JP2012005309A - 振動型駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と接触部が形成された弾性体とを有する振動子が、振動子保持部材に複数接合されて構成された振動子保持体を備え、
前記接触部に生成される楕円運動により、前記接触部と接触する被駆動体を前記振動子に対して相対移動するように構成された振動型駆動装置であって、
前記複数の振動子は、前記接触部が前記被駆動体と接触する側の前記保持部材の面に接合される一方、
前記接触部が前記被駆動体と接触する側とは反対側の前記振動子保持部材の面側に、前記接触部を前記被駆動体に加圧接触させるための加圧手段が設けられている。
【選択図】 図1
Description
そして、これら複数の振動モードの振動を合成することによりこの弾性体の表面に楕円運動を生ぜしめ、この弾性体に接触させた被駆動体を相対的に駆動する構造を備えている。
このような振動型駆動装置は、様々な形態のものが提案されており、特にカメラなどのレンズ鏡筒を回転駆動するアクチュエータに関して、多数のものが提案されている。
この装置は、振動の節を少なくとも1つ有するチップ形状の振動子とそれを支持する支持部材と回転自在に設けられたロータ(被駆動体)とで構成され、該支持部材は該ロータと該振動子との間に加圧力を付勢する加圧バネも兼ねた構造を備えている。
この支持部材と加圧バネは、リング状のベースの一部を曲げ加工により回転軸方向(加圧方向)に折り曲げて片持ち梁状に形成し、その端部に前記振動子をそれぞれ独立して支持するように構成されている。
また、特許文献2では、振動子が加圧方向に厚みを持った形状(ブロック形状)を有し、この振動子を特許文献1と同様に、独立に支持、加圧するようにした構造の振動型駆動装置が提案されている。
すなわち、ロータが非駆動状態で振動子に駆動反力が作用していない場合は、振動子とロータとの接触状態は良好に保たれる。
しかし、振動子に駆動力が発生すると、振動子にはロータとの接触部と支持部との間で回転モーメントが発生するため、振動子の支持剛性(回転剛性)が小さいと、振動子はロータの摺動面に対し容易に傾いてしまう。
その結果、振動子の接触面圧が不均一になり、ロータとの接触状態が悪くなるため、出力の低下を招いたり、鳴きなどの異音を発生するという課題が生じる。
振動子と被駆動体との接触状態を安定に維持することが可能となる振動型駆動装置の提供を目的とする。
前記接触部に生成される楕円運動により、前記接触部と接触する被駆動体を前記振動子に対して相対移動するように構成された振動型駆動装置であって、
前記複数の振動子は、前記接触部が前記被駆動体と接触する側の前記保持部材の面に接合される一方、
前記接触部が前記被駆動体と接触する側とは反対側の前記振動子保持部材の面側に、前記接触部を前記被駆動体に加圧接触させるための加圧手段が設けられていることを特徴とする。
振動子と被駆動体との接触状態を安定に維持することが可能となる振動型駆動装置を実現することができる。
実施例1として、本発明を適用できる振動型駆動装置の構成例について、図1〜図4を用いて説明する。
本実施例の振動型駆動装置は、少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と接触部が形成された弾性体とを有する振動子と、振動子が複数接合された振動子保持部材と、を備えている。振動子と振動子保持部材とで振動子保持体を構成する。そして、上記電気−機械エネルギー変換素子に対する駆動電圧の印加によって上記弾性体の接触部に楕円運動が生成され、該弾性体の接触部と接触する被駆動体を該楕円運動により振動子に対して相対移動するように構成されている。
上記振動子として、本実施例では弾性体が矩形形状をした板体で形成された板状振動子(チップ形振動子)が用いられる。以下では、このチップ形振動子を、振動子と記す。
図1に示すように、振動子1が振動子保持部材5に接合されて振動子保持体6が構成されている。
また、図1において、7はロータ(被駆動体)、8はロータゴム、10は加圧バネ、11は加圧リングである。
振動子1は、図2に示すように、弾性体2と圧電素子(電気−機械エネルギー変換素子)3およびこの圧電素子に電源を供給するフレキシブルプリント基板(FPC)4とで構成されている。
この振動子1を構成する弾性体2は、前記圧電素子と共に振動する振動減衰が小さい部材で形成された振動部2−3を備えている。
また、この弾性体を他の部材に固定するための固定部2−5と、これらの振動部2−3と固定部2−5とを接続し、一方の端部は該振動部2−3の振動にならいつつ、他方の端部では固定部2−5に振動を伝搬しないように機能する支持部2−4を備えている。
