JP2014087146A - 振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】摺動音が低減された振動波モータを提供する。
【解決手段】本発明の振動波モータ１０は、電気機械変換素子２２を含む振動子２０と、振動子２０に対して相対的に回転駆動される相対移動部材４０と、相対移動部材４０を保持する第１ホルダ３１と、第１ホルダ３１に設けられた第１の面３１Ａｓに対して、間に球３２を挟んで対向配置される第２の面３３Ａｓを有する第２ホルダ３３と、第２ホルダ３３を第１ホルダ３１側に押圧し、相対移動部材４０と振動子２０との間にスラスト方向の加圧力を発生させる加圧部５１と、を備え、第１ホルダ３１の第１の面３１Ａｓには、球３２が転動する第１凹部３１Ｄ、第２ホルダ３３の第２の面３３Ａｓには、球３２が転動する第２凹部３３Ｂが設けられ、第１凹部３１Ｄ及び第２凹部３３Ｂのうちの少なくとも一つの表面の算術平均粗さが、０．１マイクロメートル以下であること、を特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラに関する。

カメラ等に装着されているレンズ鏡筒において、超音波モータが内蔵されているものがある。このようなレンズ鏡筒においては、電気機械変換素子を含んだ振動子（ステータ）と相対移動部材（ロータ）とを加圧接触させ、超音波モータに電気エネルギーを印加させ、機械エネルギーに変換して駆動力とし、レンズ群を駆動させて焦点調整（ＡＦ動作）が行われる（特許文献１参照）。

特開２００１−２０８１３９号公報

しかし、これらの振動波モータを駆動すると、摺動音（摩擦音）が発生する。近年のカメラは、動画撮影も行なわれるため、これらの摺動音が問題となる。

本発明の課題は、摺動音が低減された振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することである。

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。

請求項１に記載の発明は、電気機械変換素子を含む振動子と、前記電気機械変換素子の振動により、前記振動子に対して相対的に回転駆動される相対移動部材と、前記相対移動部材を保持するとともに該相対移動部材とともに回転する第１ホルダと、前記第１ホルダに設けられた第１の面に対して、間に球を挟んで対向配置される第２の面を有する第２ホルダと、前記第２ホルダを前記第１ホルダ側に押圧し、前記相対移動部材と前記振動子との間にスラスト方向の加圧力を発生させる加圧部と、を備え、前記第１ホルダの前記第１の面には、前記球が転動する第１凹部、前記第２ホルダの前記第２の面には、前記球が転動する第２凹部が設けられ、前記第１凹部及び前記第２凹部のうちの少なくとも一つの表面の算術平均粗さが、０．１マイクロメートル以下であること、を特徴とする振動波モータである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動波モータであって、前記球の表面の算術平均粗さが、０．１マイクロメートル以下であること、を特徴とする振動波モータである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動波モータであって、前記第１凹部及び前記第２凹部は、前記相対移動部材の回転方向に沿った溝であること、を特徴とする振動波モータである。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波モータであって、前記第１ホルダ及び前記第２ホルダのヤング率は、４０ＧＰａ以上であること、を特徴とする振動波モータである。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波モータを備えるレンズ鏡筒である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波モータを備えるカメラである。
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。

本発明によれば、摺動音が低減された振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。

本発明の一実施形態を適用したカメラの概略図である。 振動アクチュエータの部分縦断面図である。 振動アクチュエータの分解斜視図である。 回転支持ユニットの拡大断面図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図において、光軸に沿った被写体側をＺプラス側、像側をＺマイナス側として説明する。光軸は振動アクチュエータ１０の中心の軸線方向でもある。

図１は、本発明の一実施形態の振動アクチュエータ１０を備えるカメラ１を示す図である。
本実施形態のカメラ１は、撮像素子６を有するカメラボディ２と、レンズ鏡筒３とを備える。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、本実施形態のカメラ１は、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示すが、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であってもよい。

レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、振動アクチュエータ１０等を備える。
振動アクチュエータ１０は、略円環形状であり、その軸線方向が光軸方向（Ｚ方向）と略一致するようにレンズ鏡筒３内に配置されている。この振動アクチュエータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ４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１０から得られた駆動力は、カム筒５に伝えられる。レンズ４のレンズ枠４ａは、カム筒５とカム係合しており、振動アクチュエータ１０の駆動力によってカム筒５が光軸回りに回転すると、レンズ４は、光軸方向へ移動して焦点調節が行なわれる。

そして、カメラ１は、レンズ鏡筒３内に設けられた不図示のレンズ群（レンズ４を含む）によって撮像素子６の撮像面に結像された被写体像を、撮像素子６によって電気信号に変換すると共にその信号をＡ／Ｄ変換して画像データとして記録する。また、カメラ１は、動画撮像機能を備え、動画と図示しない集音マイクによって集音された音声とを同時に記録可能なものである。

つぎに、図２および図３を参照して、振動アクチュエータ１０について説明する。
図２は、振動アクチュエータ１０の部分（環状の一方の）縦断面図である。図３は振動アクチュエータ１０の分解斜視図である。
振動アクチュエータ１０は、中筒１１と、該中筒１１の外周側に構成されたアクチュエータ部１２と、を備える。
中筒１１は、軸線を中心とした円筒状の部材であって、Ｚマイナス側の端部外周には、大径のフランジ１１Ａが形成されている。

アクチュエータ部１２は、ステータ２０と、回転支持ユニット３０と、ロータ４０およびウェーブワッシャ５１等を備え、中筒１１に固定されたステータ２０に対して回転支持ユニット３０によって回転可能に支持されたロータ４０が、ウェーブワッシャ５１によって押圧付勢されて構成されている。

ステータ２０は、弾性体２１に圧電体２２が接着されて構成されており、中筒１１におけるフランジ１１ＡのＺプラス側に、スペーサ５２を介して固定されている。
弾性体２１は、高弾性率を有するステンレス鋼またはインバー鋼等の鉄合金により略円環状に形成されている。弾性体２１のＺプラス側は、複数のスリットが形成された櫛歯部２１Ａとなっている。弾性体２１のＺマイナス側の端面には、圧電体２２が導電性を有する接着剤等によって接着されている。

圧電体２２は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有する圧電素子である。圧電体２２は、図示しない電極部が形成されており、この電極部にフレキシブルプリント基板が電気的に接続されて駆動信号が供給されるようになっている。圧電体２２は、フレキシブルプリント基板を介して供給される駆動信号によって伸縮し、弾性体２１を振動させる。なお、圧電体２２は、電歪素子を用いてもよい。
そして、ステータ２０は、圧電体２２の伸縮によって弾性体２１における櫛歯部２１Ａの先端面に進行波を生じ、櫛歯部２１Ａの先端面が加圧接触している後述するロータ４０を回転駆動する。

ロータ４０は、アルミニウム合金等によって、略円環状に形成されている。ロータ４０は、基部４１のＺマイナス側に肉薄の被駆動部４２が突設された断面形状であって、その基部４１に内挿された回転支持ユニット３０の第１ホルダ３１によって支持されている。

回転支持ユニット３０は、第１ホルダ３１と第２ホルダ３３とでボールユニット３２を軸方向に挟み、ボールユニット３２が軸方向の力を受けて第１ホルダ３１と第２ホルダ３３との相対回転を許容するいわゆるスラストベアリングを構成している。第１ホルダ３１が一般的なスラストベアリングにおける外輪に対応し、第２ホルダ３３は内輪に対応する。この回転支持ユニット３０については、後に詳述する。

回転支持ユニット３０は、第２ホルダ３３が中筒１１に対して摺動移動可能に嵌合して中筒１１に装着されている。第１ホルダ３１はロータ４０の基部４１に固定されてロータ４０を支持している。第１ホルダ３１の後述する加圧環部３１Ｃとロータ４０の基部４１との間には防振材５３が配置されている。

