JP4844135B2 - 振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒及びカメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、振動により駆動力を発生させる振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒及びカメラシステムに関するものである。

特許文献１には、超音波モータユニットをモータ固定用部材にビス止めすることにより、駆動装置に取り付ける例が開示されている。
しかし、これは、別部材として組み立てられた超音波モータユニットを、モータ固定用部材に取り付けている形態であるため、モータ固定用部材の正確な位置に、傾くことなく超音波モータユニットを取り付ける作業が困難であるという問題があった。従って、超音波モータからの駆動力を出力するギヤと、そのギヤと噛合って出力を伝達するギヤとの間の軸間精度が悪く、また、超音波モータの出力ギヤが傾きやすい。そのため、伝達効率の悪化や、異音の発生等が生じるという問題があった。
さらに、このような超音波モータは小型であるため、ビス止めするためのビスの頭や、ビス止め用の穴等のスペースが必要となり省スペース化が図れないという問題があった。
特開平５−２０７７６１号公報（第６頁、図９）

本発明の課題は、伝達効率が良く、異音が小さく、容易に製造でき、小型化できる振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒及びカメラシステム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、本発明の一実施例を示す図面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の発明は、軸受け部（１ａ）を有するベース部材（１）と、前記軸受け部に摺動嵌合する第１の駆動力伝達部材（１５，１６，１７）と、前記軸受け部に設けられる支持軸（１ｂ）と、前記支持軸に支持され、振動により、前記第１の駆動力伝達部材を駆動するステータ（１４）と、前記第１の駆動力伝達部材の駆動力を受けて駆動される第２の駆動力伝達部材と、前記ベース部材に設けられ、前記第２の駆動力伝達部材（２）を支持する支持部（１ｃ，１ｄ）と、前記第２の駆動力伝達部材の駆動力を受けて駆動される第３の駆動力伝達部材（３）と、前記ベース部材に設けられ、前記第３の駆動力伝達部材を支持する支持穴部（１ｄ）と、前記ベース部材と対向して配置され収容空間を形成するカバー部材（４）とを備え、前記ベース部材は、前記軸受け部、前記支持軸、前記支持部及び前記支持穴部が一体に成形されており、前記カバー部材は、前記支持部、前記支持穴部に対向し、前記第２の駆動力伝達部材、前記第３の駆動力伝達部材の他端を支持するカバー側支持穴部を備えること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ装置において、前記軸受け部（１ａ）は、凸形状を有すること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ装置において、前記ステータ（１４）を前記第１の駆動力伝達部材（１５，１６，１７）側に加圧する加圧部を備えること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記第１の駆動力伝達部材（１５，１６，１７）は、前記ステータ（１４）の前記振動により回転駆動されるロータ（１５）と、前記ロータと一体的に回転して前記ロータの駆動力を出力する出力部材（１６）とを備えること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記第２の駆動力伝達部材（２）は、前記第１の駆動力伝達部材（１５，１６，１７）の駆動力を直接受けて回転すること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記第２の駆動力伝達部材（２）は、歯車であって、前記第１の駆動力伝達部材（１５，１６，１７）が有する歯車部（１６）と係合していること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記ベース部材（１）は、樹脂成形品であること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項８の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記ベース部材（１）は、金属成形品であること、を特徴とする振動アクチュエータ装置（１００）である。
請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置（１００）と、前記振動アクチュエータ装置を駆動源として駆動される光学系と、を備えたレンズ鏡筒である。
請求項１０の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置（１００）と、前記振動アクチュエータ装置を駆動源として駆動される被駆動部材と、を備えたカメラシステムである。
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、製造容易な振動アクチュエータを得ることができる。

本発明は、伝達効率がよく、異音の発生が小さく、製造が容易で、小型化できる振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒及びカメラシステムを提供するという目的を、支持軸、軸受け凸部、伝達ギヤの位置決め部をベース部材と一体成形とすることにより実現した。

