振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及び電子機器
【課題】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こと。
【解決手段】振動を発生する振動子と、振動子と加圧接触され、振動によって振動子に対して相対移動する相対移動部材とを備え、振動子の相対移動部材に対する第一接触面、及び、相対移動部材の振動子に対する第二接触面、の一方は、弾性率が５ＧＰａ以下となるようにフッ素樹脂を含む樹脂膜で形成されており、第一接触面及び第二接触面の他方は、クルトシスが３．５〜６．５となるようにクロム化合物で形成されている。
【解決手段】振動を発生する振動子と、振動子と加圧接触され、振動によって振動子に対して相対移動する相対移動部材とを備え、振動子の相対移動部材に対する第一接触面、及び、相対移動部材の振動子に対する第二接触面、の一方は、弾性率が５ＧＰａ以下となるようにフッ素樹脂を含む樹脂膜で形成されており、第一接触面及び第二接触面の他方は、クルトシスが３．５〜６．５となるようにクロム化合物で形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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には、炭素繊維を充填した摺動材とビッカース硬度が６００以上、Ｒａ０．１μｍ以下の摺動材で摩擦接触面を構成する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８７４７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された手法においては、炭素繊維の分布の異方性や炭素繊維への荷重の集中、また炭素繊維そのものの弾性率の異方性により、駆動時に異音が発生する。更に起動特性が低下する場合もある。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ない場合があるという問題があった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明は、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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様に従えば、振動を発生する振動子と、振動子と加圧接触され、振動によって振動子に対して相対移動する相対移動部材とを備え、振動子の相対移動部材に対する第一接触面、及び、相対移動部材の振動子に対する第二接触面、の一方は、弾性率が５ＧＰａ以下となるようにフッ素樹脂を含む樹脂膜で形成されており、第一接触面及び第二接触面の他方は、クルトシスが３．５〜６．５となるようにクロム化合物で形成されている振動アクチュエータが提供される。
【０００８】
本発明の第二の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒が提供される。
【０００９】
本発明の第三の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う振動アクチュエータを備える電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態のカメラ１を示す図である。
【図２】第１実施形態の超音波モータ１０を示す図である。
【図３】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。
【図４】第２実施形態の超音波モータ２０を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ポリアミドイミド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。
【００２１】
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、窒化クロム皮膜層１９（図３参照）がイオンプレーティングにより形成されている。
【００２２】
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１０８が接続されている。制御装置１０８には、温度センサ１０９が接続されており、温度センサ１０９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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、窒化クロム皮膜層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と窒化クロム皮膜層１９とが接触する形態となっている。窒化クロムは化学的に不活性であるため、相手材料を攻撃しにくいという利点がある。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）と顔料が添加されたポリアミドイミド樹脂を主原料とする塗料を塗布することにより形成されている。
【００２５】
本実施形態の樹脂膜１８には、ポリアミドイミド樹脂の重量１００に対して、ＰＴＦＥが重量比３０、コバルトニッケル顔料が重量比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、１５μｍである。
【００２６】
以下の説明においては、特に記載が無い場合、ＰＴＦＥや顔料の量を、主剤となるポリアミドイミド樹脂の重量を基準とし、ポリアミドイミド樹脂の重量を１００としたときの比で示す。
【００２７】
ポリアミドイミド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。そのため、ＰＴＦＥや顔料を配合したポリアミドイミド樹脂により樹脂膜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。
【００２８】
（１）樹脂膜１８は、エポキシ樹脂等を用いた他の樹脂膜に比べて適切な弾性率を有しているため、移動体１５（窒化クロム皮膜層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の剥離強度や振動子１３（弾性体１２）に対する密着性が向上し、樹脂膜１８の耐久性が向上する。
（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。
【００２９】
本実施形態の樹脂膜１８が含有するＰＴＦＥは、粒状である。このＰＴＦＥの一次粒子の径の平均は、１〜５μｍ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、膜厚の厚さに合わせてＰＴＦＥの平均径を適宜選択して用いてよい。
【００３０】
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と窒化クロム皮膜層１９との高温高湿下での固着を防止することができる。
【００３１】
本実施形態の樹脂膜１８が含有する顔料は、コバルトニッケルであり、その粒径の平均は例えば１μｍ〜３μｍ程度となっている。樹脂膜１８が顔料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（窒化クロム皮膜層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。
【００３２】
また、顔料は、振動子１３と移動体１５との摩擦係数（すなわち、樹脂膜１８と窒化クロム皮膜層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。
【００３３】
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。
【００３４】
