WO2007114385A1 - 振動子の製造方法、振動子、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラシステム - Google Patents

振動子の製造方法、振動子、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラシステム Download PDF

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vibrator
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Takahiro Sato
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Definitions

  • Vibrator manufacturing method vibrator, vibration actuator, lens barrel, and camera system
  • the present invention relates to a method for manufacturing a vibrator, a vibrator, a vibration actuator, a lens barrel, and a camera system.
  • Patent Document 1 discloses an ultrasonic actuator in which a base material of a mover is made of a sintered alloy and can withstand use under a high temperature and high humidity in an adverse environment and can be driven for a long time.
  • the elastic body and the piezoelectric element are fixed by adhesion in both such an ultrasonic actuator and a general ultrasonic motor.
  • the attachment of the elastic body and the piezoelectric element is a very important process in the performance of the motor. If the adhesion state is not stable, the performance of the motor is not stable, and long-term reliability cannot be secured.
  • there are various management items such as management of the amount of adhesive and management of curing conditions. If one of them is not stable, the performance of the motor will be affected.
  • piezoelectric elements used in ultrasonic motors have a wide variety of processing steps, and the yield is not so good due to the difficulty of the sintering process and machining.
  • the elastic body and the piezoelectric element are fixed by bonding.
  • the center of the elastic body and the piezoelectric element are The center of the element could be off.
  • the outer diameter of the piezoelectric element protrudes outside the outer diameter of the elastic body, it is necessary to grind that part, so cracks may occur in the subsequent process. At times, the yield could be reduced.
  • Patent Document 1 JP-A-8-196091
  • An object of the present invention is to provide a vibrator manufacturing method, vibrator, vibratory actuator, lens barrel, and camera system that can stabilize adhesiveness and improve yield. Is to provide.
  • the invention of claim 1 includes a first step (S201) of disposing the elastic body (12) on the holding member (12A), and an electromechanical transducer (13) on the surface of the elastic body (12) by injection molding.
  • the invention of claim 2 includes a first step (S101) in which the electromechanical conversion element (13) is disposed on the holding member (13A), and an elastic body (on the surface of the electromechanical conversion element (13) by injection molding). 12) and a third step of heating and sintering the elastic body (12) and joining the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13). (S 105).
  • the invention of claim 3 is the method of manufacturing a vibrator according to claim 1 or 2, wherein the elastic step is performed between the second step (S103, S203) and the third step (S105, S205).
  • a vibrator manufacturing method comprising: a step (S104, S204) of pressurizing a body (12) and the electromechanical transducer (13).
  • the invention of claim 4 includes a first step (S201) for disposing an elastic body (12) on a first mold (12A), and a second mold (13A) on the first mold (12A).
  • a second step (S202) of injecting the powder, and a powder material (131) is injected into the second mold (13A), and an electromechanical transducer (13) is placed on the surface of the elastic body (12).
  • the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are removed from the third step (S203) to be formed, the first mold (12A), and the second mold (13A).
  • a vibrator comprising: a fourth step (S205) for heating and sintering the electromechanical transducer (13) and joining the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13).
  • the invention of claim 5 includes a first step (S101) in which the electromechanical transducer (13) is arranged in the first die (13A), and a second die in the first die (13A). (12A) 2nd process to install (S 10 2), a third step of injecting a powder material (121) into the second mold (12A) to form an elastic body (12) on the surface of the electromechanical transducer (13), and The elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are removed from the first mold (13A) and the second mold (12A), and the elastic body (12) is heated and sintered.
  • the invention of claim 6 is the method of manufacturing a vibrator according to claim 4 or claim 5, wherein the elastic step is performed between the third step (S103, S203) and the fourth step (S105, S205). Applying pressure between the first mold (12A) and the second mold (13A) so as to pressurize the body (12) and the electromechanical transducer (13) (S104). , S204). A method of manufacturing a vibrator.
  • the invention of claim 7 includes a first step (S501) of forming the elastic body (12) on the holding member (12A) by injection molding, and an electromechanical transducer (13) disposed on the surface of the elastic body (12).
  • the invention of claim 8 includes a first step (S601) of forming the electromechanical transducer (13) on the holding member (13A) by injection molding, and an elastic body (12) on the surface of the electromechanical transducer (13).
  • a second step (S602) for placing the elastic body a third step (S603) for pressurizing the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13), and heating the electromechanical transducer (13).
  • the invention of claim 9 includes a first step (S501) in which a powder material (121) is injected into a first mold (12A) to form an elastic body (12), and the first mold (12A ) Is removed (12A-1), and the second mold (13A) in which the electromechanical transducer (13) is arranged on the surface of the elastic body (12) of the first mold (12A). ) And the second mold (12A) and the second mold (S502) so as to pressurize the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13).
  • a third step (S503) for applying pressure between the first mold (12A) and the second step The elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are removed from the mold (13A), the elastic body (12) is heated and sintered, and the elastic body (12) and the electric And a fourth step (S504) for joining the mechanical conversion element (13).
  • the invention of claim 10 includes a first step (S601) of injecting a powder material (131) into a first mold (13A) to form an electromechanical transducer (13), and the first mold.
  • a part (13A1) of (13A) is removed, and a second mold (12) in which an elastic body (12) is arranged on the surface of the electromechanical transducer (13) of the first mold (13A).
  • the invention of claim 11 includes a first step (S301) for forming the elastic body (12) on the holding member (12A) by injection molding, and an electromechanical transducer (12) on the surface of the elastic body (12) by injection molding.
  • the invention of claim 12 includes a first step (S401) for forming the electromechanical transducer (13) on the holding member (13A) by injection molding, and the surface of the electromechanical transducer (13) by injection molding.
  • the second step (S403) for forming the elastic body (12), the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are heated and sintered, and the elastic body (12) and the electromechanical conversion element (13) are heated.
  • a third step (S405) for joining the electromechanical transducer (13).
  • the invention of claim 13 is the method of manufacturing a vibrator according to claim 11 or claim 12, wherein the second step (S303, S403) and the third step (S305, S405)
  • a vibrator manufacturing method comprising a step (S304, S404) of pressurizing the dielectric (12) and the electromechanical transducer (13).
  • the powder material (121) is injected into the first mold (12A), and the elastic body (12 ) And a part (12A-1) of the first mold (12A) is removed, and the second mold (13A) is added to the first mold (12A).
  • the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are removed from the third step (S303) to be formed, the first mold (12A), and the second mold (13A).
  • the fourth step (S) in which the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are heated and sintered to join the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13). 305).
  • the invention of claim 15 includes a first step (S401) of injecting a powder material (131) into a first mold (13A) to form an electromechanical transducer (13), and the first mold (13A) part (13A 1) is removed, the second mold (12A) is installed in the first mold (13A) second step (S402), the second mold ( A powder material (121) is injected into 12A) to form an elastic body (12) on the surface of the electromechanical transducer element (13) (S403); and the first mold (13A) And the second metal mold (12A), the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are removed, and the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are heated. And a fourth step (S405) in which the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) are joined together.
  • the invention of claim 16 is the method of manufacturing a vibrator according to claim 14 or claim 15, wherein the third step (S303, S403) and the fourth step (S305, S405) A step of applying pressure between the first mold (12A) and the second mold (13A) so as to pressurize the dielectric (12) and the electromechanical transducer (13) ( S304, S404) is provided.
  • the invention of claim 17 is a method of manufacturing a vibrator comprising a vibrator (11) comprising an elastic body (12) and an electromechanical transducer (13), wherein the elastic body (12) and the electric machine A holding step (# 300) for holding the conversion element (13) together; and the elastic body (12) and the electromechanical conversion element (13) held by the holding step (# 300) And a heating and sintering step (# 401) for heating and sintering the vibrator.
  • the invention of claim 18 is the method of manufacturing a vibrator according to claim 17, wherein the elastic A vibrator manufacturing method comprising: a molding step (# 204, # 504, # 704, # 804) for molding at least one of a body (12) and the electromechanical transducer (13). is there.
  • the invention of claim 19 is a method for manufacturing a vibrator according to claim 17, further comprising a comb-teeth forming step of forming comb teeth on the elastic body (12). It is.
  • a vibrator manufacturing method according to any one of the seventeenth to nineteenth aspects, wherein the elastic body (12) and the electromechanical transducer (13) A method for manufacturing a vibrator, comprising: a reinforcing agent adding step of adding a reinforcing agent (19) that reinforces the binding force.
  • the invention of claim 21 is the method of manufacturing a vibrator according to any one of claims 17 to 20, wherein the sintering temperature in the heat sintering step (# 401) is 1000-1200 ° C. This is a method for manufacturing a vibrator.
  • the invention of claim 22 is the method of manufacturing a vibrator according to any one of claims 17 to 21, wherein an electrode forming step (# 402) of forming an electrode on the electromechanical transducer (13) is performed. Is provided.) Is a method for manufacturing a vibrator.
  • the invention of claim 23 is directed to a polarization step (# 403) for polarizing the electromechanical transducer (13) over the method for manufacturing a vibrator according to any one of claims 17 to 22. It is a manufacturing method of the vibrator characterized by providing.
  • the invention of claim 24 is directed to a vibrator (11) manufactured by the vibrator manufacturing method according to any one of claims 1 to 23 and a relative drive driven by the vibrator (11). And a vibration actuator (10) comprising a moving member (14).
  • the invention of claim 25 is a lens barrel (3) comprising the vibration actuator (10) according to claim 24.
  • the invention of claim 26 is a camera system (1) provided with the vibration actuator (10) of claim 24.
  • FIG. 1 is a process diagram showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing a vibrator manufactured by the vibrator manufacturing method according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing a vibrator manufactured by the vibrator manufacturing method according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an ultrasonic motor of Example 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a camera system of Example 1.
  • FIG. 5 is a process diagram showing a method of manufacturing a vibrator according to Example 2.
  • FIG. 6 is a process diagram showing a method of manufacturing a vibrator according to Example 3.
  • FIG. 7 is a view showing a modification of the vibrator.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 1.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 2.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 3.
  • FIG. 11 is a process diagram showing a method of manufacturing a vibrator according to Example 4.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 4.
  • FIG. 13 is a process diagram showing a method of manufacturing a vibrator according to Example 5.
  • FIG. 14 is a schematic view showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 5.
  • FIG. 15 is a process diagram showing a method of manufacturing a vibrator according to Example 6.
  • FIG. 16 is a schematic view showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 6.
  • FIG. 1 is a process diagram showing a method for manufacturing a vibrator according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a vibrator manufactured by the method for manufacturing a vibrator according to the first embodiment.
  • 8 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a vibrator according to Example 1.
