CN101854129A - 振动促动器、透镜镜筒及相机 - Google Patents

振动促动器、透镜镜筒及相机 Download PDF

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Abstract

提供一种在有限的空间中也能够配置且驱动性能良好的振动促动器、具有该振动促动器的透镜镜筒以及相机。本发明的振动促动器(10)包括：弹性体(12)，与机电转换元件(13)接触设置，通过上述机电转换元件(13)的驱动而产生振动波；和相对移动部件(15)，与上述弹性体(12)加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体(12)移动，其特征在于，上述弹性体(12)的上述相对移动部件(15)侧形成多个槽(30)以成为梳齿状，与上述相对移动部件(15)的相对移动方向(θ)交叉的方向上的上述槽(30)的深度，沿着上述相对移动部件(15)的相对移动方向(θ)而不同。

Description

振动促动器、透镜镜筒及相机
技术领域
本发明涉及一种振动促动器、具有该振动促动器的透镜镜筒及相机。
背景技术
压电促动器利用压电体的伸缩而在弹性体的驱动面上产生行进性振动波，通过该行进波在驱动面产生椭圆运动，对椭圆运动的波峰加压接触的移动元件被驱动(JP特公平1-17354号公报)。这种压电促动器具有即使在低转速下也具有高转矩的特征。因此，在搭载于驱动装置上时能够省略驱动装置的齿轮，从而具有无齿轮噪音、能提高定位精度的优点。
近年来伴随数码相机和透镜镜筒的紧凑化，配置振动促动器的空间也逐渐受限。但是，使振动促动器与空间相对应地整体小型化时，振动元件的直径变短，因此具有发生转矩降低的倾向。
发明内容
本发明的课题在于提供一种在有限的空间中也能够配置且驱动性能良好的振动促动器、具有该振动促动器的透镜镜筒以及相机。
本发明通过以下解决手段而解决上述课题。
根据本发明的第一方面，提供一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，所述振动促动器的特征在于，上述弹性体的上述相对移动部件侧形成多个槽以成为梳齿状，与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的上述槽的深度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
根据本发明的第二方面，提供一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，所述振动促动器的特征在于，上述弹性体包括设于上述相对移动部件侧的梳齿部以及设于上述机电转换元件侧的基底部，与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的上述基底部的厚度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
根据本发明的第三方面，提供一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，所述振动促动器的特征在于，上述弹性体的杨氏模量，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
根据本发明的第四方面，提供一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，所述振动促动器的特征在于，上述弹性体的密度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
优选，上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的厚度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而一定。
优选，上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的宽度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
优选，上述弹性体的外形为椭圆形状。
根据本发明的第五方面，提供一种透镜镜筒，具有上述振动促动器。
根据本发明的第六方面，提供一种相机，具有上述振动促动器。
根据本发明，能够提供一种在有限的空间中也能够配置且驱动性能良好的振动促动器、具有该振动促动器的透镜镜筒以及相机。
附图说明
图1是用于说明本发明的一个实施方式的相机的图。
图2是从被拍摄体侧看相机中的透镜镜筒内部的图。
图3是一个实施方式的超声波马达的剖视图。
图4是表示一个实施方式的振动元件的图。
图5是表示比较方式的振动元件的图。
图6是以移动体的行进方向为横轴、槽的深度为纵轴的图表。
图7是表示变形方式的振动元件的图。
具体实施方式
以下参照附图等说明本发明的实施方式。另外，以下的实施方式中，作为振动促动器以超声波马达为例进行说明。
