JP2017055554A - Vibration actuator, lens unit, and imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、振動アクチュエータ、レンズユニットおよび撮像装置に関する。 The present invention relates to a vibration actuator, a lens unit, and an imaging apparatus.
電力を機械的振動に変換する振動アクチュエータが知られている。例えば超音波モータにおいて、起動特性を向上させるために、ステータと接触するロータの面にスライダ材を接着することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Vibration actuators that convert electric power into mechanical vibrations are known. For example, in an ultrasonic motor, in order to improve starting characteristics, it has been proposed to bond a slider material to the surface of a rotor that contacts the stator (see, for example, Patent Document 1).
本発明の振動アクチュエータは、電力を機械的振動に変換する電気機械変換部と、電気機械変換部により振動する振動部と、振動部に接触し、振動により振動部に対して相対的に移動する接触部と、を備え、接触部は、振動部に接触する接触面と、接触面に隣接し接触面と交差する方向に設けられた側面とを有し、側面に潤滑剤を含む層が設けられている。 The vibration actuator of the present invention is an electromechanical conversion unit that converts electric power into mechanical vibration, a vibration unit that vibrates by the electromechanical conversion unit, and contacts with the vibration unit and moves relative to the vibration unit by vibration. A contact portion, and the contact portion has a contact surface in contact with the vibration portion, and a side surface provided in a direction adjacent to the contact surface and intersecting the contact surface, and a layer including a lubricant is provided on the side surface. It has been.
本発明のレンズユニットは、前記振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと、を備える。 The lens unit of the present invention includes the vibration actuator and a lens driven by the vibration actuator.
本発明の撮像装置は、前記振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと、前記レンズを含む光学部品により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、を備える。 The imaging apparatus of the present invention includes the vibration actuator, a lens driven by the vibration actuator, and an imaging element that captures a subject image formed by an optical component including the lens.
図1は、振動アクチュエータ100の全体を示す断面模式図である。なお、下記の説明においては、図中上側を「上」、図中下側を「下」として各要素の方向を記載する。しかしながら、これらの記載は、振動アクチュエータ100が図示された方向に限って使用されることを意味するものではない。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the entirety of the
振動アクチュエータ100は、中心軸としての軸部90と、軸部90を中心として上方に向かって順次積層されたベースプレート10と、圧電積層体20と、ステータ30と、ロータ40と、出力歯車60と、トッププレート80とを有する。軸部90の下端には、ベースプレート10が結合される。また、トッププレート80は、ナット92により、軸部90の軸方向に沿って下方に向かって締め込まれる。圧電積層体20、ステータ30、ロータ40および出力歯車60は、ベースプレート10およびトッププレート80の間に挟まれて、軸部90の軸方向に相互に押し付けられる。
The
圧電積層体20は、厚さ方向に互いに積層された複数の電気機械変換部22を含み、ベースプレート10により下方から支持される。圧電積層体20の上面には、ステータ30が重ねられる。これにより、ステータ30は、圧電積層体20により下方から支持される。ステータ30の上面は、ロータ40に対する接触面をなす。
The
ステータ30は、軸部90と同軸に配された振動体32の下端に結合される。これにより、ステータ30が揺動する場合は振動体32も一体的に揺動する。ステータ30の揺動を振動と見做した場合、振動体32はステータ30と共にひとつの振動の系をなす。よって、振動体32の寸法および質量を変化させると、ステータ30の固有振動数も変化する。なお、ステータ30は、振動部の一例である。
The
ロータ40は、接触部42を介して、ステータ30の上面に当接する。接触部42は、ロータ40に対して固定され、ロータ40が軸部90の周りを回転する場合は、ロータ40と共に回転する。また、接触部42は、弾性を有しており、外力が加えられると変形する。このため、ステータ30が軸部90の軸方向に振動した場合も、接触部42は、接触面に追従して変形するので、ステータ30との接触が維持される。
The
ロータ40の上端は、軸部90を回転軸とする回転方向について、出力歯車60の下部と係合する。これにより、ロータ40が軸部90を回転軸として回転した場合は、出力歯車60も連れ従って回転する。
The upper end of the
出力歯車60は、軸受け部70を介して軸部90から軸支される。これにより、出力歯車60に負荷がかかっている場合であっても、出力歯車60は、軸部90の周りを円滑に回転する。出力歯車60の外周にはピニオンギアが切られており、出力歯車60は、出力歯車60の回転を外部に出力できる。
The
与圧部50は、例えば、伸長方向に付勢されたコイルバネであり、その上端は、出力歯車60の下面に当接する。与圧部50の下端は、ロータ40の内面に上向きに形成された段差に当接する。
The pressurizing
