KR101658762B1 - 진동 액추에이터, 진동 액추에이터의 제조 방법, 렌즈 경통 및 카메라 - Google Patents
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Abstract
구동 성능이 양호한 진동 액추에이터, 진동 액추에이터의 제조 방법, 렌즈 경통 및 카메라를 제공한다. 진동 액추에이터는, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자와, 전기 기계 변환 소자의 여진에 의해 진동파를 발생시키는 탄성체와, 도전성을 갖는 열가소성 수지에 의해 형성되고, 전기 기계 변환 소자와 탄성체를 접합하는 수지층과, 탄성체와 가압 접촉되고, 진동파에 의해 탄성체에 대해 상대 이동하는 상대 이동 부재를 구비하는 것으로 하였다.
Description
본 발명은, 진동 액추에이터, 진동 액추에이터의 제조 방법, 렌즈 경통 및 카메라에 관한 것이다.
종래, 전기 기계 변환 소자의 신축을 이용하여, 탄성체와 상대 이동 부재의 접촉면에 진행성 진동파 (이하, 진행파라고 한다) 를 발생시키고, 진행파에 의해 구동면에 발생한 타원 운동의 파두 (波頭) 에 상대 이동 부재를 가압 접촉시켜 상대 이동 부재를 구동하는 진동 액추에이터가 알려져 있다. 일반적으로, 이와 같은 진동 액추에이터에서는, 전기 기계 변환 소자와 탄성체가 접착제에 의해 접합된다.
특허문헌 1 에는, 도전성을 갖는 접착제를 이용하여, 적층형 압전 소자의 대향하는 단면 (端面) 전극을 공통 전극에 접속하는 예가 기재되어 있다.
탄성체와 전기 기계 변환 소자를 접합하는 이와 같은 접착제층의 막두께는, 전기 기계 변환 소자나 탄성체의 접합면의 평면성이나 치수 정밀도, 전기 기계 변환 소자의 접합면에 형성된 전극부의 평면성 등에 의해, 두께에 불균일이 발생하는 경우가 있다. 특히, 은 페이스트 등을 이용하여 전극부를 형성하면, 전극부의 단부 (端部) 에 비해 중앙부의 두께가 얇게 형성되기 쉽고, 전극부와 탄성체 사이에 형성되는 접착제층의 막두께가 불균일해지기 쉽다.
이와 같은, 접착제층의 막두께 불균일에 의해, 전기 기계 변환 소자로부터 탄성체에 전해지는 진동의 크기에 불균일이 발생하고, 진동 액추에이터의 구동이 불안정해져 구동 효율이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는, 구동 성능이 양호한 진동 액추에이터, 진동 액추에이터의 제조 방법, 렌즈 경통 및 카메라를 제공하는 것이다.
본 발명은, 이하와 같은 해결 수단에 의해, 상기 과제를 해결한다.
청구항 1 의 발명은, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자와, 상기 전기 기계 변환 소자의 여진에 의해 진동파를 발생시키는 탄성체와, 도전성을 갖는 열가소성 수지에 의해 형성되고, 상기 전기 기계 변환 소자와 상기 탄성체를 접합하는 수지층과, 상기 탄성체와 가압 접촉되고, 상기 진동파에 의해 상기 탄성체에 대해 상대 이동하는 상대 이동 부재를 구비하는 진동 액추에이터이다.
청구항 2 의 발명은, 청구항 1 에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 수지층의 상기 전기 기계 변환 소자측의 면은, 전체면이 상기 전기 기계 변환 소자에 직접 접하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 3 의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2 에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 수지층은, 상기 전기 기계 변환 소자에 전기 에너지를 입력하는 전극부인 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 4 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 까지 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 전기 기계 변환 소자의 상기 탄성체측의 면은, 전체면이 상기 수지층에 직접 접하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 5 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 까지 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 전기 기계 변환 소자는, 상기 탄성체와는 반대측의 면에, 상기 도전성을 갖는 열가소성 수지를 이용하여 형성된 제 2 전극부를 갖는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 6 의 발명은, 전기 기계 변환 소자에 도전성을 갖는 열가소성 수지를 도포하여 수지층을 형성하는 수지층 형성 공정과, 상기 수지층을 이용하여, 상기 전기 기계 변환 소자를 분극하는 분극 공정과, 상기 전기 기계 변환 소자와 탄성체를 접합하는 접합 공정을 구비하는 진동 액추에이터의 제조 방법이다.
청구항 7 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 까지 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는 렌즈 경통이다.
청구항 8 의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 까지 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는 카메라이다.
