振動体及び振動型駆動装置
【課題】 主に振動減衰を抑制することのできる振動体を提供する。
【解決手段】 相互に接触する複数の弾性体（２、３）と、電気信号が供給されることにより弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子（４）とを有し、複数の弾性体間の隙間に、樹脂材料が設けられている。
【解決手段】 相互に接触する複数の弾性体（２、３）と、電気信号が供給されることにより弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子（４）とを有し、複数の弾性体間の隙間に、樹脂材料が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体と、弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有し、振動型駆動装置に用いられる振動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の棒状タイプの振動波モータに用いられる振動体の断面図である。振動体４１は、黄銅で形成された第１の弾性体４２および第２の弾性体４３と、第１及び第２の弾性体４２、４３の間に挟まれた積層圧電素子４５とを有している。また、積層圧電素子４５と第２の弾性体４３との間には、積層圧電素子４５と電気的に接続された回路基板４６が配置されている。
【０００３】
シャフト４４は、第１及び第２の弾性体４２、４３及び積層圧電素子４５を貫通し、ナット４７はシャフト４４に締め付けられている。これにより、振動体４１が構成されている。そして、第１の弾性体４２のうち接触体（不図示）と接触する接触面４２ａには、摩擦材として、耐摩耗性を有する金属（無電解ニッケルメッキ）が用いられている。
【０００４】
積層圧電素子４５は、電気−機械エネルギ変換素子としての機能を有する圧電セラミックス層（以下、圧電層）と電極層とを交互に重ね合わせ、積層化した素子である。
【０００５】
積層圧電素子４５の一端面（図中下側の端面）に形成された複数の電極には、回路基板４６上に形成された配線パターンが接触しており、積層圧電素子４５には、回路基板４６を介して外部電源からの交流電圧が印加されるようになっている。
【０００６】
振動体４１の主な寸法は、振動体４１の全長（シャフト４４の全長）が２７ｍｍ、第１及び第２の弾性体４２、４３及び積層圧電素子４５の直径がφ１０ｍｍとなっている。
【０００７】
回路基板４６を介して、積層圧電素子４５に駆動用の交流電圧を印加すると、積層圧電素子４５の内部電極パターンの構成により、２個所の領域が積層圧電素子４５の厚み方向で伸縮変位を繰り返し、振動体４１（第２の弾性体４３）には二つの曲げ振動が励起される。
【０００８】
そして、上記二つの曲げ振動によって接触面４２ａに楕円運動が生じ、接触面４２ａ及び接触体間の摩擦力によって、接触体が振動体４１に対して移動（回転）する。
【０００９】
一方、金属弾性体に接着された板状圧電体素子の表面を樹脂で被覆した振動体がある（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特許第２５３７９４７号（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
最近、振動波モータを各種電子機器に搭載するために、振動波モータには、小型化、低消費電力化、高出力化及び低コスト化が要求されている。
【００１１】
振動波モータの小型化を図るために、振動体を構成する構成部品を小型化させる場合には、各構成部品間の密着性を向上させるために、接触面における単位面積当たりの強度を向上させる必要があり、焼入鋼を用いて構成部品を形成する必要がある。
【００１２】
しかし、焼入鋼を用いた場合でも、振動体を組み立てた後の各構成部品間には隙間が残り、この隙間によって振動波モータの駆動に悪影響を与える、すなわち、従来の振動体よりも振動減衰が大きくなるおそれがある。そして、振動波モータの駆動効率や駆動性能が低下してしまうおそれがある。
【００１３】
また、シャフト等の構成部品に高強度の焼入鋼を用いるとともに、錆の発生を抑制するためのメッキ処理等を施すと、コストアップとなってしまう。
【００１４】
また、積層圧電素子の内部電極の領域を確保しつつ、積層圧電素子の小型化を図るために、内部電極を積層圧電素子の外周面に露出させると、内部電極間で結露による電流リークが生じるおそれがある。また、回路基板の表面において、電流リークが生じるおそれがある。
【００１５】
また、高湿度環境下においては、弾性体及び接触体間の摩擦面に水分が発生し、該水分による表面張力によって、弾性体及び接触体間に、いわゆる固着現象が生じるおそれがある。固着現象が生じた場合には、接触体が正常に動作するまでの時間が長くなってしまう。
【００１６】
ここで、特許文献１の振動体では、圧電体素子の表面を樹脂で被覆しているため、圧電体素子内への水分の浸入を抑制できるが、上述したように振動体を構成する各構成部品間には隙間が生じていることになる。したがって、各構成部品間に生じる隙間によって、振動減衰が大きくなってしまう。
【００１７】
本発明の目的は、上述した問題を解決することのできる振動体および該振動体を備えた振動型駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の振動体は、相互に接触する複数の弾性体と、電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有し、前記複数の弾性体間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の弾性体間の隙間に樹脂材料を設けているため、振動体での振動減衰を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１である棒状タイプの振動波モータ（振動型駆動装置）の断面図である。
【００２２】
振動体１は、焼入れした炭素工具鋼で形成された第１の弾性体２と、研磨された摩擦面を有し、セラミックス（アルミナ）で形成された第２の弾性体３と、積層圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）４とを有している。第１の弾性体２は、第２の弾性体３に固定されている。また、積層圧電素子４は、後述するように内部電極の端部が積層圧電素子４の外周面に露出している。
【００２３】
焼入れしたクロムモリブデン鋼で形成されたシャフト（締結部材）５は、第１及び第２の弾性体２、３及び積層圧電素子４を貫通しており、シャフト５の一端には、焼入れした炭素工具鋼で形成されたナット（締結部材）６が締め付けられている。ここで、第１及び第２の弾性体２、３、積層圧電素子４及び回路基板７は、シャフト５の第１のフランジ部５ａ及びナット６によって挟まれることで固定されている。
【００２４】
積層圧電素子４とナット６の間には、回路基板７が配置されており、回路基板７は積層圧電素子４に形成された内部電極と電気的に接続されている。回路基板７は、不図示の外部電源に接続されており、外部電源からの電力は、回路基板７を介して積層圧電素子４に供給される。
【００２５】
積層圧電素子４は、図２に示すように、表面に複数の内部電極が形成された圧電層を複数有しており、これらの圧電層が積層されて構成されている。ここで、図２は、積層圧電素子４の分解斜視図である。
【００２６】
第１の圧電層２１の表面には、内部電極と導通し、スルーホール２０の端部である表面電極が露出している。この表面電極は、後述するように回路基板７に形成された配線パターンと接触している。これにより、回路基板７の配線パターンを介して外部電源と内部電極との導通が図られる。
【００２７】
第２の圧電層２２は、第１の圧電層２１の表面電極と内部電極を繋ぐ回路パターンの役割をもっている。第３の圧電層２３は、第２の圧電層２２と同様に、第１の圧電層２１の表面電極と内部電極とを繋ぐ回路パターンの役割を有している。
【００２８】
また、第３の圧電層２３の表面には、振動検出用の内部電極Ｓが形成されている。内部電極Ｓは、積層圧電素子４の駆動時に発生する振動に応じた電圧信号をスルーホール２０へ出力する。内部電極Ｓから出力された電圧信号は、不図示の制御回路の入力され、積層圧電素子４への印加電圧を制御するために用いられる。
【００２９】
第５の圧電層２５の表面（片面）には、４つの内部電極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２が形成されており、各内部電極の間は絶縁部となっている。第５の圧電層２５を挟む第４の圧電層２４及び第６の圧電層（不図示）の表面には、４つの内部電極Ａ１Ｇ、Ａ２Ｇ、Ｂ１Ｇ、Ｂ２Ｇが形成されている。第４の圧電層２４から第３０の圧電層２７までは、第４の圧電層２４および第５の圧電層２５と同じ構成の圧電層が交互に配置されている。
【００３０】
