JP2018101094A - Vibration type actuator, lens driving device, optical instrument, and electronic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、振動型アクチュエータ、レンズ駆動装置、光学機器及び電子機器に関し、特に、振動型アクチュエータを用いてレンズ等の駆動対象物を移動させる技術に関する。 The present invention relates to a vibration type actuator, a lens driving device, an optical device, and an electronic device, and more particularly to a technique for moving a driving object such as a lens using a vibration type actuator.
小型軽量で駆動力が大きく、広い速度レンジを有し、静音駆動が可能である等の特徴を有する振動型アクチュエータは、例えば、デジタルカメラ等の光学機器(撮像装置)でのレンズ駆動に採用されている。振動型アクチュエータには、様々な構造のもの知られている。例えば、特許文献1には、板状の弾性体の一方の面に突起部が設けられ、他方の面に圧電素子が接合された構造を有する振動体を備え、突起部の先端が被駆動体と加圧接触する構造を有する振動型アクチュエータが記載されている。この振動型アクチュエータでは、圧電素子に交流電圧を印加して突起部の先端に楕円運動を発生させ、突起部が被駆動体に推力(摩擦力)を与えることにより、振動体と被駆動体とを相対的に移動させることができる。
Vibrating actuators that are small and light, have a large driving force, have a wide speed range, and can be driven silently, are used for lens driving in optical equipment (imaging devices) such as digital cameras. ing. Various types of vibration actuators are known. For example,
ところで、特許文献2には、レンズ群と、レンズ群を移動させるための送り棒と、送り棒に貫通支持されたレンズ移動枠と、付勢バネによってレンズ群を光軸方向に付勢して片寄せする機構を備えたレンズ鏡筒が記載されている。 By the way, in Patent Document 2, a lens group, a feed rod for moving the lens group, a lens moving frame supported by the feed rod, and a biasing spring are used to urge the lens group in the optical axis direction. A lens barrel provided with a mechanism for shifting is described.
特許文献1に記載された振動型アクチュエータを特許文献2に記載されたレンズ鏡筒に適用して、レンズ群を光軸方向に駆動する構成を考える。特許文献2に記載されたレンズ鏡筒では、レンズ群を光軸方向で移動させるときの駆動負荷が、付勢バネがレンズ群を付勢する方向とその逆方向とで異なる。よって、付勢バネがレンズ群を付勢する方向とその逆方向とでレンズ群の移動速度を同じにするためには、レンズ群の移動方向に応じて駆動条件を変える必要がある。換言すれば、振動型アクチュエータの駆動条件をレンズ群の移動方向に関係なく一定とした場合には、レンズ群の移動方向によって移動速度に差が生じてしまうという問題が生じる。
Consider a configuration in which the vibration type actuator described in
本発明は、駆動対象物が移動方向の一方の方向に付勢されている場合に、振動型アクチュエータの駆動条件を変えることなく、駆動対象物を移動方向によらずに同等な速度で駆動可能な振動型アクチュエータを提供することを目的とする。 In the present invention, when the driven object is urged in one of the moving directions, the driven object can be driven at the same speed regardless of the moving direction without changing the driving condition of the vibration type actuator. An object of the present invention is to provide a simple vibration type actuator.
本発明に係る振動型アクチュエータは、摩擦部材に加圧接触させた振動体に駆動振動が励起されることで前記振動体と前記摩擦部材とが相対的に移動する振動型アクチュエータであって、前記振動体は、平板状の弾性体と、前記弾性体の一方の面に該弾性体の厚み方向に突出するように設けられ、前記摩擦部材と当接する突起部と、前記弾性体の他方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子と、を有し、前記弾性体の厚み方向と前記振動体と前記摩擦部材の相対的な移動方向の両方向と直交する方向に略平行な節線を有する振動モードを含む前記駆動振動が励起されたときの前記節線の位置から前記移動方向へ所定の距離ずれた位置に前記突起部が設けられていることを特徴とする。 The vibration-type actuator according to the present invention is a vibration-type actuator in which the vibration body and the friction member move relative to each other when the drive vibration is excited by the vibration body that is press-contacted with the friction member. The vibrating body includes a flat elastic body, a protrusion provided on one surface of the elastic body so as to protrude in the thickness direction of the elastic body, a protrusion that contacts the friction member, and the other surface of the elastic body An electro-mechanical energy conversion element bonded to the substrate, and having a nodal line substantially parallel to the thickness direction of the elastic body and a direction orthogonal to both directions of relative movement directions of the vibration body and the friction member The protrusion is provided at a position shifted by a predetermined distance in the moving direction from the position of the nodal line when the driving vibration including a vibration mode is excited.