このように構成された複数の振動子の固定部2−5は、振動子保持部材5において振動子1の接触部2−1、2−2がロータ7と接触する側の面(つまり振動子保持部材5のロータ側の面)の一部に一体的に接合される(図3)。
なお、振動子保持部材は、振動子の振動部および支持部の合計質量よりも大きい質量の部材で構成されると良い。
図4に示すように、ロータ7は一方の面に耐摩耗処理が施された摺動部7−1を有しており、この摺動部7−1が前記振動子保持体の接触部と対向し接触するように配置されている。
このロータ7の摺動部側と反対側の面にはロータゴム(防振ゴム)8を挟んで出力伝達部材9が設置されている。
一方、振動子保持体6においてロータ7側と反対側には、図1及び図4に示すように、振動子保持体6をロータ7に対して加圧するための加圧手段として板バネ10が設けられている。
また、この板バネ10を圧縮し加圧力を生じさせるために、この板バネ10のたわみ量を規制する加圧リング11が設けられており、加圧リング11と振動子保持体6とで、板バネ10を挟持している。これらにより、振動子保持体6とロータ7の間に適切な加圧力が付与される。
鏡筒ユニット本体16には、光軸Lの方向に対し垂直に張り出したフランジ16−1が形成されており、このフランジの一方の面にマニュアルリング15が設置されている。
また、コロリング12から半径方向に複数延出して形成されたコロ軸13とこれに係合しコロ軸回りに回転自在に取り付けられたコロ14とが設置されている。このコロ14を挟んで前記出力伝達部材9とマニュアルリング15が光軸L方向に積層されて構成されている。
加圧リング11は内周側が鏡筒本体16とネジまたはバイヨネット構造で係合している。
加圧リングを回転させ光軸L方向に移動することで加圧バネ10を圧縮し、振動子保持体6からマニュアルリング15を経て本体フランジ16−1までを加圧挟持する構造になっている。
このとき、振動子1の接触部には楕円運動が形成され、この接触部と接触しているロータ7には摩擦駆動力が発生するため、ロータ7、ロータゴム8、出力伝達部材9とが光軸L周りに回転する。
出力伝達部材9と接触しているコロ14はマニュアルリング15の面上を転動しながらコロリング12と共に光軸L回りに回転し、コロリング12に設置された出力キー17により不図示のカム環等を回転させ、オートフォーカス動作などを行う構造とされている。
このとき、ロータには不図示の回転数検出手段が設けられているため、ロータが目標の回転数に達したところで周波数の掃引を停止し、所望の出力を得るように設定されている。
仮に、周波数を下げていっても目標回転数まで達しなかった場合には、下記fr_maxまで周波数を掃引して、ここで掃引を停止するように設定されている。つまり、駆動に使用する周波数範囲は、fr_max以上、f0以下の範囲である。
これは、fr_max以下の周波数で駆動すると、このfr_maxを共振周波数とする振動モードの振動振幅が極端に小さくなり、ロータを正常に駆動できなくなるためである。
ここで、fr_maxは、駆動に寄与する振動子の振動モードの中で最も高い共振周波数を示している。
本実施例では、リング状(円環形状)に一体に形成されている振動子保持部材の円周面(ロータ側の面)上に、複数の振動子が配置され、該振動子と振動子保持部材とを直接、接着剤等で接合することによって、振動子保持体が構成されている。
このため、個々の振動子の支持剛性は非常に大きく、それぞれの振動子が独立してロータの摺動面(摺動部の面)にならうことはできない。
しかし、駆動によって発生する個々の振動子の摩擦反力によるモーメントは、振動子保持体全体として相殺されてしまう。そのため、この振動子保持体が摩擦反力によって傾いたり、片当たりしたりすることは無く、良好な接触状態を維持できるように構成することができる。
その一方で、振動子保持部材に接合されたそれぞれの振動子の接触部は同一平面上に形成されるように構成される。
以上の本実施例の構成によれば、トルクが付加された状態において、振動子の加圧方向の剛性は小さく維持しつつ、駆動によって振動子に作用する回転モーメントに対しては剛性の大きい振動子保持体を構成することができる。
これにより、振動子と被駆動体との接触状態を安定に維持し、出力特性を安定させることができ、接触不安定な状態に起因する鳴きなどの異音の抑制が可能となる。
また、それと共に、接着後にラップ等の平滑処理を施し、各接触部(面)を含む仮想平面の平面度を10μm以下になるように仕上げられている。