  • the manufacturing method of the first embodiment is a method of manufacturing a vibrator 11 including an elastic body 12 and a piezoelectric element 13, and includes a piezoelectric element manufacturing process # 100 and an elastic body manufacturing process # 2.
  • Example 1 a resonator 11 manufactured by the manufacturing method of Example 1 will be described.
  • the vibrator 11 includes an elastic body 12 and a piezoelectric element 13.
  • the elastic body 12 is a metal material that can be elastically deformed, and has a ring shape.
  • a comb-shaped groove 12a is formed on the opposite surface of the elastic body 12 to which the piezoelectric element 13 is bonded, and the tip surface of the protrusion 12b (where the groove 12a is not provided) serves as the drive surface 12c.
  • the driving surface 12c is brought into pressure contact with the moving element.
  • the reason for forming the groove 12a is to amplify the amplitude of the traveling wave generated on the drive surface 12c.
  • the elastic body 12 is, for example, SUS, brass or the like.
  • the piezoelectric element 13 is an electromechanical conversion element that is bonded to the surface of the elastic body 12 opposite to the groove 12a and converts electrical energy into mechanical energy, and is excited by a drive signal such as an AC voltage. Then, vibration is generated in the elastic body 12, and a traveling wave is generated in the drive surface 12c.
  • the piezoelectric element 13 is, for example, PZT (lead zirconate titanate), ceramics, or the like.
  • the piezoelectric element 13 may be an electrostrictive element or a magnetostrictive element.
  • Example 1 Next, a method for manufacturing a vibrator according to Example 1 will be described.
  • the piezoelectric element manufacturing process # 100 consists of the material confirmation process # 101, the material weighing process # 102, the material mixing process # 103, the pre-sintering process # 104, and the grinding process # 105. And a granulation process # 106 and a molding process # 107.
  • PZT is used as the material of the piezoelectric element 13.
  • Material confirmation step # 101 is a step of confirming the material of PZT. For example, using a fluorescent X-ray apparatus, it is confirmed whether the purity of PZT is 99.90% or more.
  • the material weighing step # 102 is a step of measuring the weight of the PZT raw material. For example, using a precision balance, check whether the weight of the PZT raw material is less than a predetermined target value error of 0.1 lg or less. .
  • the raw material of PZT and a predetermined material necessary for sintering are mixed, and for example, they are mixed for a predetermined time using a ball mill. Then, use a particle size distribution analyzer to check if the particle size of the mixture is 1-2 ⁇ m.
  • Presintering step # 104 is a step of presintering the mixture.
  • the temperature profile (setting) is from 850 ° C to ⁇ 5 ° C. Pre-sintering while confirming that it is in the range.
  • the pulverization step # 105 is a step of pulverizing the pre-sintered material, and for example, pulverization is performed for a predetermined time using a ball mill. Then, use a particle size distribution meter to check whether the particle size of the pulverized product is 1 to 2 m. In addition, using an X-ray analyzer, the ratio of PZT is confirmed from the crystal phase of PZT, and whether the specific surface area is a predetermined value.
  • the granulation process # 106 is a process in which the powder of the pulverized product is hardened and granulated.
  • the pulverized product is dried and granulated with PVA (polybulal alcohol) as a binder. I do.
  • PVA polybulal alcohol
  • SEM electrospray microscope
  • Forming step # 107 is a step of forming a granulated granulated product, and for example, press forming while confirming whether the pressure value is lt / cm 2 using a press.
  • the piezoelectric element 13 an existing element may be used.
  • the piezoelectric element 13 manufactured in this way is placed in a die 13A for the piezoelectric element (see FIG. 8, S101).
  • an elastic die 12A is installed on the piezoelectric element die 13A (see FIG. 8, S102).
  • the manufacturing process # 200 of the elastic body is performed by injection-molding and sintering metal powder.
  • This is a process for manufacturing the elastic body 12 by the metal injection mold manufacturing method, and comprises a material confirmation process # 201, a binder mixing process # 202, a pellets tough process # 203, and an injection molding process # 204.
  • SUS304 is used as the material of the elastic body 12.
  • the material confirmation step # 201 is a step of confirming the material of SUS. For example, using a particle size distribution meter, it is confirmed whether the particle diameter of SUS is about 5 ⁇ m in average particle diameter.
  • the Noinder mixing step # 202 is a step of mixing the SUS material powder and the resin binder. For example, using a precision balance, it is confirmed whether the total weight of the mixture is equal to or less than the target value error lg.
  • the peret toy koji step # 203 is a step of pelletizing (solidifying the mixture), for example, using a pellet molding machine.
  • Injection molding process # 204 is a process of injection-molding the pelletized mixture.
  • the temperature is 160 to 170 ° C.
  • the holding pressure is a predetermined value. Or while confirming whether the pressure holding time is a predetermined value.
  • a mold is used for injection molding, and the piezoelectric element 13 manufactured by the above-described method is arranged in advance in the mold (see FIG. 8, S101, S102), and the mold is used.
  • the mixture (powder material) 121 (12) that has been pelletized on top is injection molded to integrate the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 (see FIG. 8, S103).
  • the elastic mold 12A to be used is provided with a shape 12B corresponding to the comb teeth, and the shape of the comb teeth is formed by injection molding.
  • a degreasing step for removing the unnecessary resin binder. For example, degreasing is performed by a thermal decomposition method or the like.
  • the holding step # 300 is a step of holding the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 together.
  • pressure is applied between the elastic body mold 12A and the piezoelectric element mold 13A so as to pressurize the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 (see FIG. 8, S104).
  • the pressure value is preferably about 0.5 tZcm 2 . If the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are sufficiently pressurized at the time of injection (if the pressurization force is about 0.5 tZcm 2 ), the injection molding process # 104 may also serve as this process. Therefore, this step may be omitted.
  • Process # 400 after holding includes heating and sintering process # 401, electrode printing process # 402, About # 403 is provided.
  • the heating and sintering step # 401 is a step of heating and sintering the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 held by the holding step # 300, and the sintering temperature of the heating and sintering step is 1000-1200 ° C. It is preferable that Specifically, the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are removed from the elastic body mold 12A and the piezoelectric element mold 13A, the elastic body 12 is heated and sintered, and the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are piezoelectric. The element 13 is joined (see FIG. 8, S105). The heating and sintering step # 401 is performed while confirming whether the temperature profile is in the range of 1100 ° C.
  • the elastic body that has become a mixture becomes the elastic body 12 as a sintered body and is completely joined to the piezoelectric element 13.
  • the electrode printing step # 402 is a step of printing an electrode on the piezoelectric element 13, and prints the electrode using, for example, a screen printer. And confirm whether the film thickness of the electrode is 2-5 m using SEM.
  • the polarization step # 403 is a step of polarizing the piezoelectric element 13 and, for example, uses a predetermined power source so that the voltage becomes 25 KVZcm 2 . In addition, strain the temperature to 100 ° C using a thermometer, and apply voltage for 30 minutes using a timer. It is to be noted that the polarization needs to be performed by sandwiching the piezoelectric element 13 between the + electrode and the one electrode. A printed electrode is used for one electrode, and an elastic body 12 is used for the other electrode.
  • the elastic body 12 is manufactured by the metal injection mold manufacturing method, integrated with the piezoelectric element 13 at the time of injection molding, and completely bonded to the piezoelectric element 13 at the time of heat sintering. Therefore, the conventional bonding process can be abolished, the assembly time can be greatly shortened, and the quality can be stabilized.
  • the comb teeth of the elastic body 12 are formed using a mold, machining is not required, and the yield is improved. However, since the comb teeth can be formed within the joining process (injection molding process # 204), the number of manufacturing steps can be greatly reduced.
  • the management items of the metal injection mold manufacturing method are: (1) mixing ratio of material and resin binder, (2) mixing time, (3) injection pressure, (4) pressure holding time, (5) degreasing Temperature 'time (6) Although it is necessary to manage the sintering temperature and time, etc., these conditions have been established by general plastic mold manufacturing methods and can be handled with equivalent management. Compared with the bonding process, the management items can be simplified.
  • the process of bonding the elastic body and the piezoelectric element includes (1) component cleaning and drying, (2) adhesive application, (3) setting on a fixing jig, (4 There are two processes: (1) heat curing, (5) removal from the fixture.
  • management items in the process are the force that makes the above contents.
  • (1) Adhesive storage temperature, (2) Adhesive storage period, (3) Tool maintenance, etc. Such a wide range of management is required.
  • Example 1 the manufacturing method of Example 1 can be completely joined by heat-sintering the elastic body and the piezoelectric element assembled together by the metal injection mold manufacturing method. It is possible to eliminate the management items.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the ultrasonic motor according to the first embodiment.
  • an ultrasonic motor that uses an ultrasonic vibration region as a vibration actuator will be described as an example.
  • the ultrasonic motor 10 includes a vibrator 11, a moving body 14, a buffer member 15, supports 16A and 16B, a buffer member 17, a pressure unit 18, and the like.
  • the vibrator 11 is manufactured by the manufacturing method described above, and includes an elastic body 12 and a piezoelectric element 13.
  • the moving body 14 has a substantially annular shape, and is a member that is pressed against the elastic body 12 by a pressurizing unit 18 to be described later and is frictionally driven by a traveling wave generated on the drive surface of the elastic body 12 of the vibrator 11. It is.
  • the buffer member 15 is formed in a substantially annular shape by rubber or the like, and is a member that prevents the vibration of the moving body 14 from being transmitted to the supporting body 16A side. Between them.
  • the support 16A is a member that supports the moving body 14.
  • the support 16A and the moving body 14 are It is a member that is engaged so as to rotate integrally by an engaging portion (not shown), and that transmits the rotational motion of the moving body 14 to a driven member (not shown).
  • the pressurizing unit 18 is a part that pressurizes the vibrator 11 and the moving body 14, and includes a pressurizing plate 18a, a dish panel 18b, and the like.
  • the pressure plate 18a is a plate that receives the pressure generated by the pan panel 18b.
  • the buffer member 17 is formed of a nonwoven fabric or felt, and is a member that prevents the vibration of the vibrator 11 from being transmitted through the pressurizing portion 18, and is provided between the piezoelectric element 13 and the pressurizing plate 18 a.
  • the support 16B is a member that fixes the ultrasonic motor 10 to, for example, a lens barrel of a camera.
  • the vibrator 11 having a stable quality is provided, the motor performance is stable and long-term reliability can be ensured.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the camera system according to the first embodiment.
  • a camera system 1 includes a camera body 2 having an image sensor 6 and a lens barrel 3.
  • the lens barrel 3 is an interchangeable lens that can be attached to and detached from the camera body 2.
  • the force shown in the example in which the lens barrel 3 is an interchangeable lens is not limited thereto, and may be a lens barrel integrated with the camera body, for example.
