JP5573121B2 - Vibration actuator, lens barrel and camera - Google Patents
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Description
本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラに関するものである。 The present invention relates to a vibration actuator, a lens barrel, and a camera.
圧電素子等の電気機械変換素子を用いて振動子を振動させ、この振動によって相対移動部材を摩擦駆動させる振動アクチュエータがある。従来、相対移動部材としては、コスト及び加工性の面から、例えばアルミニウム等の剛性の低いものが用いられている。また、振動子としては、一般に高弾性材料、例えば鉄やステンレス鋼といった金属材料が用いられている(例えば、特許文献1参照)。 There is a vibration actuator that vibrates a vibrator using an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element and frictionally drives a relative movement member by the vibration. Conventionally, as the relative movement member, a member having low rigidity such as aluminum is used from the viewpoint of cost and workability. As the vibrator, generally, a highly elastic material, for example, a metal material such as iron or stainless steel is used (see, for example, Patent Document 1).
しかし、アルミニウムは剛性が低いため、摩擦、磨耗対策が必要である。また、アルミニウムで製造された相対移動部材と振動子とが共振して駆動音が発生する可能性がある。 However, since aluminum has low rigidity, it is necessary to take measures against friction and wear. In addition, the relative movement member made of aluminum and the vibrator may resonate and drive sound may be generated.
本発明の課題は、磨耗が少なく且つ駆動音の小さい振動アクチュエータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a vibration actuator that has low wear and low driving noise.
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。 The present invention solves the above problems by the following means .
請求項1に記載の発明は、ベース部に支持されて設けられた、基部と先端部とを有する振動子と、前記基部を第2の方向に沿って駆動する1対の第1電気機械変換素子と、前記先端部に加圧接触し、前記振動子が振動することにより、前記第2の方向と交差する第1の方向に沿って回転移動する回転移動部材と、前記ベース部に挿通され、前記回転移動部材の回転軸に沿って設けられ、前記回転移動部材を支持する支持軸と、を備え、前記振動子は、前記1対の第1電気機械変換素子が前記第1の方向に沿って前記基部を挟み込むことで前記ベース部に支持されるとともに、前記ベース部に前記第1の方向に沿って配置され、前記回転移動部材の密度が前記振動子より小さく、前記回転移動部材のヤング率が前記振動子より大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の振動アクチュエータであって、前記回転移動部材がセラミック製であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の振動アクチュエータであって、前記振動子が、金属製であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の振動アクチュエータであって、前記回転移動部材の軸方向の最大厚みは、前記相対回転移動部材の径方向の最大半径より大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の振動アクチュエータであって、前記回転移動部材における、前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、矩形であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の振動アクチュエータであって、前記回転移動部材における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、八角形であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項7に記載の発明は、請求項4に記載の振動アクチュエータであって、前記回転移動部材における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、略円形であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項8に記載の発明は、請求項4に記載の振動アクチュエータであって、前記基部と前記先端部との間に、前記先端部を前記第1の方向に沿って振動させる第2電気機械変換素子をさらに備えること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項9に記載の発明は、請求項1から8のいずれか1項に記載の振動アクチュエータを備えること、を特徴とするレンズ鏡筒である。
請求項10に記載の発明は、請求項1から8のいずれか1項に記載の振動アクチュエータを備えること、を特徴とするカメラである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a vibrator having a base portion and a tip portion, which is supported by a base portion, and a pair of first electromechanical conversions that drive the base portion in a second direction. An element, a rotationally moving member that rotates and moves along a first direction intersecting the second direction when the transducer is in pressure contact with the tip portion and the vibrator vibrates, and is inserted into the base portion. A support shaft that is provided along a rotation axis of the rotation moving member and supports the rotation movement member, wherein the vibrator includes the pair of first electromechanical transducer elements in the first direction. The base portion is sandwiched along the base portion and is supported by the base portion along the first direction. The density of the rotationally moving member is smaller than that of the vibrator. The Young's modulus is larger than the vibrator. Is a vibration actuator to be.
