WO2013146922A1 - 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器 - Google Patents

振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
WO2013146922A1
WO2013146922A1 PCT/JP2013/059090 JP2013059090W WO2013146922A1 WO 2013146922 A1 WO2013146922 A1 WO 2013146922A1 JP 2013059090 W JP2013059090 W JP 2013059090W WO 2013146922 A1 WO2013146922 A1 WO 2013146922A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resin film
resin
vibration actuator
vibrator
ultrasonic motor
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/059090
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
三奈 小林
隆利 芦沢
Original Assignee
株式会社ニコン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ニコン filed Critical 株式会社ニコン
Priority to JP2014507976A priority Critical patent/JP6197787B2/ja
Publication of WO2013146922A1 publication Critical patent/WO2013146922A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
    • H02N2/0065—Friction interface
    • H02N2/007—Materials
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163—Motors with ring stator

Definitions

  • the present invention relates to a vibration actuator, a lens barrel, and an electronic device.
  • a vibrator in which an electromechanical conversion element and an elastic body are joined, and a progressive vibration wave (hereinafter referred to as a traveling wave) is generated in the elastic body using the expansion and contraction of the electromechanical conversion element.
  • a vibration actuator that frictionally drives a relative movement member that is in pressure contact with a vibrator (elastic body) by a wave is known.
  • the elastic body uses a highly elastic material, for example, a stainless steel metal material, etc., in order to efficiently transmit a given vibration to the relative movement member.
  • Patent Document 1 a molding material made of a tetrafluoroethylene resin containing a heat-resistant resin powder is laid between an elastic body and a moving member as a friction material.
  • the vibrator includes: a vibrator that generates vibration; and a relative movement member that is in pressure contact with the vibrator and moves relative to the vibrator by the vibration.
  • One of the first contact surface that contacts the relative moving member and the second contact surface that contacts the vibrator of the relative moving member is formed of a polymer alloy resin film containing a fluororesin.
  • a vibration actuator is provided.
  • the fluororesin may be polytetrafluoroethylene.
  • the resin film may include a resin that does not oxidize or deteriorate at 300 degrees Celsius or higher.
  • the resin film may contain at least one of polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polyimide, polybenzimidazole, and silicone as a main resin.
  • the fluororesin contained in the resin film may be contained in an amount of 5 to 40 when the main resin is 100 in weight ratio.
  • the fluororesin contained in the resin film may have a particle size of 20 ⁇ m or less.
  • the resin film may have a thickness of 3 to 60 ⁇ m.
  • the resin film may include a metal powder.
  • the other of the first contact surface and the second contact surface may be formed or anodized with a hard chromium film.
  • a lens barrel comprising the vibration actuator.
  • an electronic apparatus comprising the vibration actuator.
  • a vibration actuator it is possible to provide a vibration actuator, a lens barrel, and an electronic device that are easy to manufacture, reduce the occurrence of abnormal noise, and have good driving performance.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a camera 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • an ultrasonic motor using an ultrasonic vibration region will be described as an example of the vibration actuator.
  • a camera will be described as an example of the electronic device.
  • the camera 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 camera 1 of the present embodiment shows an example in which the lens barrel 3 is an interchangeable lens, the present invention 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, an ultrasonic motor 10, and the like.
  • the ultrasonic motor 10 has a substantially annular shape, and is disposed in the lens barrel 3 so that the center axis direction of the ring substantially coincides with the optical axis direction (the direction of arrow A in FIG. 1). Has been.
  • the ultrasonic motor 10 is used as a driving source for driving the lens 4 during the focusing operation of the camera 1.
  • the driving force obtained from the ultrasonic motor 10 is transmitted to the cam cylinder 5.
  • the lens frame 4a of the lens 4 is cam-engaged with the cam cylinder 5, and when the cam cylinder 5 rotates around the optical axis by the driving force of the ultrasonic motor 10, the lens 4 moves in the optical axis direction and is in focus. Adjustments are made.
  • a subject image is formed on the imaging surface of the imaging device 6 by a lens group (not shown) provided in the lens barrel 3 (including the lens 4).
  • the imaged subject image is converted into an electrical signal by the image sensor 6, and image data is obtained by A / D converting the signal.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the ultrasonic motor 10 according to the first embodiment.
  • the ultrasonic motor 10 of this embodiment includes a vibrator 13 including a piezoelectric body 11 and an elastic body 12, a moving body 15, a flexible printed board 14, a vibration absorbing material 16, a support body 17 and the like. .
  • the piezoelectric body 11 has a function of converting electrical energy into mechanical energy.
  • a piezoelectric element is used as the piezoelectric body 11, but an electrostrictive element may be used.
  • the piezoelectric body 11 is fixed to a support body 17 provided on the lens barrel 3 via a vibration absorbing material 16 such as felt.
  • the piezoelectric body 11 has an electrode portion (not shown).
  • the piezoelectric body 11 expands and contracts by a drive signal supplied from the flexible printed circuit board 14 electrically connected to the electrode portion, and excites the elastic body 12.
  • the elastic body 12 is a member that generates a traveling wave by the excitation of the piezoelectric body 11.
  • the elastic body 12 is formed of an iron alloy such as stainless steel or invar steel having a high elastic modulus.
  • the elastic body 12 of this embodiment is formed of SUS303.
  • the elastic body 12 is a substantially ring-shaped member.
  • the piezoelectric body 11 is bonded to one surface by a conductive adhesive or the like, and the other surface is a comb formed by cutting a plurality of grooves 12b.
  • the tooth part 12a is provided.
  • the distal end surface of the comb tooth portion 12a is a contact surface that comes into pressure contact with the moving body 15 described later, and the moving body 15 is rotationally driven by a traveling wave generated on this surface.
  • a resin film 18 (see FIG. 3) using a polyether ether ketone resin as a main raw material is formed on the tip surface of the comb tooth portion 12a.
  • the moving body 15 is a substantially ring-shaped member formed of a metal such as stainless steel.
  • the moving body 15 is formed of a stainless alloy.
  • the moving body 15 is brought into pressure contact with the vibrator 13 (elastic body 12) and is frictionally driven by a traveling wave.
  • a hard chromium film layer 19 (see FIG. 3) is formed on the contact surface of the moving body 15 with respect to the vibrator 13 by plating.
  • the flexible printed circuit board 14 is a member that is electrically connected to a predetermined electrode portion of the piezoelectric body 11 and supplies a drive signal to the piezoelectric body 11.
  • a controller 101 that controls the camera 1 is connected to the flexible printed circuit board 14.
  • a temperature sensor 102 is connected to the control device 101, and the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric body 11 is set so that the number of rotations of the ultrasonic motor 10 is constant according to the detection result of the temperature sensor 102. It is adjusting.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a contact portion between the elastic body 12 and the moving body 15 of the ultrasonic motor 10 of the first embodiment.
  • a part of the circumferential cross section of the ultrasonic motor 10 is enlarged.
  • a resin film 18 is provided on a contact surface of the elastic body 12 with the moving body 15 (tip surface of the comb tooth portion 12a).
  • a hard chromium film layer 19 is provided on the contact surface of the moving body 15 with the elastic body 12. Therefore, the surface where the vibrator 13 and the moving body 15 are in frictional contact is in the form where the resin film 18 and the hard chromium film layer 19 are in contact.
  • the resin film 18 of the present embodiment is coated with a paint mainly composed of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) and polyether ether ketone (hereinafter referred to as PEEK), and baked at about 350 degrees to form a polymer alloy. A film is formed.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PEEK polyether ether ketone
  • the resin film 18 of the present embodiment 30 weight ratios of PTFE are blended with respect to the weight 100 of the PEEK resin. Further, the resin film 18 is used by polishing the surface by about 10 ⁇ m. At this time, the surface roughness Rz (JIS B0601-2001) is 0.5 ⁇ m, and the film thickness after polishing is 30 ⁇ m.
  • Polymer alloy is a so-called resin alloy. This is a method of combining multiple resins (polymers) at the molecular and atomic level and taking advantage of the characteristics of each resin to overcome the drawbacks of the other resin, or to create new properties that cannot be obtained with individual resins. Simply mixing the resins together often results in poor compatibility of both resins, and good physical properties often do not come out. For this reason, a polymer alloy with good compatibility can be obtained by improving the compatibility by devising the additive or modifying one of the resins.
  • the amount of PTFE or inorganic powder is shown as a ratio with respect to the weight of the PEEK resin as the main agent and the weight of the PEEK resin as 100.
