JP7541897B2

JP7541897B2 - 振動型アクチュエータ及びその製造方法

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Description

本発明は、振動型アクチュエータ及びその製造方法に関するものである。

従来から、振動体に励振された（発生する）振動により、振動体に接触する接触体が駆動される（振動体に接触する接触体が振動体に対して相対的に移動される）振動型アクチュエータに関する提案がなされている。このとき、振動体は、弾性体と、弾性体に固定された電気－機械エネルギー変換素子と、弾性体に形成された突起部と、を有する。

例えば、特許文献１に記載されているように、矩形状の圧電素子と弾性体が結合され、弾性体に、先端が球面形状の突起部が設けられており、球面形状が接触体と接触して、振動体と接触体が直線状に相対的に移動（相対移動）するタイプが提案されている。まずは、図１２、図１３を用いて、従来技術について説明する。

図１２は、振動体の（ａ）平面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）拡大断面図を示す。図１２において、振動体１は、矩形（四角形）の板状に形成された圧電素子３（電気－機械エネルギー変換素子）と、この圧電素子３（の一平面）に固定（接合）された弾性体２と、により構成されている。弾性体と、弾性体に固定された電気－機械エネルギー変換素子と、を有する、とも言い換えられる。弾性体２は、本体部２－３と、本体部２－３を支持する支持部２－４と、を有する。

本体部２－３は、圧電素子３とともに振動する矩形の板状に形成された基部２－１と、この基部２－１の一平面に凸状に形成された２つの突起部２－２と、を有する。突起部２－２は、図１２（ｃ）の拡大断面図に示すように、基部２－１（弾性体２）に対して突出し、中空構造を形成する、連続した側壁部２－２－１と、先端に接触体と接触する球面形状の接触部２－２－２（第１の接触部）を有する。また、第１の接触部２－２－２と側壁部２－２－１は、加圧部材が加圧する方向（Ｚ方向）に可撓性を有する連結部２－２－３により連結されている。これにより、接触部２－２－２（第１の接触部）及び連結部２－２－３は所定の可撓性を有する。

なお、この可撓性は、振動体の超音波振動に接触体が十分追従して駆動力を伝達できるようにするためのものである。また、加圧部材としては、支持部材７１と加圧調整リング９０に挟まれた、図１５の矩形の板バネ９１や、支持部材７２と加圧調整リング９０に挟まれた、図１６のリング形状の板バネ９２などが用いられるが、これらに限られない。

支持部２－４も可撓性を有し、本体部２－３と構造上、一体的に形成されている。支持部２－４は、本体部２－３の振動をなるべく本体部２－３の外に伝えないように、一部板厚を小さくした薄肉部２－５を有する。また、支持部２－４は、圧電素子３の接合や振動体の組立などの位置決めの際に用いられる丸穴２－６及び長穴２－７も有する。したがって、この可撓性は前述した可撓性とは目的が異なり、支持部２－４の剛性は連結部２－２－３、さらには本体部２－３より充分低くしている。

振動体１には、図１３、図１４に示すように、圧電素子３（の２つの電極領域）に印加される２相の交流電圧（ＶＡ、ＶＢ）により、突起部２－２の先端に、振動（楕円運動）が発生し、接触体８が駆動される。そして、この楕円運動により、接触体が振動体に対して相対的に移動される。なお、この楕円運動は、第１の振動モードの振動と、第２の振動モードの振動と、が時間的位相差を持って発生することにより発生する。ここで、第１の振動モードとは、突起部２－２の先端にＺ方向の変位を発生させる振動モードである（図１４（ｃ）参照）。また、第２の振動モードとは、突起部２－２の先端に、接触体が振動体に対して相対的に移動する方向（Ｘ方向）の変位を発生させる振動モードである（図１４（ｄ）参照）。通常、このような振動型アクチュエータは、ミクロンオーダーの振動を利用する。そのため、振動体の接触面（第１の接触面）及び接触体の接触面（第２の接触面）を安定して接触させるために、振動体の接触面（第１の接触面）及び接触体の接触面（第２の接触面）に研磨加工を施して、平面度を上げていた（面粗度を抑えていた）。しかし、この場合でも、駆動初期は振動体の接触部（第１の接触部）のエッジが接触体と接触してしまうため、振動体の接触面（第１の接触面）と接触体の接触面（第２の接触面）とが確実に接触することが困難である。そのため、振動型アクチュエータを安定して駆動するために、工場からの製品出荷前に、ならし運転を行うのが一般的である。