出力歯車60は、内面に上向きに形成された段差を有する。出力歯車60の上向きに形成された段差は、軸受け部70の下面に当接する。軸受け部70の上面はトッププレート80に当接するので、出力歯車60が上方に変位することはない。そのため、上端が出力歯車60に当接した与圧部50は、下端が当接したロータ40を、ステータ30に向けて付勢する。
The
図2は、図1におけるA部の拡大図である。接触部42は、ステータ30と接触する接触面120と、接触面120に隣接し、接触面120と交差する方向に設けられた側面122、124を有する。接触部42の側面122には、潤滑剤を含む樹脂層110が形成され、側面124には、同じく潤滑剤を含む樹脂層112が形成されている。
FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. The
樹脂層110および112の厚さは、接触部42のステータ30に対する相対移動方向に対して直交する方向で定められる。接触部42は、ステータ30に対して、軸部90を中心として回転する。そのため、ステータ30に対する相対移動方向に対する直交する方向は、図2においては、軸部90を中心に左右外側へ向かう方向となる。したがって、樹脂層110の厚さは、寸法114となり、樹脂層112の厚さは、寸法116となる。
The thickness of the
振動アクチュエータ100において、寸法114は10μmであり、寸法116は10μmである。また、接触部42の厚さである寸法44は80μmである。したがって、樹脂層110および112の厚さは、接触部42の厚さ44の25%となる。樹脂層の厚さは、接触部42の厚さに対して15%以上であって、30%未満とすることが好ましい。樹脂層の厚さを接触部42の厚さに対して15%より小さくすると後述する鉄粉の酸化防止効果が小さくなる。また、樹脂層の厚さを接触部42の厚さに対して30%以上としても鉄粉の酸化防止効果を高めることができず、振動アクチュエータ100の製造費用が向上する。
In the
また、接触部42は、ステータ30との接触によりステータ30よりも多く摩耗するようにしている。例えば、接触部42をステンレス鋼により形成し、ステータ30をセラミックにより形成する。一般的に、ステンレス鋼は、セラミックよりも硬度が低いので、接触部42は、ステータ30との接触により、ステータ30よりも多く摩耗する。
Further, the
接触部42の接触面は、ステータ30との間で空隙を形成する孔部を有する。セラミックスは、原料粉末の固相反応により製造されるので、不可避に空隙を含む。このため、セラミックスにより形成されたステータ30の表面には空隙が形成される。
The contact surface of the
セラミックスの例としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等の粉末を原料として焼結したセラミックスを用いることができる。より具体的には、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素および窒化ケイ素のいずれか、または、これらを二種以上含有する材料を用いることができる。本実施形態においては、酸化ジルコニウムを用いた。 As an example of ceramics, ceramics sintered using powders of metal oxides, metal nitrides, metal carbides and the like as raw materials can be used. More specifically, any of aluminum oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, titanium nitride, silicon carbide, and silicon nitride, or a material containing two or more of these can be used. In this embodiment, zirconium oxide was used.
また、ステンレス鋼の例としては、焼きを入れて弾性材料として使用できるSUS420J2等の他、SUS431、403、410、420、440等のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いることができる。また、振動アクチュエータ100の仕様に応じて、SUS304のようなオーステナイト系ステンレス鋼等の他のステンレス鋼、鉄系合金等を用いてもよい。本実形態においては、SUS420J2を用いた。
樹脂層110および112に含まれる潤滑剤としては、フッ素系の樹脂が使用できる。より具体的には、PTFE(テトラフルオロエチレン樹脂)、PFA(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体)、FEP(パーフルオロエチレン−プロピレン共重合体)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、ECTFE(エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体)、PVDF(ポリビニリデンフルオロライド)、PVF(ポリビニルフルオライド)、TFE/PDD(テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体)のいずれか、または、これらを二種以上含有する材料を用いることができる。本実施形態においては、PTFEを含むファインケミカル社のFC−103耐熱TFEコートを用いた。
As examples of stainless steel, martensitic stainless steels such as SUS431, 403, 410, 420, and 440 can be used in addition to SUS420J2 that can be used as an elastic material by baking. Further, depending on the specification of the
As the lubricant contained in the resin layers 110 and 112, a fluorine-based resin can be used. More specifically, PTFE (tetrafluoroethylene resin), PFA (tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), FEP (perfluoroethylene-propylene copolymer), ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer) Coalescence), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), ECTFE (ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVF (polyvinyl fluoride), TFE / PDD (tetrafluoroethylene-perfluoro) Any of the dioxole copolymers) or a material containing two or more of these can be used. In this embodiment, an FC-103 heat resistant TFE coat manufactured by Fine Chemical Co., which contains PTFE was used.
