JP2010104071A

JP2010104071A - Vibrating actuator, lens barrel, and camera

Info

Publication number: JP2010104071A
Application number: JP2008270525A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Ashizawa; 隆利芦沢; Yoshiko Sumitomo; 美子住友
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibrating actuator which is low-cost and can attain favorable drive performance. <P>SOLUTION: This vibrating actuator (10) includes: a vibrator (11), which generates vibrating waves by means of an electromechanical converter that converts electric energy into mechanical energy; and a relative shifter (15), which includes a contact face (32a) to pressure-contact with the vibrator (11) and relatively shifts to the vibrator (11) by the contact face (32a) being driven by the vibrating waves. The relative shifter (15) includes a first member (31), which is made of resin, and a second member (30), which is higher in rigidity than the first member (31) and the second member (30) made of resin, and a section, which includes at least one face other than the contact face (32a) and the second contact face (32a), is made of the first member (31). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電体の伸縮を利用して移動子を駆動する振動アクチュエータおよびそれを備えたレンズ鏡筒、カメラに関する。 The present invention relates to a vibration actuator that drives a moving element using expansion and contraction of a piezoelectric body, a lens barrel including the vibration actuator, and a camera.

振動アクチュエータは、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、この進行波によって駆動面に楕円運動を生じさせ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子を駆動するものである。このような振動アクチュエータは、低回転でも高トルクを有するという特徴があるため、駆動装置に搭載した場合に、駆動装置のギアを省略することができる。このため、ギアによる騒音をなくすことで静寂化が達成可能であり、また位置決め精度が向上されるといった利点もある。 The vibration actuator generates a progressive vibration wave (hereinafter referred to as a traveling wave) on the elastic drive surface by using the expansion and contraction of the piezoelectric body, and the traveling wave generates an elliptical motion on the driving surface. The moving element that is in pressure contact is driven. Since such a vibration actuator has a characteristic of having a high torque even at a low rotation, when mounted on the drive device, the gear of the drive device can be omitted. For this reason, quietness can be achieved by eliminating the noise caused by the gears, and the positioning accuracy can be improved.

一方、近年、振動アクチュエータにおいて、径を従来の１／３〜１／５倍程度とする小型化、軽量化が進んでいる。小型化された振動アクチュエータは、外観上ロッド形状を有しており、安価な電磁モータと同じように使用される場合が多い。このため、小型化された振動アクチュエータにおける第１の課題は、コスト削減である。この課題に対して、様々な部材をモールド化して、コスト削減対策を行っており、移動子のプラスチックモールド化も検討されている（特許文献１参照）。
特開平４−１１７１８２号公報 On the other hand, in recent years, vibration actuators have been reduced in size and weight so that the diameter is about 1/3 to 1/5 times that of conventional ones. The miniaturized vibration actuator has a rod shape in appearance and is often used in the same manner as an inexpensive electromagnetic motor. For this reason, the 1st subject in the vibration actuator reduced in size is cost reduction. In response to this problem, various members are molded to take cost reduction measures, and plastic molding of the mover is also being studied (see Patent Document 1).
JP-A-4-117182

しかし、振動アクチュエータにおいて、進行波に加圧接触された移動子は、進行波の波頭のみと接触し、他の部分は曲げ変形が生じている。移動子は、剛性が小さいと、曲げ変形が大きくなり、進行波の波底に接触し、良好な駆動性能を得ることが困難になる。したがって、移動子は、ある程度の剛性を確保しなければならない。 However, in the vibration actuator, the movable element that is in pressure contact with the traveling wave is in contact with only the wavefront of the traveling wave, and bending deformation occurs in the other portions. If the mover has low rigidity, bending deformation becomes large, and it becomes difficult to obtain good drive performance by contacting the wave bottom of the traveling wave. Therefore, the mover must ensure a certain degree of rigidity.

本発明の課題は、安価なコストで、良好な駆動性能を達成可能な振動アクチュエータおよびそれを備えたレンズ鏡筒、カメラを提供することである。 An object of the present invention is to provide a vibration actuator capable of achieving good driving performance at a low cost, a lens barrel and a camera including the vibration actuator.

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。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this.

