割合、つまり、面積での割合である。その際の観察範囲（撮影領域）は、約３６３μｍ×２７２μｍの矩形領域とした。

なお、研磨深さが０μｍの場合には観察面全体が硬化した樹脂６ｅのみとなっている（金属部の割合が０％である）ため、便宜上、気孔部の割合を１００％とした。また、研磨加工に使用した研磨砥粒により発生する数マイクロメートル以下の深さの研磨傷は気孔部としてはカウントしないこととした。樹脂６ｅには蛍光染料を含ませているため、蛍光顕微鏡で観察すると樹脂部のみが発光する。この現象を利用して、含浸樹脂部の割合は、蛍光顕微鏡を用いて同じ範囲を観察し、撮影した画像に基づいて算出した。なお、含浸樹脂部の割合を求める方法は、これに限らず、例えば、レーザ顕微鏡を用いて得た画像と深さデータから行う等してもよい。

図４（ｂ）に示すように、気孔部の割合は研磨開始面から３０μｍ程度の深さまでの間で急激に減少し、研磨深さが３０μｍ以上ではほぼ一定となっている。つまり、３０μｍ以上の研磨深さでの気孔部の割合は、深さ方向において更に１０μｍ研磨した面での気孔部の割合と同等となる。ここで「同等」とは、両者の気孔部の割合の差が５％以下であることをいう。気孔部の割合が変化する現象は、焼結体６ａの最表層である０～３０μｍ程度の深さ範囲では、焼結粉同士が結合するネック部が少なく、研磨深さが深くなるにしたがってネック部が出現してくることに起因していると考えられる。換言すれば、研磨深さが３０μｍ以上となった場合の観察面では、基本的に全ての焼結粉同士が結合してネック部が形成されている。

研磨開始面から研磨深さが深くなるにしたがって、含浸樹脂部の割合は減少していき、特に研磨開始面から３０μｍ程度の深さまでの範囲で変化が大きい。含浸樹脂部の割合は、研磨深さが０μｍでは１００％であるが、研磨深さが１５μｍでは２７％程度となり、研磨深さが３０μｍ以上になると、約１０％以下となっている。この原因としては、研磨開始面から３０μｍ程度の研磨深さの範囲では焼結粉同士が結合するネック部が少ないことや、一定の深さより深くなると、外部の空気が通らず且つ樹脂が充填されない閉気孔部が出現することが考えられる。また、研磨開始面から深さ方向に離れた位置に存在する体積の大きな気孔部では樹脂による充填が完了せずに深さ方向に流れていくことや、研磨の際に樹脂が気孔部から剥離されること等も、含浸樹脂部の割合に上述の変化が生じる原因と考えられる。

もっとも、研磨深さが３０μｍ以上になると、含浸樹脂部の割合の変化は小さくなる。含浸樹脂部の割合が大きい方が保持力や起動性の点では有利になるが、消費電力は大きくなってしまう。そのため、接触体６での接触面６ｃでは、含浸樹脂部の割合が１５％以下、望ましくは１０％以下となるようにする。なお、含浸樹脂部の割合が少な過ぎると十分な保持力や起動性が得られなくなってしまうため、含浸樹脂部の割合は２％以上となるようにする。

一方、非含浸気孔部の割合は、研磨開始面から研磨深さが深くなるにしたがって大きくなり、研磨深さが３０μｍでは２％未満であるが、研磨深さが５０μｍでは４％以上となり、研磨深さが１００μｍ以上では６％以上となっている。しかし、非含浸気孔部の割合は、研磨深さが１００μｍ以上でほぼ一定となっている。

一定量以上の非含浸気孔部が存在すると、振動型アクチュエータ１を駆動した際の接触体６と振動体２との摺動により発生する摩耗粉が、非含浸気孔部に取り込まれやすくなる。これにより、摩耗粉が振動型アクチュエータ１の駆動時に研磨粉として作用することを抑制して、耐摩耗性を向上させることができる。

なお、振動型アクチュエータ１において、接触体６が摩耗する深さ（摩耗が許容される深さ）としては２μｍ以下が想定される。別途の試験結果から、このような特性を得るためには、非含浸気孔部の割合は３％以上とすることが望ましいとの結果が得られている。前述したように含浸樹脂部の割合は１５％以下であることが望ましい。換言すれば、気孔部全体を１００％として、気孔部全体に対する非含浸気孔部の割合は２０％以上、含浸樹脂部の割合は８０％未満であることが望ましいと言うことができる。