  • the lens barrel 3 includes a lens 4, a cam barrel 5, the ultrasonic motor 10 described above, and the like.
  • the ultrasonic motor 10 is used as a driving source for driving the lens 4 during the focusing operation of the camera system 1, and the driving force obtained from the ultrasonic motor 10 is transmitted to the cam cylinder 5.
  • the lens 4 is cam-engaged with the cam cylinder 5, and when the cam cylinder 5 is rotated by the driving force of the ultrasonic motor 10, the lens 4 is moved in the optical axis direction by the cam engagement with the cam cylinder 5. To adjust the focus.
  • the ultrasonic motor 10 that can stabilize the motor performance and secure long-term reliability is provided, it has excellent functionality and durability. Camera system can be provided.
  • FIG. 5 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vibrator according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing the vibrator according to the second embodiment. It should be noted that a duplicate description of a part that performs the same function as that of the first embodiment is omitted as appropriate.
  • the piezoelectric element 13 is formed rather than the elastic body 12 formed by the metal injection molding method as in the manufacturing method of Example 1.
  • the elastic body 12 is an existing one.
  • the manufacturing method of the second embodiment includes an elastic body manufacturing process # 600, a piezoelectric element manufacturing process # 500, a holding process # 300, and a post-holding process # 400.
  • the elastic body manufacturing process # 600 includes a preparation process # 601 for preparing an existing elastic body.
  • the elastic body 12 is disposed on the elastic body mold 12A (see FIG. 9, S201), and the piezoelectric element mold 13A is disposed on the elastic body mold 12A (FIG. 9, (See S202).
  • the piezoelectric element manufacturing process # 500 includes a material confirmation process # 501, a binder mixing process # 502, a pellets bowl process # 503, and an injection molding process # 504.
  • the specific content of each process is the same as that of the elastic body manufacturing process # 200 (# 201 to # 204; see FIG. 1) in Example 1, and the material used is changed from SUS304 to PZT.
  • the powder material 131 (13) is injected into the piezoelectric element mold 13A to form the piezoelectric element 13 on the surface of the elastic body 12 (see S203 in FIG. 9).
  • the holding step # 300 and the post-holding step # 400 are the same steps as in the first embodiment.
  • pressure is applied between the elastic die 12A and the piezoelectric die 13A so as to pressurize the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 (see FIG. 9, S204). ).
  • the injection molding step # 504 can also serve as this step, so this step may be omitted.
  • the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are removed from the elastic body mold 12A and the piezoelectric element mold 13A, and the piezoelectric element 13 is heated and sintered. 12 and the piezoelectric element 13 are joined (see FIG. 9, S205).
  • Piezoelectric element 13 has a low yield during machining due to the property of being easily broken.
  • piezoelectric element 13 was manufactured by a metal injection mold manufacturing method, and an elastic body was formed during injection molding. 12 and elastic body when heated and sintered 1 2 can be completely joined to each other, so that the machining of the piezoelectric element 13 is not necessary, and the yield can be improved.
  • FIG. 6 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vibrator according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing the vibrator according to the third embodiment.
  • the manufacturing method of Example 3 is a method for manufacturing both the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 by a metal injection mold manufacturing method, and is a type in which the elastic body 12 is injected first.
  • the manufacturing method of Example 3 includes an elastic body manufacturing process # 700, a piezoelectric element manufacturing process # 800, a holding process # 300, and a post-holding process # 400.
  • Example 1 The specific contents of each process are the same as those in Example 1 and Example 2 (# 700 is the same as # 200 in Fig. 1 and # 800 is the same as # 500 in Fig. 5 ).
  • the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are formed using a mold.
  • the elastic body material is injected into a mold to mold the elastic body.
  • the piezoelectric element material is further injected into the mold to mold the piezoelectric element. Then, by performing the holding step # 300 and the post-holding step # 400, the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 as both material force sintered bodies are formed and are completely joined.
  • the powder material 121 (12) is injected into the elastic body mold 12A to form the elastic body 12 (see S301 in FIG. 10).
  • the powder material 131 (13) is injected into the piezoelectric element mold 13A to form the piezoelectric element 13 on the surface of the elastic body 12 (see S303 in FIG. 10).
  • the holding step # 300 pressure is applied between the elastic die 12A and the piezoelectric element die 13A so as to pressurize the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 (FIG. 10, S304). reference). Note that if the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are sufficiently pressurized at the time of injection, the injection molding step # 804 can also serve as this step, so this step may be omitted. Finally, the elastic body 12 and the piezoelectric element are formed from the elastic body mold 12A and the piezoelectric element mold 13A. The elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are heated and sintered, and the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are joined (see FIG. 10, S305).
  • the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are integrally formed in the mold by the metal injection mold manufacturing method.
  • a completely concentric vibrator 11 in which the core and the center of the piezoelectric element 13 are not displaced can be manufactured.
  • the vibrator manufactured by the manufacturing method of Example 3 is incorporated into an ultrasonic motor, the motor performance can be further stabilized. If the ultrasonic motor is incorporated into a lens barrel or camera system, functionality and durability can be improved. The sex can be further improved.
  • FIG. 11 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vibrator according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing the vibrator according to the fourth embodiment.
  • the manufacturing method of Example 4 is a method in which both the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are manufactured by a metal injection mold manufacturing method, and the piezoelectric element 13 is first injected.
  • the manufacturing method of Example 4 includes a piezoelectric element manufacturing process # 900, an elastic body manufacturing process # 100, a holding process # 300, and a post-holding process # 400.
  • Example 1 The specific contents of each process are the same as those in Example 1 and Example 2 (# 900 is the same as # 500 in Fig. 5 and # 1000 is the same as # 200 in Fig. 1. ).
  • the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are formed using a mold.
  • the piezoelectric element material is injected into a mold to form the piezoelectric element.
  • an elastic material is further injected into the mold to form the elastic body.
  • the elastic body and the piezoelectric element integrated with each other are taken out, and the holding process # 30 0 and the post-holding process # 400 are performed, so that both materials are elastic bodies 12 and piezoelectric elements 13 as sintered bodies. And is completely joined.
  • the powder material 131 (13) is injected into the piezoelectric element mold 13A to form the piezoelectric element 13 (see FIG. 12, S401).
  • the powder material 121 (12) is injected into the elastic body mold 12A, and the elastic body 12 is formed on the surface of the piezoelectric element 13 (see FIG. 12, S403).
  • the holding step # 300 pressure is applied between the elastic die 12A and the piezoelectric die 13A so as to pressurize the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 (FIG. 12, S404). reference). If the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are sufficiently pressurized at the time of injection, the injection molding step # 1004 can also serve as this step, and this step may be omitted. Finally, the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are removed from the elastic body mold 12A and the piezoelectric element mold 13A, and the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are heated and sintered to be elastic. The body 12 and the piezoelectric element 13 are joined (see FIG. 12, S405).
  • the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are integrally formed in the mold by the metal injection mold manufacturing method.
  • a completely concentric vibrator 11 in which the core and the center of the piezoelectric element 13 are not displaced can be manufactured.
  • the vibrator manufactured by the manufacturing method of Example 3 is incorporated into an ultrasonic motor, the motor performance can be further stabilized. If the ultrasonic motor is incorporated into a lens barrel or camera system, functionality and durability can be improved. The sex can be further improved.
  • FIG. 13 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vibrator according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing the vibrator according to the fifth embodiment.
  • the manufacturing method of Example 5 is a method of manufacturing the elastic body 12 by a metal injection mold manufacturing method.
  • the manufacturing method of the fifth embodiment includes an elastic body manufacturing process # 1100, a piezoelectric element manufacturing process # 1200, a holding process # 300, and a post-holding process # 400.
  • the elastic body manufacturing process # 1100 includes a material confirmation process # 1101, a Noinder mixing process # 1102, a Peretto candy process # 1103, and an injection molding process # 1104.
  • the specific content of each process is the same as that of the elastic body manufacturing process # 200 (# 201 to # 204; see FIG. 1) in the first embodiment.
  • the injection molding step # 1104 the powder material 121 (12) is injected into the elastic body mold 12A to form the elastic body 12 (see FIG. 14, S501).
  • the piezoelectric element manufacturing process # 1200 includes an installation process # 1201 for installing an existing piezoelectric element.
  • installation process # 1201 part 12A-1 of mold 12A for elastic body is removed, and mold for piezoelectric element in which piezoelectric element 13 is arranged on the surface of elastic body 12 of mold 12A for elastic body.
  • Install mold 13A see Figure 14, S502.
  • the holding step # 300 and the post-holding step # 400 are the same steps as in the first embodiment.
  • pressure is applied between the elastic die 12A and the piezoelectric die 13A so as to pressurize the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 (see FIG. 14, S503).
  • the heating and sintering step # 401 the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are removed from the elastic body mold 12A and the piezoelectric element mold 13A, and the elastic body 12 is heated and sintered. And the piezoelectric element 13 are joined (see FIG. 14, S504).
  • the elastic body 12 is manufactured by the metal injection mold manufacturing method and bonded to the piezoelectric element 13 at the time of heating and sintering, so the conventional bonding process is abolished.
  • Embodiment 6 can greatly reduce the assembly time and stabilize the quality.
  • FIG. 15 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vibrator according to the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing the vibrator according to the sixth embodiment.
  • the manufacturing method of Example 6 is a method in which the piezoelectric element 13 is first manufactured by a metal injection mold manufacturing method and then bonded to the existing elastic body 12.
  • the manufacturing method of Example 6 includes a piezoelectric element manufacturing process # 1300, an elastic body manufacturing process # 1400, a holding process # 300, and a post-holding process # 400.
  • the piezoelectric element manufacturing process # 1300 includes a material confirmation process # 1301, a noinder mixing process # 1302, a pelletizing process # 1303, and an injection molding process # 1304.
  • the specific content of each process is the same as that of the elastic body manufacturing process # 500 (# 501 to # 504; see FIG. 5) in the second embodiment.
  • the injection molding step # 1304 the powder material 131 (13) is injected into the piezoelectric element mold 13A to form the piezoelectric element 13 (see FIG. 16, S601).
  • the elastic body manufacturing process # 1400 includes an installation process # 1401 for installing an existing elastic body.
  • installation step # 1401 part 13A-1 of the piezoelectric element mold 13A is removed, and the elastic body mold 12A is placed on the surface of the piezoelectric element 13 of the piezoelectric element mold 13A.
  • Install 12A see Fig. 16, S602.
  • the holding step # 300 and the post-holding step # 400 are the same steps as in the first embodiment.
  • pressure is applied between the elastic die 12A and the piezoelectric die 13A so as to pressurize the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 (see FIG. 16, S603).