ならし運転に関する先行例としては、特許文献２に、進行波タイプの円環型アクチュエータにおいて、定格負荷で、２４時間ならし運転をするという記述がある。また、特許文献３には、クロスローラガイドでガイドされたステージをリニア駆動する振動型アクチュエータを装置に組み込んだ状態でならし運転を行う方法が開示されている。そして、特許文献３には、所定の回数ごとに性能を測定し、変化があれば当該ならし運転を継続し、変化がなくなったらならし運転を終了するといった方法が開示されている。

特開２０１６－２２６１６１号公報特開平５－１３７３５５号公報特開２００５－６５４７７号公報特開２０１７－２２５３３３号公報

近年、振動型アクチュエータに求められる性能として、高推力化が挙げられる。振動型アクチュエータを高推力化した場合、定格負荷が大きくなるので、振動型アクチュエータが高温高湿下に放置された場合には、振動体と接触体とが滑り易くなり、その結果、推力が大きく低下し易くなる。そのため、高推力化しても、振動体と接触体とを滑り難くするために、振動体として、金属焼結体からなる接触面を有する振動体を用いることが検討されている（特許文献４参照）。

しかしながら、定格負荷で行う従来のならし運転は、ロータ（接触体）として、金属焼結体からなる接触面（第２の接触面）を有するロータ（接触体）を用いた場合には、金属焼結体からなる接触面（第２の接触面）をなじませることが難しい。なぜならば、ならし運転前の振動体と接触体の接触面表面には、酸化被膜が形成されており、また、振動体と接触体とは、振動体の突起部１つにつき１点しか接触していないため、摩擦力が非常に小さく安定した駆動ができないからである。

また、定格負荷で駆動したとしても、駆動初期は、接触体の接触面（第２の接触面）にかかる面圧が非常に大きいため、接触体の接触面（第２の接触面）に損傷を与える可能性が高い。

本発明は、接触体の接触面が振動体から受ける損傷を抑えた振動型アクチュエータ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る振動型アクチュエータは、弾性体と、前記弾性体に固定された電気－機械エネルギー変換素子と、を有する振動体と、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加される交流電圧により前記振動体に発生する振動により、前記振動体に対して相対的に移動される、前記弾性体と接触する接触体と、前記振動体と前記接触体とを加圧する加圧部材と、を備え、前記弾性体に突起部が形成された振動型アクチュエータであって、前記突起部は、前記接触体と接触する第１の接触面を有し、前記接触体は、前記振動体と接触する、金属焼結体からなる第２の接触面を有し、前記第１の接触面における、前記接触体が前記振動体に対して相対的に移動する方向及び前記加圧部材が加圧する方向と直交する方向の幅に対する、前記第２の接触面における、前記加圧部材が加圧する方向の最大凹み量の割合が、０．０５％以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る振動型アクチュエータの製造方法は、弾性体と、前記弾性体に固定された電気－機械エネルギー変換素子と、を有する振動体と、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加される交流電圧により前記振動体に発生する振動により、前記振動体に対して相対的に移動される、前記弾性体と接触する接触体と、前記振動体と前記接触体とを加圧する加圧部材と、を備え、前記弾性体に突起部が形成された振動型アクチュエータの製造方法であって、前記振動型アクチュエータに、前記接触体が前記振動体に対して相対的に移動されることにより駆動される被駆動部を設け、前記被駆動部にかかる外部負荷を増やしながら前記被駆動部を駆動することにより、上記振動型アクチュエータを製造することを特徴とする。

