JP2023047785A - 振動型アクチュエータ、光学機器及び駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動型アクチュエータの連結機構を大型化させずに高剛性化し、可動部の倒れを抑制する。
【解決手段】振動体１１１と連結された可動案内部材１１５が摩擦部材１２１と連結された固定案内部材１２３に対して駆動方向Ｄ１に移動可能に構成され、可動案内部材１１５と駆動対象物を連結する連結部材１３１が付勢部材１３２により駆動方向Ｄ１で可動案内部材１１５に付勢された振動型アクチュエータ１において、可動案内部材１１５の加速により可動案内部材１１５が受ける第１のモーメントＭ１の方向と、可動案内部材１１５の当接面１１５ｂと連結部材１３１の当接体１３１ａとの当接部に生じる摩擦力によって可動案内部材１１５が受ける第２のモーメントの方向とが逆方向となる構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、振動型アクチュエータ、振動型アクチュエータを備えた光学機器及び駆動装置に関する。

振動体に設けられた突起の先端を被駆動体に接触させた状態で、振動体に所定の振動を励起して突起の先端に楕円運動を生じさせることにより、振動体と被駆動体を相対移動させる振動型アクチュエータが知られている。このような振動型アクチュエータは、静音駆動が可能なこと、無通電時に保持力が得られること、並進駆動と回転駆動の両駆動に対応可能なこと等の特徴を有していることから、例えば、カメラのレンズ鏡筒におけるレンズ等の光学部材の駆動に用いられている。

レンズ鏡筒において振動型アクチュエータを用いて光学部材を駆動する場合、光学部材を高速に駆動すると共に光軸方向における位置決めを高い精度で行うことが常に求められる。このような要求に対して特許文献１は、振動型アクチュエータの可動部と光学部材をそれぞれ個別のガイド機構により駆動方向に移動可能に案内し、光学部材に回動可能に保持された連結部材を振動型アクチュエータの可動部に付勢した駆動装置を開示している。

特許文献１に記載された駆動装置では、振動型アクチュエータの可動部と光学部材の間の微小な位置変動を連結部材の回動により吸収することで、振動型アクチュエータの可動部と光学部材はガタなく（がたつきなく）連結される。これにより、振動型アクチュエータを高速駆動した場合でも、可動部に連結された光学部材を高い精度で位置決めすることができる。

特許５９５５３４７号公報

振動型アクチュエータで大質量の光学部材を駆動する場合、光学部材の重力や慣性力により振動型アクチュエータと光学部材を連結する連結機構に大きな力が作用するため、連結機構の高剛性化が必要となる。そして、上記特許文献１に記載された駆動装置のように、回動する部材を介した連結機構において、回動する部材及び連結機構の大型化を回避しつつ剛性を高めることは容易ではない。

この問題を解決する構成の１つとして、回動する部材を介さずに振動型アクチュエータの可動部と光学部材を連結する構成が考えられ、一例として、可動部と光学部材を駆動方向で直接当接させ、駆動方向に付勢することでガタなく連結する構成が挙げられる。このような構成では、駆動方向と直交する方向においての振動型アクチュエータの可動部と光学部材の間に生じる微小な位置変動は互いの当接部が滑ることによって吸収される。

しかし、振動型アクチュエータの可動部と光学部材の当接部同士が滑る際には、滑りによる摩擦力が振動型アクチュエータの可動部と光学部材に作用し、その摩擦力により振動型アクチュエータの可動部に倒れが生じてしまうおそれがある。なお、可動部の倒れとは、固定部に対する可動部の姿勢（角度）が可動部の移動方向において理想的な状態（角度）から傾くことを指す。振動型アクチュエータにおいて可動部に倒れが生じると固定部に対してガタが生じてしまい、光学部材の駆動精度が低下してしまう。

本発明は、連結機構を大型化させることなく高剛性化すると共に、可動部の倒れを抑制することが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。

本発明に係る振動型アクチュエータは、振動体と、前記振動体と接触する被駆動体と、前記振動体を前記被駆動体に対して所定の加圧力で加圧する加圧部材と、前記振動体と前記被駆動体の一方を保持する固定案内部材と、前記振動体と前記被駆動体の他方を保持し、前記振動体が生じる駆動力により所定の駆動方向に移動可能に配置された可動案内部材と、前記可動案内部材と駆動対象物を連結する連結部材と、前記駆動方向において前記連結部材を前記可動案内部材に対して付勢する付勢部材と、を備え、前記加圧力の少なくとも一部を前記可動案内部材と前記固定案内部材を付勢するガイド付勢力として用いる振動型アクチュエータであって、前記可動案内部材と前記連結部材は、一方が前記駆動方向と略直交する当接面を有し、他方が前記当接面と当接する当接体を有し、前記当接面と前記当接体は、前記駆動方向において前記ガイド付勢力の合力中心から所定の距離だけ離れた位置で前記付勢部材の付勢力を受けて接触し、前記当接体と前記当接面の当接部で生じる摩擦力が前記ガイド付勢力を打ち消す駆動条件において、前記可動案内部材の加速により前記可動案内部材が受ける第１のモーメントの方向と前記当接部に生じる摩擦力によって前記可動案内部材が受ける第２のモーメントの方向とが逆方向であることを特徴とする。

