JP2009207250A - 振動アクチュエータ、レンズユニット、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用途が異なる複数種類の振動アクチュエータを製造する場合において、各用途毎の圧電素子ユニットの製作を不要にする。
【解決手段】振動アクチュエータ１００は、回転軸回りに回転自在に配されたロータ１６０と、ロータ１６０に当接するステータ１２０と、ステータ１２０に回転軸方向に当接し、電力の供給を受けてステータ１２０に対して回転軸回りの変位を発生させることによりロータ１６０を回転させる電気機械変換部１３０とを備え、電気機械変換部１３０は、予め定められた数の圧電素子板が回転軸方向に積層されて一体化された圧電素子ユニット３００を、複数個、回転軸方向に連結することにより形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動アクチュエータ、当該振動アクチュエータを備えるレンズユニット及び撮像装置に関する。本発明は、特に、圧電素子板が複数積層された電気機械変換部を備える振動アクチュエータ、当該振動アクチュエータを備えるレンズユニット及び撮像装置に関する。

円盤状のステータが、複数の圧電素子板が積層された板積層型の圧電素子ユニット上に配され、ロータがステータ上に配された振動アクチュエータとしての超音波モータが知られている。この超音波モータでは、ロータが、圧電素子の伸縮振動によりステータに発生されるロータの回転軸回りの変位（進行波）によって回転される（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開平０３−２８９３７５号公報 特開２００２−２９１２６３号公報 特開２００６−１７９５７８号公報

ここで、上記超音波モータでは、積層された圧電素子板の数を増減することにより、出力されるトルクの強弱を調整でき、それにより、種々の用途に対応できる。しかしながら、各用途毎に、各用途限定の圧電素子ユニットを製作しなければならないので、高コストとなる。また、高トルクを得るために圧電素子板の積層枚数を増加させた場合には、圧電素子板の特性の累積誤差が拡大することにより、圧電素子ユニットの個体差が拡大するという問題もある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態において、振動アクチュエータは、回転軸回りに回転自在に配されたロータと、前記ロータに当接するステータと、前記ステータに回転軸方向に当接し、電力の供給を受けて前記ステータに対して回転軸回りの変位を発生させることにより前記ロータを回転させる電気機械変換部とを備え、前記電気機械変換部は、予め定められた数の圧電素子板が回転軸方向に積層されて一体化されたユニットを、複数個、回転軸方向に連結することにより形成されている。前記ユニットは、前記ユニット内の各圧電素子板の電極間を電気的に導通するユニット内導通部、および、前記ユニット内導通部に電気的に接続されて前記ユニットにおける前記回転軸方向の上面及び底面に露出し、他のユニットの前記電極に電気的に接続するユニット間導通部とを有してもよい。

また、前記圧電素子板の内周側には貫通孔が形成されていてもよい。また、前記ユニット内導通部は、前記圧電素子板の前記貫通孔の内周に配された内周導通部、および、前記内周導通部から絶縁され、前記圧電素子板の外周に配された外周導通部を有してもよい。また、前記ユニットは、前記圧電素子板の前記電極から絶縁されており、連結された他のユニットの前記電極に電気的に接続する他ユニット導通部をさらに有してもよい。

また、本発明の第２の形態において、レンズユニットは、光学部材と、前記光学部材を収容するレンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を移動させる振動アクチュエータと、を備えるレンズユニットであって、前記振動アクチュエータは、回転軸回りに回転自在に配されたロータと、前記ロータに当接するステータと、前記ステータに回転軸方向に当接し、電力の供給を受けて前記ステータに対して回転軸回りの変位を発生させることにより前記ロータを回転させる電気機械変換部とを備え、前記電気機械変換部は、予め定められた数の圧電素子板が回転軸方向に積層されて一体化されたユニットを、複数個、回転軸方向に連結することにより形成されている。

本発明の第３の形態において、撮像装置は、光学部材と、前記光学部材を収容するレンズ鏡筒と、前記光学部材を移動させる振動アクチュエータと、前記光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、前記振動アクチュエータおよび前記撮像部を制御する制御部と、を備える撮像装置であって、前記振動アクチュエータは、回転軸回りに回転自在に配されたロータと、前記ロータに当接するステータと、前記ステータに回転軸方向に当接し、電力の供給を受けて前記ステータに対して回転軸回りの変位を発生させることにより前記ロータを回転させる電気機械変換部とを備え、前記電気機械変換部は、予め定められた数の圧電素子板が回転軸方向に積層されて一体化されたユニットを、複数個、回転軸方向に連結することにより形成されている。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ１００について説明する。図１には、本実施形態に係る振動アクチュエータ１００が斜視図にて示されている。また、図２には、振動アクチュエータ１００が、回転軸方向と直交する方向（以下、径方向という）から見た断面図にて示されている。なお、説明の便宜上、回転軸方向における駆動出力側を出力側、その反対側を非出力側と記載する。また、回転軸方向から振動アクチュエータ１００を見た場合を平面視と記載する。