ポリアミドイミド樹脂に、ＰＴＦＥ、コバルトニッケルの添加物と、Ｎ−メチルピロリドン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、予備加熱ののち、２５０℃程度の高温下に２０〜６０分間放置して、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。
【００３５】
一方、窒化クロム皮膜層１９は、ステンレス合金（ＳＵＳ３０４）によって形成された移動体１５の表面に陽極酸化処理を施すことにより形成される。窒化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、窒化クロム皮膜層１９を所望の粗さとする。例えば、窒化クロム皮膜層１９の表面のクルトシスが３．５〜６．５となるようにする。また、窒化クロム皮膜層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。
【００３６】
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の窒化クロム皮膜層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。
【００３７】
ここで、ポリアミドイミド樹脂に対するＰＴＦＥ、顔料等の添加物の添加量（ポリアミドイミド樹脂の重量に対する比）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１の超音波モータを用意し、最小異音回転数や、保持トルク、最大トルク、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。
【００３８】
また、樹脂膜１８の弾性率を「計装化押し込み硬さ試験（ＩＳＯ １４５７７−１）」を用いて計測した。圧子の押し込み過程の試験力と押し込み深さの関係の荷重−除荷曲線の傾き等を利用して求める弾性率である。表１は、測定例１〜１４（比較例含む）の超音波モータの保持トルク等の測定結果を示す表である。
【表１】
【００３９】
測定例１〜１４の超音波モータは、ＰＴＦＥ等の各添加物の添加量や硬さが異なる点以外は、本実施形態の超音波モータ１０と略同様の形態である。また、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１４の超音波モータは、振動子１３の移動体１５との接触面に、窒化クロム皮膜層１９ではなくクロムメッキ皮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。
【００４０】
測定例１の超音波モータの樹脂膜は、ポリアミドイミド樹脂１００重量に対し、ＰＴＦＥが３０重量・コバルトニッケル顔料が３０重量混合された樹脂膜により形成されている。測定例１〜５の超音波モータの樹脂膜は、膜の弾性率を焼成温度・時間を変更することにより変化させている。
【００４１】
測定例３と測定例６〜８の超音波モータの樹脂膜は、測定例３と共通であるが、相対する窒化クロム皮膜層１９の表面粗さが異なっている。ＧＣ研磨紙の番手・研磨速度・研磨時間を変更することにより変化させている。測定例９〜１２の超音波モータの樹脂膜は、ＰＴＦＥの重量比が異なり、それに伴い樹脂の硬さも変化している。
【００４２】
測定例１３の樹脂膜は、主成分としてエポキシ樹脂を用いる点が異なる。測定例３と同一比率のＰＴＦＥと顔料が添加されている。測定例１４の超音波モータの樹脂膜は、測定例３と共通であるが、相対する窒化クロム皮膜層１９が窒化クロムではなく硬質クロムメッキである。
【００４３】
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３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。
【００４４】
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、０．９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。
【００４５】
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３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。
【００４６】
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１．０以下であれば超音波モータとしては許容範囲内である。
【００４７】
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。
【００４８】
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３の超音波モータを駆動した場合の磨耗量（磨耗深さ）が１．０μｍ以下であれば耐久性が良好であるとし、表１中に○で示す。
【００４９】
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、ポリアミドイミド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１３（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。
【００５０】
測定例１〜５の超音波モータの樹脂膜は、樹脂膜の弾性率のみが異なる。従って、測定例１〜５の超音波モータの駆動性能を比較することにより、弾性率が超音波モータの駆動性能の与える影響がわかる。弾性率が大きいと、樹脂膜が変形しにくくなり異音が発生しやすくなる。また消費電力が増え、起動特性等が悪化する。
【００５１】
測定例６〜８は、測定例３と樹脂膜は共通であるが、相手面のクロム皮膜の表面粗さが異なる。表面粗さには各種パラメータが存在し、Ｒｚ（最大高さ粗さ）とＲｋｕ（クルトシス）の２つのパラメータが異音特性と起動特性・耐久性に相関があることが判った。これら２つのパラメータが大きすぎると凸部の破壊による異音が発生し、粗さが小さくなると接触面積が増加し抵抗力が大きくなり、モータ特性が悪化することがわかった。測定例１〜４と、測定例６〜８とを比較して、クルトシスが３．５〜６．５となる場合に消費電力、最低起動電圧、異音発生回転数などの点で優れていることがわかる。
【００５２】
測定例９〜１２は、樹脂膜のＰＴＦＥの重量比のみが異なる。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。
【００５３】
これらのことから、ポリアミドイミド樹脂の重量を１００とし、添加されるＰＴＦＥ重量を２０〜４０、顔料重量も３０とし、クロム皮膜の弾性率と表面粗さを規定すれば、所望する保持トルクや最大トルクを満たし、所要電力を低減させ、異音や摩耗を防止する観点から好ましいことが解る。
【００５４】
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窒化クロム皮膜層１９のクルトシスが３．５〜６．５となっているため、異音の発生が低減され駆動性能の良好な超音波モータ１０を得ることができる。また、窒化クロム皮膜層１９の表面は、研磨紙により研磨することで上記のクルトシスが得られるため、容易に製造することが可能となる。
【００５５】
［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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、ポリアミドイミド樹脂１００重量に対して、ＰＴＦＥを３０重量、コバルトニッケル顔料を３０重量配合したものを塗布して形成されている。また、樹脂膜３１の膜厚は３０μｍであり、表面粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）は、０．５μｍである。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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２０８が接続されている。本実施例において、制御装置２０８には温度センサ２０９が接続されており、温度センサ２０９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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、樹脂膜３１は、顔料を使用しているため放熱性に優れる。また、ポリアミドイミド樹脂は塗膜の密着性が良好なため、エポキシ樹脂膜等で必要なプライマー処理等を省くことができる。