图1是用于说明本发明的一个实施方式的相机1的图。图2是从被拍摄体侧看相机1中的透镜镜筒3内部的图。相机1包括：具有摄像元件8的相机主体2；和具有透镜7的透镜镜筒3。透镜镜筒3是可相对于相机主体2拆装的可换透镜。另外，在本实施方式中，示出了透镜镜筒3为可换透镜的例子，但不限于此，例如也可以是与相机主体一体型的透镜镜筒。
透镜镜筒3包括：透镜7；凸轮筒6；齿轮4、5；超声波马达10；以及包围上述各部的框体9等。在本实施方式中，超声波马达10如图2所示，配置在凸轮筒6和框体9之间的圆环状间隙中。超声波马达10作为在相机1的聚焦动作时驱动透镜7的驱动源使用。从超声波马达10获得的驱动力经由齿轮4、5而传递到凸轮筒6。透镜7是聚焦透镜，保持在凸轮筒6中，通过超声波马达10的驱动力与光轴方向(图1中所示的箭头L方向)大致平行地移动而进行焦点调节。
在图1中，通过设于透镜镜筒3内的未图示的透镜组(包括透镜7)，将被拍摄体像成像到摄像元件8的摄像面上。通过摄像元件8将成像的被拍摄体像转换为电信号，并对该信号进行A/D变换，从而获得图像数据。
图3是第一实施方式的超声波马达10的剖视图。另外，为了容易理解，在图3及后述的图4中设置了XYZ正交坐标系。将与输出轴18的轴向平行的方向设为Z轴方向，并在Z轴方向中将朝向移动元件15侧的方向设为Z轴正向。并且，将与从Z轴正向(移动元件15侧)看的振动元件11的外形的椭圆形状的长径(长轴，参照图4)平行的方向设为X轴方向，将与短径(短轴，参照图4)平行的方向设为Y轴方向。
第一实施方式的超声波马达10包括振动元件11、移动元件15、输出轴18、加压部件19等，成为振动元件11侧固定而旋转驱动移动元件15的方式。振动元件11是具有弹性体12和与弹性体12接合的压电体13的中空形状的部件。弹性体12是由谐振尖锐度大的金属材料形成的部件。弹性体12是外形为大致椭圆形状的中空形状(参照图4(a))，该弹性体12具有梳齿部12a、基底部12b、凸缘部12c等。
梳齿部12a通过在与移动元件15接触的一侧的面上切割多个槽30而形成，该梳齿部12a的前端面与移动元件15加压接触，成为驱动移动元件15的驱动面12d。对该驱动面进行Ni-P(镍-磷)镀敷等润滑性的表面处理。设置梳齿部12a的理由是，使通过压电体13的伸缩而在驱动面12d产生的行进波的中立面尽可能地向压电体13侧靠近，从而放大驱动面12d的行进波的振幅。
基底部12b是在弹性体12的圆周方向上连续的部分，在基底部12b的与梳齿部12a相反侧的面上接合有压电体13。凸缘部12c是向弹性体12的内径方向突出的凸缘状的部分，配置在基底部12b的厚度方向的中央。通过该凸缘部12c，振动元件11被固定在固定部件16上。
压电体13是将电能转换为机械能的机电转换元件。另外，在本实施方式中，作为压电体13使用了压电元件，但也可以使用电致伸缩元件等。压电体13为大致平板形状，利用粘结剂等与弹性体12接合。在该压电体13上形成有用于输入驱动信号的未图示的电极部。
柔性印刷基板14的配线与压电体13的电极部连接。柔性印刷基板14具有向压电体13供给驱动信号的功能。通过从该柔性印刷基板14供给的驱动信号，压电体13伸缩，从而使弹性体12起振，在弹性体12的驱动面上产生行进波。在本实施方式中，产生4波的行进波。
移动元件15是由在弹性体12的驱动面上产生的行进波旋转驱动的部件。移动元件15是通过铝等轻金属形成的大致圆盘形状的部件，具有与振动元件11(弹性体12的驱动面12d)接触的接触面15a。接触面15a为大致圆环形状，对接触面15a的表面进行了用于提高耐磨损性的阳极化处理等表面处理。输出轴18是大致圆柱形状的部件。输出轴18被设置成其一个端部经由橡胶部件23与移动元件15相接，以与移动元件15一体地旋转。
橡胶部件23是由橡胶形成的大致圆环形状的部件。该橡胶部件23具有能通过橡胶的粘弹性而一体地旋转移动元件15和输出轴18的功能、以及吸收振动以避免将来自移动元件15的振动传递到输出轴18的功能，该橡胶部件23使用丁基橡胶、硅橡胶、丙烯橡胶等。
加压部件19是产生使振动元件11和移动元件15加压接触的加压力的部件。该加压部件19设置在齿轮4和轴承支架部件21之间。在本实施方式中，加压部件19使用压缩螺旋弹簧，但不限于此。
齿轮4被插入成与输出轴18的D切口嵌合，并由E环等止动器22固定，而被设置成在旋转方向及轴向上与输出轴18成为一体。齿轮4随着输出轴18的旋转而旋转，从而向齿轮5(参照图1)传递驱动力。
此外，形成如下结构，其中，轴承支架部件21配置在轴承17的内径侧，轴承17配置于固定部件16的内径侧。加压部件19在输出轴18的轴向上向移动元件15侧对振动元件11加压，通过该加压力，移动元件15与振动元件11的驱动面加压接触而旋转驱动。另外，可以在加压部件19和轴承支架部件21之间设置加压力调整垫圈，以便为超声波马达10的驱动获得适当的加压力。
接下来对本实施方式的振动元件11进行详细说明。图4是表示振动元件11的图。图4(a)是从移动元件15侧看振动元件11的图，图4(b)是与XZ平面平行的箭头S1-S2截面下的振动元件11的剖视图，图4(c)是与YZ平面平行的箭头S3-S4截面下的振动元件11的剖视图。此外，图4(a)中虚线所示的形状是与驱动面12d相接的移动元件15的接触面15a的形状，接触面15a在该虚线所示的区域中与驱动面12d相接。如图所示，在本实施方式中振动元件11包括弹性体12及压电体13，外形为椭圆形状。
