KR101413838B1 - 모터, 렌즈 경통, 카메라 시스템 및 모터의 제조 방법 - Google Patents
모터, 렌즈 경통, 카메라 시스템 및 모터의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
(과제)
장수명이고 안정적인 진동파 모터, 렌즈 경통 및 카메라 시스템을 제공하는 것이다.
(해결 수단)
전기 기계 변환 소자 (11) 의 여진에 의해, 탄성체 (12) 에 진동을 발생하는 진동자와, 진동자에 가압 접촉되고, 진동에 의해, 그 진동자와의 사이에 상대 운동을 실시하는 상대 운동 부재 (13) 를 구비한 진동파 모터로서, 진동자와 상대 운동 부재 (13) 와의 마찰 접촉면의 적어도 일방에는, 실리콘 비즈와 에폭시 수지를 사용한 에폭시 수지막 (17) 이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
모터, 렌즈 경통, 카메라 시스템, 진동파 모터
Description
도 1 은 실시예 1 의 진동파 모터를 나타내는 사시도.
도 2 는 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 의 탄성체 (12) 와 이동체 (13) 의 마찰 접촉면을 상세하게 나타내는 단면도.
도 3 은 실시예 3 의 진동파 모터를 설명하는 도면.
도 4 는 실시예 1 의 진동파 모터를 구비한 카메라를 나타내는 단면도.
도 5 는 실시예 1 의 에폭시 수지막의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 6 는 실시예 1 의 에폭시 수지막의 연마 전의 단면도.
도 7 는 실시예 1 의 에폭시 수지막의 연마 후의 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10, 20 : 진동파 모터 11, 21 : 압전체
12, 22 : 탄성체 13, 23 : 이동체
17, 30 : 에폭시 수지막
[특허 문헌 1] 특허 제2578903호 공보
본 발명은, 모터, 렌즈 경통, 카메라 시스템 및 모터의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 모터의 하나인 진동파 모터에서는, 진동자와 상대 이동 부재로서의 상대 운동 부재와는 마찰 접촉되어 있고, 진동자에 발생한 진동파, 예를 들어, 초음파 진동은, 상대 운동 부재에 전달되어 상대 운동 부재가 마찰 구동된다. 따라서, 진동자는, 주어진 초음파 진동을 효율적으로 상대 운동 부재에 전할할 필요가 있다. 이 때문에, 진동자에는, 고탄성 재료, 예를 들어 철계나 스테인리스계의 금속 재료가 사용되고 있다.
진동자와 상대 운동 부재와의 마찰 접촉면은, 여러가지 시도가 이루어지고, 특허 문헌 1 에서는, 일방의 마찰 접촉면에 알루마이트층을 형성하고, 타방의 마찰 접촉면에 니켈 층 (Ni층) 을 형성한 예가 개시되어 있다. 여기서, 알루마이트층이란, 알루미늄을 양극 산화시킴으로써 형성된 내식성을 갖는 산화피막층이다.
이 알루마이트층과 Ni층의 마찰 접촉면에는, 윤활유 등은 사용할 수 없다. 따라서, 이 마찰 접촉면은, 비유체 역학적인 윤활, 이른바 경계윤활이 주가된다. 이 때문에, 알루마이트층은, 윤활유적인 역할을 하게 되어, 초음파 진동의 전달 효율, 진동파 모터의 기능에 크게 영향을 준다.
그러나, 종래의 진동파 모터는, 장시간에 걸쳐서, 진동자와 이동체의 마찰 접촉면이 마찰 구동되면, 알루마이트층의 열화나 알루마이트층과 Ni층의 경도 차이 가 작은 것에 기인하는 마찰 접촉면의 현저한 손상에 의해, 마모분이 발생하고, 마찰 접촉면의 안정성을 유지할 수 없다는 문제가 있었다. 이 때문에, 구동시에 이음 (異音) 이 발생하거나 구동 효율이 저하되거나 하는 문제가 있었다.
또, 마모에 의해, 마찰 접촉면이 불안정하게 되고, 고부하 하에서 장시간 구동했을 경우, 갑자기 회전수가 저하되어, 안정적인 구동을 유지하지 못하고, 구동 성능이 악화되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 알루마이트층이나 Ni층 등의 무기 재료끼리를 마찰 접촉면으로 하는 진동파 모터는, 진동자와 상대 운동 부재의 양방에 표면 처리 등을 실시하고 있기 때문에, 작업 공정이 많다는 문제나, 생산 비용이 든다는 문제가 있었다. 특히, 탄성체는, 전기 기계 변환 소자를 접착하므로, 전기 기계 변환 소자의 접착면에 표면 처리가 실시되는 것을 방지하기 위한 마스킹 처리가 필요했다. 또한, 표면 처리액의 폐기 처리에 많은 시간이나 비용이 든다는 문제가 있었다.
전술한 진동파 모터 이외에, 마찰 접촉면의 일방에 플라스틱 등의 수지의 성형 가공품을 사용한 진동파 모터도 알려져 있다. 그러나, 수지를 성형하기 위한 성형 조건은, 성형 가공품의 물성에 큰 영향을 준다. 이 때문에, 마찰 접촉면에 사용하기 위해서 최적의 물성을 수지의 성형 가공품에 주기 위한 최적 성형 조건의 선출이 곤란하다는 문제가 있었다.
또, 성형 가공품을 마찰 접촉면에 사용하기 위해서는, 절삭 가공을 가하여 치수 정밀도를 향상시킬 필요가 있다. 통상은, 수지의 성형 가공품 중에 마찰계수 증가재로서 도전성 카본 필러 등을 첨가하고 있지만, 도전성 카본 필러 등이 원인으로 절삭 공구의 칼날에 현저한 손상을 일으키기 때문에, 절삭 속도를 상승시킬 수 없었다. 또, 절삭 가공품을 탄성체에 접착제 등에 의해 접합할 필요도 발생한다. 이러한 사정에서, 마찰계수 증가재로서 도전성 카본 필러 등을 첨가하는 수지 성형 가공품을 탄성체에 사용하면, 가공에 장시간을 필요로 하고, 생산 비용이 높아져, 원하는 치수 정밀도를 얻기 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는, 장수명이고 안정적인 모터와 그 제조 방법, 렌즈 경통 및 카메라 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1 의 발명은, 전기 기계 변환 소자 (11, 21) 의 여진에 의해, 탄성체 (12, 22) 에 진동을 발생하는 진동자와, 상기 진동자에 가압 접촉되고, 상기 진동에 의해, 그 진동자와의 사이에서 상대 운동을 실시하는 상대 운동 부재 (13, 23) 를 구비한 진동파 모터로서, 상기 진동자와 상기 상대 운동 부재와의 마찰 접촉면의 적어도 일방에는, 에폭시 수지를 사용한 에폭시 수지막 (17, 30) 이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 2 의 발명은, 청구항 1 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 에폭시 수지는, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 3 의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2 에 기재된 진동파 모터에 있어 서, 상기 에폭시 수지막 (17, 30) 은, 막두께가 60㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 4 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 진동파 모타에 있어서, 상기 에폭시 수지막 (17, 30) 은, 고착 방지재를 함유하는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 5 의 발명은, 청구항 4 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 고착 방지재는, 폴리테트라플루오로에틸렌인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 6 의 발명은, 청구항 5 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은, 5∼35중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 7 의 발명은, 청구항 1 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 에폭시 수지는, 페놀 수지를 경화성 프리폴리머로서 배합한 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
청구항 8 의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 7 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 에폭시 수지막 (17) 은, 막두께가 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
청구항 9 의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 7 또는 청구항 8 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 에폭시 수지막 (17) 은, 고착 방지재를 함유하는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
청구항 10 의 발명은, 청구항 4 또는 청구항 9 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 고착 방지재는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 규소비즈의 적어도 1개를 함유하는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
청구항 11 의 발명은, 청구항 10에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은, 10∼35중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
청구항 12 의 발명은, 청구항 10 또는 청구항 11 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 규소비즈는, 5∼20중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
청구항 13 의 발명은, 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 규소비즈는, 입경이 6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10) 이다.
청구항 14 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 에폭시 수지막 (17, 30) 은, 마찰계수 증가재를 함유하는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 15 의 발명은, 청구항 14 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 마찰계수 증가재는, 아크릴비즈, 카본의 적어도 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 16 의 발명은, 청구항 15 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 아크릴비즈는, 5∼30중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 17 의 발명은, 청구항 15 또는 청구항 16 에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 아크릴비즈는, 입경이 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 18 의 발명은, 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 카본은, 2∼10중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 19 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 기재된 진동파 모터에 있어서, 상기 에폭시 수지막의 표면의 조도는, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 진동파 모터 (10, 20) 이다.
청구항 20 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 진동파 모터와, 상기 진동파 모터를 구동원으로 해서 구동되는 광학계를 구비한 렌즈 경통이다.
청구항 21 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 진동파 모터와, 상기 진동파 모터를 구동원으로 해서 구동되는 피구동부를 구비한 카메라 시스템 (1) 이다.
이상, 이해를 용이하게 하기 위해서, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면에 대응하는 부호를 붙여 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 부호를 붙여 설명한 구성은, 적절하게 변경해도 되고, 또, 적어도 일부를 다른 구성물로 대체하여도 된다.
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
탄성체의 마찰 접촉면에 에폭시 수지를 사용하여 에폭시 수지막을 형성했다.
[실시예 1]
이하, 본 발명에 의한 모터의 각 실시예는, 모터의 일례로서 진동파 모터, 상세하게는 초음파의 진동역 (振動域) 을 사용하는 초음파 모터를 예를 들어 설명한다.
도 4 는, 실시예 1 의 진동파 모터를 구비한 카메라를 나타내는 단면도이다.
본 실시예의 카메라 (1) 는, 촬상 소자 (6) 를 갖는 카메라 보디 (2) 와 렌즈 경통 (3) 을 구비하고 있다. 렌즈 경통 (3) 은, 카메라 보디 (2) 의 마운트부에 착탈 가능한 교환 렌즈이다. 또한, 본 실시예의 카메라 (1) 에서는, 렌즈 경통 (3) 이 교환 렌즈인 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 카메라 보디와 일체형인 렌즈 경통을 구비한 카메라이어도 된다.