  • the coating film using PEEK resin as the main raw material has hardness, plastic deformation resistance, adhesion and peel strength, abrasion resistance, heat resistance, paint stability, It is excellent in terms of processability and boiling water resistance. Furthermore, the following effects can be expected by forming the resin film 18 by polymer alloying with PTFE.
  • the moving body 15 (hard chromium film)
  • the wear resistance and plastic deformation resistance of the contact surface with the layer 19) can be improved.
  • the resin film 18 is a polymer alloy, it is possible to prevent the component materials from falling off.
  • the heat resistance of the resin film 18 is improved, and the resin film 18 can be prevented from being deteriorated by frictional heat generated when the ultrasonic motor 10 is driven.
  • the water resistance of the resin film 18 is improved and the resin film 18 can be prevented from being chemically altered by moisture in the air.
  • the average particle diameter of PTFE contained in the resin film 18 of the present embodiment is 10 ⁇ m.
  • the film thickness of the resin film 18 of this embodiment is 30 ⁇ m, this size of PTFE is used.
  • the average diameter of PTFE may be appropriately selected according to the thickness of the film thickness and the like.
  • PTFE has high lubrication characteristics, and has the effect of lowering the coefficient of friction and improving the startability of the ultrasonic motor at low speed.
  • PTFE has high water repellency and can prevent the resin film 18 and the hard chromium film layer 19 from sticking under high temperature and high humidity.
  • it is difficult to alloy with the resin constituting the coating film by baking the coating film of PTFE having a melting point of 327 ° C. or lower.
  • the metal powder contained in the resin film 18 of this embodiment does not have to be put, but when it is put, it is desirable that the metal powder has a low compatibility with the counterpart material (in this example, chromium).
  • the average metal powder is, for example, about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the resin film 18 contains the metal powder the denseness of the coating film is improved and the hardness and the plastic deformation resistance are improved. Further, the heat generated in the contact surface of the resin film 18 with the moving body 15 (hard chrome coating layer 19) by the friction drive is conducted outside the contact surface to prevent the heat from being trapped in the contact surface, and the driving efficiency. Has the effect of improving.
  • the metal powder has an effect of increasing the friction coefficient between the vibrator 13 and the moving body 15 (that is, the friction coefficient between the resin film 18 and the hard chrome film layer 19) and improving the holding torque and the maximum load torque. .
  • the resin film 18 is formed through the following steps. First, a degreasing process is performed on a contact surface of the elastic body 12 with the moving body 15 (tip surface of the comb tooth portion 12a). At this time, processing for roughening the surface such as blasting or etching may be performed to further improve the adhesion.
  • the hard chrome coating layer 19 is formed by performing a hard chrome plating process on the surface of the moving body 15 formed of a stainless alloy (SUS304). After the hard chrome film is formed, the surface is polished with a # 320 to # 8000 GC (green carborundum) abrasive paper to make the hard chrome film layer 19 have a desired roughness.
  • the maximum height roughness of the surface of the hard chromium film layer 19 is preferably 0.13 to 1.3 ⁇ m.
  • the piezoelectric body 11 is joined to the elastic body 12 on which the resin film 18 is formed, and the vibrator 13 is formed.
  • the vibrator 13 and the movable body 15 are arranged so that the resin film 18 of the vibrator 13 and the hard chromium film layer 19 of the movable body 15 are in contact with each other, and the respective members are assembled.
  • the ultrasonic motor 10 is manufactured.
  • the amount of PTFE to various resins, the amount of metal powder (ratio to the weight of the PEEK resin), the particle size and film thickness of PTFE, and the ultrasonic motors of Measurement Examples 1 to 13, and the friction contact surface of the vibrator 13 with epoxy An ultrasonic motor of Comparative Example 14 having a resin coating film and an ultrasonic motor of Comparative Example 15 in which the moving body 15 is anodized on aluminum (the moving body 15 in Measurement Examples 1 to 14 is hard chrome) are prepared.
  • the drive performance of the ultrasonic motor such as minimum abnormal rotation speed, holding torque, maximum torque, minimum starting rotation speed, minimum starting voltage, and wear characteristics, was investigated. The results are shown in Table 1 below.
  • the ultrasonic motors of Measurement Examples 1 to 14 have substantially the same form as the ultrasonic motor 10 of the present embodiment except that the amount of constituent components such as PTFE is different.
  • the ultrasonic motor of Comparative Example 13 is different from the ultrasonic motor 10 of this embodiment except that an epoxy resin film is formed instead of the resin film 18 on the contact surface of the vibrator 13 with the moving body 15. And substantially the same form.
  • the ultrasonic motor of Comparative Example 15 has substantially the same form as the ultrasonic motor 10 of this embodiment except that the moving body 15 is anodized on aluminum.
  • the resin film of the ultrasonic motor of Measurement Example 1 is formed of a resin film in which 30 weights of PTFE having an average particle (island) diameter of 10 ⁇ m is alloyed with respect to 100 weights of PEEK resin.
  • the particle diameter includes the diameter of the aggregate of grains when the grains are aggregates.
  • PEEK is used as the main raw material.
  • the resin film of the ultrasonic motor is used as the main raw material such as polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polybenzimidazole (PBI). ), And silicone and resin types have been changed.
  • the resin films of the ultrasonic motors in Measurement Examples 6 to 9 have different PTFE weight ratios.
  • the resin films of the ultrasonic motors of Measurement Examples 10 to 11 have different PTFE island diameters.
  • the resin film of Measurement Example 12 is the same component as that of Measurement Example 1, but the film thickness is different. The difference is that an epoxy resin is used as the main component.
  • the resin film of the ultrasonic motor of Measurement Example 13 is different in that metal powder is added.
  • the resin film of Measurement Example 14 is an epoxy resin with a different main component resin.
  • the epoxy resin film is not a polymer alloy because it is fired at a temperature below the melting point of PTFE.
  • the moving body 15 is alumite-treated aluminum.
  • the holding torque shown in Table 1 is a torque required when the ultrasonic motor is driven at a predetermined drive voltage and rotation speed from a stationary state.
  • the values of the holding torque shown in Table 1 indicate the ratio of the holding torque of the ultrasonic motor of each measurement example when the holding torque of the ultrasonic motor of the measurement example 1 is a specified value (1.0).
  • the holding torque value shown in Table 1 is preferably larger from the viewpoint of improving the driving efficiency and preventing the rotation of the moving body when not in use. It can be used.
  • the maximum torque shown in Table 1 is the maximum load torque that can be driven, that is, the maximum load torque.
  • the value of the maximum torque shown in Table 1 is the ratio of the maximum load torque of each ultrasonic motor when the maximum load torque of the ultrasonic motor of Measurement Example 1 is the specified value (1.0).
  • the value of the maximum torque shown in Table 1 is preferably 1.0 or more, but if it is a value larger than 0.9, the ultrasonic motor is within an allowable range.
  • the minimum starting rotational speed shown in Table 1 is the minimum rotational speed that can be driven, and the smaller the value, the smoother the driving at low speed is possible. If the minimum number of rotations is 0.9 or less, the ultrasonic motor is within an allowable range.
  • the minimum starting voltage shown in Table 1 is the lowest voltage that can be driven, and the smaller this value, the lower the power that can be driven. If the minimum starting voltage is 0.9 or less, the ultrasonic motor is within an allowable range.
  • the abnormal noise generation rotational speed shown in Table 1 is obtained by examining the minimum rotational speed at which abnormal noise is generated when the ultrasonic motor is driven under a predetermined driving condition.
  • an ultrasonic motor generates abnormal noise at a rotational speed equal to or higher than the abnormal noise generation rotational speed, and therefore the abnormal noise generation rotational speed is as large as possible (1 or more rotations when the specified abnormal noise generation rotational speed is 1). Those that generate abnormal noise in numbers) are preferred.
  • the abrasion amount of the resin film shown in Table 1 is the abrasion amount of the elastic body when the ultrasonic motor is rotated 50000 at a predetermined load torque and rotation speed (load torque 20 N ⁇ mm, rotation speed 60 rpm). It is measured and evaluated as depth.
  • This wear depth is the difference from the thickness of the elastic body after rotational driving when the thickness of the elastic body before rotating 50000 is used as a reference. The smaller the wear depth, the smaller the amount of wear caused by driving and the better the durability.
  • the wear amount is preferably 1.2 or less.
  • the holding torque, maximum torque, minimum starting voltage, and power consumption of the ultrasonic motor of the measurement example having a resin film mainly composed of PEEK resin are compared with those of the ultrasonic motor of measurement example 14 (epoxy resin is the main component). And good.
  • the resin films of the ultrasonic motors in Measurement Examples 1 to 5 differ in the resin type of the resin film. In any case, alloying with PTFE is performed at the time of film baking.
