振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動アクチュエータの製造方法
【課題】駆動性能のよい振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ、並びに振動アクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子（１３）と、電気機械変換素子（１３）が接合され、電気機械変換素子が駆動されることによって振動波を生じる弾性体（１２）と、弾性体（１２）に加圧接触され、振動波によって弾性体（１２）に対して相対移動する相対移動部材（１５）とを備え、電気機械変換素子（１３）は、弾性体（１２）に対する接合面（１３ａ）に、無電解めっきにより形成された第１の電極部（Ｄ１）を有することを特徴とする振動アクチュエータ（１０）とした。
【解決手段】電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子（１３）と、電気機械変換素子（１３）が接合され、電気機械変換素子が駆動されることによって振動波を生じる弾性体（１２）と、弾性体（１２）に加圧接触され、振動波によって弾性体（１２）に対して相対移動する相対移動部材（１５）とを備え、電気機械変換素子（１３）は、弾性体（１２）に対する接合面（１３ａ）に、無電解めっきにより形成された第１の電極部（Ｄ１）を有することを特徴とする振動アクチュエータ（１０）とした。
【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、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ、並びに振動アクチュエータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機械変換素子の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、この進行波によって駆動面に楕円運動を発生させ、楕円運動の波頭に加圧接触した相対移動部材を駆動する振動アクチュエータが知られている。
このような振動アクチュエータに対して、駆動効率や駆動性能の向上が様々に検討されており、その一例として、特許文献１には、圧電体の電極部の径方向の幅ｗを、弾性体の曲げ中心の径方向の幅よりも広く設けた振動アクチュエータが開示されている。
【０００３】
一般的に、弾性体に発生する進行波は、電気機械変換素子の分極された領域が駆動電圧を印加されることによって伸縮することにより発生する。そのため、厚さ等の条件を一定とした場合、電気機械変換素子の分極された領域が広いほど、振動アクチュエータの駆動力は大きくなる。
また、電気機械変換素子と弾性体との接合強度が弱いと、電気機械変換素子の励振が弾性体へ伝わる伝達効率が落ちるため、十分な駆動性能が得られない。
近年、振動アクチュエータは、さらなる小型化が要求されている。しかし、小型化により電気機械変換素子と弾性体との接合面の面積が小さくなり、電気機械変換素子と弾性体との接合強度が低下する等により、超音波モータの駆動性能が低下する等の問題がある。
従って、小型化した場合にも十分な駆動性能を得られる振動アクチュエータに対する要望が高まっている。
【特許文献１】特開２００４−２８７８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、駆動性能のよい振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ、並びに振動アクチュエータの製造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
請求項１の発明は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子（１３）と、前記電気機械変換素子が接合され、前記電気機械変換素子が駆動されることによって振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータであって、前記電気機械変換素子は、前記弾性体に対する接合面（１３ａ）に、無電解めっきにより形成された第１の電極部（Ｄ１）を有すること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子（１３）は、半田部材（２４）を用いて前記弾性体（１２）に接合されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、前記第１の電極部（Ｄ１）は、前記接合面（１３ａ）の略全面に形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子（１３）は、前記接合面（１３ａ）とは反対側の面（１３ｂ）に、所定の間隔を空けて複数配置された第２の電極部（Ｄ２〜Ｄ１０）を有し、前記第２の電極部は、スクリーン印刷によって形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えることを特徴とするレンズ鏡筒（３）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えることを特徴とするカメラ（１）である。
【０００６】
請求項７の発明は、電気機械変換素子（１３）の一方の面（１３ａ）に、無電解めっきにより第１の電極部（Ｄ１）を形成する無電解めっき工程（＃１０３，＃２０３）と、前記無電解めっき工程の後に、前記電気機械変換素子の前記第１の電極部が形成された面を弾性体に接合する接合工程（＃１０６，＃２０７）と、を備える振動アクチュエータの製造方法である。
請求項８の発明は、請求項７に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記接合工程（＃１０６，＃２０７）は、前記電気機械変換素子（１３）と前記弾性体（１２）とを半田部材（２４）を用いて接合すること、を備える振動アクチュエータの製造方法である。
請求項９の発明は、請求項８に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記接合工程（＃１０６）の後に、前記電気機械変換素子（１３）を分極する分極工程（＃１０７）を備えること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法である。
請求項１０の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記無電解めっき工程（＃１０３，＃２０３）と前記接合工程（＃１０６，＃２０７）との間に、前記電気機械変換素子の他方の面に第２の電極部（Ｄ２〜Ｄ１０）を形成する工程（＃１０５，＃２０５）を備えること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法である。
なお、本発明をわかり易く説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のな構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、駆動性能のよい振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ、並びに振動アクチュエータの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態を挙げて、さらに詳しく説明する。なお、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして、超音波モータを例に挙げて説明する。
【０００９】
（実施形態）
図１は、本実施形態のカメラ１を説明する図である。
本実施形態のカメラ１は、撮像素子８を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。
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、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、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としてもよい。
【００１０】
レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、超音波モータ１０等を備えている。本実施形態では、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７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、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向（図１中に示す、矢印Ｌ方向）に略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
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７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８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。
