JP2022136602A - 振動型アクチュエータ及びそれを有する雲台、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、従来技術よりも、硬化処理された接触面の端部にクラックや欠けが発生し難い振動型アクチュエータを提供することを目的とする。
【解決手段】 弾性体と、電気－機械エネルギー変換素子と、を有する第１の部材と、弾性体と接触し、電気－機械エネルギー変換素子に印加された交流電圧により発生した振動により、振動体に対して相対的に移動する第２の部材と、を備え、第２の部材は、第１の部材と接触する、硬化処理された接触面と、接触面と接続し、接触面に対して傾斜する傾斜面と、を有し、傾斜面には、被膜が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、振動型アクチュエータ及びそれを有する雲台、電子機器に関するものである。

振動型アクチュエータは、低速・大トルク駆動可能などの特徴から、例えば一眼レフカメラの撮影レンズにおけるオートフォーカスの駆動用モータとして実用化されている。また、近年はカメラ以外のさまざまな電子機器への適用も期待されている。例えば、ロボットアームの関節駆動やロボットハンドの回転駆動、監視カメラなどの撮像装置の雲台の回転駆動、画像形成装置の感光体ドラムの回転駆動への振動型アクチュエータの適用が期待されている。

このようなレンズ駆動用途以外の用途においては、一般的に、レンズ駆動用途よりも頻繁に駆動することから、振動型アクチュエータの耐久性の向上が求められている。

特許文献１には、振動型アクチュエータにおいて、振動体と接触し、振動体に対して相対的に移動する接触体（移動体）が開示されている。また、振動体と接触する接触面（摺動部）に、硬化処理（窒化処理）された表層（接触面）を形成し、耐摩耗性を向上させる技術が開示されている。

特開２００６－２１１７５５号公報

しかし、硬化処理することにより、硬度と共に脆性も増す。したがって、特許文献１に記載された振動型アクチュエータは、硬化処理しない場合と比較し、耐摩耗性が向上する一方で、硬化処理された表層（接触面）の端部にクラックや欠けが発生し易くなるという問題がある。

そこで、本発明は、従来技術よりも、硬化処理された接触面の端部にクラックや欠けが発生し難い振動型アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の振動型アクチュエータは、弾性体と、電気－機械エネルギー変換素子と、を有する第１の部材と、前記弾性体と接触し、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加された交流電圧により発生した振動により、前記振動体に対して相対的に移動する第２の部材と、を備え、前記第２の部材は、前記第１の部材と接触する、硬化処理された接触面と、前記接触面と接続し、前記接触面に対して傾斜する傾斜面と、を有し、前記傾斜面には、被膜が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の振動型アクチュエータは、弾性体と、電気－機械エネルギー変換素子と、を有する第１の部材と、前記弾性体と接触し、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加された交流電圧により発生した振動により、前記振動体に対して相対的に移動する第２の部材と、を備え、前記第１の部材は、前記第２の部材と接触する、硬化処理された接触面と、前記接触面と接続し、前記接触面に対して傾斜する傾斜面と、を有し、前記傾斜面には、被膜が形成されていることを特徴とする。

上記発明により、従来技術よりも、硬化処理された接触面の端部にクラックや欠けが発生し難い振動型アクチュエータを提供することができる。

本発明の実施例１に係る振動型アクチュエータの構成を概略的に示す断面図である。 図１における接触体の構成を概略的に示す、（ａ）断面図、（ｂ）拡大断面図である。 図１における接触体の製造方法を示す工程図である。 図１における接触体の第１の変形例の構成を概略的に示す拡大断面図である。 図１における接触体の第２の変形例の構成を概略的に示す、（ａ）断面図、（ｂ）拡大断面図である。 図１における接触体の第３の変形例の構成を概略的に示す、（ａ）断面図、（ｂ）拡大断面図である。 本発明の実施例２に係る振動型アクチュエータの構成を概略的に示す分解斜視図である。 図７における振動体の構成を概略的に示す、（ａ）断面図、（ｂ）拡大断面図である。 本発明の実施例３に係る振動型アクチュエータの構成を概略的に示す、（ａ）上面図、（ｂ）Ｃ－Ｃ断面の断面図、（ｃ）Ｃ－Ｃ断面の拡大断面図である。 本発明の実施例に係る振動型アクチュエータを搭載した雲台と、雲台に搭載された撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施例に係る振動型アクチュエータを搭載した撮像装置の構成を概略的に示す上面図である。 本発明の実施例に係る振動型アクチュエータを搭載したＭＲＩ診断装置の構成を概略的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る振動型アクチュエータ１０の構成を概略的に示す断面図である。振動型アクチュエータ１０における振動体２０および接触体３００（移動体、被駆動体）および加圧機構４０などの機械的構成は、例えば特開２０１７－１０８６１５号公報に記載の振動型アクチュエータと機能的には同等である。

本実施例の振動型アクチュエータ１０は、弾性体２１および電気－機械エネルギー変換素子２２を有する振動体２０（第１の部材）と、振動体２０と接する接触体３００（第２の部材）を備えている。加えて、電気－機械エネルギー変換素子２２に給電する給電部材（フレキシブルプリント基板）５０を備えている。

図１において、振動型アクチュエータ１０は、環状に形成された振動体２０（第１の部材）、環状に形成された接触体３００（第２の部材）、および加圧機構４０を備える。また、振動型アクチュエータ１０は、シャフト、ハウジング、ベアリング、ねじを備える。

振動体２０（第１の部材）は、弾性体２１と、弾性体２１に接合された電気－機械エネルギー変換素子である圧電素子２２と、圧電素子２２に接合されて圧電素子２２に交流電圧である駆動電圧を印加するための給電部材５０を有する。