次に、樹脂層の形成方法について樹脂層110を例に説明する。まず、エタノールを用いて洗浄して乾燥させた接触部42を準備し、樹脂層110を形成しない領域にマスキングを施す。次いで、FC−103耐熱TFEコートを用いて均一にPTFEを接触部42の側面122に塗布する。PTFEの塗布により、接触部42の重量が2mg増加したら、オーブンを用いて200℃で20分間焼き付けを行う。このようにして、接触部42の側面122に、固層のPTFE潤滑剤を含む厚さ10μmの樹脂層110を形成した。塗布量の2mgは、塗布面積およびPTFEの密度から算出した、膜厚を10μmとするのに必要なPTFEの重量である。
Next, a method for forming the resin layer will be described using the
なお、接触部42へのフッ素系樹脂の塗布は、フッ素系の樹脂を溶解させた溶液に、接触部42を当該溶液に浸すことにより塗布してもよい。また、樹脂層110の厚みについては、予め定められた厚さよりも厚く形成し、その後、予め定められた厚さになるように削って調整してもよい。
Note that the fluorine resin may be applied to the
図3は、圧電積層体20を形成する電気機械変換部22の斜視図である。電気機械変換部22の各々は、圧電材料板24、駆動電極21、23、25、27および共通電極26を有し、電力を機械的振動に変換する。
FIG. 3 is a perspective view of the
圧電材料板24は、PZT等の圧電材料により形成された円板状の部材である。圧電材料板24の下面は、共通電極26により一面が覆われている。圧電材料板24の上面は、周方向に分割して配された複数の駆動電極21、23、25、27が配されている。駆動電極21、23、25、27および共通電極26は、ニッケル、金等の電極材料を、鍍金、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接付着させて形成する。
The
これにより、例えば、共通電極26を接地電位に固定し、駆動電極21、23、25、27のいずれかに駆動電圧を印加した場合、当該駆動電極21、23、25、27の領域に限って圧電材料板24の厚さが変化する。
Thereby, for example, when the
圧電積層体20は、上記のような電気機械変換部22を、絶縁層を介して複数積層して形成される。また、圧電積層体20の複数の電気機械変換部22において、同じ位置にある駆動電極21、23、25、27には、同じ駆動電圧が、同じタイミングで印加される。
The
図4の(a)から図4(d)は、振動アクチュエータ100における圧電積層体20の動作を説明する図である。圧電積層体20において、電気機械変換部22の複数の駆動電極21、23、25、27のいずれかに対して選択的に駆動電圧を印加すると、当該駆動電極21、23、25、27の位置において圧電材料板24の厚さの変化が重畳される。これにより、ベースプレート10に対するステータ30の傾きが大きく変化する。
4A to 4D are views for explaining the operation of the
図4(a)に示す状態では、紙面手前側の駆動電極27に圧電体を伸長させる電圧を印加し、紙面奥側の駆動電極23に圧電体を収縮させる電圧を印加している。これにより、当初はベースプレート10に対して平行であったステータ30が、図示のように紙面後方に向かって傾斜する。
In the state shown in FIG. 4A, a voltage for extending the piezoelectric body is applied to the
次いで、ステータ30を上から見た場合に時計周りに、電圧を印加する駆動電極21、23、25、27を順次切り替えることにより、図4(b)〜図4(d)に示すように、ステータ30の傾く方向を時計周りに回転させることができる。なお、電圧を印加する順序を逆にした場合は、ステータ30の傾きの回転方向が反転する。
Next, when the
再び、図1を参照すると、振動アクチュエータ100において、ロータ40は与圧部50に付勢されるので、接触部42がステータ30に対して定常的に押し付けられ接触している。このため、ロータ40は、傾斜方向を回転させつつ揺動するステータ30から摩擦駆動力を得て、ステータ30に対して相対的に回転する。
Referring again to FIG. 1, in the
このとき、ロータ40は、ステータ30の傾斜方向の回転と逆に回転する。よって、振動アクチュエータ100を上から見下ろした場合に、上記のようにステータ30の傾き方向が時計周りに回転した場合は、ロータ40の回転方向は反時計周りになる。こうして、圧電積層体20に駆動電圧を供給された場合にロータ40が回転運動する振動アクチュエータ100が形成される。
At this time, the
なお、振動アクチュエータ100の駆動電圧の周波数は、圧電積層体20、ステータ30、振動体32および軸部90等、振動アクチュエータ100が動作する場合に振動する部分の固有振動数に近いことが好ましい。これにより、投入した電力に対して効率よく駆動力を発生させることができる。
Note that the frequency of the drive voltage of the
また、振動アクチュエータ100が発生する回転駆動力は、ステータ30とロータ40との摩擦力によって生じる。ここで、「F(摩擦力)=μ(摩擦係数)×N(負荷荷重)」という原理に従い、負荷荷重Nが一定ならば摩擦力F∝摩擦係数μという関係が成り立つ。よって、振動アクチュエータ100においては、与圧部50の付勢力を強くしてステータ30およびロータ40の摩擦を大きくすることにより、駆動効率を向上させて出力トルクを増加させることができる。
The rotational driving force generated by the
次に、樹脂層110、112が設けられていない振動アクチュエータにおいて、駆動しない状態で放置した後に再び駆動すると、安定した駆動性能が得られない状況について説明する。図5は、駆動しない状態で30分放置した後のロータの回転時間に対するロータの回転数の変化を示すグラフであり、3回続けて駆動を行った場合を示している。図5において、縦軸は回転数[rpm]であり、横軸は回転時間[sec]である。図5のグラフから、樹脂層110、112を設けていない振動アクチュエータは、1回目の駆動では回転開始から0.4秒の間、ロータ40は、ほとんど回転していないことが見て取れる。その後、徐々にロータ40は回転し始め、約5秒後に150rpmに近い回転数に到達する。