ここで、上述したように各圧電層（第２の圧電層２２〜第３０の圧電層２７）の表面に形成された内部電極が４つの領域に分割されているのは、振動波モータの駆動力を有効に発生させるためである。最下層である第３１の圧電層２８は、第２の弾性体３と接触する。第３１の圧電層２８には内部電極が形成されておらず、積層圧電素子４の内部電極と第２の弾性体３との間での絶縁を行っている。
【００３１】
各圧電層（圧電層２３、２５、２７等）の表面に形成された４つの内部電極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のうち内部電極Ａ１、Ａ２はＡ相駆動用の内部電極となり、内部電極Ｂ１、Ｂ２はＢ相駆動用の内部電極となる。第１の圧電層２１から第２９の圧電層２６に形成された各スルーホール（合計９種類のスルーホール）は、各内部電極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ａ１Ｇ、Ａ２Ｇ、Ｂ１Ｇ、Ｂ２Ｇの導通と内部電極Ｓの導通を行うために設けられている。
【００３２】
内部電極Ａ１及びＡ１Ｇ間と、内部電極Ａ２及びＡ２Ｇ間とにＡ相駆動用の交流電圧を印加するとともに、内部電極Ｂ１及びＢ１Ｇ間と、内部電極Ｂ２及びＢ２Ｇ間とにＢ相駆動用の交流電圧を印加すると、内部電極Ａ１、Ａ２と、内部電極Ｂ１、Ｂ２とのそれぞれが、積層圧電素子４の厚み方向（図１の上下方向）の伸縮変位を繰り返し、第２の弾性体３には二つの曲げ振動が励起される。そして、第２の弾性体３の摩擦面３ａには、進行性の振動波（以下、進行波とする）が発生する。
【００３３】
本実施例では、積層圧電素子４を小型化しつつ、圧電活性領域（内部電極の形成領域）をできるだけ広くするために、第２の圧電層２２から第３０の圧電層２７までの各圧電層に形成された内部電極が各圧電層の周縁部まで延びている。これにより、各内部電極の端部は、積層圧電素子４の外周面に露出することになる。このように各圧電層での内部電極の形成領域を広くとることで、振動波モータの駆動効率を向上させることができる。
【００３４】
そして、振動波モータの駆動時には、積層圧電素子４の外周面における圧電層間に交流電圧が印加された状態になっている。ここで、内部電極が積層圧電素子４の外周面に露出している構成は、従来の積層圧電素子４５と異なる点である。
【００３５】
積層圧電素子４は、各圧電層２２〜２７に内部電極を形成した後、各圧電層２１〜２８を積層圧着し、焼成処理を施すことによって形成される。そして、内部電極Ａ１及びＡ１Ｇ間の圧電層と、内部電極Ａ２及びＡ２Ｇ間の圧電層とが互いに逆方向に分極するように分極処理が施される。同様に、内部電極Ｂ１及びＢ１Ｇ間の圧電層と、内部電極Ｂ２及びＢ２Ｇ間の圧電層とが互いに逆方向に分極するように分極処理が施される。
【００３６】
本実施例では、焼成処理後の各圧電層の厚みを６０μｍとし、従来の積層圧電素子における圧電層の厚みよりも薄くしている。ここで、内部電極は銀及びパラジウムで形成されており、厚みが１〜２μｍとなっている。
【００３７】
そして、積層圧電素子４のうち第１の圧電層２１に形成された各スルーホール２０と、各スルーホール２０に対応する回路基板７の配線パターンとを直接接触させて導通処理を行う。
【００３８】
図３に回路基板７の構成を示す。回路基板７のベースである基板３０上には、スルーホール２０と接触する第１の配線パターン３１と、第１の配線パターン３１に繋がる直線状の第２の配線パターン３２と、不図示の外部電源に接続される端子としての第３の配線パターン３３とが形成されている。
【００３９】
基板３０は、絶縁性及びフレキシブル性（弾力性）を有するポリイミド樹脂で形成されており、厚みが２５μｍとなっている。配線パターン３１、３２、３３は、銅箔で形成されており、厚みが３０μｍとなっている。配線パターン３１、３２、３３は、基板３０上に、エポキシ系の接着剤により接着されている。なお、配線パターン３１、３２、３３が形成されていない領域では、基板３０が露出している。
【００４０】
図１に示す第２の弾性体３は、セラミック（酸化アルミ）の粉末をプレス成形した後、焼成処理を施すことによって形成される。そして、第２の弾性体３の両端面に対してラップ加工を行った後、片面（摩擦面３ａ）を研磨する。これにより、摩擦面３ａでの平面度と表面粗さが所定の値となるように仕上げている。
【００４１】
酸化アルミは金属よりも硬質で耐磨耗性が良く、湿度を持つ環境下においても錆びることはない。しかしながら、酸化アルミで形成された摩擦面３ａは親水性を有し、濡れ性が良い。このため、後述する固着現象が起こりやすいと考えられる。
【００４２】
第１の弾性体２、シャフト５及びナット６は切削加工によって形成され、焼入れ処理を施すことにより機械的強度を向上させている。ここで、第１の弾性体２、シャフト５及びナット６は鋼で形成されているため、所定の湿度を持つ環境下では錆び易いといった欠点がある。
【００４３】
振動体１を構成する各構成部品（第１及び第２の弾性体２、３、積層圧電素子４、シャフト５及びナット６）を組み立てた後、各部品間の接触面については、概ね平面となるように加工処理が施される。
【００４４】
なお、振動体１の全長（シャフト５の全長）が１３ｍｍ、第１の弾性体２は最大直径φが４ｍｍ、長さが４．５ｍｍ、第２の弾性体３は外径がφ１０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍとなっている。また、積層圧電素子４は外径φが６ｍｍ、厚さが１．９ｍｍであり、ナット６の直径がφ８ｍｍ、厚さが１．２ｍｍとなっている。上述した各構成部品の寸法は、従来の振動体（図４）における各構成部品の寸法に比べて小さくなっている。
【００４５】
次に、振動波モータのうち振動体１の以外の部品について説明する。
【００４６】
図１において、アルミで形成され、アルマイト処理が施されたロータ（接触体）９には、黄銅で形成されたバネケース１０が接着剤等により接合されている。ロータ９に形成された凸状の接触部９ａは、第２の弾性体３の摩擦面３ａと接触する。
【００４７】
バネケース１０は、加圧バネ１４をガイドするシリンダー部１０ａと、加圧バネ１４の一端と当接するフランジ部１０ｂとを有している。また、加圧バネ１４の他端は、ギア１１の側面に当接している。
【００４８】
ここで、バネケース１０及びギア１１は、加圧バネ１４を圧縮させた状態で連結されている。ギヤ１１は後述するようにナット１３によってスラスト方向（シャフト５の長手方向）での位置が固定されるため、加圧バネ１４のバネ力は、バネケース１０及びロータ９に作用する。そして、ロータ９の接触部９ａは、加圧バネ１４のバネ力を受けることで、第２の弾性体３の摩擦面３ａに圧接する。
【００４９】
フランジ部材１２の一端面は、シャフト５に形成された第２のフランジ部５ｂに当接しており、シャフト５の他端には、フランジ部材１２を固定するためのナット１３が取り付けられている。ここで、フランジ部材１２がナット１３によってシャフト５のスラスト方向で位置決めされることで、フランジ部材１２に当接するギア１１もシャフト５のスラスト方向で位置決めされる。
【００５０】
ギヤ１１は、フランジ部材１２に対して摺動可能となっており、後述するようにロータ９の回転に応じて回転する。
【００５１】
上述した構成の振動波モータにおいて、不図示の外部電源から位相の異なる２相の交流信号が、回路基板７を介して積層圧電素子４（Ａ相駆動用及びＢ相駆動用の内部電極）に入力されると、第２の弾性体３には、シャフト５の長手方向に対する二つの曲げ振動が励振される。そして、第２の弾性体３の摩擦面３ａには楕円振動（進行波）が生じる。
【００５２】
ここで、摩擦面３ａにはロータ９の接触部９ａが加圧接触しているため、接触部９ａが摩擦面３ａで生じた進行波の影響を受けることで、ロータ９はシャフト５の軸回りに回転する。そして、バネケース１０及びギア１１は、ロータ９と一体となって回転する。
【００５３】
なお、バネケース１０には、シャフト５の長手方向に延びる突部１０ｃが形成されており、突部１０ｃは、ギア１１に形成された溝部１１ａに係合している。これにより、ロータ９とともに回転するバネケース１０の回転力は、ギア１１に伝達され、ギア１１も回転することになる。
【００５４】
本実施例の振動波モータは、フランジ部材１２を介して電子機器に組み込まれる。ここで、図１に示すように、ギア１１は、不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材１５に連結されており、被駆動部材１５は振動波モータの駆動力（ギア１１の回転力）を受けて動作する。
【００５５】
上記電子機器としては、撮影レンズを備えたレンズ装置及びレンズ一体型カメラや、画像形成装置（例えば、プリンタ）等がある。本実施例の振動波モータをレンズ装置又はレンズ一体型カメラに搭載した場合には、被駆動部材１５は撮影レンズを含むレンズユニットに相当し、画像形成装置に搭載した場合には、被駆動部材１５は感光ドラム等に相当する。
【００５６】
なお、本実施例では、振動体１で励起される振動によってロータ９を回転させる構成について説明したが、振動体での振動によって、該振動体に接触する被駆動部材を駆動する構成としてもよい。この構成として、例えば、画像形成装置における紙送り機構において、振動体の振動によって紙を移動させる構成がある。
