JP6184063B2 - 振動波駆動装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動波駆動装置に関し、特に、２つの弾性体に挟持された圧電体を有し、一方端で接触して該振動子に励振される振動によって摩擦駆動されるロータからなる、棒状型の振動波駆動装置に関する。

一般に、振動波駆動装置は、カメラレンズの駆動用などに製品応用がなされており、円環型のものと棒状型のものとが存在する。
以下に、従来の棒状型の振動波駆動装置について説明する（例えば、特許文献１参照）。
一般に、棒状型の振動波駆動装置は、駆動振動が形成される振動子を基本構成として有し、例えば前記振動子と、前記振動子に加圧接触するロータとを前記駆動振動により相対的に移動させるようにしている。
棒状振動子は少なくとも２つの弾性体とそれによって挟まれる圧電素子によって構成される。効率よく振動させるため、圧電素子は所定の挟持力が付与されるように締め付けられている。
そして、圧電素子に電界を印加し、直交する２つの曲げ振動を振動子に励起させることによって弾性体上に楕円運動を発生させ、これにロータを圧接して摩擦力により駆動力を得るようにしている。

ところで、振動波駆動装置の出力が比較的大きい場合、つまり振動子の振動が比較的大きい場合、応力が高い部分を中心に圧電素子の摩耗が起こり、振動波駆動装置の出力低下が起こる場合がある。
圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミックス焼結体であり、ステンレスで構成される弾性体よりも一般的に硬度が低い。
よって、振動波駆動装置を駆動させ、弾性体と圧電素子の接触面近傍にせん断力が働き、それらの間で微小すべりが起こった場合、圧電素子が摩耗する。
その際に発生する摩耗粉が、弾性体と圧電素子の密着度を低下させ、さらには不均一性を生み出す。
また、摩耗粉が不均一に発生した場合、前述の弾性体上の楕円運動の縦横比が大きくなり効率が低下する。
そのため、従来は弾性体と圧電素子を接着することで、微小すべりを無くし、圧電素子の摩耗を抑制する必要があった。
別の手段としては、比較的柔らかいアルミや銅などの薄板を弾性体と圧電素子の間に配置し、応力集中を緩和することで圧電素子の摩耗を抑制する方法があった。

特開２００２−２９１２６３号公報

しかしながら、上記した圧電素子の摩耗を抑制する従来例のものにおいては、つぎのような課題を有している。
弾性体と圧電素子を接着する従来例のものでは、組立作業工程が増加し、コストアップとなる。
すなわち、接着剤の中でも比較的取扱が容易な紫外線硬化型嫌気性接着剤を使用する場合でも、適切な面圧と時間で加圧する工程や、はみ出した接着剤を紫外線照射により硬化させる工程などの組立作業工程が増加し、コストアップにつながる。
また、アルミや銅などの薄板を弾性体と圧電素子の間に配置するようにした従来例のものにおいても、部品点数が増加することによりコストアップしてしまうこととなる。
本発明は、上記課題に鑑み、組立作業工程を増加させることなく、耐久性の高い振動波駆動装置を提供することを目的とするものである。

本発明の振動波駆動装置は、第１の弾性体と第２の弾性体との間に電気−機械エネルギー変換素子を設けた振動子と、
前記振動子に接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号が印加されることにより前記振動子に励起された振動によって、前記振動子に対して相対移動する移動体と、を有する振動波駆動装置であって、
前記第１の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の弾性体とを貫通するシャフトを有し、前記第１の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の弾性体とが一体的に振動するように構成されており、前記第１の弾性体のほうが前記第２の弾性体よりも前記移動体の近くに設けられており、前記第１の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子との接触面に、潤滑剤が塗布されていることを特徴とする。

本発明によれば、組立作業工程を増加させることなく、耐久性の高い振動波駆動装置を提供することができる。

本発明の実施例における振動波駆動装置の構成例を説明する断面図。 本発明の実施例における棒状振動子の振動モードについて説明する図であり、（ａ）は振動子の断面図、（ｂ）は振動子の振動モードにおける振動振幅の大きさを示す図。 本発明の実施例１におけるグリス添付面付近を拡大した断面図。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。