本発明によれば、駆動対象物が移動方向の一方の方向に付勢されている場合に、振動型アクチュエータの駆動条件を変えることなく、駆動対象物を移動方向によらずに同等な速度で駆動することができる。 According to the present invention, when the driven object is biased in one direction of movement, the driven object is moved at the same speed regardless of the moving direction without changing the driving condition of the vibration type actuator. Can be driven.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図1(a)は、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータ1の分解斜視図である。なお、図1(a)に示すように、互いに直交するx軸方向、y軸方向及びz軸方向を規定する。図1(b)は、図1(a)に示す断面Aでの断面図(zx断面図)である。x軸方向は、後述するように、振動型アクチュエータ1を構成する振動体11と被駆動体12との相対的な移動方向である。z軸方向は、振動体11を構成する弾性体112の厚み方向であり、弾性体112に設けられた突起部112a,112bの突出方向である。y軸方向は、x軸方向とz軸方向の両方向と直交する方向であり、弾性体112の幅方向でもある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1A is an exploded perspective view of a
振動型アクチュエータ1は、振動体11、被駆動体12、ネジ13、振動体保持部材14、加圧ユニット15、転動部材16、カバープレート17及びネジ18を備える。振動体11は、圧電素子111と弾性体112を備える。電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子111は、例えば、矩形で平板状の圧電セラミックスの表裏面に所定の形状の電極膜が形成された構造を有する。圧電セラミックスとしては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が用いられ、圧電セラミックスは、厚み方向であるz軸方向に分極されている。圧電素子111は、矩形で平板状の弾性体112の一方の面に接着剤を用いて接着されている。弾性体112は、例えば、ステンレス鋼(ステンレス鋼板)等からなる。弾性体112において圧電素子111が接着されている面の反対側の面には、長手方向(x軸方向)に所定の間隔で2カ所に突起部112a,112bが形成されている。また、弾性体112の長手方向端にはそれぞれ、振動体11を振動体保持部材14に接合するための被接合部112c,112dが形成されている。振動体11に励起する駆動振動については後述する。
The
被駆動体12は、摩擦部材121と摩擦部材固定部122を備える。摩擦部材121は、摩擦部材固定部122に対してネジ13を用いて固定されているが、固定方法は限定されない。振動体11の突起部112a,112bは、加圧ユニット15からの加圧力によって摩擦部材121に当接している。詳細は後述するが、突起部112a,112bの先端に、zx面内での楕円運動を励起して、突起部112a,112bから摩擦部材121へ推力(摩擦力)を与えることで、振動体11と被駆動体12とをx軸方向において相対的に移動させることができる。振動体11と被駆動体12との相対移動を滑らかに行うと共に十分な耐久性を得る観点から、摩擦部材121において突起部112a,112bと加圧接触する摺動面は、平滑で且つ高硬度であることが望ましい。そのため、本実施形態では、摩擦部材121には、例えば、ステンレス鋼板が用いられている。なお、摩擦部材固定部122には、例えば、樹脂成形体を用いることができる。
The driven
振動体保持部材14は、例えば、樹脂からなる。弾性体112の被接合部112c,112dには穴部が形成されており、振動体保持部材14には被接合部112c,112dに形成された穴部と嵌合する凸部が形成されている。被接合部112c,112dの穴部と振動体保持部材14の凸部とを嵌合させて接着剤等により接着することにより、振動体11は振動体保持部材14に固定される。
The vibrating
加圧ユニット15は、加圧板151と加圧部材152を備える。加圧板151は、フェルト等の弾性部材からなり、加圧部材152からの加圧力(付勢力)を圧電素子111に均等に付与すると共に振動体11に励起した駆動振動の加圧部材152への伝達を抑制する。加圧部材152は、例えば、コイルばねであり、加圧板151と振動体保持部材14との間に圧縮変形した状態で組み込まれている。よって、加圧部材152が伸びようとする力が加圧板151を介して振動体11に伝達されることにより、突起部112a,112bの先端は摩擦部材121の摺動面に加圧接触する。振動体保持部材14において振動体11が配置される面の反対側の面には、転動部材16が配置される案内溝14aが設けられている。
The
カバープレート17は、ネジ18(又はビス等)を用いて摩擦部材固定部122に固定される。このとき、転動部材16であるボールが、振動体保持部材14に設けられた案内溝14aとカバープレート17の間に嵌入される。これにより、振動体11、振動体保持部材14及び加圧ユニット15は、一体となって案内溝14aに案内されて、被駆動体12に対して相対的にx軸方向に移動可能となっている。