加圧機構４０は制振ゴム４１、加圧ばね受け部材４２、加圧ばね受けゴム４３、加圧ばね４４（加圧部材）及び加圧ばね固定部材４５を有する。振動体２０（第１の部材）及び接触体３００（第２の部材）はシャフトを中心軸として同心円状に配置され、シャフトに固定された加圧機構４０によってシャフトのスラスト方向に関して互いに加圧接触（摩擦接触）する。具体的には、シャフトに固定された加圧ばね固定部材４５によって移動を規制された加圧ばね４４（加圧部材）が、制振ゴム４１、加圧ばね受け部材４２及び加圧ばね受けゴム４３を介して接触体３００（第２の部材）をスラスト方向に押圧する。このように構成されることにより、接触体３００（第２の部材）と振動体２０（第１の部材）は安定的に接触する。

振動型アクチュエータ１０では、給電部材５０を通して圧電素子２２へ交流電圧である駆動電圧を印加することにより、振動体２０（第１の部材）に駆動振動を励起させる。駆動振動の態様は圧電素子２２が有する複数の電極の数や配置形態に依存するが、励起される駆動振動が振動体１０の周方向に進むｎ次の進行波となるように、圧電素子２２が設計される。なお、ｎ次の駆動振動とは振動体２０（第１の部材）の周方向における波数がｎ個となる曲げ振動である。圧電素子２２に発生した駆動振動は振動体２０（第１の部材）に生じた進行波によって、接触体３００（第２の部材）をシャフト回りの周方向へ駆動する。すなわち、接触体３００（第２の部材）は振動体２０（第１の部材）と同心を保ったまま、相対的に回転運動する。接触体３００（第２の部材）に発生した回転力は加圧機構４０とシャフトを通して外部へ出力される。

図１に描かれている本実施形態の振動型アクチュエータ１０は、例えばハウジングを所望の部材に固定し、シャフトにカメラなどの可動対象を固定することで、可動対象を自由に回転駆動させることができる。他方で、シャフトを固定してハウジングを回転駆動させることも可能である。

図２（ａ）は、接触体３００（第２の部材）の構成を概略的に示す断面図である。接触体３００（第２の部材）は、基底となる本体部３０１（基底部）と、本体部３０１（基底部）から内径方向に環状に延在し、加圧ばね４４（加圧部材）による加圧方向にばね性を有するばね部３０２を有する。ばね部３０２の端部には、振動体２０（第１の部材）と加圧接触する接触面３０３を有する。

ばね部３０２が延在する方向は、加圧ばね４４（加圧部材）による、接触体３００（第２の部材）及び振動体２０（第１の部材）を加圧接触させる加圧方向と交差している。そして、ばね部３０２は、加圧ばね４４（加圧部材）による加圧方向にばね性を有する（加圧部材による加圧力に対してばね性を有する）厚みで形成されている。これにより、振動体２０（第１の部材）に対して接触体３００（第２の部材）を安定して接触させることが可能となっている。

図２（ｂ）は、接触体３００（第２の部材）のばね部３０２の構成を概略的に示す断面図である。本体部３０１（基底部）とばね部３０２は、基材３０４が、オーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料で構成されている。基材が鉄系材料で構成されているのは、硬化処理（窒化処理）するためである。振動体２０（第１の部材）との接触面３０３には窒化層３０６が形成され、接触面３０３を除いた表面には、鉄系材料以外の金属系材料から構成されている被膜３０５が形成されている。被膜が鉄系材料以外の金属系材料から構成されているのは、硬化処理（窒化処理）されないようにするためである。

ばね部３０２は、振動型アクチュエータの駆動時にばね部３０２がばね性を持って繰り返し荷重を受けて変形するため、被膜３０５にクラックや欠けが発生したり、基材３０４に対して剥離したりする虞がある。クラックや欠け、剥離によって、ばね部３０２のばね定数と共振周波数が変化し、振動型アクチュエータの駆動時の鳴き・異音が発生するため、被膜３０５のクラックや欠けの対策、被膜３０５の剥離の対策は重要である。

窒化層３０６の外径側には、接触面３０３と接続し、接触面３０３に対して傾斜する第１の傾斜面３０７が形成され、窒化層３０６が被膜３０５によって覆われている。つまり、第１の傾斜面３０７には、被膜３０５が形成されている。窒化層３０６の内径側には、接触面３０３と接続し、接触面３０３に対して傾斜する第２の傾斜面３０７が形成され、窒化層３０６が被膜３０５によって覆われている。つまり、第２の傾斜面３０８には、被膜３０５が形成されている。第１の傾斜面３０７の接触面３０３に対する傾斜角θ_ｏｕｔと、第２の傾斜面３０８の接触面３０３に対する傾斜角θ_ｉｎはともに１２０度であり、鈍角である。したがって、窒化層３０６の内外径の幅は、接触面３０３から深さ方向に広がる構成となっている。

振動型アクチュエータの駆動時に接触面３０３は、振動体２０（第１の部材）との間に摩擦力を受ける。摩擦力によって、接触面３０３と被膜３０５の界面で剥離が発生する虞がある。しかし、接触面３０３と接続し、接触面３０３に対して傾斜する、第１の傾斜面３０７と第２の傾斜面３０８が形成されていることにより、摩擦力の被膜３０５に対して垂直な成分が小さくなり、被膜３０５の剥離が抑制される。

