CN102460936B - 振动促动器、透镜镜筒及照相机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可配置在受限的空间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及照相机。本发明的振动促动器(10)包括：具有第一面(13a)、通过电信号而被激振的压电体(13)、与上述第一面(13a)接合且具有由于上述激振而产生振动波的第二面(12d)的振动体(12)、与上述第二面(12d)加压接触且相对于上述振动体(12)相对移动的移动体(15)，上述压电体(13)的厚度沿着上述移动体(15)的相对移动方向不同。

Description

振动促动器、透镜镜筒及照相机

技术领域

本发明涉及振动促动器、具有该振动促动器的透镜镜筒及照相机。 

背景技术

振动促动器是利用压电体的伸缩而在弹性体的驱动面产生行进性振动波的器件，利用该行波在驱动面产生椭圆运动，与椭圆运动的波峰加压接触的移动件被驱动(参照专利文献1)。这样的振动促动器具有在低转速时也具有高转矩这样的特征。因此，在搭载于驱动装置时能够省略驱动装置的齿轮，具有能够消除齿轮噪声、提高定位精度等优点。 

专利文献1：日本特公平1-17354号公报 

发明内容

近年，随着数字照相机或透镜镜筒的小型化，配置振动促动器的空间也受限。但是，在与空间相匹配地使振动促动器整体小型化时，振子的直径变短，因此存在产生转矩降低的倾向。 

本发明的课题在于提供一种在受限定的空间也能配置、且驱动性能良好的振动促动器，以及具有该振动促动器的透镜镜筒及照相机。 

本发明通过以下的解决手段来解决上述课题。 

技术方案1的发明是振动促动器，包括：压电体，其具有第一面，通过电信号而被激振；振动体，其与上述第一面接合、并具有由于上述激振而产生振动波的第二面；移动体，其与上述第二面加压接触，相对于上述振动体而相对移动，上述压电体的厚度沿上述移动体的相对移动方向不同。 

技术方案2的发明是在技术方案1所述的振动促动器中，上述压电体在与上述第一面相反一侧的第三面上具有沿上述相对移动方向被分割形成的多个电极部，上述压电体在形成有同一电极部的区域为恒定厚度。 

技术方案3的发明是在技术方案1或2所述的振动促动器中，上述压电体具有设有圆形开口的内周部、和椭圆形状的外周部，上述压电体的厚度在上述椭圆形状的长径侧比在短径侧厚。 

技术方案4的发明是在技术方案3所述的振动促动器中，上述多个电极部的上述内周部侧的周向长度相互相等。 

技术方案5的发明是在技术方案3或4所述的振动促动器中，上述移动体的上述相对移动方向是沿着上述压电体的上述内周部的周向的方向。 

技术方案6的发明是在技术方案3～5中的任一项所述的振动促动器中，上述移动体为圆环形状，被设置成与上述第二面的沿着上述压电体的上述内周部的周向的位置接触。 

技术方案7的发明是在技术方案1～5中的任一项所述的振动促动器中，上述振动体的上述第二面侧呈梳齿状地形成有多个槽，在与上述移动体的相对移动方向交叉的方向上的上述槽的深度沿着上述移动体的相对移动方向而不同。 

技术方案8的发明是具有技术方案1～7中的任一项所述的振动促动器的透镜镜筒。 

技术方案9的发明是具有技术方案1～7中的任一项所述的振动促动器的照相机。 

另外，在上述说明的结构可以适当改良，可以将至少一部分代替为其他结构物。 

根据本发明，提供一种在受限定的空间也能配置、且驱动性能良好的振动促动器，以及具有该振动促动器的透镜镜筒及照相机。 

附图说明

图1是说明本发明的第一实施方式的照相机的图。 

图2是从被摄体侧观察照相机的透镜镜筒内部的图。 

图3是第一实施方式的超声波马达的剖面图。 

图4是表示第一实施方式的振子的图。 

图5是表示第一实施方式的压电体的图。 

图6是表示第二实施方式的振子的图。 

图7是以第二实施方式的移动体的行进方向为横轴、以槽的深度为纵轴的曲线图。 

图8是表示变形方式的振子的图。 

具体实施方式

(第一实施方式) 

以下，参照附图等说明本发明的第一实施方式。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是说明本发明的第一实施方式的照相机1的图。图2是从被摄体侧观察照相机1的透镜镜筒3内部的图。照相机1包括：具有拍摄元件8的照相机机身2、具有透镜7的透镜镜筒3。透镜镜筒3是可在照相机机身2拆装的可更换透镜。在本实施方式中，例示了透镜镜筒3为可更换透镜的例子，但不限于此，例如也可以是与照相机机身一体型的透镜镜筒。 