これらの図に示すように、振動アクチュエータ１００は、ロータ１６０と、ステータ１２０と、電気機械変換部１３０と、ベース部１５０と、配線板１４０と、を備えている。ロータ１６０は、回転軸回りに回転自在に配されている。ステータ１２０は、ロータ１６０に当接する。

また、電気機械変換部１３０は、平面視にて円状とされ、ステータ１２０に対して回転軸方向に当接しており、電力の供給を受けてステータ１２０に対して回転軸回りの変位（進行波）を発生させることによりロータ１６０を回転させる。また、ベース部１５０は、ステータ１２０と共に電気機械変換部１３０を挟む。配線板１４０は、電気機械変換部１３０とベース部１５０とに挟まれ、電気機械変換部１３０に電力を供給する。

以下、本実施形態に係る振動アクチュエータ１００の構成について詳細に説明する。図１及び図２に示すように、振動アクチュエータ１００では、ベース部１５０、配線板１４０、電気機械変換部１３０、ステータ１２０、ロータ１６０、歯車１８０、トッププレート１９０、及びナット１１８が、非出力側から出力側へかけて記載順に配されている。これらは、平面視にて円状、あるいは、一部を除いて円状とされ、同軸に配されており、これらの軸心には、屈曲軸１１０が挿通されている。

屈曲軸１１０は、弾性変形可能な種々の金属材料、樹脂材料、セラミックス材料等により、円柱形状に形成されている。屈曲軸１１０の軸方向における非出力側の端部には、ネジ部１１２が形成され、ベース部１５０の軸心には、ネジ部１１２が螺合するネジ孔１５２が形成されている。また、ベース部１５０には、軸心に対して左右対称の直線部１５４が形成されている。この直線部１５４をレンチ等の工具で保持した状態で、該工具によりベース部１５０を屈曲軸１１０に対して相対的に回転させることによって、ベース部１５０と屈曲軸１１０とが組み付けられる。

また、ステータ１２０の軸心には、ネジ孔１２２が形成され、屈曲軸１１０には、ネジ孔１２２と螺合するネジ部１１４が形成されている。また、屈曲軸１１０におけるネジ部１１４の非出力側には、フランジ部１１６が近接して配されている。フランジ部１１６は、平面視にて断面矩形状とされており、ネジ部１１４から径方向へ突出している。このフランジ部１１６を四角レンチ等の工具で保持した状態で、該工具により屈曲軸１１０をステータ１２０に対して相対的に回転させることによって、ステータ１２０と屈曲軸１１０とが組み付けられる。これによって、電気機械変換部１３０と配線板１４０とが、ベース部１５０とステータ１２０とにより締め付けられる。

ロータ１６０は、平面視にて円状の内周部１６６を備える略円筒形状とされている。ロータ１６０の下部は上部より小径とされており、当該下部の外周には、円環状のリング部材１６２が取り付けられている。このリング部材１６２の非出力側の端部は、ロータ１６０の非出力側の端面より非出力側に配されており、ステータ１２０の出力側の端面に当接している。

歯車１８０は、円周部に歯部１８２が形成され、内周部に非出力側へ突出したボス１８４が設けられている。このボス１８４は、円環状とされ、ロータ１６０の内周部１６６に対して軸方向へ移動可能に嵌合している。ここで、ボス１８４と内周部１６６とは、図示しないキーとキー溝とを備える回り止め部により屈曲軸１１０回りに相対回転不能とされている。このため、ロータ１６０と歯車１８０とは一体で回転する。

また、歯車１８０の軸心には、屈曲軸１１０の出力側が挿通される円孔１８６が形成されている。この円孔１８６は屈曲軸１１０の出力側の直径よりも大径とされており、歯車１８０は屈曲軸１１０からは不支持とされている。

トッププレート１９０は、円盤状とされ、屈曲軸１１０の出力側に嵌合する円孔１９２が軸心に形成されている。また、屈曲軸１１０及び円孔１９２には、キーとキー溝とを備える回り止め部１９４が設けられており、トッププレート１９０は、屈曲軸１１０に対して回転不能とされている。

トッププレート１９０の内周部には、非出力側へ突出したボス１９６が設けられている。これに対して、歯車１８０の出力側の端面には、ボス１９６と回転自在に嵌合する凹部としての軸受部１８８が形成されている。即ち、歯車１８０は、トッププレート１９０に回転自在に支持されている。