被膜３０５の厚さは、ばね部３０２のばね定数への影響を小さくし、被膜の内部応力によるクラックや欠けの発生を抑制するために、薄く構成されている。被膜３０５の厚さは、１μｍ以上、ばね部３０２の最小厚さの１０％以下であることが好ましい。被膜の厚さが１μｍ未満だと、被膜に欠陥が生じ、窒化工程での基材への窒化層の形成を抑制することができないので、好ましくないからである。また、被膜の厚さが、ばね部の最小厚さの１０％より大きいと、ばね部のばね定数に対する被膜の影響が大きくなり、被膜の厚さムラ・バラツキによるばね定数のムラ・バラツキが大きくなるので、好ましくないからである。

具体的には、ばね部３０２の最小厚さは数１００μｍ～数ｍｍ、被膜３０５の厚さは数１０μｍ以下であり、さらに好ましくは被膜３０５の厚さは１０μｍ以下である。なお、本実施例の図では、ばね部３０５の構成の理解が容易になるように被膜３０５の厚さは誇張している。

図３は、接触体の製造方法を示す工程図であり、ばね部３０２を拡大して示している。第１の工程である切削工程（不図示）では、ばね部３０５を含む接触体３００（第２の部材）の基材３０４が切削加工で製造される。ばね部３０２の先端には凸部が形成され、凸部の外径と凸部の内径にそれぞれ、接触面３０３と接続し、接触面３０３に対して傾斜する、第１の傾斜面３０７と第２の傾斜面３０８が形成される。基材３０４には、オーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料が用いられる。

第２の工程であるめっき工程では、ばね部３０２を含む接触体３００（第２の部材）にめっき処理により被膜３０５が形成される。めっき処理は電気めっき、無電解めっきのどちらでもよい。被膜３０５の主成分は、銅、ニッケル、錫、銀、クロムなどであり、鉄系材料でなければよく、第４の工程である窒化工程での基材３０４への窒化層の形成を抑制することができる材質であればよい。

第３の工程である研磨工程では、接触面３０３の被膜３０５を研磨により除去し、基材３０４を露出させる。研磨時の摩擦力によって、被膜３０５と接触面３０３の界面での被膜３０５が剥離する虞があるが、第１の傾斜面３０７、第２の傾斜面３０８によって摩擦力が分散され、被膜３０５が剥離する力を小さくでき、被膜３０５の剥離を抑制することができる。

振動型アクチュエータの駆動時の鳴き・異音の抑制には、接触面３０３の平面度を高精度に仕上げること有効である。研磨工程では、被膜３０５を除去した後に、基材３０４を研磨することで接触面３０３の平面度を向上させる。これにより、第４の工程である窒化工程の後の平面度を向上させる研磨やラップなどの工程の簡略化したり廃止したりしても、接触面３０３の平面度を高精度に仕上げることができる。

第４の工程である窒化工程では、接触体３００（第２の部材）を窒化炉に入れて窒化処理（硬化処理）を施す。基材３０４が露出した接触面３０３には窒素が侵入し、窒化層３０６が形成される。被膜３０５が形成されている面は、被膜３０５によって基材３０４への窒素の侵入が抑制され、基材３０４の窒化層の形成が大幅に抑制される。また、窒化処理は４００～６００℃の熱処理であるため、被膜３０５は基材３０４と熱拡散して密着性が向上し、振動型アクチュエータの駆動時の被膜３０５の剥離が抑制される。

窒化工程では、基材３０４に窒素の侵入するため窒化層３０６の形成過程で体積膨張し、窒化層３０６と接触する被膜３０５が変形し、剥離する虞がある。窒素は基材３０４が露出している接触面３０３から侵入するため、第１の傾斜面３０７、第２の傾斜面３０８の被膜３０５の裏側である領域Ａ０には窒素の侵入が少なくなり、体積膨張が小さくなる。そのため、被膜３０５の変形と被膜３０５の剥離が抑制される。

窒化工程後の被膜３０５は、めっき工程で形成されためっき被膜と基材３０４が拡散した材質であるが、めっき被膜には鉄系材料を使用していないため、被膜３０５では、めっき被膜の材質が主成分となる。例えば、めっき工程でニッケルめっきを使用すれば、被膜３０５をＥＤＸなどの元素分析を行うと、鉄含有量（質量％）よりもニッケル含有量（質量％）が多く検出される。銅めっき、クロムめっきなどを用いた場合も同様である。

本実施例の構成では、接触体３００（第２の部材）の基材３０４に非磁性材料であるオーステナイト系ステンレス鋼を用いている。これにより、マルテンサイト系ステンレス鋼などの強磁性材料を用いる場合と比較し、接触体３００（第２の部材）の磁性を低減することができる。

また、接触体３００（第２の部材）に形成された鉄系材料の窒化層３０６は磁性を有するため、被膜３０５によって接触面３０３を除いた面に窒化層が形成されることを防止している。これにより、接触体の全面に窒化層を形成した場合と比較し、接触体の磁性を低減することができる。なお、被膜３４５に非磁性材料を用いることが好ましい。

さらには、振動型アクチュエータ１０を構成する全ての部品に非磁性材料で構成することで、振動型アクチュエータ１０を非磁性化することができる。例えば、弾性体２１には窒化処理（硬化処理）を施したオーステナイト系ステンレス鋼、シャフトにはオーステナイト系ステンレス鋼、加圧ばね４４（加圧部材）にはリン青銅を用いることができる。

図４は、本実施形態における接触体の第１の変形例の構成を概略的に示す断面図であり、接触体３１０（第２の部材）のばね部３１２の構成を概略的に示す断面図である。本体部３１１（基底部）とばね部３１２は、基材３１４がオーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料で構成されている。振動体２０（第１の部材）との接触面３１３には窒化層３１６が形成され、接触面３１３を除いた表面には被膜３１５が形成されている。