本発明によれば、連結機構を大型化させることなく高剛性化すると共に、可動部の倒れを抑制することが可能な振動型アクチュエータを実現することができる。

実施形態に係る振動型アクチュエータの構成を示す図である。 振動型アクチュエータの分解斜視図である。 振動型アクチュエータの斜視図及び正面図、連結機構の斜視図、可動部に作用する力を説明する図である。 振動型アクチュエータの構造を示す断面図である。 撮像装置の概略構成を示す断面図とレンズ駆動装置の概略構成を示す斜視図である。

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は、実施形態に係る振動型アクチュエータ１の構成を示す図である。より詳しくは、図１（ａ）は振動型アクチュエータ１の上面図であり、図１（ｂ）は振動型アクチュエータ１の側面図（駆動方向Ｄ１方向から見た図）であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中の矢視Ａ－Ａでの断面図である。図２は、振動型アクチュエータ１の分解斜視図であり、図２（ａ）と図２（ｂ）とでは振動型アクチュエータ１を見る方向が異なっている。

なお、図１に示すように、説明の便宜上、振動型アクチュエータ１に対して、駆動方向Ｄ１、加圧方向Ｄ２及び幅方向Ｄ３で構成される三次元直交座標系を規定する。なお、各方向の詳細については後述する。

振動型アクチュエータ１は、固定部１２と、固定部１２に対して駆動方向Ｄ１に移動可能に配置される可動部１１と、可動部１１と駆動対象物（不図示）とを連結する連結機構１３を備える。

可動部１１は、電圧が印加されることにより駆動力を生じる振動体１１１と、振動体１１１の保持機構と、振動体１１１を摩擦部材１２１に所定の加圧力Ｆ１で加圧する加圧機構を備える。固定部１２は、振動体１１１と摩擦接触する摩擦部材１２１と、摩擦部材１２１の保持機構を備える。

振動体１１１の保持機構は、振動体保持枠１１２、接続板１１３、可動枠１１４及び可動案内部材１１５を有する。振動体１１１を摩擦部材１２１に加圧する加圧機構は、加圧部材１１６、加圧板１１７及び緩衝部材１１８を有する。摩擦部材１２１の保持機構は、固定枠１２２と固定案内部材１２３を有する。

なお、図１に示した駆動方向Ｄ１は、可動部１１の移動方向（駆動方向）である。加圧方向Ｄ２は、振動体１１１を摩擦部材１２１に押し当てる加圧力Ｆ１が作用する方向であり、振動型アクチュエータ１の厚さ方向である。幅方向Ｄ３は、振動型アクチュエータ１の幅方向として規定される。

振動体１１１は、２つの突起１１１ｃを有する弾性部材１１１ｂに圧電素子１１１ａが接着（接合）された構造体である。圧電素子１１１ａはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックスからなる板材であり、弾性部材１１１ｂは金属板金であり、突起１１１ｃは絞り加工により弾性部材１１１ｂ上に形成されたエンボス形状部である。圧電素子１１１ａに所定の交流電圧を印加することで、突起１１１ｃの先端に楕円運動を発生させることができる。なお、このような振動体１１１の励振方法は公知であるため、詳細な説明は省略する。また、振動体１１１に設けられる突起の数は２つに限定されず、１つであっても構わない。

振動体保持枠１１２は、樹脂製の枠体であり、振動体１１１が直接接着されることで振動体１１１を保持する。接続板１１３は薄い金属板であり、可動枠１１４は樹脂の枠体である。接続板１１３は、平面方向には剛性が大きく、屈曲方向には剛性が小さい。そのため、接続板１１３により振動体保持枠１１２と可動枠１１４を接続することにより、振動体１１１と振動体保持枠１１２は、可動枠１１４に対して加圧方向Ｄ２に移動（変位）可能であり、且つ、駆動方向Ｄ１ではガタなく保持される。可動案内部材１１５は、金属板金であり、駆動方向Ｄ１に延在する案内溝１１５ａと、曲げ加工により形成されて駆動方向Ｄ１と略直交する当接面１１５ｂと、フック１１５ｃを有する。可動枠１１４と可動案内部材１１５は、ビス締結により一体化（結合）される。