透镜镜筒3包括：透镜7、凸轮筒6、齿轮4、5、超声波马达10及包围它们的壳体9等。在本实施方式中，如图2所示，超声波马达10配置在凸轮筒6与壳体9之间的圆环状间隙中。超声波马达10用作在照相机1的聚焦动作时驱动透镜7的驱动源。从超声波马达10获得的驱动力经由齿轮4、5传递至凸轮筒6。透镜7保持于凸轮筒6上，是借助超声波马达10的驱动力与光轴方向(图1中所示的箭头L方向)大致平行地移动来进行焦点调节的聚焦透镜。 

在图1中，利用设于透镜镜筒3内的未图示的透镜组(包括透镜7)，在拍摄元件8的拍摄面成像出被摄体像。利用拍摄元件8将所 成像的被摄体像转换为电信号，并对该信号进行A/D转换，从而得到图像数据。 

图3是第一实施方式的超声波马达10的剖面图。为了容易理解，在图3及后述的图4～6设置XYZ直角坐标系。设与输出轴18的轴向平行的方向为Z轴方向，在Z轴方向上朝向移动件15侧的方向为Z轴正向。并且，设与从Z轴正向(移动件15侧)看到的振子11外形的椭圆形状的长径(长轴，参照图4)平行的方向为X轴方向，与短径(短轴，参照图4)平行的方向为Y轴方向。 

第一实施方式的超声波马达10包括振子11、移动件15、输出轴18、加压构件19等，为将振子11侧固定、驱动移动件15旋转的形态。振子11是具有弹性体12和与弹性体12接合的压电体13的中空形状的构件。弹性体12是由共振锐度(sharpness of resonance)大的金属材料形成的构件。弹性体12是外形为大致椭圆形状的中空形状(参照图3(a))，该弹性体12具有梳齿部12a、基座部12b、凸缘部12c等。 

梳齿部12a通过在与移动件15接触一侧的面上切出多个槽30(图4中所示)而形成，该梳齿部12a的顶端面与移动件15加压接触，成为驱动移动件15的驱动面12d。在该驱动面实施镀Ni-P(镍-磷)等的润滑性的表面处理。设置梳齿部12a的理由是，使利用压电体13的伸缩而在驱动面12d产生的行波的中立面尽量接近压电体13侧，由此来增大驱动面12d的行波的振幅。 

基座部12b是与弹性体12的周向连续的部分，压电体13与基座部12b的同梳齿部12a相反一侧的面12e接合。凸缘部12c是向弹性体12的内径方向突出的凸缘状的部分，配置在基座部12b的厚度方向的中央。借助该凸缘部12c将振子11固定于固定构件16上。 

压电体13是将电能转变为机械能的压电体。在本实施方式中，作为压电体13使用压电元件，但也可以使用电致伸缩元件等。对该压电体13将在后面详述。压电体13使用粘结剂而接合于弹性体12。 

挠性印刷基板14的布线与压电体13的电极部连接。挠性印刷基 板14具有向压电体13供给驱动信号的功能。在从该挠性印刷基板14供给的驱动信号的作用下，压电体13伸缩，从而激振弹性体12，在弹性体12的驱动面产生行波。在本实施方式中，产生4个行波。 

移动件15是由在弹性体12的驱动面产生的行波驱动而旋转的构件。移动件15是由铝等轻金属形成的大致圆盘形状的构件，具有与振子11(弹性体12的驱动面12d)接触的接触面15a。接触面15a是大致圆环形状，在接触面15a的表面施加了用于提高耐磨损性的耐酸铝等的表面处理。输出轴18是大致圆柱形状的构件。输出轴18的一个端部隔着橡胶构件23与移动件15接触，被设置成与移动件15一体旋转。 

橡胶构件23是由橡胶形成的大致圆环形状的构件。该橡胶构件23具有利用橡胶的粘弹性可使移动件15和输出轴18一体旋转的功能、和吸收振动以不向输出轴18传递来自移动件15的振动的功能，可使用丁基橡胶、硅橡胶、丙烯橡胶等。 

加压构件19是产生使振子11和移动件15加压接触的加压力的构件。该加压构件19设于齿轮4和轴承座构件21之间。在本实施方式中，加压构件19使用压缩线圈弹簧，但不限于此。 