A second aspect of the present invention is the vibration actuator according to the first aspect, wherein the rotationally moving member is made of ceramic.
The invention according to claim 3 is the vibration actuator according to
Invention of Claim 4 is a vibration actuator of any one of Claim 1 to 3, Comprising: The axial maximum thickness of the said rotational movement member is the maximum of the radial direction of the said relative rotational movement member. The vibration actuator is characterized by being larger than the radius.
A fifth aspect of the present invention is the vibration actuator according to the fourth aspect, wherein the rotationally moving member has a rectangular cross-sectional shape parallel to the axis and passing through the axis. Actuator.
Invention of Claim 6 is a vibration actuator of Claim 4, Comprising: The cross-sectional shape which passes along the said axis | shaft in the said rotational movement member is an octagon, The vibration characterized by the above-mentioned. Actuator.
A seventh aspect of the present invention is the vibration actuator according to the fourth aspect of the present invention, wherein a cross-sectional shape that is parallel to and passes through the axis of the rotationally moving member is substantially circular. Actuator.
The invention according to claim 8 is the vibration actuator according to claim 4, wherein the second electric machine is configured to vibrate the tip portion along the first direction between the base portion and the tip portion. The vibration actuator further includes a conversion element.
A ninth aspect of the present invention is a lens barrel including the vibration actuator according to any one of the first to eighth aspects.
A tenth aspect of the present invention is a camera comprising the vibration actuator according to any one of the first to eighth aspects .
本発明によれば、磨耗が少なく且つ駆動音の小さい振動アクチュエータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a vibration actuator with little abrasion and a small driving sound can be provided.
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態の圧電モータ100について説明する。
図1は、本実施形態における圧電モータ100を備えるレンズ鏡筒300が装着されたカメラ200の概念図である。
カメラ200は、撮像素子202を有するカメラボディ201を備え、レンズ鏡筒300は、カメラボディ201に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒300は、交換レンズである例を示したが、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。
Hereinafter, a
FIG. 1 is a conceptual diagram of a
The
レンズ鏡筒300は、フォーカシングレンズ301、カム筒302、圧電モータ100およびこれらを包囲する筐体303等を備えている。