  • the driving performance of the ultrasonic motors of Measurement Examples 1 to 5 is generally good, although the performance varies somewhat depending on the resin type.
  • the resin films of the ultrasonic motors in Measurement Examples 6 to 9 have different PTFE weight ratios.
  • PTFE lubricity is improved but the friction coefficient is lowered, the torque is reduced, the wear is increased, and the power consumption is also increased.
  • the PTFE is small, the lubricity is lowered, the startability is deteriorated, abnormal noise is easily generated, and wear is increased.
  • the resin films of the ultrasonic motors in Measurement Examples 10 to 11 have different PTFE island diameters.
  • the PTFE distribution on the sliding surface is also different.
  • the friction coefficient tends to decrease and the torque tends to decrease.
  • the resin film of Measurement Example 12 is the same component as that of Measurement Example 1, but the film thickness is different. When the film thickness is increased, the function as a vibration absorbing material works, so that the problem as shown in Table 1 works.
  • Measurement Example 15 shows an example in which the moving body 15 is anodized. In measurement example 15, the amount of wear is 1.1 times that in measurement example 1. Therefore, hard chromium is preferable as the moving body 15 as compared with alumite.
  • the resin film formed as one of the two contact surfaces between the elastic body 12 and the moving body 15 is a polymer alloy containing PTFE, durability is good. It is possible to obtain the ultrasonic motor 10 in which the generation of abnormal noise is reduced and the driving performance is good (small input and large output).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an ultrasonic motor 20 according to the second embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic motor 20 according to the second embodiment of the present invention is provided in the lens barrel 3 of the camera 1 similar to the ultrasonic motor 10 of the first embodiment, and drives the lens 4 when performing the focusing operation. It is used as a drive source.
  • the ultrasonic motor 20 is configured to transmit a driving force to a cam cylinder (not shown) via a gear (not shown) and to drive the lens 4 held by the cam cylinder. Different.
  • the ultrasonic motor 20 includes a vibrator 23, a moving body 25, an output shaft 28, a pressure unit 29, and the like.
  • the vibrator 23 is a substantially ring-shaped member having an elastic body 22 and a piezoelectric body 21 joined to the elastic body 22.
  • the vibrator 23 generates a traveling wave due to the expansion and contraction of the piezoelectric body 21.
  • the elastic body 22 is a substantially ring-shaped member formed of stainless steel.
  • the piezoelectric body 21 is joined to one surface, and a plurality of grooves are formed in the circumferential direction on the other surface.
  • a comb tooth portion 22a is provided.
  • the tip surface of the comb tooth portion 22a is a contact surface that is in pressure contact with the moving body 25, and the moving body 25 in contact with this surface is driven by a traveling wave.
  • a resin film 31 is formed on the contact surface of the vibrator 23 with the moving body 25 in the same manner as the vibrator 13 shown in the first embodiment.
  • the resin film 31 of this embodiment is formed of a resin film equivalent to Measurement Example 1 in Table 1.
  • the film thickness of the resin film 31 is 30 ⁇ m.
  • the elastic body 22 has a flange-like flange portion 22b formed to extend in the radial direction on the inner peripheral side, and is supported by the support body 26 by the flange portion 22b.
  • the piezoelectric body 21 has a function of converting electrical energy into mechanical energy.
  • a piezoelectric element is used as the piezoelectric body 21 as in the first embodiment, but an electrostrictive element may be used.
  • the piezoelectric body 21 expands and contracts by a drive signal supplied from a flexible printed circuit board 24 electrically connected to a predetermined electrode portion formed on the piezoelectric body 21, and causes the elastic body 22 to vibrate.
  • a control device 201 Connected to the flexible printed circuit board 24 is a control device 201 that controls a camera equipped with the ultrasonic motor 20.
  • a temperature sensor 202 is connected to the control device 201, and the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric body 21 is adjusted so that the number of rotations is constant according to the detection result of the temperature sensor 202. is doing.
  • the moving body 25 is in pressure contact with the vibrator 23 and is rotationally driven by an elliptical motion caused by a traveling wave generated on the contact surface of the vibrator 23 (tip surface of the comb tooth portion 22a).
  • the moving body 25 is a member formed of stainless steel.
  • the moving body 25 is fitted to the output shaft 28.
  • the moving body 25 of this embodiment is formed of a stainless alloy, and a chromium film layer 32 is formed on the contact surface of the moving body 25 with the vibrator 23. Therefore, the surface where the moving body 25 and the vibrator 23 are in frictional contact has a form in which the chromium film layer 32 and the resin film 31 are in contact with each other.
  • the output shaft 28 has a substantially cylindrical shape. One end of the output shaft 28 is fitted to the moving body 25 via the rubber member 30, and the other end is rotatable to the support 26 via the bearing 27. Is attached. The output shaft 28 rotates integrally with the moving body 25 and transmits the rotational motion of the moving body 25 to a driven member such as a gear (not shown).
  • the pressurizing unit 29 is a mechanism that pressurizes the vibrator 23 and the moving body 25.
  • the pressurizing unit 29 is disposed in contact with the spring 29a that generates pressure, the press ring 29b that presses one end of the spring 29a, the press ring 29c that presses the other end of the spring 29a, and the output shaft 28.
  • An E-ring 29d that is inserted into the formed groove and regulates the position of the pressing ring 29c is provided.
  • the ultrasonic motor 20 as shown in the present embodiment, by forming the resin film 31 on the frictional contact surface of the vibrator 23, the amount of wear is reduced, the noise is reduced, the durability is improved, and the driving performance is stabilized. And start-up characteristics can be improved.
  • the ultrasonic motor 20 shown in the present embodiment is often manufactured as a small ultrasonic motor having a smaller diameter than the ultrasonic motor shown in the first embodiment, heat generation is a problem. Become. However, according to this embodiment, since the resin film 31 of the measurement example 13 uses the metal powder, it is excellent in heat dissipation.
  • a hard chromium film is shown as the sliding film of the moving body.
  • Surface treatment such as hard anodized / electroless nickel plating, PVD method (vacuum deposition, sputtering, etc.), CVD It may be a film formed by another manufacturing method such as a method, a thermal spraying method, an epitaxial method, or an electrodeposition method.
  • a metal alloy alone or a resin film may be used without applying a film. It may be a composite coating such as producing hard chrome on chrome plating.
  • the resin films 18 and 31 are formed on the contact surfaces of the vibrators 13 and 23 (tip surfaces of the comb teeth portions 12a and 22a) has been described.
  • 25 may be formed with a resin film.
  • a resin film may be formed on both the contact surfaces of the vibrators 13 and 23 and the contact surfaces of the moving bodies 15 and 25.
  • the present invention may be applied to a vibration actuator in which the piezoelectric body and the moving body are in frictional contact without using an elastic body.
  • a resin film may be formed on at least one of the contact surface of the piezoelectric body with respect to the moving body and the contact surface of the moving body with respect to the piezoelectric body.
  • stainless steel is used as the material for forming the elastic bodies 12 and 22, but other iron-based materials may be used.
  • various steel materials such as S15C, S55C, SCr445, and SNCM630 may be used, or phosphor bronze and an aluminum alloy may be used.
  • the moving bodies 15 and 25 are made of stainless steel.
  • the present invention is not limited to this, and iron-based materials, aluminum alloys, phosphor bronze, or the like may be used.
  • various steel materials such as S15C, S55C, SCr445, and SNCM630 may be used.
  • chromium coating may be performed after pre-treatment using a resin having high heat resistance such as polyimide resin or PEEK (polyetherethertone) resin.
  • PTFE polyvinylidene Fluoride
  • PVF Polyvinylfluoride
  • a modified resin may be used as the main component resin of the polymer alloy.
  • the ultrasonic motor in which the moving bodies 15 and 25 are driven to rotate is shown.
  • the present invention is not limited to this, and a linear drive type vibration actuator in which the moving body is driven in a linear direction may be used.
  • a rotary (annular) ultrasonic motor in which the moving bodies 15 and 25 are driven to rotate is taken as an example.
  • sticking becomes a problem. This is because, in many cases, a large effect can be obtained by applying the present invention.
  • the ultrasonic motor using the vibration in the ultrasonic region has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, a vibration actuator that uses vibration outside the ultrasonic region.
  • the ultrasonic motors 10 and 20 are used as drive sources for performing the focusing operation of the lens barrel of the camera.
  • the present invention is not limited thereto, and for example, the zooming operation of the lens barrel is performed. You may use for a drive source.
  • the ultrasonic motors 10 and 20 may be used for a driving source of a copying machine or the like, a steering wheel tilt device of an automobile, a driving unit of a headrest, or the like.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)