렌즈 경통 (3) 은, 렌즈 (4), 캠통 (5), 진동파 모터 (10) 등을 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 진동파 모터 (10) 는, 카메라 (1) 의 포커스 동작시에 렌즈 (4) 를 구동하는 구동원으로서 사용되고 있고, 진동파 모터 (10) 로부터 얻어진 구동력은, 캠통 (5) 으로 전할 수 있다. 렌즈 (4) 는, 캠통 (5) 과 캠 계합 (係合) 에 있고, 진동파 모터 (10) 의 구동력에 의해 캠통 (5) 이 회전되면, 렌즈 (4) 는, 캠통 (5) 의 캠 계합에 의해 광축 방향으로 이동하고, 초점 조절을 한다.
도 1 은, 실시예 1 의 진동파 모터를 나타내는 사시도이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 진동자를 구성하는 압전체 (11), 제 1 부재로서의 탄성체 (12) 와, 제 2 부재로서의 이동체 (13) 와, 플렉시블 프린트 기판 (14) 과, 진동 흡수재 (15) 와 지지체 (16) 등을 구비하고 있다. 이 진동파 모터 (10) 는, 전술한 바와 같이 카메라 (1) 의 렌즈 경통 (3) 에 사용되고, 포커스 동작시에, 렌즈 (4) 를 구동하는 구동원으로서 사용되고 있다.
압전체 (11) 는, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자의 하나이고, 펠트 등의 진동 흡수재 (15) 를 개재하여, 카메라의 렌즈 경통의 지지체 (16) 에 고정되어 있다. 압전체 (11) 는, 플렉시블 프린트 기판 (14) 으로부터 공급되는 구동 신호에 의해 신축하고, 탄성체 (12) 를 여진한다.
탄성체 (12) 는, 압전체 (11) 의 여진에 의해 진행성 진동파를 발생시키는 것이다. 탄성체 (12) 는, 스테인리스 강, 인바 강 등의 철 합금으로부터 형성된다.
탄성체 (12) 는, 거의 원환 (圓環) 형상의 부재로서, 일방 면에는 도전성을 갖는 접착제 등에 의해 압전체 (11) 가 접착되고, 또 다른 일방 면에는 복수의 홈을 잘라 형성된 빗살부 (12a) 가 형성되어 있다. 빗살부 (12a) 의 선단면은, 후술하는 이동체 (13) 와 가압 접촉하여 이동체 (13) 를 회전 구동시키는 마찰 접촉면이다. 이 빗살부 (12a) 의 선단면에는, 에폭시 수지막 (17) 이 형성되어 있다. 에폭시 수지막 17에 대해서는 후술한다.
이동체 (13) 는, 탄성체 (12) 에 가압 접촉되고, 진행성 진동파에 의해 마찰 구동되는 상대 운동 부재이다. 이 이동체 (13) 는, 알루미늄 등의 경금속에 의해 형성된 거의 원환 형상의 부재로서, 그 표면에는 후술하는 알루마이트 피막층 (18) 이 형성되어 있다.
플렉시블 프린트 기판 (14) 은, 압전체 (11) 에 구동 신호를 공급하는 부재이며, 압전체 (11) 의 소정 전극부와 전기적으로 접속되어 있다. 플렉시블 프린트 기판 (14) 에는 카메라 (1) 의 제어를 실시하는 제어 장치 (8) 가 접속되어 있다. 본 실시예에 있어서, 제어 장치 (8) 에는 온도 센서 (9) 가 접속되어 있고, 온도 센서 (9) 의 검지 결과에 따라 압전체 (11) 에 공급하는 구동 신호를 조정하도록 되어 있다. 상세하게는 도 1 에 나타내는 진동파 모터 (10) 인 경우, 회전수 일정 (80rpm 정도) 하도록 검지된 온도 조건에 따라 구동 신호의 주파수를 조정하고 있다.
다음으로, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 를 더욱 상세하게 설명한다.
도 2 는, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 의 탄성체 (12) 와 이동체 (13) 와의 마찰 접촉면을 상세하게 나타내는 단면도이다.
탄성체 (12) 는, 스테인리스 강 (SUS303) 에 의해 형성되고, 이동체 (13) 와의 마찰 접촉면 상에, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 사용하여 형성된 에폭시 수지막 (17) 이 형성되어 있다. 이동체 (13) 는, 알루미늄 합금으로 형성되고, 탄성체 (12) 와의 마찰 접촉면 상에는, 알루마이트 피막층 (18) 이 형성되어 있다. 따라서, 진동자 (탄성체 (12)) 와 이동체 (13) 의 마찰 접촉면은, 에폭시 수지막 (17) 과 알루마이트 피막층 (18) 이 접촉하는 형태로 되어 있다.
본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 은, 폴리테트라플루오로에틸렌 (이하, PTFE 로 한다) 을 20중량%, 입경 5㎛ 의 아크릴비즈를 10중량%, 도전성 카본을 3.5중량% 함유한 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 의해 형성되고 그 표면의 최대 높이 조도 Rz (JIS B0601-2001) 는, 0.5㎛ 이며, 그 막두께는 30㎛ 이다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 은, 이하에 나타내는 공정을 거쳐 형성된다.
우선, 탄성체 (12) 의 마찰 접촉면 (빗살부 (12a) 의 선단면) 에 프라이머를 도포하여 건조시키는 것과 함께 탄성체 (12) 의 반대면에는 압전체 (11) 의 접착부에 마스킹테이프를 붙여 마스킹한다 (도 5(a) 참조). 다음으로, 에폭시 수지에, 에폭시 수지를 경화시키는 이소시아네이트 경화제, PTFE, 아크릴비즈, 도전성 카본등의 첨가물, 시너 등의 용제를 혼합한 용액을 만든다. 탄성체 (12) 로부터 마스킹테이프를 제거하고 이 용액을 탄성체 (12) 의 마찰 접촉면에 도포하여 (도 5(b) 참조), 180℃ 정도의 고온하에 60분간 방치하고, 건조 경화시킨다. 이 때의 에폭시 수지막의 단면을 도 6 에 나타낸다. 도 6 으로부터 알 수 있듯이, 에폭시 수지막의 표면은 만곡되어 있지만, 경화 후, 그 표면의 중앙부를, 그린카보런덤을 사용하여 연마하고 평탄하게 한다 (도 5(c) 파선 참조). 여기서 연마하기 전의 에폭시 수지막 (17) 의 표면은 만곡되어 있기 때문에, 연마 후에도 에폭시 수지막 (17) 의 주연부 (周緣部) 가 경사지게 되고, 종단면 형상이 거의 사다리꼴 형상의 에폭시 수지막 (17) 이 형성된다 (도 5(d) 참조). 또한, 본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 에는 입자형상의 첨가제 (아크릴비즈) 가 사용되어 있기 때문에, 연마 후의 에폭시 수지막 (17) 표면에는, 아크릴비즈가 빠진 공간이 나, 아크릴비즈가 돌출한 면이나, 아크릴비즈의 절단면이 노출된다 (도 7 참조). 이와 같이, 본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 에서는, 그 표면에 노출되어 있는 아크릴비즈의 점 또는 면이 알루마이트 피막층 (18) 과 접하고, 마찰 접촉면이 고착되는 것을 방지하고 있다.
한편, 이동체 (13) 는, 알루미늄 합금 (A6061) 에 의해 형성되고 그 표면을 양극 산화 처리함으로써, 이동체 (13) 의 표면에 알루마이트 피막층 (18) 이 형성되어 있다.
그 후, 탄성체 (12) 의 소정 위치에 압전체 (11) 를 접착시켜 (도 5(e) 참조), 이동체 (13) 를 알루마이트 피막층 (18) 이 에폭시 수지층 (17) 에 접촉하도록 조합시킨다 (도 5(f) 참조).
본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 에 사용되는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지는, 이소시아네이트를 경화제로서 첨가한 에폭시 수지로서, 기타의 경화제를 첨가했을 경우에 비해, 가소성이나 유연성, 밀착성이나 박리 강도, 내마모성, 내충격성이 우수하다. 또, 소수성이나 내구성의 향상을 도모할 수 있다. 소수성을 향상시킴으로써, 에폭시 수지가 공기 중의 수분을 흡수하는 것에 의한 치수 변화나 고착의 발생을 방지할 수 있다. 또, 내구성을 향상시킴으로써, 탄성체 (12) 의 초음파 진동이 주어져도 분자구조가 변화하지 않고, 열화 등이 발생하기 어렵다.
PTFE 는, 에폭시 수지막 (17) 이 알루마이트 피막층 (18) 과 고착하는 것을 방지하는 고착 방지재이다. 또, PTFE 는, 에폭시 수지막 (17) 에 첨가함으로 써, 진동파 모터의 저속에서의 기동성을 향상시키는 효과를 갖는다.
아크릴비즈 및 도전성 카본은, 탄성체 (12) 와 이동체 (13) 의 마찰 접촉면의 마찰계수를 증가시키는 마찰계수 증가재이다.
아크릴비즈는, 에폭시 수지막 (17) 에 첨가함으로써, 마찰 접촉면의 마찰계수를 증가시켜, 유지 토크 (정지시에, 이동체의 위치가 유지된 상태로부터 이동체를 이동시키기 위해서 필요한 토크) 를 상승시키는 효과를 갖는다. 본 실시예에서는, 아크릴비즈는, 입자형상이며, 그 입경은 5㎛ 이다. 또한, 아크릴비즈에 한정되지 않고, 티탄, 규소, 규소 카바이드 (SiC) 등의 입자를 사용해도 유지 토크를 향상시키는 효과는 기대할 수 있다. 그러나, 내마모성 등을 고려하여, 본 실시예에서는 아크릴비즈를 사용하고 있다.
또, 아크릴비즈는, 입자형상이므로, 에폭시 수지막 (17) 에 첨가함으로써, 알루마이트 피막층 (18) 은, 에폭시 수지막 (17) 에 함유되는 아크릴비즈의 점 또는 원 (미소한 면) 과 접하는 형태로 할 수 있고, 에폭시 수지막 (17) 이, 알루마이트 피막층 (18) 에 고착하는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
도전성 카본은, 아크릴비즈와 동일한 효과에 추가로 마모분의 발생을 저감시키는 효과를 가지고 있다. 또, 정전기에 의한 먼지 등의 흡착 방지의 효과도 갖는다. 또한, 본 실시예에서는, 도전성 카본을 사용했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 카본 빈즈나, 그라파이트 등이어도 된다.
이소시아네이트 경화형 에폭시 수지만을 마찰 접촉면에 도포하여 도막 (塗膜) 을 형성했을 경우, 그러한 진동파 모터는, 마찰 접촉면에서의 탄성체와 이동체 의 마찰계수 낮아, 저속에서의 기동 특성은 향상된다. 그러나, 유지 토크가 지나치게 낮기 때문에 공전을 일으키기 쉬워 구동 효율이 충분하지 않고, 또, 마찰 접촉면에 고착이 생길 가능성이 있다.