本発明によれば、接触体の接触面が振動体から受ける損傷を抑えた振動型アクチュエータ及びその製造方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの、（ａ）一部部品単位に展開した全体斜視図、（ｂ）振動体周辺の拡大展開斜視図。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの、（ａ）振動体の平面図、（ｂ）ならし運転後の弾性体接触部（第１の接触部）の拡大写真。本発明の実施形態に係る、（ａ）振動型アクチュエータを一眼レフカメラレンズのフォーカスユニットに組み込んだ斜視図、（ｂ）フォーカスユニットを鏡筒に組み込んだ鏡筒ユニットの斜視図。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータが組み込まれたフォーカスユニットを、ならし運転駆動装置に組み込んだイメージ図。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの、ならし運転のフロー図。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの、ならし運転前の周波数－速度特性（Ｆ－Ｎ特性）を示す図。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの、ならし運転時の回転数の推移を示す図。振動型アクチュエータが備える接触体の、振動体と接触する接触面（第２の接触面）の、本発明の実施形態に係るならし運転後の、（ａ）拡大写真、（ｂ）表面粗さ計による測定結果、（ｃ）（相対的に短波長の空間周波数成分を除去した後の）表面粗さ計による測定結果。振動型アクチュエータが備える接触体の、振動体と接触する接触面（第２の接触面）の、従来のならし運転後の、（ａ）拡大写真、（ｂ）表面粗さ計による測定結果、（ｃ）（相対的に短波長の空間周波数成分を除去した後の）表面粗さ計による測定結果。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの、ならし運転における外部負荷の変化を表すイメージ図。本発明の実施形態に係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上面図（ａ）、ブロック図（ｂ）。振動体の（ａ）平面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）拡大断面図。振動体の振動モードの説明図。振動体の振動モードの説明図。加圧部材の説明図。加圧部材の説明図。

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。なお、本実施形態では、振動型アクチュエータとは、駆動振動が励起される（振動が発生する）振動体と、振動体に加圧部材により加圧接触される（振動体と接触する）接触体と、を備える。そして、駆動振動により、振動体と接触体とを相対的に移動させる（接触体が振動体に対して相対的に移動される）構成を有するものを指すこととする。つまり、振動体の駆動出力を、振動体と接触体との相対的な移動によって取り出すことができる構成となっているものを指すものとする。したがって、振動体が駆動される形態と接触体が駆動される形態の両方が含まれる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明にかかわる第１実施形態であり、図１（ａ）は、図１２に示したタイプの振動体を円周上に３個（複数）配置した回転型アクチュエータを部品単位に展開した斜視図を示し、図１（ｂ）は、振動体１周辺の拡大展開斜視図を示す。図１に示すように、円環状の基台（支持部材）７に振動体１が３個（複数）配置され、フレキシブル基板３３を通じて給電することにより、振動体１に接触するロータ（接触体）８を回転駆動する構成となっている。

振動体１は、保持部材４のピン４ａと、支持部の丸穴２－６及び長穴２－７と、を嵌合させて接着するなどして接合することにより小基台（保持部材４）に保持される。また、保持部材４は、穴４ｂと、支持部材７のピン７ａで嵌合することにより、加圧方向において自由に動けるように位置決めされる。保持部材４には矩形状の貫通穴４ｃが形成され、（振動体１を押圧する）押圧部材６が、貫通穴４ｃの中に納まっている。押圧部材６は、支持部材７と接することで、（フェルトなどの）振動絶縁部材５を介して、加圧部材（図１５の矩形の板バネ９１や、図１６のリング形状の板バネ９２など）により振動体１を押圧する。また、押圧部材６は、保持部材４に対しては、加圧方向において相対移動可能になっている。このような構成にすることにより、支持部２－４に加圧の反力がかかりづらくし、圧電素子の接着の剥れなどを防止している。

なお、押圧部材６には位置決め用ピン６ａ、６ｂが設けられ、支持部材７に設けられた穴７ｂ、７ｃと嵌合することで位置決めされている。また、支持部材７の半円柱状の面（凸部）７ｄと接することにより、ピッチング方向（接触体８との相対運動方向）に回転可能になっている。