The
なお、図1に示す構成は本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの構成の一例であって、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの構成は、図1で示す構成に限定されない。例えば、振動体11を摩擦部材121に加圧接触させる構成は、加圧部材152が伸びようとする力で加圧板151を押す構成ではなく、加圧部材152が縮もうとする力で加圧板151を引っ張る構成であってもよい。また、振動体11が移動する構成ではなく、摩擦部材121が移動する構成でもよい。
The configuration shown in FIG. 1 is an example of the configuration of the vibration type actuator according to the embodiment of the present invention, and the configuration of the vibration type actuator according to the embodiment of the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the configuration in which the vibrating
次に、振動体11における突起部112a,112bの位置と振動体11に励起する駆動振動について説明する。図2(a)は、振動体11の側面図である。図2(b)は、振動体11の正面図である。図2(c)は、振動体11の底面図である。図2(a),(c)に破線で示される突起部112a0,112b0はそれぞれ、従来例(上記特許文献1)に係る振動体の突起部を示している。図3は、従来例に係る振動体11´を簡略化し、振動体11´に励起される駆動振動の態様を説明する図である。図3(a)は、振動体11´をy軸方向から見た図(側面図)であり、図3(b)は、振動体11´をx軸方向から見た図(正面図)である。また、図4は、本実施例での振動体11を簡略化し、振動体11に励起される駆動振動の態様を説明する図である。図4(a)は、振動体11をy軸方向から見た図(側面図)であり、図4(b)は、振動体11をx軸方向から見た図(正面図)である。
Next, the positions of the
従来例に係る振動体に励起される駆動振動と突起部112a0,112b0の動きと、本実施形態での振動体11に励起される駆動振動と突起部112a,112bの動きとを比較して説明する。図2、図3及び図4において、位置M,Pは、振動体11´が備える突起部112a0,112b0の中心のx軸方向での位置を表している。また、位置Oは、振動体11,11´のx軸方向での中心を表しており、振動体11,11´で共通している。位置Lは、振動体11,11´のy軸方向での中心を表しており、突起部112a0,112b0の中心のy軸方向での位置であり、突起部112a,112bの中心のy軸方向での位置でもある。また、図2及び図4において、位置N,Qは、振動体11が備える突起部112a,112bの中心のx軸方向での位置を表している。x軸方向における位置Mと位置Nの間隔及び位置Pと位置Qの間隔は共に所定の距離δとなっている。
The drive vibration excited by the vibrator according to the conventional example and the movement of the protrusions 112a0 and 112b0 are compared with the drive vibration excited by the
振動体11,11´には同じ駆動振動が励起される。駆動振動は、2つ振動モードとの振動を同時に振動体11,11´に励起させることによって生じさせることができる。1つの振動モードは、図3(a)及び図4(a)に示すように、x軸方向にy軸と略平行な3つの節線を持つ固有振動モード(モード1(一次の面外曲げ振動モード))である。そして、別の1つの振動モードは、図3(b)及び図4(b)に示すように、y軸方向にx軸と略平行な2つの節線を持つ固有振動モード(モード2(二次の面外曲げ振動モード))である。なお、図3及び図4では、各振動モードでの振動体11,11´の変形の様子を誇張して示している。
The same drive vibration is excited in the vibrating
突起部112a0,112b0は、モード1の振動によりx軸方向に振動し、モード2の振動によりy軸方向に振動する。よって、モード1とモード2の各振動を所定の位相差で同時に励起することにより、突起部112a0,112b0の先端がzx面内で楕円軌跡を描く運動(楕円運動)が生じる駆動振動を振動体11´に生じさせることができる。これと同様に、突起部112a,112bの先端にも、モード1とモード2の各振動を所定の位相差で同時に励起することによって、楕円運動を生じさせることができる。
The protrusions 112a0 and 112b0 vibrate in the x-axis direction due to
