JP6079127B2 - 振動アクチュエータ及び光学機器 - Google Patents
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Description
また、本発明の振動アクチュエータは、電気機械変換素子を含み、該電気機械変換素子への駆動信号の入力により振動する振動部と、前記振動部の振動によって、前記振動部に対して回転軸を中心として相対回転する相対移動部と、を備える振動アクチュエータであって、前記相対移動部は、端面が振動部に接触する円筒状の摺動部と、前記摺動部よりも大径の円筒状の本体部と、前記摺動部の側面から前記本体部の側面まで径方向に延び、前記摺動部と前記本体部とを連結する第1フランジ部と、を含み、前記摺動部の軸方向の厚みaを、前記第1フランジ部の軸方向の厚みbで割った値a/bに対する、前記第1フランジ部の径方向の幅cの比a/b:cが、4:1〜9:1である構成とした。
さらに、本発明の光学機器は、上記振動アクチュエータを備え、前記振動アクチュエータの回転駆動力を光学部材に伝達する出力伝達部を有し、前記振動アクチュエータは、前記相対移動部の回転出力を取り出す出力取出し部を有し、前記出力伝達部は、前記出力取出し部に嵌合する嵌合部を有し、前記出力伝達部と前記嵌合部との間には、前記軸方向及び前記径方向に自由度を有している構成とした。
なお、上記構成は、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。
振動アクチュエータ10は、略円環形状であり、その軸線方向が光軸方向(Z方向)と略一致するようにレンズ鏡筒3内に配置されている。この振動アクチュエータ10は、カメラ1のフォーカス動作時にレンズ4を駆動する駆動源として用いられている。
振動アクチュエータ10から得られた駆動力は、カム筒5に伝えられる。レンズ4のレンズ枠4aは、カム筒5とカム係合しており、振動アクチュエータ10の駆動力によってカム筒5が光軸回りに回転すると、レンズ4は、光軸方向へ移動して焦点調節が行なわれる。
図2は、振動アクチュエータ10の部分(環状の一方の)縦断面図である。図3は振動アクチュエータ10の分解斜視図である。また、図4は振動アクチュエータ10が備える中筒11の斜視図であり、図5は振動アクチュエータ10が備える弾性体21の斜視図である。
中筒11は、軸線を中心とした円筒状の部材であって、レンズ鏡筒に対して固定され、Zマイナス側の端部外周には、大径のフランジ部11Aが形成されている。
また、図4に示すように、中筒11の外周面には、突起部11Dが設けられている。突起部11Dの数は、本実施形態においては1つであるが、これに限定されるわけではなく、後述のヒレ部21Cの切欠き21Fの数と対応していればよい。この突起部11Dは、フランジ部11Aの一面側から中筒11の側面に沿って延びている。
不織布52Aは、厚さ0.4mmのポリエステル製スパンボンド不織布、密度240g/m3、目付100g/m2であり、他の層に比べて単位堆積あたりに含まれる空気量が大きい。
フェルト52Bは、厚さ0.8mmのポリエステルとポリウレタンの混合不織布、密度300kg/m3、目付240g/m2である。
櫛歯部21Aは、圧電素子22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、この櫛歯部21Aの先端面は、ロータ40に加圧接触され、ロータ40を駆動する駆動面21Dとなる。櫛歯部21Aを設ける理由は、圧電体13の伸縮により駆動面21Dに生じる進行波の中立面をできる限り圧電体13側へ近づけ、これにより駆動面21Dの進行波の振幅を増幅させるためである。
このヒレ部21Cの内径側の周方向の1箇所に、切欠き21Fが設けられている。この切り欠き21Fが、上述した中筒11の突起部11Dに嵌ることにより、弾性体21の周方向の回転が規制される。また、ヒレ部21Cは、その内径側の面が、中筒11の外周面と非固定状態で接することによって径方向に位置規制されている。
ただし、これに限定されず、図6(B)に示すように、ヒレ部21Cを、ベース部21Bに連結されている部分よりも内径側の端面側において厚みが増加するようにしてもよい。この場合、より振動が防止される。
そして、ステータ20は、圧電素子22の伸縮によって弾性体21における櫛歯部21Aの先端面に進行波を生じ、櫛歯部21Aの先端面が加圧接触している後述するロータ40を回転駆動する。
ロータ40は、その端面が櫛歯部21Aの先端面21aに接触する円筒状の摺動部41と、摺動部41よりも大径の円筒状の本体部42と、摺動部41の外周側から本体部42の内周側まで径方向に延び、摺動部41と本体部42とを連結する第1フランジ部43と、を含む。
このように、本実施形態ではa/b:cが4:1〜9:1であるので、表1に示すように振動アクチュエータ10における発生トルク・異音特性のバランスを保つことができる。
ロータ40は、ハット部45に内挿された回転支持ユニット30の第1ホルダ31によって支持されている。
回転支持ユニット30は、第1ホルダ31と第2ホルダ33とでボールユニット32を軸方向(スラスト方向)に挟み、ボールユニット32が軸方向の力を受けて第1ホルダ31と第2ホルダ33との相対回転を許容するいわゆるスラストベアリングを構成している。第1ホルダ31が一般的なスラストベアリングにおける外輪に対応し、第2ホルダ33は内輪に対応する。
固定リング54は、ステンレス製であり、内周に突設されたバヨネット爪54Aが、中筒11の外周に形成されたZマイナス側に開放する嵌入部11Bから嵌入して周方向に延びる係合溝11Cに係合し、Zプラス方向における位置が規定されると共にZマイナス方向には所定量移動可能として中筒11に装着されている。