圧電モータ100は、カム筒302と筐体303の間の円環状の隙間に配置されている。圧電モータ100は、そのロータ部120の歯車125が、カム筒302の外周に形成された歯車に噛合して配設され、カム筒302を回転駆動する。これにより、カメラ200のフォーカス動作時においてフォーカシングレンズ301を駆動する。
The
The
カム筒302は、圧電モータ100による回転操作によって、筐体303内に光軸OAと平行する方向に移動可能に設けられている。
フォーカシングレンズ301は、カム筒302に保持されている。そして、圧電モータ100の駆動によるカム筒302の移動によって光軸OA方向に移動して焦点調節を行う。
なお、図示しないが、レンズ鏡筒300は、フォーカシングレンズ301の他に複数のレンズ群を備えている。
The
Focusing
Although not shown, the
そして、カメラ200は、レンズ鏡筒300内に設けられたフォーカシングレンズ301を含むレンズ群によって、撮像素子202の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子202によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をA/D変換することによって、画像データが得られる。
In the
次に、圧電モータ100について説明する。図2は、圧電モータ100の正面図である。図3は、圧電モータ100の断面図である。
圧電モータ100は、ベース部材110と、ベース部材110に対して隣接配置されたロータ部120と、ベース部材110のロータ部120と対向する側に構成された支持駆動部130と、を備えている。
Next, the
The
ベース部材110は、例えばステンレス鋼等の金属材料により中空円筒状に形成され、中心軸Cに沿って支持軸115が挿通固定されている。
ベース部材110におけるロータ部120と対向する端部には、支持駆動部130における駆動機構30を収容する保持凹部111が、ベース部材110の周方向(すなわちロータ部120の回転方向)に複数(6ヶ所)設けられている。保持凹部111は、環状のベース部材110の肉厚部分を径方向に通して形成されている。
The
At the end of the
ロータ部120は、ベアリング116を介して支持軸115によって回転自在に軸支され、支持駆動部130上に配置されている。ロータ部の形状については後述する。
The
支持駆動部130は、周方向等間隔(すなわち60°間隔)で6組の駆動機構30を備えている(図2には2つのみ図示)。
駆動機構30は、リフト方向振動子31と、スライド方向振動子32と、を備えている。また、リフト方向振動子31とベース部材10との間に配置されたリフト用圧電体33と、リフト方向振動子31とスライド方向振動子32との間に配置されたスライド用圧電体34とを備えている。
The
The
リフト方向振動子31は、直方体状であって、たとえばアルミニウム合金等の軽金属によって形成されているが、これに限定されず、鉄系やステンレス鋼の金属材料でもよい。リフト方向振動子31は、ベース部材10における保持凹部11に収容されている。その上面は、ベース部材10の上面より所定量上側に突出している。リフト用圧電体33は、リフト方向振動子31における、中心軸Cを中心とした回転R方向前後の外面と、保持凹部11におけるX軸方向前後の内壁面との間に、それぞれ配置されている。
The
前後のリフト用圧電体33は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電素子によって、所定の縦横比および厚さの薄い矩形の板状に形成され、圧電効果を有している。その振動モードは厚み滑り振動であって、長手方向の変形を利用するように形成されている。
The front and rear lift
そして、各リフト用圧電体33は、リフト方向振動子31の外面に導電性の接着剤によって接着され、保持凹部11の内壁面には絶縁性の接着剤によって接着されて、その振動方向を中心軸Cに沿った方向として設けられている。なお、各リフト用圧電体33は、導電性でない接着剤を用いてリフト方向振動子31の外面に接着してもよい。その場合、リフト用圧電体33とリフト方向振動子31の外面が直接接触して導通する部分を設けるように接着すればよい。
Each lift
スライド方向振動子32は、ステンレス合金鋼等によって断面が山形の六角柱状に形成され、スライド用圧電体34を介してリフト方向振動子31の上面に配設されている。スライド方向振動子32の上面は、ロータ部120の被駆動面121と対応する平坦な駆動面32Aとなっている。
The
スライド用圧電体34は、リフト用圧電体33と同様に、所定の縦横比で所定厚さの薄い板状の圧電素子であって、振動方向をR方向として設けられている。
Like the lift
リフト用圧電体33と、スライド用圧電体34には、図示しない制御装置によって制御される駆動回路からそれぞれ駆動電圧が印加され、リフト方向振動子31はアースに接続されている。この駆動電圧によってリフト用圧電体33が振動してリフト方向振動子31を昇降駆動すると共に、スライド方向振動子32を前後駆動する。
A drive voltage is applied to each of the lift
すなわち、リフト用圧電体33は、電圧の印加による圧電素子の変形振動によって、リフト方向振動子31を保持凹部11に対して中心軸Cに沿った方向に所定のストロークで移動駆動する。また、スライド用圧電体34は、電圧の印加による圧電素子の変形振動によって、スライド方向振動子32をリフト方向振動子31に対して(すなわちベース部材10に対して)R方向に所定のストロークで移動駆動する。
That is, the lift