Next, in a vibration actuator in which the resin layers 110 and 112 are not provided, a description will be given of a situation in which stable driving performance cannot be obtained if the vibration actuator is left driven without being driven and then driven again. FIG. 5 is a graph showing a change in the number of rotations of the rotor with respect to the rotation time of the rotor after being left for 30 minutes without being driven, and shows a case where driving is performed three times in succession. In FIG. 5, the vertical axis represents the rotation speed [rpm], and the horizontal axis represents the rotation time [sec]. From the graph of FIG. 5, it can be seen that in the vibration actuator not provided with the resin layers 110 and 112, the
1回目の測定の直後に行った2回目の測定では、0.1秒後から150rpm以上の回転数に到達している。また、2回目の測定の直後に行った3回目の測定においても0.1秒後から150rpm以上の回転数に到達している。このことから、樹脂層110、112を設けていない振動アクチュエータにおいて、駆動しない状態で30分間放置すると、その後の1回目の駆動において、ロータ40の回転数が上がらず、振動アクチュエータの駆動性能が安定しなくなることが判明した。
In the second measurement performed immediately after the first measurement, the rotational speed of 150 rpm or more has been reached after 0.1 seconds. Further, in the third measurement performed immediately after the second measurement, the rotation speed reaches 150 rpm or more after 0.1 second. Therefore, if the vibration actuator without the resin layers 110 and 112 is left in a state where it is not driven for 30 minutes, the rotational speed of the
図6は、振動アクチュエータの待機時間に対する接触部42とステータ30との摩擦係数の変化を示すグラフである。図6において、縦軸は摩擦係数であり、横軸は待機時間[min]である。図6のグラフから、待機時間とともに、接触部42とステータ30との摩擦係数が低下していくことが見て取れる。具体的には、60分間の待機時間により、摩擦係数は0.8から0.4まで低下した。このような待機時間による摩擦係数の低下が図5に示したような、駆動開始時にロータ40の回転数が上がりにくい原因となっていると考えられる。
FIG. 6 is a graph showing changes in the friction coefficient between the
図7は、待機時間に対するステータ上に残った鉄粉の酸素濃度の変化を示すグラフである。図7において、縦軸は酸素濃度[a.u.](任意単位(arbitrary unit))であり、横軸は待機時間[min]である。図7のグラフから、待機時間とともに、鉄粉の酸素濃度は高くなり、60分間の待機時間により、酸素濃度は、0.60a.u.から0.67a.u.に増加した。このように、酸素濃度の上昇と、摩擦係数の低下は、いずれも60分間の待機時間で変化しており、その変化の傾向が一致した。このことから、接触部42とステータ30との間に介在する鉄粉が酸化されたことによって、接触部42とステータ30との摩擦係数が低下したと考えられた。なお、図5、図6および図7に示した結果は、樹脂層110、112が形成されていないこと以外の構成は、振動アクチュエータ100と同じ振動アクチュエータを用いている。
FIG. 7 is a graph showing a change in the oxygen concentration of iron powder remaining on the stator with respect to the standby time. In FIG. 7, the vertical axis represents the oxygen concentration [a. u. ] (Arbitrary unit), and the horizontal axis is the waiting time [min]. From the graph of FIG. 7, the oxygen concentration of the iron powder increases with the waiting time, and the oxygen concentration becomes 0.60 a. u. To 0.67a. u. Increased to. Thus, both the increase in the oxygen concentration and the decrease in the friction coefficient were changed in the standby time of 60 minutes, and the tendency of the change was consistent. From this, it was considered that the friction coefficient between the
図8は、立ち上がり性能と、鉄粉の酸化の有無とを示す表である。図8において「立ち上がり性能」の欄における○は、駆動しない状態で1時間放置した後においても駆動開始の0.1秒後から150rpmに近い回転数に到達したことを示し、×は、駆動開始の0.1秒後に、ほとんど回転しなかったことを示す。また、図8において「酸化の有無」の欄における○は、ステータ30上に存在する鉄粉の酸化が抑制されたことを示し、×は、ステータ30上に存在する鉄粉の酸化が抑制されなかったことを示す。
FIG. 8 is a table showing the rising performance and the presence or absence of iron powder oxidation. In FIG. 8, “○” in the column of “rise performance” indicates that the rotational speed approaching 150 rpm has been reached after 0.1 seconds from the start of driving even after being left undriven for 1 hour, and “×” indicates the start of driving. After 0.1 second, the rotation was hardly observed. In FIG. 8, “O” in the “Oxidation presence / absence” column indicates that the oxidation of the iron powder existing on the