【００５７】
本実施例の振動体１では、上述した課題で説明した各問題の発生を抑制することができる。以下、具体的に説明する。
【００５８】
１）振動体１の振動減衰を抑える効果
振動体１において、ナット６はシャフト５に対して強く締め付けられており、シャフト５及びナット６によって挟まれる各構成部品（第１及び第２の弾性体２、３及び積層圧電素子４）は互いに圧接するようになる。しかし、上記のようにナット６をシャフト５に対して強く締め付けただけでは、振動体１での振動減衰を十分に抑制することはできない。ここで、振動体１を構成する各構成部品は、材質的には振動減衰が比較的小さくなるが、シャフト５及びナット６によって各構成部品を圧接させても、各構成部品の小型化に伴い、各構成部品間の接触面においては隙間が残ってしまう。そして、この隙間によって振動減衰が大きくなってしまう。
【００５９】
このように振動減衰が大きくなると、振動体１で励起される振動をロータ９に効率良く伝達させることができず、振動波モータにおける駆動効率が低下してしまう。
【００６０】
そこで、本実施例では、振動体１に対して以下に説明する処理を行っている。
【００６１】
フッ素系ポリマーを主成分とした樹脂と、溶剤であるメチルエチルケトンとを混ぜた混合液に、振動体１を浸漬（ディピング）し、常温で２、３分間乾燥させることで溶剤を蒸発させている。
【００６２】
これにより、振動体１の各構成部品間に生じた隙間は、樹脂で充填されるとともに、振動体１の表面には厚さ２〜５μｍの皮膜８（図１の点線で示す）が形成される。なお、図１は、上記処理を行った振動体１に対してロータ９等の振動体１以外の部品を組み込んだ図である。
【００６３】
振動体における振動減衰は、通常、機械的品質係数Ｑｍ（Ｑｍが大きければ、振動減衰が少ない）を用いて評価することができる。ここで、機械的品質係数Ｑｍとは、弾性損失の尺度を表す値であって、振動体に応力を加えた際に、応力と同位相のひずみを位相ずれのひずみで割ったものである。
【００６４】
上述した樹脂の充填処理及び皮膜形成処理を行う前の振動体と、充填処理及び皮膜形成処理を行った後の振動体とに対して、機械的品質係数Ｑｍの測定を行った。処理前の振動体ではＱｍ＝２００〜３００であり、処理後の振動体ではＱｍ＝５００〜６００であった。この測定結果から分かるように、処理後の振動体は、処理前の振動体に比べて機械的品質係数Ｑｍが大きくなり、振動減衰が小さくなった。
【００６５】
ここで、振動体１を上記混合液に浸漬すると、振動体１の各構成部品間の隙間に存在する空気が追い出されるとともに、この隙間に樹脂が充填されることになる。したがって、各構成部品間での隙間は概ね無くなることで、振動体１の減衰特性が向上して、結果として機械的品質係数Ｑｍが大きくなったものと考えられる。
【００６６】
一方、振動体１を上記混合液に浸漬するのではなく、振動体１に対して刷け塗り等によって樹脂を塗布してもよい。ここで、第１及び第２の振動体２、３の間に樹脂を塗布した場合には、機械的品質係数Ｑｍが４００〜５００程度になった。
【００６７】
ここで、第１及び第２の弾性体２、３の接触部分は、振動体１の振動時において最も大きく変位する部分である。このため、第１及び第２の弾性体２、３の接触部分に樹脂を充填することで、振動減衰をより小さくさせる効果が得られる。
【００６８】
なお、積層圧電素子４及びナット６間に樹脂を充填した場合、第２の弾性体３及び積層圧電素子４の接触部分に樹脂を充填した場合、第１及び第２の弾性体２、３の接触部分に樹脂を充填した場合の順で、振動減衰を小さくさせる効果（機械的品質係数Ｑｍの値）が大きくなった。
【００６９】
したがって、上述したように振動体１を混合液に浸漬して、振動体１の各構成部品間の隙間すべてに樹脂を充填しなくても、振動体１の一部に樹脂を充填させるだけで、振動減衰を小さくさせる効果が得られることになる。
【００７０】
なお、フッ素系ポリマーを主成分とした樹脂の混合液中での濃度を変えたり、上述した浸漬及び乾燥の処理の回数を増やしたりすることで、振動体１の表面に形成される皮膜８の厚みを変更することができる。樹脂の濃度を変えれば、浸漬及び乾燥の処理を１回行うだけで、厚み約１μｍ〜１０μｍの皮膜８を形成することができる。また、浸漬及び乾燥の処理を１０回程度繰り返せば、厚み約０．１ｍｍの皮膜８を形成することもできる。
【００７１】
ここで、皮膜８の厚みが０．１ｍｍを超えた場合には、振動体１の機械的品質係数Ｑｍが低下した。このため、皮膜８の厚みは０．１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００７２】
なお、振動体１の表面に皮膜８を形成する方法としては、上述したように浸漬や塗布以外の方法であってもよく、例えば、スプレーを用いて樹脂を振動体１に対して吹き付けるようにしてもよい。すなわち、振動体１の表面に皮膜８を形成するとともに、振動体１の各構成部品間の隙間に樹脂を充填できる方法であれば、いかなる方法であってもよい。
【００７３】
一方、浸漬処理を行った後に加熱処理を行えば、溶剤の蒸発時間を短縮させることができる。また、熱硬化性を有する高分子ポリマーを上記混合液に添加すれば、加熱処理によって高分子ポリマーを硬化させることで、皮膜８の強度や皮膜８の振動体１に対する付着力を向上させることができる。
【００７４】
さらに、上記溶剤としては、酢酸ブチル、酢酸エチル及びトルエンなどの有機溶剤を用いたり、フッ素系の無機溶剤を用いたりすることができる。
【００７５】
また、フッ素系ポリマーを主成分とした樹脂の他に、シリコーン系ポリマーを主成分とした樹脂を用いてもよい。この場合には、上記と同様の効果が得られた。フッ素系ポリマー、シリコーン系ポリマーを主成分とした樹脂や、上述した溶剤は、表面張力が比較的小さいため、僅かな隙間（例えば、サブミクロン程度の隙間）にも入り込み易い。このため、振動体１を構成する各構成部品間の隙間に対する樹脂の充填率を向上させることができる。
【００７６】
しかも、上記樹脂は、吸湿性が低く、撥水性及び電気的絶縁性に優れており、化学的に安定した材料である。また、上記樹脂材料は、市販品の種類が多いため入手し易く、簡単に取り扱うことができる。
【００７７】
なお、本発明は上述した樹脂材料に限定されるものではなく、振動体１の使用環境や使用条件に応じた樹脂材料を適宜選択することができる。
【００７８】
２）防錆の効果
第１の弾性体２、シャフト５及びナット６の構成部品は、上述したように焼入鋼で形成されているため、表面が錆び易い。ここで、上述した皮膜８が形成されていない振動体１を、温度６０℃及び湿度９５％の環境下で５００時間放置すると、上記構成部品の表面には錆が発生した。このように、振動体１の構成部品の表面に錆が発生すると、振動体１の振動減衰が大きくなったり、ロータ９がスムーズに回転しなくなったりしてしまう。
【００７９】
したがって、錆が発生した場合には、上記不具合を抑制するために、構成部品（鋼）へのメッキ処理といった防錆処理を行う必要がある。
【００８０】
一方、上述した処理によって皮膜８を形成した振動体１を、温度６０℃及び湿度９５％の環境下で５００時間放置した。この場合には、第１の弾性体２、シャフト５及びナット６の表面には、錆が発生しなかった。このように錆の発生を抑制することで、防錆処理を行う必要がなくなるため、使い勝手が良く、耐久性に優れた振動体となる。
【００８１】
なお、上述したように振動体１を構成する各構成部品間の隙間にも樹脂が充填されているため、隙間における錆の発生を抑制することもできる。
【００８２】
上述した防錆効果は、撥水性を有する皮膜８によって、各構成部品の表面等に水分が付着するのを抑制したためと考えられる。
【００８３】
ここで、十分な防錆効果を得るには皮膜８の厚みを１μｍ以上にすることが好ましい。ここで、皮膜８の厚みを１μｍよりも薄くした場合には、厚みのばらつきによって、厚みが薄く撥水効果が不完全な部分に錆の発生がみられた。
【００８４】
３）電流リークの抑制
積層圧電素子４の外周面には、上述したように内部電極が露出している。このため、例えば、高温高湿度の環境下では、積層圧電素子４の表面に水分が付着して、積層圧電素子４の各圧電層間で電流リークが発生するおそれがある。また、回路基板７には配線パターン３１〜３３が露出しているため、配線パターンと内部電極との間で電流リークが発生するおそれがある。
【００８５】
このように電流リークが発生すると、振動体１には無駄な電流が流れ、電気的な損失が生じるため、振動波モータの駆動効率が低下してしまう。特に、振動体１に電解質（汚れ）が付着している場合には、水分を介して導通しやすくなり、電流リークが発生しやすくなる。
【００８６】
ここで、電流リークによる電気的損失の評価は、回路基板７を介して積層圧電素子４の誘電正接（ｔａｎδ）を測定することによって行うことができる。ｔａｎδの値は、誘電体損失を表す。
【００８７】
