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技術 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ

出願人 株式会社ニコン
発明者 木村将光桑野邦宏
出願日 2009年11月25日 (10年7ヶ月経過) 出願番号 2009-266937
公開日 2011年6月9日 (9年0ヶ月経過) 公開番号 2011-114891
状態 特許登録済
技術分野 レンズ鏡筒 超音波モータ、圧電モータ、静電モータ
主要キーワード 変形振動 高弾性材料 前後駆動 相対移動部材 次共振モード 圧電モータ 駆動面 各駆動機構
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年6月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

磨耗が少なく且つ駆動音の小さい振動アクチュエータを提供する。

解決手段

本発明の振動アクチュエータ100は、電気機械変換素子33,34の励振により振動する振動子32と、前記振動子32に加圧接触されて前記振動によって駆動され、前記振動子32に対して相対移動する相対移動部材120と、を備え、前記相移動部材120の密度が前記振動子32より小さく、前記相対移動部材120のヤング率が前記振動子32より大きいこと、を特徴とする。

概要

背景

圧電素子等の電気機械変換素子を用いて振動子振動させ、この振動によって相対移動部材摩擦駆動させる振動アクチュエータがある。従来、相対移動部材としては、コスト及び加工性の面から、例えばアルミニウム等の剛性の低いものが用いられている。また、振動子としては、一般に高弾性材料、例えば鉄やステンレス鋼といった金属材料が用いられている(例えば、特許文献1参照)。

概要

磨耗が少なく且つ駆動音の小さい振動アクチュエータを提供する。本発明の振動アクチュエータ100は、電気機械変換素子33,34の励振により振動する振動子32と、前記振動子32に加圧接触されて前記振動によって駆動され、前記振動子32に対して相対移動する相対移動部材120と、を備え、前記相移動部材120の密度が前記振動子32より小さく、前記相対移動部材120のヤング率が前記振動子32より大きいこと、を特徴とする。

目的

本発明の課題は、磨耗が少なく且つ駆動音の小さい振動アクチュエータを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電気機械変換素子励振により振動する振動子と、前記振動子に加圧接触されて前記振動によって駆動され、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、前記相移動部材密度が前記振動子より小さく、前記相対移動部材のヤング率が前記振動子より大きいこと、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であって、前記相対移動部材がセラミック製であること、を特徴とする振動アクチュエータ。

請求項3

請求項1または2に記載の振動アクチュエータであって、前記振動子が、金属製であること、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3のいずれか1項に記載の振動アクチュエータであって、前記相対移動部材は、中心に軸部材挿通された回転体であり、前記相対移動部材の軸方向の最大厚みは、前記相対移動部材の径方向最大半径より大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータ。

請求項5

請求項4に記載の振動アクチュエータであって、前記相対移動部材における、前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、矩形であること、を特徴とする振動アクチュエータ。

請求項6

請求項4に記載の振動アクチュエータであって、前記相対移動部材における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、八角形であること、を特徴とする振動アクチュエータ。

請求項7

請求項4に記載の振動アクチュエータであって、前記相対移動部材における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、略円形であること、を特徴とする振動アクチュエータ。

請求項8

請求項1から7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9

請求項1から7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

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カメラに関するものである。

背景技術

0002

圧電素子等の電気機械変換素子を用いて振動子振動させ、この振動によって相対移動部材摩擦駆動させる振動アクチュエータがある。従来、相対移動部材としては、コスト及び加工性の面から、例えばアルミニウム等の剛性の低いものが用いられている。また、振動子としては、一般に高弾性材料、例えば鉄やステンレス鋼といった金属材料が用いられている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特公平1−17354号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、アルミニウムは剛性が低いため、摩擦、磨耗対策が必要である。また、アルミニウムで製造された相対移動部材と振動子とが共振して駆動音が発生する可能性がある。

0005

本発明の課題は、磨耗が少なく且つ駆動音の小さい振動アクチュエータを提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