図３（ａ）は、図１に示された回転型アクチュエータを、一眼レフカメラのフォーカスユニットに組み込んだ斜視図である。図３（ａ）に示された回転型アクチュエータは、３個の振動体１が並列につながるようにフレキシブル基板３３１が支持部材７に巻き付けた鉢巻きフレキシブル基板９に接続される。そして、鉢巻きフレキシブル基板９を不図示の駆動回路につなぐことで１つの回路で複数の振動体を駆動させる。フォーカスユニットの詳細な説明は省略するが、固定筒１１と、ロータ８（接触体）と一体的に回転する回転筒１２からなり、回転筒１２に出力キー１３（被駆動部）が設けられている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のフォーカスユニットと鏡筒１４を出力キー１３に結合させた斜視図である。出力キー１３とカム環部材１５を嵌合させることにより、カム環部材１５を回転させ、さらには鏡筒固定部材１６の内径側にある不図示のＡＦレンズを保持する保持部材を光軸方向に進退する。

図４は、図３（ａ）に示すフォーカスユニットに組み込まれた回転型アクチュエータの、ならし運転を行う駆動装置の模式図である。フォーカスユニットがならし運転工具１９に固定され、出力キー１３に電磁ブレーキ１７（外部負荷発生装置）の軸に取り付けられたトルク伝達部材１８（外部負荷発生装置）が嵌合されている。

駆動装置は、速度演算部２１、速度監視部２２、速度変動演算部２３、速度安定判断部２４、ならし運転動作部２５、外部負荷制御部２６を有する。速度演算部２１は、フォーカスユニットに設けられたエンコーダ２０により検出された回転筒１２の位置情報をもとに速度を演算する。速度監視部２２は、速度演算部２１から算出される速度を監視する。速度変動演算部２３は、速度の変化量を算出する。速度安定判断部２４は、速度が安定したかどうかを判断する。ならし運転動作部２５は、アクチュエータを駆動する。外部負荷制御部２６は、回転型アクチュエータにかける負荷を制御する。

図５に、ならし運転のフロー図を示す。まずは、ならし運転の駆動周波数（ならし運転周波数）を決定する必要があるが、振動体の共振周波数のばらつきを考慮すると、一度、周波数－速度特性（Ｆ－Ｎ特性）を確認する必要がある。そこで、フォーカスユニットに回転型アクチュエータを組み込み（Ｓ１）、回転型アクチュエータが組み込まれたフォーカスユニットをならし運転工具１９にセットして（Ｓ２）、外部負荷なしのならし運転でのＦ－Ｎ特性（初期Ｆ－Ｎ特性）を測定する（Ｓ３）。なお、ここで「外部負荷なし」には、外部負荷が全くかからない場合の他に、外部負荷が事実上無視できる程度に小さい場合も含まれる。

図６には、外部負荷なしのならし運転での振動体の共振周波数が高い場合（図６の実線による曲線が得られた場合）と低い場合（図６の点線による曲線が得られた場合）におけるＦ－Ｎ特性を示している。量産する場合における、振動体毎の共振周波数のばらつきを考慮して、広めの周波数スイープをしている（一定の速度で、駆動周波数を１０２ｋＨｚから９２ｋＨｚへ変化している）。ならし運転の駆動周波数（ならし運転周波数）は、振動型アクチュエータが実際に使用される際の出力スピードに対応する駆動周波数に決定し設定する。例えば、振動型アクチュエータが実際に使用される際の出力速度（回転数）が４０ｒｐｍである場合には、４０ｒｐｍに対応する駆動周波数に決定し設定する。

すなわち、図６の初期Ｆ－Ｎ特性が得られた場合において、振動体の共振周波数が低い場合（図６の点線による曲線が得られた場合）には、９４．８ｋＨｚに決定し設定する。また、図６の初期Ｆ－Ｎ特性が得られた場合において、振動体の共振周波数が高い場合（図６の実線による曲線が得られた場合）には、９８．８ｋＨｚに決定し設定する（図５のＳ４）。なお、必要以上に回転数を出してしまうと、電気－機械エネルギー変換素子（ＰＺＴ）の剥がれや割れの懸念が出てくるため、周波数スイープをする際には、回転数が１００ｒｐｍに達したら停止するようにした。