또한, 상기 구성은 이것에 한정되는 것이 아니고, 후술하는 실시형태의 구성을 적절히 개량해도 되고, 또, 적어도 일부를 다른 구성물로 대체시켜도 된다. 또한, 그 배치에 대해 특별히 한정이 없는 구성 요건은, 실시형태에서 개시한 배치에 한정되지 않고, 그 기능을 달성할 수 있는 위치에 배치할 수 있다.
본 발명에 의하면, 구동 성능이 양호한 진동 액추에이터, 진동 액추에이터의 제조 방법, 렌즈 경통 및 카메라를 제공할 수 있다.
도 1 은 실시형태의 카메라를 설명하는 도면이다.
도 2 는 실시형태의 초음파 모터의 단면도이다.
도 3 은 실시형태의 수지층 및 전극 패턴부를 설명하는 도면이다.
도 4 는 실시형태의 초음파 모터 및 비교예의 초음파 모터의 압전체와 탄성체의 접합 부분을 비교하는 도면이다.
도 5 는 실시형태의 초음파 모터의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6 은 실시형태의 진동자의 제조 과정을 설명하는 도면이다.
도 2 는 실시형태의 초음파 모터의 단면도이다.
도 3 은 실시형태의 수지층 및 전극 패턴부를 설명하는 도면이다.
도 4 는 실시형태의 초음파 모터 및 비교예의 초음파 모터의 압전체와 탄성체의 접합 부분을 비교하는 도면이다.
도 5 는 실시형태의 초음파 모터의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6 은 실시형태의 진동자의 제조 과정을 설명하는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 형태
이하, 본 발명의 실시형태를, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 진동 액추에이터로서 초음파의 진동역을 이용하는 초음파 모터를 일례로 들어 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태의 카메라 (1) 를 설명하는 도면이다.
본 실시형태의 카메라 (1) 는, 촬상 소자 (8) 를 갖는 카메라 보디 (2) 와, 렌즈 (7) 를 갖는 렌즈 경통 (3) 을 구비하고 있다.
렌즈 경통 (3) 은, 카메라 보디 (2) 에 착탈 가능한 교환 렌즈이다. 또한, 본 실시형태에서는, 렌즈 경통 (3) 은, 교환 렌즈인 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 카메라 보디와 일체형인 렌즈 경통으로 해도 된다.
렌즈 경통 (3) 은, 렌즈 (7), 캠통 (6), 기어 (4, 5), 초음파 모터 (10) 등을 구비하고 있다. 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 는, 카메라 (1) 의 포커스 동작시에 렌즈 (7) 를 구동하는 구동원으로서 이용되고 있다. 초음파 모터 (10) 로부터 얻어진 구동력은, 기어 (4, 5) 를 통해 캠통 (6) 에 전해진다. 렌즈 (7) 는, 캠통 (6) 에 유지되어 있고, 초음파 모터 (10) 의 구동력에 의해, 광축 방향 (도 1 중에 나타낸다, 화살표 L 방향) 으로 대략 평행하게 이동하여, 초점을 조절하는 포커스 렌즈이다.
도 1 에 있어서, 렌즈 경통 (3) 내에 형성된 도시를 생략한 렌즈군 (렌즈 (7) 를 포함한다) 에 의해, 촬상 소자 (8) 의 촬상면에 피사체 이미지가 결상된다. 촬상 소자 (8) 에 의해, 결상된 피사체 이미지가 전기 신호로 변환되고, 그 신호를 A/D 변환함으로써, 화상 데이터가 얻어진다.
도 2 는, 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 의 단면도이다.
본 실시형태의 초음파 모터 (10) 는, 진동자 (11), 이동자 (15), 출력축 (18), 가압 부재 (19) 등을 구비하고, 진동자 (11) 측을 고정으로 하고, 이동자 (15) 를 회전 구동하는 형태로 되어 있다.
진동자 (11) 는, 탄성체 (12) 와, 압전체 (13) 를 갖는 대략 원환 형상의 부재이다.
탄성체 (12) 는, 공진 첨예도가 큰 금속 재료에 의해 형성되고, 그 형상은, 대략 원환 형상이다. 이 탄성체 (12) 는, 빗살부 (12a), 베이스부 (12b), 플랜지부 (12c) 를 갖는다.
빗살부 (12a) 는, 압전체 (13) 가 접합되는 면과는 반대측의 면에, 복수의 홈을 잘라 형성된다. 이 빗살부 (12a) 의 선단면은, 이동자 (15) 와 가압 접촉되고, 이동자 (15) 를 구동하는 구동면 (12d) 이 된다. 이 구동면 (12d) 에는, Ni-P (니켈-인) 도금 등의 윤활성의 표면 처리가 실시되고 있다. 빗살부 (12a) 를 형성하는 이유는, 압전체 (13) 의 신축에 의해 구동면에 발생하는 진행파의 중립면을 가능한 한 압전체 (13) 측에 가깝게 하고, 이로써 구동면의 진행파의 진폭을 증폭시키기 위해서이다.