温度６０℃及び湿度９５％の環境下において、皮膜８を持たない振動体１と皮膜８が形成された振動体１とに対して、ｔａｎδの測定を行った。ここで、皮膜８の無い振動体１については、ｔａｎδが３〜５％であった。また、皮膜８を有する振動体１については、ｔａｎδが０．５％以下の値であった。０．５％以下の値は、振動体１を形成する材料が持つ値であり、電流リークが発生していないことを示している。
【００８８】
上記結果より、振動体１に皮膜８を形成することで、振動体１への水分の付着を抑制することができ、電流リークの発生を抑制することができることが分かる。
【００８９】
ここで、振動体１を組み立てる際や、振動波モータを電子機器に組み込む際には、振動体１の表面に汚れが付着するおそれがある。このため、振動体１の表面に汚れが付着しないように振動体１を組み立ててから、振動体１に皮膜８を形成することが好ましい。
【００９０】
一方、電流リークの発生を抑制するためには、皮膜８の厚みを１μｍ以上とすることが好ましい。皮膜８の厚みを１μｍよりも薄くすると、上述したように十分な撥水効果を得ることができず、電流リークが発生するおそれがあるからである。
【００９１】
回路基板７の表面に対しても皮膜８を形成することで、回路基板７における電流リークの発生を抑制することができる。すなわち、回路基板７の表面には、上述したように配線パターンが露出しているため、水分の付着によって電流リークが発生するおそれがある。そこで、回路基板７の表面に皮膜８を形成することで、回路基板７への水分の付着を抑制することができ、電流リークの発生を抑制することができる。
【００９２】
４）固着防止の効果
高温高湿の環境下では、第２の弾性体３の摩擦面３ａに水分が付着する。この場合、摩擦面３ａと、ロータ９の接触部９ａと間のわずかな隙間に水分が浸入し、水分が持つ表面張力によって接触部９ａを摩擦面３ａに吸着させてしまうことがある。この現象は固着現象と呼ばれ、摩擦力を利用する振動波アクチュエータに特有の現象である。
【００９３】
固着現象が発生すると、振動波モータ（積層圧電素子４）の駆動開始の時点からロータ９が直ちに回転し難くなり、ロータ９の立ち上がり動作が遅くなってしまう。
【００９４】
第２の弾性体３はアルミナで形成されているため、摩擦面３ａは濡れ性（親水性）を有している。また、摩擦面３ａは研磨処理されているため、摩擦面３ａに付着した水滴が、ロータ９の接触部９ａ及び摩擦面３ａ間の僅かな隙間に入り込み易くなっている。このため、接触部９ａ及び摩擦面３ａ間で固着現象が発生しやすくなっている。
【００９５】
通常、進入した水分が多ければ多いほど、大きな吸着力が発生し、該吸着力によって振動波モータの駆動に悪影響を与えることになる。
【００９６】
本実施例では、上述したように振動体１の表面に皮膜８を形成しており、ロータ９の接触部９ａ及び摩擦面３ａにも皮膜８が形成されることになる。撥水性を有する皮膜８を形成することで、接触部９ａ及び摩擦面３ａへの水分の付着を抑制することができ、固着現象の発生を抑制することができる。
【００９７】
ここで、皮膜８が形成されていない振動体１を備えた振動波モータと、皮膜８が形成された振動体１を備えた振動波モータとを、温度６０℃及び湿度９５％の環境下に設置して、ロータ９の起動時間を測定した。また、温度６０℃及び湿度が０％の環境下におけるロータ９の起動時間も測定した。起動時間としては、ロータ９の回転速度がゼロの状態（駆動停止状態）から、回転速度が２０ｒｐｍに到達するまでの時間とした。
【００９８】
湿度０％の環境下では、皮膜８の無い振動体１を用いた振動波モータ及び皮膜８を有する振動体１を用いた振動波モータの起動時間はそれぞれ、２０〜３０ｍｓｅｃとなった。また、湿度９５％の環境下において、皮膜８の無い振動体１を用いた振動波モータの起動時間は９０ｍｓｅｃ以上となり、皮膜８を有する振動体１を用いた振動波モータの起動時間は３５〜５０ｍｓｅｃとなった。
【００９９】
上記測定結果より、皮膜８を形成した振動体１を用いた振動波モータでは、皮膜８の無い振動体１を用いた振動波モータに比べて起動時間を大幅に短縮することができた。
【０１００】
ここで、皮膜８の厚みは１μｍ以上であることが好ましい。すなわち、皮膜８の厚みが１μｍよりも薄い場合には、上述したように厚みのバラツキによって十分な撥水効果が得られない部分が生じ、固着現象の発生を抑制することができないおそれがある。
【０１０１】
なお、振動波モータを駆動すると、ロータ９の接触部９ａ及び摩擦面３ａ間の摩擦によって皮膜８が剥がれることになる。ここで、接触部９ａ及び摩擦面３ａの接触領域以外の非領域には、皮膜８が形成されたままとなっているため、この非接触領域に形成された皮膜８によって撥水効果を得ることができる。
【０１０２】
また、樹脂の充填及び皮膜の形成は、振動体１の一部に行ってもよい。この場合、刷毛を用いれば、樹脂を容易に塗布することができる。そして、上述した浸漬及び乾燥の処理を振動体１に対して１回行うようにすれば、短時間で振動体１を量産することができ、低コスト化を図ることができる。
【０１０３】
また、振動体１の各構成部品の表面や各構成部品間の隙間に樹脂を充填できる方法であれば、いかなる方法であっても構わない。例えば、各構成部品をあらかじめ浸漬しその表面を樹脂で覆ってから、振動体１を組み立てても良い。
【０１０４】
さらに、本実施例では、棒状タイプの振動波モータについて説明したが、他のタイプ、例えば、円環型の振動体を備えた振動波モータについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施例１である振動波モータの断面図。
【図２】実施例１の振動波モータに用いられる振動体の積層圧電素子の分解斜視図。
【図３】実施例１の振動体における回路基板を示す図。
【図４】従来の振動体の断面図。
【符号の説明】
【０１０６】
１：振動体
２：第１の弾性体
３：第２の弾性体
４：積層圧電素子
５：シャフト
６：ナット
７：回路基板
８：皮膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体と、弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有し、振動型駆動装置に用いられる振動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の棒状タイプの振動波モータに用いられる振動体の断面図である。振動体４１は、黄銅で形成された第１の弾性体４２および第２の弾性体４３と、第１及び第２の弾性体４２、４３の間に挟まれた積層圧電素子４５とを有している。また、積層圧電素子４５と第２の弾性体４３との間には、積層圧電素子４５と電気的に接続された回路基板４６が配置されている。
【０００３】
シャフト４４は、第１及び第２の弾性体４２、４３及び積層圧電素子４５を貫通し、ナット４７はシャフト４４に締め付けられている。これにより、振動体４１が構成されている。そして、第１の弾性体４２のうち接触体（不図示）と接触する接触面４２ａには、摩擦材として、耐摩耗性を有する金属（無電解ニッケルメッキ）が用いられている。
【０００４】
積層圧電素子４５は、電気−機械エネルギ変換素子としての機能を有する圧電セラミックス層（以下、圧電層）と電極層とを交互に重ね合わせ、積層化した素子である。
【０００５】
積層圧電素子４５の一端面（図中下側の端面）に形成された複数の電極には、回路基板４６上に形成された配線パターンが接触しており、積層圧電素子４５には、回路基板４６を介して外部電源からの交流電圧が印加されるようになっている。
【０００６】
振動体４１の主な寸法は、振動体４１の全長（シャフト４４の全長）が２７ｍｍ、第１及び第２の弾性体４２、４３及び積層圧電素子４５の直径がφ１０ｍｍとなっている。
【０００７】
回路基板４６を介して、積層圧電素子４５に駆動用の交流電圧を印加すると、積層圧電素子４５の内部電極パターンの構成により、２個所の領域が積層圧電素子４５の厚み方向で伸縮変位を繰り返し、振動体４１（第２の弾性体４３）には二つの曲げ振動が励起される。
【０００８】
そして、上記二つの曲げ振動によって接触面４２ａに楕円運動が生じ、接触面４２ａ及び接触体間の摩擦力によって、接触体が振動体４１に対して移動（回転）する。
【０００９】
一方、金属弾性体に接着された板状圧電体素子の表面を樹脂で被覆した振動体がある（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特許第２５３７９４７号（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
最近、振動波モータを各種電子機器に搭載するために、振動波モータには、小型化、低消費電力化、高出力化及び低コスト化が要求されている。
【００１１】
振動波モータの小型化を図るために、振動体を構成する構成部品を小型化させる場合には、各構成部品間の密着性を向上させるために、接触面における単位面積当たりの強度を向上させる必要があり、焼入鋼を用いて構成部品を形成する必要がある。
【００１２】