한편, 전술한 PTFE, 아크릴비즈, 도전성 카본을 함유하는 에폭시 수지막 (17) 은, 진동파 모터로서 사용하는데 적절한 유지 토크를 갖고, 또한, 알루마이트 피막층 (18) 과의 고착을 방지할 수 있다.
또, 에폭시 수지막 (17) 은, 탄성체 (12) 에 도포하여 형성하기 때문에, 도금 처리 등에 의해 Ni층을 마찰 접촉면에 형성하는 경우와 상이하고, 폐액 처리를 필요로 하지 않는다. 추가로 압전체 (11) 를 접착하기 위해서 종래 필요했던 탄성체 (12) 에 대한 표면 처리나 마스킹 처리 등을 생략하고 작업 공정을 적게 할 수 있어 생산 비용를 저감시킬 수 있다.
여기서, 에폭시 수지막 (17) 에 함유되는 PTFE, 아크릴비즈, 도전성 카본의 함유율 (중량%) 이나, 아크릴비즈의 입경, 에폭시 수지막 (17) 의 표면의 조도 등이, 진동파 모터의 구동 성능 등에 주는 영향을 조사했다.
표 1 은, 에폭시 수지막을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 PTFE 및 아크릴비즈의 함유량과 최저 회전수의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 PTFE 및 아크릴비즈의 양이 상이한 진동파 모터를 복수 준비하고, 온도 -20℃, 부하 토크 19.6Nㆍmm (200gfㆍcm) 에서 구동했을 경우의 최저 회전수를 측정했다.
여기서, 최저 회전수란, 진동파 모터를 구동 가능한 최저의 회전수로서, 이 값이 작을수록, 저속에서의 구동이 가능하고, 기동 특성이 양호하다고 말할 수 있다. 또, 기동 특성은 저온으로 될수록 악화되는 경향을 나타내기 때문에, 온도 -20℃ 에서 측정했다.
이동체의 마찰 접촉면이 알루마이트 피막층, 탄성체의 마찰 접촉면이 무전해 니켈-인 도금층 (이하, 무전해 Ni-P 도금층으로 한다) 으로 형성된 종래의 진동파 모터를, 온도 -20℃, 부하 토크 19.6Nㆍmm 에서 구동했을 경우의 최저 회전수는, 10∼30rpm 였다.
그러나, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 탄성체의 마찰 접촉면에 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 도포함으로써, 온도 -20℃ 에서의 최저 회전수는, 8rpm 이 되고, 종래의 진동파 모터에 비하여 기동 특성이 향상되었다. 또, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에, 아크릴비즈 및 PTFE 를 첨가한 에폭시 수지막으로 함으로써, 최저 회전수는 더욱 작아져, 기동 특성을 보다 향상할 수 있었다.
여기서, PTFE 는, 아크릴비즈의 함유량을 일정하게 했을 경우, 그 함유량이 많을수록 최저 회전수의 감소에 효과가 있었다. 한편, PTFE 의 함유량을 일정하게 했을 경우, 아크릴비즈의 함유량이 30중량% 를 초과하면, 최저 회전수는, 급격하게 증가하기 시작했다.
따라서, 표 1 의 결과보다, 저속에서의 기동 특성을 향상시키기 위해서는, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 의해 형성된 에폭시 수지막의 아크릴비즈의 함유량은, 30중량% 이하인 것이 바람직하다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 에서는, 에폭시 수지막 (17) 에 함유되는 아크릴비즈의 함유량은, 10중량% 로서, PTFE 는, 20중량% 로서, 저속에서의 기동 특성을 향상시키는 데 바람직한 범위내이다.
표 2 는, 에폭시 수지막을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 PTFE 및 아크릴비즈의 함유량과, 진동자 (탄성체) 와 이동체와의 고착의 발생 상황 관계를 나타내는 표이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 PTFE 및 아크릴비즈의 양이 상이한 진동파 모터를 복수 준비하고, 각 진동파 모터를, 온도 70℃, 상대습도 95% 의 환경 하에 100시간 보존했을 경우의 고착의 발생을 조사했다.
이동체 진동자와의 마찰 접촉면에 고착이 생기면, 진동파 모터가 구동하지 않거나, 구동에 큰 전류를 필요로 하거나 하는 등, 구동 성능이 열화하는 요인이 된다. 이 때문에, 고온 다습한 환경 하에 장시간 놓여진 경우에도, 마찰 접촉면에 고착이 발생하지 않는 것이 바람직한다.
표 2 에 나타내는 바와 같이, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 아크릴비즈 및 PTFE 를 첨가하지 않은 경우에는, 고착이 발생했다. 그러나, 아크릴비즈, PTFE 를 5중량% 이상 함유함으로써, 고착이 발생하기 쉬운 고온 다습한 환경 하에서도 고착의 발생을 방지할 수 있다.
또, 고착 방지재의 PTFE 를 함유하지 않고, 아크릴비즈만이 5중량% 이상 함유되었을 경우에도, 고착 방지의 효과는 발휘되어 있었다. 이것은, 에폭시 수지막에 함유되는 아크릴비즈가, 점 또는 원 (미소한 면) 으로서 이동체의 알루마이트 피막층과 접하는 것에 의한 효과이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지가, PTFE 를 20중량%, 아크릴비즈를 10중량% 함유 하고 있고, 고착 방지의 관점에서 바람직한 함유량의 조건을 충족하고 있다.
표 3 은, 에폭시 수지막을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 PTFE 및 아크릴비즈의 함유량과 유지 토크와의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지가 함유하는 PTFE 및 아크릴비즈의 양이 상이한 진동파 모터를 복수 준비하고, 구동 전압 AC30V, 회전수 60rpm 에서 구동했을 경우의 유지 토크의 규정치를 만족하는지의 여부를 조사했다.
여기서, 표 3 에서의 유지 토크의 규정치란, 본 실시예의 진동파 모터 (10) 에 나타낸 바와 같이, 카메라의 렌즈 경통에 광학계를 구동하는 구동원으로서 진동파 모터를 사용하는 경우에 필요한 유지 토크의 값이다. 또한, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 에 필요한 유지 토크의 규정치는, 150Nㆍmm 이다.
표 3 에 나타내는 바와 같이, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지만을 탄성체의 마찰 접촉면에 도포했을 경우, 유지 토크는 규정치 이상 얻어진다. 또, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 PTFE 및 아크릴비즈를 첨가했을 경우에도 규정치 이상의 유지 토크는 얻어진다.
그러나, 아크릴비즈의 함유량이, 10중량% 이하인 경우에, PTFE 의 함유량이 35중량% 를 초과하면, 유지 토크는 규정치의 80% 이하가 되었다.
따라서, 표 3 에 나타내는 결과보다, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 PTFE 의 양은, 35중량% 이하인 것이, 유지 토크의 향상에 바람직하다는 것을 알게 되었다.
또한, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, PTFE 의 함유량이 20중량% 로서, 아크릴비즈의 함유량이 10중량% 이므로, 유지 토크의 향상에 바람직한 함유량의 조건을 충족하고 있다.
표 4 는, 50000 회전 후의 입력 전류치의 변화율에 대하여, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 종래의 진동파 모터를 비교한 표이다.
종래의 진동파 모터는, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 탄성체의 마찰 접촉면에 무전해 Ni-P 도금층이 형성되어 어느 점이 상이하다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 및 종래의 진동파 모터를 동일한 조건하에서 50000 회전시켜, 회전 전과 후의 입력 전류치의 변화율을 조사했다. 회전시의 부하 토크는, 19.6Nㆍmm (200gfㆍcm) 와 58.8Nㆍmm (600gfㆍcm) 의 2조건에 대해 측정하고, 측정시의 회전수는 60rpm 이다.
여기서, 입력 전류치란, 각 부하 토크가 걸린 상태에서, 진동파 모터가 회전하기 시작할 때의 전류치이며, 입력 전류치 변화율이란, 본 측정에서는, 50000 회전시키기 전과 후에서의 입력 전류치의 변화율이다. 통상, 장시간 구동하는 등에 의해, 마찰 접촉면은 거칠어지기 때문에, 입력 전류의 변화율은 커진다. 또, 부하 토크가 클수록, 그 변화율이 커지는 경향을 갖는다.
따라서, 입력 전류치 변화율이 작을수록, 진동파 모터의 내구성이 양호해지는 것을 나타내고, 부하 토크가 큰 경우에도, 입력 전류치 변화율이 작은 것이 내구성의 관점에서는 바람직하다.
표 4 에 나타내는 바와 같이, 종래의 진동파 모터에서는, 부하 토크 19.6Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은, +10% 로서, 부하 토크 58.8Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은 +40% 로서, 각 부하 토크하에서의 입력 전류치 변화율의 증가가 크고, 부하 토크가 커졌을 경우의 입력 전류치 변화율도 크다.
그러나, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 에서는, 부하 토크 19.6Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은, +5% 로서, 부하 토크 58.8Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은 +9% 로서, 각 부하 토크하에서의 입력 전류치 변화율은 작고, 부하 토크가 커졌을 경우의 입력 전류치 변화율도 작다.
따라서, 본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 을 형성함으로써, 50000 회전 구동 후의 입력 전류치 변화율은 작아져, 진동파 모터의 내구성이 향상된다.
표 5 는, 탄성체의 마찰 접촉면의 마모량에 대하여, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 종래의 진동파 모터를 비교한 표이다.
종래의 진동파 모터는, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 탄성체의 마찰 접촉면에는 무전해 Ni-P 도금층이 형성되어 있다는 점이 상이하다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 및 종래의 진동파 모터를, 부하 토크 20Nㆍmm, 회전수 60rpm 에서 구동하고, 50000 회전시켰을 경우의 탄성체의 마찰 접촉면의 마모량을 마모 깊이로서 측정했다.
여기서, 마모 깊이란, 50000 회전시키기 전의 탄성체의 두께를 기준으로 하고, 회전 구동 후의 탄성체의 두께와의 차이를 구하여 그 차이를 마모에 의해 생긴 깊이로서 나타낸 것이다. 따라서, 마모 깊이는, 그 값이 작은 것이, 구동에 의해 발생한 마모량이 작은 것을 나타내고, 내구성이 양호한 것을 나타낸다.
표 5 에 나타내는 바와 같이, 종래의 진동파 모터에서는, 50000 회전시킴으로써, 3㎛ 의 마모 깊이가 생겼지만, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 에서는, 발생된 마모 깊이는 0.8㎛ 였다.