また、ロータ7についても摺動部となる面はラップ等の平滑加工を施しており、表面粗さがRa0.5μm以下、平面度も10μm以下に仕上げられている。
また、リング状の振動子保持部材は、振動子と直接接合されているため、わずかに振動子から漏れる駆動振動が励振源となり、保持部材がもつ共振モードを励振する可能性がある。特に、振動子保持部材に接合される振動子の両接合部間の長さを波長とする振動モードの次数(波頭の数)の整数倍(1倍、2倍、3倍・・・)の次数の振動モードは励振されやすくなる。
また、本実施例の振動子保持体には複数の振動子の接触部からの加振力が入力されるため、これら入力点のピッチ、すなわち振動子間のピッチ(振動子同士の間隔の長さ)を波長とする振動モードの次数の整数倍の次数の振動モードも励振されやすくなる。本実施例では、振動子保持部材に振動子を等間隔に3個配置して振動子保持体を構成しているので、ロータを駆動した際には、120°間隔で振動子の接触部から加振力を受けることになる。そのため、振動子保持体は1周上に3つの波頭を持つ振動モード(3次の曲げ振動モード)が励振されやすくなり、これによる異音が発生する可能性がある。また、本実施例の場合、3の整数倍、すなわち3次、6次、9次、12次・・・の振動モードも励振される可能性がある。
そのため、本実施例では、上記振動子保持体が有する上記振動モード(振動子の両接合部間の長さを波長とする振動モードの次数の整数倍の振動モードや、振動子間の長さを波長とする振動モードの次数の整数倍の振動モード)の共振周波数が、前述した駆動に使用する周波数範囲内に存在しないように、振動子保持体の設計がなされている。
実施例2として、実施例1とは振動子保持部材の構成が異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図5を用いて説明する。
本実施例においては、振動子保持部材がリング状に一体に形成されている実施例1のものとは相違し、振動子保持部材5が3つの円弧状部材によってリング状に形成される。これらの複数の円弧状部材の間を振動子1で連結することによって振動子保持体6が構成されている。
これは、振動子保持部材5を実施例1のように、リング状に一体に加工するよりも、円弧状に分割した方が材料の有効利用ができ、加工コストを低減できるメリットがあるためである。
また、振動子保持部材5に振動子を接合する際、これら振動子の接触部を同一平面上に配置する加工がし易いというメリットもある。
例えば、実施例1においては、振動子1と振動子保持部材5との接合後に振動子の接触部の平面度を出すために、ラップ(ポリッシュ)または研削等の工程を入れて平面仕上げを行うことが求められる場合がある。
これは、振動子接合後の接触部の面度が、接合前の振動子保持部材の平面度に依存してしまうためである。
例えば、接合治具の基準面の平面度を0.1〜0.5μm程度に仕上げ、その面を基準にして振動子の接触部を当接してその位置で振動子を保持し、分割した振動子保持部材をそれに合わせるようにして接合する、などの手法で実現できる。こうすることで、振動子接合後に平面度を出すための加工を不要にすることが可能となる。
なお、振動型駆動装置の構成としては、本実施例においても実施例1と同様に、振動子保持部材の背面から加圧手段である板バネ等で加圧する構成が採られる。振動子も実施例1と同様の構成の振動子を用いることができる。また、振動子と振動子保持部材との接合にはレーザー溶接等を用い、強固に固定している。
実施例3として、上記各実施例とは異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図6を用いて説明する。
本実施例においては、振動子の支持部2−4(図2参照)が、振動子が接合されている振動子保持部材の面の面外方向に曲げて形成された曲げ形状部を有し、振動子保持部材5と振動子1の固定部とをビス18でビス止めすることで接合するように構成されている。
また、加圧バネ10(波バネ)と振動子保持部材5との間には、振動伝播抑制部材としてゴムシート19を挟んで振動子の下部構造が構成されている。
このような本実施例の構成によれば、振動子からの漏れ振動などにより、板バネと振動子保持部材の間でビビリ振動などを起こし、騒音の原因となることを抑制することが可能となる。
なお、本実施例では振動子保持部材と加圧バネの間にゴムシートを挟んだが、振動の伝播を抑制するものであればこれに限定するものではなく、例えばフェルトなどでも良い。
実施例4として、上記各実施例とは振動子の構造が異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図7を用いて説明する。