また、屈曲軸１１０の出力側端部には、ナット１１８が螺合するネジ部１１７が形成されている。なお、ナット１１８が屈曲軸１１０の出力側端部に結合された状態において、ロータ１６０、歯車１８０、及びトッププレート１９０は、ステータ１２０とナット１１８とから締め付けられてはいない。

ここで、ロータ１６０の内部には付勢部材１７０が配されている。また、ロータ１６０の内周部１６６における非出力側の端部には、内周側へ縮径した円環状のフランジ部１６８が形成されている。付勢部材１７０は、屈曲軸１１０の軸方向へ弾性収縮可能な圧縮コイルバネとされており、フランジ部１６８とボス１８４との間に弾性収縮した状態で挟み込まれている。これにより、ロータ１６０は非出力側へ付勢されてリング部材１６２をステータ１２０に当接させる一方、歯車１８０及びトッププレート１９０は出力側へ付勢されてトッププレート１９０をナット１１８に当接させる。

図２に示すように、電気機械変換部１３０は、ロータ１６０の回転軸方向（屈曲軸１１０の軸方向）に連結された複数個（例えば、図示するように３個）のユニットとしての圧電素子ユニット３００を備えている。図３は、圧電素子ユニット３００を分解斜視図にて示している。この図に示すように、圧電素子ユニット３００は、予め定められた枚数（例えば、３０枚）のドーナツ状の圧電素子板１３６が、屈曲軸１１０の軸方向に積層されて一体化（ユニット化）されることにより形成されている。

各圧電素子板１３６の中央部には、屈曲軸１１０が挿通される貫通孔１３８が形成されている。また、各圧電素子板１３６の一方の面には、複数（例えば、図示するように４個）の電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４が形成され、各圧電素子板１３６の他方の面には、グランド電極１３７が形成されている。なお、電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４の各々を区別しない場合には、電極１３１と記載する。

電極１３１は、略セクタ状の同形状とされており、屈曲軸１１０の軸線回りに等間隔で配置されている。また、同符号が付された電極１３１の全体同士が軸方向に重なり合うように、圧電素子板１３６が積層されている。

圧電素子板１３６は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含んでいる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電材料を含んでいる。なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料で補強することが好ましい。また、上記電極は、ニッケル、金等の電極材料を用いて、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接に形成すればよい。

図４は、電気機械変換部１３０を分解斜視図にて示す。また、図５は、電気機械変換部１３０をその径方向から見た断面図にて示す。これらの図に示すように、電気機械変換部１３０が備える複数の圧電素子ユニット３００の各々は、複数のユニット内導通部としての外周導通部３０１１、３０１２、３０１３、３０１４を外周壁部３０５に備え、ユニット内導通部としての内周導通部３０６を内周壁部３０７に備えている。なお、外周導通部３０１１、３０１２、３０１３、３０１４の各々を区別しない場合には、外周導通部３０１と記載する。また、各圧電素子ユニット３００は、複数のユニット間導通部としての接続端子３０８、３０９を上面（出力側の面）３１０に備え、ユニット間導通部としての接続端子３１１、３１２を底面（非出力側の面）３１３に備えている。

外周導通部３０１１は、ユニット内で軸方向に重なり合った複数の電極１３１１の外周縁部に接触しており、これらを電気的に導通する。また、外周導通部３０１２は、ユニット内で軸方向に重なり合った複数の電極１３１２の外周縁部に接触しており、これらを電気的に導通する。また、外周導通部３０１３は、ユニット内で軸方向に重なり合った複数の電極１３１３の外周縁部に接触しており、これらを電気的に導通する。また、外周導通部３０１４は、ユニット内で軸方向に重なり合った複数の電極１３１４の外周縁部に接触しており、これらを電気的に導通する。さらに、内周導通部３０６は、ユニット内で重なり合った複数のグランド電極１３７の内周縁部に接触しており、これらを電気的に導通する。

また、複数の接続端子３０８の各々は、外周導通部３０１における出力側端部に形成されており、上面３１０の外周部に露出している。また、接続端子３０９は、内周導通部３０６の出力側端部に形成されており、上面３１０の内周部に露出している。また、複数の接続端子３１１の各々は、外周導通部３０１における非出力側端部に形成されており、底面３１３の外周部に露出している。また、接続端子３１２は、内周導通部３０６における非出力側端部に形成されており、底面３１３の内周部に露出している。

