JP2011010539A - 振動アクチュエータ及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の振動アクチュエータ10は、相対移動部(13)と接触し、前記相対移動部(13)の相対移動に必要な振動をする振動部(12)と、前記相対移動部(13)を前記振動部(12)との間に挟むように備えられ、前記振動部(12)に対する前記相対移動部(13)の移動に応じて前記振動部(12)に対して相対的に移動する第1部材(22)と、転動部材(23)を介して前記第1部材(22)と対向し、前記第1部材(22)が前記振動部(12)に対して相対的に移動可能なように前記第1部材(22)を支持する第2部材(21)と、前記振動部(12)と前記相対移動部(13)とが接触するように、前記第2部材(21)と前記振動部(12)との間に加圧力を生じさせる加圧部材(15)とを含み、前記第1部材(22)は、可塑性物質を含有することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明の課題は、好適な特性を有する振動アクチュエータを提供することである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記第1部材(22,122)は、前記振動部(12,112)及び前記相対移動部(13,113)の相対移動方向、及び、前記加圧力の方向と交差する方向の外周面に、外部に接続可能な接続部(10G、110P)を有することを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記接続部(10G、110P)は、動力を伝達するギアであることを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記相対移動部(13,113)及び前記振動部(12,112)は、回転軸を中心に相対的に回転することを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記転動部材(23,123)は、前記第2部材(21,121)の外周面と前記第1部材(22,122)の内周面との間に備えられることを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記第1部材(22,122)は、前記振動部(12,112)及び前記相対移動部(13,113)の相対移動方向、及び、前記加圧力の方向と交差する方向において前記第2部材(21,121)と対向することを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項6までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記転動部材(23,123)は、前記加圧力の方向でみて、前記第1部材(22,122)と前記第2部材(21,121)との間に備えられることを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項7までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記加圧力の方向でみて、前記相対移動部(13,113)と前記第1部材(22,122)との間に備えられた振動吸収部材(18、118)を有することを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項9に記載の発明は、請求項1から請求項8までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記第1部材は、プラスチックであることを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項10に記載の発明は、請求項1から請求項9までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記第2部材(21,121)は、可塑性物質を含有することを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項11に記載の発明は、請求項1から請求項10までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記転動部材(23,123)は、金属の球であることを特徴とする振動アクチュエータ(10,110)である。
請求項12に記載の発明は、請求項1に記載された振動アクチュエータ(10,110)であって、前記転動部材(23,123)は、プラスチック製のリテーナ(125)によって保持されていることを特徴とする振動アクチュエータ。
請求項13に記載の発明は、請求項1から請求項12までの何れか1項に記載された振動アクチュエータ(10,110)を有することを特徴とする電子機器(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。
以下、図面等を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、XYZ直交座標系を設けた。この座標系では、撮影者が光軸Aを水平として横長の画像を撮影する場合のカメラの位置(以下、正位置という)において撮影者から見て左側に向かう方向をXプラス方向とする。また、正位置において上側に向かう方向をYプラス方向とする。更に、正位置において被写体に向かう方向をZプラス方向とする。
カメラ1は、撮像素子8を有するカメラボディ2と、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。
第1実施形態では、超音波モータ10は、カム筒5と筐体7の間の円環状の隙間に配置されている。超音波モータ10は、カメラ1のフォーカス動作時にフォーカシングレンズ4を駆動する駆動源である。超音波モータ10は、その出力ギア10Gが噛合するアイドルギア6を介してカム筒5を回転駆動する。
フォーカシングレンズ4は、カム筒5に保持されている。そして、超音波モータ10の駆動によるカム筒5の移動によって光軸OA方向に移動して焦点調節を行う。
なお、図示しないが、レンズ鏡筒3は、フォーカシングレンズ4の他に複数のレンズ群を備えている。
図2は、超音波モータ10の縦(軸方向の)断面図である。
超音波モータ10は、中央に貫通配置された支持軸11と、振動子12と、振動子12によって回転駆動される回転体13と、振動子12を支持する支持体14と、回転体13を回転自在に支持する軸受20と、を備えている。また、超音波モータ10は、振動子12を回転体13に向けて押圧付勢する加圧バネ15と、加圧バネ15の支持軸11に対する位置を規定する止めワッシャー16と、を備えている。本実施形態では、振動子12は固定側であって、支持軸11に対して回転せず、回転体13を支持軸11に対して回転駆動する形態となっている。
弾性体12Aは、共振先鋭度が大きな金属材料によって、外形が略円形状の中空円環状に形成されている。弾性体12Aは、櫛歯部12Aa、ベース部12Ab、フランジ部12Ac等を有している。