  • the heating and sintering process # 401 the elastic body mold 12A, the piezoelectric element mold 13A, the force elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are removed, the piezoelectric element 13 is heated and sintered, and the elastic body 1 2 and the piezoelectric element 13 are joined (see FIG. 16, S604).
  • the piezoelectric element 13 is manufactured by the metal injection mold manufacturing method and bonded to the elastic body 12 at the time of heating and sintering, so the conventional bonding process is abolished. Can greatly reduce the assembly time and stabilize the quality.
  • FIG. 7 is a diagram showing a modification of the vibrator.
  • a reinforcing agent adding step for adding a reinforcing agent that reinforces the bonding force between the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 may be provided in the process of the method for manufacturing the vibrator 11.
  • the elastic body 12 and the piezoelectric element 13 are bonded to each other only when the anchoring effect is required.
  • a thermosetting adhesive sheet 19 can be attached and cured at the same time as sintering. Further, instead of the adhesive sheet 19, a sheet containing a sintering auxiliary material such as boron oxide (BO) or alumina (Al 2 O 3) may be attached.
  • the elastic body piezoelectric element has been described in the example of molding by a metal instruction mold manufacturing method, the elastic body may be molded by applying pressure to a mixture of a piezoelectric element material and a binder. Good.
  • the vibration actuator has been described as an example of using it as an autofocus drive source, the drive source of the image stabilization mechanism that corrects camera shake by driving a part of the imaging system of the camera system and the drive of the copier It can be applied to a steering wheel tilt device of an automobile, a driving device of a watch, and the like.
  • the vibration actuator may be the force described in the example of the ring type actuator, for example, a rod type actuator, a pencil type actuator, a disk type actuator, or the like.

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Abstract

 接着性を安定させることができ、歩留まりも向上させることができる振動子の製造方法、振動子、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラシステムを提供する。  振動子の製造方法は、弾性体(12)を保持部材(12A)に配置する第1工程(S201)と、弾性体(12)の表面に、射出成形により電気機械変換素子(13)を形成する第2工程(S203)と、電気機械変換素子(13)を加熱して焼結し、弾性体(12)と電気機械変換素子(13)とを接合する第3工程(S205)とを備える。

Description

明 細 書
振動子の製造方法、振動子、振動ァクチユエータ、レンズ鏡筒及びカメラ システム
技術分野
[0001] 本発明は、振動子の製造方法、振動子、振動ァクチユエータ、レンズ鏡筒及びカメ ラシステムに関するものである。
背景技術
[0002] 特許文献 1は、移動子の母材を焼結合金により作製し、高温や高湿の悪環境下で の使用や長時間駆動に耐えられる超音波ァクチユエータを開示している。
[0003] しかし、このような超音波ァクチユエータであっても、一般的な超音波モータであつ ても、弾性体と圧電素子とは、接着により固定されている。弾性体と圧電素子との接 着は、モータの性能において非常に重要な工程であり、接着状態が安定しないとモ ータの性能も安定しないし、長期の信頼性も確保できない。また、接着状態を安定さ せるためには、接着剤の量の管理や硬化条件の管理等、管理項目が多岐にわたる。 その中の一つでも安定しないと、モータの性能に影響が出てしまう。
[0004] 一方、超音波モータに使用する圧電素子は、加工の工程が非常に多岐にわたり、 焼結工程や機械加工の難しさから、歩留まりがあまりよくない。また、上述したように、 弾性体と圧電素子とは、接着により固定されているが、圧電素子の機械加工のばら つきから、弾性体と圧電素子とを接着したときには、弾性体の中心と圧電素子の中心 とがずれてしまう可能性があった。さら〖こ、圧電素子の外径が弾性体の外径よりも外 側にはみ出していると、その部分を研磨する必要があるので、後工程にて割れが発 生する場合があり、部組時にも歩留まりが低下する恐れがあった。
特許文献 1:特開平 8 - 196091号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 本発明の課題は、接着性を安定させることができ、歩留まりも向上させることができ る振動子の製造方法、振動子、振動ァクチユエータ、レンズ鏡筒及びカメラシステム を提供することである。
課題を解決するための手段
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易に するために、本発明の一実施例を示す図面に対応する符号を付して説明するが、こ れに限定されるものではな 、。
請求項 1の発明は、弾性体(12)を保持部材(12A)に配置する第 1工程 (S201)と 、前記弾性体(12)の表面に、射出成形により電気機械変換素子(13)を形成する第 2工程 (S203)と、前記電気機械変換素子(13)を加熱して焼結し、前記弾性体(12 )と前記電気機械変換素子(13)とを接合する第 3工程 (S205)と、を備える振動子の 製造方法である。
請求項 2の発明は、電気機械変換素子(13)を保持部材 (13A)に配置する第 1ェ 程 (S101)と、前記電気機械変換素子(13)の表面に、射出成形により弾性体(12) を形成する第 2工程 (S103)と、前記弾性体 (12)を加熱して焼結し、前記弾性体 (1 2)と前記電気機械変換素子(13)とを接合する第 3工程 (S 105)と、を備える振動子 の製造方法である。
請求項 3の発明は、請求項 1又は請求項 2に記載の振動子の製造方法において、 前記第 2工程 (S103, S203)と前記第 3工程 (S105, S205)との間に、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを加圧する工程 (S104, S204)を備えること 、を特徴とする振動子の製造方法である。
請求項 4の発明は、第 1の金型(12A)に弾性体(12)を配置する第 1工程 (S201) と、前記第 1の金型(12A)に第 2の金型(13A)を設置する第 2工程 (S202)と、前記 第 2の金型( 13 A)に粉末材料 ( 131 )を射出して、前記弾性体 ( 12)の表面に電気機 械変換素子(13)を形成する第 3工程 (S203)と、前記第 1の金型(12A)と前記第 2 の金型( 13 A)とから前記弾性体 ( 12)と前記電気機械変換素子( 13)とをはずし、前 記電気機械変換素子(13)を加熱して焼結し、前記弾性体( 12)と前記電気機械変 換素子(13)とを接合する第 4工程 (S205)と、を備える振動子の製造方法である。 請求項 5の発明は、第 1の金型(13A)に電気機械変換素子(13)を配置する第 1ェ 程 (S101)と、前記第 1の金型(13A)に第 2の金型(12A)を設置する第 2工程 (S 10 2)と、前記第 2の金型(12A)に粉末材料 (121)を射出して、前記電気機械変換素 子(13)の表面に弾性体(12)を形成する第 3工程と、前記第 1の金型(13A)と前記 第 2の金型( 12A)とから前記弾性体 ( 12)と前記電気機械変換素子( 13)とをはずし 、前記弾性体 (12)を加熱して焼結し、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(1
3)とを接合する第 4工程 (S 105)と、を備える振動子の製造方法である。
請求項 6の発明は、請求項 4又は請求項 5に記載の振動子の製造方法において、 前記第 3工程 (S103, S203)と前記第 4工程 (S105, S205)との間に、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを加圧するように前記第 1の金型(12A)と前 記第 2の金型(13A)との間に加圧力を加える工程 (S104, S204)を備えること、を 特徴とする振動子の製造方法である。
請求項 7の発明は、射出成形により弾性体(12)を保持部材(12A)に形成する第 1 工程 (S501)と、前記弾性体 (12)の表面に電気機械変換素子(13)を配置する第 2 工程 (S 502)と、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを加圧する第 3 工程 (S503)と、前記弾性体(12)を加熱して焼結し、前記弾性体(12)と前記電気 機械変換素子(13)とを接合する第 4工程 (S504)と、を備える振動子の製造方法で ある。
請求項 8の発明は、射出成形により電気機械変換素子(13)を保持部材(13A)に 形成する第 1工程 (S601)と、前記電気機械変換素子(13)の表面に弾性体(12)を 配置する第 2工程 (S602)と、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを 加圧する第 3工程 (S603)と、前記電気機械変換素子(13)を加熱して焼結し、前記 弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを接合する第 4工程 (S604)と、を備え る振動子の製造方法である。