窒化層３１６の外径側には、接触面３１３と接続し、接触面３１３に対して傾斜する第１の傾斜面３１７が形成され、窒化層３１６が被膜３１５によって覆われている。つまり、第１の傾斜面３１７には、被膜３１５が形成されている。窒化層３１６の内径側には、傾斜面が形成されていない。第１の傾斜面３１７の接触面３１３に対する傾斜角θ_ｏｕｔは１２０度であり、鈍角である。本変形例の構成であれば、製造時に内径側の傾斜面の切削加工を省略することができる。なお、傾斜面を内径部だけに形成し、外径部には形成しない構成でもよい。本変形例の構成でも本実施例と同様の効果を得ることができる。振動型アクチュエータの駆動時と製造時の研磨工程で接触面３１３にかかる摩擦力を第１の傾斜面３１７で分散し、被膜３１５の剥離を抑制することができる。また、窒化工程で第１の傾斜面３１７により、被膜３１５の裏側の領域Ａ１の膨張を抑制し、被膜３１５の剥離を抑制することができる。

図５（ａ）は、本実施形態における接触体の第２の変形例の構成を概略的に示す断面図である。本実施形態ではばね部は片持ち梁構成を説明したが、本変形例ではばね部が両持ち梁構成である。接触体３２０（第２の部材）は、本体部３２１（基底部）とばね部３２２を備える。本体部３２１（基底部）は、同心状に配置されたで第１の本体部３２１－１と（第１の基底部）第２の本体部３２１－２（第２の基底部）を備える。ばね部３２２は、第１と第２の本体部から径方向に延在して２つの本体部（基底部）を連結する。ばね部３２２の径方向の中央付近には、振動体２０（第１の部材）と加圧接触する接触面３２３を有する。ばね部３２２が延在する方向は、接触体３２０（第２の部材）と振動体２０（第１の部材）の加圧方向と交差しており、加圧力に対してばね性を有する厚みで形成されている。これにより、振動体２０（第１の部材）に対して接触体３２０（第２の部材）を安定して接触させることが可能となっている。

図５（ｂ）は、第２の変形例における接触体３２０（第２の部材）のばね部３２２の構成を概略的に示す断面図である。本体部３２２（基底部）とばね部３２２は、基材３２４がオーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料で構成されている。振動体２０（第１の部材）との接触面３２３には窒化層３２６が形成され、接触面３２３を除いた表面には被膜３２５が形成されている。窒化層３２６の外径側には、接触面３２３と接続し、接触面３２３に対して傾斜する第１の傾斜面３２７が形成され、窒化層３２６が被膜３２５によって覆われている。つまり、第１の傾斜面３２７には、被膜３２５が形成されている。窒化層３２６の内径側には、接触面３２３と接続し、接触面３２３に対して傾斜する第２の傾斜面３２８が形成され、窒化層３２６が被膜３２５によって覆われている。つまり、第２の傾斜面３２８には、被膜３２５が形成されている。第１の傾斜面３２７の接触面３２３に対する傾斜角θ_ｏｕｔと、第２の傾斜面の接触面３２３に対する傾斜角θ_ｉｎはともに１１０度であり、鈍角である。傾斜面は内外径のどちらか一方でもよい。本変形例の構成でも本実施例と同様の効果を得ることができる。振動型アクチュエータの駆動時と製造時の研磨工程で接触面３２３にかかる摩擦力を第１の傾斜面３２７、第２の傾斜面３２８で分散し、被膜３２５の剥離を抑制することができる。また、窒化工程で第１の傾斜面３２７、第２の傾斜面３２８により、被膜３２５の裏側の領域Ａ１の膨張を抑制し、被膜３２５の剥離を抑制することができる。

図６（ａ）は、本実施形態における接触体の第３の変形例の構成を概略的に示す断面図である。本実施形態では、ばね部と本体部（基底部）が同一材料からの切削加工で製造された一体部品である構成を説明したが、本変形例では、ばね部と本体部（基底部）が別部品であり、２部品が接着・接合された構成を説明する。

接触体３３０（第２の部材）は、本体部材３３１とばね部材３３９を備える。本体部材３３１とばね部材３３９は同心状に配置され、嵌合して接着・接合されている。本体部材３３１は、真鍮、アルミ合金などの快削材料を切削加工して製造された部品であり、ばね部材３３９はオーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料をプレス加工して製造した部品である。ばね部３３２は、本体部材３３１との嵌合部分から軸方向に延在し、途中から内径方向に向かってななめに折れ曲がり、先端に振動体２０（第１の部材）と加圧接触する接触面３３３を有する。嵌合部分と接触面３３３の間がばね部３３２である。ばね部３３２が延在する方向は、接触体３３０（第２の部材）と振動体２０（第１の部材）の加圧方向と交差しており、加圧力に対してばね性を有する厚みで形成されている。これにより、振動体２０（第１の部材）に対して接触体３３０（第２の部材）を安定して接触させることが可能となっている。

図６（ｂ）は、第３の変形例における接触体３３０（第２の部材）のばね部３３２の構成を概略的に示す断面図である。ばね部３３２は、基材３３４がオーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料で構成されている。振動体２０（第１の部材）との接触面３３３には窒化層３３６が形成され、接触面３３３を除いた表面には被膜３３５が形成されている。窒化層３３６の外径側には、接触面３３３と接続し、接触面３３３に対して傾斜する第１の傾斜面３３７が形成され、窒化層３３６が被膜３３５によって覆われている。つまり、第１の傾斜面３３７には、被膜３３５が形成されている。窒化層３３６の内径側には、接触面３３３と接続し、接触面３３３に対して傾斜する第２の傾斜面３３８が形成され、窒化層３３６が被膜３３５によって覆われている。つまり、第２の傾斜面３３８には、被膜３３５が形成されている。第１の傾斜面３３７の接触面３３３に対する傾斜角θ_ｏｕｔは１３５度であり、鈍角である。第２の傾斜面３３８の接触面３３３に対する傾斜角θ_ｉｎは４５度であり、鋭角である。