しかし、焼入鋼を用いた場合でも、振動体を組み立てた後の各構成部品間には隙間が残り、この隙間によって振動波モータの駆動に悪影響を与える、すなわち、従来の振動体よりも振動減衰が大きくなるおそれがある。そして、振動波モータの駆動効率や駆動性能が低下してしまうおそれがある。
【００１３】
また、シャフト等の構成部品に高強度の焼入鋼を用いるとともに、錆の発生を抑制するためのメッキ処理等を施すと、コストアップとなってしまう。
【００１４】
また、積層圧電素子の内部電極の領域を確保しつつ、積層圧電素子の小型化を図るために、内部電極を積層圧電素子の外周面に露出させると、内部電極間で結露による電流リークが生じるおそれがある。また、回路基板の表面において、電流リークが生じるおそれがある。
【００１５】
また、高湿度環境下においては、弾性体及び接触体間の摩擦面に水分が発生し、該水分による表面張力によって、弾性体及び接触体間に、いわゆる固着現象が生じるおそれがある。固着現象が生じた場合には、接触体が正常に動作するまでの時間が長くなってしまう。
【００１６】
ここで、特許文献１の振動体では、圧電体素子の表面を樹脂で被覆しているため、圧電体素子内への水分の浸入を抑制できるが、上述したように振動体を構成する各構成部品間には隙間が生じていることになる。したがって、各構成部品間に生じる隙間によって、振動減衰が大きくなってしまう。
【００１７】
本発明の目的は、上述した問題を解決することのできる振動体および該振動体を備えた振動型駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の振動体は、相互に接触する複数の弾性体と、電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有し、前記複数の弾性体間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の弾性体間の隙間に樹脂材料を設けているため、振動体での振動減衰を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１である棒状タイプの振動波モータ（振動型駆動装置）の断面図である。
【００２２】
振動体１は、焼入れした炭素工具鋼で形成された第１の弾性体２と、研磨された摩擦面を有し、セラミックス（アルミナ）で形成された第２の弾性体３と、積層圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）４とを有している。第１の弾性体２は、第２の弾性体３に固定されている。また、積層圧電素子４は、後述するように内部電極の端部が積層圧電素子４の外周面に露出している。
【００２３】
焼入れしたクロムモリブデン鋼で形成されたシャフト（締結部材）５は、第１及び第２の弾性体２、３及び積層圧電素子４を貫通しており、シャフト５の一端には、焼入れした炭素工具鋼で形成されたナット（締結部材）６が締め付けられている。ここで、第１及び第２の弾性体２、３、積層圧電素子４及び回路基板７は、シャフト５の第１のフランジ部５ａ及びナット６によって挟まれることで固定されている。
【００２４】
積層圧電素子４とナット６の間には、回路基板７が配置されており、回路基板７は積層圧電素子４に形成された内部電極と電気的に接続されている。回路基板７は、不図示の外部電源に接続されており、外部電源からの電力は、回路基板７を介して積層圧電素子４に供給される。
【００２５】
積層圧電素子４は、図２に示すように、表面に複数の内部電極が形成された圧電層を複数有しており、これらの圧電層が積層されて構成されている。ここで、図２は、積層圧電素子４の分解斜視図である。
【００２６】
第１の圧電層２１の表面には、内部電極と導通し、スルーホール２０の端部である表面電極が露出している。この表面電極は、後述するように回路基板７に形成された配線パターンと接触している。これにより、回路基板７の配線パターンを介して外部電源と内部電極との導通が図られる。
【００２７】
第２の圧電層２２は、第１の圧電層２１の表面電極と内部電極を繋ぐ回路パターンの役割をもっている。第３の圧電層２３は、第２の圧電層２２と同様に、第１の圧電層２１の表面電極と内部電極とを繋ぐ回路パターンの役割を有している。
【００２８】
また、第３の圧電層２３の表面には、振動検出用の内部電極Ｓが形成されている。内部電極Ｓは、積層圧電素子４の駆動時に発生する振動に応じた電圧信号をスルーホール２０へ出力する。内部電極Ｓから出力された電圧信号は、不図示の制御回路の入力され、積層圧電素子４への印加電圧を制御するために用いられる。
【００２９】
第５の圧電層２５の表面（片面）には、４つの内部電極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２が形成されており、各内部電極の間は絶縁部となっている。第５の圧電層２５を挟む第４の圧電層２４及び第６の圧電層（不図示）の表面には、４つの内部電極Ａ１Ｇ、Ａ２Ｇ、Ｂ１Ｇ、Ｂ２Ｇが形成されている。第４の圧電層２４から第３０の圧電層２７までは、第４の圧電層２４および第５の圧電層２５と同じ構成の圧電層が交互に配置されている。
【００３０】
ここで、上述したように各圧電層（第２の圧電層２２〜第３０の圧電層２７）の表面に形成された内部電極が４つの領域に分割されているのは、振動波モータの駆動力を有効に発生させるためである。最下層である第３１の圧電層２８は、第２の弾性体３と接触する。第３１の圧電層２８には内部電極が形成されておらず、積層圧電素子４の内部電極と第２の弾性体３との間での絶縁を行っている。
【００３１】
各圧電層（圧電層２３、２５、２７等）の表面に形成された４つの内部電極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のうち内部電極Ａ１、Ａ２はＡ相駆動用の内部電極となり、内部電極Ｂ１、Ｂ２はＢ相駆動用の内部電極となる。第１の圧電層２１から第２９の圧電層２６に形成された各スルーホール（合計９種類のスルーホール）は、各内部電極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ａ１Ｇ、Ａ２Ｇ、Ｂ１Ｇ、Ｂ２Ｇの導通と内部電極Ｓの導通を行うために設けられている。
【００３２】
内部電極Ａ１及びＡ１Ｇ間と、内部電極Ａ２及びＡ２Ｇ間とにＡ相駆動用の交流電圧を印加するとともに、内部電極Ｂ１及びＢ１Ｇ間と、内部電極Ｂ２及びＢ２Ｇ間とにＢ相駆動用の交流電圧を印加すると、内部電極Ａ１、Ａ２と、内部電極Ｂ１、Ｂ２とのそれぞれが、積層圧電素子４の厚み方向（図１の上下方向）の伸縮変位を繰り返し、第２の弾性体３には二つの曲げ振動が励起される。そして、第２の弾性体３の摩擦面３ａには、進行性の振動波（以下、進行波とする）が発生する。
【００３３】
本実施例では、積層圧電素子４を小型化しつつ、圧電活性領域（内部電極の形成領域）をできるだけ広くするために、第２の圧電層２２から第３０の圧電層２７までの各圧電層に形成された内部電極が各圧電層の周縁部まで延びている。これにより、各内部電極の端部は、積層圧電素子４の外周面に露出することになる。このように各圧電層での内部電極の形成領域を広くとることで、振動波モータの駆動効率を向上させることができる。
【００３４】
そして、振動波モータの駆動時には、積層圧電素子４の外周面における圧電層間に交流電圧が印加された状態になっている。ここで、内部電極が積層圧電素子４の外周面に露出している構成は、従来の積層圧電素子４５と異なる点である。
【００３５】
積層圧電素子４は、各圧電層２２〜２７に内部電極を形成した後、各圧電層２１〜２８を積層圧着し、焼成処理を施すことによって形成される。そして、内部電極Ａ１及びＡ１Ｇ間の圧電層と、内部電極Ａ２及びＡ２Ｇ間の圧電層とが互いに逆方向に分極するように分極処理が施される。同様に、内部電極Ｂ１及びＢ１Ｇ間の圧電層と、内部電極Ｂ２及びＢ２Ｇ間の圧電層とが互いに逆方向に分極するように分極処理が施される。
【００３６】
本実施例では、焼成処理後の各圧電層の厚みを６０μｍとし、従来の積層圧電素子における圧電層の厚みよりも薄くしている。ここで、内部電極は銀及びパラジウムで形成されており、厚みが１〜２μｍとなっている。
【００３７】
そして、積層圧電素子４のうち第１の圧電層２１に形成された各スルーホール２０と、各スルーホール２０に対応する回路基板７の配線パターンとを直接接触させて導通処理を行う。
【００３８】
図３に回路基板７の構成を示す。回路基板７のベースである基板３０上には、スルーホール２０と接触する第１の配線パターン３１と、第１の配線パターン３１に繋がる直線状の第２の配線パターン３２と、不図示の外部電源に接続される端子としての第３の配線パターン３３とが形成されている。
【００３９】
基板３０は、絶縁性及びフレキシブル性（弾力性）を有するポリイミド樹脂で形成されており、厚みが２５μｍとなっている。配線パターン３１、３２、３３は、銅箔で形成されており、厚みが３０μｍとなっている。配線パターン３１、３２、３３は、基板３０上に、エポキシ系の接着剤により接着されている。なお、配線パターン３１、３２、３３が形成されていない領域では、基板３０が露出している。