請求項１に記載の発明は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子により振動波を生じる振動体（１１）と、前記振動体（１１）と加圧接触する接触面（３２ａ）を有し、前記振動波によって前記接触面（３２ａ）が駆動されることにより前記振動体（１１）に対して相対移動する相対移動部材（１５，１５’，１５’’）と、を備える振動アクチュエータ（１０，１０’，１０’’）であって、前記相対移動部材（１５，１５’，１５’’）は、樹脂で形成された第１の部材（３１，３１’，３１’’）及び前記第１の部材（３１，３１’，３１’’）より剛性の高い第２の部材（３０，３０’，３０’’）を含み、前記接触面（３２ａ）と前記接触面（３２ａ）以外の少なくとも１面とを含む部分が、前記第１の部材（３１，３１’，３１’’）で形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０，１０’，１０’’）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（１０，１０’）であって、前記相対移動部材（１５，１５’）は前記接触面（３２ａ）と反対方向を向く面を含む部分が、前記第１の部材（３１，３１’）で形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０，１０’）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（１０，１０’’）であって、前記相対移動は相対回転移動であり、前記相対回転移動の回転軸を含み、前記相対回転移動に応じて回転する軸部材（１８）をさらに備え、前記相対移動部材（１５，１５’’）は、前記軸部材（１８）と接する内周面を含む部分が、前記第２の部材（３０，３０’’）で形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０，１０’’）である。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の振動アクチュエータ（１０’）であって、前記第２の部材（３０’）が前記第１の部材（３１’）の内部に配置されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０’）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ（１０’’）であって、前記接触面（３２ａ）と反対方向を向く面を含む部分が、前記第２の部材で形成されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０’’）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０，１０’，１０’’）であって、前記相対移動部材（１５，１５’，１５’’）が、前記第１の部材（３１，３１’，３１’’）と前記第２の部材（３０，３０’，３０’’）をインサート成型することにより製造されていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０，１０’，１０’’）である。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０，１０’，１０’’）を備えたレンズ鏡筒（３）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１から６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０，１０’，１０’’）を備えたカメラ（１）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に代替してもよい。 The invention according to claim 1 includes a vibrating body (11) that generates a vibration wave by an electromechanical conversion element that converts electrical energy into mechanical energy, and a contact surface (32a) that is in pressure contact with the vibrating body (11). And a relative movement member (15, 15 ′, 15 ″) that moves relative to the vibrating body (11) when the contact surface (32a) is driven by the vibration wave. (10, 10 ′, 10 ″), and the relative movement member (15, 15 ′, 15 ″) includes a first member (31, 31 ′, 31 ″) made of resin and The second member (30, 30 ′, 30 ″) having higher rigidity than the first member (31, 31 ′, 31 ″), and other than the contact surface (32a) and the contact surface (32a) The portion including at least one surface of the first member (31, 31 ′, 31 ″) It is formed, the vibration actuator (10, 10 ', 10''), characterized in a.
The invention according to claim 2 is the vibration actuator (10, 10 ') according to claim 1, wherein the relative movement member (15, 15') faces in a direction opposite to the contact surface (32a). The vibration actuator (10, 10 ') is characterized in that the portion including the first member (31, 31') is formed of the first member (31, 31 ').
The invention according to claim 3 is the vibration actuator (10, 10 '') according to claim 1 or 2, wherein the relative movement is a relative rotational movement, and includes a rotation axis of the relative rotational movement, A shaft member (18) that rotates in response to the relative rotational movement is further provided, and the relative movement member (15, 15 '') includes a portion including an inner peripheral surface in contact with the shaft member (18). The vibration actuator (10, 10 ″) is characterized by being formed of the members (30, 30 ″).
The invention according to claim 4 is the vibration actuator (10 ′) according to claim 2, wherein the second member (30 ′) is arranged inside the first member (31 ′). It is a vibration actuator (10 ') characterized by that.
According to a fifth aspect of the present invention, in the vibration actuator (10 '') according to the first aspect, a portion including a surface facing a direction opposite to the contact surface (32a) is formed by the second member. The vibration actuator (10 ″) is characterized by
A sixth aspect of the present invention is the vibration actuator (10, 10 ′, 10 ″) according to any one of the first to fifth aspects, wherein the relative movement member (15, 15 ′, 15 ″). '') Is manufactured by insert molding the first member (31, 31 ', 31'') and the second member (30, 30', 30 ''). Vibration actuators (10, 10 ′, 10 ″).
A seventh aspect of the invention is a lens barrel (3) including the vibration actuator (10, 10 ', 10'') according to any one of the first to sixth aspects.
The invention described in claim 8 is a camera (1) provided with the vibration actuator (10, 10 ′, 10 ″) according to any one of claims 1 to 6.
Note that the configuration described with reference numerals may be improved as appropriate, or at least a part thereof may be replaced with another component.

本発明によれば、安価なコストで、良好な駆動性能を達成可能な振動アクチュエータおよびそれを備えたレンズ鏡筒、カメラを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vibration actuator that can achieve good driving performance at a low cost, and a lens barrel and a camera including the vibration actuator.

以下、本発明にかかる振動アクチュエータの実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、振動波モ一タとして、超音波の振動域を利用した超音波モータを例にして説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a vibration actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following embodiments, an ultrasonic motor using an ultrasonic vibration region will be described as an example of the vibration wave monitor.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のカメラ１を説明する図である。第１実施形態のカメラ１は、撮像素子を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２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３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としてもよい。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a camera 1 according to the first embodiment. The camera 1 according to the first embodiment includes a camera body 2 having an image sensor and a lens barrel 3 having a lens 7. The lens barrel 3 is an interchangeable lens that can be attached to and detached from the camera body 2. In the present embodiment, the lens barrel 3 is an interchangeable lens. However, the present invention is not limited to this. For example, the lens barrel 3 may be a lens barrel integrated with the camera body.

レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、超音波モータ１０等を備えている。本実施形態では、超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ７を駆動する駆動源として用いられており、超音波モータ１０から得られた駆動力は、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向Ｌに略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。 The lens barrel 3 includes a lens 7, a cam barrel 6, gears 4 and 5, an ultrasonic motor 10, and the like. In the present embodiment, the ultrasonic motor 10 is used as a driving source for driving the lens 7 during the focusing operation of the camera 1, and the driving force obtained from the ultrasonic motor 10 is camped via the gears 4 and 5. It is transmitted to the cylinder 6. The lens 7 is a focus lens that is held by the cam cylinder 6 and moves in substantially parallel to the optical axis direction L by the driving force of the ultrasonic motor 10 to adjust the focus.

図１において、レンズ鏡筒３内に設けられたレンズ群（レンズ７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８によって、結像された被写体像は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。 In FIG. 1, a subject image is formed on the imaging surface of the imaging element 8 by a lens group (including the lens 7) provided in the lens barrel 3. The imaged subject image is converted into an electrical signal by the image sensor 8, and image data is obtained by A / D converting the signal.