0007

請求項1に記載の発明は、電気機械変換素子(33,34)の励振により振動する振動子(32)と、前記振動子(32)に加圧接触されて前記振動によって駆動され、前記振動子(32)に対して相対移動する相対移動部材(120)と、を備え、前記相移動部材(120)の密度が前記振動子(32)より小さく、前記相対移動部材(120)のヤング率が前記振動子(32)より大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータ(100)である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の振動アクチュエータ(100)であって、前記相対移動部材(120)がセラミック製であること、を特徴とする振動アクチュエータ(100)である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の振動アクチュエータ(100)であって、前記振動子(32)が、金属製であること、を特徴とする振動アクチュエータ(100)である。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の振動アクチュエータ(100)であって、前記相対移動部材(120)は、中心に軸部材(115)が挿通された回転体であり、前記相対移動部材(120)の軸方向の最大厚みは、前記相対移動部材(120)の径方向最大半径より大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータ(100)である。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の振動アクチュエータ(100)であって、前記相対移動部材(120)における、前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、矩形であること、を特徴とする振動アクチュエータ(100)である。
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の振動アクチュエータ(100)であって、前記相対移動部材(120)における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、八角形であること、を特徴とする振動アクチュエータ(100)である。
請求項7に記載の発明は、請求項4に記載の振動アクチュエータ(100)であって、前記相対移動部材(120)における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、略円形であること、を特徴とする振動アクチュエータ(100)である。
請求項8に記載の発明は、請求項1から7のいずれか1項に記載の振動アクチュエータ(100)を備えること、を特徴とするレンズ鏡筒(300)である。
請求項9に記載の発明は、請求項1から7のいずれか1項に記載の振動アクチュエータ(100)を備えること、を特徴とするカメラ(200)である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物代替してもよい。

発明の効果

0008

本発明によれば、磨耗が少なく且つ駆動音の小さい振動アクチュエータを提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の1実施形態の圧電モータを備えるレンズ鏡筒およびそのレンズ鏡筒が装着されたカメラの概念図である。
圧電モータの正面図である。
圧電モータの断面図である。
ロータ部の他の形態であって、(a)は、軸穴を含む断面が八角形の場合、(b)は、軸穴を含む断面が略円形の場合を示す。

実施例

0010

以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態の圧電モータ100について説明する。
図1は、本実施形態における圧電モータ100を備えるレンズ鏡筒300が装着されたカメラ200の概念図である。
カメラ200は、撮像素子202を有するカメラボディ201を備え、レンズ鏡筒300は、カメラボディ201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300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であってもよい。

0011

レンズ鏡筒300は、フォーカシングレンズ301、カム筒302、圧電モータ100およびこれらを包囲する筐体303等を備えている。
圧電モータ100は、カム筒302と筐体303の間の円環状の隙間に配置されている。圧電モータ100は、そのロータ部120の歯車125が、カム筒302の外周に形成された歯車に噛合して配設され、カム筒302を回転駆動する。これにより、カメラ200のフォーカス動作時においてフォーカシングレンズ301を駆動する。

0012

カム筒302は、圧電モータ100による回転操作によって、筐体303内に光軸OAと平行する方向に移動可能に設けられている。
フォーカシングレンズ301は、カム筒302に保持されている。そして、圧電モータ100の駆動によるカム筒302の移動によって光軸OA方向に移動して焦点調節を行う。
なお、図示しないが、レンズ鏡筒300は、フォーカシングレンズ301の他に複数のレンズ群を備えている。

0013

そして、カメラ200は、レンズ鏡筒300内に設けられたフォーカシングレンズ301を含むレンズ群によって、撮像素子202の撮像面に被写体像結像される。撮像素子202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。

0014

次に、圧電モータ100について説明する。図2は、圧電モータ100の正面図である。図3は、圧電モータ100の断面図である。
圧電モータ100は、ベース部材110と、ベース部材110に対して隣接配置されたロータ部120と、ベース部材110のロータ部120と対向する側に構成された支持駆動部130と、を備えている。

0015

ベース部材110は、例えばステンレス鋼等の金属材料により中空円筒状に形成され、中心軸Cに沿って支持軸115が挿通固定されている。
ベース部材110におけるロータ部120と対向する端部には、支持駆動部130における駆動機構30を収容する保持凹部111が、ベース部材110の周方向(すなわちロータ部120の回転方向)に複数(6ヶ所)設けられている。保持凹部111は、環状のベース部材110の肉厚部分を径方向に通して形成されている。

