JP2010124649A - 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ鏡筒の小型化が可能な導電構造を有する振動アクチュエータ、レンズ鏡筒および光学機器を提供すること。
【解決手段】リング形状の面８ｂを有する電気機械変換素子８と、前記リング形状の面８ｂに設けられ、前記リング形状に沿った形状の外周部６ａを有する振動体６と、前記電気機械変換素子８の前記振動体６が設けられる面と反対側８ａの面に沿って設けられる第１の部分１０ａと、前記振動体６の前記外周部６ａから突出した第２の部分１０ｃとを有し、前記第２の部分１０ｃに電極３２ｃが設けられた可撓性配線基板１０とを備えた振動アクチュエータ。
【選択図】図４

Description

本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒および光学機器に関する。

カメラのオートフォーカス機構において、超音波モータを利用したものが知られている。このような超音波モータにおいては、回転力を伝える弾性体と導電性のフレキシブルプリント基板との導通が確実に行われる必要がある。従来、弾性体とフレキシブルプリント基板の電極との間の導通を確実に行うために、弾性体の内周側に導電性ペーストを塗布することが一般的である（特許文献１参照）。

近年、レンズ鏡筒の小型化が要請されている。しかし、弾性体の内周側はスペースが狭く、従来の技術では、弾性体の内周側に導電性ペーストがはみ出しているため、小型化をした場合に、導電性ペーストと弾性体の内周側に位置する他の部品との間で干渉が起きてしまう虞がある。
特開２００３−２４４９７７号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、レンズ鏡筒の小型化が可能な導電構造を有する振動アクチュエータ、レンズ鏡筒および光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る振動アクチュエータは、
リング形状の面（８ｂ）を有する電気機械変換素子（８）と、
前記リング形状の面（８ｂ）に設けられ、前記リング形状に沿った形状の外周部（６ａ）を有する振動体（６）と、
前記電気機械変換素子（８）の前記振動体（６）が設けられる面と反対側の面（８ａ）に沿って設けられる第１の部分（１０ａ）と、前記振動体（６）の前記外周部（６ａ）から突出した第２の部分（１０ｃ）とを有し、前記第２の部分（１０ｃ）に電極（３２ｃ）が設けられた可撓性配線基板（１０）とを備えたことを特徴とする。

本発明における振動アクチュエータでは、円周状の振動体（６）が接触する可撓性配線基板（１０）の第１の部分（１０ａ）に対して、外周方向に突出した第２の部分（１０ｃ）を設け、そこに導電用の電極（３２ｃ）を設ける。それにより、内周方向に電極を設けて導電した場合に比べて、振動体（６）の内周側に部品設置の余裕が生じ、振動アクチュエータおよびレンズ鏡筒を容易に小型化することができる。

前記電極（３２ｃ）と前記振動体（６）は、導電性材料（９）によって導通されていてもよい。第２の部分に導電性の塗料を塗布することにより、確実に電極（３２ｃ）と振動体（６）との間の導通が得られる。

前記電気機械変換素子（８）の前記振動体（６）が設置される側の面には、前記振動体（６）に接続される電極（３０）が形成されていてもよい。

前記可撓性配線基板（１０）は、前記第１の部分（１０ａ）に設けられ、前記第２の部分（１０ｃ）に設けられた前記電極（３２ｃ）に接続された接地用電極パターン（３２ａ）を有し、前記接地用電極パターン（３２ａ）は、前記第１の部分（１０ａ）の内周側に設けられていてもよい。

前記可撓性配線基板（１０）は、前記第１の部分（１０ａ）から延在して設けられる第３の部分（１０ｂ）を有し、前記第３の部分（１０ｂ）には、前記接地用電極パターン（３２ａ）に接続された接地用配線パターン（３２ｂ）が設けられ、前記第３の部分（１０ｂ）は、前記第１の部分（１０ａ）に対して、前記第２の部分（１０ｃ）と反対側に設けられていてもよい。