回転支持ユニット３０のＺマイナス側には、中筒１１の端部に固定された固定リング５４との間に軸方向に圧縮変形されるウェーブワッシャ５１が配置されている。
固定リング５４は、内周に突設された係合爪５４Ａが、中筒１１の外周に形成されたＺマイナス側に開放する嵌入部１１Ｂから嵌入して周方向に延びる係合溝１１Ｃに係合し、Ｚプラス方向における位置が規定されると共にＺマイナス方向には所定量移動可能として中筒１１に装着されている。

上記構成のアクチュエータ部１２は、図２中に作用する力を矢印で示すように、回転支持ユニット３０がウェーブワッシャ５１の弾性復帰力でＺマイナス側に押圧付勢され、防振材５３を介してロータ４０（被駆動部４２の端面）をステータ２０（弾性体２１）に加圧接触させている。
これにより、ロータ４０は、ステータ２０における圧電体２２への駆動信号の供給により弾性体２１の櫛歯部１２ａの先端面に生ずる進行波によって回転駆動される。ロータ４０は第１ホルダ３１と共に回転し、その回転力は第１ホルダ３１に植設された出力ピン３１Ｅから図１に示したカム筒５に伝達される。

つぎに、前述した図２および図３に加えて図４を参照し、回転支持ユニット３０について詳細に説明する。
図４（ａ）は、回転支持ユニット３０の拡大断面図、（ｂ）はそのボールユニット３２部分の拡大断面図である。
回転支持ユニット３０は、前述したように、第１ホルダ３１と、ボールユニット３２と、第２ホルダ３３と、により構成されている。

第１ホルダ３１は、軸方向に所定厚さを有する円環状の軌道環部３１Ａと、軌道環部３１Ａと同一外周でＺプラス側に所定長さに延設された短筒状の筒部３１Ｂと、筒部３１ＢのＺプラス側の端部外周側に形成された大径の加圧環部３１Ｃと、を備えている。
軌道環部３１ＡにおけるＺプラス側の面は軸線と直交する第１面３１Ａａとなっており、この第１面３１Ａｓに軌道溝３１Ｄが周方向に形成されている。軌道溝３１Ｄの軌道内周面３１Ｄｓは、後述する第１ホルダ３１における鋼球３２Ｂの周面と略等しい円弧状に形成されている。

筒部３１Ｂは、その軸方向の長さが軌道環部３１ＡのＺプラス側に配設される後述するボールユニット３２および第２ホルダ３３を覆い得るように設定されており、内部はボールユニット３２および第２ホルダ３３の収容空間３４となっている。
加圧環部３１Ｃには、そのＺプラス側に突出して出力ピン３１Ｅが植設されている。
そして、第１ホルダ３１は、その軌道環部３１Ａおよび筒部３１Ｂがロータ４０の基部４１の内周に嵌合し、ロータ４０を支持している。加圧環部３１Ｃとロータ４０の基部４１との間には、防振材５３が配置されている。

ボールユニット３２は、リング状のリテーナ３２Ａによって、複数の鋼球３２Ｂを周方向に所定間隔で回転自在且つ脱落不能に保持している。ボールユニット３２は、第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａと第２ホルダ３３との間に介設され、鋼球３２Ｂは軌道環部３１Ａにおける軌道溝３１Ｄと第２ホルダ３３における後述する軌道溝３３Ａに嵌まる。

第２ホルダ３３は、第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａと略対応する所定厚さの円環状であって、そのＺマイナス側の面は軸線と直交する第２面３３Ａｓとなっており、この第２面３３Ａｓに軌道溝３３Ｂが周方向に形成されている。軌道溝３３Ｂの軌道内周面３３Ｂｓは、第１ホルダ３１における鋼球３２Ｂの周面と略等しい円弧状に形成されている。
第２ホルダ３３は、中筒１１の外周に摺動移動可能に嵌合し、中筒１１のＺマイナス側の端部に固定された固定リング５４との間に配置されたウェーブワッシャ５１によってＺマイナス側に押圧付勢されている。