図７は、例えば１回目のＦ－Ｎ特性の測定で決定した駆動周波数ｆ＝９６．９ｋＨｚでならし運転を実施した場合（図５のＳ５）の、往復回数（単位は回）に対する回転数（速度。単位はｒｐｍ）の推移（Ｆ－Ｎ特性推移）を示した図であり、往路（ｃｗ）、復路（ｃｃｗ）それぞれの値を示している。なお、１駆動で１往復すると考えると、往復回数は駆動回数と言い換えられる。５０往復単位で動作させているため、５０回ごとに不連続な部分があるが、回転数が上昇しているのが解る。しかし、外部負荷なしで１００回から１５０回の往復で、回転数の上昇が少なくなり（速度上昇率が低下し）、１５０回から２００回の往復で回転数の上昇がほとんどなくなっている（速度上昇率が略一定になっている）。なお、ここで「速度上昇率」とは、出力速度（回転数）が上昇する度合い、すなわち、単位時間内に上昇する速度のことをいう。また、速度上昇率は、所定の駆動時間毎に測定されてされても良いし、所定の往復回数毎に測定されても良い。

速度上昇率に基づいて決定されたタイミング、すなわち、速度上昇率が略一定の状態を速度安定判断部２４が認識したタイミングで（図５のＳ６でＹｅｓの場合）、外部負荷制御部２６により外部負荷をかける（外部負荷なしから外部負荷を増やす）指令を出す。この時点では、まだ振動体の接触領域は充分に大きくなっていない、すなわち振動体の接触面（第１の接触面）の面圧は充分に下がっていないため、すぐに定格負荷で駆動するとロータに損傷を与える可能性がある。そこで、例えば定格負荷が５４０ｇｆｃｍの場合は、定格の半分程度の負荷（２００ｇｆｃｍ）でならし運転をしてから（図５のＳ７）、定格負荷（５４０ｇｆｃｍ）で駆動（ならし運転）している（図５のＳ８）。

外部負荷をかけたならし運転では、アクチュエータの温度が上昇するため、周波数一定駆動ではエージングが進んだのか、共振周波数が変化して速度が変化したのかわからない。そのため、外部負荷をかけたならし運転では、速度安定判断部は作動させず、外部負荷をかけたならし運転での駆動時間又は駆動回数（往復回数）は、外部負荷なしの駆動時間以上又は外部負荷なしの駆動回数以上（往復回数以上）とする。この結果、第１実施形態に示すような第１の接触面及び第２の接触面の形状を有する振動型アクチュエータが実現できる。図２に、第１実施形態のならし運転がされた振動体１の接触部（第１の接触部）、図８に、第１実施形態のならし運転がされたロータ８（接触体）の接触部（第２の接触部）の状態を示す。図２（ａ）は、振動体の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）と同じ方向から観察した、ならし運転後の弾性体２の接触部２－２－２（第１の接触部）の拡大写真である。

球面形状を有する接触部２－２－２内（球面形状内）に、摺動による平坦部が形成されている。一方、図８（ａ）は、図２の振動体が摺動したロータ側の接触部（第２の接触部）の拡大写真であり、図８（ａ）中の矢印の方向に接触式表面粗さ計により測定した結果が、図８（ｂ）であり、図８（ｂ）を後述する方法で処理した結果が、図８（ｃ）である。図８（ｂ）、図８（ｃ）は、横軸が、ロータ８（接触体）の径方向の位置（単位は、ｍｍ。図８（ｂ）、図８（ｃ）では、「ロータ径方向」と記載）を示している。また、縦軸が、加圧方向の高さ（図８（ｂ）、図８（ｃ）では、「摩耗深さ」と記載）を示している。

ロータ８（接触体）は、金属焼結体で多孔質体となっているため、気孔部では、局所的に深い凹みになり、ゴミがあると、局所的に出っ張りになる。気孔部の大きさは、大きくても５０μｍ程度なので、２０ｋＨｚ以上の空間周波数（５０μｍ以下の波長）を除去するように処理することで、図８（ｃ）のように接触部（第２の接触部）の形状が得られる。そして、その形状を測定することにより、後述する最大凹み量（Ｄ）が得られる。