本変形例の構成でも本実施例と同様の効果を得ることができる。振動型アクチュエータの駆動時と製造時の研磨工程で接触面３３３にかかる摩擦力を第１の傾斜面３３７、第２の傾斜面３３８で分散し、被膜３３５の剥離を抑制することができる。また、窒化工程で第１の傾斜面３３７により、被膜３３５の裏側の領域Ａ２の膨張を抑制し、被膜３３５の剥離を抑制することができる。

本実施例では、傾斜面の接触面に対する傾斜角の具体的な値を示したが、摩擦力による被膜の剥離を抑制するためには、垂直でなければよい。窒化層の膨張による被膜の剥離を抑制するには鈍角又は鋭角である必要があり、５度以上８０度以下、又は、１００度以上１７５度以下であることが好ましい。

これら範囲から外れ、８０度より大きくなったり、１００度未満になると、摩擦力を分散し、被膜の剥離を十分に抑制することができず、硬化処理された接触面の端部にクラックや欠けを発生し難くするという被膜の効果が低下するので、好ましくないからである。また、これら範囲から外れ、５度未満になったり、１７５度より大きくなると、接触体と振動体が接触する面積において占める、接触面と振動体が接触する面積以外の面積（被膜と振動体が接触する面積）が広くなる。そして、その結果、意図しない接触状態となり、所望の駆動特性が得られないので、好ましくないからである。

本実施例では、ばね部の接触面を除いた面の全ての面に被膜を形成したが、この構成に限定されない。ばね部の一部に被膜が形成されていれば本実施例の効果を得ることができる。

（実施例２）
図７は、本発明の実施例２に係る振動型アクチュエータの構成を概略的に示す分解斜視図である。図７に示す振動型アクチュエータ４００は、リニア駆動が可能な装置であり、相対移動する振動体３２（第１の部材）と接触体３３（第２の部材）を備える。

振動体３２（第１の部材）は、弾性体３２ｂと、弾性体３２ｂの一方の面に設けられた２つの突起部３２ｄと、突起部３２ｄが設けられている面の反対側の面に設けられた圧電素子３２ａとを有する。なお、突起部３２ｄは、少なくとも１つあれば接触体３３（第２の部材）の駆動は可能である。

圧電素子３２ａは、接着剤によって弾性体３２ｂに接着されている。圧電素子３２ａは、板状の圧電セラミックスの両面に所定の形状の電極が形成された構造を有する。圧電素子３２ａの電極に所定の周波数の駆動電圧（交流電圧）を印加して、振動体３２（第１の部材）に２つの振動モードの振動を励起し、２つの突起部３２ｄを結ぶ方向と突起部３２ｄの突出方向とを含む面内での楕円運動を突起部３２ｄに生じさせる。これにより、突起部３２ｄは接触体３３（第２の部材）を摩擦駆動し、接触体３３（第２の部材）と振動体３２（第１の部材）とを相対的にリニア駆動させることができる。なお、振動体３２（第１の部材）に楕円運動を生じさせる原理は周知であるので、ここでの詳細な説明を省略する。

振動体３２（第１の部材）は支持部材１１９に保持され固定されている。また、支持部材１１９は、図６中のＸ方向と平行に配置される２本の案内部材であるガイドバー１２２に、Ｘ方向に案内され移動可能となっている。２本のガイドバー１２２は、ボトムプレート１２１に固定された２つの被駆動体保持部材１２３、１２４に挟持された状態で固定されている。

振動体３２（第１の部材）は、支持部材１１９に設けられた固定部１１９ｄに保持部材１０９を介してねじ固定されている。これにより、支持部材１１９と振動体３２（第１の部材）とは一体となってＸ方向に移動することが可能となっている。

支持部材１１９と振動体３２（第１の部材）との間には、板ばね形状を有し、Ｚ方向に撓むことでばね力を発生する加圧手段である加圧ばね１２５が配置されている。加圧ばね１２５は、その自由端が振動体３２（第１の部材）に接触しており、振動体３２（第１の部材）を接触体３３（第２の部材）に押圧している。ここで、所望の加圧接触状態を実現するためには、振動体３２（第１の部材）と接触体３３（第２の部材）とがＺ方向に相対的に変位可能となっている必要がある。本実施例では、保持部材１０９の一部が弾性変形することにより、振動体３２（第１の部材）と接触体３３（第２の部材）とがＺ方向において相対的に変位可能となっている。

振動型アクチュエータ４００では、振動体３２（第１の部材）と一体となってＸ方向にスライド移動する支持部材１１９を出力手段として駆動力（または変位）を取り出すことにより、任意の機器を駆動することができる。

図８（ａ）は、本実施例における振動体の構成を概略的に示す断面図である。弾性体３２ｂは、本体部３４１（基底部）と、本体部３４１（基底部）に備えられた２つの円筒状の突起部３２ｄの先端に円板状のばね部３４２を有する。ばね部３４２の中央には、接触体３３（第２の部材）と加圧接触する円状の接触面３４３を有する。ばね部３４２が延在する方向は、接触体３３（第２の部材）と弾性体３２ｂの加圧方向と交差しており、加圧力に対してばね性を有する厚みで形成されている。これにより、弾性体３２ｂに対して接触体３３（第２の部材）を安定して接触させることが可能となっている。