따라서, 본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 을 탄성체 (12) 의 마찰 접촉면에 형성함으로써, 마모량이 적어져, 내구성을 향상시킬 수 있다.
표 6 은, 에폭시 수지막의 막두께와 고착의 발생 관계를 나타내는 표이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막의 두께만이 10∼70㎛ 까지 10㎛ 마다 상이한 7개의 진동파 모터를 준비하고, 온도 70℃, 습도 95% 의 환경 하에 100시간 보존했을 경우의, 탄성체의 에폭시 수지막과 이동체의 알루마이트 피막층과의 고착의 발생 상황을 조사했다.
표 6 에 나타내는 바와 같이, 에폭시 수지막의 두께는, 60㎛ 이하에서는 고착은 발생하지 않았지만, 70㎛ 이상에서는 고착이 발생했다. 고착은, 진동파 모터의 기동 특성이나 구동 성능을 열화시킨다. 따라서, 에폭시 수지막은, 그 막두께가 60㎛ 이하인 것이, 고착을 방지하고, 기동 특성 및 구동 성능의 향상에 바람직하다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 의 두께가 30㎛ 이며, 고착의 방지에 바람직한 막두께 조건을 충족하고 있다.
표 7 은, 아크릴비즈의 입경과 입력 전류 최저치의 변화율 관계를 나타내는 표이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 첨가된 아크릴비즈의 입경이, 1㎛, 5㎛, 7㎛ 로 상이한 3개의 진동파 모터를 1시간 구동하여, 구동 전과 구동 후의 입력 전류 최저치의 변화율을 조사했다.
여기서, 진동파 모터는, 구동할 때에, 그 주파수를 상승시키면 전류치도 상승하는 경향을 나타내지만, 주파수 어느 점이 되면 전류치가 하강하여 최저치가 되고, 다시 상승한다. 입력 전류 최저치란, 그 최저치가 되었을 때의 전류치를 의미한다. 또, 입력 전류 최저치 변화율이란, 본 측정에 있어서, 1시간 구동하기 전과 후에서의 입력 전류 최저치의 변화 비율을 나타내고, 이 변화율이 작은 것이, 보다 안정적인 구동이라고 말할 수 있다.
표 7 에 나타내는 바와 같이, 아크릴비즈의 입경이 7㎛ 인 경우에는, 1시간 구동 후의 입력 전류 최저치 변화율이 8% 가 되었지만, 아크릴비즈의 입경이 5㎛ 이하에서는 변화율이 5% 이하였다. 따라서, 안정적인 구동을 실시한다는 관점에서, 아크릴비즈의 입경은, 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 첨가한 아크릴비즈의 입경이 5㎛ 이며, 안정적인 구동을 실시할 수 있다.
표 8 은 아크릴비즈의 입경과 고착 발생 관계를 나타내는 표이다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일 형태이지만, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 첨가된 아크릴비즈의 입경과 PTFE 의 양이 상이한 진동파 모터를 준비하고, 각 진동파 모터를 온도 70℃, 상대 습도 95% 의 환경 하에 100시간 유지했을 경우의 고착 발생을 조사하였다.
표 8 에 나타내는 바와 같이, PTFE 의 유무에 상관없이, 아크릴비즈를 첨가 시켰을 경우에는 고착 발생을 방지할 수 있다. 표 7 의 결과보다 안정 구동의 관점에서는 아크릴비즈의 입경을 작게 하는 것이 바람직하지만, 표 8 의 결과보다 마찰 접촉면의 고착 방지의 관점에서는 아크릴비즈의 입경에 특별히 제한은 없다.
또한, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 5㎛ 의 아크릴비즈를 첨가하고 있는데, 고착 발생을 방지하는 것과 함께 안정적인 구동을 실시할 수 있다.
표 9 는, 도전성 카본의 함유량과 최대 부하 토크와의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 1 에 나타낸 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막 (17) 을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 도전성 카본의 양이 상이한 6개의 진동파 모터를 준비하고, 구동 가능한 부하 토크의 최대치 (이하, 최대 부하 토크라 한다) 를 구했다. 표 9 에 있어서, 도전성 카본의 함유량이 2중량% 의 진동파 모터를 기준으로 하고, 그 최대 부하 토크를, 예를 들어, 진동파 모터를 사용하여 렌즈군을 구동하기 위해서 적어도 필요한 최대 부하 토크의 규정치로 하고, 각 진동파 모터의 최대 부하 토크의 측정치와 규정치의 비를 구했다. 또한, 최대 부하 토크의 측정치의 규정치에 대한 비는, 1 이상인 것이 바람직하지만, 0.9 이상이면, 허용 범위내로 했다.
표 9 에 나타내는 바와 같이, 도전성 카본의 함유량이 1중량%에서는, 최대 부하 토크의 측정치의 규정치에 대한 비는 0.7 이며, 진동파 모터로서의 사용에는 적합하지 않다는 것을 알게 되었다. 또, 도전성 카본의 함유량이 11중량% 에서는, 최대 부하 토크의 측정치의 규정치에 대한 비는 0.9 이며, 허용 범위내이지만, 규정치를 밑돌았다.
따라서, 도전성 카본의 함유량은, 2∼10중량% 이면, 최대 부하 토크를 상승시킬 수 있어 구동 성능의 향상에 유효하다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 도전성 카본의 양이, 3.5중량% 로서, 최대 부하 토크의 향상에 유효한 함유량의 조건을 충족하고 있다.
표 10 은, 에폭시 수지막의 표면 조도와 입력 전류 최저치의 변화율 관계를 나타내는 표이다.
표 10 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막의 표면 조도가 상이한 5개의 진동파 모터를 준비하고, 1시간 구동 후의 입력 전류 최저치의 변화율을 조사했다.
표면 조도는, 최대 높이 조도 Rz (JIS B0601-2001) 에 의해 나타냈다. 최대 높이 조도 Rz 란, 기준 길이에서의 윤곽 곡선의 산 높이 최대치와 골짜기 깊이의 최대치의 합계이다.
표 10 에 나타내는 바와 같이, 1시간 구동 후의 입력 전류 최저치의 변화율은, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 를 초과하면, 약 10% 였지만, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하에서는, 5% 이하였다. 따라서, 에폭시 수지막 (17) 의 표면 조도는, 안정적인 구동을 실시한다는 관점에서, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다는 것을 알게 되었다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 의 표면의 최대 높이 조도 Rz 가 0.5㎛ 이며, 안정적인 구동을 실시할 수 있다.
표 1 에서 표 10 에 나타낸 결과보다, 에폭시 수지막을 형성하는 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 함유되는 각 첨가물의 양은, PTFE 가 5∼35중량% 이하, 아크릴비즈가 5∼30중량% 이하, 도전성 카본이 2∼10중량% 이하인 것이, 저속에서의 기동 특성의 향상, 고착 방지, 유지 토크의 향상, 최대 부하 토크의 향상 관점에서 바람직하다.
또, 안정적인 구동을 얻는다는 관점에서, 아크릴비즈의 입경은, 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
추가로, 에폭시 수지막의 막두께는, 60㎛ 이하인 것이, 고착 방지의 관점에서 바람직하고, 에폭시 수지막의 표면의 조도는, 안정적인 구동을 얻는다는 관점에서, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 에, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 사용하고 있고, PTFE 를 20중량%, 아크릴비즈를 10 중량%, 도전성 카본을 3.5% 함유하고 있어, 이상에서 나타낸 조건을 충족하고 있다.
실시예 1 의 진동파 모터 (10) 를 구동시킨 결과, 종래의 진동파 모터와 비교하여, 다음에 나타내는 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 마찰 접촉면의 마모량이 매우 적다. 따라서 마모분의 발생이 적고, 탄성체 (12) 의 형상이 변화하지 않는다.
(2) 장시간에 걸쳐서 안정적인 마찰 구동을 얻을 수 있다.
(3) 마찰 구동시에 발생하는 이음이 작다.
(4) 저온 환경 하에서의 저속에서의 기동 특성이 양호하고, 온도 -40℃ ∼80℃ 의 범위에서의 기동 특성이 양호하고, 온도 -20℃∼60℃ 의 범위에서의 기동 특성이 특히 양호하다.
(5) 고부하에서의 장시간 구동 후의 전류치 변화가 적고, 안정적인 구동을 얻을 수 있다.
(6) 마스크킹 처리 공정이나 수지의 성형품 등의 접착 공정, 표면 처리 용액의 폐기 처분 등이 불필요하고, 작업 공정 및 작업시간의 단축, 생산 비용의 감소 등을 도모할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 2 의 진동파 모터는, 에폭시 수지막 (17) 의 주제가 되는 재료나 첨가물, 막두께 등의 점이, 실시예 1 에 나타낸 진동파 모터 (10) 와는 상이하다. 따라서, 전술한 실시예 1 과 동일한 기능을 완수하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하여, 중복하는 설명을 적절하게 생략한다.
본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 은, PTFE 를 20중량%, 입경 6㎛ 의 규소비즈를 10중량%, 도전성 카본을 3.5중량% 함유하고, 페놀 수지를 경화성 프리폴리머로서 배합한 에폭시 수지에 의해 형성되고, 그 표면의 최대 높이 조도 Rz (JIS B0601-2001) 는, 0.4㎛ 이며, 그 막두께는 30㎛ 이다.
실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 은, 전술한 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 과 거의 동일한 공정을 거쳐 형성된다.
우선, 탄성체 (12) 의 마찰 접촉면 (빗살부 (12a) 의 선단면) 에 프라이머를 도포하여 건조시킨다. 다음으로, 페놀 수지를 경화성 프리폴리머로서 배합한 에폭시 수지에, PTFE, 규소비즈, 도전성 카본 등의 첨가물, 시너 등의 용제를 혼합한 용액을 만든다. 이 용액을 탄성체 (12) 의 마찰 접촉면에 도포하여, 185℃ 정도의 고온하에 60분간 방치하고, 건조 경화시킨다. 경화 후, 그 표면을, 그린 카보런덤을 사용하여 연마해, 본 실시예의 에폭시 수지막 (17) 이 형성된다.
여기서, 프리폴리머란, 분자량이 300∼8000 정도와 비교적 작은 저분자 폴리머인 것으로서, 열경화성 수지의 예비 중합물 (중합 반응 또는 중축합 반응을 정지시킴으로써 생성된 중합물) 이다. 프리폴리머는, 비교적 취급이 용이하고, 경화 성분으로서 사용된다.