베이스부 (12b) 는, 탄성체 (12) 의 둘레 방향으로 연속된 부분이며, 베이스부 (12b) 의 빗살부 (12a) 와는 반대측의 면 (접합면 (12e)) 에 압전체 (13) 가 접합되어 있다.
플랜지부 (12c) 는, 탄성체 (12) 의 내경 방향으로 돌출된 플랜지 형상의 부분이며, 베이스부 (12b) 의 두께 방향의 중앙에 배치되어 있다. 이 플랜지부 (12c) 에 의해, 진동자 (11) 는, 고정 부재 (16) 에 고정되어 있다.
압전체 (13) 는, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자이다. 본 실시형태에서는, 압전체 (13) 로서 압전 소자를 이용하고 있지만, 전왜 소자를 사용해도 된다.
본 실시형태의 압전체 (13) 는, 대략 원환 형상의 부재이며, PZT (티탄산지르콘산납) 를 이용하여 형성되어 있다. 또한, 압전체 (13) 는, 다른 압전 세라믹스 재료 등을 사용해도 된다.
이 압전체 (13) 의 탄성체 (12) 측의 면 (이하, 접합면 (13a) 이라고 한다) 에는, 전체면에 수지층 (24) 이 형성되어 있다 (도 3(a) 및 도 4(a) 참조). 압전체 (13) 는, 이 수지층 (24) 을 개재하여 탄성체 (12) 와 접합되어 있다.
또, 압전체 (13) 의 탄성체 (12) 와는 반대측의 면 (이하, 타방의 면 (13b) 이라고 한다) 에는, 전극 패턴부 (25) 가 형성되어 있다 (도 3(b) 및 도 4(a) 참조). 수지층 (24) 및 전극 패턴부 (25) 에 관한 상세한 것은 후술한다.
플렉시블 프린트 기판 (14) 은, 그 배선이 압전체 (13) 의 타방의 면 (13b) 에 형성된 전극 패턴부 (25) 의 각 전극부와 전기적으로 접속되어 있다.
플렉시블 프린트 기판 (14) 에는, 도시를 생략한 제어 회로로부터 구동 신호가 공급되고, 이 구동 신호에 의해, 압전체 (13) 가 신축되고, 여진된다. 진동자 (11) 는, 이 압전체 (13) 의 신축에 의해, 탄성체 (12) 의 구동면에 진행파가 발생한다.
이동자 (15) 는, 탄성체 (12) 의 구동면 (12d) 에 발생하는 진행파에 의해 회전 구동되는 부재이다. 본 실시형태의 이동자 (15) 는, 알루미늄 등의 경금속에 의해 형성되어 있고, 진동자 (11) (탄성체 (12) 의 구동면 (12d)) 와 접촉하는 면의 표면에, 내마모성 향상을 위한 알루마이트 등의 표면 처리가 실시되어 있다.
출력축 (18) 은, 대략 원주 형상의 부재이다. 출력축 (18) 은, 일방의 단부가 고무 부재 (23) 를 개재하여 이동자 (15) 에 접하고 있고, 이동자 (15) 와 일체로 회전하도록 형성되어 있다.
고무 부재 (23) 는, 고무에 의해 형성된 대략 원환 형상의 부재이다. 이 고무 부재 (23) 는, 고무에 의한 점탄성이며 이동자 (15) 와 출력축 (18) 을 일체로 회전 가능하게 하는 기능과, 이동자 (15) 로부터의 진동을 출력축 (18) 에 전하지 않게 진동을 흡수하는 기능을 갖고 있다. 고무 부재 (23) 는, 부틸 고무, 실리콘 고무, 프로필렌 고무 등에 의해 형성되어 있다.
가압 부재 (19) 는, 진동자 (11) 와 이동자 (15) 를 가압 접촉시키는 가압력을 발생하는 부재이다. 가압 부재 (19) 는, 기어 부재 (20) 와 베어링 받이 부재 (21) 사이에 형성되어 있다. 본 실시형태의 가압 부재 (19) 는, 압축 코일 스프링을 이용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
기어 부재 (20) 는, 출력축 (18) 의 소정의 위치에 형성된 D 컷에 들어가도록 삽입되고, E 링 등의 스토퍼 (22) 로 고정되고, 회전 방향 및 축 방향으로 출력축 (18) 과 일체가 되도록 형성되어 있다. 기어 부재 (20) 는, 출력축 (18) 의 회전과 함께 회전함으로써, 기어 (4) (도 1 참조) 에 구동력을 전달한다.
또, 베어링 받이 부재 (21) 는, 베어링 (17) 의 내경측에 배치되고, 베어링 (17) 은, 고정 부재 (16) 의 내경측에 배치된 구조로 되어 있다.