図8の表に示すように、樹脂層110、112が形成された振動アクチュエータ100は、駆動しない状態で1時間放置したとしても、0.1秒後から150rpmの回転数となった。一方、樹脂層110、112が形成されていない振動アクチュエータにおいては、図5に示すように、0.1秒後において10rpm程度の回転数しか得られなかった。また、樹脂層110、112が形成された振動アクチュエータ100は、駆動しない状態において、ステータ30上に存在する鉄粉の酸素濃度の上昇がなかったのに対し、樹脂層110、112が形成されていない振動アクチュエータは、図7に示すように、酸素濃度の上昇が見られた。
As shown in the table of FIG. 8, the
樹脂層110、112が形成された振動アクチュエータ100において、ステータ30との摩擦により接触部42が摩耗して、潤滑剤を含む鉄粉が生じる。潤滑剤を含む鉄粉は、ステータ30と接触部42との間に介在する。この状態において、接触部42とステータ30とが接触しながら回転すると、潤滑剤は、鉄粉の周囲を覆うように押し広げられる。これにより、接触部42とステータ30との間に介在する鉄粉の酸化が抑制される。この酸化の抑制により、樹脂層110、112が形成された振動アクチュエータ100においては、駆動しない状態で長期間放置した後においても、ステータ30と接触部42の摩擦係数は低下しない。これにより、駆動しない状態で長期間放置されても、初期の駆動性能が不安定にならず、安定した駆動性能を有する振動アクチュエータが実現できる。
In the
また、ステータ30と接触部42との間に介在される鉄粉は、ステータ30との摩擦によりその後に生じた鉄粉と順次入れ替わる。潤滑剤を含む樹脂層110、112は、接触部42の側面122および124に形成されているので、摩耗により生じた鉄粉には潤滑剤が含まれる。潤滑剤を含む鉄粉がステータ30と接触部42との間に供給され続けるので、長時間駆動して、接触部42が摩耗した後においても、ステータ30と接触部42との間に介在する鉄粉の酸化は抑制される。したがって、振動アクチュエータ100を長期間駆動した後において、駆動しない状態で長期間放置されたとしても、駆動性能は不安定にならない。
In addition, the iron powder interposed between the
このように、本実施形態の振動アクチュエータ100は、定常的な回転数、すなわち目標とする回転数に到達するまでの時間が短く、通電後の立ち上がり特性に優れるといえる。また、本実施形態の振動アクチュエータ100は、駆動しない状態で長期間放置されたとしても、長期間放置される前と同じ駆動の応答性を示すので、駆動前の条件によらず、駆動の応答性が一定であるといえる。
Thus, it can be said that the
一方、接触面120にのみ潤滑剤を含む樹脂層を設けた場合において、接触面120が摩耗した後は、潤滑剤を含まない鉄粉が生じる。そして、ステータ30と接触部42との間に介在する鉄粉が、潤滑剤を含まない鉄粉と入れ替わった後においては、ステータ30と接触部42との間に介在する鉄粉の酸化は抑制されない。そのため、駆動しない状態で長期間放置した後においては、安定した駆動性能が得られない。
On the other hand, when the resin layer containing the lubricant is provided only on the
なお、本実施形態において、側面122、124に樹脂層110、112を形成した例を示した。しかしながら、これに限られず、樹脂層を形成する側面は、側面122または124の何れか一方であってよい。
In the present embodiment, an example in which the resin layers 110 and 112 are formed on the side surfaces 122 and 124 is shown. However, the present invention is not limited to this, and the side surface on which the resin layer is formed may be either the
図9は、60分駆動後におけるステータ30の摩耗量を示す。図9において、縦軸は摩耗量[μm]であり、横軸は接触部42の材質および樹脂層の有無を示す。図9に示すように、樹脂層110、112を設けた振動アクチュエータ100は、60分駆動後におけるステータ30の摩耗量が0.4μmであった。一方、樹脂層110、112を設けていない振動アクチュエータは、60分駆動後におけるステータ30の摩耗量が1.5μmであった。このように、接触部42の側面122、124に樹脂層110、112を設けることによって、ステータ30の摩耗量をも低減できる振動アクチュエータが実現できることが判明した。
FIG. 9 shows the amount of wear of the
図10は、他の接触部の拡大図を示す。図10(a)は、他の接触部46を示す。接触部46におけるステータ30と接する部分は、ステータ30と接する側の厚みが薄くなった先細りの形状を有する。この場合において、ステータ30との接触面積は、接触部46の摩耗とともに大きくなる。この接触面積に応じた厚さで、樹脂層130、132を形成してもよい。例えば、図10(a)に示した接触部46は、上側に向かうにしたがい厚くなっている接触部46に対応させて、上方に向かって樹脂層130、132が厚くなるように形成されている。
FIG. 10 shows an enlarged view of another contact portion. FIG. 10A shows another
接触部46において、ステータ30との摩擦により摩耗すると、ステータ30と、接触部46との接触面積は大きくなる。このように、接触部46の摩耗により変化する接触面積に応じて、樹脂層130、132の厚みを変化させ、接触面積に対する樹脂層の厚さの割合を予め定められた範囲内、例えば、15%以上であって30%未満の範囲内としている。これにより、接触部46が摩耗したとしても、接触面積に対して同じ割合で潤滑剤を供給できるので、鉄粉の酸化防止を安定的に実現できる。
When the
図10(b)は、他の接触部48を示す。他の接触部48において、樹脂層130は、樹脂層130の外側を覆う保護層136をさらに含む。また、樹脂層132は、樹脂層132の外側を覆う保護層138をさらに含む。このように、樹脂層は、樹脂層の外側を覆う保護層136、138を含んでもよく、保護層136、138を設けることによって、樹脂層130、132の剥がれ等を防止できる。また、樹脂層130、132に硬化剤を含ませて、樹脂層130、132の硬度を高くしてもよい。硬化剤としては、ガラス繊維を用いることができる。