【００６７】
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。
上記各実施形態では、顔料としてコバルトニッケルを使用する例を示したが、これに限らず、カーボンブラック等の顔料でもよい。
【００６８】
また、上記各実施形態では、クロム皮膜としてイオンプレーティングで製作する例を示したが、これに限らずメッキ法・イオンプレーティング以外の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であってもよい。またクロムメッキ後にプラズマ窒化してもよい。クロムメッキの上に窒化クロムを生成してもよい。
【００６９】
また、クロム皮膜の材料として、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、炭化タングステン・コバルト・クロム（ＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ）、炭化タングステン・ニッケルクロム（ＷＣ−ＮｉＣｒ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２系）、ムライト（ＬａＣｒＯ２）又はその複合物、などを用いても構わない。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
また、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。
【００７４】
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。
【００７５】
また、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。
【００７６】
また、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。
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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には、炭素繊維を充填した摺動材とビッカース硬度が６００以上、Ｒａ０．１μｍ以下の摺動材で摩擦接触面を構成する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８７４７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された手法においては、炭素繊維の分布の異方性や炭素繊維への荷重の集中、また炭素繊維そのものの弾性率の異方性により、駆動時に異音が発生する。更に起動特性が低下する場合もある。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ない場合があるという問題があった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明は、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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様に従えば、振動を発生する振動子と、振動子と加圧接触され、振動によって振動子に対して相対移動する相対移動部材とを備え、振動子の相対移動部材に対する第一接触面、及び、相対移動部材の振動子に対する第二接触面、の一方は、弾性率が５ＧＰａ以下となるようにフッ素樹脂を含む樹脂膜で形成されており、第一接触面及び第二接触面の他方は、クルトシスが３．５〜６．５となるようにクロム化合物で形成されている振動アクチュエータが提供される。
【０００８】
本発明の第二の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒が提供される。
【０００９】
本発明の第三の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う振動アクチュエータを備える電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態のカメラ１を示す図である。
【図２】第１実施形態の超音波モータ１０を示す図である。
【図３】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。
【図４】第２実施形態の超音波モータ２０を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ポリアミドイミド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。
【００２１】
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、窒化クロム皮膜層１９（図３参照）がイオンプレーティングにより形成されている。
【００２２】
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１０８が接続されている。制御装置１０８には、温度センサ１０９が接続されており、温度センサ１０９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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、窒化クロム皮膜層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と窒化クロム皮膜層１９とが接触する形態となっている。窒化クロムは化学的に不活性であるため、相手材料を攻撃しにくいという利点がある。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）と顔料が添加されたポリアミドイミド樹脂を主原料とする塗料を塗布することにより形成されている。
【００２５】
本実施形態の樹脂膜１８には、ポリアミドイミド樹脂の重量１００に対して、ＰＴＦＥが重量比３０、コバルトニッケル顔料が重量比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、１５μｍである。
【００２６】
以下の説明においては、特に記載が無い場合、ＰＴＦＥや顔料の量を、主剤となるポリアミドイミド樹脂の重量を基準とし、ポリアミドイミド樹脂の重量を１００としたときの比で示す。
【００２７】
ポリアミドイミド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。そのため、ＰＴＦＥや顔料を配合したポリアミドイミド樹脂により樹脂膜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。
【００２８】
（１）樹脂膜１８は、エポキシ樹脂等を用いた他の樹脂膜に比べて適切な弾性率を有しているため、移動体１５（窒化クロム皮膜層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の剥離強度や振動子１３（弾性体１２）に対する密着性が向上し、樹脂膜１８の耐久性が向上する。
（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。
【００２９】
本実施形態の樹脂膜１８が含有するＰＴＦＥは、粒状である。このＰＴＦＥの一次粒子の径の平均は、１〜５μｍ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、膜厚の厚さに合わせてＰＴＦＥの平均径を適宜選択して用いてよい。