本実施例においては、実施例1を一部改良し、振動子の漏れ振動低減機能を更に高めるように構成されている。
本実施例では、振動子の支持部2−4の板厚を他に比べて薄く形成する。
これにより、この支持部2−4の部分の曲げ剛性をさらに小さくすることで、支持部を大きくすることなく振動部2−3への振動追従性をさらに向上させ、支持損失の低減化を図ることが可能となる。
また、この本実施例の構成により、固定部2−5への漏れ振動伝達を低減させることができ、振動子保持体を励振する不要振動の原因を断ち切ることも同時に可能となる。
なお、本実施例では支持部の板厚を変えて剛性を下げたが、このような構成に限定されるものではない。
例えば、支持部の幅を狭くし、あるいは支持部長さを長くするなど、静的な曲げ剛性が振動部と比較して小さくなる形状であればよい。
実施例5として、上記各実施例とは異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図8を用いて説明する。
本実施例においては、振動子保持部材が薄板で構成され、振動子が接合される該振動子保持部材の接合面は、振動子が接合されている振動子保持部材の面の面外方向に曲げ加工して形成された凸部となっている。
図8に示すように、板状の振動子保持部材20の内、円周方向に6カ所の凸部(段部)20−1が、振動子が接合されている振動子保持部材の一方の面の面外方向に曲げ加工して形成されている。そして、その凸部に振動子の固定部2−5をそれぞれ接合して振動子保持体が形成されている。
振動子1に接合している圧電素子3及びフレキシブルプリント基板4は、上記凸部間に形成された凹部20−3に配置され、振動子保持部材20とは適度な隙間を持って設置されている。
また、振動子保持部材20の内周側には、回り止め用凸部20−4が複数形成されており、本体部にこれらと対応して形成された複数の溝部(不図示)と係合してロータ駆動時に発生する回転力の反力を受け、振動子保持体の回転を防止する構造とされている。
加圧手段である加圧バネ21には、リング形状の薄板の周上3箇所に折り曲げ部を有した片持ち梁構造の板バネが用いられる。
この板バネは、振動子のそれぞれの背面側(接触部とは反対側)に配置され、該板バネにおける弾性体の接触部を被駆動体に加圧接触させるための力点は片持ち梁の略中央に形成され、その力点の両側に変形部を有する構造を備える。
具体的には、この板バネはベース板21−1の面外方向に2つの折り曲げ部21−3を有し、中央部にベース部と平行な押し圧部21−2が形成されている。
この押し圧部21−2が、振動子の裏側に配置された前記振動子保持部材の折り曲げ部20−2を加圧する構造とされている。
以上の構造により、振動子保持体全体の曲げ剛性が小さくなるため、振動子における弾性体の接触部の平面度が多少悪くても、振動子保持体が弾性変形し、摺動部の面にならって良好な接触状態が得られる。
一方で、駆動反力によるモーメントに対しては、振動子を挟む位置に設けられた回り止め用突起20−4の間の領域での変形となるため、駆動力による摩擦面の傾斜を少なくすることが可能となる。
実施例6として、上記各実施例とは保持部材の構造が異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図9を用いて説明する。
本実施例においては、振動子保持部材の曲げ剛性、ねじれ剛性が更に小さくなるように構成されている。
そのため、本実施例では、図8と同様に、薄板をプレス加工で6カ所曲げて振動子保持部材23を形成するが、振動子1の接合部の中間部に切り欠き部を設け、その部分を幅の狭い梁23−1で連結した形状とされている。
以上の本実施例の構成によれば、振動子保持体全体がロータの摺動面のうねり(円周方向の面外うねり成分、或いは円周に沿った軸回りのねじれ成分)に対し、ならい性を良くすることができる。
実施例7として、上記各実施例とは異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図10を用いて説明する。
これまでに説明した各実施例では、振動子の接触部への加圧力は振動子保持部材を介して付与される構造となっており、振動子1の支持部2−4がその加圧力を伝達する役割をしていた。
これに対し、本実施例では、振動子1の振動部(圧電素子の背面)に直接加圧力を付与するように構成される。
図10に示すように、振動子保持部材24は薄板状のリング部材で構成され、振動子の振動部と支持部とが緩衝する部分に穴25を明け、振動子の圧電素子やフレキシブルプリント基板などがこの振動子保持部材24と当たらないように構成される。