請求項 9の発明は、第 1の金型(12A)に粉末材料(121)を射出して、弾性体(12) を形成する第 1工程 (S501)と、前記第 1の金型(12A)の一部(12A— 1)をはずし、 前記第 1の金型(12A)の弾性体 (12)の表面に、電気機械変換素子(13)が配置さ れた第 2の金型(13A)を設置する第 2工程 (S502)と、前記弾性体(12)と前記電気 機械変換素子(13)とを加圧するように前記第 1の金型( 12A)と前記第 2の金型( 13 A)との間に加圧力を加える第 3工程 (S503)と、前記第 1の金型(12A)と前記第 2の 金型( 13 A)とから前記弾性体 ( 12)と前記電気機械変換素子(13)とをはずし、前記 弾性体 (12)を加熱して焼結し、前記弾性体 ( 12)と前記電気機械変換素子( 13)と を接合する第 4工程 (S504)と、を備える振動子の製造方法である。
請求項 10の発明は、第 1の金型(13A)に粉末材料(131)を射出して、電気機械 変換素子(13)を形成する第 1工程 (S601)と、前記第 1の金型(13A)の一部(13A 1)をはずし、前記第 1の金型(13A)の電気機械変換素子(13)の表面に、弾性体 (12)が配置された第2の金型(12八)を設置する第2ェ程 602)と、前記弾性体(1
2)と前記電気機械変換素子(13)とを加圧するように前記第 1の金型(13A)と前記 第 2の金型(12A)との間に加圧力を加える第 3工程 (S603)と、前記第 1の金型(13 A)と前記第 2の金型(12A)とから前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)と をはずし、前記電気機械変換素子(13)を加熱して焼結し、前記弾性体(12)と前記 電気機械変換素子(13)とを接合する第 4工程 (S604)と、を備える振動子の製造方 法である。
請求項 11の発明は、射出成形により弾性体(12)を保持部材(12A)に形成する第 1工程 (S301)と、前記弾性体(12)の表面に、射出成形により電気機械変換素子(1
3)を形成する第 2工程 (S303)と、前記弾性体(12)と前記電気機械変換素子(13) とを加熱して焼結し、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを接合する 第 3工程 (S305)と、を備える振動子の製造方法である。
請求項 12の発明は、射出成形により電気機械変換素子(13)を保持部材(13A)に 形成する第 1工程 (S401)と、前記電気機械変換素子(13)の表面に、射出成形によ り弾性体 (12)を形成する第 2工程 (S403)と、前記弾性体 (12)と前記電気機械変 換素子( 13)とを加熱して焼結し、前記弾性体 ( 12)と前記電気機械変換素子( 13)と を接合する第 3工程 (S405)と、を備える振動子の製造方法である。
請求項 13の発明は、請求項 11又は請求項 12に記載の振動子の製造方法におい て、前記第 2工程 (S303, S403)と前記第 3工程 (S305, S405)との間に、前記弹 性体(12)と前記電気機械変換素子(13)とを加圧する工程 (S304, S404)を備える こと、を特徴とする振動子の製造方法である。
請求項 14の発明は、第 1の金型(12A)に粉末材料(121)を射出して、弾性体(12 )を形成する第 1工程 (S301)と、前記第 1の金型(12A)の一部(12A— 1)をはずし 、前記第 1の金型(12A)に第 2の金型(13A)を設置する第 2工程 (S302)と、前記 第 2の金型( 13 A)に粉末材料 ( 131 )を射出して、前記弾性体 ( 12)の表面に電気機 械変換素子(13)を形成する第 3工程 (S303)と、前記第 1の金型(12A)と前記第 2 の金型( 13 A)とから前記弾性体 ( 12)と前記電気機械変換素子( 13)とをはずし、前 記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを加熱して焼結し、前記弾性体 ( 12 )と前記電気機械変換素子(13)とを接合する第 4工程 (S 305)と、を備える振動子の 製造方法である。
請求項 15の発明は、第 1の金型(13A)に粉末材料(131)を射出して、電気機械 変換素子(13)を形成する第 1工程 (S401)と、前記第 1の金型(13A)の一部(13A 1)をはずし、前記第 1の金型(13A)に第 2の金型(12A)を設置する第 2工程 (S4 02)と、前記第 2の金型(12A)に粉末材料(121)を射出して、前記電気機械変換素 子(13)の表面に弾性体(12)を形成する第 3工程 (S403)と、前記第 1の金型(13A )と前記第 2の金型(12A)とから前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)と をはずし、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを加熱して焼結し、前 記弾性体 (12)と前記電気機械変換素子(13)とを接合する第 4工程 (S405)と、を備 える振動子の製造方法である。
請求項 16の発明は、請求項 14又は請求項 15に記載の振動子の製造方法におい て、前記第 3工程 (S303, S403)と前記第 4工程 (S305, S405)との間に、前記弹 性体(12)と前記電気機械変換素子(13)とを加圧するように前記第 1の金型( 12A) と前記第 2の金型(13A)との間に加圧力を加える工程 (S304, S404)を備えること、 を特徴とする振動子の製造方法である。
請求項 17の発明は、弾性体(12)と電気機械変換素子(13)とを備える振動子(11 )を製造する振動子の製造方法であって、前記弾性体 (12)と前記電気機械変換素 子( 13)とを一体にして保持する保持工程 ( # 300)と、前記保持工程 ( # 300)によつ て保持した前記弾性体 ( 12)と前記電気機械変換素子(13)とを加熱して焼結する加 熱焼結工程(# 401)と、を備える振動子の製造方法である。
請求項 18の発明は、請求項 17に記載の振動子の製造方法において、前記弾性 体 (12)と前記電気機械変換素子(13)との少なくとも一方を成形する成形工程 ( # 2 04、 # 504、 # 704、 # 804)を備えること、を特徴とする振動子の製造方法である。 請求項 19の発明は、請求項 17に記載の振動子の製造方法において、前記弾性 体 (12)に櫛歯を形成する櫛歯形成工程を備えること、を特徴とする振動子の製造方 法である。
請求項 20の発明は、請求項 17から請求項 19までのいずれか 1項に記載の振動子 の製造方法にぉ 、て、前記弾性体( 12)と前記電気機械変換素子(13)との結合力 を強化させる強化剤(19)を付加する強化剤付加工程を備えること、を特徴とする振 動子の製造方法である。
請求項 21の発明は、請求項 17から請求項 20までのいずれか 1項に記載の振動子 の製造方法において、前記加熱焼結工程(# 401)の焼結温度は、 1000-1200° Cであること、を特徴とする振動子の製造方法である。
請求項 22の発明は、請求項 17から請求項 21までのいずれか 1項に記載の振動子 の製造方法において、前記電気機械変換素子(13)に電極を形成する電極形成ェ 程( # 402)を備えること、を特徴とする振動子の製造方法である。
請求項 23の発明は、請求項 17から請求項 22までのいずれか 1項に記載の振動子 の製造方法にぉ ヽて、前記電気機械変換素子( 13)を分極する分極工程 ( # 403) を備えること、を特徴とする振動子の製造方法である。
請求項 24の発明は、請求項 1から請求項 23までのいずれか 1項に記載の振動子 の製造方法によって製造された振動子(11)と、前記振動子(11)によって駆動される 相対移動部材(14)と、を備える振動ァクチユエータ(10)である。
請求項 25の発明は、請求項 24に記載の振動ァクチユエータ(10)を備えるレンズ 鏡筒(3)である。
請求項 26の発明は、請求項 24に記載の振動ァクチユエータ(10)を備えるカメラシ ステム(1)である。
なお、符号を付して説明した構成は適宜改良してもよぐまた、少なくとも一部を他 の構成物に代替してもよい。 発明の効果 [0010] 本発明によれば、接着性を安定させることができ、歩留まりも向上させることができる 振動子の製造方法、振動子、振動ァクチユエータ、レンズ鏡筒及びカメラシステムを 提供することができる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]実施例 1による振動子の製造方法を示す工程図である。
[図 2]実施例 1による振動子の製造方法で製造される振動子を示す図である。
[図 3]実施例 1の超音波モータを示す図である。
[図 4]実施例 1のカメラシステムを示す図である。
[図 5]実施例 2による振動子の製造方法を示す工程図である。
[図 6]実施例 3による振動子の製造方法を示す工程図である。
[図 7]振動子の変形例を示す図である。
[図 8]実施例 1による振動子の製造方法を示す模式図である。
[図 9]実施例 2による振動子の製造方法を示す模式図である。
[図 10]実施例 3による振動子の製造方法を示す模式図である。
[図 11]実施例 4による振動子の製造方法を示す工程図である。
[図 12]実施例 4による振動子の製造方法を示す模式図である。
[図 13]実施例 5による振動子の製造方法を示す工程図である。
[図 14]実施例 5による振動子の製造方法を示す模式図である。
[図 15]実施例 6による振動子の製造方法を示す工程図である。
[図 16]実施例 6による振動子の製造方法を示す模式図である。
符号の説明
[0012] 1 :カメラシステム、 3 :レンズ鏡筒、 10 :振動ァクチユエータ、 11 :振動子、 12 :弾性体 、 13 :圧電素子、 14 :移動体
発明を実施するための形態
[0013] 以下、図面等を参照して、本発明の実施例について、さらに詳しく説明する。なお、 以下の実施例では、 6つの実施例について説明する。各実施例の相違点は、どの材 料 (弾性体,圧電素子)をどのタイミングで射出するかという点にあり、実施例 1, 2は、 既存のものに射出するパターンであり、実施例 3, 4は、射出したものにさらに射出す るパターンであり、実施例 5, 6は、射出したものに既存のもの設置するパターンであ る。
実施例 1
[0014] 図 1は、実施例 1による振動子の製造方法を示す工程図であり、図 2は、実施例 1に よる振動子の製造方法で製造される振動子を示す図であり、図 8は、実施例 1による 振動子の製造方法を示す模式図である。
実施例 1の製造方法は、弾性体 12と圧電素子 13とを備える振動子 11を製造する 振動子の製造方法であって、圧電素子の製造工程 # 100と、弾性体の製造工程 # 2
00と、保持工程 # 300と、保持後の工程 # 400とを備える。
[0015] まず、図 2を参照して、実施例 1の製造方法で製造される振動子 11について説明 する。
振動子 11は、弾性体 12と、圧電素子 13とを備える。
弾性体 12は、弾性変形可能な金属材料であり、その形状は、円環形状となってい る。弾性体 12の圧電素子 13が接合される反対側の面には、櫛歯形状の溝 12aが形 成されており、突起部 12b (溝 12aがない箇所)の先端面が駆動面 12cとなる。この振 動子 11が振動ァクチユエータに組み込まれた場合には、この駆動面 12cが移動子に 加圧接触される。溝 12aを形成する理由は、駆動面 12cに発生する進行波の振幅を 増幅させるためである。弾性体 12は、例えば、 SUS、真鍮等である。
[0016] 圧電素子 13は、弾性体 12の溝 12aと反対側の面に接合され、電気エネルギーを 機械工ネルギ一に変換する電気機械変換素子であり、交流電圧等の駆動信号によ つて励振し、弾性体 12に振動を生じさせて、駆動面 12cに進行波を生じさせる。圧電 素子 13は、例えば、 PZT (チタン酸ジルコン酸鉛),セラミックス等である。なお、圧電 素子 13は、電歪素子ゃ磁歪素子であってもよい。
[0017] 次に、実施例 1による振動子の製造方法を説明する。
図 1に示すように、圧電素子の製造工程 # 100は、材料確認工程 # 101と、材料秤 量工程 # 102と、材料混合工程 # 103と、仮焼結工程 # 104と、粉砕工程 # 105と、 造粒工程 # 106と、成形工程 # 107とを備える。なお、本実施例では、圧電素子 13 の材料として、 PZTを用いている。 材料確認工程 # 101は、 PZTの材質を確認する工程であり、例えば、蛍光 X線装 置を用いて、 PZTの純度が 99. 90%以上であるかを確認する。
材料秤量工程 # 102は、 PZTの原料の重量を測定する工程であり、例えば、精密 天秤を用いて、 PZTの原料の重量が所定の目標値力 誤差 0. lg以下であるかを確 認する。