【００３０】
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と窒化クロム皮膜層１９との高温高湿下での固着を防止することができる。
【００３１】
本実施形態の樹脂膜１８が含有する顔料は、コバルトニッケルであり、その粒径の平均は例えば１μｍ〜３μｍ程度となっている。樹脂膜１８が顔料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（窒化クロム皮膜層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。
【００３２】
また、顔料は、振動子１３と移動体１５との摩擦係数（すなわち、樹脂膜１８と窒化クロム皮膜層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。
【００３３】
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。
【００３４】
ポリアミドイミド樹脂に、ＰＴＦＥ、コバルトニッケルの添加物と、Ｎ−メチルピロリドン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、予備加熱ののち、２５０℃程度の高温下に２０〜６０分間放置して、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。
【００３５】
一方、窒化クロム皮膜層１９は、ステンレス合金（ＳＵＳ３０４）によって形成された移動体１５の表面に陽極酸化処理を施すことにより形成される。窒化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、窒化クロム皮膜層１９を所望の粗さとする。例えば、窒化クロム皮膜層１９の表面のクルトシスが３．５〜６．５となるようにする。また、窒化クロム皮膜層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。
【００３６】
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の窒化クロム皮膜層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。
【００３７】
ここで、ポリアミドイミド樹脂に対するＰＴＦＥ、顔料等の添加物の添加量（ポリアミドイミド樹脂の重量に対する比）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１の超音波モータを用意し、最小異音回転数や、保持トルク、最大トルク、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。
【００３８】
また、樹脂膜１８の弾性率を「計装化押し込み硬さ試験（ＩＳＯ １４５７７−１）」を用いて計測した。圧子の押し込み過程の試験力と押し込み深さの関係の荷重−除荷曲線の傾き等を利用して求める弾性率である。表１は、測定例１〜１４（比較例含む）の超音波モータの保持トルク等の測定結果を示す表である。
【表１】
【００３９】
測定例１〜１４の超音波モータは、ＰＴＦＥ等の各添加物の添加量や硬さが異なる点以外は、本実施形態の超音波モータ１０と略同様の形態である。また、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１４の超音波モータは、振動子１３の移動体１５との接触面に、窒化クロム皮膜層１９ではなくクロムメッキ皮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。
【００４０】
測定例１の超音波モータの樹脂膜は、ポリアミドイミド樹脂１００重量に対し、ＰＴＦＥが３０重量・コバルトニッケル顔料が３０重量混合された樹脂膜により形成されている。測定例１〜５の超音波モータの樹脂膜は、膜の弾性率を焼成温度・時間を変更することにより変化させている。
【００４１】
測定例３と測定例６〜８の超音波モータの樹脂膜は、測定例３と共通であるが、相対する窒化クロム皮膜層１９の表面粗さが異なっている。ＧＣ研磨紙の番手・研磨速度・研磨時間を変更することにより変化させている。測定例９〜１２の超音波モータの樹脂膜は、ＰＴＦＥの重量比が異なり、それに伴い樹脂の硬さも変化している。
【００４２】
測定例１３の樹脂膜は、主成分としてエポキシ樹脂を用いる点が異なる。測定例３と同一比率のＰＴＦＥと顔料が添加されている。測定例１４の超音波モータの樹脂膜は、測定例３と共通であるが、相対する窒化クロム皮膜層１９が窒化クロムではなく硬質クロムメッキである。
【００４３】
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３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。
【００４４】
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、０．９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。
【００４５】
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３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。
【００４６】
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１．０以下であれば超音波モータとしては許容範囲内である。
【００４７】
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。
【００４８】
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３の超音波モータを駆動した場合の磨耗量（磨耗深さ）が１．０μｍ以下であれば耐久性が良好であるとし、表１中に○で示す。
【００４９】
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、ポリアミドイミド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１３（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。
【００５０】
測定例１〜５の超音波モータの樹脂膜は、樹脂膜の弾性率のみが異なる。従って、測定例１〜５の超音波モータの駆動性能を比較することにより、弾性率が超音波モータの駆動性能の与える影響がわかる。弾性率が大きいと、樹脂膜が変形しにくくなり異音が発生しやすくなる。また消費電力が増え、起動特性等が悪化する。
【００５１】
測定例６〜８は、測定例３と樹脂膜は共通であるが、相手面のクロム皮膜の表面粗さが異なる。表面粗さには各種パラメータが存在し、Ｒｚ（最大高さ粗さ）とＲｋｕ（クルトシス）の２つのパラメータが異音特性と起動特性・耐久性に相関があることが判った。これら２つのパラメータが大きすぎると凸部の破壊による異音が発生し、粗さが小さくなると接触面積が増加し抵抗力が大きくなり、モータ特性が悪化することがわかった。測定例１〜４と、測定例６〜８とを比較して、クルトシスが３．５〜６．５となる場合に消費電力、最低起動電圧、異音発生回転数などの点で優れていることがわかる。
【００５２】
測定例９〜１２は、樹脂膜のＰＴＦＥの重量比のみが異なる。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。
【００５３】
これらのことから、ポリアミドイミド樹脂の重量を１００とし、添加されるＰＴＦＥ重量を２０〜４０、顔料重量も３０とし、クロム皮膜の弾性率と表面粗さを規定すれば、所望する保持トルクや最大トルクを満たし、所要電力を低減させ、異音や摩耗を防止する観点から好ましいことが解る。