【００４０】
図１に示す第２の弾性体３は、セラミック（酸化アルミ）の粉末をプレス成形した後、焼成処理を施すことによって形成される。そして、第２の弾性体３の両端面に対してラップ加工を行った後、片面（摩擦面３ａ）を研磨する。これにより、摩擦面３ａでの平面度と表面粗さが所定の値となるように仕上げている。
【００４１】
酸化アルミは金属よりも硬質で耐磨耗性が良く、湿度を持つ環境下においても錆びることはない。しかしながら、酸化アルミで形成された摩擦面３ａは親水性を有し、濡れ性が良い。このため、後述する固着現象が起こりやすいと考えられる。
【００４２】
第１の弾性体２、シャフト５及びナット６は切削加工によって形成され、焼入れ処理を施すことにより機械的強度を向上させている。ここで、第１の弾性体２、シャフト５及びナット６は鋼で形成されているため、所定の湿度を持つ環境下では錆び易いといった欠点がある。
【００４３】
振動体１を構成する各構成部品（第１及び第２の弾性体２、３、積層圧電素子４、シャフト５及びナット６）を組み立てた後、各部品間の接触面については、概ね平面となるように加工処理が施される。
【００４４】
なお、振動体１の全長（シャフト５の全長）が１３ｍｍ、第１の弾性体２は最大直径φが４ｍｍ、長さが４．５ｍｍ、第２の弾性体３は外径がφ１０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍとなっている。また、積層圧電素子４は外径φが６ｍｍ、厚さが１．９ｍｍであり、ナット６の直径がφ８ｍｍ、厚さが１．２ｍｍとなっている。上述した各構成部品の寸法は、従来の振動体（図４）における各構成部品の寸法に比べて小さくなっている。
【００４５】
次に、振動波モータのうち振動体１の以外の部品について説明する。
【００４６】
図１において、アルミで形成され、アルマイト処理が施されたロータ（接触体）９には、黄銅で形成されたバネケース１０が接着剤等により接合されている。ロータ９に形成された凸状の接触部９ａは、第２の弾性体３の摩擦面３ａと接触する。
【００４７】
バネケース１０は、加圧バネ１４をガイドするシリンダー部１０ａと、加圧バネ１４の一端と当接するフランジ部１０ｂとを有している。また、加圧バネ１４の他端は、ギア１１の側面に当接している。
【００４８】
ここで、バネケース１０及びギア１１は、加圧バネ１４を圧縮させた状態で連結されている。ギヤ１１は後述するようにナット１３によってスラスト方向（シャフト５の長手方向）での位置が固定されるため、加圧バネ１４のバネ力は、バネケース１０及びロータ９に作用する。そして、ロータ９の接触部９ａは、加圧バネ１４のバネ力を受けることで、第２の弾性体３の摩擦面３ａに圧接する。
【００４９】
フランジ部材１２の一端面は、シャフト５に形成された第２のフランジ部５ｂに当接しており、シャフト５の他端には、フランジ部材１２を固定するためのナット１３が取り付けられている。ここで、フランジ部材１２がナット１３によってシャフト５のスラスト方向で位置決めされることで、フランジ部材１２に当接するギア１１もシャフト５のスラスト方向で位置決めされる。
【００５０】
ギヤ１１は、フランジ部材１２に対して摺動可能となっており、後述するようにロータ９の回転に応じて回転する。
【００５１】
上述した構成の振動波モータにおいて、不図示の外部電源から位相の異なる２相の交流信号が、回路基板７を介して積層圧電素子４（Ａ相駆動用及びＢ相駆動用の内部電極）に入力されると、第２の弾性体３には、シャフト５の長手方向に対する二つの曲げ振動が励振される。そして、第２の弾性体３の摩擦面３ａには楕円振動（進行波）が生じる。
【００５２】
ここで、摩擦面３ａにはロータ９の接触部９ａが加圧接触しているため、接触部９ａが摩擦面３ａで生じた進行波の影響を受けることで、ロータ９はシャフト５の軸回りに回転する。そして、バネケース１０及びギア１１は、ロータ９と一体となって回転する。
【００５３】
なお、バネケース１０には、シャフト５の長手方向に延びる突部１０ｃが形成されており、突部１０ｃは、ギア１１に形成された溝部１１ａに係合している。これにより、ロータ９とともに回転するバネケース１０の回転力は、ギア１１に伝達され、ギア１１も回転することになる。
【００５４】
本実施例の振動波モータは、フランジ部材１２を介して電子機器に組み込まれる。ここで、図１に示すように、ギア１１は、不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材１５に連結されており、被駆動部材１５は振動波モータの駆動力（ギア１１の回転力）を受けて動作する。
【００５５】
上記電子機器としては、撮影レンズを備えたレンズ装置及びレンズ一体型カメラや、画像形成装置（例えば、プリンタ）等がある。本実施例の振動波モータをレンズ装置又はレンズ一体型カメラに搭載した場合には、被駆動部材１５は撮影レンズを含むレンズユニットに相当し、画像形成装置に搭載した場合には、被駆動部材１５は感光ドラム等に相当する。
【００５６】
なお、本実施例では、振動体１で励起される振動によってロータ９を回転させる構成について説明したが、振動体での振動によって、該振動体に接触する被駆動部材を駆動する構成としてもよい。この構成として、例えば、画像形成装置における紙送り機構において、振動体の振動によって紙を移動させる構成がある。
【００５７】
本実施例の振動体１では、上述した課題で説明した各問題の発生を抑制することができる。以下、具体的に説明する。
【００５８】
１）振動体１の振動減衰を抑える効果
振動体１において、ナット６はシャフト５に対して強く締め付けられており、シャフト５及びナット６によって挟まれる各構成部品（第１及び第２の弾性体２、３及び積層圧電素子４）は互いに圧接するようになる。しかし、上記のようにナット６をシャフト５に対して強く締め付けただけでは、振動体１での振動減衰を十分に抑制することはできない。ここで、振動体１を構成する各構成部品は、材質的には振動減衰が比較的小さくなるが、シャフト５及びナット６によって各構成部品を圧接させても、各構成部品の小型化に伴い、各構成部品間の接触面においては隙間が残ってしまう。そして、この隙間によって振動減衰が大きくなってしまう。
【００５９】
このように振動減衰が大きくなると、振動体１で励起される振動をロータ９に効率良く伝達させることができず、振動波モータにおける駆動効率が低下してしまう。
【００６０】
そこで、本実施例では、振動体１に対して以下に説明する処理を行っている。
【００６１】
フッ素系ポリマーを主成分とした樹脂と、溶剤であるメチルエチルケトンとを混ぜた混合液に、振動体１を浸漬（ディピング）し、常温で２、３分間乾燥させることで溶剤を蒸発させている。
【００６２】
これにより、振動体１の各構成部品間に生じた隙間は、樹脂で充填されるとともに、振動体１の表面には厚さ２〜５μｍの皮膜８（図１の点線で示す）が形成される。なお、図１は、上記処理を行った振動体１に対してロータ９等の振動体１以外の部品を組み込んだ図である。
【００６３】
振動体における振動減衰は、通常、機械的品質係数Ｑｍ（Ｑｍが大きければ、振動減衰が少ない）を用いて評価することができる。ここで、機械的品質係数Ｑｍとは、弾性損失の尺度を表す値であって、振動体に応力を加えた際に、応力と同位相のひずみを位相ずれのひずみで割ったものである。
【００６４】
上述した樹脂の充填処理及び皮膜形成処理を行う前の振動体と、充填処理及び皮膜形成処理を行った後の振動体とに対して、機械的品質係数Ｑｍの測定を行った。処理前の振動体ではＱｍ＝２００〜３００であり、処理後の振動体ではＱｍ＝５００〜６００であった。この測定結果から分かるように、処理後の振動体は、処理前の振動体に比べて機械的品質係数Ｑｍが大きくなり、振動減衰が小さくなった。
【００６５】
ここで、振動体１を上記混合液に浸漬すると、振動体１の各構成部品間の隙間に存在する空気が追い出されるとともに、この隙間に樹脂が充填されることになる。したがって、各構成部品間での隙間は概ね無くなることで、振動体１の減衰特性が向上して、結果として機械的品質係数Ｑｍが大きくなったものと考えられる。
【００６６】
一方、振動体１を上記混合液に浸漬するのではなく、振動体１に対して刷け塗り等によって樹脂を塗布してもよい。ここで、第１及び第２の振動体２、３の間に樹脂を塗布した場合には、機械的品質係数Ｑｍが４００〜５００程度になった。
【００６７】
ここで、第１及び第２の弾性体２、３の接触部分は、振動体１の振動時において最も大きく変位する部分である。このため、第１及び第２の弾性体２、３の接触部分に樹脂を充填することで、振動減衰をより小さくさせる効果が得られる。
【００６８】
なお、積層圧電素子４及びナット６間に樹脂を充填した場合、第２の弾性体３及び積層圧電素子４の接触部分に樹脂を充填した場合、第１及び第２の弾性体２、３の接触部分に樹脂を充填した場合の順で、振動減衰を小さくさせる効果（機械的品質係数Ｑｍの値）が大きくなった。
【００６９】