这样使振动元件11的外形为椭圆形状基于以下理由。在本实施方式的情况下，如图2所示，超声波马达10配置在凸轮筒6和框体9之间的圆环状的间隙中。振动元件11的外形若不是椭圆形状而是正圆形，则其直径的大小被限定为凸轮筒6和框体9之间的宽度，因此压电体的静电容量受限。
但是，若压电体为椭圆形，则随着长径变大，静电容量变大。这是由于，在厚度、介电常数等条件一定的情况下，压电体的静电容量与压电体被极化的区域的面积成比例，因此通过增大压电体的面积就能够增大极化的区域。也就是说，若压电体和弹性体的接合面的面积增大，就能够增大压电体被极化的区域，能够增大压电体的静电容量。从而获得更大的驱动力。
这样一来，根据本实施方式，振动元件11(压电体13)为椭圆形状，因此能够配置在无法在一个方向(在本实施方式中为Y方向)得到足够的空间的、例如凸轮筒6和框体9之间的圆环状的间隙这种场所，并且能够利用该空间获得最大限度的大的转矩。
但是，在振动元件11(压电体13、弹性体12)的形状为椭圆形状这种正圆以外的形状时，在图5所示的比较方式的情况下，在长径a侧弹性体12的径向的宽度较大，因此与短径b侧相比弯曲刚性增高。也就是说，弯曲刚性在移动体的移动方向θ上不同，有可能在移动元件15的移动方向θ上不均等地产生振动振幅。
因此，在本实施方式中，如图4(b)及图4(c)所示，使梳齿部12a的槽30的深度不均匀。也就是说，在长径a侧槽30较深，而在短径b侧槽30较浅。图6(a)是以移动体的移动方向θ(在直径为a的位置θ＝0)为横轴、以槽的深度(即基底的厚度)为纵轴的图表。图中实线是图4所示的本实施方式，虚线是图5所示的比较方式。
此外，图6(b)是以移动体的移动方向θ(在直径为a的位置θ＝0)为横轴、以弯曲刚性为纵轴的图表。图中实线是图4所示的本实施方式，虚线是图5所示的比较方式。如图所示，在比较方式中，在短径b附近(θ＝π/2、3π/2)弯曲刚性较低，在长径a附近(θ＝0、π、2π)弯曲刚性较高。
但是，在本实施方式中，如图6(a)中实线所示，与短径b附近(θ＝π/2、3π/2)相比，在长径a附近(θ＝0、π、2π)槽30较深(基底部12b较薄)。因此，在长径a侧在径向上宽度较大而槽30较深，在短径b侧在径向上宽度较小而槽30较浅，径向上的宽度和槽30的深度相对于刚性的影响彼此抵消，从而长径a侧和短径b侧的刚性的差如图6(b)中实线所示，与比较方式相比较小。
本实施方式具有以下效果。
(1)由于振动元件11(压电体13)为椭圆柱形状，因此能够配置在无法在一个方向(在本实施方式中为Y方向)得到足够的空间的场所，并且能够利用该空间获得最大限度的大的转矩。
(2)在长径a侧在径向上宽度较大而槽30较深，在短径b侧在径向上宽度较小而槽30较浅。因此，径向上的宽度和槽30的深度相对于刚性的影响彼此抵消，从而长径a侧和短径b侧的刚性的差变小。因此，能够提供在有限的空间也能够配置且驱动性能良好的超声波马达、具有该超声波马达的透镜镜筒以及相机。
(变形方式)
不限于以上说明的实施方式，可以进行各种变形、变更。
(1)在上述实施方式中，弹性体12的外形为椭圆形状，但本发明不限于此。也可以如图7所示，使弹性体32的外形为切除了椭圆锥形状的上部后的形状。此时，与上述实施方式同样地在长径a侧刚性较高，但由于没有上端的角部，因此较之实施方式，与短径侧的刚性的差较小。也可以使槽40的深度的长径a侧和短径侧的差比实施方式小。
(2)在上述实施方式中，说明了通过槽的深度抵消直径对刚性的影响的方式，但也可以通过弹性体的材质来抵消直径对刚性的影响。例如，长径侧的材质可以使用杨氏模量比短径侧的材质小的材质。从而，即使是椭圆形状的弹性体，也可以与上述实施方式同样地使刚性均匀。
(3)在上述实施方式中，说明了通过槽的深度抵消直径对刚性的影响的方式，但也可以通过弹性体的密度来抵消直径对刚性的影响。例如，可以使长径侧的密度比短径侧小。从而，即使是椭圆形状的弹性体，也可以与上述实施方式同样地使刚性均匀。
(4)在上述实施方式中，示出了压电体13及弹性体12的外形为椭圆形状的例子，但不限于此，例如也可以使之为多边形形状，并对应于其形状来变更槽的深度、材质等。
(5)在各实施方式中，举例说明了旋转驱动移动元件的超声波马达，但不限于此，也可以适用于在直线方向驱动移动元件的线性的振动促动器。
(6)在各实施方式中，举例说明了使用超声波区域的振动的超声波马达，但不限于此，例如也可以适用于使用超声波区域以外的振动的振动促动器。
(7)在各实施方式中，示出了超声波马达在聚焦动作时用于透镜的驱动的例子，但不限于此，也可以为用于透镜的变焦动作时的驱动的超声波马达。
(8)在各实施方式中，示出了超声波马达用于相机的例子，但不限于此，例如也可以用于复印机的驱动部、汽车的转向盘摆动装置、头枕的驱动部等。
另外，上述实施方式及变形方式也可以适当组合使用，但省略详细的说明。此外，本发明并不由以上说明的各实施方式限定。