図８（ｂ）は、本実施例における振動体３２（第１の部材）のばね部３４２の構成を概略的に示す断面図である。本体部３４１（基底部）とばね部３４２は、基材３４４がオーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料で構成されている。振動体３２（第１の部材）との接触面３４３には窒化層３４６が形成され、接触面３４３を除いた表面には、鉄系材料以外の金属系材料からなる被膜３４５が形成されている。

窒化層３４６の周囲には、円周状に、接触面３４３と接続し、接触面３４３に対して傾斜する第１の傾斜面３４７が形成され、窒化層３４６が被膜３４５によって覆われている。つまり、第１の傾斜面３４７には、被膜３４５が形成されている。第１の傾斜面３４７の接触面３４３に対する傾斜角θは１５０度であり、鈍角である。したがって、窒化層３４６の直径は、接触面３３３から深さ方向に大きくなる構成となっている。

被膜３４５の厚さは、ばね部３４２のばね定数への影響が小さくし、被膜の内部応力によるクラックや欠けの発生を抑制するために、薄く構成されている。ばね部３４２の厚さに対して、被膜３４５の厚さが１０％以下することが好ましい。具体的には、ばね部３４２の厚さは数１００μｍ～数ｍｍ、被膜３４５の厚さは数１０μｍ以下であり、さらに好ましくは被膜３４５の厚さは１０μｍ以下である。なお、図８では、ばね部３４５の構成の理解が容易になるように被膜３４５の厚さは誇張している。

本実施例の弾性体３２ｂは、実施例１で説明した接触体の製造方法と同じ方法を用いることができる。本変形例では、基材３４１を形成する第１の工程に、オーステナイト系ステンレス鋼板のプレス加工を用いることができる。第２の工程であるめっき工程、第３の工程である研磨工程、第４の工程である窒化工程は実施例１と同じである。窒化工程の後に、弾性体３２ｂの圧電素子３２ａとの接着面の被膜３４５を研磨により除去することで、圧電素子３２ａを強固に接着することができる。

本変形例の構成でも本実施例と同様の効果を得ることができる。振動型アクチュエータの駆動時と製造時の研磨工程で接触面３２３にかかる摩擦力を第１の傾斜面３４７で分散し、被膜３４５の剥離を抑制することができる。また、窒化工程で第１の傾斜面３４７により、被膜３４５の裏側の領域Ａ３の膨張を抑制し、被膜３４５の剥離を抑制することができる。

本実施例の構成では、弾性体３２ｂの基材３４４に非磁性材料であるオーステナイト系ステンレス鋼を用いたことで、マルテンサイト系ステンレス鋼などの強磁性材料を用いた場合と比較し、弾性体３２ｂの磁性を低減することができる。また、弾性体３２ｂに形成された鉄系材料の窒化層３４６は磁性を有するため、被膜３４５によって接触面３４３を除いた面に窒化層が形成されることを防止している。これにより、接触体の全面に窒化層を形成した場合と比較し、接触体の磁性を低減することができる。なお、被膜３４５に非磁性材料を用いることが好ましい。さらには、振動型アクチュエータ４００を構成する弾性体３２ｂ以外の部品に非磁性材料で構成することで、振動型アクチュエータ１０を非磁性化することができる。例えば、接触体３３（第２の部材）には窒化処理（硬化処理）を施したオーステナイト系ステンレス鋼、ガイドバー１２２にはオーステナイト系ステンレス鋼、加圧ばね１２５にはリン青銅を用いることができる。

本実施例では、傾斜面の接触面に対する傾斜角の具体的な値を示したが、摩擦力による被膜の剥離を抑制するためには、垂直でなければよい。窒化層の膨張による被膜の剥離を抑制するには鈍角である必要があり、１００度以上１７５度以下であることが好ましい。この範囲から外れ、１００度未満になると、摩擦力を分散し、被膜の剥離を十分に抑制することができず、硬化処理された接触面の端部にクラックや欠けを発生し難くするという被膜の効果が低下するので、好ましくないからである。また、この範囲から外れ、１７５度より大きくなると、接触体と振動体が接触する面積において占める、接触面と振動体が接触する面積以外の面積（被膜と振動体が接触する面積）が広くなる。そして、その結果、意図しない接触状態となり、所望の駆動特性が得られないので、好ましくないからである。

本実施例では、ばね部３４２の接触面３４３を除いた面の全ての面に被膜３４５を形成したが、この構成に限定されない。ばね部３４２の一部に被膜３４５が形成されていれば本実施例の効果を得ることができる。

（実施例３）
図９は、本発明の実施例３に係る振動型アクチュエータの接触体の構成を概略的に示す、（ａ）上面図、（ｂ）Ｃ－Ｃ断面の断面図、（ｃ）Ｃ－Ｃ断面の拡大断面図である。

本実施形態の振動型アクチュエータは、実施例１で説明した振動型アクチュエータにおいて、接触体の構成だけが異なり、その他の構成及び駆動原理は、実施例１に記載されたものと同じである。実施例１の接触体は、ばね部の一部に振動体との接触面が形成されている構成を説明したが、本実施例の接触体では、ばね部の先端に摩擦部材（接触部材）が接着（嵌合）されており、摩擦部材（接触部材）の一部が、振動体との接触面である構成である。

接触体３６０は、本体部３５１（基底部）及びばね部３５２を有する本体部材３５０と、摩擦部材３５９（接触部材）で構成される。本体部３５１（基底部）とばね部３５２は、アルミニウム合金などの快削材料で構成され、切削加工などで製造される。