フランジ部12Acは、弾性体12Aの内周側に所定厚さで突出した小径の部分である。このフランジ部12Acにより、振動子12は、支持体14に支持されている。
圧電体12B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。なお、本実施形態では、圧電体12B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12Bは、図示しないが、駆動信号を入力する2つの電極を備えている。
圧電体12Bにおける弾性体12Aとは逆側の面には、フレキシブルプリント基板12Cが配置されている。
フレキシブルプリント基板12Cは、圧電体12Bに駆動信号を供給する機能を有する。このフレキシブルプリント基板12Cから供給される駆動信号によって、圧電体12Bが伸縮することにより、弾性体12Aを励振し、弾性体12Aの駆動面に進行波が発生する。本実施形態では、4波の進行波を発生するようになっている。
回転体13は、アルミニウム等の軽金属によって略円盤状に形成され、振動子12(弾性体12Aの駆動面12Ad)に接触する略円環状の接触面13Aと、軸受20(外輪22)と結合する小径で円筒状の結合部13Bと、を有している。接触面13Aには、耐磨耗性向上のためのアルマイト等の表面処理が施されている。
回転体13は、結合部13Bが、後述する軸受20における外輪22の結合部22Aに嵌合し、吸振材18を介して外輪22に相対回転不能に結合されている。
支持体14における押圧フランジ14Cと、支持軸11の軸端に装着された止めワッシャー16との間には、加圧バネ15が配置されている。
外輪22は、内周に回転体13が結合される結合部22Aを備えている。また、外輪22の外周には、出力ギア10Gが形成されている。すなわち、外輪22は、回転体13を支持する機能と、回転体13の回転力を外部に出力する機能とを有している。
軸受20における外輪22の結合部22Aには、回転体13の結合部13Bが嵌合し、吸振材18を介して結合されている。これにより、軸受20は、回転体13を回転自在に支持している。なお、この軸受20の構成については、後に詳細に説明する。
吸振材18は、回転体13における結合部13Bの端面と、軸受20における外輪22の結合部22Aの端面と、の間に配置され、両者を相対回転不能に結合している。吸振材18は、その粘弾性で回転体13と軸受20の外輪22とを一体に回転可能とする機能と、回転体13の振動を吸収して外輪22へ伝えないようにする機能とを有している。吸振材18は、例えば、ブチルゴム、シリコンゴム、プロピレンゴム等により形成される。
前述したように、軸受20は、内輪21と、外輪22と、ボール23と、を備えている。そして、軸受20は、内輪21が支持軸11に相対回転不能に嵌合してフランジ11Aの図2中右側(Z軸マイナス側)に配置され、振動子12及び回転体13を介して作用する加圧バネ15の付勢力(回転体13に振動子12を押圧する付勢力)を受けて、回転体13を回転自在に支持している。
内転動面21Aは、ボール23の球面に沿う円弧状の断面形状に形成され、径方向に外側に対向するラジアル内面部21Arと、Z軸と直交しZ軸マイナス側に対向するスラスト内面部21Asと、を有している。
結合部22Aは、回転体13の結合部13Bが嵌挿可能な内径の円形の凹部状であって、外輪22の回転体13配置側(Z軸マイナス側)に開放している。
内輪21及び外輪22は、それぞれプラスチック素材の射出成形等によって形成されている。プラスチック素材としては、例えば、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート等が用いられる。
一方、ボール23は、ステンレス合金鋼等の金属材料又はセラミック等の素材によって形成されている。外輪22は、ボール23よりも剛性が低く、ボール23よりも柔軟性が高い。
軸受20の外輪22には、加圧バネ15の付勢による回転体13を介したZ軸方向の力(スラスト荷重Fs)と、出力ギア10Gが外部に回転力を出力する際に回転軸(=Z軸方向)と直交する方向の駆動反力(ラジアル荷重Fr)とが作用する。
このように、軸受20は、スラスト軸受とラジアル軸受の両方の機能を備えている。
つぎに、図3及び図4に示す本発明の第2実施形態について説明する。
図3は、第2実施形態にかかる超音波モータ110の断面図である。図4は図3の軸受120部分の拡大図である。
図3に示す超音波モータ110は、第1実施形態と同様に、レンズ鏡筒3のカム筒5を回転駆動するような用途に用いられるが、本実施形態ではリング状に構成されている。
なお、本実施形態の超音波モータ110における軸受120は、前述した第1実施形態における軸受20と略同一に構成されており、同一の構成要素の詳細な説明は省略する。
振動子112は、弾性体112A,圧電体112Bを備えている。
弾性体112Aは、略円環形状の部材であり、一方の端面には、圧電体112Bが設けられ、他方の面には、複数の溝を切って形成された櫛歯部112Aaが形成されている。この櫛歯部112Aaの先端面は、圧電体112Bの励振によって進行波が発生し、回転体113を駆動する駆動面112Adとなる。
回転体113は、結合部113Bが、後述する軸受120における外輪122の結合部122Aに嵌合し、第1吸振材118を介して外輪122に相対回転不能に結合されている。
ただし、外輪122における回転体113が結合される結合部122Aは、外輪122の外周側であり、回転体113の結合部113Bが、外周に嵌るようになっている。
すなわち、外輪122は、回転体113を支持する機能と、回転体113の回転力を外部に出力する機能とを有する。
軸受120における外輪122の結合部122Aには、回転体113の結合部113Bが嵌合し、第1吸振材118を介して結合されている。これにより、軸受120は、回転体113を回転自在に支持している。
一方、ボール123は、ステンレス合金鋼又はセラミック等の素材によって形成されている。
第2吸振材119は、不織布やフェルト等によって形成されている。この第2吸振材119は、振動子112の振動を加圧部115側へ伝えないようにする部材であり、圧電体112Bと加圧板115Aとの間に設けられている。
電源供給部130は、フレキシブルプリント基板131を介して振動子112の圧電体112Bと接続されており、フレキシブルプリント基板131を介して圧電体112Bに駆動電力を供給する。
以下、図面等を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。図5は、第3実施形態の超音波モータ210の縦(軸方向の)断面図である。
第3実施形態は、第2実施形態と略同様であるが、ボール123がリテーナ125に保持されている点が異なる。それ以外の部分については、第2実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
また、リテーナ125はプラスチックで製造されているため、製造コストも安価ですむ。また、ボール123の個数を削減でき、組立性の向上が図られる。