가압 부재 (19) 는, 진동자 (11) 를 이동자 (15) 측에, 출력축 (18) 의 축방향으로 가압하고 있고, 이 가압력에 의해 이동자 (15) 와 진동자 (11) 가 가압 접촉되고, 이동자 (15) 는 회전 구동된다. 또한, 가압 부재 (19) 와 베어링 받이 부재 (21) 사이에는, 가압력 조정 와셔를 형성하여, 초음파 모터 (10) 의 구동에 적정한 가압력이 얻어지도록 해도 된다.
도 3 은, 본 실시형태의 수지층 (24) 및 전극 패턴부 (25) 를 설명하는 도면이다. 도 3(a) 는, 압전체 (13) 를 탄성체 (12) 측에서 본 도면이고, 도 3(b) 는, 압전체 (13) 를 기어 부재 (20) 측에서 본 도면이다.
도 4 는, 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 와 후술하는 비교예의 초음파 모터 (110) 의 압전체와 탄성체의 접합 부분을 비교하는 도면이다. 도 4(a) 는, 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 의 진동자 (11) 를, 도 3 에 나타내는 직선 S1-S2 를 따라 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 에 직교하는 방향으로 절단한 단면의 확대도를 나타내고 있다. 도 4(b) 는, 후술하는 비교예의 초음파 모터 (110) 에 있어서의 도 4(a) 에 나타내는 단면에 상당하는 단면의 확대도이다. 또한, 도 4(a), 4(b) 에서는, 이해를 용이하게 하기 위해 플렉시블 프린트 기판 (14) 등은 생략하여 나타내고 있다.
수지층 (24) 은, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 의 전체면에 형성되어 있다. 또, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 수지층 (24) 의 압전체 (13) 측의 면 (24a) 은, 전체면이 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 에 직접 접하는 형태로 되어 있다. 따라서, 압전체 (13) 와 수지층 (24) 사이에는, 다른 부재가 개재되어 있지 않고, 진동자 (11) 의 두께 방향에 있어서, 탄성체 (12), 수지층 (24), 압전체 (13) 가 순서대로 적층된 형태로 되어 있다.
수지층 (24) 은, 도전성을 갖는 열가소성 수지에 의해 형성되어 있고, 본 실시형태에서는, 폴리아미드를 이용하고 있다. 수지층 (24) 을 형성하는 열가소성 수지로는, 내열성이나 내구성이 우수하고, 또한, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 를 접합하는 접착성이 우수한 것이 바람직하다. 예를 들어, 폴리스티렌, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, PMMA (polymethylmethacrylate) 등의 범용 수지를 적절히 선택하여 사용해도 된다. 또, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 등의 범용 엔지니어링 수지를 적절히 선택하여 사용해도 된다. 또한, 폴리아미드이미드, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌술파이드 등의 수퍼 엔지니어링 수지를 적절히 선택하여 사용해도 된다. 또, 이들을 적절히 조합하여 사용해도 된다. 또한, 도전성에 관해서는, 이들 수지에 대해, 소정량의 도전성 필러 (카본 블랙, 금속 분말, 금속 산화물 분말 등) 를 배합함으로써 부여할 수 있다.
수지층 (24) 은, 도전성을 갖고 있으므로, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 를 접합하는 기능에 추가하여, 압전체 (13) 에 제어 회로로부터의 전기 에너지를 부여하기 위한 전극부로서의 기능이나, 탄성체 (12) 에 대한 도통을 확보한다는 기능도 갖고 있다.
전극 패턴부 (25) 는, 타방의 면 (13b) 에 직접 형성된 전극부이며, 그라운드가 되는 전극부 (D1) 와, A 상, B 상의 전기 신호가 입력되는 전극부 (D2∼D5, D6∼D9) 가 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 또, 타방의 면 (13b) 의 둘레 방향에 있어서의 전극부 (D1∼D9) 사이는, 압전체 (13) 의 소지 (素地) 가 노출된 소지부 (13c) 로 되어 있다.
전극부 (D2∼D5, D6∼D9) 는, 각각 A 상, B 상의 구동 신호를 입력하는 전극부이며, 각 상에 있어서 분극이 교대가 되도록 배치되어 있다. 전극부 (D1) 는, A 상 (전극부 (D2∼D5)) 과 B 상 (전극부 (D6∼D9)) 사이가 되도록, 전극부 (D2) 와 전극부 (D6) 사이에 형성되어 있다.
전극 패턴부 (25) 는, 도전성을 갖는 열가소성 수지를 이용하여 형성되어 있고, 본 실시형태에서는, 수지층 (24) 과 동일하게, 폴리아미드에 의해 형성되어 있다. 또, 도 3(b) 에는 도시되지 않지만, 전극 패턴부 (25) 의 각 전극부 (D1∼D9) 에는, 플렉시블 프린트 기판 (14) 이 접속되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 의 제조 방법을 설명한다.