또한, 본 명세서 중, 및, 특허 청구 범위에 있어서, 경화성 프리폴리머란, 에폭시 수지와 함께 가열했을 때에, 가교 반응하는 프리폴리머이고, 이하의 설명중, 및, 특허 청구 범위에 있어서도 동일한 정의로서 사용하고 있다.
실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 에 사용되는, 페놀 수지를 경화성 프리폴리머로서 배합한 에폭시 수지 (이하, 에폭시-페놀 수지라고 부른다) 는, 기타의 수지를 배합했을 경우에 비하여, 경도, 밀착성이나 박리 강도, 내마모성, 내열성, 내약품성이 우수하다. 또, 소수성이나 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지 등의 페놀성 수산기나 메틸올기를 가지는 수지와 에폭시 수지를 병용하고, 경화 건조시켰을 경우에는, 에폭시 수지의 에폭시기와 첨가된 페놀 수지 등의 수산기가, 반응하여 에테르 결합한다. 추가로 첨가된 페놀 수지 등의 축합이 진행되는 것에 의해 망상화 (網狀化) 되기 때문에, 그 도막은 견고해진다. 본 실시예에 나타내는, 에폭시-페놀 수지를 사용한 에폭시 수지막 (17) 은, 기타의 에폭시 수지를 사용한 도막에 비하여 견고하고, 마찰 접촉면의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
또, 에폭시-페놀 수지는, 밀착성, 박리 강도가 우수하므로, 에폭시 수지막의 내구성을 향상시킬 수 있다.
추가로 에폭시-페놀 수지를 사용하여 내열성을 향상시킴으로써, 마찰열에 의한 에폭시 수지막 (17) 의 변질을 방지할 수 있다. 추가로, 에폭시-페놀 수지를 사용하여 내약품성을 향상시킴으로써, 에폭시 수지막 (17) 이 마찰 접촉하는 알루마이트 피막층 (18) 에 포함되는 미량의 황산에 의한 화학적인 변질을 방지할 수 있다.
PTFE 및 규소비즈는, 에폭시 수지막 (17) 이 알루마이트 피막층 (18) 과 고착하는 것을 방지하는 고착 방지재이다. 규소비즈는, 입자형상이므로, 에폭시 수지막 (17) 에 첨가함으로써, 알루마이트 피막층 (18) 은, 에폭시 수지막 (17) 에 함유되는 규소비즈와 점 또는 원 (미소한 면) 으로 접하는 형태로 할 수 있어 에폭시 수지막 (17) 이, 알루마이트 피막층 (18) 에 고착하는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
또, PTFE 는, 에폭시 수지막 (17) 에 첨가함으로써, 진동파 모터의 저속에서의 기동성을 향상시키는 효과를 갖고, 규소비즈는, 에폭시 수지막 (17) 의 내수성 및 내열성을 향상시키는 효과를 갖는다.
도전성 카본은, 탄성체 (12) 와 이동체 (13) 의 마찰 접촉면의 마찰계수를 증가시키는 마찰계수 증가재이다. 또, 도전성 카본은, 마모분 (磨耗粉) 의 발생을 저감시키는 효과나, 정전기에 의한 먼지 등의 흡착 방지의 효과도 갖는다. 또한, 본 실시예에서는, 마찰계수 증가재로서 도전성 카본을 사용했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 카본 빈즈나, 그라파이트 등을 사용해도 된다.
마찰계수 증가재로서는, 실시예 1 에 나타낸 바와 같이, 티탄, 규소, 규소 카바이드 (SiC) 등의 입자를 사용해도 유지 토크를 향상시키는 효과는 기대할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 내마모성이나 정전기 방지 효과를 고려하여, 도전성 카본을 사용하고 있다.
페놀 수지를 배합하고 있지 않은 에폭시 수지를 마찰 접촉면에 도포하여 도막을 형성한 진동파 모터인 경우, 마찰 접촉면에서의 탄성체와 이동체의 접촉면의 미세한 요철 형상에 의한 앵커 효과에 의해, 마찰 접촉면에 고착이 생길 가능성이 있다.
또, 전술한 PTFE, 규소비즈, 도전성 카본을 함유하는 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 은, 진동파 모터로서 사용기에 적절한 유지 토크를 갖고, 또한, 알루마이트 피막층 (18) 과의 고착을 방지할 수 있다.
추가로, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 은, 실시예 1 과 동일하게, 탄성체 (12) 에 도포하여 형성하기 때문에, 도금 처리 등에 의해 Ni층을 마찰 접촉면에 형성하는 경우와 상이하게, 폐액 처리를 필요로 하지 않는다. 또한 추가로, 압전체 (11) 를 접착하기 위해서 종래 필요했던 탄성체 (12) 에 대한 표면 처리나 마스킹 처리 등을 생략하여 작업 공정을 적게 할 수 있어 생산 비용를 저감시킬 수 있다.
여기서, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 에 함유되는 PTFE, 규소비즈, 도전성 카본의 함유율 (중량%) 이나, 규소비즈의 입경, 에폭시 수지막 (17) 의 표면의 조도 등이, 진동파 모터의 구동 성능 등에 주는 영향을 조사했다.
표 11 은, 에폭시 수지막을 형성하는 에폭시-페놀 수지에 함유되는 PTFE 및 규소비즈의 함유량과 최저 회전수의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 2 의 진동파 모터와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막을 형성하는 에폭시-페놀 수지에 함유되는 PTFE 및 규소비즈의 양이 상이한 진동파 모터를 복수 준비하고, 온도 -20℃, 부하 토크 19.6Nㆍmm (200gfㆍcm) 에서 구동했을 경우의 최저 회전수를 측정했다.
이동체의 마찰 접촉면이 알루마이트 피막층, 탄성체의 마찰 접촉면이 무전해Ni-P 도금층에서 형성된 종래의 진동파 모터를, 온도 -20℃, 부하 토크 19.6Nㆍmm 에서 구동했을 경우의 최저 회전수는, 10∼30rpm 였다.
그러나, 표 11 에 나타내는 바와 같이, 탄성체의 마찰 접촉면에, 에폭시-페놀 수지를 도포함으로써, 온도 -20℃ 에서의 최저 회전수는, 7rpm 이 되고, 종래의 진동파 모터에 비하여 기동 특성이 향상되었다. 또, 에폭시-페놀 수지에, 규소비즈 및 PTFE 를 첨가한 에폭시 수지막으로 함으로써, 최저 회전수는 더욱 작아져, 기동 특성을 보다 향상시킬 수 있었다.
또, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 사용한 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 을 사용했을 경우에 비해, 실시예 2 의 에폭시-페놀 수지를 사용한 에폭시 수지막 (17) 을 사용하는 것이, 표 1 및 표 11 의 측정치 상에는 표시하지 않았지만, 진동파 모터 (10) 의 구동시의 회전수의 편차가 적고, 안정적인 구동을 얻을 수 있다.
여기서, PTFE 는, 규소비즈의 함유량을 일정하게 했을 경우, 그 함유량이 많을수록 최저 회전수의 감소에 효과가 있었다. 한편, PTFE 의 함유량을 일정하게 했을 경우, 규소비즈의 함유량이 25중량% 를 초과하면, 최저 회전수는, 급격하게 증가하기 시작했다.
따라서, 표 11 의 결과보다, 저속에서의 기동 특성을 향상시키기 위해서는, 에폭시-페놀 수지를 사용하여 형성된 에폭시 수지막의 규소비즈의 함유량은, 20중량% 이하인 것이 바람직하다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 에서는, 에폭시 수지막 (17) 에 함유되는 규소비즈의 함유량은, 10중량% 로서, PTFE 의 함유량은, 20중량% 로서, 저속에서의 기동 특성을 향상시키는 데 바람직한 범위내이다.
표 12 는, 에폭시 수지막을 형성하는 에폭시-페놀 수지에 함유되는 PTFE 및 규소비즈의 함유량과 진동자 (탄성체) 와 이동체와의 고착의 발생 상황의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막을 형성하는 에폭시-페놀 수지에 함유되는 PTFE 및 규소비즈의 양이 상이한 진동파 모터를 복수 준비하고, 각 진동파 모터를, 온도 70℃, 상대습도 95% 의 환경 하에 100시간 보존했을 경우의 고착의 발생을 조사했다.
실시예 1 에 나타낸 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 규소비즈 및 PTFE 를 첨가하지 않았던 경우에는, 고착이 발생하고, 그 고착력은 커서, 탄성체 (12) 와 이동체 (13) 를 분리하기가 곤란했다.
에폭시-페놀 수지에 규소비즈 및 PTFE 를 첨가하지 않았던 경우에는, 그 고착력은 실시예 1 인 경우에 비하여 작고, 손으로 용이하게 분리할 수 있는 정도이었지만, 표 12 에 나타내는 바와 같이, 고착이 발생했다.
그러나, 규소비즈, PTFE 를 5중량% 이상 함유함으로써, 고착이 발생하기 쉬운 고온 다습한 환경 하에서도, 고착의 발생을 방지할 수 있다.
또, PTFE 를 포함하지 않고, 규소비즈만이 5중량% 이상 함유되었을 경우에도, 고착 방지의 효과는 발휘되고 있었다. 이것은, 에폭시 수지막에 함유되는 규소비즈가, 점 또는 원 (미소한 면) 으로 이동체의 알루마이트 피막층과 접하는 것에 의한 효과이다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 을 형성하는 에폭시-페놀 수지가, PTFE 를 20중량%, 아크릴비즈를 10중량% 함유하고 있어, 고착 방지의 관점에서 바람직한 함유량의 조건을 충족하고 있다.
표 13 은, 에폭시 수지막을 형성하는 에폭시-페놀 수지에 함유되는 PTFE 및 규소비즈의 함유량과 유지 토크의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막을 형성하는 에폭시-페놀 수지가 함유하는 PTFE 및 규소비즈의 양이 상이한 진동파 모터를 복수 준비하고, 구동 전압 AC30V, 회전수 60rpm 에서 구동했을 경우의 유지 토크의 규정치를 만족하는지의 여부를 조사했다.
여기서, 표 13 에서의 유지 토크의 규정치는, 실시예 1 에 나타낸 바와 같이 150Nㆍmm 이다.
표 13 에 나타내는 바와 같이, 에폭시-페놀 수지만을 탄성체의 마찰 접촉면에 도포했을 경우, 유지 토크는, 규정치 이상 얻었다. 또, 에폭시-페놀 수지에 PTFE 및 규소비즈를 첨가했을 경우에도, 규정치 이상의 유지 토크는 얻어진다.