摩擦部材１２１は、金属製の梁（矩形の棒状体（板状の直方体））であり、摺動面１２１ａにおいて振動体１１１の突起１１１ｃと接触して振動体１１１から摩擦駆動力（推力）を受ける被駆動体である。固定案内部材１２３は、金属板金であり、駆動方向Ｄ１に延在する案内溝１２３ａと案内面１２３ｂ（平面）を有する。摩擦部材１２１と固定案内部材１２３は、固定枠１２２に対してビス締結により一体化（結合）される。固定枠１２２は、振動型アクチュエータ１が装備される電子機器等の筐体（不図示）に固定される。

加圧部材１１６としては、引張コイルバネが用いられている。加圧板１１７は、金属板金であり、フック１１７ａを有する。加圧部材１１６は、その片端が可動案内部材１１５のフック１１５ｃに、他端が加圧板１１７のフック１１７ａにそれぞれ引っ掛けられて弾性変形することにより、振動体１１１を摩擦部材１２１に対して加圧する加圧力Ｆ１を発生させる。緩衝部材１１８は、樹脂板１１８ａにフェルト１１８ｂを接着した構造体である。加圧部材１１６の加圧力Ｆ１は、加圧板１１７と緩衝部材１１８を介して振動体１１１へ伝達される。振動体１１１と振動体保持枠１１２は、加圧方向Ｄ２において移動可能に保持されているため、加圧力Ｆ１は振動体１１１の保持機構に阻害されることはない。こうして、振動体１１１の突起１１１ｃは加圧力Ｆ１で摩擦部材１２１の摺動面１２１ａに押し付けられる。

可動案内部材１１５において案内溝１１５ａは、固定案内部材１２３の案内溝１２３ａ及び案内面１２３ｂと加圧方向Ｄ２において対面する位置に設けられている。案内溝１１５ａと案内溝１２３ａ及び案内面１２３ｂとの間には転動ボール１４が配置されている。

加圧部材１１６の加圧力Ｆ１は、加圧板１１７のフック１１７ａと可動案内部材１１５のフック１１５ｃに互いに逆方向の力として作用する。そこで、可動案内部材１１５のフック１１５ｃに作用する力（以下「ガイド付勢力Ｆ２」と称呼する）を用いて、可動部１１の可動案内部材１１５を固定部１２の固定案内部材１２３に対して加圧方向Ｄ２に付勢する。これにより、転動ボール１４はガイド付勢力Ｆ２によって可動案内部材１１５と固定案内部材１２３に挟持される。

案内溝１２３ａ及び案内面１２３ｂと案内溝１１５ａとに挟持された転動ボール１４が転動することで、可動案内部材１１５は固定案内部材１２３に対して駆動方向Ｄ１に移動可能に保持される。また、可動案内部材１１５と固定案内部材１２３の間で十分なガイド付勢力Ｆ２で転動ボール１４が挟持される限りは、可動案内部材１１５は駆動方向Ｄ１以外の方向には移動することはできず、また、いずれの方向へも回転することができない状態に保持される。こうして、可動部１１は、固定部１２に対し駆動方向Ｄ１にのみ移動可能に保持される。

なお、振動型アクチュエータ１を構成する各部品について上記の通りに例示した材料（素材）や構造物はあくまで一例であって、同等の機能を有し、且つ、振動型アクチュエータ１を構成可能なものであれば、別の材料や構造物を選択してもよい。

次に、振動型アクチュエータ１と駆動対象物の連結機構について説明する。図３（ａ）は、振動型アクチュエータ１の斜視図である。図３（ｂ）は、連結機構１３の斜視図である。図３（ｃ）は、振動型アクチュエータ１の正面図（幅方向Ｄ３から見た図）である。図３（ｄ）は、可動部１１に作用する力の一部を説明する図である。

振動型アクチュエータ１と駆動対象物（不図示）を連結する連結機構１３は、連結部材１３１と付勢部材１３２を有する。例えば、連結部材１３１は樹脂製の構造体であり、付勢部材１３２は圧縮コイルバネである。