Abstract

　製造が容易であり、異音が発生せず駆動性能の良好な振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器を提供する。　本発明の振動アクチュエータ１０，２０は、振動を発生する振動子１３，２３と、前記振動子１３，２３と加圧接触され、前記振動によって前記振動子１３，２３に対して相対移動する相対移動部材１５，２５と、を備え、前記振動子１３，２３の前記相対移動部材１５，２５と接触する第一接触面、及び、前記相対移動部材１５，２５の前記振動子１３，２３と接触する第二接触面、の一方が、フッ素樹脂を含むポリマーアロイの樹脂膜１８，３１で形成されていること、を特徴とする。

Description

振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器
　本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器に関する。
　従来、電気機械変換素子と弾性体とが接合された振動子を有し、電気機械変換素子の伸縮を利用して弾性体に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、この進行波によって、振動子（弾性体）に加圧接触した相対移動部材を摩擦駆動する振動アクチュエータが知られている。この種の振動アクチュエータでは、弾性体は、与えられた振動を効率よく相対移動部材へ伝えるために、高弾性材料、例えば、ステンレス系の金属材料等が用いられる。
　このような振動アクチュエータでは、振動子と相対移動部材との摩擦接触面が振動アクチュエータの駆動の安定性や効率等に与える影響が大きい。そのため、摩擦接触面には、耐久性等を向上させるための様々な試みがなされている。例えば、特許文献１は、耐熱性樹脂粉末を含有する四フッ化エチレン樹脂からなる成形材を摩擦材として弾性体と移動部材の間に敷設している。
特開平４－１１７１８３号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された手法においては、成形・成形品の切削・敷設といった手間、また樹脂の中では比較的軟らかい四フッ化エチレン樹脂の破損・脱落が起きる可能性がある。四フッ化エチレン樹脂の破損・脱落が起きると、駆動時に異音が発生する。更に起動特性が低下したり耐用時間の低下が起きる。つまり超音波モータの特徴である静粛性が失われ、スムーズな起動ができず耐久性が得られない場合があるという問題があった。
　以上のような事情に鑑み、本発明は、駆動性能の良好な振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器を提供することを目的とする。
　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。
　本発明の第１の見地によると、振動を発生する振動子と、前記振動子と加圧接触され、前記振動によって前記振動子に対して相対移動する相対移動部材と、を備え、前記振動子の前記相対移動部材と接触する第一接触面、及び、前記相対移動部材の前記振動子と接触する第二接触面、の一方が、フッ素樹脂を含むポリマーアロイの樹脂膜で形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータを提供する。
　前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであってもよい。
　前記樹脂膜は、摂氏３００度以上で酸化・劣化が起きない樹脂を含んでもよい。
　前記樹脂膜は、前記フッ素樹脂以外に、主剤樹脂としてポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、及びシリコーンの少なくとも１つを含んでもよい。
　前記樹脂膜に含まれるフッ素樹脂は、重量比において主剤樹脂を１００としたときに５～４０含まれていてもよい。
　前記樹脂膜に含まれるフッ素樹脂は、粒径が２０μｍ以下であってもよい。
　前記樹脂膜は膜厚が３～６０μｍであってもよい。
　前記樹脂膜は、金属粉末を含んでもよい。
　前記第一接触面、及び、前記第二接触面、の他方が、硬質クロム膜で形成またはアルマイト処理されていてもよい。
　本発明の第２の見地によると、上記振動アクチュエータを備えること、を特徴とするレンズ鏡筒を提供する。
　本発明の第３の見地によると、上記振動アクチュエータを備えること、を特徴とする電子機器を提供する。
　本発明によれば、製造が容易であり、異音の発生が低減され、駆動性能の良好な振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器を提供することができる。
第１実施形態のカメラ１を示す図である。 第１実施形態の超音波モータ１０を示す図である。 第１実施形態の超音波モータ１０の弾性体１２と移動体１５との摩擦接触面を拡大した図である。 第２実施形態の超音波モータ２０を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。　
［第一実施形態］　
　図１は、本発明の第一実施形態に係るカメラ１の構成を示す図である。　
　本実施形態では、振動アクチュエータとして、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。また、本実施形態では、電子機器として、カメラを一例に挙げて説明する。
　カメラ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、本実施形態のカメラ１は、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示すが、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。
　レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、超音波モータ１０等を備える。本実施形態では、超音波モータ１０は、略円環形状であり、その円環中心軸方向が光軸方向（図１中の矢印Ａ方向）と略一致するようにレンズ鏡筒３内に配置されている。この超音波モータ１０は、カメラ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いる。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のレンズ枠４ａは、カム筒５とカム係合しており、超音波モータ１０の駆動力によってカム筒５が光軸回りに回転すると、レンズ４は、光軸方向へ移動して焦点調節が行なわれる。
　図１において、レンズ鏡筒３内に設けられた不図示のレンズ群（レンズ４を含む）によって、撮像素子６の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子６によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。
　図２は、第１実施形態の超音波モータ１０を示す図である。　
　本実施形態の超音波モータ１０は、圧電体１１及び弾性体１２を備える振動子１３と、移動体１５と、フレキシブルプリント基板１４と、振動吸収材１６と、支持体１７等とを備えている。
　圧電体１１は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有する。本実施形態では、圧電体１１として圧電素子を用いているが、電歪素子を用いてもよい。この圧電体１１は、フェルト等の振動吸収材１６を介して、レンズ鏡筒３に設けられた支持体１７に固定されている。