FIG. 10B shows another
図11は、振動アクチュエータ100を備えたカメラ200の模式的断面図である。カメラ200は、レンズユニット202およびカメラボディ201を含む。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a
レンズユニット202は、マウントシステム203を介して、カメラボディ201に対して着脱自在に装着される。レンズユニット202は、レンズ等の光学部品から構成される光学系280と、光学系280を収容する鏡筒270と、鏡筒270の内部に設けられて光学系280を駆動する振動アクチュエータ100とを備える。
The
光学系280は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、前球282、変倍レンズ284、合焦レンズ286および主レンズ288を含む。合焦レンズ286および主レンズ288の間には、絞り装置290が配置される。
The
振動アクチュエータ100は、光軸方向について鏡筒270の中程にあって相対的に小径な合焦レンズ286の下方に配置される。これにより、鏡筒270の径を拡大することなく、振動アクチュエータ100は鏡筒270内に収容される。振動アクチュエータ100は、例えば、合焦レンズ286を光軸Xの方向に前進または後退させる。
The
カメラボディ201は、ファインダ240、制御部250、メインミラー262を収容する。メインミラー262は、レンズユニット202の光学系280を介して入射した被写体光束の光路上に傾斜して配置される斜設位置と、被写体光束を避けて上昇する退避位置(図中に点線で示す)との間を移動する。
The
斜設位置にあるメインミラー262は、被写体光束の大半を、上方に配置されたピント板266に導く。ピント板266は撮像素子220と光学的に共役な位置にあり、ピント板266に形成された被写体像は、ペンタプリズム248を通じてファインダ240から,正立正像として観察される。また、被写体光束の一部は、ペンタプリズム248により測光部252に導かれる。測光部252は、被写体輝度に応じた被写体光束の強度およびその分布を測定する。
The
ファインダ240は、接眼部242、ファインダ用表示部244およびハーフミラー246を含む。ファインダ用表示部244は、カメラ200に設定された撮影条件等の情報を表す表示画像を生成する。ハーフミラー246は、ファインダ用表示部244に生成された表示画像を、フォーカシングスクリーンの映像に重畳する。これにより、ユーザは、ピント板266に形成された被写体像とファインダ用表示部244に形成された表示画像とを、接眼部242から併せて観察できる。
The
また、メインミラー262は、裏面にサブミラー264を有する。サブミラー264は、メインミラー262のハーフミラー部を透過した一部の被写体光束を、下方に配置された合焦部254に導く。これにより、メインミラー262が斜設位置にある場合は、合焦レンズ286の合焦位置を検出する。なお、メインミラー262が退避位置に移動した場合は、サブミラー264も被写体光束から退避する。
The
カメラボディ201において、レンズユニット202に対してメインミラー262の後方には、シャッタ230、光学フィルタ222および撮像素子220が順次配置される。シャッタ230が開放される場合は、その直前にメインミラー262が退避位置に移動するので、被写体光束は直進して撮像素子220に入射される。これにより、入射光の形成する画像が撮像素子220において電気信号に変換される。
In the
カメラ200において、レンズユニット202はカメラボディ201に対して電気的にも結合されている。これにより、レンズユニット202は、カメラボディ201から電力の供給を受けると共に、カメラボディ201の制御部250の制御の下に、カメラボディ201と連携して動作する。よって、例えば、カメラボディ201側の合焦部254が検出した被写体までの距離の情報に基づいて振動アクチュエータ100の回転量および回転方向を制御することによりオートフォーカス機構を形成できる。
In the
なお、振動アクチュエータ100により合焦レンズ286を移動させる場合について例示したが、絞り装置290の開閉、変倍レンズ284におけるバリエータレンズの移動等を振動アクチュエータ100で駆動してもよい。この場合も、電気信号を介して測光部252、ファインダ用表示部244等と情報を参照し合うことにより、振動アクチュエータ100は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。
Although the case where the focusing
また、振動アクチュエータ100は、撮影機、双眼鏡等の光学系以外の用途にも使用できる。例えば、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源等を例示できる。
The
図12は、振動アクチュエータ101を含む光学機器300の模式図である。光学機器300は、光学部品302、保持枠304および案内軸306と、振動アクチュエータ101とを備える。
FIG. 12 is a schematic diagram of an
保持枠304は、レンズ等の光学部品302を保持する。また、保持枠304は、一対の案内軸306を挿通されて摺動可能に支持される。案内軸306は、光学部品302の光軸方向に互いに平行に配される。
The holding
保持枠304は、全体として円筒形をなすが、側周面の図中下部には平坦な当接面308を有する。当接面308は、案内軸306の軸方向に平行に形成され、振動アクチュエータ101の一部をなす。当接面308は、保持枠304の一部を加工して形成してもよいし、保持枠304の側周面に他の部材を付加して形成してもよい。
The holding
振動アクチュエータ101は更に、電気機械変換部322および伝達部331を含む。電気機械変換部322および伝達部331は、保持枠304に対して、図中下側に配され、保持枠304の側周面に位置する当接面308に当接する。
The
振動アクチュエータ101においては、電気機械変換部322および伝達部331が、案内軸306に対して相対位置を固定された状態で、保持枠304の当接面308に駆動力を伝達する。これにより、光学部品302は、保持枠304と共に、案内軸306に沿って光軸方向に移動する。これにより、光学部品302を含む光学系の特性が変化する。
In the
図13は、電気機械変換部322および伝達部331が一体となった組立体の斜視図である。伝達部331は矩形板状の形状を有し、図中下面に電気機械変換部322を有する。伝達部331の上面には、長手方向に離間して図中上方に突出する一対の突起部342が設けられる。光学機器300においては、突起部342の先端が、保持枠304の当接面308に当接する。
FIG. 13 is a perspective view of an assembly in which the