【００１１】
図２は、本実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１、移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合された圧電体１３とを有する略円環形状の部材である。
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料によって形成され、その形状は、略円環形状である。この弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃを有する。
【００１２】
櫛歯部１２ａは、圧電体１３が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成され、この櫛歯部１２ａの先端面は、移動子１５に加圧接触され、移動子１５を駆動する駆動面１２ｄとなる。この駆動面には、Ｎｉ−Ｐ（ニッケル−リン）メッキ等の潤滑性の表面処理が施されている。櫛歯部１２ａを設ける理由は、圧電体１３の伸縮により駆動面に生じる進行波の中立面をできる限り圧電体１３側へ近づけ、これにより駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。
ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面（弾性体側接合面１２ｅ）に、圧電体１３が接合されている。
フランジ部１２ｃは、弾性体１２の内径方向に突出した鍔状の部分であり、ベース部１２ｂの厚さ方向の中央に配置されている。このフランジ部１２ｃにより、振動子１１は、固定部材１６に固定されている。
【００１３】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子である。本実施形態では、圧電体１３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。
圧電体１３は、略円環形状の部材であり、弾性体１２の周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）の電気信号が入力される範囲に分かれている（図４（ｂ）参照）。各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられており、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔があくように設けてある。
この圧電体１３は、半田部材を用いて弾性体１２と接合されており、圧電体１３と弾性体１２との間には、半田層２４（図６（ａ）参照）が形成されている。
なお、圧電体１３の形状や圧電体１３と弾性体１２との接合に関する詳細は後述する。
フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３の各相の電極に接続されている。フレキシブルプリント基板１４には、後述の増幅部１０４，１０５から駆動信号が供給され、この駆動信号によって、圧電体１３が伸縮する。
振動子１１には、この圧電体１３の伸縮により、弾性体１２の駆動面に進行波が発生する。本実施形態では、４波の進行波が発生している。
【００１４】
移動子１５は、アルミニウム等の軽金属によって形成され、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波によって回転駆動される部材である。移動子１５は、振動子１１（弾性体１２の駆動面１２ｄ）と接触する面の表面に、耐磨耗性向上のためのアルマイト等の表面処理が施されている。
出力軸１８は、略円柱形状の部材である。出力軸１８は、一方の端部がゴム部材２３を介して移動子１５に接しており、移動子１５と一体に回転するように設けられている。
ゴム部材２３は、ゴムにより形成された略円環形状の部材である。このゴム部材２３は、ゴムによる粘弾性で移動子１５と出力軸１８とを一体に回転可能とする機能と、移動子１５からの振動を出力軸１８へ伝えないように振動を吸収する機能とを有しており、ブチルゴム、シリコンゴム、プロピレンゴム等が用いられている。
【００１５】
加圧部材１９は、振動子１１と移動子１５とを加圧接触させる加圧力を発生する部材であり、ギア部材２０とベアリング受け部材２１との間に設けられている。本実施形態では、加圧部材１９は、圧縮コイルバネを用いているが、これに限定されるものではない。
ギア部材２０は、出力軸１８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅリング等のストッパ２２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸１８と一体となるように設けられている。ギア部材２０は、出力軸１８の回転とともに回転することにより、ギア４（図１参照）に駆動力を伝達する。
また、ベアリング受け部材２１は、ベアリング１７の内径側に配置され、ベアリング１７は、固定部材１６の内径側に配置された構造となっている。
加圧部材１９は、振動子１１を移動子１５側へ、出力軸１８の軸方向に加圧しており、この加圧力によって、移動子１５は、振動子１１の駆動面に加圧接触し、回転駆動される。なお、加圧部材１９とベアリング受け部材２１との間には、加圧力調整ワッシャーを設けて、超音波モータ１０の駆動に適正な加圧力が得られるようにしてもよい。
【００１６】
図３は、本実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００を説明するブロック図である。
本実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００は、発振部１０１と、制御部１０２と、移相部１０３と、増幅部１０４，１０５と、検出部１０６とを有する。
発振部１０１は、制御部１０２の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。
移相部１０３は、発振部１０１で発生した駆動信号を、９０°位相の異なる２つの駆動信号に分ける部分である。
増幅部１０４，１０５は、移相部１０３によって分けられた２つの駆動信号を、それぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。増幅部１０４，１０５からの駆動信号は、超音波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動子１１に進行波が発生し、移動子１５が駆動される。
【００１７】
検出部１０６は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子１５の駆動によって駆動されたレンズ７の位置や速度を検出する部分である。本実施形態では、カム筒６の位置や速度を検出することにより、レンズ７の位置や速度を検出している。
制御部１０２は、カメラボディ２に設けられた不図示のＣＰＵからの駆動指令を基に、超音波モータ１０の駆動を制御する部分である。制御部１０２は、検出部１０６からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部１０１が発生する駆動信号の駆動周波数を制御する。
【００１８】
超音波モータ１０の駆動装置１００は、以下のように動作する。
まず、制御部１０２に目標位置が伝達される。発振部１０１からは、駆動信号が発生し、その信号から、移相部１０３により９０°位相の異なる２つの駆動信号が生成され、増幅部１０４，１０５により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、超音波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３が励振され、その励振によって、弾性体１２には、４次の曲げ振動が発生する。圧電体１３は、Ａ相とＢ相とに分けられており、駆動信号は、それぞれＡ相とＢ相とに印加される。Ａ相から発生する４次曲げ振動とＢ相から発生する４次曲げ振動とは、位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは、９０°位相がずれているため、２つの曲げ振動は、合成され、４波の進行波となる。
【００１９】
進行波の波頭には、楕円運動が生じている。従って、弾性体１２の駆動面１２ｄに加圧接触された移動子１５は、この楕円運動によって摩擦駆動される。
光学式エンコーダ等の検出部１０６は、移動子１５の駆動により駆動されたカム筒６の位置や速度を検出し、電気パルスとして、制御部１０２に伝達される。制御部１０２は、この信号を基に、レンズ７の現在の位置と現在の速度とを得ることが可能となり、発振部１０１が発生する駆動周波数は、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に制御される。
【００２０】
本実施形態の圧電体１３について説明する。
図４は、本実施形態の圧電体１３を示す図である。図４（ａ）は、圧電体１３の弾性体１２に対する接合面１３ａを弾性体１２側から見た図である。図４（ｂ）は、圧電体１３の接合面１３ａとは反対側の面（以下、他方の面という）１３ｂを、ギア部材２０側から見た図である。