도 5 는, 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6 은, 본 실시형태의 진동자 (11) 의 제조 과정을 설명하는 도면이다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 6 에서는, 도 4 에 나타내는 단면과 동일한 단면을 나타내고 있다.
초음파 모터 (10) 는, 압전체 성형 공정 S101, 수지층 형성 공정 S102, 분극 공정 S103, 접합 공정 S104, 조립 공정 S105 등의 공정을 거쳐 제조된다.
압전체 성형 공정 S101 은, 티탄산지르콘산납 등의 재료를, 성형형 등을 이용하여 대략 원환 형상으로 성형하여 소결하는 것 등에 의해, 압전체 (13) 를 제조하는 공정이다. 소결에 의해 압전체 (13) 에 변형 등이 발생한 경우 등에는, 랩 가공 등을 실시하고, 도 6(a) 에 나타내는 바와 같이, 접합면 (13a) 및 타방의 면 (13b) 의 평면성을 높여도 된다.
수지층 형성 공정 S102 는, 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 에 도전성을 갖는 열가소성 수지를 도포하는 공정이다. 열가소성 수지 (본 실시형태에서는, 폴리아미드) 를 소정의 온도까지 가열하고, 도전성을 부여하는 필러나 용제 등을 배합하여 얻어진 용액을, 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 에 도포하여 냉각시키고, 작업에 지장을 주지 않을 정도로 경화시킨다. 이로써 수지층 (24) 이 형성된다.
또, 압전체 (13) 의 타방의 면 (13b) 에, 수지층 (24) 에 사용한 것과 동일한 용액을 패턴상(狀)으로 도포하여 냉각시키고, 전극 패턴부 (25) 를 형성한다. 이 때, 필요하면, 각 전극부 사이의 소지부 (13c) 가 되는 부분 등에 마스킹 등을 실시해도 된다.
도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 도전성을 갖는 열가소성 수지를 도포한 상태에서는, 수지층 (24) 및 전극 패턴부 (25) 는, 그 두께가 다소 불균일하게 되어 있다.
분극 공정 S103 은, 수지층 (24) 및 전극 패턴부 (25) 가 형성된 상태의 압전체 (13) 에 소정의 전원을 이용하여 분극 전압을 인가하고, 분극을 실시하는 공정이다.
통상, 분극은, 플러스 전극과 마이너스 전극으로 압전체 (13) 를 사이에 두고 실시할 필요가 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 수지층 (24) 및 전극 패턴부 (25) 는, 도전성을 갖는 열가소성 수지를 이용하여 형성되어 있으므로, 종래와 같은 은 페이스트에 의한 전극을 형성하지 않아도, 압전체 (13) 를 분극하는 것이 가능하다. 이 분극 공정 S103 에서는, 일방의 전극으로서 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 에 형성된 수지층 (24) 을 이용하고, 타방의 전극으로서 타방의 면 (13b) 에 형성된 전극 패턴부 (25) 를 이용하여 분극을 실시하고 있다.
접합 공정 S104 는, 압전체 (13) 와 탄성체 (12) 를 접합하는 공정이다.
탄성체 (12) 는, 미리 절삭 가공 등에 의해 제조된 것을 준비한다.
그리고, 탄성체 (12) 의 접합면 (12e) 과 수지층 (24) 의 표면 (압전체 (13) 와는 반대측의 면) 이 접하고, 전극 패턴부 (25) 의 각 전극부에 플렉시블 프린트 기판 (14) 이 접하고 있는 상태에서 지그 등에 의해 고정시키고, 소정의 온도까지 가열하고, 소정의 압력을 가하고, 냉각시킨다.
수지층 (24) 은, 열가소성 수지에 의해 형성되어 있으므로, 가열에 의해 부드러워지고, 전체를 균일하게 가압함으로써, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 사이에 대략 균일한 두께로 충전되는 형태가 되고, 냉각에 의해 경화되고, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 를 접합한다 (도 6(c) 참조).
전극 패턴부 (25) 는, 수지층 (24) 과 동일하게, 열가소성 수지에 의해 형성되어 있으므로, 가열에 의해 부드러워지고, 가압 및 냉각시켜 경화시킴으로써, 각 전극부에 플렉시블 프린트 기판 (14) 의 배선이 접합되고, 접속된다. 이 때, 지그 등에 의해, 전극 패턴부 (25) 를 압전체 (13) 측으로 가압하고, 전극 패턴부 (25) 의 두께를 대략 균일하게 하고, 또한, 그 표면 (압전체 (13) 와는 반대측의 면) 의 평면성을 향상시킨다 (도 6(c) 참조).