齿轮4以嵌在输出轴18的D缺口的方式被插入，用E环等止挡件22固定，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，轴承座构件21配置在轴承17的内径侧，轴承17配置在固定构件16的内径侧。加压构件19沿输出轴18的轴向加压，将振子11压向移动件15侧，在该加压力的作用下，移动件15与振子11的驱动面加压接触，被驱动而旋转。另外，也可以在加压构件19与轴承座构件21之间设有加压力调整垫圈，从而得到适于超声波马达10的驱动的加压力。 

接着，详细说明本实施方式的振子11。图4是表示振子11的图。图4(a)是从移动件15侧观察振子11的图，图4(b)是用与XZ 平面平行的箭头S1-S2截面剖切的振子11的剖面图，图4(c)是用与YZ平面平行的箭头S3-S4截面剖切的振子11的剖面图。图4(a)中虚线所示的形状是与驱动面12d接触的移动件15的接触面15a的形状，接触面15a在该虚线所示的区域与驱动面12d接触。 

图5是表示本实施方式的压电体13的图。图5(a)是从弹性体12侧观察压电体13的与弹性体12接合的接合面13a的图。图5(b)是从齿轮构件20侧观察压电体13的与接合面13a相反一侧的面13b的图。压电体13在中央设有开口13d，是具有开口13d侧的内周部13r和外周部13R的大致平板形状。 

压电体13的接合面13a是与弹性体12接合的面。如图5(a)所示，在接合面13a的大致整面形成电极部D1。 

电极部D1通过无电解电镀而形成。在本实施方式中，电极部D1是无电解镀镍磷(Ni-P)的镀膜层。 

如图5(b)所示，在压电体13的与接合面13a相反一侧的面13b上沿周向隔开预定间隔地形成有输入A相、B相电信号的电极部D2～D5、D6～D9以及作为接地部的电极部D10。此外，面13b的内周端及外周端及电极部D2～D10之间成为压电体13的基底露出的基底部13c。 

电极部D2～D5、D6～D9是分别输入A相、B相的驱动信号的电极部，在各相极化(极性)交替地配置。电极部D10形成在电极部D2与电极部D6之间，以成为A相(电极部D2～D5)与B相(电极部D6～D9)的间隔。 

在本实施方式中，电极部D2～D10通过利用丝网印刷涂布银糊剂而形成。 

如图4及图5所示，在本实施方式中，振子11包括弹性体12及压电体13，其外形为椭圆形状。如此将振子11的外形做成椭圆形状是出于以下的理由。即，在本实施方式中，如图2所示，超声波马达10配置在凸轮筒6与壳体9之间的圆环状间隙中。在振子11的外形不是椭圆形状而是正圆形时，其直径的大小被限定于凸轮筒6与壳体 9之间的宽度，因此压电体的静电电容受限。 

但是，将压电体做成椭圆形时，随着长径变大，静电电容变大。这是由于在厚度、介电常数等条件为一定时，压电体的静电电容与压电体被极化的区域的面积成正比，因此通过扩大压电体的面积，能够扩大被极化的区域。就是说，若扩大压电体与弹性体的接合面的面积，则能够扩大压电体被极化的区域，能够增大压电体的静电电容。由此，能够得到更大的驱动力。 

如此，根据本实施方式，由于振子11(压电体13)是椭圆形状，因此能够配置在一个方向(在本实施方式中Y方向)上不能取得充分的空间的、例如凸轮筒6与壳体9之间的圆环状间隙这样的部位，能够利用该空间得到最大限度的转矩。 

在此，如图5(b)所示，为了使行波的周期恒定，在椭圆形的压电体13中的与接合面13a相反一侧的面13b上形成的电极部D2～D9的电极内周部13r的周向的宽度l(例如在电极部D8、D9中为18、19)，恒定。若使电极内周部13r的周向的宽度l为恒定，则由于压电体13为椭圆，各个电极部D2～D9的形状及面积不同。 

虽然不能直接适用于本实施方式这样的椭圆形状的一部分(大致扇形)，但在例如长方体的物体中一般下式成立。 

ΔL＝d₃₁×V×L/t…式(1) 

其中，L：长度，ΔL：长度方向的位移，V：施加电压，d₃₁：压电体的d常数，t：厚度。 

设各个电极部D2～D9的大致中央的周向长度(内周部13r与外周部13R的中间部)为L，则L的长度因椭圆的长径a侧或短径b侧的不同不同。例如，在图5(b)的电极部D8、D9中，长径a侧的电极部D8的周向长度L8比短径b侧的电极部D9的长度L9长。如此，在各个电极部的周向长度L不同时，即使施加恒定的电压V，周向长度L的伸长量ΔL也不同。 