圧電体１３の接合面１３ａは、弾性体１２の弾性体側接合面１２ｅと接合される面である。接合面１３ａは、略全面に電極部Ｄ１が形成されている。
電極部Ｄ１は、無電解めっきを用いて形成される。本実施形態では、電極部Ｄ１は、無電解ニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）めっきの皮膜層である。
【００２１】
圧電体１３の他方の面１３ｂには、Ａ相、Ｂ相の電気信号が入力される電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９と、グランドとなる電極部Ｄ１０とが周方向に所定の間隔をあけて形成されている。また、他方の面１３ｂの内周端及び外周端及び電極部Ｄ２〜Ｄ１０間は、圧電体１３の素地が露出した素地部１３ｃとなっている。
電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９は、それぞれ、Ａ相、Ｂ相の駆動信号を入力する電極部であり、各相において分極が交互となるように配置されている。電極部Ｄ１０は、Ａ相（電極部Ｄ２〜Ｄ５）とＢ相（電極部Ｄ６〜Ｄ９）との間となるように、電極部Ｄ２と電極部Ｄ６との間に形成されている。
電極部Ｄ２〜Ｄ１０は、本実施形態では、銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布することにより形成されている。
【００２２】
次に、本実施形態の超音波モータ１０の製造方法を説明する。
図５は、本実施形態の超音波モータ１０の製造方法を示す工程図である。
超音波モータ１０は、圧電体成形工程＃１０１、第１ラップ加工工程＃１０２、無電解めっき工程＃１０３、第２ラップ加工工程＃１０４、電極パターン形成工程＃１０５、接合工程＃１０６、分極工程＃１０７、配線工程＃１０８、組み立て工程＃１０９等の工程を経て製造される。
【００２３】
圧電体成形工程＃１０１は、チタン酸ジルコン酸鉛等の材料を、成形型等を用いて略円環形状に成形して焼結する等により、圧電体１３を成形する工程である。
第１ラップ加工工程＃１０２は、成形された圧電体１３の一方の面にラップ加工を施す工程である。圧電体成形工程＃１０１での焼結等により、圧電体１３に歪み等が生じる場合がある。ラップ加工によって研磨することにより、圧電体１３の一方の面の平面性を向上させることができる。
【００２４】
無電解めっき工程＃１０３は、第１ラップ加工工程＃１０２においてラップ加工を行なった圧電体１３の一方の面に、無電解めっきを行なう工程である。まず、圧電体１３の無電解めっきを行なう面（圧電体１３の一方の面）以外の部分を、マスキングする。そして、本実施形態では、無電解ニッケルリンめっきを行ない、圧電体１３の一方の面の略全面に、ニッケルリンめっきの皮膜を形成する。この無電解めっき工程＃１０３により、電極部Ｄ１が形成される。
なお、本実施形態では、無電解ニッケルリンめっきを行なったが、これに限らず、例えば、無電解ニッケルクロム（ＮｉＰ−Ｃｒ）めっきや、無電解ニッケルホウ素（ＮｉＢ）めっき等を行なってもよい。
【００２５】
第２ラップ加工工程＃１０４は、圧電体１３の電極部Ｄ１が形成された面とは反対側の面（他方の面）にラップ加工を施す工程である。
電極パターン形成工程＃１０５は、第２ラップ加工工程＃１０４にてラップ加工を行なった圧電体１３の他方の面１３ｂに、電極部Ｄ２〜Ｄ１０を形成する工程である。
本実施形態では、圧電体１３の他方の面１３ｂにスクリーン印刷により銀ペーストを塗布し、焼付けを行ない硬化させる。これにより、他方の面１３ｂに電極部Ｄ２〜Ｄ１０及び素地部１３ｃが形成される。
【００２６】
接合工程＃１０６は、弾性体１２と圧電体１３とを、半田部材を用いて接合する工程である。
弾性体１２は、予め、切削加工等により作製されたものを用意し、弾性体１２の圧電体１３に対する接合面（弾性体側接合面）１２ｅ上に、クリーム半田を塗布する。なお、本実施形態では、クリーム半田として、千住金属工業株式会社製のエコソルダーＬ１１を用いたが、これに限らず、プリント基板に部品等を実装する際に使用される低耐熱部品用の半田部材を、適宜選択して用いてよい。
弾性体側接合面１２ｅにクリーム半田を塗布した後に、圧電体１３を、電極部Ｄ１が形成された面を弾性体１２に対する接合面１３ａとして弾性体１２の弾性体側接合面１２ｅ上に載せ、リフロー炉に入れて加熱、冷却する。これにより、クリーム半田が溶解、凝集し、弾性体１２と圧電体１３とが接合される。
【００２７】
分極工程＃１０７は、圧電体１３を分極する工程である。本実施形態では、所定の電源を用いて分極に必要な電圧を圧電体１３及び弾性体１２に印加する。
通常、分極は、プラスの電極とマイナスの電極とで圧電体を挟みこんで行なう必要があるが、本実施形態では、一方の電極として圧電体１３の他方の面１３ｂに形成された各電極部を用い、他方の電極には、弾性体１２を用いている。
なお、必要であれば、分極工程＃１０７の後、弾性体１２の駆動面１２ｄの平面性を確保するための研磨加工等を行なってもよい。
【００２８】
配線工程＃１０８は、フレキシブルプリント基板１４のリード線を、他方の面１３ｂの各電極部に接続させる工程である。
組み立て工程＃１０９は、上述の工程を経て作製された振動子１１（弾性体１２及び圧電体１３）と移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等の部材を用いて、超音波モータ１０を組み立てる工程である。
これらの工程を経て、本実施形態の超音波モータ１０が完成する。
【００２９】
図６は、本実施形態の超音波モータ１０及び比較例の超音波モータ１１０の圧電体と弾性体との接合部分を比較する図である。図６（ａ）は、本実施形態の超音波モータ１０の振動子１１を、図４に示す矢印Ｓ１−Ｓ２に沿って弾性体側接合面１２ｅに直交する方向に切断した断面の拡大図を示し、図６（ｂ）は、比較例の超音波モータ１１０の、図６（ａ）に示す断面に相当する断面の拡大図である。なお、図６（ａ），（ｂ）では、理解を容易にするためにフレキシブルプリント基板１４等は省略して示している。
ここで、比較例の超音波モータ１１０を用意し、弾性体と圧電体との接合部分に関して本実施形態の超音波モータ１０と比較する。比較例の超音波モータ１１０は、圧電体１１３の弾性体１２に対する接合面側に形成された電極部Ｄ１１の形態や圧電体１３と弾性体を接合する部材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。従って、本実施形態と共通する機能を果たす部分には、共通の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００３０】
比較例の圧電体１１３は、弾性体１２に対する接合面に電極部Ｄ１１を有する点以外は、本実施形態の圧電体１３と略同様の形態である。弾性体１２に対する接合面とは反対側の他方の面１１３ｂには、本実施形態の圧電体１３と略同様の電極部Ｄ２〜Ｄ１０が形成され、各電極間及び圧電体１１３の外周端、内周端には、圧電体１１３の素地が露出した素地部１１３ｃが形成されている。
また、比較例の圧電体１１３と弾性体１２とは、接着剤を用いて接合されているため、弾性体１２と圧電体１１３との間には、接着剤層１２４が形成されている。
【００３１】
比較例の圧電体１１３は、従来の圧電体と同様に、スクリーン印刷により銀ペーストを塗布して電極部Ｄ１１を形成している。
スクリーン印刷を用いて電極部を形成する場合、電極部のにじみが生じ易い。圧電体１１３の側面に電極部がにじむと、製造過程における分極時や超音波モータの駆動時等にショートが発生する恐れがある。従って、図６（ｂ）に示すように、圧電体１１３の内周端及び外周端には、素地部１１３ｃが必要となる。
また、スクリーン印刷によって銀ペーストを塗布して形成された電極部Ｄ１１の表面は、圧電体１１３の素地部１１３ｃや弾性体側接合面１２ｅの表面に比べて表面粗さが小さい。そのため、圧電体１１３の接合面の全面に電極部Ｄ１１を形成した場合には、接着剤による投錨効果が小さく、十分な接着強度が得られない恐れがある。従って、圧電体１１３の接合面の内周端及び外周端を素地部１１３ｃとすることにより、接着剤の投錨効果が十分得られ、所定の接着強度を得ている。
しかしながら、圧電体１１３の接合面の内周端及び外周端を素地部１１３ｃとすることにより、圧電体１１３の径方向において圧電体１１３が分極された領域が小さくなり、全面に電極を形成した理想的な圧電体に比べて駆動性能が劣る。
【００３２】
加えて、電極部Ｄ１１は、スクリーン印刷によって形成されているので、図６（ｂ）に示すように、圧電体１３の径方向の両端部が厚く（５〜１０μｍ）、中央部が薄く（２〜３μｍ）なるといった電極部Ｄ１１の厚さのムラが生じ易い。
そのため、接着剤層１２４が電極部Ｄ１１の径方向の中央部分では厚くなり、接着剤層１２４の厚い部分の接着強度が低下し、超音波モータ１１０の駆動効率が低下したり、圧電体１１３が剥がれたりといった問題が生じる。
【００３３】
これに対して本実施形態の超音波モータ１０では、弾性体１２に対する接合面１３ａに形成された電極部Ｄ１は、無電解めっきを用いて形成されているため、電極部Ｄ１をムラのない均一な膜厚とすることができる。従って、クリーム半田によって形成された半田層２４の膜厚をムラのない均一なものとすることができ、電極部のムラに起因した接着強度の低下を防止できる。