材料混合工程 # 103は、 PZTの原料と焼結に必要な所定の材料とを混合するェ 程であり、例えば、ボールミルを用いて、所定の時間混合する。そして、粒度分布計 を用いて、混合物の粒径が 1〜2 μ mであるかを確認する。
[0018] 仮焼結工程 # 104は、混合物を仮焼結する工程であり、例えば、温度記録計や温 度履歴センサーを用いて、温度のプロファイル (設定)が 850° Cから ± 5° Cの範囲 にあるかを確認しながら仮焼結する。
粉砕工程 # 105は、仮焼結物を粉砕する工程であり、例えば、ボールミルを用いて 、所定の時間で粉砕させる。そして、粒度分布計を用いて、粉砕物の粒径が 1〜2 mとなっているかを確認する。また、 X線解析装置を用いて、 PZTの結晶相から PZT の割合を確認したり、比表面積が所定の値であるかを確認したりする。
造粒工程 # 106は、粉砕物の粉末を固めて粒状にする工程であり、例えば、スプレ 一ドライヤーを用いて、粉砕物を乾燥させ、バインダーとしての PVA (ポリビュルアル コール)をカ卩えて造粒を行う。このときは、 SEM (電子顕微鏡)を用いて、造粒された 造粒子径が所定の値であるかを確認し、また、スプレードライヤーの温度が所定の値 であるか、 PVAが所定の割合となって 、るかを確認する。
成形工程 # 107は、粒状化された造粒物を成形する工程であり、例えば、プレス機 を用いて、加圧値が lt/cm2であるかを確認しながらプレス成形する。
なお、圧電素子 13は、既存のものを使用してもよい。
そして、このようにして製造された圧電素子 13を、圧電素子用の金型 13Aに配置 する(図 8、 S101参照)。
ついで、圧電素子用の金型 13Aに弾性体用の金型 12Aを設置する(図 8、 S102 参照)。
[0019] 図 1に示すように、弾性体の製造工程 # 200は、金属粉末を射出成形して焼結さ せるメタルインジェクションモ—ルド製法により弾性体 12を製造する工程であり、材料 確認工程 # 201と、バインダー混合工程 # 202と、ペレツトイ匕工程 # 203と、射出成 形工程 # 204とを備える。なお、本実施例では、弾性体 12の材料として、 SUS304 を用いている。
材料確認工程 # 201は、 SUSの材質を確認する工程であり、例えば、粒度分布計 を用いて、 SUSの粒径が平均粒径 5 μ m程度であるかを確認する。
ノインダー混合工程 # 202は、 SUSの材料粉と榭脂バインダーとを混合する工程 であり、例えば、精密天秤を用いて、混合物の総重量が目標値力 誤差 lg以下であ るかを確認する。
[0020] ペレツトイ匕工程 # 203は、混合物をペレット化 (粒状に固めること)させる工程であり 、例えば、ペレット成形機を用いて行う。
射出成形工程 # 204は、ペレット化された混合物を射出成形する工程であり、例え ば、射出成形機を用いて、温度が 160〜170° Cである力、保圧圧力が所定の値で あるか、保圧時間が所定の値であるか等を確認しながら行う。ここで、射出成形には 、金型を使用するが、その金型の中に上述した方法で製造した圧電素子 13をあらか じめ配置しておき(図 8、 S101, S102参照)、その上にペレツトイ匕された混合物(粉 末材料) 121 (12)を射出成形して、弾性体 12と圧電素子 13とを一体化させる(図 8、 S103参照)。また、使用する弾性体用の金型 12Aには、櫛歯に応じた形状 12Bが 設けられていて、射出成形することにより、櫛歯の形状が形成されるようになっている 。なお、射出成形工程 # 204の後には、不要となった榭脂バインダーを取り除く脱脂 工程があり、例えば、熱分解法等によって脱脂を行う。
[0021] 図 1に示すように、保持工程 # 300は、弾性体 12と圧電素子 13とを一体にして保 持する工程である。この工程では、弾性体 12と圧電素子 13とを加圧するように弾性 体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13 Aとの間に加圧力を加える(図 8、 S104参 照)。加圧値は、 0. 5tZcm2程度が好ましい。なお、射出時に、弾性体 12と圧電素 子 13とが十分に加圧されていれば (加圧値力 0. 5tZcm2程度であれば)、射出成 形工程 # 104がこの工程を兼ねるようになるので、この工程を省略してもよい。
保持後の工程 # 400は、加熱焼結工程 # 401と、電極印刷工程 # 402と、分極ェ 程 # 403とを備える。
加熱焼結工程 # 401は、保持工程 # 300によって保持した弾性体 12と圧電素子 1 3とを加熱して焼結する工程であり、加熱焼結工程の焼結温度は、 1000-1200° Cであることが好ましい。具体的には、弾性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13 Aとから弾性体 12と圧電素子 13とをはずし、弾性体 12を加熱して焼結し、弾性体 12 と圧電素子 13とを接合する(図 8、 S105参照)。加熱焼結工程 # 401は、例えば、温 度記録計や温度履歴センサーを用いて、温度のプロファイルが 1100° Cから ± 10 ° Cの範囲にあるかを確認しながら行う。また、精密天秤を用いて、焼結密度が所定 の値であるかを確認し、 SEMを用いて、結晶粒子径が所定の値(2 m程度)である かを確認する。この加熱焼結工程 # 401によって、混合物となっていた弾性体が、焼 結体としての弾性体 12となり、圧電素子 13と完全に接合される。
電極印刷工程 # 402は、圧電素子 13に電極を印刷する工程であり、例えば、スクリ ーン印刷機を用いて電極を印刷する。そして、 SEMを用いて電極の膜厚が 2〜5 mであるかを確認する。
分極工程 # 403は、圧電素子 13を分極する工程であり、例えば、所定の電源を用 いて、電圧が 25KVZcm2となるようにする。また、温度計を用いて温度が 100° C となるよう〖こし、タイマーを用いて 30分間電圧をかける。なお、分極は、 +の電極と一 の電極とで圧電素子 13を挟み込んで行う必要がある力 一方の電極には、印刷した 電極を用い、他方の電極には、弾性体 12を用いる。
このように、実施例 1の製造方法によれば、メタルインジェクションモールド製法によ り弾性体 12を製作し、射出成形時に圧電素子 13と一体化させ、加熱焼結時に圧電 素子 13と完全に接合させるので、従来の接着工程を廃止することができ、組立時間 の大幅な短縮と品質の安定ィ匕を図ることができる。
また、弾性体 12の櫛歯は、金型を用いて形成するので、機械加工は不要となり、歩 留まりが向上する。しカゝも、櫛歯は、接合工程内 (射出成形工程 # 204内)で形成す ることができるので、製造工数の大幅な削減が可能となる。
さらに、メタルインジェクションモールド製法の管理項目には、(1)材料と榭脂バイン ダ一の混合の割合、(2)混合時間、(3)射出圧、(4)保圧時間、(5)脱脂温度'時間 、(6)焼結温度 ·時間等といった管理が必要となるが、これらの条件については、一 般のプラスチックモールド製法にて確立されており、同等の管理で対応可能であるた め、従来の接着工程と比較して、管理項目を簡略化させることができる。
[0023] 一方、従来の振動子における、弾性体と圧電素子とを接着する工程は、(1)部品洗 浄 '乾燥、(2)接着剤塗布、(3)固定治具にセット、(4)加熱硬化、(5)固定治具より 取り外し等と 、つた工程がある。
また、上記工程では、(1)接着剤の塗布量、(2)接着剤の温度、(3)加圧力、(4) 加圧時間、(5)硬化温度、(6)硬化時間等といった管理項目が必要となる。
さらに、工程内の管理項目は、以上のような内容になる力 これらの管理項目以外 にも、(1)接着剤の保管温度、(2)接着剤の保管期間、(3)治工具メンテナンス等と いった、多岐にわたる管理が必要となる。
しかし、実施例 1の製造方法であれば、メタルインジェクションモールド製法にて一 体ィ匕した弾性体と圧電素子とを加熱焼結することで完全に接合させることができるの で、このような多岐にわたる管理項目をなくすことができる。
[0024] 図 3は、実施例 1の超音波モータを示す図である。なお、以下の実施例では、振動 ァクチユエータとして超音波の振動域を利用する超音波モータを一例に挙げて説明 する。
超音波モータ 10は、振動子 11と、移動体 14と、緩衝部材 15と、支持体 16A, 16B と、緩衝部材 17と、加圧部 18等とを備える。
[0025] 振動子 11は、上述した製造方法で製造されたものであり、弾性体 12と、圧電素子 1 3とを備える。
移動体 14は、略円環形状をしており、後述する加圧部 18により弾性体 12に圧接さ れ、振動子 11の弾性体 12の駆動面に発生する進行波により摩擦駆動される部材で ある。
[0026] 緩衝部材 15は、ゴム等により略円環形状に形成されており、移動体 14の振動を支 持体 16A側に伝えないようにする部材であり、移動体 14と支持体 16Aとの間に設け られている。
支持体 16Aは、移動体 14を支持する部材である。この支持体 16Aと移動体 14とは 、不図示の係合部によって、一体となって回転するように係合しており、移動体 14の 回転運動を不図示の被駆動部材に伝達する部材である。
[0027] 加圧部 18は、振動子 11と移動体 14とを加圧接触させる部分であり、加圧板 18a、 皿パネ 18b等を備える。加圧板 18aは、皿パネ 18bが発生させた加圧力を受ける板 である。
緩衝部材 17は、不織布やフェルトにより形成され、振動子 11の振動を加圧部 18〖こ 伝えないようにする部材であり、圧電素子 13と加圧板 18aとの間に設けられている。 支持体 16Bは、この超音波モータ 10を、例えば、カメラのレンズ鏡筒等に固定する 部材である。
[0028] このように、実施例 1の超音波モータ 10によれば、品質の安定した振動子 11を備え ているので、モータ性能も安定し、長期の信頼性も確保することができる。
[0029] 図 4は、実施例 1のカメラシステムを示す図である。
実施例 1のカメラシステム 1は、撮像素子 6を有するカメラボディ 2と、レンズ鏡筒 3と を備える。レンズ鏡筒 3は、カメラボディ 2に着脱可能な交換レンズである。なお、本実 施例のカメラシステム 1では、レンズ鏡筒 3が交換レンズである例を示した力 これに 限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒であってもよい。
[0030] レンズ鏡筒 3は、レンズ 4、カム筒 5、上述した超音波モータ 10等を備える。本実施 例では、超音波モータ 10は、カメラシステム 1のフォーカス動作時にレンズ 4を駆動す る駆動源として用いられており、超音波モータ 10から得られた駆動力は、カム筒 5に 伝えられる。レンズ 4は、カム筒 5とカム係合しており、超音波モータ 10の駆動力によ つてカム筒 5が回転すると、レンズ 4は、カム筒 5とのカム係合によって光軸方向へ移 動して、焦点調節が行われる。
[0031] このように、実施例 1のカメラシステム 1によれば、モータ性能も安定し、長期の信頼 性も確保できる超音波モータ 10を備えて 、るので、機能性や耐久性に優れたカメラ システムを提供することができる。
実施例 2
[0032] 図 5は、実施例 2による振動子の製造方法を示す工程図であり、図 9は、実施例 2に よる振動子の製造方法を示す模式図である。 なお、前述した実施例 1と同様な機能を果たす部分は、重複する説明を適宜省略 する。
実施例 2の製造方法は、実施例 1の製造方法のようにメタルインジェクションモール ド製法によって弾性体 12を成形するものではなぐ圧電素子 13を成形するものであ る。また、弾性体 12は、既存のものを使用する。
実施例 2の製造方法は、弾性体の製造工程 # 600と、圧電素子の製造工程 # 500 と、保持工程 # 300と、保持後の工程 # 400とを備える。
弾性体の製造工程 # 600は、既存の弾性体を準備する準備工程 # 601を備える。 準備工程 # 601では、弾性体用の金型 12Aに弾性体 12を配置し(図 9、 S201参照 )、弾性体用の金型 12Aに圧電素子用の金型 13Aを設置する(図 9、 S202参照)。 図 5に示すように、圧電素子の製造工程 # 500は、材料確認工程 # 501と、バイン ダー混合工程 # 502と、ペレツトイ匕工程 # 503と、射出成形工程 # 504とを備える。 各工程の具体的な内容は、実施例 1の弾性体の製造工程 # 200 ( # 201〜 # 204; 図 1参照)と同様であり、使用材料が SUS304から PZTに変更されている。射出成形 工程 # 504では、圧電素子用の金型 13Aに粉末材料 131 (13)を射出して、弾性体 12の表面に圧電素子 13を形成する(図 9、 S203参照)。