可動案内部材１１５は、駆動方向Ｄ１と略直交する当接面１１５ｂ（適宜、図２参照）を有し、連結部材１３１は当接面１１５ｂと当接する球面状の当接体１３１ａを有する。また、図３（ｃ）に示されるように、当接面１１５ｂと当接体１３１ａは駆動方向Ｄ１においてガイド付勢力Ｆ２の合力中心Ｃ１から所定の距離Ｌ１だけ離れた当接位置で接触する。これにより、当接体１３１ａは、付勢部材１３２による付勢力Ｆ３で、当接面１１５ｂに対して駆動方向Ｄ１方向に付勢される。連結部材１３１は、駆動対象物（不図示）にビス等で固定されている。振動型アクチュエータ１を駆動すると、可動部１１と一体的に連結部材１３１が駆動方向Ｄ１に移動する。このとき、連結部材１３１に連結された駆動対象物は、案内機構（不図示）により、駆動方向Ｄ１と略平行な方向にのみ移動可能に案内される。駆動対象物及び連結部材１３１は駆動方向Ｄ１にのみ移動可能であり、また、いずれの方向にも回転不可能に保持される。

こうして、連結機構１３は、振動型アクチュエータ１の可動部１１と駆動対象物をガタなく連結している。なお、連結部材１３１は、当接体１３１ａが当接面１１５ｂに対して滑ることにより、駆動方向Ｄ１と直交する方向に移動可能となっている。よって、可動部１１と駆動対象物との間で駆動方向Ｄ１と直交する方向に微小な位置変動があった場合でも、位置変動を吸収することができる。

振動型アクチュエータ１では加圧部材１１６により生じる加圧力Ｆ１によって振動体１１１が摩擦部材１２１に押し当てられる一方で、加圧力Ｆ１の反力をガイド付勢力Ｆ２として用いることにより可動案内部材１１５を固定案内部材１２３に対して付勢している。これにより、可動部１１は固定部１２に対して倒れることなく駆動方向Ｄ１にのみ移動可能に保持される。また、可動案内部材１１５と連結部材１３１は、駆動方向Ｄ１に付勢力Ｆ３で付勢されて連結され、可動部１１と駆動対象物の間の駆動方向Ｄ１と直交する面内方向での位置変動は当接面１１５ｂと当接体１３１ａの滑りによって吸収される。この構成により、振動型アクチュエータ１は、連結機構１３を大型化させることなく、高剛性化を実現している。

しかしながら、所定の条件では可動部１１が固定部１２に対して倒れるおそれがあり、この問題に対する対策が必要となる。固定部１２に対する可動部１１の倒れ防止対策について説明する前に、どのような条件下で可動部１１が固定部１２に対して倒れやすくなるのかについて説明する。

当接体１３１ａが当接面１１５ｂに対して滑ると説明したが、当接体１３１ａが当接面１１５ｂ上を滑る際には、摩擦力Ｆ４が当接面１１５ｂに作用する。そして、摩擦力Ｆ４は、駆動方向Ｄ１と直交する平面内のいずれの方向にも生じ得る。図３（ｂ）に示す摩擦力Ｆ４ａ，Ｆ４ｂ，Ｆ４ｃ，Ｆ４ｄは例示であって、所定の方向の摩擦力を成分として有する合力としての摩擦力Ｆ４が生じ得る。

図３（ｄ）には、摩擦力Ｆ４が図３（ｂ）に示した摩擦力Ｆ４ａの場合の、摩擦力Ｆ４ａ、加圧力Ｆ１及びガイド付勢力Ｆ２の関係が示されている。摩擦力Ｆ４ａはガイド付勢力Ｆ２に対して逆方向に生じるため、摩擦力Ｆ４ａが発生すると、結果としてガイド付勢力Ｆ２が小さくなってしまう。また、摩擦力Ｆ４の大きさは、当接面１１５ｂと当接体１３１ａの当接力Ｆ５に比例する。例えば、図３（ｃ）に矢印Ｖ１で示す方向に可動部１１が加速したときには、当接体１３１ａに当接面１１５ｂが強く押し当てられて、当接力Ｆ５が大きくなる。これに対して、図３（ｃ）に矢印Ｖ２で示す方向に可動部１１が加速したときには、当接体１３１ａから当接面１１５ｂが離れようとするため、当接力Ｆ５は小さくなる。つまり、当接面１１５ｂと当接体１３１ａの当接力Ｆ５が大きくなる方向に可動部１１が加速する場合に、摩擦力Ｆ４は大きくなる。

このように、摩擦力Ｆ４が図３（ｄ）に示されるようにガイド付勢力Ｆ２を小さくする方向に作用すると同時に当接力Ｆ５が大きくなる方向に可動部１１が加速した場合、摩擦力Ｆ４がガイド付勢力Ｆ２を著しく小さくしてしまい、可動部１１が倒れ易くなる。そして、後述するように、可動部１１には複数のモーメントが作用しており、ガイド付勢力Ｆ２が小さくなった状態で可動部１１が所定の方向にモーメントを受けると、可動部１１が倒れてしまうおそれがある。