図２は、第１実施形態の超音波モータ１０の断面図である。超音波モータ１０は、例えばφ１５以下の小型の超音波モータ１０であり、振動子１１、移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the ultrasonic motor 10 of the first embodiment. The ultrasonic motor 10 is a small ultrasonic motor 10 having a diameter of 15 or less, for example, and includes a vibrator 11, a moving element 15, an output shaft 18, a pressurizing member 19, and the like. Is driven to rotate.

振動子１１は、後述するように、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等の電気一機械変換素子（以下、圧電体と称する）１３と、圧電体１３が接合された弾性体１２とを有する略円環形状の部材である。 As will be described later, the vibrator 11 has an electro-mechanical conversion element (hereinafter, referred to as a piezoelectric body) 13 such as a piezoelectric element or an electrostrictive element that converts electrical energy into mechanical energy, and an elastic structure in which the piezoelectric body 13 is bonded. It is a substantially annular member having a body 12.

弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料によって形成され、その形状は、略円環形状である。この弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃを有する。 The elastic body 12 is formed of a metal material having a high resonance sharpness, and has a substantially annular shape. The elastic body 12 includes a comb tooth portion 12a, a base portion 12b, and a flange portion 12c.

櫛歯部１２ａは、圧電体１３が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成され、この櫛歯部１２ａの先端面は、移動子１５に加圧接触され、移動子１５を駆動する駆動面１２ｄとなる。この駆動面には、Ｎｉ−Ｐ（ニッケル−リン）メッキ等の潤滑性の表面処理が施されている。櫛歯部１２ａを設ける理由は、圧電体１３の伸縮により駆動面１２ｄに生じる進行波の中立面をできる限り圧電体１３側へ近づけ、これにより駆動面１２ｄの進行波の振幅を増幅させるためである。 The comb-tooth portion 12a is formed by cutting a plurality of grooves on the surface opposite to the surface to which the piezoelectric body 13 is bonded, and the tip surface of the comb-tooth portion 12a is in pressure contact with the moving element 15, It becomes the drive surface 12d which drives the slider 15. This drive surface is subjected to a lubricious surface treatment such as Ni-P (nickel-phosphorus) plating. The reason for providing the comb-tooth portion 12a is that the neutral surface of the traveling wave generated on the driving surface 12d due to expansion and contraction of the piezoelectric body 13 is as close as possible to the piezoelectric body 13 side, thereby amplifying the amplitude of the traveling wave on the driving surface 12d. It is.

ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面である接合面１２ｅに、圧電体１３が接合されている。フランジ部１２ｃは、弾性体１２の内径方向に突出した鍔状の部分である。このフランジ部１２ｃにより、振動子１１は、固定部材１６に固定されている。 The base portion 12b is a portion that is continuous in the circumferential direction of the elastic body 12, and the piezoelectric body 13 is bonded to a bonding surface 12e that is the surface of the base portion 12b opposite to the comb teeth portion 12a. The flange portion 12 c is a bowl-shaped portion protruding in the inner diameter direction of the elastic body 12. The vibrator 11 is fixed to the fixing member 16 by the flange portion 12c.

圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子である。本実施形態では、圧電体１３として圧電素子を用いたが、電歪素子等を用いてもよい。圧電体１３は、略円環形状の部材であり、弾性体１２の周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）の電気信号が入力される範囲に分かれている。各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられている。Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分の間隔が空けられている。この圧電体１３は、接着材等を用いて弾性体１２と接合されている。 The piezoelectric body 13 is an electromechanical conversion element that converts electrical energy into mechanical energy. In this embodiment, a piezoelectric element is used as the piezoelectric body 13, but an electrostrictive element or the like may be used. The piezoelectric body 13 is a substantially ring-shaped member, and is divided into ranges in which electric signals of two phases (A phase and B phase) are input along the circumferential direction of the elastic body 12. In each phase, elements in which polarization is alternated every ½ wavelength are arranged. An interval corresponding to a quarter wavelength is provided between the A phase and the B phase. The piezoelectric body 13 is joined to the elastic body 12 using an adhesive or the like.

フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３の各相の電極に接続されている。フレキシブルプリント基板１４には、後述の増幅部１０４，１０５（図３参照）から駆動信号が供給され、この駆動信号によって、圧電体１３が伸縮する。振動子１１には、この圧電体１３の伸縮により、弾性体１２の駆動面に進行波が発生する。本実施形態では、４波の進行波が発生している。 The flexible printed circuit board 14 is connected to the electrodes of each phase of the piezoelectric body 13. A drive signal is supplied to the flexible printed circuit board 14 from amplifiers 104 and 105 (see FIG. 3) described later, and the piezoelectric body 13 expands and contracts by the drive signal. In the vibrator 11, a traveling wave is generated on the drive surface of the elastic body 12 by the expansion and contraction of the piezoelectric body 13. In the present embodiment, four traveling waves are generated.