　圧電体１１は、不図示の電極部が形成されている。圧電体１１は、この電極部と電気的に接続されたフレキシブルプリント基板１４から供給される駆動信号により伸縮し、弾性体１２を励振する。
　弾性体１２は、圧電体１１の励振により進行波を発生する部材である。弾性体１２は、高弾性率を有するステンレス鋼、インバー鋼等の鉄合金により形成される。本実施形態の弾性体１２は、ＳＵＳ３０３により形成されている。弾性体１２は、略円環形状の部材であり、一方の面には導電性を有する接着剤等により圧電体１１が接着され、他方の面には複数の溝１２ｂを切って形成された櫛歯部１２ａが設けられている。
　櫛歯部１２ａの先端面は、後述する移動体１５と加圧接触する接触面であり、この面に発生する進行波によって移動体１５が回転駆動される。この櫛歯部１２ａの先端面には、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を主原料とする樹脂膜１８（図３参照）が形成されている。
　移動体１５は、ステンレス等の金属によって形成された略円環形状の部材である。移動体１５は、ステンレス合金により形成されている。移動体１５は、振動子１３（弾性体１２）に加圧接触され、進行波により摩擦駆動される。この移動体１５の振動子１３に対する接触面には、硬質クロム皮膜層１９（図３参照）がめっき処理により形成されている。
　フレキシブルプリント基板１４は、圧電体１１の所定の電極部と電気的に接続されており、圧電体１１に駆動信号を供給する部材である。フレキシブルプリント基板１４には、カメラ１の制御を行う制御装置１０１が接続されている。制御装置１０１には、温度センサ１０２が接続されており、温度センサ１０２の検知結果に応じて、超音波モータ１０の回転数が一定となるように、圧電体１１に供給する駆動信号の周波数を調整している。
　図３は、第１実施形態の超音波モータ１０の弾性体１２と移動体１５との接触部分を拡大した図である。なお、図３では、超音波モータ１０の周方向の断面の一部を拡大して示している。
　弾性体１２の移動体１５との接触面（櫛歯部１２ａの先端面）には、樹脂膜１８が設けられている。移動体１５の弾性体１２との接触面には、硬質クロム皮膜層１９が設けられている。従って、振動子１３と移動体１５とが摩擦接触する面は、樹脂膜１８と硬質クロム皮膜層１９とが接触する形態となっている。本実施形態の樹脂膜１８は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）とポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫという）を主原料とする塗料を塗布し、約３５０度で焼成することによりポリマーアロイ膜を形成したものである。
　本実施形態の樹脂膜１８には、ＰＥＥＫ樹脂の重量１００に対して、ＰＴＦＥが重量比３０配合されている。また、樹脂膜１８は、表面を約１０μｍ研磨して使用している。その際の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１－２００１）は０．５μｍであり、研磨後の膜厚が、３０μｍである。
　ポリマーアロイとは、いわば樹脂の合金（アロイ）である。複数の樹脂（ポリマー）を分子、原子レベルで組合せ、それぞれの樹脂の特徴を生かして相手の樹脂の欠点を克服したり、個別の樹脂では得られない新しい性質を生み出す方法のことである。単に、樹脂同士を混ぜ合わせただけでは、両方の樹脂の相性が悪く、良好な物性が出てこない場合が多い。このため、添加剤に工夫を凝らしたり、一方の樹脂を変性させることで相性を改善することにより相溶性の良好なポリマーアロイが得られる。
　以下の説明においては、特に記載が無い場合、ＰＴＦＥや無機粉末の量を、主剤となるＰＥＥＫ樹脂の重量を基準とし、ＰＥＥＫ樹脂の重量を１００としたときの比で示す。
　ＰＥＥＫ樹脂を主原料とした塗装膜は、他の樹脂を塗膜として用いた場合に比べて、硬さ、耐塑性変形性、密着性や剥離強度、耐摩耗性、耐熱性、塗料安定性、加工性、耐沸水性、等の点において優れている。さらに、ＰＴＦＥとのポリマーアロイ化により樹脂膜１８を形成することにより、以下のような効果が期待できる。
　（１）樹脂膜１８は、エポキシ樹脂等の耐熱性の低い（耐熱温度２００度以下）を用いた他の樹脂膜に比べて高い耐熱性を有しているため、移動体１５（硬質クロム皮膜層１９）との接触面の耐摩耗性・耐塑性変形性を向上できる。
　（２）樹脂膜１８はポリマーアロイであるため、成分材料の脱落を防止できる。
　（３）樹脂膜１８の耐熱性が向上し、超音波モータ１０の駆動時に発生する摩擦熱によって、樹脂膜１８が変質することを防止できる。
　（４）樹脂膜１８の耐水性が向上し、空気中の水分によって樹脂膜１８が化学的に変質することを防止できる。
　本実施形態の樹脂膜１８が含有するＰＴＦＥの粒径の平均は、１０μｍである。なお、本実施形態の樹脂膜１８の膜厚が３０μｍであるため、この大きさのＰＴＦＥを用いたが、膜厚の厚さ等に合わせてＰＴＦＥの平均径を適宜選択して用いてよい。
　ＰＴＦＥは、高い潤滑特性を有しており、摩擦係数を下げ、超音波モータの低速での起動性を向上させる効果を有する。また、ＰＴＦＥは、高い撥水性を有しており、樹脂膜１８と硬質クロム皮膜層１９との高温高湿下での固着を防止することができる。しかし、ＰＴＦＥの融点３２７℃以下の塗膜焼成では塗膜を構成する樹脂とのアロイ化は困難である。
　本実施形態の樹脂膜１８が含有する金属粉末は、入れなくてもよいが入れる場合は相手材（本実施例はクロム）との相溶性の小さい金属であることが望ましい。金属粉末の平均は例えば１μｍ～３μｍ程度となっている。樹脂膜１８が金属粉末を含有することによって、塗膜の緻密性が向上し、硬度や耐塑性変形性を向上させる効果を有する。また、摩擦駆動によって樹脂膜１８の移動体１５（硬質クロム皮膜層１９）との接触面内に生じた熱を接触面外へ伝導して接触面内に熱がこもることを防止し、駆動効率を向上させる効果を有する。
　また、金属粉末は、振動子１３と移動体１５との摩擦係数（すなわち、樹脂膜１８と硬質クロム皮膜層１９との摩擦係数）を増大させ、保持トルクや最大負荷トルクを向上させる効果を有する。
　この樹脂膜１８は、次のような工程を経て形成される。　
　まず、弾性体１２の移動体１５との接触面（櫛歯部１２ａの先端面）の脱脂処理を行う。このとき、更なる密着性向上のためにブラスト・エッチング等面を荒らす処理を行なってもよい。
　ＰＥＥＫ樹脂に、ＰＴＦＥ、溶剤を混合した溶液を作る。この溶液を弾性体１２の摩擦接触面に塗布し、３５０℃程度の高温下に放置して、乾燥硬化させる。硬化後、樹脂膜１８の表面をグリーンカーボランダム等を用いて研磨して平坦にする。
　一方、硬質クロム皮膜層１９は、ステンレス合金（ＳＵＳ３０４）によって形成された移動体１５の表面に硬質クロムメッキ処理を施すことにより形成される。硬質クロム皮膜が形成されたのち、表面を番手＃３２０～＃８０００のＧＣ（グリーンカーボランダム）研磨紙により研磨し、硬質クロム皮膜層１９を所望の粗さとする。例えば、硬質クロム皮膜層１９の表面の最大高さ粗さが０．１３～１．３μｍとなるようにすることが好ましい。
　次に、樹脂膜１８が形成された弾性体１２に圧電体１１を接合し、振動子１３を形成する。振動子１３の樹脂膜１８と移動体１５の硬質クロム皮膜層１９とが接触するように振動子１３と移動体１５とを配置し、各部材を組み立てる。これらの工程を経て、超音波モータ１０が作製される。
　ここで、各種樹脂に対するＰＴＦＥ、金属粉末の量（ＰＥＥＫ樹脂の重量に対する比）・ＰＴＦＥの粒径・膜厚が異なる測定例１～１３の超音波モータと、振動子１３の摩擦接触面にエポキシ樹脂塗装膜を施した比較例１４の超音波モータと、移動体１５がアルミにアルマイト処理（測定例１～１４の移動体１５は硬質クロム）した比較例１５の超音波モータと、を用意し、最小異音回転数や、保持トルク、最大トルク、最小起動回転数、最低起動電圧、摩耗特性等の超音波モータの駆動性能について調べた。この結果を下の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　測定例１～１４の超音波モータは、ＰＴＦＥ等の構成成分量等が異なる点以外は、本実施形態の超音波モータ１０と略同様の形態である。