또, 실시예 1 의 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 사용했을 경우에 비해, 실시예 2 에 나타내는 에폭시-페놀 수지를 사용했을 경우의 것이, 전체적으로, 유지 토크의 수치는 크고, 양호했다.
그러나, 규소비즈의 함유량이, 10중량% 이하인 경우에, PTFE 의 함유량이 35중량% 를 초과하면, 유지 토크는 규정치의 80% 이하가 되었다.
따라서, 표 13 에 나타내는 결과보다, 에폭시-페놀 수지에 함유되는 PTFE 의 양은, 35중량% 이하인 것이, 유지 토크의 향상에 바람직하다는 것을 알게 되었다.
또한, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 은, PTFE 의 함유량이 20중량% 로서, 규소비즈의 함유량이 10중량% 이므로, 유지 토크의 향상에 바람직한 함유량의 조건을 충족하고 있다.
표 14 는, 50000 회전 후의 입력 전류치의 변화율에 대하여, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 종래의 진동파 모터를 비교한 표이다.
종래의 진동파 모터는, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 탄성체의 마찰 접촉면에 무전해 Ni-P 도금층이 형성되어 있는 점이 상이하다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 및 종래의 진동파 모터를 동일한 조건하에서 50000 회전시켜, 회전 전과 후의 입력 전류치의 변화율을 조사했다. 회전시의 부하 토크는, 19.6Nㆍmm (200gfㆍcm) 와 58.8Nㆍmm (600gfㆍcm) 의 2조건에 대해 측정하여, 측정시의 회전수는 60rpm이다.
표 14 에 나타내는 바와 같이, 종래의 진동파 모터에서는, 부하 토크 19.6Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은, +10% 로서, 부하 토크 58.8Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은 +40% 로서, 각 부하 토크하에서의 입력 전류치 변화율의 증가가 크고, 부하 토크가 커졌을 경우의 입력 전류치 변화율도 크다.
그러나, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 에서는, 부하 토크 19.6Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은, +4% 로서, 부하 토크 58.8Nㆍmm 에서의 입력 전류치 변화율은, +7% 로서, 각 부하 토크하에서의 입력 전류치 변화율은 작고, 부하 토크가 커졌을 경우의 입력 전류치 변화율도 작다.
또, 실시예 1 에 나타낸 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 사용한 에폭시 수지막 (17) 에 비해, 실시예 2 의 에폭시 페놀 수지를 사용한 에폭시 수지막 (17) 이, 각 부하 토크인 경우에서의 입력 전류치 변화율은 작다. 이것은, 실시예 1 에 비해, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 이, 내마모성이 좋은 것을 나타낸다.
따라서, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 을 형성함으로써, 50000 회전 구동 후의 입력 전류치 변화율은 작아져, 진동파 모터의 내구성이 향상된다.
표 15는, 탄성체의 마찰 접촉면의 마모량에 대하여, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 종래의 진동파 모터를 비교한 표이다.
종래의 진동파 모터는, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 탄성체의 마찰 접촉면에는 무전해에 Ni-P 도금층이 형성되어 어느 점이 상이하다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 및 종래의 진동파 모터를, 부하 토크 20Nㆍmm, 회전수 60rpm 으로 구동하고, 50000 회전시킨 경우의 탄성체의 마찰 접촉면의 마모량을 마모 깊이로서 측정했다.
표 15 에 나타내는 바와 같이, 종래의 진동파 모터에서는, 50000 회전시킴으로써, 3㎛ 의 마모 깊이가 생겼지만, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 에서는, 발생된 마모 깊이가 0.7㎛ 였다. 또, 실시예 1 에 비해, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 이 마모 깊이는 작았다. 이것은, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 비해, 에폭시-페놀 수지 쪽이 견고하고, 내마모성이 양호하다는 것을 나타낸다.
따라서, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 을 탄성체 (12) 의 마찰 접촉면에 형성함으로써, 마모량이 적게 되어, 내구성을 향상할 수 있다.
표 16 은, 에폭시 수지막의 막두께와 고착의 발생 관계를 나타내는 표이다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막의 두께만이 10∼70㎛ 까지 10㎛마다 상이한 7개의 진동파 모터를 준비하고, 온도 70℃, 습도 95% 의 환경 하에 100시간 보존했을 경우의, 탄성체의 에폭시 수지막과 이동체의 알루마이트 피막층과의 고착의 발생 상황을 조사했다.
표 16 에 나타내는 바와 같이, 에폭시 수지막의 두께는, 100㎛ 이하에서는 고착은 발생하지 않았지만, 120㎛ 이상에서는 고착이 발생했다. 따라서, 에폭시 수지막은, 그 막두께가 100㎛ 이하인 것이, 고착을 방지하고, 기동 특성 및 구동 성능의 향상에 바람직하다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 의 두께가 30㎛ 이며, 고착의 방지에 바람직한 막두께 조건을 충족하고 있다.
또, 실시예 1 의 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 사용했을 경우, 에폭시 수지막 (17) 의 상한은 60㎛ 였지만, 에폭시-페놀 수지를 사용한 본 실시예인 경우에는, 막두께를 100㎛ 까지 두껍게 할 수 있으므로, 내구성을 향상할 수 있다.
표 17 은, 규소비즈의 입경과 입력 전류 최저치의 변화율 관계를 나타내는 표이다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시-페놀 수지에 첨가된 규소비즈의 입경이, 2㎛, 6㎛, 8㎛ 와 상이한 3개의 진동파 모터를 1시간 구동하여, 구동 전과 구동 후의 입력 전류 최저치의 변화율을 조사했다.
표 17 에 나타내는 바와 같이, 규소비즈의 입경이 8㎛ 인 경우에는, 1시간 구동 후의 입력 전류 최저치 변화율이 9% 가 되었지만, 규소비즈의 입경이 6㎛ 이하에서는 변화율이 5% 이하였다. 따라서, 안정적인 구동을 실시한다는 관점에서, 규소비즈의 입경은, 6㎛ 이하인 것이 바람직하다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 에서는, 에폭시-페놀 수지에 첨가한 규소비즈의 입경이 6㎛ 이며, 안정적인 구동을 실시할 수 있다.
표 18 은 규소비즈의 입경과 고착의 발생의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시-페놀 수지에 첨가된 규소비즈의 입경과 PTFE 의 양이 상이한 진동파 모터를 준비하고, 각 진동파 모터를 온도 70℃, 상대습도 95% 의 환경 하에 100시간 보존했을 경우의 고착의 발생을 조사했다.
도 18 에 나타낸 바와 같이, PTFE 의 유무에 상관없이, 규소비즈를 함유하는 경우에는 고착의 발생을 방지할 수 있다. 표 17 의 경우보다 안정 구동의 관점에서는 규소비즈의 입경을 작게 하는 것이 바람직하지만 표 18 의 결과보다 마찰 접촉면의 고착 방지의 관점에서는 규소비즈의 입경에 특별히 제한은 없다.
또한, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 는 에폭시-페놀 수지에 6㎛ 의 규소비즈를 첨가하고 있고, 고착 발생을 방지하는 것과 함께 안정적인 구동을 실시하는 것이 가능하다.
표 19 는, 도전성 카본의 함유량과 최대 부하 토크의 관계를 나타내는 표이다.
실시예 2 에 나타낸 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시-페놀 수지에 함유되는 도전성 카본의 양이 상이한 6개의 진동파 모터를 준비하고, 최대 부하 토크를 구했다. 표 19 에 있어서, 도전성 카본의 함유량이 2중량% 의 진동파 모터를 기준으로 하여, 그 최대 부하 토크를 규정치로 하고, 각 진동파 모터의 최대 부하 토크의 측정치와 규정치의 비를 구했다. 또한, 최대 부하 토크의 측정치의 규정치에 대한 비는, 1 이상인 것이 바람직하지만, 0.9 이상이면, 허용 범위내인 것으로 했다.
표 19 에 나타내는 바와 같이, 도전성 카본의 함유량이 1중량% 에서는, 최대 부하 토크의 측정치의 규정치에 대한 비는 0.8 이며, 진동파 모터로서의 사용에는 적합하지 않는다는 것을 알게 되었다. 또, 도전성 카본의 함유량이 11중량% 에서는, 최대 부하 토크의 측정치의 규정치에 대한 비는 0.9이며, 허용 범위내이지만, 규정치를 밑돌았다.
따라서, 도전성 카본의 함유량은, 2∼10중량% 이면, 최대 부하 토크를 상승시킬 수 있어 구동 성능의 향상에 유효하다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시-페놀 수지에 함유되는 도전성 카본의 양이, 3.5중량% 로서, 최대 부하 토크의 향상에 유효한 함유량의 조건을 충족하고 있다.
또, 표 19 에 나타내는 바와 같이, 에폭시 수지막 (17) 에 도전성 카본을 첨가함으로써, 탄성체 (12) 의 마찰 접촉면의 대전 전압이 0V 가 되었다. 이것은, 도전성 카본을 첨가함으로써, 정전기 방지 효과가 얻어지기 때문이다.
표 20 은, 에폭시 수지막의 표면 조도와 입력 전류 최저치의 변화율과의 관계를 나타내는 표이다.
표 20 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 와 거의 동일한 형태이지만, 에폭시 수지막의 표면 조도가 상이한 5개의 진동파 모터를 준비하고, 1시간 구동 후의 입력 전류 최저치의 변화율을 조사했다. 표면 조도는, 최대 높이 조도 Rz (JIS BO601-2001) 에 의해 나타냈다.
표 20 에 나타내는 바와 같이, 1시간 구동 후의 입력 전류 최저치의 변화율은, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 를 초과하면 약 10% 였지만, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하에서는 5% 이하였다. 따라서, 에폭시 수지막 (17) 의 표면 조도는, 안정적인 구동을 실시한다는 관점에서, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다는 것을 알게 되었다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 의 표면의 최대 높이 조도 Rz 가 0.4㎛ 이며, 안정적인 구동을 실시할 수 있다.
또, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 은, 실시예 1 에 나타낸 에폭시 수지막 (17) 과 동일한 조건으로 연마했을 경우에도, 마찰 접촉면의 평면성이 양호하다.
표 11 에서 표 20 에 나타낸 결과보다, 에폭시 수지막 (17) 을 형성하는 에폭시-페놀 수지에 함유되는 각 첨가물의 양은, PTFE 가 10∼35중량% 이하, 규소비즈가 5∼20중량% 이하, 도전성 카본이 2∼10중량% 이하인 것이, 저속에서의 기동 특성의 향상, 고착 방지, 유지 토크의 향상, 최대 부하 토크의 향상 관점에서 바람직하다.