摩擦部材３５９（接触部材）は、断面が略Ｌ字形状であり、ばね部３５２に接着又は接合され、摩擦部材３５９（接触部材）は、振動体２０（第１の部材）と加圧接触する接触面３５３を有する。摩擦部材３５９（接触部材）は、基材３５４がオーステナイト系ステンレス鋼などの鉄系材料で構成されている。プレス加工や切削加工などで製造される。図９では摩擦部材３５９（接触部材）は、本体部３５１（基底部）及びばね部３５２を備える本体部材３５０に対して、断面が傾斜して２か所で接しているが、傾斜せずに面で接していてもよい。

ばね部３５２は、本体部３５１（基底部）から径方向に延在する。ばね部３２２が延在する方向は、接触体３６０と振動体２０（第１の部材）の加圧方向と交差しており、加圧力に対してばね性を有する厚みで形成されている。これにより、振動体２０（第１の部材）に対して接触体３６０を安定して接触させることが可能となっている。

摩擦部材３５９（接触部材）の振動体２０（第１の部材）との接触面３５３には窒化層３５６が形成され、接触面３５３を除いた表面には、被膜３５５が形成されている。

窒化層３５６の外径側には、接触面３５３と接続し、接触面３５３に対して傾斜する第１の傾斜面３５７が形成され、窒化層３５６が、被膜３５５によって覆われている。つまり、第１の傾斜面３５７には被膜３５５が形成されている。

窒化層３５６の内径側には、接触面３５３と接続し、接触面３５３に対して傾斜する第２の傾斜面３５８が形成され、窒化層３５６が被膜３５５によって覆われている。つまり、第２の傾斜面３５８には被膜３５５が形成されている。

第１の傾斜面３５７の接触面３５３に対する傾斜角θｏｕｔは１７５度、第２の傾斜面の接触面３５３に対する傾斜角θｉｎは１５５度であり、鈍角である。傾斜面は内外径のどちらか一方でもよい。

本実施形態の構成でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。振動型アクチュエータの駆動時と製造時の研磨工程で接触面３５３にかかる摩擦力を第１の傾斜面３５７、第２の傾斜面３５８で分散し、被膜３５５の剥離を抑制することができる。また、窒化工程で第１の傾斜面３５７、第２の傾斜面３５８により、被膜３５５の裏側の領域（図４の領域Ａ１に相当する領域）の膨張を抑制し、被膜３５５の剥離を抑制することができる。

なお、実施例１，２，３では、硬化処理として窒化処理を用いたが、硬化処理としては、窒化処理に他に、浸炭処理を用いても良い。

（実施例４）
実施例４では、実施例１で説明した振動型アクチュエータ１０を備える装置の一例としての監視カメラなどの撮像装置の雲台の構成について説明する。

本実施形態では、回転台（基台）と、回転台（基台）に設けられた振動型アクチュエータを備える雲台を以下説明する。

図９は、雲台８００と、雲台８００に搭載された撮像装置８４０の構成を概略的に示す図である。雲台８００は、ベース８２０と、２つの振動型アクチュエータ８７０、８８０を備えるヘッド８１０と、撮像装置８４０を固定するためのＬアングル８３０を備える。パン軸に設けられた振動型アクチュエータ８８０は、ヘッド８１０とＬアングル８３０と撮像装置８４０を、ベース８２０に対してパン軸まわりに回転させるためのアクチュエータである。また、チルト軸に設けられた振動型アクチュエータ８７０は、Ｌアングル８３０と撮像装置８４０を、ヘッド８１０に対してチルト軸まわりに回転させるためのアクチュエータである。

雲台８００に２つの振動型アクチュエータ８７０、８８０を用いることにより、撮像装置８４０の向きを高速、高応答、静粛、高精度に変える事が可能となる。また、振動型アクチュエータは無通電時でも高い保持トルクを持つため、撮像装置８４０のチルト軸まわりの重心ずれがあっても振動型アクチュエータの電力を消費することなく撮像装置４０の向きを維持することができる。

その他、本発明の利用者が所望する部材と、その部材に設けられた振動型アクチュエータを備える電子機器を提供することができる。

（実施例５）
実施例５では、実施例２で説明したリニア型の振動型アクチュエータを備える装置の一例としての撮像装置の構成について説明する。

図１０は、実施例２のリニア型の振動型アクチュエータを備える撮像装置５００の概略構成を示す上面図である。撮像装置５００は、撮像素子（不図示）を有する撮像装置本体５０１と、撮像装置本体５０１に対して着脱自在なレンズ鏡筒５０２を有する。レンズ鏡筒５０２は、複数のレンズ群５０３と、フォーカス調整用レンズ５０４と、振動型アクチュエータ５１０を含む。フォーカス調整用レンズ５０４を保持する不図示のレンズ保持枠は、振動型アクチュエータ５１０における接触体に連結されている。振動型アクチュエータ５１０を駆動することにより、フォーカス調整用レンズ５０４を光軸方向に駆動して、被写体にピントを合わせることができる。

なお、振動型アクチュエータ５１０は、レンズ鏡筒５０２にズーム用レンズが配置されている場合に、ズーム用レンズを光軸方向に移動させる駆動源として用いることもできる。更に、レンズ鏡筒５０２に像ブレ補正レンズが配置されている場合に、振動型アクチュエータ５１０は、像ブレ補正レンズを光軸と直交する平面内で駆動する駆動源として用いることができる。

（実施例６）
実施例６では、非磁性材料で構成した実施例１の回転型の振動型アクチュエータの回転軸を、ニードルに連結させた生体検査用穿刺装置について説明する。ここでは、穿刺装置を医用システムであるＭＲＩ診断装置に適用した例について説明する。