したがって、上述したように振動体１を混合液に浸漬して、振動体１の各構成部品間の隙間すべてに樹脂を充填しなくても、振動体１の一部に樹脂を充填させるだけで、振動減衰を小さくさせる効果が得られることになる。
【００７０】
なお、フッ素系ポリマーを主成分とした樹脂の混合液中での濃度を変えたり、上述した浸漬及び乾燥の処理の回数を増やしたりすることで、振動体１の表面に形成される皮膜８の厚みを変更することができる。樹脂の濃度を変えれば、浸漬及び乾燥の処理を１回行うだけで、厚み約１μｍ〜１０μｍの皮膜８を形成することができる。また、浸漬及び乾燥の処理を１０回程度繰り返せば、厚み約０．１ｍｍの皮膜８を形成することもできる。
【００７１】
ここで、皮膜８の厚みが０．１ｍｍを超えた場合には、振動体１の機械的品質係数Ｑｍが低下した。このため、皮膜８の厚みは０．１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００７２】
なお、振動体１の表面に皮膜８を形成する方法としては、上述したように浸漬や塗布以外の方法であってもよく、例えば、スプレーを用いて樹脂を振動体１に対して吹き付けるようにしてもよい。すなわち、振動体１の表面に皮膜８を形成するとともに、振動体１の各構成部品間の隙間に樹脂を充填できる方法であれば、いかなる方法であってもよい。
【００７３】
一方、浸漬処理を行った後に加熱処理を行えば、溶剤の蒸発時間を短縮させることができる。また、熱硬化性を有する高分子ポリマーを上記混合液に添加すれば、加熱処理によって高分子ポリマーを硬化させることで、皮膜８の強度や皮膜８の振動体１に対する付着力を向上させることができる。
【００７４】
さらに、上記溶剤としては、酢酸ブチル、酢酸エチル及びトルエンなどの有機溶剤を用いたり、フッ素系の無機溶剤を用いたりすることができる。
【００７５】
また、フッ素系ポリマーを主成分とした樹脂の他に、シリコーン系ポリマーを主成分とした樹脂を用いてもよい。この場合には、上記と同様の効果が得られた。フッ素系ポリマー、シリコーン系ポリマーを主成分とした樹脂や、上述した溶剤は、表面張力が比較的小さいため、僅かな隙間（例えば、サブミクロン程度の隙間）にも入り込み易い。このため、振動体１を構成する各構成部品間の隙間に対する樹脂の充填率を向上させることができる。
【００７６】
しかも、上記樹脂は、吸湿性が低く、撥水性及び電気的絶縁性に優れており、化学的に安定した材料である。また、上記樹脂材料は、市販品の種類が多いため入手し易く、簡単に取り扱うことができる。
【００７７】
なお、本発明は上述した樹脂材料に限定されるものではなく、振動体１の使用環境や使用条件に応じた樹脂材料を適宜選択することができる。
【００７８】
２）防錆の効果
第１の弾性体２、シャフト５及びナット６の構成部品は、上述したように焼入鋼で形成されているため、表面が錆び易い。ここで、上述した皮膜８が形成されていない振動体１を、温度６０℃及び湿度９５％の環境下で５００時間放置すると、上記構成部品の表面には錆が発生した。このように、振動体１の構成部品の表面に錆が発生すると、振動体１の振動減衰が大きくなったり、ロータ９がスムーズに回転しなくなったりしてしまう。
【００７９】
したがって、錆が発生した場合には、上記不具合を抑制するために、構成部品（鋼）へのメッキ処理といった防錆処理を行う必要がある。
【００８０】
一方、上述した処理によって皮膜８を形成した振動体１を、温度６０℃及び湿度９５％の環境下で５００時間放置した。この場合には、第１の弾性体２、シャフト５及びナット６の表面には、錆が発生しなかった。このように錆の発生を抑制することで、防錆処理を行う必要がなくなるため、使い勝手が良く、耐久性に優れた振動体となる。
【００８１】
なお、上述したように振動体１を構成する各構成部品間の隙間にも樹脂が充填されているため、隙間における錆の発生を抑制することもできる。
【００８２】
上述した防錆効果は、撥水性を有する皮膜８によって、各構成部品の表面等に水分が付着するのを抑制したためと考えられる。
【００８３】
ここで、十分な防錆効果を得るには皮膜８の厚みを１μｍ以上にすることが好ましい。ここで、皮膜８の厚みを１μｍよりも薄くした場合には、厚みのばらつきによって、厚みが薄く撥水効果が不完全な部分に錆の発生がみられた。
【００８４】
３）電流リークの抑制
積層圧電素子４の外周面には、上述したように内部電極が露出している。このため、例えば、高温高湿度の環境下では、積層圧電素子４の表面に水分が付着して、積層圧電素子４の各圧電層間で電流リークが発生するおそれがある。また、回路基板７には配線パターン３１〜３３が露出しているため、配線パターンと内部電極との間で電流リークが発生するおそれがある。
【００８５】
このように電流リークが発生すると、振動体１には無駄な電流が流れ、電気的な損失が生じるため、振動波モータの駆動効率が低下してしまう。特に、振動体１に電解質（汚れ）が付着している場合には、水分を介して導通しやすくなり、電流リークが発生しやすくなる。
【００８６】
ここで、電流リークによる電気的損失の評価は、回路基板７を介して積層圧電素子４の誘電正接（ｔａｎδ）を測定することによって行うことができる。ｔａｎδの値は、誘電体損失を表す。
【００８７】
温度６０℃及び湿度９５％の環境下において、皮膜８を持たない振動体１と皮膜８が形成された振動体１とに対して、ｔａｎδの測定を行った。ここで、皮膜８の無い振動体１については、ｔａｎδが３〜５％であった。また、皮膜８を有する振動体１については、ｔａｎδが０．５％以下の値であった。０．５％以下の値は、振動体１を形成する材料が持つ値であり、電流リークが発生していないことを示している。
【００８８】
上記結果より、振動体１に皮膜８を形成することで、振動体１への水分の付着を抑制することができ、電流リークの発生を抑制することができることが分かる。
【００８９】
ここで、振動体１を組み立てる際や、振動波モータを電子機器に組み込む際には、振動体１の表面に汚れが付着するおそれがある。このため、振動体１の表面に汚れが付着しないように振動体１を組み立ててから、振動体１に皮膜８を形成することが好ましい。
【００９０】
一方、電流リークの発生を抑制するためには、皮膜８の厚みを１μｍ以上とすることが好ましい。皮膜８の厚みを１μｍよりも薄くすると、上述したように十分な撥水効果を得ることができず、電流リークが発生するおそれがあるからである。
【００９１】
回路基板７の表面に対しても皮膜８を形成することで、回路基板７における電流リークの発生を抑制することができる。すなわち、回路基板７の表面には、上述したように配線パターンが露出しているため、水分の付着によって電流リークが発生するおそれがある。そこで、回路基板７の表面に皮膜８を形成することで、回路基板７への水分の付着を抑制することができ、電流リークの発生を抑制することができる。
【００９２】
４）固着防止の効果
高温高湿の環境下では、第２の弾性体３の摩擦面３ａに水分が付着する。この場合、摩擦面３ａと、ロータ９の接触部９ａと間のわずかな隙間に水分が浸入し、水分が持つ表面張力によって接触部９ａを摩擦面３ａに吸着させてしまうことがある。この現象は固着現象と呼ばれ、摩擦力を利用する振動波アクチュエータに特有の現象である。
【００９３】
固着現象が発生すると、振動波モータ（積層圧電素子４）の駆動開始の時点からロータ９が直ちに回転し難くなり、ロータ９の立ち上がり動作が遅くなってしまう。
【００９４】
第２の弾性体３はアルミナで形成されているため、摩擦面３ａは濡れ性（親水性）を有している。また、摩擦面３ａは研磨処理されているため、摩擦面３ａに付着した水滴が、ロータ９の接触部９ａ及び摩擦面３ａ間の僅かな隙間に入り込み易くなっている。このため、接触部９ａ及び摩擦面３ａ間で固着現象が発生しやすくなっている。
【００９５】
通常、進入した水分が多ければ多いほど、大きな吸着力が発生し、該吸着力によって振動波モータの駆動に悪影響を与えることになる。
【００９６】
本実施例では、上述したように振動体１の表面に皮膜８を形成しており、ロータ９の接触部９ａ及び摩擦面３ａにも皮膜８が形成されることになる。撥水性を有する皮膜８を形成することで、接触部９ａ及び摩擦面３ａへの水分の付着を抑制することができ、固着現象の発生を抑制することができる。
【００９７】
ここで、皮膜８が形成されていない振動体１を備えた振動波モータと、皮膜８が形成された振動体１を備えた振動波モータとを、温度６０℃及び湿度９５％の環境下に設置して、ロータ９の起動時間を測定した。また、温度６０℃及び湿度が０％の環境下におけるロータ９の起動時間も測定した。起動時間としては、ロータ９の回転速度がゼロの状態（駆動停止状態）から、回転速度が２０ｒｐｍに到達するまでの時間とした。
【００９８】
湿度０％の環境下では、皮膜８の無い振動体１を用いた振動波モータ及び皮膜８を有する振動体１を用いた振動波モータの起動時間はそれぞれ、２０〜３０ｍｓｅｃとなった。また、湿度９５％の環境下において、皮膜８の無い振動体１を用いた振動波モータの起動時間は９０ｍｓｅｃ以上となり、皮膜８を有する振動体１を用いた振動波モータの起動時間は３５〜５０ｍｓｅｃとなった。