0016

ロータ部120は、ベアリング116を介して支持軸115によって回転自在に軸支され、支持駆動部130上に配置されている。ロータ部の形状については後述する。

0017

支持駆動部130は、周方向等間隔(すなわち60°間隔)で6組の駆動機構30を備えている(図2には2つのみ図示)。
駆動機構30は、リフト方向振動子31と、スライド方向振動子32と、を備えている。また、リフト方向振動子31とベース部材10との間に配置されたリフト用圧電体33と、リフト方向振動子31とスライド方向振動子32との間に配置されたスライド用圧電体34とを備えている。

0018

リフト方向振動子31は、直方体状であって、たとえばアルミニウム合金等の軽金属によって形成されているが、これに限定されず、鉄系やステンレス鋼の金属材料でもよい。リフト方向振動子31は、ベース部材10における保持凹部11に収容されている。その上面は、ベース部材10の上面より所定量上側に突出している。リフト用圧電体33は、リフト方向振動子31における、中心軸Cを中心とした回転R方向前後の外面と、保持凹部11におけるX軸方向前後の内壁面との間に、それぞれ配置されている。

0019

前後のリフト用圧電体33は、チタン酸ジルコン酸鉛PZT)等の圧電素子によって、所定の縦横比および厚さの薄い矩形の板状に形成され、圧電効果を有している。その振動モードは厚み滑り振動であって、長手方向の変形を利用するように形成されている。

0020

そして、各リフト用圧電体33は、リフト方向振動子31の外面に導電性接着剤によって接着され、保持凹部11の内壁面には絶縁性の接着剤によって接着されて、その振動方向を中心軸Cに沿った方向として設けられている。なお、各リフト用圧電体33は、導電性でない接着剤を用いてリフト方向振動子31の外面に接着してもよい。その場合、リフト用圧電体33とリフト方向振動子31の外面が直接接触して導通する部分を設けるように接着すればよい。

0021

スライド方向振動子32は、ステンレス合金鋼等によって断面が山形の六角柱状に形成され、スライド用圧電体34を介してリフト方向振動子31の上面に配設されている。スライド方向振動子32の上面は、ロータ部120の被駆動面121と対応する平坦な駆動面32Aとなっている。

0022

スライド用圧電体34は、リフト用圧電体33と同様に、所定の縦横比で所定厚さの薄い板状の圧電素子であって、振動方向をR方向として設けられている。

0023

リフト用圧電体33と、スライド用圧電体34には、図示しない制御装置によって制御される駆動回路からそれぞれ駆動電圧印加され、リフト方向振動子31はアースに接続されている。この駆動電圧によってリフト用圧電体33が振動してリフト方向振動子31を昇降駆動すると共に、スライド方向振動子32を前後駆動する。

0024

すなわち、リフト用圧電体33は、電圧の印加による圧電素子の変形振動によって、リフト方向振動子31を保持凹部11に対して中心軸Cに沿った方向に所定のストローク移動駆動する。また、スライド用圧電体34は、電圧の印加による圧電素子の変形振動によって、スライド方向振動子32をリフト方向振動子31に対して(すなわちベース部材10に対して)R方向に所定のストロークで移動駆動する。

0025

上記のように構成された圧電モータ100は、制御装置に制御された駆動装置から、リフト用圧電体33およびスライド用圧電体34にそれぞれ所定の位相で駆動電圧が印加され、駆動機構30が作動してロータ部120をR方向に回転する。

0026

6組の駆動機構30は、1組み置き(交互)の3組でグループ(第1グループG1および第2グループG2)を構成している。各グループG1,G2を構成する駆動機構30におけるリフト用圧電体33には、電源部から同一位相の駆動電圧が印加されるようになっている。また、各グループG1,G2を構成する駆動機構30におけるスライド用圧電体34には、電源部から同一位相の駆動電圧が印加されるようになっている。