前記電気機械変換素子（８）の前記可撓性配線基板（１０）が設けられる側の面（８ａ）には、分離された複数の電極（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）が設けられ、前記可撓性配線基板（１０）の前記第１の部分（１０ａ）の前記接地用電極パターン（３２ａ）の外周側には、前記複数の電極（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）に接続される電極パターン（３４ａ，３４ｂ）が設けられていてもよい。電極パターン（３４ａ，３４ｂ）が複数の電極（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）に接続され、この電極パターン（３４ａ，３４ｂ）に電圧を印加することにより、電気機械変換素子（８）が励振する。

前記可撓性配線基板（１０）の前記複数の電極パターン（３４ａ，３４ｂ）は、円弧形状であってもよい。本発明に係るレンズ鏡筒および光学機器は、上記の振動アクチュエータを有する。

なお、上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応つけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を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させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの断面図、
図２は図１に示す振動アクチュエータの要部の構成を示す分解斜視図、
図３は図１に示す振動アクチュエータのフレキシブルプリント基板の平面図、
図４は図１に示す振動アクチュエータの要部側面図、
図５は図３のＶ−Ｖ断面図、
図６は図３のVI−VI断面図、
図７は図１に示す振動アクチュエータの圧電素子の下面側外観図、
図８は図１に示す振動アクチュエータの圧電素子の上面側外観図、
図９は図２に示す振動アクチュエータを上から見た透視図、
図１０は図１に示す振動アクチュエータを用いたレンズ鏡筒およびカメラ本体の概略断面図である。

図１に基づき、本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ４を有する振動アクチュエータ装置２の全体構成について説明する。Ｚ軸周りに回転する出力軸１２はギア部材２７と嵌合しており、ギア部材２７が出力軸１２の回転とともに回転することにより、不図示の被駆動部材に駆動力を伝達する。

ベアリング２４は、スプリング２０の加圧力を受ける軸受け部であり、固定部材１８の内径側に配置されている。ベアリング２４のＺ軸下方には、ベアリング受け部材２６が配置される。スプリング２０は、ギア部材２７とベアリング受け部材２６との間に配置され、ギア部材２７に対してベアリング受け部材２６をベアリング２４の方向に付勢している。

固定部材１８に固定されている振動アクチュエータ４は、Ｚ軸方向下側から順にフレキシブルプリント基板１０、リング状の圧電素子８、リング状の弾性体６により構成される。フレキシブルプリント基板１０は、圧電素子８のＺ軸方向下側の面に接着される。フレキシブルプリント基板１０に設けられた電極から圧電素子８に電圧を印加することにより、圧電素子８が励振し、振動波が生じる。

弾性体６は、圧電素子８のＺ軸方向上側の面に接着される。弾性体６は、ベース部６ａ、櫛歯部６ｂ、フランジ部６ｃから構成される。フランジ部６ｃは、弾性体６の内周側に突出し、固定部材１８に固定されている。櫛歯部６ｂのＺ軸方向上側の面は、回転子１６と圧接されており、振動波が櫛歯部６ｂから回転子１６に伝えられる。

回転子１６の嵌合部１６ａは、出力軸１２に嵌合されている。また回転子１６は出力軸１２のフランジ部に振動吸収部材１４を介して接している。振動吸収部材１４は、ゴムにより形成された略リング状の部材である。振動吸収部材１４は、ゴムの粘着性により回転子１６と出力軸１２とを結合する機能と、回転子１６からの振動を出力軸１２へ伝えないように振動を吸収する機能とを有しており、たとえばブチルゴム等が用いられる。

弾性体６の櫛歯部６ｂと回転子１６との圧接力は、スプリング２０の加圧力によって高められ、圧電素子８に生じる振動波を、櫛歯部６ｂが確実に回転子１６の回転運動に変換できるようにする。