この問題に対して採用されている振動型アクチュエータ１の特徴について以下に詳細に説明する。図４（ａ）は、振動型アクチュエータ１の断面図であり、図１（ｃ）中に破線で示される枠内を拡大した図である。図４（ｂ），（ｃ）は、振動型アクチュエータ１の断面図であり、図３（ｂ）を部分的に拡大した図である。図４（ａ）と図４（ｂ），（ｃ）とは、断面を示す切断位置は異なるが、いずれも幅方向Ｄ３から振動型アクチュエータ１を見た図である。

可動部１１が倒れ易い条件において可動部１１の可動案内部材１１５を倒そうとするモーメントは２つある。１つは、図４（ｂ）に示す、加速により可動案内部材１１５が受ける第１のモーメントＭ１である。別の１つは、図４（ｃ）に示す、摩擦力Ｆ４により可動案内部材１１５が受ける第２のモーメントＭ２である。

先ず、第１のモーメントＭ１について説明する。可動部１１が図４（ａ）に示す矢印Ｖ１の方向に加速する際、振動体１１１が突起１１１ｃの先端に推力Ｆ６を発生させている。推力Ｆ６は、振動体保持枠１１２と接続板１１３を介して可動枠１１４へ伝達される。図４（ａ），（ｂ）において、Ｐ０点は接続板１１３と振動体保持枠１１２の接着点を、Ｐ１点は接続板１１３と可動枠１１４の接着点（第１の点）を表している。推力Ｆ６は接続板１１３上をＰ０点からＰ１点へ伝達され、Ｐ１点において可動枠１１４と可動案内部材１１５に推力Ｆ６´（図４（ｂ））として作用する。接続板１１３は前述したように薄い金属板であり、推力Ｆ６´のみを伝達する。そのため、可動枠１１４と可動案内部材１１５に対して振動体１１１から伝達される推力Ｆ６´の作用点はＰ１点となる。

また、当接面１１５ｂと当接体１３１ａが当接するＰ２点（第２の点）において、当接面１１５ｂには当接体１３１ａから受ける駆動負荷Ｆ７が作用する。駆動負荷Ｆ７は駆動対象物の慣性力や摺動負荷を含み、駆動負荷Ｆ７の大きさは、力のつり合いにより、推力Ｆ６´と一致する。そして、推力Ｆ６´と駆動負荷Ｆ７の軸ずれによって可動枠１１４と可動案内部材１１５に第１のモーメントＭ１が作用する。加圧方向Ｄ１におけるＰ１点とＰ２点の距離を‘Ｌ２’とすると、第１のモーメントＭ１の大きさは下記式１で表される。

次に、第２のモーメントＭ２について説明する。図４（ｃ）に示すように、駆動方向Ｄ１において、当接面１１５ｂと当接体１３１ａは、ガイド付勢力Ｆ２の合力中心Ｃ１から距離Ｌ１だけ離れた位置に設けられている。そのため、可動枠１１４と可動案内部材１１５に、下記式２で表される第２のモーメントＭ２が作用する。距離Ｌ１の向きや大きさを調整することによって、第２のモーメントＭ２の方向や大きさを調整することができる。

当接面１１５ｂと当接体１３１ａは、駆動方向Ｄ１においてガイド付勢力Ｆ２の合力中心Ｃ１から距離Ｌ１だけ離れた位置において、駆動方向Ｄ１に付勢される。これにより、当接面１１５ｂに作用する摩擦力Ｆ４によって可動案内部材１１５が受ける第２のモーメントＭ２を意図的に生じさせることができる。また、第２のモーメントＭ２の方向を、加速により可動案内部材１１５が受ける第１のモーメントＭ１とは逆の方向とすることにより第１のモーメントＭ１を打ち消し或いは低減させることができる。

つまり、振動型アクチュエータ１では、前述の通りに連結機構１３を高剛性化しつつ、可動部１１が倒れ易い上述の条件下では可動案内部材１１５を倒そうとする２つのモーメントを打ち消し合わせることにより、可動部１１の倒れを抑制する効果を得ている。換言すれば、第１のモーメントＭ１と第２のモーメントＭ２を互いに逆方向に生じさせることで可動部１１の倒れを抑制する効果は、摩擦力Ｆ４が著しくガイド付勢力Ｆ２を低減させてしまう駆動条件下で特に顕著に得られる。このような駆動条件は、摩擦力Ｆ４がガイド付勢力Ｆ２を打ち消す方向に作用した場合（図３（ｄ）参照）と、当接力Ｆ５が増大する矢印Ｖ１の方向に可動部１１が加速した場合（図３（ｃ）参照）である。