複数の外周導通部３０１は、圧電素子ユニット３００の周方向に互いに離間して配されており、互いに絶縁されている。また、接続端子３０８、３１１は、互いに絶縁されている。また、内周導通部３０６は、内周壁部３０７の全体に形成され、接続端子３０９、３１２は、貫通孔１３８の周縁部に沿って形成されており、これらは、電極１３１、接続端子３０８、３１１及び外周導通部３０１から絶縁されている。

複数の圧電素子ユニット３００は、ベース部１５０とステータ１２０とにより締め付けられることによって軸方向に連結されている。また、複数の圧電素子ユニット３００は、同符号が付された電極の全体同士が軸方向に重なり合い、且つ、同符号が付された外周導通部３０１が、軸方向に直線状に連なるように、軸方向に重ねられている。

ここで、軸方向に連なった同符合の外周導通部３０１は、上面３１０に露出した接続端子３０８と底面３１３に露出した接続端子３１１とが当接することにより、電気的に接続される。また、軸方向に連なった内周導通部３０６は、上面３１０に露出した接続端子３０９と底面３１３に露出した接続端子３１２とが当接することにより、電気的に接続される。

接続端子３０８、３０９、３１１、３１２は、銅箔により形成されており、銅箔の厚み分、上面３１０あるいは底面３１３から隆起している。このため、上面３１０の外周部と底面３１３の外周部とが確実に当接する。また、上面３１０の内周部と底面３１３の内周部とが確実に当接する。

配線板１４０は、フレキシブルプリント配線板とされており、各電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４に対応する駆動電極（図示省略）と、グランド電極１３７に対応するグランド電極（図示省略）とが形成されている。配線板１４０の各駆動電極には、最も配線板１４０側に配された圧電素子ユニット３００の接続端子３０９に当接する接続端子（図示省略）が設けられている。また、配線板１４０のグランド電極には、最も配線板１４０側に配された圧電素子ユニット３００の接続端子３１２に当接する接続端子（図示省略）が設けられている。

次に、本実施形態における作用について説明する。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を誇張して示す斜視図である。図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）および図６（Ｄ）の相互の間に記入された矢印は、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の状態が遷移することを示すと共に、状態の遷移が循環してステータ１２０及び電気機械変換部１３０が周期的に動作することを示す。

複数の電極１３１のいずれかに対して駆動電圧が印加された場合、電気機械変換部１３０の軸方向の長さは、駆動電圧が印加された電極１３１に対応する部位で増加する。一方、駆動電圧が印加されていない電極１３１に対応する部位では、電気機械変換部１３０の軸方向の長さは変化しない。ステータ１２０は、電気機械変換部１３０の軸方向の長さが増加した部位において持ち上げられる。これにより、ステータ１２０は傾斜する。

電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４に対して順次駆動電圧が印加されると、電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４に対応する部位で、電気機械変換部１３０の軸方向の長さが順次増加する。例えば、電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４に対して、１／４πずつ位相が異なる交流電圧が印加される。これにより、ステータ１２０の傾斜方向が、軸心回りの一方向へとシフトしていく。

ロータ１６０は、付勢部材１７０に付勢されて、ステータ１２０に対して定常的に当接している。このため、ロータ１６０は、傾斜方向を周回させつつ揺動するステータ１２０から摩擦駆動力あるいは軸回りの進行波を受けて回転する。また、ロータ１６０は、歯車１８０と一体で回転する。これにより、モータ駆動力が出力される。

ところで、本実施形態では、予め定めた枚数の圧電素子板１３６を積層することにより圧電素子ユニット３００を形成すると共に、当該圧電素子ユニット３００を軸方向に３個重ねて連結することにより、電気機械変換部１３０を形成している。即ち、同じ種類（仕様）の圧電素子ユニット３００を軸方向に３個重ねて連結することにより、振動アクチュエータ１００の出力トルクを、用途に応じた適当な大きさに設定している。

ここで、本実施形態では、圧電素子ユニット３００の数を増減することにより、出力されるトルクの強弱を調整でき、それにより、共通の圧電素子ユニット３００を用いて種々の用途に対応できる。例えば、図７に示すように、出力トルクが本実施形態と比較して小さい振動アクチュエータ１０１においては、圧電素子ユニット３００の数を、２個、もしくは図示するように１個に減ずることにより対応できる。逆に、出力トルクが本実施形態と比較して大きい振動アクチュエータにおいては、圧電素子ユニット３００の数を増加させることにより対応できる。