　比較例１３の超音波モータは、振動子１３の移動体１５との接触面に、樹脂膜１８ではなくエポキシ系樹脂膜が形成されている点が異なる以外は、本実施形態の超音波モータ１０と略同様の形態である。
　比較例１５の超音波モータは、移動体１５がアルミにアルマイト処理した点以外は、本実施形態の超音波モータ１０と略同様の形態である。
　測定例１の超音波モータの樹脂膜は、ＰＥＥＫ樹脂１００重量に対し、平均粒（島）径１０μｍのＰＴＦＥが３０重量がアロイ化された樹脂膜により形成されている。なお、本明細書において、粒径とは、粒が集合体となっている場合、その粒の集合体の径を含むものとする。
　また、測定例１は主原料としてＰＥＥＫを用いているが、測定例２～５において超音波モータの樹脂膜は、主原料として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、及びシリコーンと、樹脂の種類を変更している。
　測定例６～９の超音波モータの樹脂膜は、ＰＴＦＥの重量比が異なっている。測定例１０～１１の超音波モータの樹脂膜は、ＰＴＦＥの島径が異なっている。
　測定例１２の樹脂膜は、測定例１と同様の構成成分であるが、膜厚が異なる。主成分としてエポキシ樹脂を用いる点が異なる。測定例１３の超音波モータの樹脂膜は、金属粉末が添加されている点で異なる。
　測定例１４の樹脂膜は、主成分の樹脂が異なりエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂膜はＰＴＦＥの融点以下での焼成となるため、ポリマーアロイではない。
　比較例１５の超音波モータは、移動体１５がアルミにアルマイト処理ものである。
　また、表１に示す保持トルクとは、静止状態から所定の駆動電圧及び回転数で超音波モータを駆動する場合に必要となるトルクである。表１に示す保持トルクの値は、測定例１の超音波モータでの保持トルクを規定値（１．０）とした場合の各測定例の超音波モータの保持トルクの比を示している。
　表１に示す保持トルクの値は、駆動効率の向上効果や不使用時の移動体の回転等を防止する観点から大きい方が好ましいが、０．８より大きい値であれば、超音波モータとして使用可能である。
　表１に示す最大トルクとは、駆動可能な負荷トルクの最大値、すなわち、最大負荷トルクである。表１に示す最大トルクの値は、測定例１の超音波モータの最大負荷トルクを規定値（１．０）とした場合の各超音波モータの最大負荷トルクの比である。表１に示す最大トルクの値は、１．０以上であることが好ましいが、０．９より大きい値であれば、超音波モータとしては許容範囲内である。
　表１に示す最小起動回転数とは、駆動可能な最小回転数であり、この値が小さいほど低回転での滑らかな駆動が可能となる。最小回転数が０．９以下であれば超音波モータとしては許容範囲内である。
　表１に示す最低起動電圧とは、駆動可能な最低電圧であり、この値が小さいほど小電力で駆動が可能となる。最低起動電圧が０．９以下であれば超音波モータとしては許容範囲内である。
　表１に示す異音発生回転数とは、超音波モータを所定の駆動条件下で駆動した場合の異音が発生する最小の回転数を調べたものである。通常、超音波モータは、異音発生回転数以上の回転数で異音が発生するため、異音発生回転数がなるべく大きい（規定の異音発生回転数を１としたとき、１以上の回転数で異音が発生する）ものが好ましい。
　表１に示す樹脂膜の磨耗量とは、超音波モータを所定の負荷トルク及び回転数（負荷トルク２０Ｎ・ｍｍ、回転数６０ｒｐｍ）で、５００００回転させた場合の弾性体の磨耗量を、磨耗深さとして測定し、評価したものである。この磨耗深さとは、５００００回転させる前の弾性体の厚みを基準としたときの回転駆動後の弾性体の厚みとの差である。この磨耗深さが小さい方が、駆動によって生じた磨耗量が小さく、耐久性が良好である。なお、表１では、測定例１の超音波モータを駆動した場合の磨耗量（磨耗深さ）を１としたとき、１．２以下の摩耗量であることが望ましい。
　次に、測定例及び各測定例の超音波モータの測定結果について説明する。
　まず、ＰＥＥＫ樹脂を主成分とする樹脂膜を有する測定例の超音波モータの保持トルク、最大トルク、最低起動電圧、消費電力は、測定例１４（エポキシ樹脂を主成分）の超音波モータに比べて良好である。
　測定例１～５の超音波モータの樹脂膜は、樹脂膜の樹脂種が異なる。いずれも膜焼成時にＰＴＦＥとのアロイ化を実施している。測定例１～５の超音波モータの駆動性能は樹脂種によって多少性能は異なるが、概ね良好である。
　測定例６～９の超音波モータの樹脂膜は、ＰＴＦＥの重量比が異なっている。ＰＴＦＥが多いと、潤滑性は向上するが摩擦係数が低下し、トルクが小さくなり、摩耗が増え消費電力も増える。一方ＰＴＦＥが少ないと、潤滑性が低下し起動性が悪化し、異音が出やすくなり摩耗も増える。
　測定例１０～１１の超音波モータの樹脂膜は、ＰＴＦＥの島径が異なっている。島径が異なると、摺動表面におけるＰＴＦＥ分布も異なる。膜厚に対して島径が大きいと摩擦係数が低下し、トルクが小さくなる傾向があった。
　測定例１２の樹脂膜は、測定例１と同様の構成成分であるが、膜厚が異なる。膜厚が厚くなると振動吸収材としての作用が働くため表１で見られるような不具合が働く。
　測定例１５は移動体１５がアルマイトの例を示したものである。測定例１５は、測定例１の場合と比べると、磨耗量が１．１倍となっている。したがって、移動体１５として、アルマイトと比べると硬質クロムが好ましい。
　以上のように、本実施形態によれば、弾性体１２と移動体１５との間の２つの接触面の一方として形成された樹脂膜がＰＴＦＥを含むポリマーアロイであるため、耐久性が良好で異音の発生が低減され駆動性能の良好（小入力大出力）な超音波モータ１０を得ることができる。
［第二実施形態］
　図４は、本発明の第二実施形態に係る超音波モータ２０を示す断面図である。
　本発明の第二実施形態に係る超音波モータ２０は、上記第一実施形態の超音波モータ１０と同様のカメラ１のレンズ鏡筒３に設けられ、フォーカス動作を行なう際のレンズ４を駆動する駆動源として用いられている。この超音波モータ２０は、不図示のギアを介して駆動力を不図示のカム筒に伝え、このカム筒に保持されるレンズ４を駆動する形態となっている点が第一実施形態とは異なる。
　超音波モータ２０は、振動子２３、移動体２５、出力軸２８、加圧部２９等を備えている。振動子２３は、弾性体２２と、弾性体２２に接合された圧電体２１等を有する略円環形状の部材である。この振動子２３は、圧電体２１の伸縮により進行波が発生する。
　弾性体２２は、ステンレス鋼により形成された略円環形状の部材であり、一方の面には圧電体２１が接合され、もう一方の面には周方向に複数の溝を切って形成された櫛歯部２２ａが設けられている。この櫛歯部２２ａの先端面は、移動体２５に加圧接触される接触面であり、この面に接する移動体２５を進行波によって駆動する。
　振動子２３の移動体２５との接触面には、第一実施形態に示した振動子１３と同様に、樹脂膜３１が形成されている。本実施形態の樹脂膜３１は、表１の測定例１に同等の樹脂膜で形成されている。また、樹脂膜３１の膜厚は３０μｍである。
　弾性体２２は、その内周側の径方向に伸ばして形成された鍔状のフランジ部２２ｂを有し、このフランジ部２２ｂにより支持体２６に支持されている。