図２に、図１に示した振動アクチュエータ４の要部の構成を示す。図２に示すように、圧電素子８の下面８ａに、フレキシブルプリント基板１０が接着される。これにより、後に詳細に述べるように、フレキシブルプリント基板１０に設けられた電極３４ａおよび電極３４ｂが、圧電素子の下面８ａに設けられた複数の分割電極と接続されるようになっている。

フレキシブルプリント基板１０には、弾性体６の外周部６ａよりも突出するように、突起部１０ｃが設けられる。また、弾性体６は圧電素子８の上面８ｂに接着される。圧電素子８の上面８ｂには電極３０が設けられ、弾性体６に接着されるようになっている。

図３において、図１に示したフレキシブルプリント基板１０の詳細構造について説明する。フレキシブルプリント基板１０は、図２に示す圧電素子８と接するリング形状の素子装着部１０ａと、フレキシブルプリント基板１０の素子装着部１０ａの外周側に設けられた突起１０ｃと、突起１０ｃと１８０度ずれた位置に延在して設けられるリード部１０ｂとを有する。

リード部１０ｂには、第２接地用電極パターン３２ｂが設けられている。第２接地用電極パターン３２ｂは、素子装着部１０ａにおいて分割され、素子装着部１０ａの内周側に沿ってリング形状に配置され、突起１０ｃに形成してある接地用電極３２ｃに接続してある。第１接地用電極パターン３２ａは、素子装着部１０ａの内周側において第１カバーレイ３３ａによって被覆され（図５参照）、図２に示す圧電素子の下面８ａに設けられた電極に対して絶縁される。突起１０ｃに設けられる接地用電極３２ｃは、第１カバーレイ３３ａによって被覆されない。第２接地用電極パターン３２ｂは、リード部１０ｂにおいては、第２カバーレイ３３ｂによって被覆されている。カバーレイ３３ａと３３ｂは一体化してあり、ポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂によって構成される。一体化することによって、カバーレイを容易に形成することができる。

電極３４ａ，３４ｂは、素子装着部１０ａにおいて、素子装着部１０ａの外周側に沿って配置される。電極３４ａ，３４ｂは、リード部１０ｂにおいては第２カバーレイ３３ｂによって被覆されているが、素子装着部１０ａにおいては、被覆されない。したがって、圧電素子の下面８ａに設けられた複数の電極に対して導通される。図６に示すように、接地用電極３２ｂおよび、電極３４ａ，３４ｂは、リード部においては、第１カバーレイ３３ｂによって被覆される。

図４は、図２に示した振動アクチュエータ４の要部の各要素を接着した状態を示す。圧電素子８とフレキシブルプリント基板の素子装着部１０ａとの間は、異方性導電材料によって接着され、しかも、圧電素子８と弾性体６との間は、同様に異方性導電材料によって接着され、これらの電極間で導通される。

異方性導電材料は、接着、導電、そして絶縁という３つの機能を同時に有する接続材料であるが、とくに、ＡＣＰ（異方性導電ペースト）が好ましい。ＡＣＰは、熱や圧力を加えた方向（縦方向）に導電し、横方向に絶縁するという異方性を有する。したがって、図７に示す複数の電極２８ａと電極３４ａとの間は導通されるとともに、電極２８ｂと電極３４ｂとの間も導通される。ただし、圧電素子の下面８ａに設けた複数の電極２８ａ同士または電極２８ｂ同士では絶縁される。電極３４ａに接続される電極２８ａ同士は同一電位に設定され、電極３４ｂに接続される電極２８ｂ同士は同一電位に設定される。ただし、隣り合う電極２８ａ同士、または隣り合う電極２８ｂ同士は、逆方向に分極されているので、同一電位でも歪み方向は逆になる。