또한, 필요하면, 접합 공정 S104 후, 탄성체 (12) 의 구동면 (12d) 의 평면성을 확보하기 위한 연마 가공 등을 실시해도 된다.
조립 공정 S105 는, 상기 서술한 공정을 거쳐 제조된 진동자 (11) (탄성체 (12) 및 압전체 (13)) 와 이동자 (15), 출력축 (18), 가압 부재 (19) 등의 부재를 이용하여, 초음파 모터 (10) 를 조립하는 공정이다.
이들 공정을 거쳐, 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 가 완성된다.
여기서, 도 4 로 돌아와, 상기 서술한 바와 같이 형성된 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 와 비교예의 초음파 모터 (110) 를 비교한다.
비교예의 초음파 모터 (110) 는, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 압전체 (113) 의 접합면 및 타방의 면에 은 페이스트에 의해 형성된 전극부를 갖고 있고, 접착제를 이용하여 탄성체 (12) 와 압전체 (113) 가 접합되어 있는 점 이외에는, 본 실시형태와 대략 동일하다. 따라서, 본 실시형태와 동일한 기능을 하는 부분에는, 동일한 부호 또는 말미에 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다.
비교예의 압전체 (113) 는, 본 실시형태의 압전체 (13) 와 대략 동일하게, 대략 원환 형상의 부재이다. 압전체 (113) 의 접합면 (113a) 은, 둘레 방향으로 연속된 전극부 (D20) 가 형성되어 있는데, 접합면 (113a) 의 외주단 및 내주단은, 압전체 (113) 의 소지가 노출된 소지부 (113c) 로 되어 있다. 또, 타방의 면 (113b) 에는, 둘레 방향으로 분할된 전극부 (D11∼D19) 가 형성되고, 각 전극 사이와 타방의 면 (113b) 의 외주단 및 내주단은, 압전체 (113) 의 소지가 노출된 소지부 (113c) 로 되어 있다. 또한, 도 4(b) 에는, 전극부 (D20, D13) 만 도시되어 있다.
이 비교예의 압전체 (113) 는, 종래 널리 사용되고 있는 일반적인 압전체이며, 전극부 (D20 및 D11∼D19) 는, 스크린 인쇄에 의해 은 페이스트를 도포하여 형성되어 있다.
비교예의 압전체 (113) 와 탄성체 (12) 는, 일반적인 접착제 (예를 들어, 에폭시 수지 등을 주제 (主劑) 로 하는 접착제) 를 이용하여 접합되어 있다. 이 때문에, 탄성체 (12) 와 압전체 (113) 사이에는, 접착제층 (124) 과 전극부 (D20) 가 형성된 형태로 되어 있다. 또, 이 접착제층 (124) 은, 도전성을 갖고 있지 않다.
이와 같이, 은 페이스트에 의해 형성된 전극부 (D20) 의 표면은, 압전체 (113) 의 소지부 (113c) 나 탄성체 (12) 의 접합면 (12e) 의 표면에 비해 표면 거침도가 작다. 그 때문에, 만일, 압전체 (113) 의 접합면 (113a) 의 전체면에 전극부 (D20) 를 형성하면, 접착제에 의한 투묘 효과가 작고, 충분한 접착 강도가 얻어지지 않는다. 그래서, 압전체 (113) 의 접합면 (113a) 의 내주단 및 외주단을 소지부 (113c) 로 하고, 표면이 거친 소지부 (113c) 와 접착제층 (124) 이 직접 접하는 부분을 형성함으로써, 접착제의 투묘 효과를 충분히 얻을 수 있고, 소정의 접착 강도를 얻고 있다.
그러나, 압전체 (113) 의 접합면 (113a) 의 내주단 및 외주단을 소지부 (113c) 로 함으로써, 압전체의 전체면에 전극부를 형성한 이상적인 압전체에 비해, 압전체 (113) 가 분극된 영역이 작아진다. 그 때문에, 비교예의 압전체 (113) 에서는, 전체면에 전극을 형성한 이상적인 압전체에 비해 정전 용량이 작고, 출력이 작고, 소비 전력이 커지는 등, 구동 성능이 열등하다.
또한, 전극부 (D20) 는, 스크린 인쇄에 의해 형성되어 있으므로, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 압전체 (13) 의 직경 방향의 양단부가 두껍고 (5∼10 ㎛), 중앙부가 얇아 (2∼3 ㎛) 지는 등의 전극부 (D20) 의 두께 불균일이 발생하기 쉽다.