移動子１５は、後述するが、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波によって回転駆動される部材である。出力軸１８は、略円柱形状の部材である。出力軸１８は、一方の端部がゴム部材２３を介して移動子１５に接しており、移動子１５と一体に回転するように設けられている。ゴム部材２３は、ゴムにより形成された略円環形状の部材である。このゴム部材２３は、ゴムによる粘弾性で移動子１５と出力軸１８とを一体に回転可能とする機能と、移動子１５からの振動を出力軸１８へ伝えないように振動を吸収する機能とを有しており、ブチルゴム、シリコンゴム、プロピレンゴム等が用いられている。 As will be described later, the movable element 15 is a member that is rotationally driven by a traveling wave generated on the drive surface 12 d of the elastic body 12. The output shaft 18 is a substantially cylindrical member. One end of the output shaft 18 is in contact with the moving element 15 via the rubber member 23, and is provided so as to rotate integrally with the moving element 15. The rubber member 23 is a substantially ring-shaped member made of rubber. The rubber member 23 has a function of allowing the mover 15 and the output shaft 18 to rotate integrally with rubber viscoelasticity, and a function of absorbing vibration so as not to transmit vibration from the mover 15 to the output shaft 18. And butyl rubber, silicon rubber, propylene rubber and the like are used.

加圧部材１９は、振動子１１と移動子１５とを加圧接触させる加圧力を発生する部材であり、ギア部材２０とベアリング受け部材２１との間に設けられている。本実施形態では、加圧部材１９は、圧縮コイルバネを用いているが、これに限定されるものではない。ギア部材２０は、出力軸１８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅリング等のストッパ２２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸１８と一体となるように設けられている。ギア部材２０は、出力軸１８の回転とともに回転することにより、ギア４（図１参照）に駆動力を伝達する。 The pressurizing member 19 is a member that generates a pressing force that pressurizes and contacts the vibrator 11 and the moving element 15, and is provided between the gear member 20 and the bearing receiving member 21. In the present embodiment, the pressure member 19 uses a compression coil spring, but is not limited thereto. The gear member 20 is inserted so as to fit in the D cut of the output shaft 18, is fixed by a stopper 22 such as an E ring, and is provided so as to be integrated with the output shaft 18 in the rotation direction and the axial direction. The gear member 20 transmits driving force to the gear 4 (see FIG. 1) by rotating with the rotation of the output shaft 18.

また、ベアリング受け部材２１は、ベアリング１７の内径側に配置され、ベアリング１７は、固定部材１６の内径側に配置された構造となっている。加圧部材１９は、振動子１１を移動子１５側へ、出力軸１８の軸方向に加圧しており、この加圧力によって、移動子１５は、振動子１１の駆動面に加圧接触し、回転駆動される。なお、加圧部材１９とベアリング受け部材２１との間には、加圧力調整ワッシャーを設けて、超音波モータ１０の駆動に適正な加圧力が得られるようにしてもよい。 Further, the bearing receiving member 21 is arranged on the inner diameter side of the bearing 17, and the bearing 17 is arranged on the inner diameter side of the fixed member 16. The pressurizing member 19 pressurizes the vibrator 11 toward the moving element 15 in the axial direction of the output shaft 18. With this applied pressure, the moving element 15 comes into pressure contact with the drive surface of the vibrator 11, Driven by rotation. A pressure adjusting washer may be provided between the pressure member 19 and the bearing receiving member 21 so that an appropriate pressure for driving the ultrasonic motor 10 can be obtained.

図３は、第１実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００を説明するブロック図である。超音波モータ１０の駆動装置１００は、発振部１０１と、制御部１０２と、移相部１０３と、増幅部１０４，１０５と、検出部１０６とを有する。発振部１０１は、制御部１０２の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。移相部１０３は、発振部１０１で発生した駆動信号を、９０°位相の異なる２つの駆動信号に分ける部分である。 FIG. 3 is a block diagram illustrating the driving apparatus 100 for the ultrasonic motor 10 according to the first embodiment. The driving apparatus 100 for the ultrasonic motor 10 includes an oscillating unit 101, a control unit 102, a phase shift unit 103, amplification units 104 and 105, and a detection unit 106. The oscillating unit 101 is a part that generates a drive signal having a desired frequency according to a command from the control unit 102. The phase shift unit 103 is a part that divides the drive signal generated by the oscillation unit 101 into two drive signals having a 90 ° phase difference.

増幅部１０４，１０５は、移相部１０３によって分けられた２つの駆動信号を、それぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。増幅部１０４，１０５からの駆動信号は、超音波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動子１１に進行波が発生し、移動子１５が駆動される。 The amplifying units 104 and 105 are units that boost the two drive signals divided by the phase shift unit 103 to desired voltages, respectively. Drive signals from the amplifying units 104 and 105 are transmitted to the ultrasonic motor 10, and traveling waves are generated in the vibrator 11 by the application of the drive signals, so that the moving element 15 is driven.

検出部１０６は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子１５の駆動によって駆動されたレンズ７の位置や速度を検出する部分である。制御部１０２は、カメラボディ２に設けられた不図示のＣＰＵからの駆動指令を基に、超音波モータ１０の駆動を制御する部分である。制御部１０２は、検出部１０６からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部１０１が発生する駆動信号の駆動周波数を制御する。 The detection unit 106 is configured by an optical encoder, a magnetic encoder, or the like, and is a part that detects the position and speed of the lens 7 driven by driving the moving element 15. The control unit 102 is a part that controls the drive of the ultrasonic motor 10 based on a drive command from a CPU (not shown) provided in the camera body 2. The control unit 102 receives the detection signal from the detection unit 106, obtains position information and speed information based on the values, and sets the drive frequency of the drive signal generated by the oscillation unit 101 so as to be positioned at the target position. Control.

図２に戻り、移動子１５は、出力軸１８の外周に嵌合された円環状部材であり、ステンレンス鋼からなる剛性補強部３０と、その剛性補強部３０を覆う摺動部材からなる本体部３１とを備える。 Returning to FIG. 2, the moving element 15 is an annular member fitted to the outer periphery of the output shaft 18, and includes a rigid reinforcing portion 30 made of stainless steel and a main body portion made of a sliding member covering the rigid reinforcing portion 30. 31.