位置M,O,Pはモード1の振動の節線の位置(以下「節位置」という)に対応しており、位置Lはモード2の振動の腹位置に対応している。従来例に係る突起部112a0と112b0の中心のx軸方向での位置は位置M,Pと合致し、y軸方向での位置は位置Lと合致している。一方、本実施形態での突起部112a,112bの中心のx軸方向での位置は位置M,Pから距離δだけ一律にx軸方向にずれた位置N,Qと合致しており、y軸方向での位置は位置Lと合致している。ここで、2つの突起部112a,112bの間隔dは、モード1の波長の略整数倍(但し、ゼロを除く)に設定されている。なお、突起部112a,112bと突起部112a0,112b0とでは、振動体11,11´でのX軸方向での位置が異なることによって、それぞれの先端に生じる楕円運動の軌跡に違いが生じることとなり、その詳細については後述する。
The positions M, O, and P correspond to the position of the
次に、本実施形態での振動体11の動作について、従来例に係る振動体11´の動作と比較して説明する。図5(a)は、モード1,2の振動の位相差を略π/2(略90°)に設定して従来例に係る振動体11´に駆動振動を励起したときの突起部112a0,112b0の先端の振動変位を説明する図である。図5(b)は、モード1,2の振動を位相差を略π/2に設定して振動体11´に駆動振動を励起したときの突起部112a0,112b0の先端の振動変位の軌跡を説明する図である。
Next, the operation of the vibrating
従来例に係る振動体11´では、上述したように、突起部112a0,112b0の中心は、モード1の振動の節位置にあり、且つ、モード2の振動の腹位置にある。図3に示すように、振動体11´にモード1の振動を励起すると、突起部112a0,112b0の先端には、x軸方向の変位を主成分とし、y軸方向及びz軸方向の変位が十分に小さい振動変位が生じる。また、振動体11´にモード2の振動を励起すると、突起部112a0,112b0には、z軸方向の変位を主成分とし、x軸方向及びy軸方向の変位が十分に小さい振動変位が生じる。よって、モード1,2の振動の位相差を略π/2に設定した場合、図5(a)に示すように、x軸方向の振動変位とz軸方向の振動変位の振動位相φ´も略π/2となる。その結果、図5(b)に示すように、突起部112a0,112b0の先端にzx面内で楕円運動を生じさせることができ、このときの楕円軌跡は、z軸に平行で楕円中心を通る軸について略線対称な形状となる。なお、モード1,2の位相差を+π/2にした場合と−π/2にした場合とでは、楕円運動の回転方向が逆となる。
In the vibrating
図6(a)は、モード1,2の振動の位相差を略π/2に設定して本実施形態での振動体11に駆動振動を励起したときの突起部112a,112bの先端の振動変位を説明する図である。図6(b)は、モード1,2の振動を位相差をπ/2に設定して振動体11に駆動振動を励起したときの突起部112a,112bの先端の振動変位の軌跡を説明する図である。
FIG. 6A shows the vibrations at the tips of the
振動体11では、突起部112a,112bの中心が、モード2の振動に関しては腹位置にあるが、モード1の振動に関しては節位置から距離δだけずれた位置にある。図4に示すように、振動体11にモード2の振動を励起した場合には、従来例に係る振動体11´と同様に、突起部112a,112bには、z軸方向の変位を主成分とし、x軸方向及びy軸方向の変位が十分に小さい振動変位が生じる。この場合の振動変位は、図6(a)の上段に実線で示されている。一方、振動体11にモード1の振動を励起すると、突起部112a,112bの先端には、y軸方向の変位は十分に小さいが、x軸方向及びz軸方向に変位を有する振動変位が生じる。
In the vibrating
よって、モード1,2の振動の位相差を略π/2に設定すると、図6(a)の下段に示すように、振動変位のz軸方向成分は、モード1の振動変位のz軸方向成分(実線)とモード2の振動変位のz軸方向成分(破線)を重ね合わせた振動変位(一点鎖線)となる。その結果、x軸方向の振動変位とz軸方向の振動変位との振動位相φはπ/2未満となり、突起部112a,112bの先端がzx面内で描く楕円軌跡は、図6(b)に示すように、z軸に平行で楕円中心を通る軸について線対称ではない非対称形状となる。なお、突起部112a,112bのx軸方向の間隔dは前述の通りにモード1の波長の略整数倍に設定されているため、突起部112aの先端が描く楕円軌跡の形状と突起部112bの先端が描く楕円軌跡の形状は、図6(b)に示した形状で略一致する。
Therefore, when the phase difference between the vibrations of
振動型アクチュエータ1において、振動体11は加圧ユニット15によって摩擦部材121側へ加圧されており、突起部112a,112bは摩擦部材121と加圧接触している。よって、突起部112a,112bの先端に上述の通りに楕円運動を励起すると、突起部112a,112bから摩擦部材121へ推力が与えられる。こうして、一体となった振動体11、振動体保持部材14及び加圧ユニット15と、一体となった被駆動体12及びカバープレート17と、をx軸方向において相対移動させることができる。その際に、振動体11が摩擦部材121に対して与える推力の作用について、従来例に係る振動体11´が摩擦部材121に対して与える推力の作用と比較して、以下に説明する。
In the
図7は、従来例に係る振動体11´が摩擦部材121に与える推力の作用を説明する図である。図7(a),(b)では、突起部112a0,112b0の楕円運動の回転方向が逆となっている。図8は、本実施形態での振動体11が摩擦部材121に与える推力の作用を説明する図である。図8(a),(b)では、突起部112a,112bの楕円運動の回転方向が逆となっている。なお、図7及び図8ではそれぞれ、振動体11´,11の構造を簡略化し、振動体11´,11の変形の様子を誇張して表している。