　圧電体２１は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有する。本実施形態では、第１実施形態と同様に、圧電体２１として、圧電素子を用いているが、電歪素子を用いてもよい。この圧電体２１は、圧電体２１に形成された所定の電極部と電気的に接続されたフレキシブルプリント基板２４から供給される駆動信号により伸縮し、弾性体２２に振動を生じさせる。
　フレキシブルプリント基板２４には、超音波モータ２０を備えられるカメラの制御を行う制御装置２０１が接続されている。本実施例において、制御装置２０１には温度センサ２０２が接続されており、温度センサ２０２の検知結果に応じて、回転数が一定となるように、圧電体２１に供給する駆動信号の周波数を調整している。
　移動体２５は、振動子２３と加圧接触し、振動子２３の接触面（櫛歯部２２ａの先端面）に生じた進行波による楕円運動によって回転駆動される。移動体２５は、ステンレスにより形成された部材である。移動体２５は、出力軸２８に嵌合している。本実施形態の移動体２５は、ステンレス合金によって形成され、移動体２５の振動子２３との接触面にクロム皮膜層３２が形成されている。従って、移動体２５と振動子２３とが摩擦接触する面は、クロム皮膜層３２と樹脂膜３１とが接する形態となっている。
　出力軸２８は、略円筒形状をしており、一方の端部はゴム部材３０を介して移動体２５と嵌合し、もう一方の端部は、ベアリング２７を介して支持体２６に回転自在に取り付けられている。この出力軸２８は、移動体２５と一体に回転して移動体２５の回転運動を不図示のギア等の被駆動部材に伝達する。
　加圧部２９は、振動子２３と移動体２５とを加圧する機構である。加圧部２９は、加圧力を発生するバネ２９ａと、ベアリング２７に接して配置され、バネ２９ａの一端を押さえる押さえリング２９ｂと、バネ２９ａの他端を押さえる押さえリング２９ｃと、出力軸２８に形成された溝に挿入され、押さえリング２９ｃの位置を規制するＥリング２９ｄとを備えている。
　本実施形態に示すような超音波モータ２０においても、樹脂膜３１を振動子２３の摩擦接触面に形成することにより、磨耗量の低減、異音の低減、耐久性の向上、駆動性能の安定化、起動特性の向上等を図ることができる。
　さらに、本実施形態に示した超音波モータ２０は、第１実施形態に示した超音波モータに比べて径が小さい小型の超音波モータとして作製される場合が多いため、熱の発生が問題となる。しかし、本実施形態によれば、測定例１３の樹脂膜３１は、金属粉末を使用しているため放熱性に優れる。
　本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
　また、上記各実施形態では、移動体の摺動膜として硬質クロム皮膜を示したが、これに限らず硬質アルマイト・無電解ニッケルメッキ等の表面処理、ＰＶＤ法（真空蒸着・スパッタなど）・ＣＶＤ法・溶射法・エピタキシャル法・電着法等他の製作方法による皮膜であってもよい。また皮膜をつけず、金属合金単体であってもよいし、樹脂皮膜であってもよい。クロムメッキの上に硬質クロムを生成するなどの複合皮膜であってもよい。
　また、上記各実施形態では、振動子１３，２３の接触面（櫛歯部１２ａ，２２ａの先端面）に樹脂膜１８，３１を形成する例を示したが、これに限らず、移動体１５，２５の接触面に樹脂膜を形成してもよい。また、振動子１３，２３の接触面と移動体１５，２５の接触面との双方に樹脂膜を形成してもよい。さらに、弾性体を使用せずに、圧電体と移動体とが摩擦接触する形態の振動アクチュエータに適用してもよい。この場合、圧電体の移動体に対する接触面、移動体の圧電体に対する接触面の少なくとも一方に樹脂膜を形成すればよい。
　また、上記各実施形態では、弾性体１２，２２を形成する材料として、ステンレス鋼を用いたが、その他の鉄系材料を用いてもよい。例えば、Ｓ１５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣｒ４４５、ＳＮＣＭ６３０等の各種鉄鋼材料を用いてもよいし、リン青銅、アルミニウム系合金を用いてもよい。
　また、上記各実施形態では、移動体１５，２５は、ステンレス合金によって形成される例を示したが、これに限らず、鉄系材料・アルミニウム合金・リン青銅等を用いてもよい。例えば、Ｓ１５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＣｒ４４５、ＳＮＣＭ６３０等の各種鉄鋼材料を用いてもよい。また、ポリイミド樹脂や、ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）樹脂等の耐熱性の高い樹脂を用いて前処理を行なってからクロムコーティングを実施してもよい。
　上記各実施形態では、フッ素樹脂としてＰＴＦＥを用いる例を示したが、これに限らず、適当なフッ素樹脂を適宜選択して使用してよい。例えば、ＰＦＡ（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｙｌｖｉｎｙｌ　ｅｔｈｅｒ　Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＦＥＰ（Ｔｅｔｒａｆｌｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＣＴＦＥ（Ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｏ－Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＥＴＦＥ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＥＣＴＦＥ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｃｈｌｏｒｏｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ　Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ＰＶＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｆｌｕｏｒｉｄｅ）等が挙げられる。また、それぞれの官能基を変化させてもよい。
　ポリマーアロイの主剤樹脂としては変性させたものを用いてもよい。
　また、上記各実施形態では、移動体１５，２５が回転駆動される超音波モータを示したが、これに限らず、移動体が直線方向に駆動されるリニア駆動型の振動アクチュエータとしてもよい。なお、各実施形態では、移動体１５，２５が回転駆動される回転型（円環型）の超音波モータを例としてあげたが、これは、この型の超音波モータでは固着が問題になることが多く、本発明を適用することにより大きな効果が得られるからである。
　上記各実施形態では、超音波領域の振動を用いる超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波領域以外の振動を用いる振動アクチュエータに適用してもよい。
　上記各実施形態では、超音波モータ１０，２０は、カメラのレンズ鏡筒のフォーカス動作を行う駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズ鏡筒のズーム動作を行う駆動源に用いてもよい。また、超音波モータ１０，２０を、複写機等の駆動源や、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部等に用いてもよい。
　なお、実施形態及び変形形態は、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形態によって限定されることはない。
　１：カメラ、３：レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１３：振動子、１５：移動体、１８：樹脂膜