また、電極部Ｄ１は、無電解めっきの皮膜層であるので、その膜厚を１μｍ以下とすることができる。そのため、電極部Ｄ１の表面の粗さは、圧電体１３の表面の粗さに追従した形態となり、表面粗さが比較例の電極部Ｄ１１に比べて大きく、十分な投錨効果を期待できる。
さらに、比較例の電極部Ｄ１１のように銀ペーストを用いてスクリーン印刷により圧電体１３の接合面側の電極部を形成した圧電体は、銀ペースト等に含まれる有機物等のために半田部材を用いた接合には適さなかったが、電極部Ｄ１は、無電解めっきの皮膜層であるため、弾性体１２との接合に半田部材を用いることが可能となり、接着強度の向上効果を高めることができる。
【００３４】
その上、上述のように、弾性体１２と圧電体１３とは十分な接合強度が得られるので圧電体１３の接合面１３ａの内周端及び外周端に素地部を設けなくともよく、かつ、にじみによるショート発生の恐れもない。従って、接合面１３ａの略全面に電極部Ｄ１を形成することができ、圧電体１３の分極された領域を増やすことができるので、超音波モータ１０の駆動性能を向上することができる。
また、分極を行なってからリフロー炉による接合を行なった場合、炉内の温度が圧電体１３のキュリー点より低い場合であっても、圧電体１３の分極性能が低下する場合があるが、本実施形態では、接合工程＃１０６を行なった後に分極工程＃１０７を行なうので、圧電体１３の分極性能を低下させることなく、圧電体１３と弾性体１２とを接合できる。
さらに、本実施形態では、接合工程＃１０６を行なった後に分極工程＃１０７を行なうので、リフロー炉内で加熱処理を行なう場合に、圧電体１３のキュリー点の温度よりも高温で溶解するような、より接合強度の高い半田部材を用いて高温で加熱することも可能となり、弾性体１２と圧電体１３との接合強度を高めることができる。
【００３５】
よって、本実施形態によれば、圧電体１３と弾性体１２との十分な接合強度が得られ、超音波モータ１０を安定して駆動することができ、超音波モータ１０の駆動性能を向上させることができる。
また、電極部Ｄ１を接合面１３ａの略全面に形成できるので、位置合わせ等を行なう必要がない。
さらに、電極部Ｄ２〜Ｄ１０は、スクリーン印刷によって形成するので、各電極間をマスキングして無電解めっきによって形成する場合に比べて容易に形成でき、かつ、生産コストを抑えることができる。なお、本実施形態において、圧電体１３の他方の面１３ｂの各電極部Ｄ２〜Ｄ１０は、スクリーン印刷によって形成される例を示したが、電極部Ｄ１と同様に無電解めっきにより形成してもよい。
【００３６】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能である。
（１）本実施形態では、接合工程＃１０６を行なった後に、分極工程＃１０７を行なう例を示したが、これに限らず、接合工程を行なった後に、分極工程を行なってもよい。
図７は、超音波モータ１０の製造方法の他の例を示す工程図である。
図７に示す超音波モータ１０の製造方法は、上述した実施形態と略同様の工程を有するが、分極工程＃２０６を行なった後に接合工程＃２０７を行なう点が上述の実施形態とは異なっている。
なお、分極工程＃２０６を行なった後に、接合工程＃２０７を行なう場合は、リフロー炉内での加熱処理の際に、炉内の温度が圧電体１３のキュリー点の温度（約３００度）の１／３〜１／２程度の温度（約１３０〜２００度）とすることが好ましい。これは、炉内の温度を圧電体１３のキュリー点の温度以上とすると、分極により得られる圧電体１３の性能が低下するためである。
このような製造方法とすることにより、電極パターン形成工程＃２０５を行なった後の製造工程の流れが、接着剤による圧電体と弾性体の接合工程を、半田部材を用いた接合工程とする点以外は、従来の超音波モータの製造方法と略同様となり、本実施形態の超音波モータ１０を従来の製造工程の流れを利用して製造できる。
【００３７】
（２）本実施形態では、電極パターン形成工程＃１０５において、スクリーン印刷によって形成された電極部Ｄ２〜Ｄ１０の焼き付けを行なう例を示したがこれに限らず、例えば、電極部Ｄ２〜Ｄ１０の焼き付けを、接合工程＃１０６で行なってもよい。
電極パターン形成工程＃１０５ではスクリーン印刷によって銀ペーストを塗布し、接合工程＃１０６におけるリフロー炉内での加熱処理によって、電極部Ｄ２〜Ｄ１０の焼き付けを行なうことにより、工数を低減できる。
【００３８】
（３）本実施形態では、第１ラップ加工工程＃１０２と第２ラップ加工工程＃１０４とを行なう例を示したが、これに限らず、第１ラップ加工工程において、圧電体１３の両面ラップ加工を行なってもよい。
【００３９】
（４）本実施形態では、半田部材を用いて弾性体１２と圧電体１３とを接合する例を示したが、これに限らず、例えば、接着剤を用いて接合してもよい。
電極部Ｄ１の表面の粗さは、上述のように、圧電体１３の表面の粗さに追従した形態となるので、接着剤を用いて接合した場合にも、十分な接着強度が得られる。
【００４０】
（５）本実施形態では、移動子１５が回転駆動される超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、移動子が直線方向に駆動されるリニア型の振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４１】
（６）本実施形態では、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。
【００４２】
（７）本実施形態では、超音波モータは、フォーカス動作時にレンズの駆動に用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズのズーム動作時の駆動に用いられる超音波モータとしてもよい。
【００４３】
（８）本実施形態では、超音波モータは、カメラに用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、複写機の駆動部や、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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態のカメラ１を説明する図である。
【図２】実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
【図３】実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００を説明するブロック図である。
【図４】実施形態の圧電体１３を示す図である。
【図５】実施形態の超音波モータ１０の製造方法を示す工程図である。
【図６】実施形態の超音波モータ１０と比較例の超音波モータ１１０との弾性体と圧電体との接合部分を比較する図である。
【図７】超音波モータ１０の製造方法の他の例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：カメラ、３：レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１２：弾性体、１３：圧電体、１３ａ：接合面、１３ｂ：他方の面、１５：移動子、Ｄ１：第１の電極部、Ｄ２〜Ｄ１０：第２の電極部、２４：半田層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ、並びに振動アクチュエータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機械変換素子の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、この進行波によって駆動面に楕円運動を発生させ、楕円運動の波頭に加圧接触した相対移動部材を駆動する振動アクチュエータが知られている。
このような振動アクチュエータに対して、駆動効率や駆動性能の向上が様々に検討されており、その一例として、特許文献１には、圧電体の電極部の径方向の幅ｗを、弾性体の曲げ中心の径方向の幅よりも広く設けた振動アクチュエータが開示されている。
【０００３】
一般的に、弾性体に発生する進行波は、電気機械変換素子の分極された領域が駆動電圧を印加されることによって伸縮することにより発生する。そのため、厚さ等の条件を一定とした場合、電気機械変換素子の分極された領域が広いほど、振動アクチュエータの駆動力は大きくなる。
また、電気機械変換素子と弾性体との接合強度が弱いと、電気機械変換素子の励振が弾性体へ伝わる伝達効率が落ちるため、十分な駆動性能が得られない。
近年、振動アクチュエータは、さらなる小型化が要求されている。しかし、小型化により電気機械変換素子と弾性体との接合面の面積が小さくなり、電気機械変換素子と弾性体との接合強度が低下する等により、超音波モータの駆動性能が低下する等の問題がある。
従って、小型化した場合にも十分な駆動性能を得られる振動アクチュエータに対する要望が高まっている。
【特許文献１】特開２００４−２８７８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、駆動性能のよい振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ、並びに振動アクチュエータの製造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