保持工程 # 300及び保持後の工程 # 400 ( # 401〜 # 403)は、実施例 1と同様 の工程である。保持工程 # 300では、弾性体 12と圧電素子 13とを加圧するように弹 性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13 Aとの間に加圧力を加える(図 9、 S204 参照)。なお、射出時に、弾性体 12と圧電素子 13とが十分に加圧されていれば、射 出成形工程 # 504がこの工程を兼ねるようになるので、この工程を省略してもよい。 加熱焼結工程 # 401では、弾性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13Aとから弹 性体 12と圧電素子 13とをはずし、圧電素子 13を加熱して焼結し、弾性体 12と圧電 素子 13とを接合する(図 9、 S205参照)。
圧電素子 13は、割れやすいという材料の特性から、機械加工時の歩留まりが悪い しかし、実施例 2の製造方法によれば、メタルインジェクションモールド製法により圧 電素子 13を作製し、射出成形時に弾性体 12と一体化させ、加熱焼結時に弾性体 1 2と完全に接合させることができるので、圧電素子 13の機械加工は不要となり、歩留 まりを向上させることができる。
実施例 3
[0034] 図 6は、実施例 3による振動子の製造方法を示す工程図であり、図 10は、実施例 3 による振動子の製造方法を示す模式図である。
実施例 3の製造方法は、弾性体 12と圧電素子 13との双方をメタルインジェクション モールド製法で製造する方法であり、弾性体 12を先に射出するタイプである。
実施例 3の製造方法は、弾性体の製造工程 # 700と、圧電素子の製造工程 # 800 と、保持工程 # 300と、保持後の工程 # 400とを備える。
各工程の具体的な内容は、実施例 1や実施例 2のものと同様である(# 700は、図 1の # 200と同様であり、 # 800は、図 5の # 500と同様である)。
また、弾性体の製造工程 # 700及び圧電素子の製造工程 # 800では、金型を使 用して、弾性体 12と圧電素子 13とを成形する。
まず、弾性体の材料を金型に射出し、弾性体を成形する。ついで、成形した弾性体 を金型の中に入れたまま、さらに圧電素子の材料を金型に射出し、圧電素子を成形 する。そして、保持工程 # 300及び保持後の工程 # 400を行うことによって、両材料 力 焼結体としての弾性体 12と圧電素子 13とになり、完全に接合される。
[0035] 具体的には、まず、弾性体用の金型 12Aに粉末材料 121 (12)を射出して、弾性 体 12を形成する(図 10、 S301参照)。
ついで、弾性体用の金型 12Aの一部 12A— 1をはずし、弾性体用の金型 12Aに 圧電素子用の金型 13Aを設置する(図 10、 S302参照)。
さらに、圧電素子用の金型 13Aに粉末材料 131 (13)を射出して、弾性体 12の表 面に圧電素子 13を形成する(図 10、 S303参照)。
そして、保持工程 # 300において、弾性体 12と圧電素子 13とを加圧するように弹 性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13Aとの間に加圧力を加える(図 10、 S304 参照)。なお、射出時に、弾性体 12と圧電素子 13とが十分に加圧されていれば、射 出成形工程 # 804がこの工程を兼ねるようになるので、この工程を省略してもよ 、。 最後に、弾性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13 Aとから弾性体 12と圧電素 子 13とをはずし、弾性体 12と圧電素子 13とを加熱して焼結し、弾性体 12と圧電素 子 13とを接合する(図 10、 S305参照)。
[0036] このように、実施例 3の製造方法によれば、メタルインジェクションモールド製法によ つて、弾性体 12と圧電素子 13とを金型内にて一体で成形するので、弾性体 12の中 心と圧電素子 13の中心とがずれてしまうことがなぐ完全に同心の振動子 11を製造 することができる。
また、金型内で弾性体 12と圧電素子 13とを一体に成形するので、圧電素子 13の 外径が弾性体 12の外径よりも外側にはみ出すようなことがなぐ後工程にて割れが発 生する等の不具合が発生せず、歩留まりを向上させることができる。
さらに、実施例 3の製造方法によって製造した振動子を超音波モータに組み込め ば、モータ性能をより安定させることができ、その超音波モータをレンズ鏡筒やカメラ システムに組み込めば、機能性や耐久性をより向上させることができる。
実施例 4
[0037] 図 11は、実施例 4による振動子の製造方法を示す工程図であり、図 12は、実施例 4による振動子の製造方法を示す模式図である。
実施例 4の製造方法は、弾性体 12と圧電素子 13との双方をメタルインジェクション モールド製法で製造する方法であり、圧電素子 13を先に射出するタイプである。 実施例 4の製造方法は、圧電素子の製造工程 # 900と、弾性体の製造工程 # 100 0と、保持工程 # 300と、保持後の工程 # 400とを備える。
各工程の具体的な内容は、実施例 1や実施例 2のものと同様である(# 900は、図 5の # 500と同様であり、 # 1000は、図 1の # 200と同様である)。
また、圧電素子の製造工程 # 900及び弾性体の製造工程 # 1000では、金型を使 用して、弾性体 12と圧電素子 13とを成形する。
まず、圧電素子の材料を金型に射出し、圧電素子を成形する。ついで、成形した圧 電素子を金型の中に入れたまま、さらに弾性体の材料を金型に射出し、弾性体を成 形する。そして、弾性体と圧電素子とが一体化されたものを取り出し、保持工程 # 30 0及び保持後の工程 # 400を行うことによって、両材料が、焼結体としての弾性体 12 と圧電素子 13とになり、完全に接合される。 [0038] 具体的には、まず、圧電素子用の金型 13Aに粉末材料 131 (13)を射出して、圧 電素子 13を形成する(図 12、 S401参照)。
ついで、圧電素子用の金型 13Aの一部 13A— 1をはずし、圧電素子用の金型 13 Aに弾性体用の金型 12Aを設置する(図 10、 S402参照)。
さら〖こ、弾性体用の金型 12Aに粉末材料 121 (12)を射出して、圧電素子 13の表 面に弾性体 12を形成する(図 12、 S403参照)。
そして、保持工程 # 300において、弾性体 12と圧電素子 13とを加圧するように弹 性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13Aとの間に加圧力を加える(図 12、 S404 参照)。なお、射出時に、弾性体 12と圧電素子 13とが十分に加圧されていれば、射 出成形工程 # 1004がこの工程を兼ねるようになるので、この工程を省略してもよい。 最後に、弾性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13 Aとから弾性体 12と圧電素 子 13とをはずし、弾性体 12と圧電素子 13とを加熱して焼結し、弾性体 12と圧電素 子 13とを接合する(図 12、 S405参照)。
[0039] このように、実施例 4の製造方法によれば、メタルインジェクションモールド製法によ つて、弾性体 12と圧電素子 13とを金型内にて一体で成形するので、弾性体 12の中 心と圧電素子 13の中心とがずれてしまうことがなぐ完全に同心の振動子 11を製造 することができる。
また、金型内で弾性体 12と圧電素子 13とを一体に成形するので、圧電素子 13の 外径が弾性体 12の外径よりも外側にはみ出すようなことがなぐ後工程にて割れが発 生する等の不具合が発生せず、歩留まりを向上させることができる。
さらに、実施例 3の製造方法によって製造した振動子を超音波モータに組み込め ば、モータ性能をより安定させることができ、その超音波モータをレンズ鏡筒やカメラ システムに組み込めば、機能性や耐久性をより向上させることができる。
実施例 5
[0040] 図 13は、実施例 5による振動子の製造方法を示す工程図であり、図 14は、実施例 5による振動子の製造方法を示す模式図である。
実施例 5の製造方法は、弾性体 12をメタルインジェクションモールド製法で製造す る方法である。 実施例 5の製造方法は、弾性体の製造工程 # 1100と、圧電素子の製造工程 # 12 00と、保持工程 # 300と、保持後の工程 # 400とを備える。
弾性体の製造工程 # 1100は、材料確認工程 # 1101と、ノインダー混合工程 # 1 102と、ペレツトイ匕工程 # 1103と、射出成形工程 # 1104とを備える。各工程の具体 的な内容は、実施例 1の弾性体の製造工程 # 200 ( # 201〜 # 204;図 1参照)と同 様である。射出成形工程 # 1104では、弾性体用の金型 12Aに粉末材料 121 (12) を射出して、弾性体 12を形成する(図 14、 S501参照)。
圧電素子の製造工程 # 1200は、既存の圧電素子を設置する設置工程 # 1201を 備える。設置工程 # 1201では、弾性体用の金型 12Aの一部 12A— 1をはずし、弹 性体用の金型 12Aの弾性体 12の表面に、圧電素子 13が配置された圧電素子用の 金型 13 Aを設置する(図 14、 S502参照)。
保持工程 # 300及び保持後の工程 # 400 ( # 401〜 # 403)は、実施例 1と同様 の工程である。保持工程 # 300では、弾性体 12と圧電素子 13とを加圧するように弹 性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13Aとの間に加圧力を加える(図 14、 S503 参照)。加熱焼結工程 # 401では、弾性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13A とから弾性体 12と圧電素子 13とをはずし、弾性体 12を加熱して焼結し、弾性体 12と 圧電素子 13とを接合する(図 14、 S504参照)。
[0041] このように、実施例 5の製造方法によれば、メタルインジェクションモールド製法によ り弾性体 12を製作し、加熱焼結時に圧電素子 13と接合させるので、従来の接着工 程を廃止することができ、組立時間の大幅な短縮と品質の安定ィ匕を図ることができる 実施例 6
[0042] 図 15は、実施例 6による振動子の製造方法を示す工程図であり、図 16は、実施例 6による振動子の製造方法を示す模式図である。
実施例 6の製造方法は、最初に圧電素子 13をメタルインジェクションモールド製法 で製造し、その後、既存の弾性体 12と接合する方法である。
実施例 6の製造方法は、圧電素子の製造工程 # 1300と、弾性体の製造工程 # 14 00と、保持工程 # 300と、保持後の工程 # 400とを備える。 圧電素子の製造工程 # 1300は、材料確認工程 # 1301と、ノインダー混合工程 # 1302と、ペレット化工程 # 1303と、射出成形工程 # 1304とを備える。各工程の 具体的な内容は、実施例 2の弾性体の製造工程 # 500 ( # 501〜 # 504;図 5参照) と同様である。射出成形工程 # 1304では、圧電素子用の金型 13Aに粉末材料 131 (13)を射出して、圧電素子 13を形成する(図 16、 S601参照)。
弾性体の製造工程 # 1400は、既存の弾性体を設置する設置工程 # 1401を備え る。設置工程 # 1401では、圧電素子用の金型 13Aの一部 13A—1をはずし、圧電 素子用の金型 13Aの圧電素子 13の表面に、弾性体 12が配置された弾性体用の金 型 12Aを設置する(図 16、 S602参照)。
保持工程 # 300及び保持後の工程 # 400 ( # 401〜 # 403)は、実施例 1と同様 の工程である。保持工程 # 300では、弾性体 12と圧電素子 13とを加圧するように弹 性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13Aとの間に加圧力を加える(図 16、 S603 参照)。加熱焼結工程 # 401では、弾性体用の金型 12Aと圧電素子用の金型 13A と力 弾性体 12と圧電素子 13とをはずし、圧電素子 13を加熱して焼結し、弾性体 1 2と圧電素子 13とを接合する(図 16、 S604参照)。