(1)超音波モータ10,110,210において、外輪22,122は、プラスチック素材等の可塑性物質であり、金属材料等で構成されたボール23、123よりも剛性が低く、柔軟性が高い。このため、超音波モータ10,110,210が駆動したとき、外輪22,122とボール23,123とが安定的、又は、柔軟に接触するので、超音波モータ10,110,210の駆動が安定化、又は、静音化を図ることができる。
(2)超音波モータ10,110,210において、回転体13,113を回転可能に支持する軸受20,120は、内輪21,121における内転動面21A,121Aがラジアル内面部21Ar,121Arを有し、外輪22,122における外転動面22B,122Bがラジアル外面部22Br、122Brを有している、これにより、ラジアル荷重Frに抗して、外輪22,122を、偏芯を防いで安定的に回転させることができる。また、外輪22がプラスチック素材によって形成されている。このため、形状の自由度が高く、複雑な形状も一体成型可能であって、低コストに製造できる。
(6)軸受20,120における内輪21,121がプラスチック素材によって形成されている。このため、形状の自由度が高く、複雑な形状も一括して成形可能であって、低コストに製造できる。
(7)カメラ1は、超音波モータ10,110の駆動によるカム筒5の移動によって焦点調節を行う。これにより、円滑な焦点調整が可能となっている。
(8)更に、ボール123をリテーナ125によって保持される構成にした場合、ボール23同士のこすれや衝突により生じる接触音が発生せず、超音波モータ210の更なる静音化が達成される。また、リテーナ125をプラスチックで製造することにより、製造コストも安価ですむ。
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)本実施形態では、振動アクチュエータとして回転体13,113が回転する超音波モータ10,110を例に挙げて説明した。しかし、振動アクチュエータとしては、この形式に限らず、支持軸が回転する形式の超音波モータや、リニア型の超音波モータとしてもよい。
(3)本実施形態においては、超音波モータ10,110が、レンズ鏡筒3の焦点調節の駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズ鏡筒3のズーム動作の駆動源や、カメラの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆動源であってもよい。更に、ビデオカメラ、携帯電話等に適用することができる。
(4)第3実施形態は、第2実施形態においてボール123をリテーナ125で保持した例について説明したが、これに限定されず、例えば第1実施形態においてボール23をリテーナで保持しても良い。
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。
Claims (13)
- 相対移動部と接触し、前記相対移動部の相対移動に必要な振動をする振動部と、
前記相対移動部を前記振動部との間に挟むように備えられ、前記振動部に対する前記相対移動部の移動に応じて前記振動部に対して相対的に移動する第1部材と、
転動部材を介して前記第1部材と対向し、前記第1部材が前記振動部に対して相対的に移動可能なように前記第1部材を支持する第2部材と、
前記振動部と前記相対移動部とが接触するように、前記第2部材と前記振動部との間に加圧力を生じさせる加圧部材とを含み、
前記第1部材は、可塑性物質を含有することを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1に記載された振動アクチュエータであって、
前記第1部材は、前記振動部及び前記相対移動部の相対移動方向、及び、前記加圧力の方向と交差する方向の外周面に、外部に接続可能な接続部を有することを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項2に記載された振動アクチュエータであって、
前記接続部は、動力を伝達するギアであることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項3までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記相対移動部及び前記振動部は、回転軸を中心に相対的に回転することを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項4までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記転動部材は、前記第2部材の外周面と前記第1部材の内周面との間に備えられることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項5までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記第1部材は、前記振動部及び前記相対移動部の相対移動方向、及び、前記加圧力の方向と交差する方向において前記第2部材と対向することを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項6までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記転動部材は、前記加圧力の方向でみて、前記第1部材と前記第2部材との間に備えられることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項7までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記加圧力の方向でみて、前記相対移動部と前記第1部材との間に備えられた振動吸収部材を有することを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項8までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記第1部材は、プラスチックであることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項9までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記第2部材は、可塑性物質を含有することを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項10までの何れか1項に記載された振動アクチュエータであって、
前記転動部材は、金属の球であることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1に記載された振動アクチュエータであって、
前記転動部材は、プラスチック製のリテーナによって保持されていることを特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1から請求項12までの何れか1項に記載された振動アクチュエータを有することを特徴とする電子機器。
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