上記のように構成された圧電モータ100は、制御装置に制御された駆動装置から、リフト用圧電体33およびスライド用圧電体34にそれぞれ所定の位相で駆動電圧が印加され、駆動機構30が作動してロータ部120をR方向に回転する。
In the
6組の駆動機構30は、1組み置き(交互)の3組でグループ(第1グループG1および第2グループG2)を構成している。各グループG1,G2を構成する駆動機構30におけるリフト用圧電体33には、電源部から同一位相の駆動電圧が印加されるようになっている。また、各グループG1,G2を構成する駆動機構30におけるスライド用圧電体34には、電源部から同一位相の駆動電圧が印加されるようになっている。
The six sets of
そして、各駆動機構30は、スライド方向振動子32がベース部材110の中心軸Cを中心として略円運動するように駆動される。同一グループ(G1またはG2)を構成する駆動機構30は同位相で作動し、かつ、グループG1またはグループG2を構成する駆動機構30は異なる位相で作動する。これにより、グループG1またはグループG2を構成する駆動機構30がロータ部120を回転軸方向において交互に支持し、ベース部材110に対して相対的に駆動させる。これによって、支持駆動部130は、ロータ部120をR方向に連続して回転駆動する。
Each
次に、ロータ部120について詳述する。ロータ部120は、図3に示すように、支持軸115の部分も含む断面形状が略矩形となっており、外周面には、歯車125が形成されている。そして、ロータ部120の軸方向の最大厚みは、ロータ部120の径方向の最大半径より大きい。
Next, the
また、ロータ部120は、中実(中身の詰まった状態)であって、その材質は、例えば、密度3.6〜4.0g/cm3、ヤング率230〜410×109N/m2のアルミナ等の軽量な且つ硬質のセラミックである。この密度はステンレス等で製造されたスライド方向振動子32より小さく、またヤング率はスライド方向振動子32より大きい。ロータ部120は、このような材質及び形状であるため、剛性が高く、磨耗しにくい。
Moreover, the
このように、ロータ部120に硬質のセラミックを用いた場合、以下の効果を有する。
(1)ロータ部120が柔らかい素材の場合、スライド方向振動子32と摩擦駆動をした際、被駆動面が削れてしまう。しかし、本実施形態においてロータ部120は硬質のセラミックであるため、ロータ部120の磨耗が減少し、耐久性が向上する。
Thus, when a hard ceramic is used for the
(1) When the
(2)さらに、ステンレス合金等で製造されたスライド方向振動子32の駆動周波数に対し、セラミック等で製造されたロータ部120の1次共振モードの周波数は十分高い位置になる。このため、スライド方向振動子32とロータ部120との間の共振が回避でき、剛体として振舞うことができ、音の発生が低減できる。
(2) Further, the frequency of the primary resonance mode of the
(3)ロータ部120の被駆動面121と、スライド方向振動子32の駆動面32Aとは加圧接触しており、ロータ部120の剛性が小さいと、この加圧によりロータ部120は変形を起こし、この変形により異音が発生する。しかし、本実施形態のロータ部120は、剛性が高いので、ロータ部120の変形が少なく、異音発生の可能性が小さい。
(3) The driven
(4)ロータ部120はセラミックであって不導体である。したがって駆動機構30(スライド方向振動子32)が電極の役目を有しているような場合であっても、使用することができる。
(5)ロータ部120は、軽量であるために、慣性力が小さい。このため、稼動しやすく、制御の効率が上がる。
(4) The
(5) Since the
(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)図4は、ロータ部120の他の形態であって、図4(a)は、支持軸115を通す軸孔115Aを含む断面が八角形のロータ部120A、(b)は、軸孔115Bを含む断面が略円形のロータ部120Bを示す。なお、これらの図において歯車は省略する。図示するように、ロータ部は矩形に限らず、5角形以上の多角形、または円形であっても良い。ただし、実施形態で説明したような断面が矩形のロータ部120と、図3の他の形状のロータ部120A、120Bとを比較すると、断面積が同じ場合、断面が矩形のロータ部120の方が、断面2次モーメントが大きくなるので好ましい。また、断面形状が同じ場合は、断面積が大きいほうが断面2次モーメントは大きくなる。
(2)ロータ部120の材質は、アルミナに限定されず、例えば、比重3.1〜3.2g/cm3、ヤング率340〜410×109N/m2のシリコンカーバイト等であってもよい。
(3)上述の実施形態では、リフト方向振動子31とスライド方向振動子32とをそれぞれ有する複数の駆動機構30を備える圧電モータ100について説明したが、本発明はこれに限定されず、圧電素子により励振された弾性体の楕円振動により相対移動部材が駆動される圧電モータに適用しても良い。
(4)上述の実施形態では、中実のロータ部について説明したが、これに限定されず、ヤング率が大きければ中空であっても良い。
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。
(Deformation)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes as described below are possible, and these are also within the scope of the present invention.