電気機械変換部322は、圧電材料により形成された一対の圧電ブロックを含む。圧電ブロックは、伝達部331の長手方向に離間して配置される。一対の圧電ブロックは相互に絶縁され、個別に駆動電圧を印加できる。これにより、保持枠304の当接面308に当接させた状態で、伝達部331を変形させることができる。
The
図14は、振動アクチュエータ101の動作を説明する模式図である。図14において、(A)列は、一対の圧電ブロックに印加される2相の駆動電圧A、Bの実効値の変化を、タイミングt1からタイミングt9に至る時間の経過に従って示す。駆動電圧A、Bは、相互に位相が90度ずれた状態で周期的に変化する。
FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the operation of the
図14において、(B)列は、上記駆動電圧A、Bを印加された電気機械変換部322により伝達部331に生じる横振動の時間的変化を示す。ここで、横振動とは、電気機械変換部322が位相差をもって伸縮することにより伝達部331が屈曲変形した場合に、伝達部331の長手方向と直交する方向に変位を生じる振動を意味する。伝達部331は、駆動電圧A、Bの変動周期に対して4次の横振動モードを有する。
In FIG. 14, column (B) shows temporal changes in lateral vibration generated in the
図14において、(C)列は、上記駆動電圧A、Bを印加された電気機械変換部322により伝達部331に生じる縦振動の時間的変化を示す。ここで、縦振動とは、電気機械変換部322の伸縮に伴って伝達部331が伸縮することにより、伝達部331の長手方向に変位を生じる振動を意味する。伝達部331は、駆動電圧A、Bの変動周期に対して1次の縦振動モードを有する。
In FIG. 14, column (C) shows temporal changes in longitudinal vibration generated in the
図14において、(D)列は、上記横振動および上記縦振動の合成により、伝達部331の突起部342先端に生じる楕円運動の時間的変化を示す。突起部342は、伝達部331の4次振動モードの腹の位置に配される。また、伝達部331は、例えば、長手方向中央において、案内軸306に対して相対的に固定される。これにより、突起部342の先端は、保持枠304の当接面308を、案内軸306の長手方向に突き動かす駆動力を生じる。これにより保持枠304は案内軸306の長手方向に沿って移動する。
In FIG. 14, column (D) shows temporal changes in elliptical motion generated at the tip of the
上記のような振動アクチュエータ101においても、当接面308および突起部342のいずれか一方を金属系材料により形成すると共に、他方をセラミックにより形成する。そして、金属系材料により形成された部材の側面に潤滑剤を含む樹脂層を設ける。例えば、図13に示した例において、保持枠304の表面に形成される当接面308をセラミックス材料等により形成し、突起部342と一体的な伝達部331を金属材料により形成する。そして、突起部342の側面332に潤滑剤を含む樹脂層を形成する。これにより、駆動しない状態で長期間放置されても、安定した駆動性能を有する振動アクチュエータとすることができる。
Also in the
図15は、振動アクチュエータ102の側面図である。振動アクチュエータ102は、図中下側から順次積層された、ベースプレート410、与圧部450、加圧板451、電気機械変換部422、伝達部431、ロータ440、緩衝板463および出力部461を有する。
FIG. 15 is a side view of the
与圧部450は、図中下端をベースプレート410に固定される。また与圧部450は、加圧板451を上方向に押し上げる付勢力を発揮する。加圧板451は、互いに一体をなす電気機械変換部422および伝達部431を、更に上方のロータ440に向かって押し付ける。これにより、伝達部431は、ロータ440の図中下面に形成された当接部442に押し当てられる。
The pressurizing
ロータ440は、ベースプレート410に対して回転可能に配される。また、ロータ440は、緩衝板463を挟んで出力部461に結合される。これにより、ロータ440に生じた運動のうち、回転運動が出力部461に伝えられ、紙面と平行な回転軸の回りに、ロータ440および出力部461が一体的に回転する。また、ロータ440に生じた高さ方向の振動は、緩衝板463に吸収される。これにより、出力部461は、回転運動を効率よく外部に伝達できる。
The
図16は、振動アクチュエータ102の電気機械変換部422および伝達部431の組立体と、ロータ440の当接部442との斜視図である。図15と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
FIG. 16 is a perspective view of the assembly of the
振動アクチュエータ102において、電気機械変換部422は、環状の伝達部431の図中下面に配された複数の圧電ブロックを含む。複数の圧電ブロックは、伝達部431の周方向に離間して配置される。一対の圧電ブロックは相互に絶縁され、個別に駆動電圧を印加できる。これにより、ロータ440の当接部442に当接させた状態で、伝達部431を部分的に変形させることができる。
In the
また、伝達部431は、径方向に形成された複数の溝435を図中上面に有する。これにより、伝達部431の曲げ剛性が低くなり、電気機械変換部422による伝達部431の変形が容易になる。
Moreover, the
ロータ440は全体として環状をなし、径方向の幅が狭い当接部442を下端に有する。これにより、当接部442は、伝達部431に対して強く押し付けられる。
The
図17は、振動アクチュエータ102の動作を説明する展開図である。図16を参照して説明したように、伝達部431の長手方向に配置された複数の圧電ブロックに、位相差を有して周期的に変動する駆動電圧を印加することにより、伝達部431に横振動および縦振動を生じさせることができる。
FIG. 17 is a development view for explaining the operation of the
振動アクチュエータ102においては、伝達部431が環状なので、横振動が生じる位置を順次移動させることにより、周方向に進行する進行波が伝達部431に生じる。よって、伝達部431に当接する環状の当接部442には周方向の駆動力が伝達され、ロータ440が回転する。
In the
上記のような振動アクチュエータ102においても、当接部442および伝達部431のいずれか一方を金属系材料により形成すると共に、他方をセラミックにより形成する。そして、金属系材料により形成された部材の側面に潤滑剤を含む樹脂層を設ける。例えば、図16に示した例において、変形しない当接部442をセラミックス材料により形成し、進行波の発生と共に変形する伝達部431を金属系の材料により形成する。そして、伝達部431の側面432に潤滑剤を含む樹脂層を形成する。これにより、振動アクチュエータ102においても、駆動しない状態で放置された場合においても、安定した駆動を得ることができる。