上記のように構成された回転支持ユニット３０は、第２ホルダ３３がウェーブワッシャ５１によってＺマイナス側に押圧付勢され、その付勢力は、ボールユニット３２の鋼球３２Ｂを第２ホルダ３３（軌道溝３３Ｂ）と第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａ（軌道溝３１Ｄ）の間に挟むように作用し、さらに第１ホルダ３１および防振材５３を介して第１ホルダ３１が保持するロータ４０をステータ２０に圧着させるように作用する。

ボールユニット３２は、その鋼球３２Ｂが第２ホルダ３３の軌道溝３３Ｂと第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａの軌道溝３１Ｄに嵌まり、これによって、第２ホルダ３３から作用する付勢力（スラスト力）を第１ホルダ３１に伝達すると共に第１ホルダ３１を軸中心に調芯された状態に保持する。さらに、鋼球３２Ｂは、軌道溝３３Ａおよび軌道溝３１Ｄに沿って転がることで、第２ホルダ３３に対する軌道環部３１Ａ（第１ホルダ３１）の低摩擦での相対回転を可能とする。
ボールユニット３２（および第２ホルダ３３）は第１ホルダ３１における筒部３１Ｂの内部の収容空間４３に位置しており、これにより、筒部３１Ｂが第１ホルダ３１の回転時におけるボールユニット３２の鋼球３２Ｂの転動振動の外部への漏出を抑制するように機能する。

ところで、上記のように、ボールユニット３２の鋼球３２Ｂがロータ４０をステータ２０に圧着させるスラスト荷重を受けて回転を許容する構成では、鋼球３２Ｂとその接触する構成要素（第１ホルダ３１および第２ホルダ３３）の精度や物性がロータ４０の円滑な回転や音の発生に影響する。
本構成では、鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３における軌道溝３３Ａおよび第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａの軌道溝３１Ｄの表面粗さを、算術平均粗さで０．１μｍ以下とし、また、鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３および第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａをヤング率が４０ＧＰａ以上の材質によって形成する。これにより、回転支持ユニット３０の機能時において鋼球３２Ｂの転動に起因するごろごろ音を小さくする事ができる。

以下、その理由を説明する。
表１および表２は、鋼球３２Ｂの外面、第２ホルダ３３における軌道溝３３Ｂの軌道内周面３３Ｂｓ、および第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａの軌道溝３１Ｄの軌道内周面３１Ｄｓの表面仕上げ（表面粗さ）と、第２ホルダ３３および第１ホルダ３１（軌道環部３１Ａ）の物性（ヤング率）とが、種々異なるものを試作して比較実験した結果を示す。

表１は、鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３における軌道溝３３Ｂの軌道内周面３３Ｂｓ、および第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａの軌道溝３１Ｄの軌道内周面３１Ｄｓの表面粗さを変化させ、その騒音レベルを測定した結果である。

上記表１に示す実験結果から解るように、各構成要素の表面粗さ（算術平均粗さ）と異音レベルとの間には、相関関係が認められ、表面粗さを小さくすると異音レベルが低下する。そして、算術平均粗さ：０．１μｍ以下で、良好な異音レベルが得られた。

表２は、鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３における軌道溝３３Ａ、および第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａの軌道溝３１Ｄを構成する材料のヤング率を変化させ、その騒音レベルを測定した結果を示す。

上記表２に示すように、各構成要素の材料のヤング率が一定値以下では異音発生レベルが高くなる傾向が認められ、ヤング率が４０ＧＰａ以上で異音発生レベルが良好なレベルに低下することがわかった。