参考のため、従来のならし運転でロータ８（接触体）が損傷を受けたときの接触部の拡大写真と面形状を図９（ａ）～（ｃ）に示す。図２（ｂ）に示す、接触体と接触する振動体の接触面（第１の接触面）における、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向（Ｙ方向）の寸法をＷとする。

また、図８（ｃ）、図９（ｃ）に示すロータ８（接触体）の接触面（第２の接触面）における、Ｚ方向の最大凹み量をＤとする。すると、第１の接触面におけるＹ方向の幅に対する第２の接触面におけるＺ方向の最大凹み量の割合（Ｄ／Ｗ）は、０．０５％以下（上限値）であれば、耐久性に問題が出ることはない。

一例として、図２、図８の振動型アクチュエータの場合は、Ｄ＝０．０８μｍ、Ｗ＝０．２３ｍｍでＤ／Ｗ＝０．０３５％、図９の振動型アクチュエータの場合はＤ＝０．１８μｍ、Ｗ＝０．３ｍｍでＤ／Ｗ＝０．０６％である。図２、図８の振動型アクチュエータでは、耐久試験中に性能の低下は見られなかった。しかし、図９の振動型アクチュエータでは、耐久試験中に性能の低下が見られた。

また、金属焼結体の表面に形成された酸化被膜を除去することができれば、金属焼結体からなる接触面（第２の接触面）をなじませることができる。したがって、最大凹み量（Ｄ）は、酸化被膜の膜厚（数ｎｍ）以上（下限値）であれば良い。また、最大凹み量の割合（Ｄ／Ｗ）は、０．０００００１％以上であれば良い。

なお、本実施形態では、振動体の平坦部はφ０．２３で、加圧力は１つの突起あたり１６７ｇｆ、すなわち、第１の接触面に作用する面圧は４ｋｇｆ／ｍｍ^２となっている。駆動による摩耗は面圧に依存するため、ならし運転が終了した時点では、第１の接触面に作用する面圧を５ｋｇｆ／ｍｍ^２以下にした方がよい。その後、駆動により摩耗が進んだときは振動体の平坦部の径が大きくなり面圧は下がってくるため、摩耗は進まなくなる。図９の従来のならし運転では、ならし運転後の第１の接触面に作用する面圧は５ｋｇｆ／ｍｍ^２以下になっているが、そこに至るまでにロータ８（接触体）に損傷が起きてしまっている。

また、ロータ８（接触体）は、マルテンサイト系ステンレスからなる金属焼結体であり、耐摩耗性を上げるために焼成後に急冷しビッカース硬さを５５０ＨＶ以上になるようにしている。さらに、ロータ８（接触体）には、高温高湿放置による摩擦力低下を低減するために、ＳｉＣなどの硬質粒子を混合した樹脂を含浸させている。

＜第２実施形態＞
図１０（ａ）に第１実施例のような外部負荷を階段状に増やすイメージ図を示すが、これに限定されるものではない。例えば、図１０（ｂ）のように直線状（線形）に負荷を増加させたり、図１０（ｃ）のように３次曲線的（非線形）に負荷を増加させてもよい。いずれにしても、外部負荷をかけ始めてから定格負荷に至るまでの駆動時間あるいは駆動回数（往復回数）を、外部負荷なしの駆動時間あるいは駆動回数以上（往復回数以上）にするとよい。

＜その他の実施形態＞
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、本発明に係る振動型アクチュエータは、図１に示した回転型アクチュエータに限って適用されるものではない。例えば、１個あるいは複数の振動体を駆動方向に配置したり、接触体を上下面から挟むように配置したリニア型アクチュエータ及びその製造方法にも適用が可能である。

また、本発明の振動型アクチュエータを撮像装置（光学機器）のレンズ駆動用途や、複写機の感光ドラムの回転駆動用途やステージの駆動用途等の様々な用途に用いることができる。ここでは、一例として、振動体を円環状に複数配置し接触体を回転駆動する振動型アクチュエータをレンズ鏡筒に配置されたレンズの駆動に用いた撮像装置（光学機器）について説明する。