(1) FIG. 4 shows another form of the
(2) The material of the
(3) In the above-described embodiment, the
(4) In the above-described embodiment, the solid rotor portion has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be hollow as long as the Young's modulus is large.
In addition, although embodiment and a deformation | transformation form can also be used in combination as appropriate, detailed description is abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the embodiment described above.
32:スライド方向振動子、33:リフト用圧電体、34:スライド用圧電体、100:圧電モータ、115:支持軸、120:ロータ部、200:カメラ、300:レンズ鏡筒 32: Slide direction vibrator, 33: Piezoelectric body for lift, 34: Piezoelectric body for slide, 100: Piezoelectric motor, 115: Support shaft, 120: Rotor part, 200: Camera, 300: Lens barrel
Claims (10)
前記基部を第2の方向に沿って駆動する1対の第1電気機械変換素子と、
前記先端部に加圧接触し、前記振動子が振動することにより、前記第2の方向と交差する第1の方向に沿って回転移動する回転移動部材と、
前記ベース部に挿通され、前記回転移動部材の回転軸に沿って設けられ、前記回転移動部材を支持する支持軸と、を備え、
前記振動子は、前記1対の第1電気機械変換素子が前記第1の方向に沿って前記基部を挟み込むことで前記ベース部に支持されるとともに、前記ベース部に前記第1の方向に沿って配置され、
前記回転移動部材の密度が前記振動子より小さく、前記回転移動部材のヤング率が前記振動子より大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータ。 A vibrator having a base portion and a tip portion, supported by the base portion;
A pair of first electromechanical transducers for driving the base along a second direction;
A rotationally moving member that rotates and moves along a first direction intersecting the second direction by pressurizing and contacting the tip, and the vibrator vibrates;
A support shaft that is inserted through the base portion and provided along the rotation axis of the rotation moving member, and supports the rotation movement member;
The vibrator is supported by the base portion with the pair of first electromechanical transducers sandwiching the base portion along the first direction, and is also supported by the base portion along the first direction. Arranged,
A vibration actuator, wherein the density of the rotationally moving member is smaller than that of the vibrator, and the Young's modulus of the rotationally moving member is larger than that of the vibrator.
前記回転移動部材がセラミック製であること、を特徴とする振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to claim 1,
The vibration actuator, wherein the rotationally moving member is made of ceramic.
前記振動子が、金属製であること、を特徴とする振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to claim 1 or 2,
A vibration actuator, wherein the vibrator is made of metal.
前記回転移動部材の軸方向の最大厚みは、前記相対回転移動部材の径方向の最大半径より大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to any one of claims 1 to 3 ,
Axial direction of maximum thickness before Symbol rotary moving member, vibration actuator, wherein, larger than the maximum radius of the radial direction of the relative rotational movement member.
前記回転移動部材における、前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、矩形であること、を特徴とする振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to claim 4,
The vibration actuator according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the rotary moving member parallel to the axis and passing through the axis is a rectangle.
前記回転移動部材における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、八角形であること、を特徴とする振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to claim 4,
A vibration actuator characterized in that a cross-sectional shape passing through and passing through the axis of the rotationally moving member is an octagon.
前記回転移動部材における前記軸と平行且つ前記軸を通る断面形状は、略円形であること、を特徴とする振動アクチュエータ。 The vibration actuator according to claim 4,
A vibration actuator characterized in that a cross-sectional shape parallel to and passing through the axis of the rotationally moving member is substantially circular.
前記基部と前記先端部との間に、前記先端部を前記第1の方向に沿って振動させる第2電気機械変換素子をさらに備えること、を特徴とする振動アクチュエータ。A vibration actuator, further comprising: a second electromechanical transducer that vibrates the tip along the first direction between the base and the tip.
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