従って、複数の種類（仕様）の振動アクチュエータで用いる圧電素子ユニット３００を共通化でき、各種類毎の圧電素子ユニットの製作を不要にできるので、圧電素子ユニットの製作に要するコスト、工数を低減できる。また、一の圧電素子ユニット３００における圧電素子板１３６の積層枚数を増加させることなく、高トルクを得ることができるので、圧電素子板１３６の特性の累積誤差を低減でき、以って、圧電素子ユニット３００の特性の個体差を減少（バラツキを抑制）できる。

また、本実施形態では、ユニット内で軸方向に重なり合った複数の同符号の電極１３１を、外周導通部３０１により、ユニット内で軸方向に重なり合った複数のグランド電極１３７を、内周導通部３０６により、電気的に導通している。また、外周導通部３０１に電気的に接続された接続端子３０８、３１１を、それぞれ上面３１０と底面３１３に露出させ、内周導通部３０６に電気的に接続された接続端子３０９、３１２を、それぞれ上面３１０と底面３１３に露出させている。

そして、複数の同符号の外周導通部３０１を軸方向に連なるように配して、これらを、上面３１０に露出した接続端子３０８と底面３１３に露出した接続端子３１１とを当接させることにより、電気的に接続している。また、軸方向に連なるように配された複数の内周導通部３０６を、上面３１０に露出した接続端子３０９と底面３１３に露出した接続端子３１２とを当接させることにより、電気的に接続している。

これにより、複数ユニットに亘って軸方向に重なり合った複数の同符号の電極１３１が、全て電気的に接続される。また、複数ユニットに亘って軸方向に重なり合った複数のグランド電極１３７が、全て電気的に接続される。従って、電気機械変換部１３０の周方向の位相を同じくする電極１３１に対して一斉に電圧を印加して、電気機械変換部１３０における当該位相に伸縮振動を発生させることが可能となる。

ところで、電気機械変換部１３０における正の駆動電圧を印加された電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４の領域は、出力側へ変位する。一方、電気機械変換部１３０における負の駆動電圧を印加された電極１３１１、１３１２、１３１３、１３１４の領域は、非出力側へ変位する。また、電気機械変換部１３０の非出力側の端面は、ベース部１５０により固定保持されている。このため、電気機械変換部１３０の出力側の端面は、非出力側の端面に対して傾斜した状態となるので、電気機械変換部１３０の軸方向への変位は、内周側から外周側へかけて徐々に大きくなる。

ここで、本実施形態では、接続端子３０８、３１１を、それぞれ上面３１０、底面３１３の外周部に配したことにより、連結される圧電素子ユニット３００同士、及び圧電素子ユニット３００とステータ１２０とを、これらの外周部で当接させることができる。これによって、電気機械変換部１３０の出力側端面内において変位の振幅が最大となる外周部において、ステータ１２０へ変位を伝達できるので、ロータ１６０を効率よく回転でき、モータ出力を効率よく高めることができる。

次に、電気機械変換部１３０の他の実施形態に係る電気機械変換部２００について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。図８には、本実施形態に係る電気機械変換部２００が、分解斜視図にて示されている。

この図に示すように、電気機械変換部２００は、屈曲軸１１０の軸方向に連結された複数個（例えば、図示するように４個）のユニットとしての圧電素子ユニット４００を備えている。圧電素子ユニット４００は、予め定められた数（例えば、３０枚）のドーナツ状の圧電素子板１３６が、屈曲軸１１０の軸方向に積層されて一体化（ユニット化）されることにより形成されている。なお、以下の説明において、複数の圧電素子ユニット４００の各々を区別する場合には、非出力側から出力側へ並んだ順に、圧電素子ユニット４０１、４０２、４０３、４０４と記載する。

各圧電素子板１３６の一方の面には、複数（例えば、図示するように２個）の電極３３１１、３３１２が形成され、各圧電素子板１３６の他方の面には、グランド電極１３７が形成されている。なお、電極３３１１、３３１２の各々を区別しない場合には、電極３３１と記載する。

複数の電極３３１は、略半月状の同形状とされており、屈曲軸１１０の軸線に対して対称に配されている。また、同符号が付された電極３３１の全体同士が軸方向に重なり合うように、圧電素子板１３６が積層されている。

また、これらの図に示すように、電気機械変換部２００が備える複数の圧電素子ユニット４００の各々は、複数（例えば、図示するように２個）の外周導通部３０１１、３０１２を外周壁部４０５に備え、内周導通部３０６を内周壁部４０６に備えている。また、各圧電素子ユニット４００は、複数（例えば、図示するように２個）の接続端子３０８、３０９を上面（出力側の面）４０７に備え、接続端子３１１、３１２を底面（非出力側の面）４０８に備えている。