図１１（ａ）は、撮像装置７００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、第１レンズ群（不図示）、第２レンズ群３２０、第３レンズ群（不図示）、第４レンズ群３４０、振動型アクチュエータ６２０，６４０を備えるレンズ鏡筒７４０を備える。レンズ鏡筒７４０は、交換レンズとしてカメラ本体７３０に対して着脱自在である。

撮像装置７００では、振動型アクチュエータ６２０によって第２レンズ群３２０の、振動型アクチュエータ６４０によって第４レンズ群３４０の駆動がそれぞれ行われる。振動型アクチュエータ６２０，６４０には、図１及び図３を参照して説明した振動体１等が用いられる。例えば、振動型アクチュエータ６２０を構成する接触体の回転をギヤ等により光軸方向の直進運動に変換し、第２レンズ群３２０の光軸方向における位置を調整する。振動型アクチュエータ６４０についても同様の構成とすることができる。

図１１（ｂ）は、撮像装置７００の概略構成を示すブロック図である。第１レンズ群３１０、第２レンズ群３２０、第３レンズ群３３０、第４レンズ群３４０及び光量調節ユニット３５０が、レンズ鏡筒７４０内部の光軸上の所定位置に配置される。第１レンズ群３１０～第４レンズ群３４０と光量調節ユニット３５０とを通過した光は、撮像素子７１０に結像する。撮像素子７１０は、光学像を電気信号に変換して出力し、その出力は、カメラ処理回路７５０へ送られる。

カメラ処理回路７５０は、撮像素子７１０からの出力信号に対して増幅やガンマ補正等を施す。カメラ処理回路７５０は、ＡＥゲート７５５を介してＣＰＵ７９０に接続されると共に、ＡＦゲート７６０とＡＦ信号処理回路７６５とを介してＣＰＵ７９０に接続されている。カメラ処理回路７５０において所定の処理が施された映像信号は、ＡＥゲート７５５と、ＡＦゲート７６０及びＡＦ信号処理回路７６５を通じてＣＰＵ７９０へ送られる。なお、ＡＦ信号処理回路７６５は、映像信号の高周波成分を抽出して、オートフォーカス（ＡＦ）のための評価値信号を生成し、生成した評価値をＣＰＵ７９０へ供給する。

ＣＰＵ７９０は、撮像装置７００の全体的な動作を制御する制御回路であり、取得した映像信号から、露出決定やピント合わせのための制御信号を生成する。ＣＰＵ７９０は、決定した露出と適切なフォーカス状態が得られるように、振動型アクチュエータ６２０，６４０及びメータ６３０の駆動を制御することによって、第２レンズ群３２０、第４レンズ群３４０及び光量調節ユニット３５０の光軸方向位置を調整する。ＣＰＵ７９０による制御下において、振動型アクチュエータ６２０は第２レンズ群３２０を光軸方向に移動させ、振動型アクチュエータ６４０は第４レンズ群３４０を光軸方向に移動させ、光量調節ユニット３５０はメータ６３０により駆動制御される。

振動型アクチュエータ６２０により駆動される第２レンズ群３２０の光軸方向位置は第１のエンコーダ７７０により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０に通知されることで、振動型アクチュエータ６２０の駆動にフィードバックされる。同様に、振動型アクチュエータ６４０により駆動される第４レンズ群３４０の光軸方向位置は第２のエンコーダ７７５により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０に通知されることで、振動型アクチュエータ６４０の駆動にフィードバックされる。光量調節ユニット３５０の光軸方向位置は、絞りエンコーダ７８０により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０へ通知されることで、メータ６３０の駆動にフィードバックされる。

なお、振動型アクチュエータ６２０，６４０は、撮像装置において、レンズ群を光軸方向で駆動する用途に限定されず、像ぶれを補正するために像ぶれ補正レンズ或いは撮像素子を光軸と直交する方向で駆動する用途等にも用いることができる。

１振動体
２弾性体
２－１基部
２－２突起部
２－２－１側壁部
２－２－２接触部
２－２－３連結部
２－３本体部
２－４支持部
３圧電素子（電気－機械エネルギー変換素子）
４保持部材
５振動絶縁部材（フェルト）
６押圧部材
７基台
８ロータ（接触体）
３３，３３１フレキシブル基板
９鉢巻きフレキシブル基板
１３出力キー
１４鏡筒
６２０，６４０振動型アクチュエータ
７００撮像装置