本発明の実施例における振動波駆動装置の構成例を、図１を用いて説明する。本実施例における振動波駆動装置は、第１の弾性体と第２の弾性体との間に電気−機械エネルギー変換素子を設けた振動子を備える。
また、振動子に接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号が印加されることにより前記振動子に励起された振動によって、前記振動子に対して相対移動する移動体を備える。
具体的には、図１に示すように、第１の弾性体１、第２の弾性体２、圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）３、シャフト４、はナット５を備える。
第１の弾性体１、第２の弾性体２、積層圧電素子３は、シャフト４及び下部ナット５によって、所定の挟持力が付与されるように締め付けられている。
第１の弾性体１、第２の弾性体２、圧電素子３、シャフト４及び下部ナット５は棒状の振動子１２を構成している。
６は摺動部材であり、下方端の面が第１の弾性体１に接触する。摺動部材６は接触面積が小さく、かつ適度なバネ性を有する構造となっている。
７は移動体を構成するロータ（回転子）であり、摺動部材６と固定されているため摺動部材６と一体に回転する。

また、ロータ７の上部の面にはギア（出力伝達部材）８が設けられ、ギア８は、ロータ７と一緒に回転し、振動波駆動装置の出力を外部に伝達する。
ロータ７の上面には凹部が形成され、ギア８に形成された凸部と係合する。
さらに、ギア８は、振動波駆動装置を取り付けるためのフランジ１０により、シャフト４のスラスト方向に位置が固定されており、ロータ７に加圧力を付与するための加圧バネ９が、このギア８とロータ７との間に設けられている。
また、フランジ１０の摩耗を防止するために、フランジキャップ１０ａがフランジ１０に圧入されている。
積層圧電素子３には、それぞれが２つの電極からなる電極群が含まれ、不図示の電源から、それぞれの電極群に位相の異なる交流電界が印加されると、振動子１２に、直交する２つの曲げ振動が励振される。

図２の（ａ）は振動子１２の断面図、図２（ｂ）は振動子１２の振動モードにおける振動振幅の大きさを示している。
図２（ｂ）は、２つの曲げ振動のうちの一方を図示し、他方は、紙面に垂直な方向に発生する。この印加交流電界の位相を調整することにより、２つの曲げ振動間に、９０度の時間的な位相差を与えることができ、その結果、振動子１２の曲げ振動がシャフト４の軸周りに回転する。
この結果、摺動部材６に接触する第１の弾性体１の面には楕円運動が形成され、第１の弾性体１に押圧された摺動部材６が摩擦駆動される。これによって、摺動部材６、ロータ７、ギア８、加圧バネ９が一体となってシャフト４の軸周りに回転する。

振動波駆動装置の出力は、ロータ７を介してギア８から外部ギアへ伝達される構造になっている。
ロータ７は、回転軸回りの振れ回りを拘束するために、ギア８と内径で嵌合しており、ギア８もまた、フランジキャップ１０ａの内径で嵌合する構造になっている。
このことで、ロータ７が回転中心からずれたり、ロータ７本体をギア８の摺動面に対して倒すようなモーメントが作用したりすることがなくなる。
これにより、ロータ７の第１の弾性体１との安定した接触状態が保たれる。

図３は本発明の振動波駆動装置の構成の第１の弾性体１、圧電素子３、シャフト４部分の詳細を表す断面図である。
第１の弾性体１と圧電素子３の接触面にグリスや潤滑油等の潤滑剤１３が塗布されている。
ここで潤滑剤１３は、第１の弾性体と摺動部材６の摩擦面に拡散することによる摩擦係数の低下を防ぐため、非拡散性に優れるグリスを用いることが好ましい。
さらに好ましくは、第１の弾性体１に滲み防止剤を塗布することでグリス１３の摩擦面への拡散を抑制する。
摩擦面への拡散を防ぐ別の手段としては、第１の弾性体１の面のうち、圧電素子３と接触する面に、円周方向に延びる同心円状の多数の微細な溝を設けることで、表面積を大きくする方法がある。
前述の溝は同心円状ではなく、レコード溝のような１本の溝でもよい。つまり径方向に溝が複数あればよい。