【００９９】
上記測定結果より、皮膜８を形成した振動体１を用いた振動波モータでは、皮膜８の無い振動体１を用いた振動波モータに比べて起動時間を大幅に短縮することができた。
【０１００】
ここで、皮膜８の厚みは１μｍ以上であることが好ましい。すなわち、皮膜８の厚みが１μｍよりも薄い場合には、上述したように厚みのバラツキによって十分な撥水効果が得られない部分が生じ、固着現象の発生を抑制することができないおそれがある。
【０１０１】
なお、振動波モータを駆動すると、ロータ９の接触部９ａ及び摩擦面３ａ間の摩擦によって皮膜８が剥がれることになる。ここで、接触部９ａ及び摩擦面３ａの接触領域以外の非領域には、皮膜８が形成されたままとなっているため、この非接触領域に形成された皮膜８によって撥水効果を得ることができる。
【０１０２】
また、樹脂の充填及び皮膜の形成は、振動体１の一部に行ってもよい。この場合、刷毛を用いれば、樹脂を容易に塗布することができる。そして、上述した浸漬及び乾燥の処理を振動体１に対して１回行うようにすれば、短時間で振動体１を量産することができ、低コスト化を図ることができる。
【０１０３】
また、振動体１の各構成部品の表面や各構成部品間の隙間に樹脂を充填できる方法であれば、いかなる方法であっても構わない。例えば、各構成部品をあらかじめ浸漬しその表面を樹脂で覆ってから、振動体１を組み立てても良い。
【０１０４】
さらに、本実施例では、棒状タイプの振動波モータについて説明したが、他のタイプ、例えば、円環型の振動体を備えた振動波モータについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施例１である振動波モータの断面図。
【図２】実施例１の振動波モータに用いられる振動体の積層圧電素子の分解斜視図。
【図３】実施例１の振動体における回路基板を示す図。
【図４】従来の振動体の断面図。
【符号の説明】
【０１０６】
１：振動体
２：第１の弾性体
３：第２の弾性体
４：積層圧電素子
５：シャフト
６：ナット
７：回路基板
８：皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に接触する複数の弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有し、
前記複数の弾性体間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする振動体。
【請求項２】
前記弾性体と前記電気−機械エネルギ変換素子との間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動体。
【請求項３】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、
前記弾性体と前記電気−機械エネルギ変換素子とを圧接させる締結部材とを有し、
前記締結部材により圧接された前記弾性体と前記電気−機械エネルギ変換素子との間に残った隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする振動体。
【請求項４】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、
該電気−機械エネルギ変換素子に接触し、該変換素子に前記電気信号を供給する回路基板とを有し、
前記電気−機械エネルギ変換素子と前記回路基板との間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする振動体。
【請求項５】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動体であって、
前記弾性体が、樹脂材料で覆われていることを特徴とする振動体。
【請求項６】
前記電気−機械エネルギ変換素子が前記樹脂材料で覆われていることを特徴とする請求項５に記載の振動体。
【請求項７】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、
前記弾性体および前記電気−機械エネルギ変換素子とを圧接させる締結部材とを有する振動体であって、
該振動体の全体が、樹脂材料により覆われていることを特徴とする振動体。
【請求項８】
前記樹脂材料は、フッ素系樹脂およびシリコーン系樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の振動体。
【請求項９】
前記樹脂材料が１μｍから０．１ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の振動体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の振動体と、
該振動体に接触する接触体とを有し、
前記振動により前記振動体と前記接触体とが相対移動することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の振動型駆動装置と、
該振動型駆動装置により駆動される被駆動部材とを有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか１つに記載の振動体を有し、
該振動体に接触した被駆動部材を駆動することを特徴とする装置。
【請求項１】
相互に接触する複数の弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有し、
前記複数の弾性体間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする振動体。
【請求項２】
前記弾性体と前記電気−機械エネルギ変換素子との間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動体。
【請求項３】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、
前記弾性体と前記電気−機械エネルギ変換素子とを圧接させる締結部材とを有し、
前記締結部材により圧接された前記弾性体と前記電気−機械エネルギ変換素子との間に残った隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする振動体。
【請求項４】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、
該電気−機械エネルギ変換素子に接触し、該変換素子に前記電気信号を供給する回路基板とを有し、
前記電気−機械エネルギ変換素子と前記回路基板との間の隙間に、樹脂材料が設けられていることを特徴とする振動体。
【請求項５】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動体であって、
前記弾性体が、樹脂材料で覆われていることを特徴とする振動体。
【請求項６】
前記電気−機械エネルギ変換素子が前記樹脂材料で覆われていることを特徴とする請求項５に記載の振動体。
【請求項７】
弾性体と、
電気信号が供給されることにより前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、
前記弾性体および前記電気−機械エネルギ変換素子とを圧接させる締結部材とを有する振動体であって、
該振動体の全体が、樹脂材料により覆われていることを特徴とする振動体。
【請求項８】
前記樹脂材料は、フッ素系樹脂およびシリコーン系樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の振動体。
【請求項９】
前記樹脂材料が１μｍから０．１ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の振動体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の振動体と、
該振動体に接触する接触体とを有し、
前記振動により前記振動体と前記接触体とが相対移動することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の振動型駆動装置と、
該振動型駆動装置により駆動される被駆動部材とを有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか１つに記載の振動体を有し、
該振動体に接触した被駆動部材を駆動することを特徴とする装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−６７７６５（Ｐ２００６−６７７６５Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５０５８２（Ｐ２００４−２５０５８２）
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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