Also in the
10、410 ベースプレート、20 圧電積層体、21、23、25、27 駆動電極、22、322、422 電気機械変換部、24 圧電材料板、26 共通電極、30 ステータ、32 振動体、40、440 ロータ、42、46、48 接触部、44、114、116 寸法、50、450 与圧部、60 出力歯車、70 軸受け部、80 トッププレート、90 軸部、92 ナット、100、101、102 振動アクチュエータ、110、112、130、132 樹脂層、120 接触面、122、124、332、432 側面、136、138 保護層、200 カメラ、201 カメラボディ、202 レンズユニット、203 マウントシステム、220 撮像素子、222 光学フィルタ、230 シャッタ、240 ファインダ、242 接眼部、244 ファインダ用表示部、246 ハーフミラー、248 ペンタプリズム、250 制御部、252 測光部、254 合焦部、262 メインミラー、264 サブミラー、266 ピント板、270 鏡筒、280 光学系、282 前球、284 変倍レンズ、286 合焦レンズ、288 主レンズ、290 絞り装置、300 光学機器、302 光学部品、304 保持枠、306 案内軸、308 当接面、331、431 伝達部、342 突起部、435 溝、442 当接部、451 加圧板、461 出力部、463 緩衝板 10, 410 Base plate, 20 Piezoelectric laminate, 21, 23, 25, 27 Drive electrode, 22, 322, 422 Electromechanical converter, 24 Piezoelectric material plate, 26 Common electrode, 30 Stator, 32 Vibrator, 40, 440 Rotor 42, 46, 48 Contact part, 44, 114, 116 Dimensions, 50, 450 Pressurizing part, 60 Output gear, 70 Bearing part, 80 Top plate, 90 Shaft part, 92 Nut, 100, 101, 102 Vibration actuator, 110, 112, 130, 132 Resin layer, 120 Contact surface, 122, 124, 332, 432 Side surface, 136, 138 Protective layer, 200 Camera, 201 Camera body, 202 Lens unit, 203 Mount system, 220 Image sensor, 222 Optical Filter, 230 Shutter, 240 Fine 242 Eyepiece unit, 244 Display unit for viewfinder, 246 Half mirror, 248 Penta prism, 250 Control unit, 252 Photometric unit, 254 Focus unit, 262 Main mirror, 264 Sub mirror, 266 Focus plate, 270 Lens barrel, 280 Optics System, 282 front sphere, 284 zoom lens, 286 focusing lens, 288 main lens, 290 aperture device, 300 optical equipment, 302 optical components, 304 holding frame, 306 guide shaft, 308 abutting surface, 331, 431 transmission section 342 Protruding part 435 Groove 442 Abutting part 451 Pressure plate 461 Output part 463 Buffer plate
Claims (12)
前記電気機械変換部により振動する振動部と、
前記振動部に接触し、前記振動により前記振動部に対して相対的に移動する接触部と
を備え、
前記接触部は、前記振動部に接触する接触面と、前記接触面に隣接し前記接触面と交差する方向に設けられた側面とを有し、前記側面に潤滑剤を含む層が設けられている振動アクチュエータ。 An electromechanical converter that converts electrical power into mechanical vibration;
A vibrating section that vibrates by the electromechanical converter;
A contact part that contacts the vibration part and moves relative to the vibration part by the vibration;
The contact portion has a contact surface in contact with the vibration portion and a side surface provided in a direction adjacent to the contact surface and intersecting the contact surface, and a layer including a lubricant is provided on the side surface. Vibration actuator.
前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと
を備えるレンズユニット。 The vibration actuator according to any one of claims 1 to 10,
A lens unit including a lens driven by the vibration actuator.
前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと、
前記レンズを含む光学部品により結像された被写体像を撮像する撮像素子と
を備えた撮像装置。 The vibration actuator according to any one of claims 1 to 10,
A lens driven by the vibration actuator;
An image pickup apparatus comprising: an image pickup device that picks up a subject image formed by an optical component including the lens.
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