さらに、圧電素子ユニット４００の各々は、複数（例えば、図示するように２個）の他ユニット導通部としてのバイパス導通部３２０、３２２を外周壁部４０５に備えている。バイパス導通部３２０、３２２の上下両端部には、それぞれ上面４０７及び底面４０８に露出した接続端子３２４、３２６が形成されている。

バイパス導通部３２０、３２２、及び接続端子３２４、３２６は、各圧電素子板１３６の電極１３１、外周導通部３０１１、３０１２、及び接続端子３０８、３１１から離間して配されており、これにより、バイパス導通部３２０が、電極３３１から絶縁されている。また、バイパス導通部３２０、３２２、及び接続端子３２４、３２６は、グランド電極１３７から離間して配されており、これにより、バイパス導通部３２０、３２２が、グランド電極１３７から絶縁されている。

電気機械変換部２００では、１ユニットおきに、同符号が付された電極３３１の全体同士が軸方向に重なり合う。一方で、電気機械変換部２００では、互いに連結される圧電素子ユニット４００の間では、同符号が付された電極３３１の位相が、π／４ずらされており、同符号が付された電極３３１におけるπ／４の範囲同士が軸方向に重なり合っている。

上面４０７の接続端子３２４と底面４０８の接続端子３１１とが当接することにより、バイパス導通部３２０と外周導通部３０１２とが接続される。また、上面４０７の接続端子３０８と底面４０８の接続端子３２６とが当接することにより、外周導通部３０１１とバイパス導通部３２２とが接続される。

圧電素子ユニット４０１、４０３の電極３３１１（以下、電極対Ａという）は、圧電素子ユニット４０２のバイパス導通部３２０により電気的に接続されている。また、圧電素子ユニット４０２、４０４の電極３３１１（以下、電極対Ｂという）は、圧電素子ユニット４０３のバイパス導通部３２０により電気的に接続されている。

また、圧電素子ユニット４０１、４０３の電極３３１２（以下、電極対Ｃという）は、圧電素子ユニット４０２のバイパス導通部３２２により電気的に接続されている。さらに、圧電素子ユニット４０２、４０４の電極３３１２（以下、電極対Ｄという）は、圧電素子ユニット４０３のバイパス導通部３２２により電気的に接続されている。

次に、本実施形態における作用について説明する。本実施形態では、電極対Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して、π／４ずつ位相が異なる交流電圧が印加される。これにより、上記実施形態と同様に、ステータ１２０の傾斜方向が、軸心回りの一方向へシフトしていく。従って、ロータ１６０は、傾斜方向を周回させつつ揺動するステータ１２０から摩擦駆動力あるいは軸回りの進行波を受けて回転する。これにより、モータ駆動力が出力される。

ここで、本実施形態では、各圧電素子ユニット４００の外周部に、軸方向両側の圧電素子ユニット４００の電極３３１を電気的に接続するバイパス導通部３２０、３２２を設けている。これにより、複数の圧電素子ユニット４００を、周方向の位相をずらして配した上で同位相の電極３３１を導通させることが可能となり、電気機械変換部２００の構成の自由度を広げることができる。

また、本実施形態では、各圧電素子ユニット４００における電極３３１の分割数を半減させた上で、電気機械変換部２００に上記実施形態に係る電気機械変換部１３０と同様の動作をさせることができる。これにより、圧電素子板１３６における電極３３１間を仕切る部分の面積を減らすことができる。従って、圧電素子板１３６における電極３３１の占有面積、即ち、圧電素子板１３６の有効駆動面積を効率的に広げることができるので、出力トルクを効率的に拡大できる。

次に、他の実施形態に係る撮像装置７００について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。図９には、撮像装置７００の概略構成が側断面図にて示されている。

撮像装置７００は、光学部材４２０と、レンズ鏡筒４３０と、振動アクチュエータ１００と、撮像部５００と、制御部５５０と、を備える。レンズ鏡筒４３０は光学部材４２０を収容する。

振動アクチュエータ１００は、光学部材４２０を移動させる。撮像部５００は、光学部材４２０によって結像された画像を撮像する。制御部５５０は、振動アクチュエータ１００および撮像部５００を制御する。

また、撮像装置７００は、光学部材４２０、レンズ鏡筒４３０、及び振動アクチュエータ１００を備えるレンズユニット４１０と、ボディ４６０を含む。レンズユニット４１０は、マウント４５０を介して、ボディ４６０に対して着脱自在に装着される。

光学部材４２０は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、フロントレンズ４２２、コンペンセータレンズ４２４、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８を含む。フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８の間には、アイリスユニット４４０が配置される。