図１は、本実施例の振動アクチュエータ装置１００を説明する図である。
図２は、本実施例の振動アクチュエータ装置１００のベース部材１を示す図である。
本実施例において、振動アクチュエータ装置１００は、超音波領域の振動を利用した超音波モータを用いた例を挙げて説明する。
本実施例の振動アクチュエータ装置１００は、ベース部材１、伝達ギヤ２，３、ステータ１４、ロータ１５等を備えており、不図示のカメラに設けられ、フォーカス動作を行う駆動部に用いられている。

ベース部材１は、軸受け凸部１ａ、支持軸１ｂ、ギヤ軸１ｃ、ギヤ穴１ｄがダイキャスト法により一体成形された金属製の部材である。ベース部材１とカバー部材４とにより形成される空間には、後述の出力ギヤ１６からの出力を伝達する伝達ギヤ２，３等が設けられている。
軸受け凸部１ａは、ベース部材１に設けられ、その形状は略円筒形状であり、出力ギヤ１６が摺動嵌合する部分である。
支持軸１ｂは、超音波モータに相当する部分を構成する各部材を支持する軸であり、略円筒形状をしており、軸受け凸部１ａと同軸に設けられている。本実施例では、支持軸１ｂは、ステータ１４の回転を規制するために、円筒面の一部を平面形状（いわゆるＤカット形状）としている。
ギヤ軸１ｃ、ギヤ穴１ｄは、伝達ギヤ２，３を支持する部分であり、それらの位置を決める位置決め部となる。
伝達ギヤ２は、ギヤ軸１ｃに嵌合したギヤであり、出力ギヤ１６と係合し、出力ギヤ１６の駆動力を直接受けて回転する第２の駆動力伝達部材である。伝達ギヤ３は、ギヤ穴１ｄに嵌合したギヤであり、伝達ギヤ２と係合して回転し、不図示のレンズ群等の被駆動部材に、出力を伝達するギヤである。

次に、超音波モータに相当する部分を構成する各部材について説明する。
ステータ１４は、弾性体１１と、弾性体１１に接合された圧電体１２と、フレキシブルプリント基板１３等とを備え、その形状は、略円環形状である。本実施例では、ステータ１４の中心には、支持軸１ｂのＤカット形状に対応した孔が形成されており、支持軸１ｂに施されたＤカット形状の平面部分と係合させることにより、ステータ１４が、後述のロータ１５の回転に付随して回転しないように、その位置を規制している。
弾性体１１は、共振先鋭度が大きな金属によって形成され、圧電体１２が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成された櫛歯部１１ａが設けられている。この櫛歯部１１ａの先端面は、後述のロータ１５に加圧接触し、ロータ１５を回転駆動する駆動面となる。

圧電体１２は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等の電気機械変換素子であり、本実施例では、圧電素子を用いている。圧電体１２は、弾性体１１の周方向に沿って２つの相（Ａ相，Ｂ相）の電気信号が入力される範囲があり、各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられており、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分間隔があくようにしてある。
フレキシブルプリント基板１３は、その配線が圧電体１２の各相の電極に接続されており、このフレキシブルプリント基板１３に外部から供給された駆動信号により、圧電体１２が伸縮する。

この圧電体１２の伸縮により、弾性体１１の駆動面（櫛歯部１１ａの先端面）には、進行性振動波（以下、進行波とする）が発生する。本実施例では、一例として、１周あたり４波の進行波のものを使用した。
なお、弾性体１１に櫛歯部１１ａを設ける理由は、この進行波の中立面をできる限り圧電体１２側に近付け、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。

ロータ１５は、アルミニウム等の軽金属によって形成され、弾性体１１の駆動面に生じた進行波によって回転駆動される部材である。このロータ１５は、弾性体１１の駆動面と接する面に、耐摩耗性向上のための表面処理が施してある。
出力ギヤ１６は、軸受け凸部１ａに摺動嵌合し、後述の加圧部１９の加圧力により、ゴムリング１７を介してロータ１５と一体となって回転する。従って、出力ギヤ１６は、ロータ１５，ゴムリング１７を介してステータ１４に駆動され、超音波モータの駆動力を出力する出力部材である。本実施例では、出力ギヤ１６は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を添加したＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）を用いて形成されている。
なお、本実施例では、ロータ１５，出力ギヤ１６，ゴムリング１７が一体となって、第１の駆動力伝達部材として機能している。