剛性補強部３０は、出力軸１８の外周に沿って軸方向に延びる円筒状の第１部分３０ａと、第１部分３０ａの端部（ゴム部材２３）から外方に延びる第２部分３０ｂと、第２部分３０ｂの外方側端部から、第１部分３０ａと平行に軸方向に延びる第３部分３０ｃとを備え、半径方向の断面がコの字形状を有している。第１部分３０ａの内径側は露出し、出力軸１８と嵌合している。 The rigid reinforcing portion 30 includes a cylindrical first portion 30a extending in the axial direction along the outer periphery of the output shaft 18, a second portion 30b extending outward from the end portion (rubber member 23) of the first portion 30a, A third portion 30c extending in the axial direction in parallel with the first portion 30a is provided from the outer side end portion of the second portion 30b, and the cross section in the radial direction has a U-shape. The inner diameter side of the first portion 30 a is exposed and is fitted to the output shaft 18.

本体部３１は、摺動部材で製造され、剛性補強部３０における第１部分３０ａの内径側の、上述の露出している面以外を覆っている。本体部３１における、弾性体１２の駆動面１２ｄと接触する部分は、出力軸１８を中心とした円周に沿った凸状部３２として形成され、この凸状部３２の駆動面１２ｄと接触して摺動する摺動面（接触面）３２ａは、研磨工程等により良好な平面度を有している。そして、上述の剛性補強部３０の第３部分３０ｃは、この凸状部３２と径方向における略同じ位置を、軸方向に延びている。本体部３１を構成する摺動部材は、高分子材を主成分として構成されているが、ポリイミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ＰＥＳ、ＰＥＥＫ等の射出成形が可能な物が好適である。 The main body 31 is made of a sliding member, and covers other than the exposed surface on the inner diameter side of the first portion 30a of the rigid reinforcing portion 30. A portion of the main body 31 that contacts the drive surface 12 d of the elastic body 12 is formed as a convex portion 32 along the circumference around the output shaft 18, and contacts the drive surface 12 d of the convex portion 32. The sliding surface (contact surface) 32a that slides and has good flatness due to a polishing process or the like. And the 3rd part 30c of the above-mentioned rigid reinforcement part 30 is extended in the axial direction at the substantially same position as this convex part 32 in radial direction. The sliding member constituting the main body 31 is composed mainly of a polymer material, but a material capable of injection molding such as polyimide, polyacetal, polycarbonate, PES, and PEEK is suitable.

移動子１５は、インサートモールド法という射出成形の方法で作成される。まず、モールド型にプレス工程で製造した剛性補強部材をインサートした後にモールド樹脂である摺動部材を注入し、一体に成形する。モールド樹脂材は、熱膨張係数が補強部材である金属材料より大きいため、成形後は補強部材に機械的に結合された状態となる。その後に、摺動面３２ａをラッピング工程により研磨し、ある程度の平面度を確保する、これは、振動子１１に発生した進行波の楕円運動を、効率的に摩擦伝達することに対して、必要な工程である。 The mover 15 is produced by an injection molding method called an insert mold method. First, after inserting the rigid reinforcement member manufactured by the press process in the mold, the sliding member which is mold resin is inject | poured and shape | molded integrally. Since the mold resin material has a thermal expansion coefficient larger than that of the metal material as the reinforcing member, the molded resin material is mechanically coupled to the reinforcing member after molding. Then, the sliding surface 32a is polished by a lapping process to ensure a certain degree of flatness. This is necessary for efficiently transmitting the elliptical motion of the traveling wave generated in the vibrator 11 by friction. It is a difficult process.

本実施形態の超音波モータ１０は、以下のように動作する。まず、制御部１０２に目標位置が伝達される。発振部１０１からは、駆動信号が発生し、その信号から、移相部１０３により９０°位相の異なる２つの駆動信号が生成され、増幅部１０４，１０５により所望の電圧に増幅される。 The ultrasonic motor 10 of this embodiment operates as follows. First, the target position is transmitted to the control unit 102. A drive signal is generated from the oscillation unit 101, and two drive signals having a phase difference of 90 ° are generated from the signal by the phase shift unit 103, and are amplified to a desired voltage by the amplification units 104 and 105.

駆動信号は、超音波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３が励振され、その励振によって、弾性体１２には、４次の曲げ振動が発生する。駆動信号は、それぞれ圧電体１３のＡ相とＢ相とに印加される。Ａ相から発生する４次曲げ振動とＢ相から発生する４次曲げ振動とは、位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは、９０°位相がずれているため、２つの曲げ振動は、合成され、４波の進行波となる。 The drive signal is applied to the piezoelectric body 13 of the ultrasonic motor 10, and the piezoelectric body 13 is excited. Due to the excitation, fourth-order bending vibration is generated in the elastic body 12. The drive signals are applied to the A phase and the B phase of the piezoelectric body 13, respectively. The quaternary bending vibration generated from the A phase and the quaternary bending vibration generated from the B phase are such that the positional phase is shifted by a quarter wavelength, and the A phase driving signal and the B phase driving signal are Since the phase is 90 ° out of phase, the two bending vibrations are combined into four traveling waves.