FIG. 7 is a diagram for explaining the action of thrust applied to the
図7(a)では、突起部112a0,112b0の回転方向が摩擦部材121の摺動面に対してx軸方向の負方向であるため、摩擦部材121が固定されていると仮定した場合には、振動体11´はx軸方向の正方向に移動する。このときの無負荷速度をva´とする。図7(b)では、突起部112a0,112b0の回転方向が摩擦部材121の摺動面に対してx軸方向の正方向であるため、摩擦部材121が固定されていると仮定した場合には、振動体11´はx軸方向の負方向に移動する。このときの無負荷速度をvb´とする。同様に、図8(a)では、突起部112a,112bの回転方向が摩擦部材121の摺動面に対してx軸方向の負方向であるため、摩擦部材121が固定されていると仮定した場合には、振動体11はx軸方向の正方向に移動する。このときの無負荷速度をvaとする。図8(b)では、突起部112a,112bの回転方向が摩擦部材121の摺動面に対してx軸方向の正方向であるため、摩擦部材121が固定されていると仮定した場合には、振動体11はx軸方向の負方向に移動する。このときの無負荷速度をvbとする。
In FIG. 7A, since the rotation direction of the protrusions 112a0 and 112b0 is the negative direction in the x-axis direction with respect to the sliding surface of the
従来例に係る振動体11´の突起部112a0,112b0が、図7(a)に示すように摩擦部材121に接触するときの力の向きをfa´とし、このときに摩擦部材121の摺動面に対して作用する推力のx軸方向の力をfax´とする。また、突起部112a0,112b0が、図7(b)に示すように摩擦部材121に接触するときの力の向きをfb´とし、このときに摩擦部材121の摺動面に作用するx軸方向の力をfbx´とする。すると、力fax´はx軸の負方向を向き、力fbx´はx軸の正方向を向き、力fax´,fbx´の向きは互いに逆向きとなる。このとき、図5(b)に示したように、突起部112a0,112b0の先端が描く楕円軌跡は、z軸に平行で楕円中心を通る軸について略線対称な形状であるため、力fax´の大きさと力fbx´の大きさは略一致する。したがって、無負荷速度va´と無負荷速度vb´は略一致する。
As shown in FIG. 7A, the direction of the force when the protrusions 112a0 and 112b0 of the vibrating
一方、本実施形態での振動体11の突起部112a,112bが、図8(a)に示すように摩擦部材121に接触するときの力をfaとし、このときに摩擦部材121の摺動面に対して作用するx軸方向の力をfaxとする。また、突起部112a,112bが、図8(b)に示すように摩擦部材121に接触するときの力をfbとし、このときに摩擦部材121の摺動面に対して作用するx軸方向の力をfbxとする。力faxはx軸の負方向を向いており、x軸の負方向は突起部112a,112bが摩擦部材121の摺動面上を移動する方向であるため、力faxは振動体11のx軸の正方向への移動を促進するように作用する。これに対して、力fbxはx軸の負方向を向いており、x軸の負方向は突起部112a,112bが摩擦部材121の摺動面上を移動する方向とは逆方向であるため、力fbxは振動体11のx軸の負方向への移動を抑制するように作用する。その結果、無負荷速度vbは無負荷速度vaよりも遅くなり、この点で、振動体11の駆動特性は従来例に係る振動体11´の駆動特性と異なる。なお、突起部112a,112bが描く楕円軌跡の形状は略一致しているため、突起部112a,112bが送り出す力は干渉(相殺)せず、よって、突起部112a,112bの先端の楕円運動による力を効率的に摩擦部材121に伝達することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8A, the force when the
図9(a)は、従来例に係る振動体11´を備える振動型アクチュエータの速度−推力線図である。図9(b)は、本実施形態での振動体11を備える振動型アクチュエータ1の速度−推力線図である。以下の説明では、図7及び図8を参照して説明したときの、摩擦部材121が固定されて振動体11,11´がx軸方向に移動すること、を前提とする。図9(b)において、振動体11がx軸の正方向に移動するときの速度と推力の関係は実線で表されており、振動体11がx軸の負方向に移動するときの速度と推力の関係は破線で表されている。
FIG. 9A is a velocity-thrust diagram of a vibration type actuator including a vibrating
図9(a)に示すように、振動体11´に対する負荷が無負荷(T=0)のとき、振動体11´がx軸の正方向に移動するときの無負荷速度va´と負方向に移動するときの無負荷速度vb´は略同じ速度vとなる。これに対して、図9(b)に示すように、振動体11に対する負荷が無負荷のとき、振動体11がx軸の正方向に移動するときの無負荷速度vaは、x軸の負方向に移動するときの無負荷速度vbよりも大きい。一方、突起部112a,112bの摩擦部材121に対する静止摩擦力は同等であるため、振動体11の移動方向に関係なく、停止トルクTsは一致する。