一方で、気孔部全体に対する非含浸気孔部の割合は３０％以下とすることが望ましい。これは、非含浸気孔部の割合が多すぎると、振動体２との摺動の際に金属部に割れや欠けが発生するおそれがあるためである。一定割合以上の非含浸気孔部を形成するためには、焼結体６ａには一定値以上の硬さが必要とされる。これは、一定値以上の硬さのない焼結体では、研磨加工時に金属部の塑性流動（表面の形状が溶けるように流動する現象）が生じ易く、表面に占める金属部の割合が多くなり、気孔部の面積が小さくなってしまうからである。

また、研磨工程に適した研磨方法を選択する必要がある。研磨方法によっては、力や熱の加わり方が異なり、上述した金属部の塑性流動の生じ易さが異なるからである。

非含浸気孔部の１つあたりの平均面積は、含浸樹脂部の１つあたりの平均面積よりも大きいことが望ましい。また、観察範囲（撮影領域）とした約３６３μｍ×２７２μｍの範囲に、３００μｍ^２以上の面積の非含浸気孔部が１つ以上存在することが望ましい。これにより、振動型アクチュエータ１の駆動時に生じる摩耗粉の非含浸気孔部への詰まり（満充填）を抑制して、摩耗粉が非含浸気孔部に持続的に取り込まれるようにすることができる。

ところで、焼結体６ａと同様に製造された焼結体について測定した密度は６．３ｇ／ｍｌであり、焼結体６ａの密度はこれと同じとみなすことができる。なお、密度測定は、アルキメデス法により行っている。ＳＵＳ４２０Ｊ２の溶製材の密度は７．７５ｇ／ｍｌであることから、焼結体６ａの気孔率は約１９％となる。

このように焼結体６ａが６．３ｇ／ｍｌの密度を有している場合には、非含浸気孔部の割合が多くなっても、必要な含浸樹脂部が確保されていれば、摩擦係数や耐摩耗性等の特性の低下は実質的にみられない。しかし、焼結体の密度が６．１ｇ／ｍｌ未満（気孔率が２１．３％を超える）の場合には、焼結粉同士のネック部の形成が不十分なため、振動型アクチュエータの駆動時に焼結粉が脱落して、耐摩耗性が低下するおそれがある。よって、焼結体の気孔率は２１％以下であることが望ましい。

図４（ｃ）は、接触面６ｃの深さ方向での気孔部の割合を、周方向に３０°間隔で設定した１２ケ所で測定し、その平均値を求めた結果を示す図である。樹脂含浸前の焼結体６ａでは、接触面６ｃ及び非接触面６ｄを含む図３（ａ）での上面の平面度は一般的に０～１００μｍ程度である。図４（ｃ）の結果は、平面度が４２μｍの焼結体６ａを用いて、図３を参照して説明した樹脂含浸処理を行ったものを用いている。研磨処理を開始すると、全面が樹脂で覆われている状態から一部で金属面が出現した状態となる。

研磨処理を更に進めると、研磨深さが約５７μｍとなった時点で研磨面全体に金属（焼結粉）が現れる。しかし、この時点では、含浸樹脂部の割合が１７％、非含浸気孔部の割合が３％未満であるため、耐摩耗性が十分とは言えず、消費電力が大きくなるおそれがある。更に研磨処理を進めて研磨深さを７０μｍ以上とすると、含浸樹脂部の割合が１０％以下、非含浸気孔部の割合が３．５％（気孔部全体を１００％とした場合の非含浸気孔部の割合が２７％）の、接触体６の摩擦摺動面として良好な特性を示す面が得られる。

研磨深さを８５μｍとすると、非含浸気孔部の割合は３．７％、気孔部全体に対する非含浸気孔部の割合は３１％となる。また、研磨深さを９５μｍとすると、非含浸気孔部の割合は５．３％となり、気孔部に対する非含浸気孔部の割合は３９％となる。

これらのことから、振動型アクチュエータ１において接触面６ｃの全周を振動体２との摩擦摺動面として使用する場合に必要な最少研磨量は、図４（ｃ）の結果を生じた焼結体６ａでは７０μｍであり、焼結体６ａの平面度に３０μｍを足した値となった。