請求項１の発明は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子（１３）と、前記電気機械変換素子が接合され、前記電気機械変換素子が駆動されることによって振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータであって、前記電気機械変換素子は、前記弾性体に対する接合面（１３ａ）に、無電解めっきにより形成された第１の電極部（Ｄ１）を有すること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子（１３）は、半田部材（２４）を用いて前記弾性体（１２）に接合されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、前記第１の電極部（Ｄ１）は、前記接合面（１３ａ）の略全面に形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子（１３）は、前記接合面（１３ａ）とは反対側の面（１３ｂ）に、所定の間隔を空けて複数配置された第２の電極部（Ｄ２〜Ｄ１０）を有し、前記第２の電極部は、スクリーン印刷によって形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えることを特徴とするレンズ鏡筒（３）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えることを特徴とするカメラ（１）である。
【０００６】
請求項７の発明は、電気機械変換素子（１３）の一方の面（１３ａ）に、無電解めっきにより第１の電極部（Ｄ１）を形成する無電解めっき工程（＃１０３，＃２０３）と、前記無電解めっき工程の後に、前記電気機械変換素子の前記第１の電極部が形成された面を弾性体に接合する接合工程（＃１０６，＃２０７）と、を備える振動アクチュエータの製造方法である。
請求項８の発明は、請求項７に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記接合工程（＃１０６，＃２０７）は、前記電気機械変換素子（１３）と前記弾性体（１２）とを半田部材（２４）を用いて接合すること、を備える振動アクチュエータの製造方法である。
請求項９の発明は、請求項８に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記接合工程（＃１０６）の後に、前記電気機械変換素子（１３）を分極する分極工程（＃１０７）を備えること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法である。
請求項１０の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記無電解めっき工程（＃１０３，＃２０３）と前記接合工程（＃１０６，＃２０７）との間に、前記電気機械変換素子の他方の面に第２の電極部（Ｄ２〜Ｄ１０）を形成する工程（＃１０５，＃２０５）を備えること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法である。
なお、本発明をわかり易く説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のな構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、駆動性能のよい振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラ、並びに振動アクチュエータの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態を挙げて、さらに詳しく説明する。なお、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして、超音波モータを例に挙げて説明する。
【０００９】
（実施形態）
図１は、本実施形態のカメラ１を説明する図である。
本実施形態のカメラ１は、撮像素子８を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。
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、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、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としてもよい。
【００１０】
レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、超音波モータ１０等を備えている。本実施形態では、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７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、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向（図１中に示す、矢印Ｌ方向）に略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
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７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８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。
【００１１】
図２は、本実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１、移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合された圧電体１３とを有する略円環形状の部材である。
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料によって形成され、その形状は、略円環形状である。この弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃを有する。
【００１２】
櫛歯部１２ａは、圧電体１３が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成され、この櫛歯部１２ａの先端面は、移動子１５に加圧接触され、移動子１５を駆動する駆動面１２ｄとなる。この駆動面には、Ｎｉ−Ｐ（ニッケル−リン）メッキ等の潤滑性の表面処理が施されている。櫛歯部１２ａを設ける理由は、圧電体１３の伸縮により駆動面に生じる進行波の中立面をできる限り圧電体１３側へ近づけ、これにより駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。
ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面（弾性体側接合面１２ｅ）に、圧電体１３が接合されている。
フランジ部１２ｃは、弾性体１２の内径方向に突出した鍔状の部分であり、ベース部１２ｂの厚さ方向の中央に配置されている。このフランジ部１２ｃにより、振動子１１は、固定部材１６に固定されている。
【００１３】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子である。本実施形態では、圧電体１３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。
圧電体１３は、略円環形状の部材であり、弾性体１２の周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）の電気信号が入力される範囲に分かれている（図４（ｂ）参照）。各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられており、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔があくように設けてある。
この圧電体１３は、半田部材を用いて弾性体１２と接合されており、圧電体１３と弾性体１２との間には、半田層２４（図６（ａ）参照）が形成されている。
なお、圧電体１３の形状や圧電体１３と弾性体１２との接合に関する詳細は後述する。
フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３の各相の電極に接続されている。フレキシブルプリント基板１４には、後述の増幅部１０４，１０５から駆動信号が供給され、この駆動信号によって、圧電体１３が伸縮する。
振動子１１には、この圧電体１３の伸縮により、弾性体１２の駆動面に進行波が発生する。本実施形態では、４波の進行波が発生している。
【００１４】
移動子１５は、アルミニウム等の軽金属によって形成され、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波によって回転駆動される部材である。移動子１５は、振動子１１（弾性体１２の駆動面１２ｄ）と接触する面の表面に、耐磨耗性向上のためのアルマイト等の表面処理が施されている。