그 때문에, 접착제층 (124) 이, 전극부 (D20) 의 직경 방향의 중앙 부분에서는 두껍고, 전극부 (D20) 의 직경 방향 양단부에서는 얇아지는 등의 두께 불균일이 발생한다. 접착제층 (124) 이 두꺼운 부분은, 얇은 부분에 비해, 압전체 (13) 의 여진을 탄성체 (12) 에 전하는 전달 효율이 저하되기 때문에, 압전체 (13) 의 여진의 탄성체 (12) 에 대한 전달이 불균일해진다. 그 때문에, 이와 같은 접착제층 (124) 의 두께 불균일에 의해, 초음파 모터 (110) 의 구동이 불안정해져 구동 효율이 저하되는 등, 구동 성능이 저하된다는 문제가 있다.
또, 접착제층 (124) 의 두께 불균일에 의해, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 의 접착 강도가 불균일해져, 초음파 모터 (110) 의 구동시에 압전체 (113) 가 박리되는 등의 문제가 발생한다는 문제가 있다.
또한, 비교예의 초음파 모터 (110) 의 접착제층 (124) 은, 도전성을 갖고 있지 않기 때문에, 전극부 (D20) 와 탄성체 (12) 의 도통을 확보하기 위해, 전극부 (D20) 의 일부와 탄성체 (12) 가 접하는 형태로 할 필요가 있다. 이 때문에, 큰 가압력을 가하여 탄성체 (12) 와 압전체 (113) 를 접합해야 하고, 제조가 곤란하다는 문제나, 압전체 (113) 가 가압에 의해 파손되는 등의 문제가 있다.
또한, 비교예의 압전체 (113) 와 탄성체 (12) 는 접착제층 (124) 에 의해 접합되어 있으므로, 일단, 압전체 (113) 와 탄성체 (12) 를 접합하면, 분해가 불가능해진다. 그 때문에, 제조 과정 등에서, 탄성체 (12) 에 불량이 발생한 경우 등에, 압전체 (113) 와 탄성체 (12) 를 분리하여 압전체 (113) 를 재이용할 수 없다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는, 도전성을 갖는 열가소성 수지에 의해 형성된 균일한 두께를 갖는 수지층 (24) 을 개재하여, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 가 접합되어 있고, 압전체 (13) 와 수지층 (24) 사이에 다른 부재가 존재하지 않는다. 즉, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 사이에는, 수지층 (24) 이 1 층만 존재하고, 그 두께가 대략 균일하므로, 압전체 (13) 로부터 탄성체 (12) 에 대한 진동의 전달 불균일이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 초음파 모터 (10) 의 안정적인 구동을 실시할 수 있고, 구동 효율을 향상시키고, 구동 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 수지층 (24) 은, 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 의 전체면에 직접 접하는 형태로 형성할 수 있으므로, 투묘 효과가 충분히 얻어지고, 압전체 (13) 와 탄성체 (12) 의 접착 강도가 향상된다. 따라서, 초음파 모터의 내구성이나 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 수지층 (24) 은, 도전성을 갖고 있으므로, 접합 공정에서 큰 가압력을 가할 필요가 없고, 압전체 (13) 를 파손하지 않고, 진동자 (11) 를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 수지층 (24) 은, 접합면 (13a) 의 대략 전체면에 형성할 수 있으므로 위치 결정할 필요가 없고, 진동자 (11) 의 제조가 용이하고, 생산 비용을 억제할 수 있다.
또한, 수지층 (24) 은, 압전체 (13) 의 접합면 (13a) 의 전체면에 직접 접하는 형태로 형성할 수 있고, 또한, 전극 패턴부 (25) 도 타방의 면 (13b) 의 직경 방향의 양단부에 소지부를 형성하지 않고 단부터 단까지 형성할 수 있으므로, 압전체 (13) 의 분극 면적을 늘릴 수 있고, 정전 용량을 증가시킬 수 있다. 이로써, 초음파 모터 (10) 의 구동 효율의 향상이나, 출력의 증대를 실현할 수 있다.
또한, 수지층 (24) 은 열가소성 수지에 의해 형성되어 있으므로, 예를 들어 탄성체 (12) 에 불량이 발생한 경우 등에, 수지층 (24) 에 의해 압전체 (13) 와 탄성체 (12) 가 접합된 상태라도, 가열함으로써 수지층 (24) 이 부드러워지고, 용이하게 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 를 분리할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 압전체 (13) 를 재이용할 수 있어, 자원의 유효 이용이 가능하다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 구동 성능이 양호한 초음파 모터로 할 수 있다.
(변형 형태)
(1) 이상 설명한 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이나 변경이 가능하다.