なお、振動型アクチュエータ１では、可動部１１はいずれの方向にも回転不可能に保持され、連結部材１３１は不図示の光学部材（駆動対象物）に連結され、光学部材は不図示の案内機構によりいずれの方向にも回転不可能に保持されている。このような構成条件に限らず、可動部１１の倒れを摩擦力Ｆ４により抑制する効果は、可動部１１や連結部材１３１に回動可能な部材が含まれ、回動可能な部材を介して連結される構成においても得ることができる。但し、この場合に連結機構１３を高剛性化しようとすると、回動する部品やその保持機構の大型化を回避することが容易でなくなる。換言すれば、可動部１１や連結部材１３１に回動可能な部材が含まれる場合、連結機構１３を高剛性化しつつ可動部１１の倒れを摩擦力Ｆ４を利用して抑制するためには、可動部１１及び連結部材１３１はいずれの方向にも回転不可能に保持されることが望ましい。

さて、振動型アクチュエータ１では、可動部１１の可動案内部材１１５に、駆動方向Ｄ１に延在する案内溝１１５ａが設けられている。また、固定部１２の固定案内部材１２３には、加圧方向Ｄ２において案内溝１１５ａに対向する位置に、駆動方向Ｄ１に延在する案内溝１２３ａ及び案内面１２３ｂが設けられている。そして、案内溝１１５ａと案内溝１２３ａ及び案内面１２３ｂとの間には転動ボール１４が配置され、ガイド付勢力Ｆ２により可動案内部材１１５と固定案内部材１２３で転動ボール１４を挟持している。このように、振動体１１１の加圧機構を利用して案内機構を付勢して、転動ボール１４の転動により可動部１１をスムーズに駆動方向Ｄ１のみ移動可能な構成が実現されている。

一方で、振動型アクチュエータ１の駆動中に転動ボール１４の駆動方向Ｄ１での位置は変動し、ガイド付勢力Ｆ２は振動体の加圧力Ｆ１以上の値にすることは容易ではない。よって、振動型アクチュエータ１の構造は、可動部１１の倒れが起こり構造とは言い難い。換言すれば、可動部１１が倒れ易い構成の振動型アクチュエータ１では、可動部１１の倒れを摩擦力Ｆ４により抑制する効果をより顕著に得ることができる。

次に、第１のモーメントＭ１と第２のモーメントＭ２の大きさを略一致させて相殺させることで、可動部１１の倒れをより効果的に抑制する構成について説明する。振動型アクチュエータ１では、上述したように、摩擦力Ｆ４により可動案内部材１１５が受ける第２のモーメントＭ２と、加速により可動案内部材１１５が受ける第１のモーメントＭ１を逆方向に発生させて打ち消し合わせる構成としている。

第１のモーメントＭ１と第２のモーメントＭ２の大きさを略一致させるための条件は次の通りである。即ち、当接面１１５ｂと当接体１３１ａの当接力Ｆ５（図４（ｃ））は、付勢部材１３２が生じる付勢力Ｆ３と駆動負荷Ｆ７の合力であるため、下記式３により表される。また、付勢力Ｆ３は、矢印Ｖ１の方向（図４（ｃ））の逆方向に駆動負荷Ｆ７が生じても、当接面１１５ｂと当接体１３１ａを付勢し続けるため、駆動負荷Ｆ７に対して１以上の安全率を乗じた値とすることが一般的である。ここで、その安全率を１以上２以下とすると、下記式４が成り立つ。そして、下記式３，４より、当接力Ｆ５の大きさ範囲は、下記式５で表される。ここで、摩擦力Ｆ４は、当接力Ｆ５に摩擦係数μを乗じた値である。摩擦係数μは一般的に０．１～０．５の値を取ることから、下記式５より、摩擦力Ｆ４は下記式６で表される範囲の値を取り得る。更に、上記式２と下記式６により、摩擦力Ｆ４により可動案内部材１１５が受ける第２のモーメントＭ２の大きさは、下記式７で表される範囲の値を取り得る。