接地用電極３２ｃは、弾性体の外周部６ａから張出すように、素子装着部１０ａの外周側の突起１０ｃに設けられる。接地用電極３２ｃと弾性体６との間には、導電性ペースト９が塗布される。外周への突起１０ｃの張出し長さＤは、とくに限定されないが、０．５〜２ｍｍが好ましい。弾性体６は導電性部材で構成されることから、弾性体６の外周部６ａと接地用電極３２ｃとが導電性ペースト９により短絡されることにより、接地用電極３２ｃが導電性ペースト９および弾性体の外周部６ａを介して、電極３０に電気的に接続される。

図７に示すように、圧電素子８の下面８ａには、周方向に沿って略円弧形状の複数の電極２８ａ，２８ｂが設けられる。複数の電極２８ａ，２８ｂは、λ／２毎に分極方向が反転したＡ相、Ｂ相のグループと、Ａ相、Ｂ相の間に介在するλ／４分極領域２８ｃとからなる。通常では利用されない３λ／４の波長域は、本発明においては、小型化した圧電素子８の出力を増強するために、２分割して電極が形成され、それぞれＡ相、Ｂ相に組み込まれる。一方で、図８に示すように、圧電素子８の上面８ｂには、円周状に電極３０が形成され、図２に示すように、弾性体６に電気的に接続される。

図２に示すように、フレキシブルプリント基板１０に、ちょうど図７に示す圧電素子８を裏返して接着する。電極３４ａは、圧電素子に設けられた複数の電極２８ａと電気的に接続し、電極３４ｂは、圧電素子に設けられた複数の電極２８ｂと電気的に接続する。このように、フレキシブルプリント基板１０に、圧電素子８の下面８ａを接着し、図２に示した振動アクチュエータ４を上から透視した状態を、図９に示す。

ここで、図９に示すように、フレキシブルプリント基板１０に設けた電極３４ａ，３４ｂから、圧電素子８に設けた電極２８ａ，２８ｂに、互いに位相が９０度ずれた交流駆動波形を、振動の位相を周方向に沿って変化させるように印加することにより、圧電素子８に進行波が発生する。

図７に示すように、リング状の圧電素子８は、駆動電界が厚さ方向に印加されることによって、圧電素子８が厚さ方向および周方向に伸縮する。この伸縮運動によって、圧電素子８に接するリング状の弾性体６を励振させることにより、回転子１６が回転する。

本実施形態における振動アクチュエータ４では、リング状の弾性体６が接触する可撓性配線基板１０の素子装着部１０ａに対して、外周方向に突出した部分１０ｃを設け、そこに導電用の電極３２ｃを設けてある。それにより、内周方向に電極を設けて導電した場合に比べて、振動体６の内周側に部品設置の余裕が生じ、振動アクチュエータおよびレンズ鏡筒を容易に小型化することができる。導電性ペーストが弾性体６の内周側に塗布された従来の場合のように、導電性ペーストと弾性体６の内周側に配置される部品とが干渉してしまうことを避けることができる。

なお、図３に示すように、接地用電極３２をフレキシブルプリント基板１０の素子装着部１０ａの内周側に、素子装着部１０ａの全周にわたって形成することに加え、接地用電極３２を被覆するカバーレイ３３ａも同様に全周にわたって形成する。これにより、フレキシブルプリント基板１０の素子装着部１０ａの円周方向の剛性が均一になる。それにより、前述したような進行波も円周方向に均質化して安定し、超音波モータの特性を安定させることができる。

また、図３に示すように、フレキシブルプリント基板の素子装着部１０ａに形成された突起１０ｃと、リード部１０ｂとは位置関係が１８０度異なる。したがって、図９に示すように、圧電素子の下面８ａに形成された複数の電極２８ａと複数の電極２８ｂとの位置関係が１８０度ずれるようになるので、より進行波を発生させやすい。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、圧電素子８と弾性体６との間が異方性導電材料によって接着される場合について述べたが、圧電素子８と弾性体６との間は必ずしも異方性導電材料である必要はなく、導電性の接着材料であればよい。