若压电体13的周向长度L的伸长量ΔL不同，则由弹性体12产生的行波在移动件15的相对移动方向θ(沿着压电体13的内周部的 周向的方向)上不均匀地产生。因此，在弹性体12的驱动面12d产生的行波的高度不恒定。于是，移动件15与弹性体12仅在行波的波高的部位接触，接触不稳定，也不能充分传递驱动力。 

因此，在压电体13为椭圆形状时，优选使周向长度L的伸长量ΔL在电极部D2～D9之间为恒定。在此，在式(1)中d₃₁是常数，因此使施加电压V为恒定时，要使周向长度L的伸长量ΔL为恒定，需要使L/t为恒定。 

在本实施方式中，各电极部D2～D9的周向长度L沿着移动件15的相对移动方向θ(根据周向的位置)而不同。因此，与周向长度L成正比地改变厚度t，在周向长度L变长的椭圆形状的长径a侧，增大厚度t，在L变短的椭圆形状的短径b侧减小厚度t，使L/t为恒定。另外，在形成同一电极部的区域为恒定的厚度。 

以上，本实施方式具有以下的效果。 

(1)这样，在周向长度L变长的椭圆形状的长径a侧增大厚度t，在L变短的椭圆形状的短径b侧减小厚度t，使L/t为恒定。由此，压电体13的周向长度L的伸长量ΔL为恒定。因此，移动件15的行波在移动件15的相对移动方向θ(沿着压电体13的内周部的周向的方向)上均匀地产生，在驱动面12d产生的行波的高度为恒定。因此，移动件15与振子11的接触均匀、稳定，且能够得到充分的驱动力。 

(2)由于振子11(压电体13)是椭圆形状，因此能够配置在一个方向(在本实施方式中为Y方向)上不能取得充分空间的受限部位，能够利用该空间而得到最大限度的转矩。 

(第二实施方式) 

接着，说明本发明的第二实施方式。图6是表示第二实施方式的振子的图。第二实施方式与第一实施方式同样，在周向长度L变长的椭圆形状的长径a侧增大厚度t，在L变短的椭圆形状的短径b侧减小厚度t，使L/t恒定。第二实施方式与第一实施方式的不同点在于梳齿部112a的槽130的深度在弹性体112的长径a侧和短径b侧不同。除此之外与第一实施方式相同，对同样的部分标注同一标记，省略其 说明。 

在本实施方式中，与第一实施方式同样，振子11的外形是椭圆形状。但是，在将振子11(压电体13、弹性体112)的形状做成椭圆形状那样的正圆以外的形状时，在长径a侧弹性体112的径向宽度宽，因此与短径b侧相比抗弯刚性高。即，抗弯刚性在移动体的移动方向θ上不同，在移动件15的移动方向θ上可能不会均匀地产生振动振幅。 

因此，在本实施方式中，如图6(b)及图6(c)所示，使梳齿部112a的槽130的深度不均匀。即，在长径a侧槽130深，在短径b侧槽130浅。图7(a)是以移动体的移动方向θ为横轴(设直径为a的位置为θ＝0)，以槽的深度(即基座的厚度)为纵轴的曲线图。图中实线表示第二实施方式的情况，虚线表示使梳齿部112a的槽130的深度为恒定的情况。 

此外，图7(b)是以移动体的行进方向θ为横轴(设直径为a的位置为θ＝0)，以抗弯刚性为纵轴的曲线图。图7(b)也同样是图中实线表示第二实施方式，虚线表示梳齿部112a的槽130的深度为恒定的情况。如图所示，在槽130的深度为恒定时，在短径b附近(θ＝π/2，3π/2)抗弯刚性低，在长径a附近(θ＝0，π，2π)抗弯刚性高。 

但是，在第二实施方式中，如图7(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130较深(基座部112b薄)。因此，在长径a侧径向宽度宽但槽130深，在短径b侧径向宽度窄但槽130浅，径向宽度和槽130深度对刚性的影响相互抵消，在长径a侧和短径b侧的刚性之差如图7(b)中实线所示，与比较方式相比变小。 

以上，第二实施方式除了第一实施方式的效果之外，还具有以下的效果。 

在长径a侧径向宽度宽但槽130深，在短径b侧径向宽度窄但槽130浅。因此，径向宽度和槽130深度对刚性的影响相互抵消，在长 径a侧和短径b侧的刚性之差变小。 

(变形方式) 