図１１は、穿刺装置６６０を備えるＭＲＩ診断装置６００の概略構成を示す斜視図である。

ＭＲＩ診断装置６００では高磁場を発生させるため、磁石を使用する電磁モータをはじめとして、磁性を帯びる材質を用いた装置を設置する場合には、診断画像への影響が生じないように予防措置を施す必要がある。これに対して、振動型アクチュエータは、磁石を使用しておらず、振動体及び接触体をオーステナイト系ステンレス鋼で形成したため、ＭＲＩ診断装置６００の近傍又は内部に設置することができる。

ＭＲＩ診断装置６００によって被検者の画像情報を取得しながら、穿刺装置６６０の先端に装着されたニードルが生体を抽出する。

具体的には、穿刺装置６６０は、ドーナツ型のＭＲＩ診断装置６００の近傍に配置されている。ＭＲＩ診断装置６００は、環状に構成された磁場発生部６０１と、被験者が入る円筒部分であるボア６０２と、被検者６０４を横たわらせる処置台６０３と、処置台６０３をボア６０２に対して接近／離間させる支持台６０５とを有する。穿刺装置６６０は、ニードルをボア６０２に挿入可能な位置に配置されている。

ＭＲＩ診断装置６００により取得した画像情報に基づき、穿刺装置６６０が駆動されて、ニードルによる生体抽出が行われる。

支持台６０５にも、処置台６０３を移動するための駆動源として振動型アクチュエータが装備されている。前述の通り、振動型アクチュエータは磁石を使用していないため、磁場発生部６０１の近傍に配置することが可能であり、よって、処置台６０３の設計の自由度を上げることが可能である。

ここでは、ドーナツ型のＭＲＩ診断装置６００のボア６０２内にニードルを挿入する例を示したが、ＭＲＩ診断装置の構成はドーナツ型に限定されるものではない。

以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施例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。さらに、上述した各実施例は本発明の一実施例を示すものにすぎず、各実施例を適宜組み合わせることも可能である。

１０、４００ 振動型アクチュエータ
２０、３２ 振動体（第１の部材）
２１、３２ｂ 弾性体
２２、３２ａ 圧電素子（電気－機械エネルギー変換素子）
５０ 給電部材
３００、３１０、３２０、３３０、３３、３６０ 接触体（第２の部材）
３０１、３１１、３２１、３３１、３４１、３５１ 本体部（基底部）
３０２、３１２、３２２、３３２、３４２、３５２ ばね部
３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３ 接触面
３０４、３１４、３２４、３３４、３４４、３５４ 基材
３０５、３１５、３２５、３３５、３４５、３５５ 被膜
３０７、３１７、３２７、３３７、３４７、３５７ 第１の傾斜面（傾斜面）
３０８、３２８、３３８、３５８ 第２の傾斜面（傾斜面）
３５９ 接触部材

Claims (17)

1. 弾性体と、電気－機械エネルギー変換素子と、を有する第１の部材と、
   前記弾性体と接触し、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加された交流電圧により発生した振動により、前記振動体に対して相対的に移動する第２の部材と、を備え、
   前記第２の部材は、
   前記第１の部材と接触する、硬化処理された接触面と、
   前記接触面と接続し、前記接触面に対して傾斜する傾斜面と、を有し、
   前記傾斜面には、被膜が形成されていることを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 弾性体と、電気－機械エネルギー変換素子と、を有する第１の部材と、
   前記弾性体と接触し、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加された交流電圧により発生した振動により、前記振動体に対して相対的に移動する第２の部材と、を備え、
   前記第１の部材は、
   前記第２の部材と接触する、硬化処理された接触面と、
   前記接触面と接続し、前記接触面に対して傾斜する傾斜面と、を有し、
   前記傾斜面には、被膜が形成されていることを特徴とする振動型アクチュエータ。
3. 前記第２の部材は、基底部を有し、
   前記傾斜面は、前記接触面及び前記基底部の間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記第１の部材は、基底部を有し、
   前記傾斜面は、前記接触面及び前記基底部の間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記振動型アクチュエータは、前記第１の部材及び前記第２の部材を加圧接触させる加圧部材を備え、
   前記第１の部材又は前記第２の部材は、前記接触面及び前記基底部の間に、前記加圧部材による加圧方向と交差する方向に、前記基底部から延在するばね部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
6. 前記第１の部材又は前記第２の部材は、前記ばね部と嵌合する接触部材を有し、
   前記接触部材は、
   前記接触面と、
   前記傾斜面と、を有することを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記傾斜面の前記接触面に対する傾斜角は、１００度以上１７５度以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
8. 前記傾斜面の前記接触面に対する傾斜角は、５度以上８０度以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
9. 前記硬化処理は、窒化処理であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
10. 前記硬化処理は、浸炭処理であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
11. 前記被膜の厚さは、１μｍ以上、前記ばね部の最小厚さの１０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
12. 前記接触面及び前記傾斜面は、鉄系材料に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
13. 前記被膜は、前記鉄系材料以外の金属系材料からなることを特徴とする請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
14. 前記鉄系材料は、オーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
15. 前記鉄系材料以外の金属系材料は、銅、ニッケル、錫、銀又はクロムを主成分とする材料であることを特徴とする請求項１３に記載の振動型アクチュエータ。
16. 基台と、
    前記基台に設けられる、請求項１乃至１５のいずれか１項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、前記基台に対して相対的に移動する被駆動体と、を有することを特徴とする雲台装置。
17. 部材と、
    前記部材に設けられ、請求項１乃至１５のいずれか１項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、前記部材に対して相対的に移動する被駆動体と、を有することを特徴とする電子機器。

Images