Claims (11)

  1. 　振動を発生する振動子と、前記振動子と加圧接触され、前記振動によって前記振動子に対して相対移動する相対移動部材と、を備え、
    　前記振動子の前記相対移動部材と接触する第一接触面、及び、前記相対移動部材の前記振動子と接触する第二接触面、の一方が、フッ素樹脂を含むポリマーアロイの樹脂膜で形成されていること、
    を特徴とする振動アクチュエータ。
  2. 　前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであること、
    を特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
  3. 　前記樹脂膜は、摂氏３００度以上で酸化・劣化が起きない樹脂を含むこと、
    を特徴とする請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
  4. 　前記樹脂膜は、前記フッ素樹脂以外に、主剤樹脂としてポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、及びシリコーンの少なくとも１つを含むこと、
    を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
  5. 　前記樹脂膜に含まれるフッ素樹脂は、重量比において主剤樹脂を１００としたときに５～４０含まれていること、
    を特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
  6. 　前記樹脂膜に含まれるフッ素樹脂は、粒径が２０μｍ以下であること、
    を特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
  7. 　前記樹脂膜は膜厚が３～６０μｍであること、
    を特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
  8. 　前記樹脂膜は、金属粉末を含むこと、
    を特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
  9. 　前記第一接触面、及び、前記第二接触面、の他方が、硬質クロム膜で形成またはアルマイト処理されていること、
    を特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
  10. 　請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータを備えること、
    を特徴とするレンズ鏡筒。
  11. 　請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータを備えること、
    を特徴とする電子機器。
PCT/JP2013/059090 2012-03-27 2013-03-27 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器 WO2013146922A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014507976A JP6197787B2 (ja) 2012-03-27 2013-03-27 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-071430 2012-03-27
JP2012071430 2012-03-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013146922A1 true WO2013146922A1 (ja) 2013-10-03

Family

ID=49260171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/059090 WO2013146922A1 (ja) 2012-03-27 2013-03-27 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP6197787B2 (ja)
WO (1) WO2013146922A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6197787B2 (ja) * 2012-03-27 2017-09-20 株式会社ニコン 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09163763A (ja) * 1995-12-01 1997-06-20 Ntn Corp 超音波モータ
JPH09191672A (ja) * 1996-01-09 1997-07-22 Canon Inc 振動波駆動装置
JPH11172123A (ja) * 1997-12-12 1999-06-29 Canon Inc 振動波モータ用摩擦材、それを用いた振動波モータおよび機器
JP2000181100A (ja) * 1998-12-14 2000-06-30 Fuji Electric Co Ltd 電子写真感光体製造用ボビンおよびその製造方法
JP2010124654A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Nikon Corp 振動波アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4735982A (en) * 1986-07-25 1988-04-05 The B. F. Goodrich Company Thermoplastic-rubber polymer alloys and method for producing the same
JPH01206880A (ja) * 1988-02-09 1989-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超音波モータ
JP2874773B2 (ja) * 1989-12-05 1999-03-24 キヤノン株式会社 振動波駆動装置
JPH04117183A (ja) * 1990-09-04 1992-04-17 Ntn Eng Plast Corp 超音波モータ
JPH08266075A (ja) * 1995-03-27 1996-10-11 Canon Precision Inc 超音波リニアモータ
JP4124891B2 (ja) * 1998-12-09 2008-07-23 キヤノン株式会社 振動波モータに用いる摩擦材の製造方法
US6643906B2 (en) * 1998-12-09 2003-11-11 Canon Kabushiki Kaisha Friction member, and vibration wave device and apparatus using friction member
JP2000278973A (ja) * 1999-03-23 2000-10-06 Canon Inc 振動モータ用摩擦材、その製造方法、それを用いた振動モータおよび機器
JP2007119638A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Chubu Electric Power Co Inc ポリアリーレンスルフィド系成形材料及びｐｐｓ系成形品
JP2010127413A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Mitsuboshi Belting Ltd 高負荷伝動ベルト
JP6197787B2 (ja) * 2012-03-27 2017-09-20 株式会社ニコン 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09163763A (ja) * 1995-12-01 1997-06-20 Ntn Corp 超音波モータ
JPH09191672A (ja) * 1996-01-09 1997-07-22 Canon Inc 振動波駆動装置
JPH11172123A (ja) * 1997-12-12 1999-06-29 Canon Inc 振動波モータ用摩擦材、それを用いた振動波モータおよび機器
JP2000181100A (ja) * 1998-12-14 2000-06-30 Fuji Electric Co Ltd 電子写真感光体製造用ボビンおよびその製造方法
JP2010124654A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Nikon Corp 振動波アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラ

Also Published As

Publication number Publication date
JP6197787B2 (ja) 2017-09-20
JP2018014883A (ja) 2018-01-25
JPWO2013146922A1 (ja) 2015-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7619348B2 (en) Motor, lens barrel, camera system, and method for producing motor
US10527815B2 (en) Vibration actuator, and lens barrel and camera provided with same
JP2012203085A (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器
JP6197787B2 (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器
JP5433991B2 (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ
JP6229461B2 (ja) 振動アクチュエータ、振動アクチュエータの制御装置、レンズ鏡筒及び電子機器
JP2018050467A (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器
US6320299B1 (en) Friction member used in vibration wave driving apparatus, and device using the vibration wave driving apparatus as driving source
JP2014233175A (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器
JP2009232622A (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ
JP2022007314A (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒および電子機器
JP2011010424A (ja) 振動アクチュエータ、光学機器
JP2017099209A (ja) 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器
JP2009273235A (ja) 振動アクチュエータ、光学機器
JP6331334B2 (ja) 摺動体、振動アクチュエータ及び光学部材
JP6614274B2 (ja) 摺動体、振動アクチュエータ及び光学部材
JP6589960B2 (ja) 振動アクチュエータ、振動アクチュエータの制御装置、レンズ鏡筒及び電子機器
JP5453781B2 (ja) 振動波アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラ
KR101240835B1 (ko) 카메라렌즈 구동용 초음파 모터
US11644736B2 (en) Vibration type actuator, camera platform, and electronic device
JP2024157358A (ja) 振動型アクチュエータに用いられる接触体の製造方法、及び振動型アクチュエータ
JPH11206159A (ja) 振動型駆動装置
JP2000166266A (ja) 振動型駆動装置およびこれを備えた機器
JPH1014264A (ja) 振動型駆動装置およびこれを備えた装置
JPH07177768A (ja) 振動波モータ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13770306

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014507976

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13770306

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1