出力軸１８は、略円柱形状の部材である。出力軸１８は、一方の端部がゴム部材２３を介して移動子１５に接しており、移動子１５と一体に回転するように設けられている。
ゴム部材２３は、ゴムにより形成された略円環形状の部材である。このゴム部材２３は、ゴムによる粘弾性で移動子１５と出力軸１８とを一体に回転可能とする機能と、移動子１５からの振動を出力軸１８へ伝えないように振動を吸収する機能とを有しており、ブチルゴム、シリコンゴム、プロピレンゴム等が用いられている。
【００１５】
加圧部材１９は、振動子１１と移動子１５とを加圧接触させる加圧力を発生する部材であり、ギア部材２０とベアリング受け部材２１との間に設けられている。本実施形態では、加圧部材１９は、圧縮コイルバネを用いているが、これに限定されるものではない。
ギア部材２０は、出力軸１８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅリング等のストッパ２２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸１８と一体となるように設けられている。ギア部材２０は、出力軸１８の回転とともに回転することにより、ギア４（図１参照）に駆動力を伝達する。
また、ベアリング受け部材２１は、ベアリング１７の内径側に配置され、ベアリング１７は、固定部材１６の内径側に配置された構造となっている。
加圧部材１９は、振動子１１を移動子１５側へ、出力軸１８の軸方向に加圧しており、この加圧力によって、移動子１５は、振動子１１の駆動面に加圧接触し、回転駆動される。なお、加圧部材１９とベアリング受け部材２１との間には、加圧力調整ワッシャーを設けて、超音波モータ１０の駆動に適正な加圧力が得られるようにしてもよい。
【００１６】
図３は、本実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００を説明するブロック図である。
本実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００は、発振部１０１と、制御部１０２と、移相部１０３と、増幅部１０４，１０５と、検出部１０６とを有する。
発振部１０１は、制御部１０２の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。
移相部１０３は、発振部１０１で発生した駆動信号を、９０°位相の異なる２つの駆動信号に分ける部分である。
増幅部１０４，１０５は、移相部１０３によって分けられた２つの駆動信号を、それぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。増幅部１０４，１０５からの駆動信号は、超音波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動子１１に進行波が発生し、移動子１５が駆動される。
【００１７】
検出部１０６は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子１５の駆動によって駆動されたレンズ７の位置や速度を検出する部分である。本実施形態では、カム筒６の位置や速度を検出することにより、レンズ７の位置や速度を検出している。
制御部１０２は、カメラボディ２に設けられた不図示のＣＰＵからの駆動指令を基に、超音波モータ１０の駆動を制御する部分である。制御部１０２は、検出部１０６からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部１０１が発生する駆動信号の駆動周波数を制御する。
【００１８】
超音波モータ１０の駆動装置１００は、以下のように動作する。
まず、制御部１０２に目標位置が伝達される。発振部１０１からは、駆動信号が発生し、その信号から、移相部１０３により９０°位相の異なる２つの駆動信号が生成され、増幅部１０４，１０５により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、超音波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３が励振され、その励振によって、弾性体１２には、４次の曲げ振動が発生する。圧電体１３は、Ａ相とＢ相とに分けられており、駆動信号は、それぞれＡ相とＢ相とに印加される。Ａ相から発生する４次曲げ振動とＢ相から発生する４次曲げ振動とは、位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは、９０°位相がずれているため、２つの曲げ振動は、合成され、４波の進行波となる。
【００１９】
進行波の波頭には、楕円運動が生じている。従って、弾性体１２の駆動面１２ｄに加圧接触された移動子１５は、この楕円運動によって摩擦駆動される。
光学式エンコーダ等の検出部１０６は、移動子１５の駆動により駆動されたカム筒６の位置や速度を検出し、電気パルスとして、制御部１０２に伝達される。制御部１０２は、この信号を基に、レンズ７の現在の位置と現在の速度とを得ることが可能となり、発振部１０１が発生する駆動周波数は、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に制御される。
【００２０】
本実施形態の圧電体１３について説明する。
図４は、本実施形態の圧電体１３を示す図である。図４（ａ）は、圧電体１３の弾性体１２に対する接合面１３ａを弾性体１２側から見た図である。図４（ｂ）は、圧電体１３の接合面１３ａとは反対側の面（以下、他方の面という）１３ｂを、ギア部材２０側から見た図である。
圧電体１３の接合面１３ａは、弾性体１２の弾性体側接合面１２ｅと接合される面である。接合面１３ａは、略全面に電極部Ｄ１が形成されている。
電極部Ｄ１は、無電解めっきを用いて形成される。本実施形態では、電極部Ｄ１は、無電解ニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）めっきの皮膜層である。
【００２１】
圧電体１３の他方の面１３ｂには、Ａ相、Ｂ相の電気信号が入力される電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９と、グランドとなる電極部Ｄ１０とが周方向に所定の間隔をあけて形成されている。また、他方の面１３ｂの内周端及び外周端及び電極部Ｄ２〜Ｄ１０間は、圧電体１３の素地が露出した素地部１３ｃとなっている。
電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９は、それぞれ、Ａ相、Ｂ相の駆動信号を入力する電極部であり、各相において分極が交互となるように配置されている。電極部Ｄ１０は、Ａ相（電極部Ｄ２〜Ｄ５）とＢ相（電極部Ｄ６〜Ｄ９）との間となるように、電極部Ｄ２と電極部Ｄ６との間に形成されている。
電極部Ｄ２〜Ｄ１０は、本実施形態では、銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布することにより形成されている。
【００２２】
次に、本実施形態の超音波モータ１０の製造方法を説明する。
図５は、本実施形態の超音波モータ１０の製造方法を示す工程図である。
超音波モータ１０は、圧電体成形工程＃１０１、第１ラップ加工工程＃１０２、無電解めっき工程＃１０３、第２ラップ加工工程＃１０４、電極パターン形成工程＃１０５、接合工程＃１０６、分極工程＃１０７、配線工程＃１０８、組み立て工程＃１０９等の工程を経て製造される。
【００２３】
圧電体成形工程＃１０１は、チタン酸ジルコン酸鉛等の材料を、成形型等を用いて略円環形状に成形して焼結する等により、圧電体１３を成形する工程である。
第１ラップ加工工程＃１０２は、成形された圧電体１３の一方の面にラップ加工を施す工程である。圧電体成形工程＃１０１での焼結等により、圧電体１３に歪み等が生じる場合がある。ラップ加工によって研磨することにより、圧電体１３の一方の面の平面性を向上させることができる。
【００２４】
無電解めっき工程＃１０３は、第１ラップ加工工程＃１０２においてラップ加工を行なった圧電体１３の一方の面に、無電解めっきを行なう工程である。まず、圧電体１３の無電解めっきを行なう面（圧電体１３の一方の面）以外の部分を、マスキングする。そして、本実施形態では、無電解ニッケルリンめっきを行ない、圧電体１３の一方の面の略全面に、ニッケルリンめっきの皮膜を形成する。この無電解めっき工程＃１０３により、電極部Ｄ１が形成される。
なお、本実施形態では、無電解ニッケルリンめっきを行なったが、これに限らず、例えば、無電解ニッケルクロム（ＮｉＰ−Ｃｒ）めっきや、無電解ニッケルホウ素（ＮｉＢ）めっき等を行なってもよい。
【００２５】
第２ラップ加工工程＃１０４は、圧電体１３の電極部Ｄ１が形成された面とは反対側の面（他方の面）にラップ加工を施す工程である。
電極パターン形成工程＃１０５は、第２ラップ加工工程＃１０４にてラップ加工を行なった圧電体１３の他方の面１３ｂに、電極部Ｄ２〜Ｄ１０を形成する工程である。
本実施形態では、圧電体１３の他方の面１３ｂにスクリーン印刷により銀ペーストを塗布し、焼付けを行ない硬化させる。これにより、他方の面１３ｂに電極部Ｄ２〜Ｄ１０及び素地部１３ｃが形成される。
【００２６】
接合工程＃１０６は、弾性体１２と圧電体１３とを、半田部材を用いて接合する工程である。