図４は、移動子１５で発生する進行波と振動子１１との様子を説明する図である。圧電体１３によって上述したように弾性体１２に進行波が発生すると、進行波の波頭には、楕円運動Ａが生じる。弾性体１２の駆動面１２ｄと剛性補強部３０の摺動面３２ａは加圧接触されているので、移動子１５は、この楕円運動によって摩擦駆動されて回転する。移動子１５が回転すると、その回転はゴム部材２３により出力軸１８に伝達され、出力軸１８が回転する。出力軸１８の回転よりギア部材２０が回転され、ギア４，５を介してカム筒６が回転し、レンズ７が移動される。 FIG. 4 is a diagram for explaining the state of the traveling wave generated by the moving element 15 and the vibrator 11. When a traveling wave is generated in the elastic body 12 by the piezoelectric body 13 as described above, an elliptical motion A is generated at the wavefront of the traveling wave. Since the drive surface 12d of the elastic body 12 and the sliding surface 32a of the rigid reinforcing portion 30 are in pressure contact, the movable element 15 is frictionally driven by this elliptical motion and rotates. When the mover 15 rotates, the rotation is transmitted to the output shaft 18 by the rubber member 23, and the output shaft 18 rotates. The gear member 20 is rotated by the rotation of the output shaft 18, the cam cylinder 6 is rotated via the gears 4, 5, and the lens 7 is moved.

光学式エンコーダ等の検出部１０６は、移動子１５の駆動により駆動されたカム筒６の位置や速度を検出し、電気パルスとして、制御部１０２に伝達される。制御部１０２は、この信号を基に、レンズ７の現在の位置と現在の速度とを得ることが可能となり、発振部１０１が発生する駆動周波数は、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に制御される。 A detection unit 106 such as an optical encoder detects the position and speed of the cam cylinder 6 driven by driving the moving element 15 and transmits the detected position and speed to the control unit 102 as an electric pulse. The control unit 102 can obtain the current position and current speed of the lens 7 based on this signal, and the drive frequency generated by the oscillation unit 101 is the position information, speed information, and target position information. It is controlled based on.

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）図４に示すように、移動子１５は、進行波の波頭で弾性体１２と接触し、他の部分は曲げ変形が生じている。図５は移動子１５の剛性が低い場合を例として示した図であり、図示するように移動子１５の剛性が小さいと、移動子１５の曲げ変形が大きくなり、進行波の波底においても弾性体１２と接触する。波底では波頭の楕円運動と逆方向の楕円運動が発生している。したがって波底においても移動子１５と弾性体１２とが接触すると、移動子１５を良好に駆動することができなくなる。したがって、移動子１５には、ある程度の剛性が必要である。 As described above, this embodiment has the following effects.
(1) As shown in FIG. 4, the moving element 15 is in contact with the elastic body 12 at the wavefront of the traveling wave, and the other part is bent. FIG. 5 is a diagram showing an example of the case where the rigidity of the moving element 15 is low. As shown in the figure, if the rigidity of the moving element 15 is small, the bending deformation of the moving element 15 becomes large, and even at the wave bottom of the traveling wave Contact with the elastic body 12. At the wave bottom, elliptical motion in the opposite direction to the elliptical motion of the wave front occurs. Therefore, when the movable element 15 and the elastic body 12 come into contact with each other even at the wave bottom, the movable element 15 cannot be driven satisfactorily. Therefore, the mover 15 needs a certain degree of rigidity.

ここで、移動子１５を全て金属で製造すると、大型化せずに高い剛性を確保することができるが、コストがかかる。また、移動子をプラスチックで製造すると、安価であるが、所望の剛性を得るには、大型化する。弾性率を金属とプラスチックで比較すると、アルミニウムが約７０ＧＰａ（≒７０万ｋｇｆ／ｃｍ＾２）に対して、剛性が大きいといわれているエンジニアプラスチックでも５〜１０ＧＰａと、約１／１０程度である。したがってアルミニウムと同等の曲げ剛性をプラスチックで確保するためには、幅で約１０倍（剛性は幅に比例）、または、厚さで２倍以上（剛性は厚さの３乗に比例）の大きさが必要となる。 Here, if the mover 15 is made entirely of metal, high rigidity can be ensured without increasing the size, but this is costly. In addition, if the mover is made of plastic, it is inexpensive, but the size is increased in order to obtain a desired rigidity. When the elastic modulus is compared between metal and plastic, aluminum is about 70 GPa (≈700,000 kgf / cm ^ 2), and engineer plastic that is said to have high rigidity is about 5 to 10 GPa, about 1/10. . Therefore, in order to ensure the bending rigidity equivalent to that of aluminum with plastic, the width is about 10 times (the rigidity is proportional to the width), or more than twice the thickness (the rigidity is proportional to the cube of the thickness). Is needed.

本実施形態によると、高分子材を主成分とした摺動材で構成される本体部３１の内部に、ステンレス鋼からなる補強部材で構成される剛性補強部３０を配置したため、移動子全体を薄くしても、十分な移動子の摺動部の曲げ剛性を確保することができる。それにより、移動子１５と弾性体１２との接触が、弾性体１２の進行波の波頭のみとなり、十分な駆動性能が確保でき、重量も比較的軽量とすることができる。さらに、金属部分も少量で住むため、移動子１５全体を金属で製造するよりもコストが安価となる。 According to the present embodiment, since the rigid reinforcing portion 30 made of a reinforcing member made of stainless steel is arranged inside the main body portion 31 made of a sliding material mainly composed of a polymer material, the entire moving element is arranged. Even if it is made thin, sufficient bending rigidity of the sliding portion of the moving element can be ensured. Thereby, the contact between the moving element 15 and the elastic body 12 becomes only the wave front of the traveling wave of the elastic body 12, and sufficient driving performance can be ensured and the weight can also be made relatively light. Furthermore, since the metal portion also lives in a small amount, the cost is lower than that in which the entire moving element 15 is made of metal.