振動アクチュエータ１００は、光軸方向についてレンズ鏡筒４３０の中程にあって相対的に小径なフォーカシングレンズ４２６の下方に配置される。これにより、レンズ鏡筒４３０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ１００はレンズ鏡筒４３０内に収容される。振動アクチュエータ１００は、例えばギア列を介してフォーカシングレンズ４２６を光軸方向に前進または後退させる。

ボディ４６０は、メインミラー５４０、ペンタプリズム４７０、接眼系４９０を含む光学部材を収容する。メインミラー５４０は、レンズユニット４１０を介して入射した入射光の光路上に傾斜して配置される待機位置と、入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。

待機位置にあるメインミラー５４０は、入射光の大半を、上方に配置されたペンタプリズム４７０に導く。ペンタプリズム４７０は、入射光の鏡映を接眼系４９０に向かって出射するので、フォーカシングスクリーンの映像を接眼系４９０から正像として見ることができる。入射光の残りは、ペンタプリズム４７０により測光ユニット４８０に導かれる。測光ユニット４８０は、入射光の強度およびその分布等を測定する。

なお、ペンタプリズム４７０および接眼系４９０の間には、ファインダ液晶４９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーンの映像に重ねるハーフミラー４９２が配置される。表示画像は、ペンタプリズム４７０から投影された画像に重ねて表示される。

また、メインミラー５４０は、入射光の入射面に対する裏面にサブミラー５４２を有する。サブミラー５４２は、メインミラー５４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距ユニット５３０に導く。これにより、メインミラー５４０が待機位置にある場合は、測距ユニット５３０が被写体までの距離を測定する。なお、メインミラー５４０が撮影位置に移動した場合は、サブミラー５４２も入射光の光路から退避する。

更に、入射光に対してメインミラー５４０の後方には、シャッタ５２０、光学フィルタ５１０および撮像部５００が順次配置される。シャッタ５２０が開放される場合、その直前にメインミラー５４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像部５００に入射される。これにより、入射光の形成する画像が電気信号に変換される。これにより、撮像部５００は、レンズユニット４１０によって結像された画像を撮像する。

撮像装置７００において、レンズユニット４１０とボディ４６０とは電気的にも結合されている。従って、例えば、ボディ４６０側の測距ユニット５３０が検出した被写体までの距離の情報により振動アクチュエータ１００の回転を制御することにより、オートフォーカス機構を形成できる。また、測距ユニット５３０が振動アクチュエータ１００の動作量を参照することにより、フォーカスエイド機構を形成することもできる。振動アクチュエータ１００および撮像部５００は、制御部５５０により上記の通り制御される。

ここで、上述したように、振動アクチュエータ１００のモータ出力を効率よく高めることができる。よって、オートフォーカス機構の駆動力を効率よく高めることができるので、省電力化すると共に、高駆動力でオートフォーカス機構を駆動することが可能となる。

なお、振動アクチュエータ１００によりフォーカシングレンズ４２６を移動させる場合について例示したが、アイリスユニット４４０の開閉、ズームレンズのバリエータレンズの移動等を振動アクチュエータ１００で駆動できることはいうまでもない。この場合も、電気信号を介して測光ユニット４８０、ファインダ液晶４９４等と情報を参照し合うことにより、振動アクチュエータ１００は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。

以上のように、振動アクチュエータ１００は、撮影機、双眼鏡等の光学系において、合焦機構、ズーム機構、手振れ補正機構等の駆動に好適に使用できる。さらに、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源に使用されうるが、用途がこれらに限られないことはいうまでもない。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の斜視図を示す。 本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の側断面図を示す。 圧電素子ユニット３００の分解斜視図を示す。 電気機械変換部１３０の分解斜視図を示す。 電気機械変換部１３０の側断面図を示す。 （Ａ）〜（Ｄ）は、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。 比較例に係る振動アクチュエータ１０１の側断面図を示す。 他の実施形態に係る電気機械変換部２００の側断面図を示す。 他の実施形態に係る撮像装置７００の概略構成の側断面図を示す。