第１のモーメントＭ１と第２のモーメントＭ２の大きさを略一致させようとすると、上記式７より、第１のモーメントＭ１の大きさを下記式８の範囲内とすることが好ましい。下記式８に上記式１を代入すると、距離Ｌ１，Ｌ２の間に下記式９の関係が成り立つ。よって、可動案内部材１１５に作用する第１のモーメントＭ１と第２のモーメントＭ２を相殺させる（極力、打ち消す）ためには、距離Ｌ１，Ｌ２が下記式１０の関係を満たすことが望ましいことがわかる。

なお、振動型アクチュエータ１では、可動部１１が振動体１１１を有し、固定部１２が摩擦部材１２１を有する構造となっているが、逆に可動部１１が摩擦部材を有し、固定部１２が振動体を有する構成の振動型アクチュエータであっても本発明の効果は得られる。また、振動型アクチュエータ１では、可動部１１の可動案内部材１１５が当接面１１５ｂを有し、連結部材１３１が当接体１３１ａを有する構造であるが、逆に可動部１１が当接部を有し、連結部材１３１が当接面を有する構成であっても本発明の効果は得られる。

更に、振動型アクチュエータ１では、可動枠１１４と可動案内部材１１５に対し振動体１１１から伝達される推力Ｆ６´の作用点は、接続板１１３と可動枠１１４の接着部であるＰ１点である。しかし、可動案内部材１１５に対して振動体１１１からの推力Ｆ６が伝達される作用点は、必ずしも接続板１１３と可動枠１１４の接着点である必要はない。つまり、推力Ｆ６が伝達される作用点は、可動案内部材１１５に対して振動体１１１の推力Ｆ６がモーメントを生じずに伝達される点であると定義される。よって、例えば、複数の経路を介して推力Ｆ６が伝達される場合、推力Ｆ６が伝達される作用点は、複数の経路から伝達される推力の合力が作用する点であり、それは仮想の点であってもよい。

次に、振動型アクチュエータ１により光学部材を駆動する光学機器の一例としての撮像装置について説明する。図５（ａ）は、撮像装置本体２２及びレンズ鏡筒２１からなる撮像装置の概略構成を示す断面図である。図５（ｂ）は、レンズ鏡筒２１に組み込まれたレンズ駆動装置の概略構成を示す斜視図である。

撮像装置本体２２の内部には、撮像素子２２ａが配置されている。また、撮像装置本体２２は、レンズ鏡筒２１が着脱されるマウント２２１を備えており、マウント２２１はレンズ鏡筒２１を撮像装置本体２２に着脱可能とするためのバヨネット部を有している。

レンズ鏡筒２１は、マウント２２１に取り付けられた際にマウント２２１のフランジ部と当接する固定筒２１１を有する。レンズ鏡筒２１はまた、固定筒２１１に対して固定される前鏡筒２１２と後鏡筒２１３を有し、前鏡筒２１２はレンズＧ１を保持し、後鏡筒２１３はレンズＧ３を保持している。更にレンズ鏡筒２１の内部には、レンズＧ２と、レンズＧ２を保持するレンズ保持枠２１４が配置されている。レンズ保持枠２１４は、前鏡筒２１２と後鏡筒２１３に保持されたガイドバー２１５（案内部材）よって駆動方向Ｄ１に移動可能に保持されている。

振動型アクチュエータ１は、後鏡筒２１３にビス（不図示）等で固定される。振動型アクチュエータ１の可動部１１を構成する可動案内部材１１５は、連結部材１３１と当接している。可動案内部材１１５の当接面１１５ｂと連結部材１３１は、上述したように、駆動方向Ｄ１に付勢されている。連結部材１３１は、ビス締結によりレンズ保持枠２１４に結合される。

よって、振動型アクチュエータ１を駆動すると、振動型アクチュエータ１の駆動力は、可動案内部材１１５と連結部材１３１を介してレンズ保持枠２１４に伝達され、レンズ保持枠２１４はガイドバー２１５によって駆動方向Ｄ１に案内されて直線的に移動する。

その際、振動型アクチュエータ１の可動案内部材１１５は、固定案内部材１２３によって案内され、レンズ保持枠２１４はガイドバー２１５により案内される。そのため、振動型アクチュエータ１の駆動時には、駆動方向Ｄ１と直交する方向において、可動部１１とレンズ保持枠２１４の間に微小な位置変動が生じるが、この位置変動は、可動案内部材１１５と連結部材１３１の滑りによって吸収される。

レンズ鏡筒２１では、振動型アクチュエータ１と連結機構１３を用いることにより連結機構１３を高剛性化しつつ可動部１１の倒れを抑制することができるため、レンズＧ２が大質量であっても高い精度でレンズＧ２を駆動することが可能になる。