また、バヨネット爪54Aの係りを中筒11に配置する関係で、バヨネット爪54Aは中筒11の型割りの倍数が適切である。中筒11の型割りが2つの場合、バヨネット爪54Aは4爪。3つの場合、バヨネット爪54Aは6爪,4つの場合、バヨネット爪54Aは8爪が最適である。本実施形態においては、中筒の型割りを3として、バヨネット爪54Aは6爪である。
図7は、回転支持ユニット30の拡大断面図である。
回転支持ユニット30は、前述したように、第1ホルダ31と、ボールユニット32と、第2ホルダ33と、により構成されている。
内環部31AにおけるZプラス側の面は軸線と直交する第1面31Aaとなっており、この第1面31Asに軌道溝31Dが周方向に形成されている。軌道溝31Dの軌道面31Dsは、後述する第1ホルダ31における剛球32Bの周面と略等しい円弧状に形成されている。
そして、第1ホルダ31は、その内環部31Aおよび筒部31Bがロータ40のハット部45の内周に嵌合し、ロータ40を支持している。
この出力ピン31Eには、図8に示す出力部材60が取り付けられ、ロータ40の回転出力が出力部材60を介してカム筒5に伝達される。図8は、出力ピン31Eと、その出力ピン31Eに取り付けられた出力部材60との嵌合状態を示した図である。本実施形態において、図示するように、径方向の隙間GR及び軸方向の隙間GA、ともに、好ましくは0.2mm以上、さらに好ましくは0.3mm以上である。
径方向、軸方向ともに隙間がないと、ロータ40の動きにより出力ピン31Eの位置がずれたときに、反力が生じて振動アクチュエータ10にダメージを与える。最適には径方向の自由度の和よりも径方向のクリアランスが必要であり、軸方向も同様である。
ロータ側振動吸収部材53として、本実施形態ではゲルを用いる。ゲルは、分散系の一種で、ゾルのような液体分散媒のコロイドであるが、分散質のネットワークにより高い粘性を持ち流動性を失い、系全体としては固体状になったものである。
本実施形態のゲルは中空状のフィラーを含むものである。中空状のフィラーの粒径が25から150マイクロメートル、フィラー充填量は35から50重量%である。このように中空フィラーを含むことにより、アスカー硬度が向上し、異常振動による回転特性の劣化、音発生の抑制が図られている。本実施形態では、ゲルに受ける加圧の面圧0.06N/mm2であり、厚みは1.3mmである。なお、加圧力量が半分の場合、厚みは1mmが適当である。
第2ホルダ33は、中筒11の外周に摺動移動可能に嵌合し、中筒11のZマイナス側の端部に固定された固定リング54との間に配置されたウェーブワッシャ51によってZマイナス側に押圧付勢されている。
ボールユニット32(および第2ホルダ33)は第1ホルダ31における筒部31Bの内部の収容空間34に位置している。これにより、筒部31Bが第1ホルダ31の回転時におけるボールユニット32の剛球32Bの転動振動の外部への漏出を抑制するように機能する。
このように製造された振動アクチュエータ10においてアクチュエータ部12は、図2中に作用する力を矢印で示すように、回転支持ユニット30がウェーブワッシャ51の弾性復帰力でZマイナス側に押圧付勢され、ロータ側振動吸収部材53を介してロータ40(摺動部4142の端面)をステータ20(弾性体21)に加圧接触させる。
ステータ20における圧電素子22への駆動信号の供給により弾性体21の櫛歯部21Aの先端面に生ずる進行波によって回転駆動されと、ロータ40は第1ホルダ31と共に回転する。そして、その回転力は第1ホルダ31に植設された出力ピン31Eから図1に示したカム筒5に伝達される。
(1)本実施形態では、突起部11Dと切欠き21Fとが係合する。この係合によってステータ20の径方向の移動が規制される。しかし、ヒレ部21Cは中筒11に対して軸方向には固定されていない(自由度を有する)。
ヒレ部21Cを接着した場合、図示するように、弾性体21の櫛歯部21Aには、内径側と外径側とに交互に傾く振動が発生する。この動きが発生すると、回転出力が低減するだけでなく、異常振動が発生し、振動アクチュエータ10の静寂性が阻害される。また、周波数のずれも生じ、動作効率も減少する。
また、ヒレ部21Cの径方向長さは、圧電素子22の内外径差以上にする必要もないため、ステータ20のサイズの増加が防止される。
不織布52Aは、厚さ0.4mmのポリエステル製スパンボンド不織布、密度240kg/m3、目付100g/m2であり、フェルト52Bは、厚さ0.8mmのポリエステルとポリウレタンの混合不織布、密度300kg/m3、目付240g/m2である。
音 低温電力
A)不織布(0.2mm)1枚 △ ○
B)不織布(0.4mm)1枚 ○ ◎
C)フェルト(0.4mm)1枚 △ ×
D)フェルト(0.8mm)1枚 ○ ×
E)フェルト(1.2mm)1枚 ○ ×
F)不織布(0.2mm)+フェルト(0.8mm)計2枚 ○ ○
G)不織布(0.4mm)+フェルト(0.8mm)計2枚 ◎ ◎
ここで、G)は本実施形態である。
また、異常音については、圧電素子22の振動が固定筒に伝達することで発生するためが、ポリエステルとポリウレタンの混合フェルトを用いると効果があることがわかる。フェルト52Bは厚くしすぎても効果に変化はなく、0.6〜1mm厚が最適である。また、不織布は0.3mm厚以上の厚みにより効果がある。
以上より、G)に示す本実施形態のように、このように、フェルト52Bに比べて密度(目付け)が小さい不織布52Aを圧電素子22側に配置すると、ステータ20の振動を阻害せず、振動アクチュエータ10の出力効率が向上する。
(8)また、バヨネット爪54Aが中筒11の片割りの倍数であるので、中筒11の係りの製造が容易である。