【００５４】
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窒化クロム皮膜層１９のクルトシスが３．５〜６．５となっているため、異音の発生が低減され駆動性能の良好な超音波モータ１０を得ることができる。また、窒化クロム皮膜層１９の表面は、研磨紙により研磨することで上記のクルトシスが得られるため、容易に製造することが可能となる。
【００５５】
［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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、ポリアミドイミド樹脂１００重量に対して、ＰＴＦＥを３０重量、コバルトニッケル顔料を３０重量配合したものを塗布して形成されている。また、樹脂膜３１の膜厚は３０μｍであり、表面粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）は、０．５μｍである。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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２０８が接続されている。本実施例において、制御装置２０８には温度センサ２０９が接続されており、温度センサ２０９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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、樹脂膜３１は、顔料を使用しているため放熱性に優れる。また、ポリアミドイミド樹脂は塗膜の密着性が良好なため、エポキシ樹脂膜等で必要なプライマー処理等を省くことができる。
【００６７】
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。
上記各実施形態では、顔料としてコバルトニッケルを使用する例を示したが、これに限らず、カーボンブラック等の顔料でもよい。
【００６８】
また、上記各実施形態では、クロム皮膜としてイオンプレーティングで製作する例を示したが、これに限らずメッキ法・イオンプレーティング以外の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であってもよい。またクロムメッキ後にプラズマ窒化してもよい。クロムメッキの上に窒化クロムを生成してもよい。
【００６９】
また、クロム皮膜の材料として、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、炭化タングステン・コバルト・クロム（ＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ）、炭化タングステン・ニッケルクロム（ＷＣ−ＮｉＣｒ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２系）、ムライト（ＬａＣｒＯ２）又はその複合物、などを用いても構わない。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
また、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。
【００７４】
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。
【００７５】
また、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。
【００７６】
また、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。
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
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
【特許請求の範囲】
【請求項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に対する第一接触面、及び、前記相対移動部材の前記振動子に対する第二接触面、の一方は、弾性率が５ＧＰａ以下となるようにフッ素樹脂を含む樹脂膜で形成されており、
前記第一接触面及び前記第二接触面の他方は、クルトシスが３．５〜６．５となるようにクロム化合物で形成されている
振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記第一接触面及び前記第二接触面の他方は、最大高さ粗さが０．１３〜１．３μｍとなるように形成されている
請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記樹脂膜は、ポリアミドイミドを含む
請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記クロム化合物は、窒化クロムを含む
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項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２０〜４０含まれている
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。
【請求項６】
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を備える
レンズ鏡筒。
【請求項７】
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を備える
電子機器。
【請求項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に対する第一接触面、及び、前記相対移動部材の前記振動子に対する第二接触面、の一方は、弾性率が５ＧＰａ以下となるようにフッ素樹脂を含む樹脂膜で形成されており、
前記第一接触面及び前記第二接触面の他方は、クルトシスが３．５〜６．５となるようにクロム化合物で形成されている
振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記第一接触面及び前記第二接触面の他方は、最大高さ粗さが０．１３〜１．３μｍとなるように形成されている
請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記樹脂膜は、ポリアミドイミドを含む
請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記クロム化合物は、窒化クロムを含む
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項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２０〜４０含まれている
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。
【請求項６】
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を備える
レンズ鏡筒。
【請求項７】
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を備える
電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２０３０８５（Ｐ２０１２−２０３０８５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５８５０（Ｐ２０１１−６５８５０）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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