또, 안정적인 구동을 얻는다는 관점에서, 규소비즈의 입경은, 6㎛ 이하인 것이 바람직하다.
추가로 에폭시 수지막 (17) 의 막두께는, 100㎛ 이하인 것이, 고착 방지의 관점에서 바람직하고, 에폭시 수지막 (17) 의 표면의 조도는, 안정적인 구동을 얻는다는 관점에서, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
표 21 은, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 사용한 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 과, 에폭시-페놀 수지를 사용한 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 의 내약품성을 나타내는 표이다.
에폭시 수지막 (17) 의 주제 등이 상이한 실시예 1, 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 를 5분간 구동한 후에, 쌍방의 에폭시 수지막 (17) 의 표면을, 비행시간형 2차 이온질량 분석법 (T0F-SIMS : Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) 을 사용하여 분석했다.
비행시간형 2차 이온질량 분석법이란, 진공중에서 시료 표면에 갈륨 등의 이온 (1차 이온) 을 조사했을 때에, 시료 표면으로부터 방출되는 2차 이온을 일정 전압으로 가속하면, 가벼운 이온일수록 빠르게 검출기에 도달한다는 현상을 이용하여, 2차 이온의 비행시간 차이에 의해 질량 분석을 실시하는 방법이다.
표 21 에 나타내는 바와 같이, 5분간 구동 후의 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 의 표면으로부터는, 황화물이 검출되었다. 이것은, 구동에 의해 알루마이트 피막층 (18) 과 마찰 접촉함으로써, 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 의 성분이 알루마이트 피막층 (18) 에 미량으로 함유되는 황산 성분과 화학적으로 반응한 것을 나타낸다. 즉, 구동함으로써, 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 은, 알루마이트 피막층 (18) 의 황산 성분에 침식되어 있다. 이러한 화학적인 반응은, 마찰 접촉면의 열화 원인이 되어, 진동파 모터의 구동 성능이나 내구성을 열화시킨다.
그러나, 5분간 구동 후의 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 의 표면으로부터는, 황화물이 검출되지 않았다. 이것은, 구동에 의해 알루마이트 피막층 (18) 과 마찰 접촉해도, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 은, 알루마이트 피막층 (18) 의 황산 성분과 화학적으로 반응하지 않고, 침식되지 않는 것을 나타낸다.
따라서, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 은, 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 에 비해, 내약품성이 우수하고, 화학적으로 안정적이다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 는, 에폭시 수지막 (17) 에, 에폭시-페놀 수지를 사용하고 있고, PTFE 를 20중량%, 아크릴비즈를 10중량%, 도전성 카본을 3.5% 함유하고 있다. 각 첨가물의 함유량은, 저속에서의 기동 특성의 향상, 고착 방지, 유지 토크의 향상, 최대 부하 토크의 향상이라는 관점에서 바람직한 함유량의 조건, 즉, PTFE 가 10∼35중량% 이하, 규소비즈가 5∼20중량% 이하, 도전성 카본이 2∼10중량% 이하인 것을 충족하고 있다.
실시예 2 의 진동파 모터 (10) 를 구동시킨 결과, 종래의 진동파 모터와 비교하여, 실시예 1 과 동일하게, 다음에 나타내는 것과 같은 효과를 얻어진다.
(1) 마찰 접촉면의 마모량이 매우 적다. 따라서 마모분의 발생이 적고, 탄성체 (12) 의 형상이 변화하지 않는다.
(2) 장시간에 걸쳐서 안정적인 마찰 구동을 얻을 수 있다.
(3) 마찰 구동시에 발생하는 이음이 작다.
(4) 저온 환경 하에서의 저속에서의 기동 특성이 양호하고, 온도 -40℃∼80℃ 의 범위에서의 기동 특성이 양호하고, 온도 -20℃∼60℃ 의 범위에서의 기동 특성이 특히 양호하다.
(5) 고부하에서의 장시간 구동 후의 전류치 변화가 적고, 안정적인 구동을 얻을 수 있다.
(6) 마스크킹 처리 공정이나 수지의 성형품 등의 접착 공정, 표면 처리 용액의 폐기 처분 등이 불필요하고, 작업 공정 및 작업시간의 단축, 생산 비용의 감소등을 도모할 수 있다.
또, 내구성, 내마모성, 저온에서의 기동 특성, 구동 성능 면에서는, 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 에 비하여 양호했다.
추가로 실시예 1 의 진동파 모터 (10) 에 비해, 마찰 접촉면의 내약품성이 우수하고, 화학적으로 안정적이다.
[실시예 3]
도 3 은, 실시예 3 의 진동파 모터를 설명하는 도면이다.
실시예 3 의 진동파 모터 (20) 는, 진동자를 형성하는 탄성체 (22) 와 압전체 (21), 이동체 (23), 지지체 (26), 출력축 (28) 등을 구비하고 있고, 도시 생략된 카메라에 구비되고, 도시 생략된 렌즈 경통의 줌 동작을 실시하는 피구동 부재를 구동하는 구동원으로서 사용되고 있다.
진동자는, 탄성체 (22), 탄성체 (22) 에 접합된 압전체 (21) 등을 갖는 거의 원환 형상의 부재로서, 압전체 (21) 의 신축에 의해 진행성 진동파가 발생한다.
탄성체 (22) 는, 스테인리스 강 등의 공진 첨예도가 큰 금속에 의해 형성된 거의 원환 형상의 부재로서, 일방 면에는 압전체 (21) 가 접합되고, 또 다른 일방 면에는 둘레방향으로 복수의 홈을 잘라 형성된 빗살부 (22a) 가 형성되어 있다. 이 빗살부 (22a) 의 선단면은, 이동체 (23) 에 가압 접촉되고 이동체 (23) 를 마찰 구동하는 마찰 접촉면이 된다.
탄성체 (22) 의 마찰 접촉면에는, 실시예 1 에 나타낸 예와 동일하게, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 의해 형성된 에폭시 수지막 (30) 이 형성되어 있다. 본 실시예의 에폭시 수지막 (30) 은, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 주제로 하고, PTFE 를 20중량%, 아크릴비즈를 10중량%, 도전성 카본을 3.5중량% 함유하고 있고, 그 막두께는 30㎛ 이다.
탄성체 (22) 는, 그 내주 (內周) 측의 직경 방향으로 연장 형성된 플랜지상의 플랜지부 (22b) 를 갖고, 이 플랜지부 (22b) 에 의해 지지체 (26) 에 지지되어 고정되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 에폭시 수지막 (30) 은, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지를 주제로서 사용하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 에폭시-페놀 수지를 주제로서 사용해도 된다. 또, PTFE 등의 각 첨가물의 함유량, 에폭시 수지막 (30) 의 막두께나 표면의 조도는, 실시예 1 및 실시예 2 에 나타낸 조건의 범위내이면, 적절하게 최적인 것을 선택하여 사용해도 된다. 예를 들어, 본 실시예의 에폭시 수지막 (30) 은, 에폭시-페놀 수지를 주제로 하여, PTFE 를 20중량%, 입경 6㎛ 의 규소비즈를 10중량%, 도전성 카본을 3.5중량% 함유하고, 그 막두께를 30㎛ 로 해도 된다.
압전체 (21) 는, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자이다. 이 압전체 (21) 는, 그 소정 전극부와 전기적으로 접속된 플렉시블 프린트 기판 (24) 으로부터 공급되는 구동 신호에 의해 신축되고, 탄성체 (22) 에 진동을 발생시킨다. 플렉시블 프린트 기판 (24) 에는, 진동파 모터 (20) 를 구비하는 카메라의 제어를 실시하는 제어 장치 (31) 가 접속되어 있다. 본 실시예에 있어서, 제어 장치 (31) 에는 온도 센서 (32) 가 접속되어 있고, 온도 센서 (32) 의 검지 결과에 따라 압전체 (21) 에 공급하는 구동 신호를 조정하도록 되어 있다. 상세하게는 도 3 에 나타내는 진동파 모터 (20) 인 경우, 회전수가 일정 (350rpm 정도) 하게 되도록 검지된 온도 조건에 따라 구동 신호의 주파수를 조정하고 있다.
이동체 (23) 는, 탄성체 (22) 와 가압 접촉하고, 탄성체 (22) 의 마찰 접촉면에 발생한 진행성 진동파에 의한 타원 운동에 의해 회전 구동되는 상대 운동 부재이다. 이동체 (23) 는, 알루미늄 등의 경금속에 의해 형성된 부재이며, 출력축 (28) 에 끼워 맞추어져 있다. 본 실시예의 이동체 (23) 는, 알루미늄 합금에 의해 형성되고, 이동체 (23) 의 표면에는, 알루마이트 피막층 (40) 이 형성되어 있고, 이동체 (23) 와 진동자 (탄성체 (22)) 와의 마찰 접촉면은, 알루마이트 피막층 (40) 과 에폭시 수지막 (30) 이 접하는 형태로 되어 있다.
출력축 (28) 은, 거의 원통 형상을 하고 있고, 일방의 단부는 이동체 (23) 와 끼워 맞추어지고, 또 다른 일방의 단부는, 베어링 (27) 을 개재하여 지지체 (26) 에 회전 가능하도록 장착되어 있다. 이 출력축 (28) 은, 이동체 (23) 와 일체로 회전하여 이동체 (23) 의 회전 운동을 도시 생략된 피구동 부재에 전달한다.
가압부 (29) 는, 진동자와 이동체 (23) 를 가압하는 기구로서, 출력축 (28) 에 형성되어 있다. 이 가압부 (29) 는, 가압력을 발생시키는 스프링 (29a) 과, 베어링 (27) 에 접하여 배치되고, 스프링 (29a) 의 일단을 누르는 가압링 (29b) 과, 스프링 (29a) 의 타단을 누르는 가압링 (29c) 과, 출력축 (28) 에 형성된 홈에 삽입되어 가압링 (29c) 의 위치를 규제하는 E 링 (29d) 을 구비하고 있다.