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)本実施形態のカメラ1は、レンズ鏡筒3が交換レンズである例を示すが、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。
(2)中筒11の外周面に設けた突起部11Dと、ヒレ部21Cの切欠き21Fの数は、本実施形態において1であるが、これに限定されず、これ以上であってもよい。
(3)本実施形態でステータ側振動吸収部材52は2枚の不織布により製造したが、これに限定されず、2以上であってもよい。
(4)本実施形態で、ヒレ部21Cの厚さは機械加工の容易さから、一定としたが、これに限定されず、ヒレ部21Cを、ベース部21Bに連結されている部分よりも内径側の端面側において厚みが増加するようにしてもよい。
(5)本実施形態においてバヨネット爪54Aの数を6としたが、これに限定されず、それ以上であってもよい。
(6)本実施形態において、摺動部41におけるステータ20と接触する駆動面41Aに薄膜41aを塗布したが、これに限定されない。ステータ20の駆動面41Aと接触する側の摺動面21Aa(図2)に、耐久性の薄膜を塗布してもよい。
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。
Claims (9)
- 一端側にフランジ部が設けられた固定筒と、
前記固定筒に対して同心状に保持されるとともに、電気機械変換素子を含み、該電気機械変換素子への駆動信号の入力により振動する振動部と、
前記固定筒に対して同心状に配置され、前記振動部の振動によって、前記振動部に対して、前記固定筒の軸を中心として相対的に回転する相対移動部と、
前記振動部と前記相対移動部との間に軸方向の加圧力を生じさせる加圧部と、
前記電気機械変換素子と前記フランジ部との間に配置された、多層構造の不織布を含む振動吸収部材と、
を備えること、を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項1に記載の振動アクチュエータであって、
前記多層構造の不織布は、層ごとに異なり、前記電気機械変換素子側の不織布は、他の層に比べて目付けが小さいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 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、
前記多層構造の不織布のうちの、前記電気機械変換素子側の不織布は、他の層に比べて単位堆積あたりに含まれる空気量が大きいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 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、
前記多層構造の不織布のうちの、前記電気機械変換素子側の不織布は、他の層に比べて薄いこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 電気機械変換素子を含み、該電気機械変換素子への駆動信号の入力により振動する振動部と、
前記振動部の振動によって、前記振動部に対して回転軸を中心として相対回転する相対移動部と、
を備える振動アクチュエータであって、
前記相対移動部は、
端面が振動部に接触する円筒状の摺動部と、
前記摺動部よりも大径の円筒状の本体部と、
前記摺動部の側面から前記本体部の側面まで径方向に延び、前記摺動部と前記本体部とを連結する第1フランジ部と、を含み、
前記摺動部の軸方向の厚みaを、前記第1フランジ部の軸方向の厚みbで割った値a/bに対する、前記第1フランジ部の径方向の幅cの比a/b:cが、4:1〜9:1であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項5に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記摺動部は、前記第1フランジ部の内径側に位置すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項6に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記相対移動部は、前記本体部における、前記振動部側に対して軸方向反対側の内周面から内径側に突出した第2フランジ部を有すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項5〜7のいずれかに記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動部における前記相対移動部と接触する駆動面、または前記摺動部における前記振動部と接触する摺動面の少なくとも一方に、耐久性の薄膜が塗布されており、
前記薄膜は、ポリアミドイミドを主成分とし、ヤング率が4Gpa以上で、膜厚が50μm以下であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 請求項5から請求項8に記載の振動アクチュエータを備え、
前記振動アクチュエータの回転駆動力を光学部材に伝達する出力伝達部を有し、
前記振動アクチュエータは、前記相対移動部の回転出力を取り出す出力取出し部を有し、
前記出力伝達部は、前記出力取出し部に嵌合する嵌合部を有し、
前記出力伝達部と前記嵌合部との間には、前記軸方向及び前記径方向に自由度を有していること、
を特徴とする光学機器。
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