弾性体１２は、予め、切削加工等により作製されたものを用意し、弾性体１２の圧電体１３に対する接合面（弾性体側接合面）１２ｅ上に、クリーム半田を塗布する。なお、本実施形態では、クリーム半田として、千住金属工業株式会社製のエコソルダーＬ１１を用いたが、これに限らず、プリント基板に部品等を実装する際に使用される低耐熱部品用の半田部材を、適宜選択して用いてよい。
弾性体側接合面１２ｅにクリーム半田を塗布した後に、圧電体１３を、電極部Ｄ１が形成された面を弾性体１２に対する接合面１３ａとして弾性体１２の弾性体側接合面１２ｅ上に載せ、リフロー炉に入れて加熱、冷却する。これにより、クリーム半田が溶解、凝集し、弾性体１２と圧電体１３とが接合される。
【００２７】
分極工程＃１０７は、圧電体１３を分極する工程である。本実施形態では、所定の電源を用いて分極に必要な電圧を圧電体１３及び弾性体１２に印加する。
通常、分極は、プラスの電極とマイナスの電極とで圧電体を挟みこんで行なう必要があるが、本実施形態では、一方の電極として圧電体１３の他方の面１３ｂに形成された各電極部を用い、他方の電極には、弾性体１２を用いている。
なお、必要であれば、分極工程＃１０７の後、弾性体１２の駆動面１２ｄの平面性を確保するための研磨加工等を行なってもよい。
【００２８】
配線工程＃１０８は、フレキシブルプリント基板１４のリード線を、他方の面１３ｂの各電極部に接続させる工程である。
組み立て工程＃１０９は、上述の工程を経て作製された振動子１１（弾性体１２及び圧電体１３）と移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等の部材を用いて、超音波モータ１０を組み立てる工程である。
これらの工程を経て、本実施形態の超音波モータ１０が完成する。
【００２９】
図６は、本実施形態の超音波モータ１０及び比較例の超音波モータ１１０の圧電体と弾性体との接合部分を比較する図である。図６（ａ）は、本実施形態の超音波モータ１０の振動子１１を、図４に示す矢印Ｓ１−Ｓ２に沿って弾性体側接合面１２ｅに直交する方向に切断した断面の拡大図を示し、図６（ｂ）は、比較例の超音波モータ１１０の、図６（ａ）に示す断面に相当する断面の拡大図である。なお、図６（ａ），（ｂ）では、理解を容易にするためにフレキシブルプリント基板１４等は省略して示している。
ここで、比較例の超音波モータ１１０を用意し、弾性体と圧電体との接合部分に関して本実施形態の超音波モータ１０と比較する。比較例の超音波モータ１１０は、圧電体１１３の弾性体１２に対する接合面側に形成された電極部Ｄ１１の形態や圧電体１３と弾性体を接合する部材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。従って、本実施形態と共通する機能を果たす部分には、共通の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００３０】
比較例の圧電体１１３は、弾性体１２に対する接合面に電極部Ｄ１１を有する点以外は、本実施形態の圧電体１３と略同様の形態である。弾性体１２に対する接合面とは反対側の他方の面１１３ｂには、本実施形態の圧電体１３と略同様の電極部Ｄ２〜Ｄ１０が形成され、各電極間及び圧電体１１３の外周端、内周端には、圧電体１１３の素地が露出した素地部１１３ｃが形成されている。
また、比較例の圧電体１１３と弾性体１２とは、接着剤を用いて接合されているため、弾性体１２と圧電体１１３との間には、接着剤層１２４が形成されている。
【００３１】
比較例の圧電体１１３は、従来の圧電体と同様に、スクリーン印刷により銀ペーストを塗布して電極部Ｄ１１を形成している。
スクリーン印刷を用いて電極部を形成する場合、電極部のにじみが生じ易い。圧電体１１３の側面に電極部がにじむと、製造過程における分極時や超音波モータの駆動時等にショートが発生する恐れがある。従って、図６（ｂ）に示すように、圧電体１１３の内周端及び外周端には、素地部１１３ｃが必要となる。
また、スクリーン印刷によって銀ペーストを塗布して形成された電極部Ｄ１１の表面は、圧電体１１３の素地部１１３ｃや弾性体側接合面１２ｅの表面に比べて表面粗さが小さい。そのため、圧電体１１３の接合面の全面に電極部Ｄ１１を形成した場合には、接着剤による投錨効果が小さく、十分な接着強度が得られない恐れがある。従って、圧電体１１３の接合面の内周端及び外周端を素地部１１３ｃとすることにより、接着剤の投錨効果が十分得られ、所定の接着強度を得ている。
しかしながら、圧電体１１３の接合面の内周端及び外周端を素地部１１３ｃとすることにより、圧電体１１３の径方向において圧電体１１３が分極された領域が小さくなり、全面に電極を形成した理想的な圧電体に比べて駆動性能が劣る。
【００３２】
加えて、電極部Ｄ１１は、スクリーン印刷によって形成されているので、図６（ｂ）に示すように、圧電体１３の径方向の両端部が厚く（５〜１０μｍ）、中央部が薄く（２〜３μｍ）なるといった電極部Ｄ１１の厚さのムラが生じ易い。
そのため、接着剤層１２４が電極部Ｄ１１の径方向の中央部分では厚くなり、接着剤層１２４の厚い部分の接着強度が低下し、超音波モータ１１０の駆動効率が低下したり、圧電体１１３が剥がれたりといった問題が生じる。
【００３３】
これに対して本実施形態の超音波モータ１０では、弾性体１２に対する接合面１３ａに形成された電極部Ｄ１は、無電解めっきを用いて形成されているため、電極部Ｄ１をムラのない均一な膜厚とすることができる。従って、クリーム半田によって形成された半田層２４の膜厚をムラのない均一なものとすることができ、電極部のムラに起因した接着強度の低下を防止できる。
また、電極部Ｄ１は、無電解めっきの皮膜層であるので、その膜厚を１μｍ以下とすることができる。そのため、電極部Ｄ１の表面の粗さは、圧電体１３の表面の粗さに追従した形態となり、表面粗さが比較例の電極部Ｄ１１に比べて大きく、十分な投錨効果を期待できる。
さらに、比較例の電極部Ｄ１１のように銀ペーストを用いてスクリーン印刷により圧電体１３の接合面側の電極部を形成した圧電体は、銀ペースト等に含まれる有機物等のために半田部材を用いた接合には適さなかったが、電極部Ｄ１は、無電解めっきの皮膜層であるため、弾性体１２との接合に半田部材を用いることが可能となり、接着強度の向上効果を高めることができる。
【００３４】
その上、上述のように、弾性体１２と圧電体１３とは十分な接合強度が得られるので圧電体１３の接合面１３ａの内周端及び外周端に素地部を設けなくともよく、かつ、にじみによるショート発生の恐れもない。従って、接合面１３ａの略全面に電極部Ｄ１を形成することができ、圧電体１３の分極された領域を増やすことができるので、超音波モータ１０の駆動性能を向上することができる。
また、分極を行なってからリフロー炉による接合を行なった場合、炉内の温度が圧電体１３のキュリー点より低い場合であっても、圧電体１３の分極性能が低下する場合があるが、本実施形態では、接合工程＃１０６を行なった後に分極工程＃１０７を行なうので、圧電体１３の分極性能を低下させることなく、圧電体１３と弾性体１２とを接合できる。
さらに、本実施形態では、接合工程＃１０６を行なった後に分極工程＃１０７を行なうので、リフロー炉内で加熱処理を行なう場合に、圧電体１３のキュリー点の温度よりも高温で溶解するような、より接合強度の高い半田部材を用いて高温で加熱することも可能となり、弾性体１２と圧電体１３との接合強度を高めることができる。
【００３５】
よって、本実施形態によれば、圧電体１３と弾性体１２との十分な接合強度が得られ、超音波モータ１０を安定して駆動することができ、超音波モータ１０の駆動性能を向上させることができる。
また、電極部Ｄ１を接合面１３ａの略全面に形成できるので、位置合わせ等を行なう必要がない。
さらに、電極部Ｄ２〜Ｄ１０は、スクリーン印刷によって形成するので、各電極間をマスキングして無電解めっきによって形成する場合に比べて容易に形成でき、かつ、生産コストを抑えることができる。なお、本実施形態において、圧電体１３の他方の面１３ｂの各電極部Ｄ２〜Ｄ１０は、スクリーン印刷によって形成される例を示したが、電極部Ｄ１と同様に無電解めっきにより形成してもよい。
【００３６】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能である。
（１）本実施形態では、接合工程＃１０６を行なった後に、分極工程＃１０７を行なう例を示したが、これに限らず、接合工程を行なった後に、分極工程を行なってもよい。
図７は、超音波モータ１０の製造方法の他の例を示す工程図である。
図７に示す超音波モータ１０の製造方法は、上述した実施形態と略同様の工程を有するが、分極工程＃２０６を行なった後に接合工程＃２０７を行なう点が上述の実施形態とは異なっている。
なお、分極工程＃２０６を行なった後に、接合工程＃２０７を行なう場合は、リフロー炉内での加熱処理の際に、炉内の温度が圧電体１３のキュリー点の温度（約３００度）の１／３〜１／２程度の温度（約１３０〜２００度）とすることが好ましい。これは、炉内の温度を圧電体１３のキュリー点の温度以上とすると、分極により得られる圧電体１３の性能が低下するためである。
このような製造方法とすることにより、電極パターン形成工程＃２０５を行なった後の製造工程の流れが、接着剤による圧電体と弾性体の接合工程を、半田部材を用いた接合工程とする点以外は、従来の超音波モータの製造方法と略同様となり、本実施形態の超音波モータ１０を従来の製造工程の流れを利用して製造できる。