以上の説明の通り、樹脂含浸処理を行った焼結体に対して、一定値以上の（一定の深さ以上の）研磨を行い、金属部、含浸樹脂部及び非含浸樹脂部の各割合の変動が少なく、且つ、所望の値となっている領域を摩擦摺動面とした接触体を得る。これにより、接触体毎の平面度や研磨量のばらつき等に起因する摩擦係数、耐摩耗性等の性能のばらつきを低減し、振動型アクチュエータ毎の特性のばらつきを軽減することが可能になる。

次に、上述した接触体６を用いた振動型アクチュエータ１を適用した機器及び装置の一例としての撮像装置と産業用ロボットについて説明する。

図５（ａ）は、撮像装置７００（機器）の概略構成を示す上面図である。撮像装置７００は、撮像素子７１０及び電源ボタン７２０を搭載したカメラ本体７３０を備える。また、撮像装置７００は、不図示のレンズ群、振動型アクチュエータを備えるレンズ鏡筒７４０（光学機器、機器）を備える。レンズ群の駆動は振動型アクチュエータによって行われる。レンズ鏡筒７４０は、交換レンズとしてカメラ本体７３０に対して取り換えが可能であり、撮影対象に合わせて適したレンズ鏡筒７４０をカメラ本体７３０に取り付けることができる。振動型アクチュエータとしては、図２を参照して説明した振動型アクチュエータ１を用いることができる。

振動型アクチュエータによるレンズの駆動は、オートフォーカス用のレンズの駆動に好適であると考えられるが、これに限られず、ズーム用のレンズについても、同様の構成による駆動が可能と考えられる。また、振動型アクチュエータは、撮像素子の駆動や、像ぶれ補正のためのレンズ又は撮像素子の駆動にも用いることができる。

図５（ｂ）は、振動型アクチュエータ１をレンズ鏡筒７４０に実装した構成例を簡易的に示す断面図であり、光軸Ｌを含む断面で表されている。接触体６は、接触面６ｃ（図５（ｂ）において符号省略）が振動体２の突起部５（図５（ｂ）において符号省略）と接触するように配置されている。接触体６に対して、接触面６ｃの反対側の面には、ロータゴム（防振ゴム）８を挟んで出力伝達部材９が設置されている。

一方、振動を阻害しないように振動体２を保持する保持基台４３において、接触体６側の反対側には、振動体２を接触体６へ所定の力で押し当てるための加圧手段として板バネ１０が設けられている。また、板バネ１０を圧縮して加圧力を生じさせるために、板バネ１０の撓み量を規制する加圧リング１８が配置されており、加圧リング１８と保持基台４３とで板バネ１０が挟持されている。こうして、振動体２と接触体６の間に適切な加圧力が付与される。

鏡筒ユニット本体１６には、光軸方向（光軸Ｌの延伸方向）に対して垂直に張り出したフランジ１６ａが形成されており、フランジ１６ａの一方の面にマニュアルフォーカスを行うためのマニュアルリング１５が手動にて回転可能に設置されている。また、マニュアルリング１５の回転操作や振動型アクチュエータ１の出力伝達により回転可能なコロリング１９が、マニュアルリング１５と振動型アクチュエータ１の間に設置されている。コロリング１９を回転させると、コロリング１９に設けられた出力キー１７を介してカム環等が回転するよう構成されている。

コロリング１９には、半径方向に延出するように複数箇所にコロ軸１３が形成されており、コロ軸１３まわりに回転自在にコロ１４がコロ軸１３に取り付けられている。コロ１４を挟んで出力伝達部材９とマニュアルリング１５が光軸方向に積層されて構成されている。加圧リング１８の内周側は、ネジ又はバヨネット構造で、鏡筒ユニット本体１６と係合している。加圧リング１８を回転させて光軸方向に移動させることにより、板バネ１０の圧縮量を調整することができる。こうして、保持基台４３からマニュアルリング１５を経てフランジ１６ａまでの各部品が加圧挟持される。

振動型アクチュエータ１を駆動すると、接触体６が光軸Ｌを中心として回転し、これにより接触体６、ロータゴム８及び出力伝達部材９が光軸Ｌまわりに一体的に回転する。そして、出力伝達部材９と接触しているコロ１４がマニュアルリング１５の面上を転動しながらコロリング１９と共に光軸Ｌまわりに回転し、コロリング１９に設置された出力キー１７により不図示のカム環等が回転して、オートフォーカス動作等が行われる。