[0043] このように、実施例 6の製造方法によれば、メタルインジェクションモールド製法によ り圧電素子 13を製作し、加熱焼結時に弾性体 12と接合させるので、従来の接着工 程を廃止することができ、組立時間の大幅な短縮と品質の安定ィ匕を図ることができる
[0044] (変形例)
上述した各実施例は、以下の変形も可能である。
(1)図 7は、振動子の変形例を示す図である。振動子 11の製造方法の工程中に、弾 性体 12と圧電素子 13との結合力を強化させる強化剤を付加する強化剤付加工程を 備えさせてもよい。上述した各実施例では、弾性体 12と圧電素子 13との接合は、ァ ンカー効果のみでの接合となる力 結合力をより強化させたい場合には、弾性体 12 ゃ圧電素子 13に強化剤としての熱硬化型の接着剤シート 19を貼り付けておき、焼 結時に同時に硬化させることもできる。また、接着剤シート 19に換えて、酸化ホウ素( B O )やアルミナ (Al O )等の焼結補助材を含むシートを貼り付けてもよい。 (2)弾性体ゃ圧電素子は、メタルインジヱクシヨンモールド製法によって成形する例 で説明したが、弾性体ゃ圧電素子用の材料とバインダーとを混合したものに圧力を かけて成形してもよい。
(3)振動ァクチユエータは、オートフォーカスの駆動源として使用する例で説明したが 、カメラシステムの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆 動源や、複写機の駆動部、自動車のハンドルチルト装置、時計の駆動装置等に適用 することができる。
(4)振動ァクチユエータは、円環型のァクチユエータの例で説明した力 例えば、ロッ ド型のァクチユエータ、ペンシル型のァクチユエータ、円盤型のァクチユエータ等であ つてもよい。
なお、上述した実施例及び変形例は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳 細な説明は省略する。また、本発明は、以上説明した実施例によって限定されること はない。

Claims

請求の範囲
[1] 弾性体を保持部材に配置する第 1工程と、
前記弾性体の表面に、射出成形により電気機械変換素子を形成する第 2工程と、 前記電気機械変換素子を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変換素子 とを接合する第 3工程と、
を備える振動子の製造方法。
[2] 電気機械変換素子を保持部材に配置する第 1工程と、
前記電気機械変換素子の表面に、射出成形により弾性体を形成する第 2工程と、 前記弾性体を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを接合する 第 3工程と、
を備える振動子の製造方法。
[3] 請求項 1又は請求項 2に記載の振動子の製造方法において、
前記第 2工程と前記第 3工程との間に、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを 加圧する工程を備えること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[4] 第 1の金型に弾性体を配置する第 1工程と、
前記第 1の金型に第 2の金型を設置する第 2工程と、
前記第 2の金型に粉末材料を射出して、前記弾性体の表面に電気機械変換素子 を形成する第 3工程と、
前記第 1の金型と前記第 2の金型とから前記弾性体と前記電気機械変換素子とを はずし、前記電気機械変換素子を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変 換素子とを接合する第 4工程と、
を備える振動子の製造方法。
[5] 第 1の金型に電気機械変換素子を配置する第 1工程と、
前記第 1の金型に第 2の金型を設置する第 2工程と、
前記第 2の金型に粉末材料を射出して、前記電気機械変換素子の表面に弾性体 を形成する第 3工程と、
前記第 1の金型と前記第 2の金型とから前記弾性体と前記電気機械変換素子とを はずし、前記弾性体を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを接 合する第 4工程と、
を備える振動子の製造方法。
[6] 請求項 4又は請求項 5に記載の振動子の製造方法にぉ 、て、
前記第 3工程と前記第 4工程との間に、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを 加圧するように前記第 1の金型と前記第 2の金型との間に加圧力を加える工程を備え ること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[7] 射出成形により弾性体を保持部材に形成する第 1工程と、
前記弾性体の表面に電気機械変換素子を配置する第 2工程と、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加圧する第 3工程と、
前記弾性体を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを接合する 第 4工程と、
を備える振動子の製造方法。
[8] 射出成形により電気機械変換素子を保持部材に形成する第 1工程と、
前記電気機械変換素子の表面に弾性体を配置する第 2工程と、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加圧する第 3工程と、
前記電気機械変換素子を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変換素子 とを接合する第 4工程と、
を備える振動子の製造方法。
[9] 第 1の金型に粉末材料を射出して、弾性体を形成する第 1工程と、
前記第 1の金型の一部をはずし、前記第 1の金型の弾性体の表面に、電気機械変 換素子が配置された第 2の金型を設置する第 2工程と、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加圧するように前記第 1の金型と前記第
2の金型との間に加圧力を加える第 3工程と、
前記第 1の金型と前記第 2の金型とから前記弾性体と前記電気機械変換素子とを はずし、前記弾性体を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを接 合する第 4工程と、 を備える振動子の製造方法。
[10] 第 1の金型に粉末材料を射出して、電気機械変換素子を形成する第 1工程と、 前記第 1の金型の一部をはずし、前記第 1の金型の電気機械変換素子の表面に、 弾性体が配置された第 2の金型を設置する第 2工程と、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加圧するように前記第 1の金型と前記第 2の金型との間に加圧力を加える第 3工程と、
前記第 1の金型と前記第 2の金型とから前記弾性体と前記電気機械変換素子とを はずし、前記電気機械変換素子を加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気機械変 換素子とを接合する第 4工程と、
を備える振動子の製造方法。
[11] 射出成形により弾性体を保持部材に形成する第 1工程と、
前記弾性体の表面に、射出成形により電気機械変換素子を形成する第 2工程と、 前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気 機械変換素子とを接合する第 3工程と、
を備える振動子の製造方法。
[12] 射出成形により電気機械変換素子を保持部材に形成する第 1工程と、
前記電気機械変換素子の表面に、射出成形により弾性体を形成する第 2工程と、 前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加熱して焼結し、前記弾性体と前記電気 機械変換素子とを接合する第 3工程と、
を備える振動子の製造方法。
[13] 請求項 11又は請求項 12に記載の振動子の製造方法において、
前記第 2工程と前記第 3工程との間に、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを 加圧する工程を備えること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[14] 第 1の金型に粉末材料を射出して、弾性体を形成する第 1工程と、
前記第 1の金型の一部をはずし、前記第 1の金型に第 2の金型を設置する第 2工程 と、
前記第 2の金型に粉末材料を射出して、前記弾性体の表面に電気機械変換素子 を形成する第 3工程と、
前記第 1の金型と前記第 2の金型とから前記弾性体と前記電気機械変換素子とを はずし、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加熱して焼結し、前記弾性体と前 記電気機械変換素子とを接合する第 4工程と、
を備える振動子の製造方法。
[15] 第 1の金型に粉末材料を射出して、電気機械変換素子を形成する第 1工程と、 前記第 1の金型の一部をはずし、前記第 1の金型に第 2の金型を設置する第 2工程 と、
前記第 2の金型に粉末材料を射出して、前記電気機械変換素子の表面に弾性体 を形成する第 3工程と、
前記第 1の金型と前記第 2の金型とから前記弾性体と前記電気機械変換素子とを はずし、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加熱して焼結し、前記弾性体と前 記電気機械変換素子とを接合する第 4工程と、
を備える振動子の製造方法。
[16] 請求項 14又は請求項 15に記載の振動子の製造方法において、
前記第 3工程と前記第 4工程との間に、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを 加圧するように前記第 1の金型と前記第 2の金型との間に加圧力を加える工程を備え ること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[17] 弾性体と電気機械変換素子とを備える振動子を製造する振動子の製造方法であつ て、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを一体にして保持する保持工程と、 前記保持工程によって保持した前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加熱して 焼結する加熱焼結工程と、
を備える振動子の製造方法。
[18] 請求項 17に記載の振動子の製造方法において、
前記弾性体と前記電気機械変換素子との少なくとも一方を成形する成形工程を備 えること、 を特徴とする振動子の製造方法。
[19] 請求項 17に記載の振動子の製造方法において、
前記弾性体に櫛歯を形成する櫛歯形成工程を備えること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[20] 請求項 17から請求項 19までのいずれか 1項に記載の振動子の製造方法において 前記弾性体と前記電気機械変換素子との結合力を強化させる強化剤を付加する 強化剤付加工程を備えること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[21] 請求項 17から請求項 20までのいずれか 1項に記載の振動子の製造方法において 前記加熱焼結工程の焼結温度は、 1000〜1200° Cであること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[22] 請求項 17から請求項 21までのいずれか 1項に記載の振動子の製造方法において 前記電気機械変換素子に電極を形成する電極形成工程を備えること、 を特徴とする振動子の製造方法。
[23] 請求項 17から請求項 22までのいずれか 1項に記載の振動子の製造方法において 前記電気機械変換素子を分極する分極工程を備えること、
を特徴とする振動子の製造方法。
[24] 請求項 1から請求項 23までの 、ずれか 1項に記載の振動子の製造方法によって製 造された振動子と、
前記振動子によって駆動される相対移動部材と、
を備える振動ァクチユエータ。
[25] 請求項 24に記載の振動ァクチユエータを備えるレンズ鏡筒。
[26] 請求項 24に記載の振動ァクチユエータを備えるカメラシステム。
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