Claims

弾性体と、前記弾性体に固定された電気－機械エネルギー変換素子と、を有する振動体と、
前記電気－機械エネルギー変換素子に印加される交流電圧により前記振動体に発生する振動により、前記振動体に対して相対的に移動される、前記弾性体と接触する接触体と、
前記振動体と前記接触体とを加圧する加圧部材と、を備え、
前記弾性体に突起部が形成された振動型アクチュエータであって、
前記突起部は、前記接触体と接触する第１の接触面を有し、
前記接触体は、前記振動体と接触する、金属焼結体からなる第２の接触面を有し、
前記第１の接触面における、前記接触体が前記振動体に対して相対的に移動する方向及び前記加圧部材が加圧する方向と直交する方向の幅に対する、前記第２の接触面における、前記加圧部材が加圧する方向の最大凹み量の割合が、０．０５％以下であることを特徴とする振動型アクチュエータ。
前記最大凹み量は、前記金属焼結体の表面に形成された酸化被膜の膜厚以上であ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。
前記加圧部材により前記第１の接触面に作用する面圧は、５ｋｇｆ／ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータ。
前記突起部は、球面形状を有する第１の接触部を有し、
前記第１の接触面は、前記球面形状内に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
前記突起部は、
前記第１の接触面が形成されている第１の接触部と、
前記弾性体に対して突出し、中空構造を形成する側壁部と、
前記第１の接触部と前記側壁部を連結し、前記加圧部材が加圧する方向に可撓性を有する連結部と、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。
前記接触体は、前記第２の接触面に樹脂が含浸されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
弾性体と、前記弾性体に固定された電気－機械エネルギー変換素子と、を有する振動体と、
前記電気－機械エネルギー変換素子に印加される交流電圧により前記振動体に発生する振動により、前記振動体に対して相対的に移動される、前記弾性体と接触する接触体と、
前記振動体と前記接触体とを加圧する加圧部材と、を備え、
前記弾性体に突起部が形成された振動型アクチュエータの製造方法であって、
前記振動型アクチュエータに、前記接触体が前記振動体に対して相対的に移動されることにより駆動される被駆動部を設け、
前記被駆動部にかかる外部負荷を増やしながら前記被駆動部を駆動することにより、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを製造することを特徴とする振動型アクチュエータの製造方法。
前記被駆動部にかかる外部負荷なしから外部負荷を増やしながら前記被駆動部を駆動することを特徴とする請求項７に記載の振動型アクチュエータの製造方法。
前記被駆動部にかかる外部負荷なしの場合での周波数－速度特性に基づいて決定された周波数の交流電圧により、前記被駆動部を駆動することを特徴とする請求項８に記載のアクチュエータの製造方法。
前記被駆動部にかかる外部負荷を階段状に増やしながら前記被駆動部を駆動することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの製造方法。
前記被駆動部にかかる外部負荷を線形に増やしながら前記被駆動部を駆動することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの製造方法。
前記被駆動部にかかる外部負荷を非線形に増やしながら前記被駆動部を駆動することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの製造方法。
前記被駆動部にかかる外部負荷なしの場合での速度上昇率に基づいて決定されたタイミングで、前記被駆動部にかかる外部負荷なしから外部負荷を増やすことを特徴とする請求項８又は９に記載の振動型アクチュエータの製造方法。
前記速度上昇率は、所定の駆動時間毎に測定され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の製造方法。
前記速度上昇率は、所定の往復回数毎に測定され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の製造方法。
前記被駆動部にかかる外部負荷なしから外部負荷を増やした場合での前記被駆動部の駆動時間又は駆動回数は、前記被駆動部にかかる外部負荷なしの場合での駆動時間以上又は駆動回数以上であることを特徴とする請求項８又は９に記載の振動型アクチュエータの製造方法。
レンズ又は撮像素子と、前記レンズ又は撮像素子の少なくともいずれかを駆動する請求項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と、を備えることを特徴とする光学機器。