加圧バネは図8に示すような板バネとし、板バネの押し圧部21−2と振動子の圧電素子との間に、振動絶縁部材26(フェルトなど)を介して加圧力を振動子に付与するように構成される。
以上の本実施例の構成によれば、振動子の支持部2−4が直接加圧力を受けることが無くなることから、支持部の強度設計の自由度を大きくすることができる。
2:弾性体
3:圧電素子
4:フレキシブルプリント基板(給電部材)
5:振動子保持部材
6:振動子保持体
7:ロータ
8:ロータゴム
9:出力伝達部材
10:加圧バネ
11:加圧リング
Claims (12)
- 少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と接触部が形成された弾性体とを有する振動子が、振動子保持部材に複数接合されて構成された振動子保持体を備え、
前記接触部に生成される楕円運動により、前記接触部と接触する被駆動体を前記振動子に対して相対移動するように構成された振動型駆動装置であって、
前記複数の振動子は、前記接触部が前記被駆動体と接触する側の前記保持部材の面に接合される一方、
前記接触部が前記被駆動体と接触する側とは反対側の前記振動子保持部材の面側に、前記接触部を前記被駆動体に加圧接触させるための加圧手段が設けられていることを特徴とする振動型駆動装置。 - 前記振動子は、弾性体が板状であり、前記接触部が同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の振動型駆動装置。
- 前記振動子は、前記電気−機械エネルギー変換素子と共に振動する振動部と、前記振動子保持部材と接合される固定部と、前記振動部及び前記固定部とを接続する支持部と、を備え、
前記支持部は、前記振動部と比較して曲げ剛性が小さくなる形状を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の振動型駆動装置。 - 前記振動子保持部材は、前記振動部および支持部の合計質量よりも大きい質量の部材で構成されていることを特徴とする請求項3に記載の振動型駆動装置。
- 前記振動子は、前記電気−機械エネルギー変換素子と共に振動する振動部と、前記振動子保持部材と接合される固定部と、前記振動部及び前記固定部とを接続する支持部と、を備え、
前記支持部は、前記振動子保持部材の前記振動子が接合された面の面外方向に曲げて形成された曲げ形状部を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の振動型駆動装置。 - 前記振動子保持部材は、円環形状に構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。
- 前記円環形状の振動子保持部材は複数の部材で形成され、該複数の部材の間を前記振動子で連結することによって前記振動子保持体が構成されていることを特徴とする請求項6に記載の振動型駆動装置。
- 前記振動子保持部材は薄板で構成され、前記振動子保持部材は、前記振動子が接合される前記振動子保持部材の面の面外方向に曲げ加工して形成された凸部を有し、該凸部に前記振動子が接合されることを特徴とする請求項6に記載の振動型駆動装置。
- 前記加圧手段は板バネで構成され、該板バネは片持ち梁に形成されて前記振動子のそれぞれの前記接触部とは反対側に配置されると共に、
該板バネにおける前記弾性体の接触部を前記被駆動体に加圧接触させるための力点は前記片持ち梁の略中央に形成されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。 - 前記板バネと振動子との間に、前記振動子の振動の伝播を抑制する振動伝播抑制部材が設けられていることを特徴とする請求項9に記載の振動型駆動装置。
- 前記振動子保持体が有する、前記振動子の前記振動子保持部材との接合部の間隔の長さを波長とする振動モードの次数の整数倍の次数の振動モードの共振周波数が、前記被駆動体の駆動に使用する周波数範囲内に存在しないよう、
前記振動子保持体が構成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。 - 前記振動子保持体が有する、前記振動子同士の間隔の長さを波長とする振動モードの次数の整数倍の次数の振動モードの共振周波数が、前記被駆動体の駆動に使用する周波数範囲内に存在しないよう、
前記振動子保持体が構成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。
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