振動子１２を効率よく振動させるためには、第１の弾性体１と圧電素子３、第２の弾性体２の密着性を高めることが必要となる。
よって前述のように、これら３つの部品をシャフト４及び下部ナット５によって適切な力で挟持している。
この挟持力により、第１の弾性体１と圧電素子３の接触面に応力が付与された状態になる。特に第１の弾性体１の内周側のエッジ部で応力が集中する。
ここで振動子１２が図２のような振動モードで振動した場合、第１の弾性体１と圧電素子３の接触面近傍にはせん断力が働き、結果として第１の弾性体１と圧電素子３の間で微小すべりが生じる。
この時、前述の応力集中部を起点とした圧電素子３の摩耗が起こりやすい状態となる。

しかし本実例では、潤滑剤１３が第１の弾性体１及び圧電素子３表面に物理的または化学的に吸着して吸着膜を形成するので、この吸着膜が圧電素子３の摩耗を抑制する。
潤滑剤１３を使用する場合は、接着剤の中でも比較的取扱が容易な紫外線硬化型嫌気性接着剤を使用する場合と比較して、
第１の弾性体１と圧電素子３を適切な面圧と時間で加圧する工程、
はみ出した接着剤を紫外線照射により硬化させる工程、を省くことができる。加えて、いずれかの部品に不良があった時の、振動子１２の分解・再組立が容易であり、コストダウンが可能となる。
このように本実施によれば、第１の弾性体１と圧電素子３の接触面に潤滑剤１３を塗布することで、振動子１２の振動により、第１の弾性体１と圧電素子３の間で微小すべりが生じても、圧電素子３の摩耗の進行を防止でき、
かつ、組立作業工程を複雑化させることのない安価で耐久性の高い振動波駆動装置を提供することができる。
なお、第２の弾性体２側の接触面で圧電素子３が摩耗する場合においても、潤滑剤１３を塗付することでも圧電素子の摩耗を抑制することができる。
また、第１の弾性体１または第２の弾性体２と圧電素子との間に、給電用のフレキシブルプリント基板や、応力緩和のためのアルミニウムや銅の薄板などが挟まれている場合にも、それぞれの接触面に潤滑剤を塗布する。これにより、フレキシブルプリント基板、薄板、圧電素子の摩耗を抑制することも可能である。

１：第１の弾性体
３：圧電素子
４：シャフト
１３：潤滑剤

Claims (7)

1. 第１の弾性体と第２の弾性体との間に電気−機械エネルギー変換素子を設けた振動子と、前記振動子に接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号が印加されることにより前記振動子に励起された振動によって、前記振動子に対して相対移動する移動体と、を有する振動波駆動装置であって、
   前記第１の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の弾性体とを貫通するシャフトを有し、前記第１の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の弾性体とが一体的に振動するように構成されており、
   前記第１の弾性体のほうが前記第２の弾性体よりも前記移動体の近くに設けられており、
   前記第１の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子との接触面に、潤滑剤が塗布されていることを特徴とする振動波駆動装置。
2. 前記第２の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子との接触面にも、潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
3. 前記第１の弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子との接触面にのみ、潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
4. 前記第１の弾性体と第２の弾性体における潤滑剤が塗布されている弾性体に、滲み防止剤が塗布され該潤滑剤の前記摩擦面への拡散が抑制されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
5. 前記第１の弾性体と第２の弾性体における潤滑剤が塗布されている弾性体と、前記電気−機械エネルギー変換素子とが接触する摩擦面に、周方向に沿って微細な溝が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
6. 前記潤滑剤は、非拡散性の潤滑剤であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の振動波駆動装置を備えた電子機器。

Images