As shown in FIG. 9A, when the load on the vibrating
振動体11,11´のそれぞれに対する負荷がx軸の正方向と負方向とで異なり、図9に示すように、一方の方向(正方向)では駆動負荷がT1であり、他方の方向(負方向)では駆動負荷がT2であり、T1>T2、の関係が成り立っているとする。この場合、従来例に係る振動体11´では、駆動負荷T1が作用している方向への移動速度はv1´となり、駆動負荷T2が作用している方向への移動速度がv2´となって、移動方向によって移動速度に大きな差が生じる。これに対して、本実施形態での振動体11では、無負荷速度がva(>vb)となる方向を駆動負荷がT1となる方向と一致させ、無負荷速度がvbとなる方向を駆動負荷がT2となる方向と一致させる。これにより、駆動負荷T1が作用している方向への移動速度v1と、駆動負荷T2が作用している方向への移動速度v2との差を小さくすることができる。つまり、本実施形態に係る振動型アクチュエータ1では、振動体11と被駆動体12とを相対移動させる各移動方向で駆動負荷が異なる場合に、振動体11を駆動するための交流電圧の制御を行うことなく、各移動方向での移動速度の差を小さくすることができる。
As shown in FIG. 9, the load on each of the vibrating
次に、振動型アクチュエータ1の適用例について、デジタルカメラ等の撮像装置が備えるレンズ鏡筒の内部に装備されるレンズ駆動装置を取り上げて説明する。図10は、レンズ鏡筒の内部に装備されるレンズ駆動装置40の概略構成を示す断面図である。レンズ駆動装置40は、振動型アクチュエータ1、被駆動部91、付勢部材92及び案内部材93を備える。なお、図10では、振動型アクチュエータ1の構成を簡略的に表している。振動型アクチュエータ1は、振動体11と被駆動体12との相対的な移動方向(x軸方向)が光軸方向と一致する(x軸と光軸とが略平行となる)ように、レンズ鏡筒内に配置されている。また、被駆動体12は、レンズ鏡筒の不図示のフレーム等に固定されており、振動型アクチュエータ1を駆動したときには、被駆動体12に対して振動体11を保持した振動体保持部材14がx軸方向(光軸方向)に移動可能となっている。
Next, an application example of the
被駆動部91は、レンズ911とレンズ保持部材912を有する。レンズ911は、例えば、フォーカスレンズ又はズームレンズである。フォーカスレンズを光軸方向に移動させることにより、所望する被写体にピントを合わせる(合焦させる)ことができる。また、ズームレンズを光軸方向に移動させることにより、撮影画角を変更することができる。なお、ここでは、被駆動部91として1枚のレンズ911を備える構成を示しているが、被駆動部91は、複数枚のレンズからなるレンズ群がレンズ保持部材912に保持された構成であってもよい。
The driven
2本の案内部材93はそれぞれ、例えば、円柱形状の棒状部材であり、スラスト方向(軸方向)がレンズ911の光軸方向と平行となるように、不図示のフレーム等に配置されている。レンズ911を保持するレンズ保持部材912は、振動体保持部材14に連結されると共に、2本の案内部材93に対して光軸方向に移動可能に嵌合している。よって、振動型アクチュエータ1を駆動して振動体11を被駆動体12に対して相対移動させることにより、被駆動部91を光軸方向に移動させることができる。
Each of the two
レンズ駆動装置40に実装された振動型アクチュエータ1の構成は、図2及び図8に示した構成と同じである。つまり、振動体11の突起部112a,112bのx軸方向での位置は、モード1の振動の節位置からx軸方向の正方向(第2の方向)に距離δだけ一律にずれた位置に設けられている。換言すれば、振動体11の突起部112a,112bは、モード1振動の節位置から付勢部材92による付勢方向の逆方向に距離δだけずれた位置に設けられている。また、距離δは、モード1の振動の波長の1/4未満に設定されている。その他の構成は、図2を参照して説明した構成に準ずる。
The configuration of the
ここで、レンズ保持部材912と振動体保持部材14の連結部分に嵌合隙間が生じないように、レンズ保持部材912は付勢部材92により常にx軸方向の負方向(第1の方向)へ付勢されている。つまり、付勢部材92には、縮もうとする力が常に生じている。なお、本実施形態では、付勢部材92としてコイルばねを用いているが、これに限定されるものではない。2本の案内部材93の一方を付勢部材92であるコイルばねに挿通させ、コイルばねの一端は、レンズ保持部材912に固定され、他端はレンズ鏡筒の不図示のフレーム等に固定される。
Here, the
レンズ保持部材912が付勢部材92によりx軸方向の負方向に常に付勢されているため、レンズ保持部材912をx軸方向の正方向に移動させるために振動体11をx軸方向の正方向に移動させる際には、付勢部材92の付勢力に逆らう力が必要となる。そのため、振動体11をx軸方向の正方向に移動させるための駆動負荷は、振動体11をx軸方向の負方向に移動させるための駆動負荷よりも大きくなる。
Since the