（２）また、剛性補強部３０をプレス工程で製造し、インサートモールド法を採用した工程で摺動部材を製造したため、安価なコストを達成できる。 (2) Moreover, since the rigidity reinforcement part 30 was manufactured at the press process and the sliding member was manufactured at the process which employ | adopted the insert mold method, cheap cost can be achieved.

（３）また、小径型の振動アクチュエータは、移動子の回転数が高い使用方法が多く、この場合、移動子１５の摺動面３２ａには摩擦駆動により摩擦熱が発生し、これをすばやく放熱する必要がある。すばやく放熱できない場合には、摺動面３２ａの温度が極端に上昇し、駆動信号を一定周波数として定速駆動させようとしても、雰囲気温度よりも高い温度で駆動された場合と同じとなり、回転数が下がる現象が生じ、駆動制御に影響する。本実施形態のように、金属の剛性補強部３０を摺動面３２ａの近傍まで延ばせば、摺動面３２ａに発生した摩擦熱を、金属の剛性補強部３０に素早く放熱でき、摺動面３２ａの温度を抑制でき、駆動制御への影響を低減できる。 (3) In addition, small-diameter vibration actuators are often used with a high rotational speed of the moving element. In this case, frictional heat is generated on the sliding surface 32a of the moving element 15 by friction driving, and this is quickly dissipated. There is a need to. When heat cannot be quickly dissipated, the temperature of the sliding surface 32a rises extremely, and even if an attempt is made to drive the drive signal at a constant frequency at a constant speed, it is the same as when driven at a temperature higher than the ambient temperature, and the rotational speed Phenomenon occurs, which affects drive control. If the metal rigidity reinforcing portion 30 is extended to the vicinity of the sliding surface 32a as in this embodiment, the frictional heat generated on the sliding surface 32a can be quickly dissipated to the metal rigidity reinforcing portion 30, and the sliding surface 32a. Can be suppressed, and the influence on drive control can be reduced.

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態における超音波モータ１０’の移動子１５’の部分を示した図である。第２実施形態は、移動子１５’以外、第１実施形態と同様であるので、同様な部分の説明は省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 6 is a view showing a portion of the moving element 15 ′ of the ultrasonic motor 10 ′ according to the second embodiment of the present invention. Since the second embodiment is the same as the first embodiment except for the mover 15 ′, the description of the same parts is omitted.

第２実施形態の移動子１５’の剛性補強部３０’は、径方向に延びる円環状部材である。すなわち、第１実施形態の剛性補強部３０における第１部分３０ａと第３部分３０ｃとを有さない第２部分３０ｂのみと同様の形状である。摺動部材からなる本体部３１’は、剛性補強部３０’の全体を覆い、移動子１５’は、本体部３１’の内径側で出力軸１８と嵌合している。 The rigidity reinforcing portion 30 ′ of the mover 15 ′ of the second embodiment is an annular member extending in the radial direction. That is, it is the same shape as only the 2nd part 30b which does not have the 1st part 30a and the 3rd part 30c in the rigidity reinforcement part 30 of 1st Embodiment. The body portion 31 ′ made of a sliding member covers the entire rigidity reinforcing portion 30 ′, and the moving element 15 ′ is fitted to the output shaft 18 on the inner diameter side of the body portion 31 ′.

この第２実施形態によると、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を有する。
剛性補強部３０’が平板であるので、軸Ｃ方向の幅を小さくすることができる。したがって、第１実施形態よりもさらに移動子１５’を薄くすることが可能である。また、剛性補強部３０’の形状が簡単であるので、第１実施形態よりもさらに安価に製造することができる。 The second embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
Since the rigidity reinforcing portion 30 ′ is a flat plate, the width in the axis C direction can be reduced. Therefore, it is possible to make the mover 15 ′ thinner than in the first embodiment. Further, since the shape of the rigid reinforcing portion 30 ′ is simple, it can be manufactured at a lower cost than in the first embodiment.

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態における超音波モータ１０’’の移動子１５’’の部分を示した図である。第３実施形態は、移動子１５’’以外、第１実施形態と同様であるので同様な部分の説明は省略する。 (Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a portion of the moving element 15 ″ of the ultrasonic motor 10 ″ according to the third embodiment of the present invention. Since the third embodiment is the same as the first embodiment except for the mover 15 ″, the description of similar parts is omitted.

第３実施形態の移動子１５’’は、第１実施形態の剛性補強部３０と同様の形状であり、出力軸１８の外周に沿って延びる円筒状の第１部分３０ａ’’と、第１部分３０ａ’’の端部から径方向に外方に延びる第２部分３０ｂ’’と、第２部分３０ｂ’’の外径側端部から、第１部分３０ａ’’と平行に延びる第３部分３０ｃ’’とを備え、半径方向の断面がコの字形状を有している。第１実施形態と異なる点は、第２部分３０ｂ’’の振動子と反対側の面及び第３部分３０ｃ’’の外径側が摺動部材で覆われていない点である。すなわち、剛性補強部３０が露出している。 The mover 15 '' of the third embodiment has the same shape as the rigidity reinforcing portion 30 of the first embodiment, and a cylindrical first portion 30a '' extending along the outer periphery of the output shaft 18 and the first A second portion 30b '' extending radially outward from the end of the portion 30a '' and a third portion extending in parallel with the first portion 30a '' from the outer diameter side end of the second portion 30b '' 30c ″, and the radial cross section has a U-shape. The difference from the first embodiment is that the surface of the second portion 30 b ″ opposite to the vibrator and the outer diameter side of the third portion 30 c ″ are not covered with the sliding member. That is, the rigid reinforcement part 30 is exposed.