【００３７】
（２）本実施形態では、電極パターン形成工程＃１０５において、スクリーン印刷によって形成された電極部Ｄ２〜Ｄ１０の焼き付けを行なう例を示したがこれに限らず、例えば、電極部Ｄ２〜Ｄ１０の焼き付けを、接合工程＃１０６で行なってもよい。
電極パターン形成工程＃１０５ではスクリーン印刷によって銀ペーストを塗布し、接合工程＃１０６におけるリフロー炉内での加熱処理によって、電極部Ｄ２〜Ｄ１０の焼き付けを行なうことにより、工数を低減できる。
【００３８】
（３）本実施形態では、第１ラップ加工工程＃１０２と第２ラップ加工工程＃１０４とを行なう例を示したが、これに限らず、第１ラップ加工工程において、圧電体１３の両面ラップ加工を行なってもよい。
【００３９】
（４）本実施形態では、半田部材を用いて弾性体１２と圧電体１３とを接合する例を示したが、これに限らず、例えば、接着剤を用いて接合してもよい。
電極部Ｄ１の表面の粗さは、上述のように、圧電体１３の表面の粗さに追従した形態となるので、接着剤を用いて接合した場合にも、十分な接着強度が得られる。
【００４０】
（５）本実施形態では、移動子１５が回転駆動される超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、移動子が直線方向に駆動されるリニア型の振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４１】
（６）本実施形態では、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。
【００４２】
（７）本実施形態では、超音波モータは、フォーカス動作時にレンズの駆動に用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズのズーム動作時の駆動に用いられる超音波モータとしてもよい。
【００４３】
（８）本実施形態では、超音波モータは、カメラに用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、複写機の駆動部や、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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態のカメラ１を説明する図である。
【図２】実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
【図３】実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００を説明するブロック図である。
【図４】実施形態の圧電体１３を示す図である。
【図５】実施形態の超音波モータ１０の製造方法を示す工程図である。
【図６】実施形態の超音波モータ１０と比較例の超音波モータ１１０との弾性体と圧電体との接合部分を比較する図である。
【図７】超音波モータ１０の製造方法の他の例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：カメラ、３：レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１２：弾性体、１３：圧電体、１３ａ：接合面、１３ｂ：他方の面、１５：移動子、Ｄ１：第１の電極部、Ｄ２〜Ｄ１０：第２の電極部、２４：半田層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子が接合され、前記電気機械変換素子が駆動されることによって振動波を生じる弾性体と、
前記弾性体に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材と、
を備える振動アクチュエータであって、
前記電気機械変換素子は、前記弾性体に対する接合面に、無電解めっきにより形成された第１の電極部を有すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、半田部材を用いて前記弾性体に接合されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記第１の電極部は、前記接合面の略全面に形成されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、前記接合面とは反対側の面に、所定の間隔を空けて複数配置された第２の電極部を有し、
前記第２の電極部は、スクリーン印刷によって形成されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１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。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか１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カメラ。
【請求項７】
電気機械変換素子の一方の面に、無電解めっきにより第１の電極部を形成する無電解めっき工程と、
前記無電解めっき工程の後に、前記電気機械変換素子の前記第１の電極部が形成された面を弾性体に接合する接合工程と、
を備える振動アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記接合工程は、前記電気機械変換素子と前記弾性体とを半田部材を用いて接合すること、
を備える振動アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記接合工程の後に、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、
を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記無電解めっき工程と前記接合工程との間に、前記電気機械変換素子の他方の面に第２の電極部を形成する工程を備えること、
を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子が接合され、前記電気機械変換素子が駆動されることによって振動波を生じる弾性体と、
前記弾性体に加圧接触され、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材と、
を備える振動アクチュエータであって、
前記電気機械変換素子は、前記弾性体に対する接合面に、無電解めっきにより形成された第１の電極部を有すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、半田部材を用いて前記弾性体に接合されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記第１の電極部は、前記接合面の略全面に形成されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、前記接合面とは反対側の面に、所定の間隔を空けて複数配置された第２の電極部を有し、
前記第２の電極部は、スクリーン印刷によって形成されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１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。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか１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カメラ。
【請求項７】
電気機械変換素子の一方の面に、無電解めっきにより第１の電極部を形成する無電解めっき工程と、
前記無電解めっき工程の後に、前記電気機械変換素子の前記第１の電極部が形成された面を弾性体に接合する接合工程と、
を備える振動アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記接合工程は、前記電気機械変換素子と前記弾性体とを半田部材を用いて接合すること、
を備える振動アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記接合工程の後に、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、
を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記無電解めっき工程と前記接合工程との間に、前記電気機械変換素子の他方の面に第２の電極部を形成する工程を備えること、
を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２０１３２２（Ｐ２００９−２０１３２２Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４３０４３（Ｐ２００８−４３０４３）
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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