Claims (18)

1.一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，
所述振动促动器的特征在于，
上述弹性体的上述相对移动部件侧形成多个槽以成为梳齿状，
与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的上述槽的深度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
2.根据权利要求1所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的厚度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而一定。
3.根据权利要求1所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的宽度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
4.根据权利要求3所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体的外形为椭圆形状。
5.一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，
所述振动促动器的特征在于，
上述弹性体包括设于上述相对移动部件侧的梳齿部以及设于上述机电转换元件侧的基底部，
与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的上述基底部的厚度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
6.根据权利要求5所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的厚度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而一定。
7.根据权利要求5所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的宽度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
8.根据权利要求7所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体的外形为椭圆形状。
9.一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，
所述振动促动器的特征在于，
上述弹性体的杨氏模量，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
10.根据权利要求9所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的厚度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而一定。
11.根据权利要求9所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的宽度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
12.根据权利要求11所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体的外形为椭圆形状。
13.一种振动促动器，包括：弹性体，与机电转换元件接触设置，通过上述机电转换元件的驱动而产生振动波；和相对移动部件，与上述弹性体加压接触，并通过上述振动波而相对于上述弹性体移动，
所述振动促动器的特征在于，
上述弹性体的密度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
14.根据权利要求13所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的厚度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而一定。
15.根据权利要求13所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体在与上述相对移动部件的相对移动方向交叉的方向上的宽度，沿着上述相对移动部件的相对移动方向而不同。
16.根据权利要求15所述的振动促动器，其特征在于，
上述弹性体的外形为椭圆形状。
17.一种透镜镜筒，具有权利要求1所述的振动促动器。
18.一种相机，具有权利要求1所述的振动促动器。
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