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、振動型アクチュエータ１を構成する各部品の形状や材質は、本発明の効果が得られる限りにおいて、上述したものに限定されない。また、上記実施形態では、振動体１１１が摩擦部材１２１に対して駆動方向Ｄ１へ移動する構成としているが、摩擦部材１２１が振動体１１１に対して駆動方向Ｄ１へ移動する構成であってもよい。つまり、振動体１１１及びこれに連結された部材と摩擦部材１２１及びこれに連結された部材の一方を可動部とし、他方を固定部とすることができる。連結部材１３１が移動可能な部材に連結されることは言うまでもない。また、駆動対象物がレンズ鏡筒のレンズである例を説明したが、駆動対象物を直進駆動させる駆動装置であれば本発明を適用できる。例えば、駆動対象物を撮像素子とした撮像装置や、駆動対象物を視度調整用レンズや表示パネルとしたヘッドマウントディスプレイ等の表示装置、駆動対象物をステージとした顕微鏡にも本発明を適用できる。

１ 振動型アクチュエータ
１４ 転動ボール
２１ レンズ鏡筒
１１１ 振動体
１１５ 可動案内部材
１１５ａ 案内溝
１１５ｂ 当接面
１１６ 加圧部材
１２１ 摩擦部材
１２３ 固定案内部材
１２３ａ 案内溝
１２３ｂ 案内面
１３１ 連結部材
１３１ａ 当接体
１３２ 付勢部材
２１５ ガイドバー

Claims (9)

1. 振動体と、
   前記振動体と接触する被駆動体と、
   前記振動体を前記被駆動体に対して所定の加圧力で加圧する加圧部材と、
   前記振動体と前記被駆動体の一方を保持する固定案内部材と、
   前記振動体と前記被駆動体の他方を保持し、前記振動体が生じる駆動力により所定の駆動方向に移動可能に配置された可動案内部材と、
   前記可動案内部材と駆動対象物を連結する連結部材と、
   前記駆動方向において前記連結部材を前記可動案内部材に対して付勢する付勢部材と、を備え、
   前記加圧力の少なくとも一部を前記可動案内部材と前記固定案内部材を付勢するガイド付勢力として用いる振動型アクチュエータであって、
   前記可動案内部材と前記連結部材は、一方が前記駆動方向と略直交する当接面を有し、他方が前記当接面と当接する当接体を有し、
   前記当接面と前記当接体は、前記駆動方向において前記ガイド付勢力の合力中心から所定の距離だけ離れた位置で前記付勢部材の付勢力を受けて接触し、
   前記当接体と前記当接面の当接部で生じる摩擦力が前記ガイド付勢力を打ち消す駆動条件において、前記可動案内部材の加速により前記可動案内部材が受ける第１のモーメントの方向と前記当接部に生じる摩擦力によって前記可動案内部材が受ける第２のモーメントの方向とが逆方向であることを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 前記駆動条件は、前記可動案内部材に作用している前記ガイド付勢力を打ち消す成分を有する摩擦力が前記当接部に作用するように前記当接部において生じる駆動条件であることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
3. 前記駆動条件は、前記可動案内部材が前記当接面と前記当接体の当接力が増大する方向へ加速される駆動条件であることを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記可動案内部材と前記連結部材は共にいずれの方向にも回転不可能に保持する保持手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記可動案内部材は、前記駆動方向に延在する溝からなる第１の案内部を有し、
   前記固定案内部材は、前記加圧力の加圧方向において前記第１の案内部と対向する位置に前記駆動方向に延在する溝または平面からなる第２の案内部を有し、
   前記第１の案内部と前記第２の案内部の間に転動ボールが配置され、前記転動ボールが前記ガイド付勢力により前記第１の案内部と前記第２の案内部で挟持されて、前記可動案内部材は前記固定案内部材に対して前記駆動方向にのみ移動可能に保持されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
6. 前記駆動方向と前記加圧力の加圧方向とに直交する方向から見て、前記振動体から前記可動案内部材に伝達される推力の作用点を第１の点とし、前記当接面と前記当接体が当接する点を第２の点とし、前記駆動方向における前記ガイド付勢力の合力中心と前記第２の点との間の距離をＬ１とし、前記加圧方向における前記第１の点と前記第２の点のとの間の距離をＬ２とした場合に、０．６６×Ｌ２≦Ｌ１≦５×Ｌ２、の関係が満たされることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記当接体は、球面状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
   前記連結部材と連結された光学部材と、
   前記光学部材を前記振動型アクチュエータでの前記駆動方向に案内する案内部材と、を備えることを特徴とする光学機器。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
   前記連結部材と連結された駆動対象物と、を備えることを特徴とする駆動装置。
   

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