符号の説明

１００ 振動アクチュエータ、１０１ 振動アクチュエータ、１１０ 屈曲軸、１１２ ネジ部、１１４ ネジ部、１１６ フランジ部、１１７ ネジ部、１１８ ナット、１２０ ステータ、１２２ ネジ孔、１３０ 電気機械変換部、１３１ 電極、１３１１ 電極、１３１２ 電極、１３１３ 電極、１３１４ 電極、１３６ 圧電素子板、１３７ グランド電極、１３８ 貫通孔、１４０ 配線板、１５０ ベース部、１５２ ネジ孔、１５４ 直線部、１６０ ロータ、１６２ リング部材、１６６ 内周部、１６８ フランジ部、１７０ 付勢部材、１８０ 歯車、１８２ 歯部、１８４ ボス、１８６ 円孔、１８８ 軸受部、１９０ トッププレート、１９２ 円孔、１９４ 回り止め部、１９６ ボス、２００ 電気機械変換部、３００ 圧電素子ユニット、３０１ 外周導通部、３０１１ 外周導通部、３０１２ 外周導通部、３０１３ 外周導通部、３０１４ 外周導通部、３０５ 外周壁部、３０６ 内周導通部、３０７ 内周壁部、３０８ 接続端子、３０９ 接続端子、３１０ 上面、３１１ 接続端子、３１２ 接続端子、３１３ 底面、３２０ バイパス導通部、３２２ バイパス導通部、３２４ 接続端子、３２６ 接続端子、３３１ 電極、３３１１ 電極、３３１２ 電極、４００ 圧電素子ユニット、４０１ 圧電素子ユニット、４０２ 圧電素子ユニット、４０３ 圧電素子ユニット、４０４ 圧電素子ユニット、４０５ 外周壁部、４０６ 内周壁部、４０７ 上面、４０８ 底面、４１０ レンズユニット、４２０ 光学部材、４２２ フロントレンズ、４２４ コンペンセータレンズ、４２６ フォーカシングレンズ、４２８ メインレンズ、４３０ 鏡筒、４４０ アイリスユニット、４５０ マウント、４６０ ボディ、４７０ ペンタプリズム、４８０ 測光ユニット、４９０ 接眼系、４９２ ハーフミラー、４９４ ファインダ液晶、５００ 撮像部、５１０ 光学フィルタ、５２０ シャッタ、５３０ 測距ユニット、５４０ メインミラー、５４２ サブミラー、５５０ 制御部、７００ 撮像装置

Claims (6)

1. 回転軸回りに回転自在に配されたロータと、
   前記ロータに当接するステータと、
   前記ステータに回転軸方向に当接し、電力の供給を受けて前記ステータに対して回転軸回りの変位を発生させることにより前記ロータを回転させる電気機械変換部と
   を備え、
   前記電気機械変換部は、予め定められた数の圧電素子板が回転軸方向に積層されて一体化されたユニットを、複数個、回転軸方向に連結することにより形成されている振動アクチュエータ。
2. 前記ユニットは、前記ユニット内の各圧電素子板の電極間を電気的に導通するユニット内導通部、および、前記ユニット内導通部に電気的に接続されて前記ユニットにおける前記回転軸方向の上面及び底面に露出し、他のユニットの前記電極に電気的に接続するユニット間導通部とを有する請求項１に記載の振動アクチュエータ。
3. 前記圧電素子板の内周側には貫通孔が形成されており、
   前記ユニット内導通部は、前記圧電素子板の前記貫通孔の内周に配された内周導通部、および、前記内周導通部から絶縁され、前記圧電素子板の外周に配された外周導通部を有する請求項２に記載の振動アクチュエータ。
4. 前記ユニットは、前記圧電素子板の前記電極から絶縁されており、連結された他のユニットの前記電極に電気的に接続する他ユニット導通部をさらに有する請求項３に記載の振動アクチュエータ。
5. 光学部材と、
   前記光学部材を収容するレンズ鏡筒と、
   前記レンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を移動させる振動アクチュエータと、
   を備えるレンズユニットであって、
   前記振動アクチュエータは、
   回転軸回りに回転自在に配されたロータと、
   前記ロータに当接するステータと、
   前記ステータに回転軸方向に当接し、電力の供給を受けて前記ステータに対して回転軸回りの変位を発生させることにより前記ロータを回転させる電気機械変換部と
   を備え、
   前記電気機械変換部は、予め定められた数の圧電素子板が回転軸方向に積層されて一体化されたユニットを、複数個、回転軸方向に連結することにより形成されているレンズユニット。
6. 光学部材と、
   前記光学部材を収容するレンズ鏡筒と、
   前記光学部材を移動させる振動アクチュエータと、
   前記光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、
   前記振動アクチュエータおよび前記撮像部を制御する制御部と、
   を備える撮像装置であって、
   前記振動アクチュエータは、
   回転軸回りに回転自在に配されたロータと、
   前記ロータに当接するステータと、
   前記ステータに回転軸方向に当接し、電力の供給を受けて前記ステータに対して回転軸回りの変位を発生させることにより前記ロータを回転させる電気機械変換部と
   を備え、
   前記電気機械変換部は、予め定められた数の圧電素子板が回転軸方向に積層されて一体化されたユニットを、複数個、回転軸方向に連結することにより形成されている撮像装置。

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