図１０は、図１の振動アクチュエータ装置２を用いたカメラシステムの実施形態を示す図である。図１０において、カメラシステム１０１は、撮像素子１０８を有するカメラボディ１０２と、撮像素子１０８の撮像面に被写体像を結像させるための不図示の撮影レンズ群、撮影レンズ群による焦点位置を調節するために光軸方向に移動可能なレンズ１０７を有するレンズ鏡筒１０３とを備えている。レンズ鏡筒１０３は、カメラボディ１０２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１０３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。レンズ鏡筒１０３は、レンズ１０７、カム筒１０６、ギア１０５、振動アクチュエータ装置２を備えている。本実施形態では、振動アクチュエータ装置２は、カメラシステム１０１の焦点調節動作時にレンズ１０７を駆動する駆動源として用いられている。振動アクチュエータ装置２のギア部材２７の回転により得られた駆動力は、ギア１０５を介してカム筒１０６に伝えられる。レンズ１０７は、カム筒１０６に保持されており、振動アクチュエータ装置２の駆動力により、光軸方向へ移動して、焦点調節が行われる。

図１０において、レンズ鏡筒１０３内に設けられた不図示の撮影レンズ群（レンズ１０７を含む）によって、撮像素子１０８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子１０８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。

また、本実施形態では、カメラのレンズ鏡筒に用いられる超音波モータについて述べたが、腕時計、ロボットのアクチュエータ等、小型化が可能な様々な超音波モータに適用することが可能である。

図１は本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの断面図である。 図２は図１に示す振動アクチュエータの要部の構成を示す分解斜視図である。 図３は図１に示す振動アクチュエータのフレキシブルプリント基板の平面図である。 図４は図１に示す振動アクチュエータの要部側面図である。 図５は図３のＶ−Ｖ断面図である。 図６は図３のVI−VI断面図である。 図７は図１に示す振動アクチュエータの圧電素子の下面側外観図である。 図８は図１に示す振動アクチュエータの圧電素子の上面側外観図である。 図９は図２に示す振動アクチュエータを上から見た透視図である。 図１０は図１に示す振動アクチュエータを用いたレンズ鏡筒およびカメラ本体の概略断面図である。

符号の説明

６…弾性体
８…圧電素子
９…導電性ペースト
１０…フレキシブルプリント基板
１０ｃ…突出した部分
３２ｃ…接地用電極

Claims (9)

1. リング形状の面を有する電気機械変換素子と、
   前記リング形状の面に設けられ、前記リング形状に沿った形状の外周部を有する振動体と、
   前記電気機械変換素子の前記振動体が設けられる面と反対側の面に沿って設けられる第１の部分と、前記振動体の前記外周部から突出した第２の部分とを有し、前記第２の部分に電極が設けられた可撓性配線基板と
   を備えたことを特徴とする振動アクチュエータ。
2. 前記電極と前記振動体は、導電性材料によって導通されていることを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
3. 前記電気機械変換素子の前記振動体が設置される側の面には、前記振動体に接続される電極が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の振動アクチュエータ。
4. 前記可撓性配線基板は、前記第２の部分に設けられた前記電極に接続された接地用電極パターンを有し、前記接地用電極パターンは、前記第１の部分の内周側に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
5. 前記可撓性配線基板は、前記第１の部分から延在して設けられる第３の部分を有し、前記第３の部分には、前記接地用電極パターンに接続された接地用配線パターンが設けられ、
   前記第３の部分は、前記第１の部分に対して、前記第２の部分と反対側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の振動アクチュエータ。
6. 前記電気機械変換素子の前記可撓性配線基板が設けられる側の面には、分離された複数の電極が設けられ、
   前記可撓性配線基板の前記第１の部分の前記接地用電極パターンの外周側には、前記複数の電極に接続される電極パターンが設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の振動アクチュエータ。
7. 前記可撓性配線基板の前記複数の電極パターンは、円弧形状であることを特徴とする請求項６に記載の振動アクチュエータ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の振動アクチュエータを有するレンズ鏡筒。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載の振動アクチュエータを有する光学機器。

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