0027

そして、各駆動機構30は、スライド方向振動子32がベース部材110の中心軸Cを中心として略円運動するように駆動される。同一グループ(G1またはG2)を構成する駆動機構30は同位相で作動し、かつ、グループG1またはグループG2を構成する駆動機構30は異なる位相で作動する。これにより、グループG1またはグループG2を構成する駆動機構30がロータ部120を回転軸方向において交互に支持し、ベース部材110に対して相対的に駆動させる。これによって、支持駆動部130は、ロータ部120をR方向に連続して回転駆動する。

0028

次に、ロータ部120について詳述する。ロータ部120は、図3に示すように、支持軸115の部分も含む断面形状が略矩形となっており、外周面には、歯車125が形成されている。そして、ロータ部120の軸方向の最大厚みは、ロータ部120の径方向の最大半径より大きい。

0029

また、ロータ部120は、中実中身の詰まった状態)であって、その材質は、例えば、密度3.6〜4.0g/cm3、ヤング率230〜410×109N/m2のアルミナ等の軽量な且つ硬質のセラミックである。この密度はステンレス等で製造されたスライド方向振動子32より小さく、またヤング率はスライド方向振動子32より大きい。ロータ部120は、このような材質及び形状であるため、剛性が高く、磨耗しにくい。

0030

このように、ロータ部120に硬質のセラミックを用いた場合、以下の効果を有する。
(1)ロータ部120が柔らかい素材の場合、スライド方向振動子32と摩擦駆動をした際、被駆動面が削れてしまう。しかし、本実施形態においてロータ部120は硬質のセラミックであるため、ロータ部120の磨耗が減少し、耐久性が向上する。

0031

(2)さらに、ステンレス合金等で製造されたスライド方向振動子32の駆動周波数に対し、セラミック等で製造されたロータ部120の1次共振モード周波数は十分高い位置になる。このため、スライド方向振動子32とロータ部120との間の共振が回避でき、剛体として振舞うことができ、音の発生が低減できる。

0032

(3)ロータ部120の被駆動面121と、スライド方向振動子32の駆動面32Aとは加圧接触しており、ロータ部120の剛性が小さいと、この加圧によりロータ部120は変形を起こし、この変形により異音が発生する。しかし、本実施形態のロータ部120は、剛性が高いので、ロータ部120の変形が少なく、異音発生の可能性が小さい。

0033

(4)ロータ部120はセラミックであって不導体である。したがって駆動機構30(スライド方向振動子32)が電極の役目を有しているような場合であっても、使用することができる。
(5)ロータ部120は、軽量であるために、慣性力が小さい。このため、稼動しやすく、制御の効率が上がる。

0034

変形形態
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
(1)図4は、ロータ部120の他の形態であって、図4(a)は、支持軸115を通す軸孔115Aを含む断面が八角形のロータ部120A、(b)は、軸孔115Bを含む断面が略円形のロータ部120Bを示す。なお、これらの図において歯車は省略する。図示するように、ロータ部は矩形に限らず、5角形以上の多角形、または円形であっても良い。ただし、実施形態で説明したような断面が矩形のロータ部120と、図3の他の形状のロータ部120A、120Bとを比較すると、断面積が同じ場合、断面が矩形のロータ部120の方が、断面2次モーメントが大きくなるので好ましい。また、断面形状が同じ場合は、断面積が大きいほうが断面2次モーメントは大きくなる。
(2)ロータ部120の材質は、アルミナに限定されず、例えば、比重3.1〜3.2g/cm3、ヤング率340〜410×109N/m2のシリコンカーバイト等であってもよい。
(3)上述の実施形態では、リフト方向振動子31とスライド方向振動子32とをそれぞれ有する複数の駆動機構30を備える圧電モータ100について説明したが、本発明はこれに限定されず、圧電素子により励振された弾性体楕円振動により相対移動部材が駆動される圧電モータに適用しても良い。
(4)上述の実施形態では、中実のロータ部について説明したが、これに限定されず、ヤング率が大きければ中空であっても良い。
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。

0035

32:スライド方向振動子、33:リフト用圧電体、34:スライド用圧電体、100:圧電モータ、115:支持軸、120:ロータ部、200:カメラ、300:レンズ鏡筒

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