以上，不限于说明的实施方式，也可进行各种变形、变更。 

(1)在上述的实施方式中，将弹性体12的外形做成椭圆柱形状，但本发明不限于此。图8是表示弹性体32的变形方式的图。对与上述的实施方式同样的部分标注同一标记。图8(a)与图4(a)同样，是从移动件15侧观察振子31的图，图8(b)是用与XZ平面平行的箭头S1-S2截面剖切的振子31的剖面图，图8(c)是用与YZ平面平行的箭头S3-S4截面剖切的振子31的剖面图。 

如图所示，可以将弹性体32的外形做成将椭圆锥形状的上部切去而成的形状。此时，也是在周向长度L变长的椭圆形状的长径a侧增大厚度t，在L变短的椭圆形状的短径b侧减小压电体33的厚度t，使L/t为恒定。如此，在弹性体32为椭圆锥形状时，也能够通过在椭圆形状的长径侧和短径侧改变压电体33的厚度，而使在弹性体32产生的行波的振幅恒定。移动件15与振子31(弹性体32)的接触均匀、稳定，且能够得到充分的驱动力。 

(2)在上述的实施方式中，例示了压电体13及弹性体12的外形为椭圆形状的例子，但不限于此，例如，也可以做成多边形形状，并符合其形状地改变压电体的厚度。 

(3)在各实施方式中，以移动件被驱动而旋转的超声波马达为例进行了说明，但不限于此，也可以应用于沿直线方向驱动移动件的线性振动促动器。 

(4)在各实施方式中，以使用超声波范围的振动的超声波马达为例进行了说明，但不限于此，例如，可以应用于使用超声波范围以外的振动的振动促动器。 

(5)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驱动的例子，但不限于此，例如，可以做成用于透镜的变焦动作时的驱动的超声波马达。 

(6)在各实施方式中，示出了超声波马达用于照相机的例子， 但不限于此，例如可用于复印机的驱动部、汽车的方向盘倾倒装置、座椅头枕的驱动部。 

另外，上述的实施方式及变形方式可以适当组合使用，但省略详细说明。本发明不由以上说明的各实施方式限定。 

附图标记的说明

1：透镜镜筒，3：照相机，10：振动促动器，12：振动体，12d：驱动面，13：压电体，13a：接合面，13：开口，13r：内周部，13R：外周部，15：移动体，D2～D9：电极部。 

Claims (10)

1.一种振动促动器，其特征在于，包括：

压电体，其具有第一面，通过电信号而被激振；

振动体，其与上述第一面接合、并具有由于上述激振而产生振动波的第二面；

移动体，其与上述第二面加压接触，相对于上述振动体而相对移动，

上述压电体的厚度沿上述移动体的相对移动方向而不同，上述移动体的上述相对移动方向是沿着上述压电体的内周部的周向的方向。

2.根据权利要求1所述的振动促动器，其特征在于，

上述压电体在与上述第一面相反侧的第三面上具有沿上述相对移动方向被分割形成的多个电极部，

上述压电体在形成有同一电极部的区域为恒定厚度。

3.根据权利要求1所述的振动促动器，其特征在于，

上述压电体具有设有圆形开口的上述内周部和椭圆形状的外周部，

上述压电体的厚度在上述椭圆形状的长径侧比在短径侧厚。

4.根据权利要求2所述的振动促动器，其特征在于，

上述压电体具有设有圆形开口的上述内周部和椭圆形状的外周部，

上述压电体的厚度在上述椭圆形状的长径侧比在短径侧厚。

5.根据权利要求3所述的振动促动器，其特征在于，

上述多个电极部的上述内周部侧的周向长度相互相等。

6.根据权利要求4所述的振动促动器，其特征在于，

上述多个电极部的上述内周部侧的周向长度相互相等。

7.根据权利要求3～6中的任一项所述的振动促动器，其特征在于，

上述移动体为圆环形状，被设置成与上述第二面的沿着上述压电体的上述内周部的周向的位置接触。

8.根据权利要求1～6中的任一项所述的振动促动器，其特征在于，

上述振动体的上述第二面侧呈梳齿状地形成有多个槽，

在与上述移动体的相对移动方向交叉的方向上的上述槽的深度，沿着上述移动体的相对移动方向而不同。

9.一种透镜镜筒，具有权利要求1～8中的任一项所述的振动促动器。

10.一种照相机，具有权利要求1～8中的任一项所述的振动促动器。