加圧部１９は、コイルバネ１９ｂと、ステータ１４に接して配置され、コイルバネ１９ｂの一端を押さえる押さえリング１９ａと、支持軸１ｂに形成された溝に挿入され、コイルバネ１９ｂの他端を押さえてコイルバネ１９ｂの位置を規制するバネ押さえ（Ｅリング）１９ｃとを備えている。
この加圧部１９は、ステータ１４をロータ１５側（出力ギヤ１６側）へ支持軸１ｃの軸方向に加圧する。加圧部１９の加圧力は、軸受け凸部１ａの支持軸１ｂ側に形成された軸方向に垂直な面によって受けられる形態となっており、ベース部材１に一体に形成された軸受け凸部１ａ、支持軸１ｂを用いて超音波モータに相当する部分を構成する各部材を組立て、加圧部１９によって加圧することにより、１つの超音波モータとなっている。

（組立て方法）
本実施例の振動アクチュエータ装置１００を組み立てるときには、まず、ベース部材１に設けられたギヤ軸１ｃ，ギヤ穴１ｄに、伝達ギヤ２，３を取り付け、軸受け凸部１ａに出力ギヤ１６を挿入し、ゴムリング１７、ロータ１５を支持軸１ｂに嵌合させる。
次に、ステータ１４を支持軸１ｂに嵌合させ、加圧部１９を挿入してステータ１４とロータ１５とを支持軸１ｂの軸方向に加圧接触させる。
（動作）
本実施例の振動アクチュエータ１００の動作について説明する。
まず、フレキシブルプリント基板１３から圧電体１２へ供給される駆動信号により、弾性体１１が励振され、弾性体１１の駆動面に進行波が発生し、弾性体１１と加圧接触しているロータ１５が回転駆動される。
次に、出力ギヤ１６は、ロータ１５とゴムリング１７との摩擦力及びゴムリング１７と出力ギヤ１６との摩擦力により、ロータ１５と一体となって回転し、その駆動力を取り出す。
そして、出力ギヤ１６により取り出された駆動力は、出力ギヤ１６の歯車と係合する伝達ギヤ２、伝達ギヤ２と係合する伝達ギヤ３へと順次伝達され、不図示の被駆動部材へと伝達される。

本実施例によれば、出力ギヤ１６、伝達ギヤ２，３は、ベース部材１に一体に成形された軸受け凸部１ａ、ギヤ軸１ｃ、ギヤ穴１ｄにより、位置決めされているので、出力ギヤ１６と伝達ギヤ２，３との軸間精度がよい。また、軸受け凸部１ａ及び支持軸１ｂと、ギヤ軸１ｃとの平行度がよいので、出力ギヤ１６、伝達ギヤ２が傾くことがない。
従って、各ギヤの伝達効率が向上し、かつ、バックラッシュが小さくでき、異音の発生を小さくできる。
また、支持軸１ｂと軸受け凸部１ａとが一体であるので、ステータ１４，ロータ１５，出力ギヤ１６の間の各接触面が安定して接触し、モータの駆動効率を上げることができる。
さらに、ベース部材に別体の超音波モータユニットを、ねじ止め等によって取り付ける作業が不要となり、振動アクチュエータ装置を容易に組み立てることができる。また、ねじ止め等が不要であるので、部品点数が減り、生産コストを低く抑えることができる。
さらにまた、超音波モータユニットのねじ止めに必要なねじ穴やねじ頭のスペース等が不要となり、省スペース化を図り、より小型の振動アクチュエータ装置とすることができる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施例において、ベース部材１は、ダイキャスト法を用いて成形された金属成形品である例を示したが、これに限らず、例えば、ガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維を混合したポリカーボネート（ＰＣ）等のプラスチック樹脂等を射出成形して形成してもよい。
ベース部材１に樹脂の射出成形品を用いる場合は、軸受け凸部１ａと出力ギヤ１６との間に、金属製のワッシャや、軸受け凸部１ａを覆うような円筒形状の板金製のキャップ等を設けて、加圧部１９の加圧力により増大する出力ギヤ１６と軸受け凸部１ａとの間の摩擦による磨耗を低減してもよい。