본 실시형태에 있어서, 수지층 (24) 은 압전체 (13) 에 직접 형성되고, 압전체 (13) 와 수지층 (24) 사이에는 다른 부재가 존재하지 않는 예를 나타냈다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 비교예의 초음파 모터 (110) 와 같이, 은 페이스트에 의해 형성된 전극부 (D20) 를 갖는 압전체 (113) 의 접합면에, 도전성을 갖는 열가소성 수지를 도포하여 수지층을 형성하고, 이 수지층에 의해 탄성체 (12) 와 압전체를 접합하는 형태로 해도 된다.
이와 같은 형태로 함으로써, 수지층은 도전성을 가지므로, 탄성체 (12) 와 압전체 (113) 의 접합 공정에서, 종래와 같이 탄성체 (12) 와 압전체 (113) 의 도통을 확보하기 위해 큰 가압력을 가할 필요가 없어, 용이하게 접합할 수 있다. 또, 이와 같은 형태로 함으로써, 소정의 온도까지 가열하는 것만으로, 압전체 (13) 와 탄성체 (12) 를 용이하게 분리할 수 있다. 따라서, 압전체 등을 재이용할 수 있고, 자원을 유효 이용할 수 있다.
(2) 본 실시형태에 있어서, 전극 패턴부 (25) 는, 수지층 (24) 과 동일한 수지에 의해 형성되는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 도전성을 갖는 열가소성 수지이며, 분극시의 고온 등에도 견딜 수 있는 내열성이나 내구성을 가지면, 수지층 (24) 과는 상이한, 도전성을 갖는 열가소성 수지에 의해 형성해도 되고, 은 페이스트 등을 이용하여 형성해도 된다.
(3) 본 실시형태에 있어서, 이동자 (15) 가 회전 구동되는 초음파 모터 (10) 를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 이동자가 직선 방향으로 구동되는 리니어형 진동 액추에이터에 적용해도 된다.
(4) 본 실시형태에 있어서, 초음파 영역의 진동을 사용하는 초음파 모터 (10) 를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 초음파 영역 이외의 진동을 사용하는 진동 액추에이터에 적용해도 된다.
(5) 본 실시형태에 있어서, 초음파 모터 (10) 는, 포커스 동작시에 렌즈 (7) 의 구동에 사용되는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 렌즈의 줌 동작시의 구동에 사용되는 초음파 모터로 해도 된다.
(6) 본 실시형태에 있어서, 초음파 모터는, 카메라에 사용되는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 복사기의 구동부나, 자동차의 핸들 틸트 장치나 헤드레스트의 구동부에 사용해도 된다.
또한, 실시형태 및 변형형태는, 적절히 조합하여 사용할 수도 있는데, 상세한 설명은 생략한다. 또, 본 발명은 이상 설명한 실시형태에 의해 한정되는 것은 아니다.
1 : 카메라
3 : 렌즈 경통
10 : 초음파 모터
12 : 탄성체
13 : 압전체
15 : 이동자
24 : 수지층
25 : 전극 패턴부
3 : 렌즈 경통
10 : 초음파 모터
12 : 탄성체
13 : 압전체
15 : 이동자
24 : 수지층
25 : 전극 패턴부
Claims (8)
- 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자와,
상기 전기 기계 변환 소자의 여진에 의해 진동파를 발생시키는 탄성체와,
도전성을 갖는 열가소성 수지에 의해 형성되고, 상기 전기 기계 변환 소자와 상기 탄성체를 접합하고, 전극으로서 이용되는 수지층과,
상기 전기 기계 변환 소자는, 상기 탄성체와는 반대측의 면에 형성된 전극 패턴부와,
상기 탄성체와 가압 접촉되고, 상기 진동파에 의해 상기 탄성체에 대해 상대 이동하는 상대 이동 부재를 구비하는, 진동 액추에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 수지층의 상기 전기 기계 변환 소자측의 면은, 전체면이 상기 전기 기계 변환 소자에 직접 접하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수지층은, 상기 전기 기계 변환 소자에 전기 에너지를 입력하는 전극부인 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 기계 변환 소자의 상기 탄성체측의 면은, 전체면이 상기 수지층에 직접 접하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 기계 변환 소자는, 상기 탄성체와는 반대측의 면에, 상기 도전성을 갖는 열가소성 수지를 이용하여 형성된 제 2 전극부를 갖는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 전기 기계 변환 소자에 도전성을 갖는 열가소성 수지를 도포하여 전극으로서 이용되는 수지층을 형성하는 수지층 형성 공정과,
상기 수지층을 이용하여, 상기 전기 기계 변환 소자를 분극하는 분극 공정과,
상기 전기 기계 변환 소자와 탄성체를 접합하는 접합 공정을 구비하고,
상기 전기 기계 변환 소자는, 상기 탄성체와는 반대측의 면에 전극 패턴부가 형성된, 진동 액추에이터의 제조 방법. - 제 1 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는, 렌즈 경통.
- 제 1 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는, 카메라.
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