以上、説明したように、鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３における軌道溝３３Ａおよび第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａの軌道溝３１Ｄの表面粗さを、算術平均粗さで０．１μｍ以下とし、また、鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３および第１ホルダ３１（軌道環部３１Ａ）をヤング率が４０ＧＰａ以上の材質によって形成することで、回転支持ユニット３０の機能時において発生する異音（ごろごろ音）を小さくする事ができる。その結果、振動アクチュエータ１０全体としての音のレベルを小さくする事が可能となる。
なお、上記条件を満たせば、各構成要素の材質は金属または樹脂等何であっても良い。また、表面粗さの条件を満たす手段としては、研磨等の機械加工に限らず、表面処理によっても良い。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）カメラ１においてレンズ４を駆動する振動アクチュエータ１０のロータ４０を回転自在に保持する回転支持ユニット３０は、ボールユニット３２が第１ホルダ３１における筒部３１Ｂの内部の収容空間４３に収容されて構成されている。これにより、第１ホルダ３１（筒部３１Ｂ）がボールユニット３２における鋼球３２Ｂの転動時の振動の外部への漏出を抑制することができ、振動アクチュエータ１０の駆動音を低減できる。

（２）回転支持ユニット３０は、ボールユニット３２における鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３における軌道溝３３Ａおよび第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａの軌道溝３１Ｄの表面粗さが、算術平均粗さ：０．１μｍ以下として形成され、また、鋼球３２Ｂ、第２ホルダ３３および第１ホルダ３１における軌道環部３１Ａがヤング率：４０ＧＰａ以上の材質によって形成される。これにより、回転支持ユニット３０から発生するごろごろ音を小さくする事ができ、その結果、振動アクチュエータ１０全体としての音のレベルを小さくする事が可能となる。

（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）本実施形態では、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示すが、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であってもよい。
（２）また、本実施形態では、振動アクチュエータ１０のアクチュエータ部１２の構成部材野の配置順序は、上述の順序に限定されず逆の順序であってもよい。
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。

１：カメラ、２：カメラボディ、３：レンズ鏡筒、４：レンズ、５：カム筒、６：撮像素子、１０：振動アクチュエータ、１１：中筒、１２：アクチュエータ部、２０：ステータ、２１：弾性体、２２：圧電体、３０：回転支持ユニット、３１：第１ホルダ、３１Ａ：軌道環部、３１Ｂ：筒部、３１Ｄ：軌道溝、３１Ｄｓ：軌道内周面、３２：ボールユニット、３２Ｂ：鋼球、３３：第２ホルダ、３３Ｂ：軌道溝、３３Ｂｓ：軌道内周面、３４：収容空間、４０：ロータ、５１：ウェーブワッシャ

Claims (6)

1. 電気機械変換素子を含む振動子と、
   前記電気機械変換素子の振動により、前記振動子に対して相対的に回転駆動される相対移動部材と、
   前記相対移動部材を保持するとともに該相対移動部材とともに回転する第１ホルダと、
   前記第１ホルダに設けられた第１の面に対して、間に球を挟んで対向配置される第２の面を有する第２ホルダと、
   前記第２ホルダを前記第１ホルダ側に押圧し、前記相対移動部材と前記振動子との間にスラスト方向の加圧力を発生させる加圧部と、
   を備え、
   前記第１ホルダの前記第１の面には、前記球が転動する第１凹部、前記第２ホルダの前記第２の面には、前記球が転動する第２凹部が設けられ、
   前記第１凹部及び前記第２凹部のうちの少なくとも一つの表面の算術平均粗さが、０．１マイクロメートル以下であること、
   を特徴とする振動波モータ。
2. 請求項１に記載の振動波モータであって、
   前記球の表面の算術平均粗さが、０．１マイクロメートル以下であること、
   を特徴とする振動波モータ。
3. 請求項１または２に記載の振動波モータであって、
   前記第１凹部及び前記第２凹部は、前記相対移動部材の回転方向に沿った溝であること、
   を特徴とする振動波モータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波モータであって、
   前記第１ホルダ及び前記第２ホルダのヤング率は、４０ＧＰａ以上であること、
   を特徴とする振動波モータ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波モータを備えるレンズ鏡筒。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波モータを備えるカメラ。

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