図６は、振動型アクチュエータ１を搭載したロボット１００（機器）の概略構成を示す斜視図であり、ここでは、産業用ロボットの一種である水平多関節ロボットを例示している。

ロボット１００は、アーム関節部１１１とハンド部１１２を有する。アーム関節部１１１は、２本のアーム１２０が交差する角度を変えることができるように２本のアームを接続する。ハンド部１１２は、アーム１２０と、アーム１２０の一端に取り付けられる把持部１２１と、アーム１２０と把持部１２１とを接続するハンド関節部１２２とを有する。振動型アクチュエータは、アーム関節部１１１や把持部１２１に内蔵され、アーム１２０やハンド関節部の角度調整や回転動作を行う。

なお、アーム関節部１１１の曲げやハンド部１１２の把持動作には、低回転数で高トルクのＴＮ特性（負荷トルク－回転数の関係を示す垂下特性）を有する振動型アクチュエータが好適に用いられる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、上記実施形態では、本発明を円環形状の接触体に適用したが、本発明は、直線状（棒状）や平板状の接触体にも適用が可能である。直線状の接触体を用いて、リニア駆動型の振動型アクチュエータを実現することができる。また、平板状の接触体をその平面内の任意の方向に駆動可能な装置としては、ＸＹステージを挙げることができる。上記実施形態では、ステンレス粉末の焼結体を用いて接触体を製造したが、これに限らず、ステンレス溶製材の表面にブラスト処理等で孔部を設けたものを用いて、本発明に係る接触体を製造することも可能である。

１ 振動型アクチュエータ
２ 振動体
６ 接触体
６ａ 焼結体
６ｃ 接触面

Claims (15)

1. 振動型アクチュエータにおいて振動体と接触する接触体であって、
   前記接触体は金属粉の焼結体を母材としており、
   前記焼結体における前記振動体との接触面は、
   前記焼結体の気孔部に樹脂が含浸した含浸樹脂部と、
   前記焼結体の気孔部に樹脂が含浸していない非含浸気孔部と、を有し、
   前記接触面の全体に対する前記含浸樹脂部の割合は、２％以上、且つ、１５％以下であり、前記接触面の全体に対する前記非含浸気孔部の割合は、３％以上であることを特徴とする接触体。
2. 前記接触面の全体に対する前記含浸樹脂部の割合は、１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の接触体。
3. 前記気孔部の全体に対する前記非含浸気孔部の割合は、２０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接触体。
4. 前記気孔部の全体に対する前記非含浸気孔部の割合は、３０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接触体。
5. 前記焼結体の前記接触面には、ネック部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接触体。
6. 前記接触面の全体に対する前記気孔部の割合と、前記接触面から１０μｍの深さでの気孔部の割合と、の差は、５％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接触体。
7. 前記焼結体のビッカース硬さは、５５０Ｈｖ０．２以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の接触体。
8. 前記接触面において前記非含浸気孔部の面積は、前記含浸樹脂部の面積より大きいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接触体。
9. 前記非含浸気孔部の少なくとも一部は、３００μｍ^２以上の面積を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の接触体。
10. 前記焼結体は、粒径が１５０μｍ以下、密度が６．１～６．６ｇ/ｍｌ、のマルテンサイト系ステンレスの焼結体であり、
    前記樹脂は、硬質粒子を含有するエポキシ樹脂であること特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の接触体。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の接触体と、
    前記接触体と接触する振動体と、を備え、
    前記振動体に所定の振動を励起することにより、前記接触体が前記振動体に対して相対的に移動することを特徴とする振動型アクチュエータ。
12. 前記接触体は、直線状、平板状、円環状または円板状であることを特徴とする請求項１１に記載の振動型アクチュエータ。
13. 請求項１１又は１２に記載の振動型アクチュエータと、
    前記振動型アクチュエータにより駆動されるレンズと、を備えることを特徴とする光学機器。
14. 請求項１１又は１２に記載の振動型アクチュエータと、
    レンズと、
    撮像素子と、を備え、
    前記振動型アクチュエータにより前記レンズ及び前記撮像素子のうちの少なくとも一方が駆動されることを特徴とする撮像装置。
15. 請求項１１又は１２に記載の振動型アクチュエータと、
    前記振動型アクチュエータにより駆動される部品と、を備えることを特徴とする機器。
    

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