そこで、振動体11をx軸方向の正方向に移動させる際には、図8(a)に示したように突起部112a,112bの先端がzx面内で時計回りの楕円軌跡を描くように駆動する。これにより、振動体11をx軸方向の正方向に移動させる際の速度−推力線図を、図9(b)中の実線で示す特性に設定することができる。また、振動体11をx軸方向の負方向に移動させる際には、図8(b)に示したように突起部112a,112bの先端がzx面内で反時計回りの楕円軌跡を描くように駆動する。これにより、振動体11をx軸方向の負方向に移動させる際の速度−推力線図を、図9(b)中の破線で示す特性に設定することができる。よって、レンズ保持部材912を光軸方向において進退させるために振動体11の移動方向をx軸方向の正方向/負方向で切り替えるときに、振動体11を駆動するための交流電圧の制御を行うことなく、各移動方向での移動速度の差を小さくすることができる。
Therefore, when the vibrating
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、振動体11について、2つの突起部112a,112bを備えるものについて説明したが、3つ以上の複数の突起部を備えるものであってもよいし、逆に1つの突起部しか備えていないものであってもよい。突起部が1つの場合でも、突起部は、x軸方向におけるモード1の振動の節位置(位置M,O,P)からx軸の正方向に距離δだけずれた位置で、且つ、モード2の振動の腹位置に設ければよい。また、上記実施形態では、振動体が摩擦部材に対して直線的に相対移動するリニア駆動型の振動型アクチュエータを取り上げたが、本発明はリニア駆動型の振動型アクチュエータに限定して適用可能なものではない。例えば、円環状や円板状の摩擦部材を回転駆動させる構成の振動型アクチュエータであっても、被駆動体の駆動負荷が回転方向によって異なる場合に振動体11を適用することで、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。図10を参照して説明したレンズ駆動装置40は、撮像装置のレンズ鏡筒に限らず、例えば、顕微鏡や望遠鏡、その他の種々の光学機器のレンズ駆動源として用いることができる。また、振動型アクチュエータにより駆動される駆動対象物はレンズ保持部材以外であってもよく、光学機器以外の電子機器にも本発明は適用可能である。
Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. For example, although the
1 振動型アクチュエータ
11 振動体
12 被駆動体
15 加圧ユニット
40 レンズ駆動装置
92 付勢部材
93 案内部材
111 圧電素子
112 弾性体
112a,112b 突起部
121 摩擦部材
911 レンズ
912 レンズ保持部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記振動体は、
平板状の弾性体と、
前記弾性体の一方の面に該弾性体の厚み方向に突出するように設けられ、前記摩擦部材と当接する突起部と、
前記弾性体の他方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子と、を有し、
前記弾性体の厚み方向と前記振動体と前記摩擦部材の相対的な移動方向の両方向と直交する方向に略平行な節線を有する振動モードを含む前記駆動振動が励起されたときの前記節線の位置から前記移動方向へ所定の距離ずれた位置に前記突起部が設けられていることを特徴とする振動型アクチュエータ。 A vibration type actuator in which the vibration body and the friction member move relative to each other when a driving vibration is excited in the vibration body pressed into contact with the friction member,
The vibrator is
A flat elastic body;
A protrusion provided on one surface of the elastic body so as to protrude in the thickness direction of the elastic body, and abutting against the friction member;
An electro-mechanical energy conversion element bonded to the other surface of the elastic body,
The nodal line when the driving vibration including a vibration mode having a nodal line substantially parallel to a direction perpendicular to both the thickness direction of the elastic body and the relative moving direction of the vibrating body and the friction member is excited. The vibration type actuator is characterized in that the protrusion is provided at a position shifted from the position by a predetermined distance in the moving direction.