본 실시예에 나타내는 바와 같은 진동파 모터 (20) 에 있어서도, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지에 의해 형성된 에폭시 수지막 (30) 을 탄성체 (22) 의 마찰 접촉면에 형성함으로써, 마모분의 저감, 장시간ㆍ고부하 하에서의 구동에 대한 내구성의 향상과 구동 성능의 안정화, 이음의 저감, 저온 환경 하에서의 저속에서의 기동 특성의 향상 등을 도모할 수 있다. 또, 본 실시예에 나타낸 진동파 모터 (20) 는, 소형이고, 마스킹 등의 처리를 실시하는 것이 곤란하지만, 본 실시예에 의하면, 에폭시 수지막 (30) 은, 탄성체 (22) 에 도포하여 용이하게 형성할 수 있어 작업 공정을 단축시킬 수 있고 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있다. 또, 표면 처리액의 폐기 처리 등도 불필요하다.
(변형예)
이상 설명한 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이나 변경이 가능하며, 그들도 본 발명의 균등한 범위내이다.
(1) 실시예 1 에 있어서, 에폭시 수지막 (17) 은, 이소시아네이트 경화형 수지를 주제로 하고, 실시예 2 에 있어서, 에폭시 수지막 (17) 은, 에폭시-페놀 수지를 주제로 하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 실시예 1 의 에폭시 수지막 (17) 의 주제를 에폭시-페놀 수지로 해도 되고, 실시예 2 의 에폭시 수지막 (17) 의 주제를 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지라고 해도 된다.
또, 각 실시예에 있어서, 에폭시 수지막 (17, 30) 의 주제는, 이소시아네이트를 경화제로서 첨가하고, 또한, 경화성 프리폴리머로서 페놀 수지를 배합한 에폭시 수지를 사용해도 된다.
(2) 각 실시예에 있어서, 탄성체 (12, 22) 측에 에폭시 수지막 (17, 30) 을 형성했지만, 이에 한정되지 않고, 이동체 (13, 23) 측에 에폭시 수지막을 형성해도 된다. 또, 탄성체 (12, 22) 를 사용하지 않고, 압전체 (11, 21) 상에 에폭시 수지막을 형성해도 된다. 추가로, 접촉면을 구성하는 양부재 (탄성체 (12, 22) 와 이동체 (13, 23)) 에 에폭시 수지막을 형성해도 된다.
(3) 각 실시예에 있어서, 탄성체 (12, 22) 를 형성하는 재료로서 스테인리스 강을 사용했지만, 그 외의 철계 재료를 사용해도 된다. 예를 들어, S15C, S55C, SCr445, SNCM630 등의 각종 철강 재료를 사용해도 되고, 인청동, 알루미늄계 합금을 사용해도 된다.
(4) 각 실시예에 있어서, 이동체 (13, 23) 는 알루미늄 합금에 의해 형성되는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 철계 재료 등을 사용해도 된다. 예를 들어, S15C, S55C, SCr445, SNCM630 등의 각종 철강 재료를 사용해도 된다. 또, PI, PEEK 등의 내열성이 높은 수지를 사용해도 된다.
(5) 각 실시예에 있어서, 회전형의 진동파 모터 (10, 20) 에 적용하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 상대 운동 부재가 직선 방향으로 구동되는 리니어 구동형의 진동파 모터 등에도 적용할 수 있다. 각 실시예에 있어서, 이동체 (13, 23) 가 회전 구동되는 회전형 (원환 (圓環) 형) 의 진동파 모터를 예로 들 수 있으나, 이것은 이 형태의 진동파 모터에서는 고착이 문제가 되는 경우가 많고, 본 발명을 적용하면 특히 큰 효과가 얻어지기 때문이다.
(6) 각 실시예에 있어서, 2개의 굴곡 진동에 의한 진행성 진동파에 의해 이동체 (13) 를 구동하는 진동파 모터 (10, 20) 를 예로서 나타냈지만, 굴곡 진동이나 면내 진동을 이용한 로드형 액츄에이터, 펜슬형 액츄에이터, 원반형 액츄에이터 등의 다른 구동 모드를 사용하는 진동파 모터, 진동 액츄에이터에도 적용할 수 있다.
(7) 각 실시예에 있어서, 초음파 영역을 이용하는 진동파 모터 (10, 20) 를 예로서 나타냈으나, 제 1 부재와 제 2 부재가 접촉하여 상대 이동하는 모터이면 되고, 초음파 영역을 이용하지 않는 전기 기계 변환 액츄에이터에도 적용할 수 있다.
(8) 실시예 1 및 실시예 2 에 있어서, 진동파 모터 (10) 는, 카메라의 렌즈 경통의 포커스 동작을 실시하는 구동원으로서 사용되는 예를 나타내고, 실시예 3 에 있어서, 진동파 모터 (20) 는, 도시 생략의 카메라의 렌즈 경통의 줌 동작을 실시하는 구동원으로서 사용되는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 실시예 1 및 실시예 2 의 진동파 모터 (10) 를 렌즈 경통의 줌 동작을 실시하는 구동원에 사용해도 되고, 실시예 3 의 진동파 모터 (20) 를, 렌즈 경통의 포커스 동작을 실시하는 구동원에 사용해도 된다. 또, 실시예 1 내지 실시예 3 의 진동파 모터 (10, 20) 를, 복사기 등의 구동원이나, 자동차의 핸들 틸트 장치나 헤드레스트의 구동부 등에 사용해도 된다.
(9) 각 실시예에 있어서, 경화 온도 등 , 에폭시 수지막 (17, 30) 의 형성 조건을 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 적절하게 선택해도 된다. 또, 주제나 첨가물 상태도 각 실시예에 나타낸 것에 한정되지 않고, 적절하게 선택해도 된다. 추가로, 열경화성 수지로서 특별히 제한은 없고, 열경화성 수지로서의 페놀 수지에 미리 첨가제로서의 규소비즈를 분산시킨 것을 사용해도 된다. 본 실시예에서는, 열경화성 수지를 사용하고 있으므로, 탄성체 (12) 에 도포하여 수지막을 형성할 수 있고, 성형 가공품을 사용함으로써 제조가 용이하다.
(10) 마찰 접촉면의 고착을 방지하는 입자형상의 첨가제로서는, 아크릴비즈, 규소비즈, 카본비즈 등 이외에, 알루마이트 피막층 (18, 40) 과 점 또는 원 (미소한 면) 으로 접하는 형태를 취할 수 있는 것이면 되고, 복수 종류의 첨가제를 사용하는 것이어도 된다. 또한, 규소비즈를 첨가했을 경우, 마찰 접속면의 고착을 방지할 수 있다는 효과 이외에, 에폭시 수지막 (17, 30) 의 내수성 및 내열성을 향상시킬 수도 있다. 또한, 아크릴비즈나 카본 빈즈인 경우, 마찰 접촉면의 고착을 방지하는 첨가제로서도 작용한다. 여기서 입자형상의 첨가제와 열가소성 수지를 사용하여 수지막을 형성했을 경우, 접촉면에서 발생하는 마찰열에 의해 수지막이 용해되어 첨가제의 이동이나 탈락이 발생하여 안정적인 구동이 실시되지 않는다는 문제가 있으나, 본 실시예에서는, 입자형상의 첨가제와 열경화성 수지를 사용하여 수지막을 형성하기 때문에, 마찰열에 의한 재용해가 발생되지 않고 상기 폐해를 방지할 수도 있다.
(11) 각 실시예에 있어서, 불소 수지로서 PTFE 를 사용하나, 이에 한정되지 않고, 적절히 선택해도 된다. 불소 수지의 일례로서, PFA (Tetrafuluoroethylene-perfluoroalkoxyvinylether Copolymer), FEP (Tetrafuluoroethylene-hexafluoropropylene Copolymer), PCTFE (Polychloro-Trifluroethylene Copolymer), ETFE (Ethylene Tetrafuluoroethylene Copolymer), ECTFE (Ethylene Chlorotrifluoroethylene Copolymer), PVDF (Polyvinylidene Fluoride), PVF (Polyvinylfluoride) 등을 들 수 있다.
본 발명에 의하면, 저속에서의 기동 특성이 양호하고, 안정적인 구동의 모터를 실현할 수 있다.
Claims (26)
- 제 1 부재와 제 2 부재가 접촉하면서 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 상대 이동하는 모터로서,상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재와의 접촉면의 적어도 일방에는, 입자형상의 첨가제와 열경화성 수지를 사용한 열경화성 수지막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고,상기 첨가제는 5~30중량%의 아크릴비즈를 함유하는 모터.
- 제 1 항에 있어서,상기 첨가제는, 상기 접촉면의 상기 열경화성 수지막이 형성되어 있지 않은 면과 점 또는 원으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 모터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 아크릴비즈는, 입경이 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열경화성 수지막은, 불소수지를 사용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 8 항에 있어서,상기 불소수지는, 폴리테트라플루오로에틸렌인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열경화성 수지막은, 상기 접촉면의 마찰계수를 증가시키는 마찰계수 증가재를 사용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 10 항에 있어서,상기 마찰계수 증가재는, 카본인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 11 항에 있어서,상기 카본은, 2∼10중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열경화성 수지는, 에폭시 수지와 페놀 수지의 적어도 1개를 함유하는 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 13 항에 있어서,상기 에폭시 수지는, 이소시아네이트 경화형 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 14 항에 있어서,상기 열경화성 수지막은, 막두께가 60㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 9 항에 있어서,상기 폴리테트라플루오로에틸렌은, 5∼35중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 13 항에 있어서,상기 에폭시 수지는, 페놀성 수산기 또는 메틸올기를 가지는 것을 경화성 프리폴리머로서 배합한 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 17 항에 있어서.상기 열경화성 수지막은, 막두께가 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 9 항에 있어서,상기 폴리테트라플루오로에틸렌은, 10∼35중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열경화성 수지막의 표면의 조도는, 최대 높이 조도 Rz 가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열경화성 수지막의 종단면 형상은 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 부재는, 전기 기계 변환 소자의 여진에 의해 탄성체에 진동을 발생하는 진동자이고,상기 제 2 부재는, 상기 진동에 의해 상기 상대 이동을 실시하는 상대 이동 부재인 것을 특징으로 하는 모터.
- 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 모터와,상기 모터를 구동원으로서 구동되는 광학계를 구비한, 렌즈 경통.
- 제 23 항에 기재된 광학계를 장착할 수 있는 마운트부를 갖는, 카메라 시스템.
- 제 1 부재와 제 2 부재와의 접촉면 중 적어도 일방에, 입자형상의 첨가제와 열경화성 수지를 공급하는 공정과,제 1 부재와 제 2 부재를 접촉시킨 상태에서 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재를 상대 이동시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고,상기 첨가제는 5~30중량%의 아크릴비즈를 함유하는 모터의 제조 방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 열경화성 수지를 경화시키고 나서 연마하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터의 제조 방법.
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