（２）本実施例では、支持軸１ｂは、ベース部材１と一体に成形されている例を示したが、これに限らず、例えば、図３に示すように、支持軸１ｂのみを別部材としてもよい。

（３）本実施例において、出力ギヤ１６とロータ１５とは別部材である例を示したが、これに限らず、例えば、一部材としてもよい。

（４）本実施例において、超音波モータ用いた振動アクチュエータ装置１００を例に挙げて説明したが、これに限らず、超音波領域の振動を用いない振動波モータに適用してもよい。

（５）本実施例において、２つの屈曲振動による進行波を用いた円環型の振動アクチュエータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、屈曲振動や面内振動を利用したロッド型アクチュエータ、ペンシル型アクチュエータ、円盤型アクチュエータ等の他の駆動モード用いる振動アクチュエータにも適用できる。

（６）本実施例において、振動アクチュエータ装置１００は、カメラに設けられ、フォーカス動作を行う駆動部に用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、交換レンズに用いてもよい。また、ズーム動作を行う駆動部に用いてもよい。さらに、複写機の駆動部や、自動車のハンドルチルト装置等に用いてもよい。

本実施例の振動アクチュエータ装置１００を説明する図である。 本実施例の振動アクチュエータ装置１００のベース部材１を示す図である。 変形例の振動アクチュエータ装置のベース部材を示す図である。

符号の説明

１：ベース部材、１ａ：軸受け凸部、１ｂ：支持軸、１ｃ：ギヤ軸、１ｄ：ギヤ穴、２，３：伝達ギヤ、１４：ステータ、１５：ロータ、１６：出力ギヤ、１９：加圧部、１００：振動アクチュエータ装置

Claims (10)

1. 軸受け部を有するベース部材と、
   前記軸受け部に摺動嵌合する第１の駆動力伝達部材と、
   前記軸受け部に設けられる支持軸と、
   前記支持軸に支持され、振動により、前記第１の駆動力伝達部材を駆動するステータと、
   前記第１の駆動力伝達部材の駆動力を受けて駆動される第２の駆動力伝達部材と、
   前記ベース部材に設けられ、前記第２の駆動力伝達部材を支持する支持部と、
   前記第２の駆動力伝達部材の駆動力を受けて駆動される第３の駆動力伝達部材と、
   前記ベース部材に設けられ、前記第３の駆動力伝達部材を支持する支持穴部と、
   前記ベース部材と対向して配置され収容空間を形成するカバー部材とを備え、
   前記ベース部材は、前記軸受け部、前記支持軸、前記支持部及び前記支持穴部が一体に成形されており、
   前記カバー部材は、前記支持部、前記支持穴部に対向し、前記第２の駆動力伝達部材、前記第３の駆動力伝達部材の他端を支持するカバー側支持穴部を備えること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
2. 請求項１に記載の振動アクチュエータ装置において、
   前記軸受け部は、凸形状を有すること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ装置において、
   前記ステータを前記第１の駆動力伝達部材側に加圧する加圧部を備えること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
   前記第１の駆動力伝達部材は、前記ステータの前記振動により回転駆動されるロータと、前記ロータと一体的に回転して前記ロータの駆動力を出力する出力部材とを備えること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
   前記第２の駆動力伝達部材は、前記第１の駆動力伝達部材の駆動力を直接受けて回転すること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
   前記第２の駆動力伝達部材は、歯車であって、前記第１の駆動力伝達部材が有する歯車部と係合していること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
   前記ベース部材は、樹脂成形品であること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
   前記ベース部材は、金属成形品であること、
   を特徴とする振動アクチュエータ装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置と、
   前記振動アクチュエータ装置を駆動源として駆動される光学系と、
   を備えたレンズ鏡筒。
10. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置と、
    前記振動アクチュエータ装置を駆動源として駆動される被駆動部材と、
    を備えたカメラシステム。

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