前記振動体は、
弾性体と、
前記弾性体の一方の面に該弾性体の厚み方向に突出するように設けられ、前記摩擦部材と当接する突起部と、
前記弾性体の他方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子と、を有し、
前記突起部は、前記弾性体の厚み方向と前記振動体と前記摩擦部材の相対的な移動方向の両方向を含む面内において前記突起部の先端が楕円運動を行うように前記振動体に駆動振動を励起したときに、前記面内での前記突起部の先端の楕円軌跡が前記楕円軌跡の中心を通り且つ前記厚み方向と平行な軸について線対称とならない位置に設けられていることを特徴とする振動型アクチュエータ。 A vibration type actuator in which the vibration body and the friction member move relative to each other when a driving vibration is excited in the vibration body pressed into contact with the friction member,
The vibrator is
An elastic body,
A protrusion provided on one surface of the elastic body so as to protrude in the thickness direction of the elastic body, and abutting against the friction member;
An electro-mechanical energy conversion element bonded to the other surface of the elastic body,
The protrusion is driven to vibrate the vibrating body so that the tip of the protrusion performs an elliptical motion in a plane including both the thickness direction of the elastic body and the relative movement direction of the vibrating body and the friction member. The elliptical locus at the tip of the protrusion in the plane is provided at a position that is not line-symmetric with respect to an axis that passes through the center of the elliptical locus and is parallel to the thickness direction. Vibration type actuator.
レンズを保持し、前記振動型アクチュエータにより光軸方向に駆動されるレンズ保持部材と、
前記レンズ保持部材を前記光軸方向の第1の方向に付勢する付勢部材と、
前記レンズ保持部材の前記光軸方向に案内する案内部材と、を備え、
前記振動型アクチュエータにおいて、前記突起部は、前記節線の位置から前記第1の方向とは反対の方向である第2の方向へ所定の距離ずれた位置に設けられていることを特徴とするレンズ駆動装置。 The vibration type actuator according to any one of claims 1 to 4,
A lens holding member that holds the lens and is driven in the optical axis direction by the vibration actuator;
A biasing member that biases the lens holding member in a first direction in the optical axis direction;
A guide member for guiding the lens holding member in the optical axis direction,
In the vibration type actuator, the protrusion is provided at a position shifted from the position of the nodal line by a predetermined distance in a second direction which is a direction opposite to the first direction. Lens drive device.
レンズを保持し、前記振動型アクチュエータにより光軸方向に駆動されるレンズ保持部材と、
前記レンズ保持部材を前記光軸方向の第1の方向に付勢する付勢部材と、
前記レンズ保持部材の前記光軸方向に案内する案内部材と、を備え、
前記振動型アクチュエータにおいて、前記突起部の先端が楕円運動を行って前記摩擦部材に接触するときの力の前記移動方向の成分が、前記楕円運動の回転方向にかかわらず、前記第1の方向を向いていることを特徴とするレンズ駆動装置。 The vibration type actuator according to claim 5,
A lens holding member that holds the lens and is driven in the optical axis direction by the vibration actuator;
A biasing member that biases the lens holding member in a first direction in the optical axis direction;
A guide member for guiding the lens holding member in the optical axis direction,
In the vibration-type actuator, the component of the moving direction of the force when the tip of the protruding portion makes an elliptical motion and contacts the friction member has the first direction regardless of the rotational direction of the elliptical motion. A lens driving device characterized by facing.
前記案内部材と前記振動型アクチュエータの前記摩擦部材とが固定され、前記レンズ保持部材と前記振動型アクチュエータにおいて前記振動体を保持する振動体保持部材とが連結されていることを特徴とする光学機器。 A lens driving device according to claim 6 or 7,
The optical device, wherein the guide member and the friction member of the vibration type actuator are fixed, and the lens holding member and a vibration body holding member that holds the vibration body in the vibration type actuator are connected. .
前記振動型アクチュエータにより駆動される駆動対象物と、を備えることを特徴とする電子機器。
The vibration type actuator according to any one of claims 1 to 5,
An electronic device comprising: a driving object driven by the vibration actuator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016247817A JP2018101094A (en) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | Vibration type actuator, lens driving device, optical instrument, and electronic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP (1) | JP2018101094A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021079799A1 (en) * | 2019-10-21 | 2021-04-29 | キヤノン株式会社 | Vibration wave motor, optical device, and electronic device |
-
2016
- 2016-12-21 JP JP2016247817A patent/JP2018101094A/en active Pending
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