この第３実施形態によると、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を有する。
剛性補強部３０’’を本体部３１’’に対して接着により結合することができる。
さらに、剛性補強部３０’’が外部に露出しているので、摺動面３２ａに発生し、剛性補強部３０に伝達した摩擦熱を、外部に対して素早く放熱できる。 According to this 3rd Embodiment, in addition to the effect of 1st Embodiment, it has the following effects.
The rigid reinforcing portion 30 ″ can be bonded to the main body portion 31 ″ by bonding.
Further, since the rigidity reinforcing portion 30 ″ is exposed to the outside, the frictional heat generated on the sliding surface 32a and transmitted to the rigidity reinforcing portion 30 can be quickly dissipated to the outside.

（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）上述の実施形態では、剛性補強部をステンレス鋼としたが、高分子材料より縦弾性係数が大きい材料なら、例えば、鉄鋼材、アルミニウム材、真鍮材でもよい。
（２）さらに、縦振動、ねじり振動といった定在波を組み合わせた振動アクチュエータでも、移動子または相対運動部材の剛性が必要な場合には、本発明を同様に適応でき、小型化や低コスト化といった同様の効果が得られる。
（３）また、上述の実施形態では、小型の超音波モータ振動アクチュエータを例にして説明したが、例えば、φ３０〜８０位の円環状の進行波型振動アクチュエータでも同様に適用でき、小型化や低コスト化といった同様の効果が得られる。
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。 (Deformation)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes as described below are possible, and these are also within the scope of the present invention.
(1) In the above-described embodiment, the rigid reinforcing portion is made of stainless steel. However, for example, a steel material, an aluminum material, or a brass material may be used as long as the material has a higher longitudinal elastic modulus than the polymer material.
(2) Further, even in the case of a vibration actuator that combines standing waves such as longitudinal vibration and torsional vibration, the present invention can be similarly applied to the case where the rigidity of the moving element or relative motion member is required, and the size and cost can be reduced. The same effect is obtained.
(3) In the above-described embodiment, a small ultrasonic motor vibration actuator has been described as an example. However, for example, an annular traveling wave vibration actuator having a position of φ30 to 80 can be applied in the same manner. Similar effects such as cost reduction can be obtained.
In addition, although embodiment and a deformation | transformation form can also be used in combination suitably, detailed description is abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the embodiment described above.

第１実施形態のカメラを説明する図である。It is a figure explaining the camera of a 1st embodiment. 第１実施形態の超音波モータの断面図である。It is sectional drawing of the ultrasonic motor of 1st Embodiment. 超音波モータの駆動装置を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the drive device of an ultrasonic motor. 実施形態における移動子で発生する進行波と振動子との様子を説明する図である。It is a figure explaining the mode of a traveling wave and a vibrator which are generated with a mover in an embodiment. 移動子の剛性が低い場合における移動子で発生する進行波と振動子との様子を説明する図である。It is a figure explaining the mode of a traveling wave and a vibrator which occur with a mover when rigidity of a mover is low. 第２実施形態における超音波モータの移動子の部分を示した図である。It is the figure which showed the part of the slider of the ultrasonic motor in 2nd Embodiment. 第３実施形態における超音波モータの移動子の部分を示した図である。It is the figure which showed the part of the slider of the ultrasonic motor in 3rd Embodiment.

Explanation of symbols

１：カメラ、１０，１０’，１０’’：超音波モータ、１５，１５’，１５’’：移動子、１８：出力軸、３０，３０’，３０’’：剛性補強部、３１，３１’，３１’’：本体部、３２ａ：摺動面 1: Camera, 10, 10 ′, 10 ″: Ultrasonic motor, 15, 15 ′, 15 ″: Mover, 18: Output shaft, 30, 30 ′, 30 ″: Rigid reinforcement part, 31, 31 ', 31' ': body part, 32a: sliding surface

Claims

A vibrator that generates vibration waves by an electromechanical transducer that converts electrical energy into mechanical energy;
A relative moving member that has a contact surface that is in pressure contact with the vibrating body, and that moves relative to the vibrating body by being driven by the vibration wave;
A vibration actuator comprising:
The relative movement member includes a first member made of resin and a second member having higher rigidity than the first member,
A portion including the contact surface and at least one surface other than the contact surface is formed of the first member;
Vibration actuator characterized by

The vibration actuator according to claim 1,
A portion including a surface of the relative movement member facing a direction opposite to the contact surface is formed of the first member;
Vibration actuator characterized by

The vibration actuator according to claim 1 or 2,
The relative movement is a relative rotation movement, includes a rotation shaft of the relative rotation movement, further includes a shaft member that rotates in accordance with the relative rotation movement, and the relative movement member has an inner peripheral surface in contact with the shaft member. The part to include is formed of the second member;
Vibration actuator characterized by

The vibration actuator according to claim 2,
The second member is disposed within the first member;
Vibration actuator characterized by

The vibration actuator according to claim 1,
A portion including a surface facing in a direction opposite to the contact surface is formed of the second member;
Vibration actuator characterized by

The vibration actuator according to any one of claims 1 to 5,
The relative movement member is manufactured by insert molding the first member and the second member;
Vibration actuator characterized by

A lens barrel provided with the vibration actuator according to claim 1.

The camera provided with the vibration actuator of any one of Claim 1-6.