KR20100105653A - 진동 액추에이터 및 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

초음파 액추에이터의 동작을 회전 부하에 의하지 않고 안정시킨다. 회전축과, 상기 회전축과 동축으로 배치된 요동 회전 부재와, 상기 요동 회전 부재를 요동 회전 운동시키는 구동부와, 요동 회전 운동에 의한 상기 요동 회전 부재의 진동을 받아 회전 운동하며, 해당 회전 운동을 상기 회전축에 전달하는 전달 부재와, 상기 전달 부재를 상기 요동 회전 부재를 향해 가압하는 가압력을 발생하는 가압 부재와, 상기 회전축에 대한 부하 토크의 변화에 따라 상기 회전축과 상기 전달 부재 사이에 발생된 변위를 상기 가압력의 변화로 변환하는 변환부를 구비한다.

Description

진동 액추에이터 및 촬상 장치{VIBRATION ACTUATOR AND IMAGER}
본 발명은, 진동 액추에이터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 요동 회전 운동에 의해 회전축을 회전시키는 진동 액추에이터와, 해당 진동 액추에이터를 구비하는 촬상 장치에 관한 것이다. 또한, 본 출원은, 하기의 일본 출원에 관련된다. 문헌의 참조에 의한 편입이 인정되는 지정국에 대해서는, 하기의 출원에 기재된 내용을 참조에 의해 본 출원에 편입하여 본 출원의 일부로 한다.
일본 특허 출원 제 2007-317736 호(출원일 : 2007년 12월 7일)
일본 특허 출원 제 2008-014158 호(출원일 : 2008년 1월 24일)
초음파 대역의 진동을 회전 운동 또는 직선 운동으로 변환하여 출력하는 진동 액추에이터가 있다. 진동 액추에이터는, 압전 재료 등을 사용하여 형성된 전기 기계 변환부를 구비하고, 주기적으로 변화하는 구동 전압을 전기 기계 변환부에 인가하는 것에 의해 발생된 진동을 회전 운동 또는 직선 운동으로 변환하여 외부의 피 구동 부재에 전달한다.
진동 액추에이터의 일 예로서, 이송 나사형 초음파 모터가 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 초음파 모터는, 양단 부근의 내면에 나사홈을 절삭한 관통 구멍을 갖는 각기둥 형상 탄성체와, 각기둥 형상 탄성체의 측방 4면에 각각 장착된 전기 기계 변환 소자와, 관통 구멍에 나사 삽입된 나사봉을 구비한다. 4장의 전기 기계 변환 소자에 위상이 순차 지연된 주기적인 구동 전압을 인가함으로써 탄성체에 발생된 진동을 나사봉의 나선 운동으로 변환하여, 나사봉을 축방향으로 진퇴시킨다.
미국 특허 제 6940209 호 명세서
그러나, 특허문헌 1에 기재된 초음파 모터는 관통 구멍의 나사홈과 나사봉의 나사산의 선접촉을 통해 회전력을 얻으므로, 큰 토크를 얻기 위해서는 관통 구멍의 나사홈과 나사봉의 나사산의 간극을 작게 하거나, 또는 가압 부재를 이용하게 된다. 여기서, 나사홈과 나사산의 간극을 작게 하는 경우도, 가압 부재를 이용하는 경우도, 나사홈에 나사산이 가압된 상태로 회전하므로, 나사홈 및 나사산의 마모가 극심하다는 문제가 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 실시형태에서, 회전축과, 회전축과 동축으로 배치된 요동 회전 부재와, 요동 회전 부재를 요동 회전 운동시키는 구동부와, 요동 회전 운동에 의한 요동 회전 부재의 진동을 받아 회전 운동하며, 해당 회전 운동을 회전축에 전달하는 전달 부재와, 전달 부재를 요동 회전 부재를 향해 가압하는 가압력을 발생하는 가압 부재와, 회전축에 대한 부하 토크의 증가에 따라 회전축과 전달 부재 사이에 발생된 변위를 가압력의 증가로 변환하는 변환부를 구비하는 진동 액추에이터가 제공된다.
상기 진동 액추에이터에서, 회전축 및 상기 요동 회전 부재 중 적어도 일방을 타방에 직경 방향으로 가압함과 동시에, 요동 회전 부재에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 회전축에 전달함으로써 회전축을 회전시키는 탄성 부재를 구비해도 좋다.
탄성 부재는 회전축에 걸리는 회전 부하가 클수록 벌어져서 보다 큰 가압력을 일으켜도 좋다. 요동 회전 부재는 원형의 내주를 갖는 통형이며, 회전축은 원주 방향의 위치에 따라 직경이 상이한 비원형부를 가지며, 탄성 부재는 요동 회전 부재의 내주에 따른 원주부, 및 원주부의 양단으로부터 원주부의 내측으로 연장되어, 회전축의 비원형부를 끼우는 협지부를 가져도 좋다.
탄성 부재는 요동 회전 부재에 고정되어 회전축을 회전시켜도 좋다. 회전축 및 요동 회전 부재의 다른 한쪽에는 탄성 부재가 접촉하는 V자 홈이 마련되어도 좋다. 회전축 및 요동 회전 부재의 다른 한쪽에는, V자 홈에 있어서의 대향하는 한쌍의 경사면 중 일방을 타방에 대하여 근접 및 이격시킴으로써, 탄성 부재에 접촉하는 직경 방향의 위치를 조절하는 조정부가 마련되어도 좋다.
요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 양단부의 근방에서 요동 회전 부재를 보지하는 한쌍의 보지부를 더 구비하며, 탄성 부재는 요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 중앙 근방에 배치되어도 좋다. 요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 중앙 근방에서 요동 회전 부재를 보지하는 보지부를 더 구비하며, 탄성 부재는 요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 양단부 근방에 한쌍으로 배치되어도 좋다.
본 발명의 제 2 실시형태에 의하면, 촬상 장치는, 광학 부재, 광학 부재를 수용하는 렌즈 경통, 및 렌즈 경통의 내부에 마련되어 광학 부재를 구동하는 진동 액추에이터를 갖는 렌즈 유닛과, 렌즈 유닛에 의해 결상된 화상을 촬상하는 촬상부와, 진동 액추에이터 및 촬상부를 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치로서, 진동 액추에이터는, 회전축, 회전축과 동축으로 배치되어 요동 회전 운동하는 요동 회전 부재, 제어부로부터의 제어에 의해 요동 회전 부재를 요동 회전 운동시키는 구동부, 및 회전축 및 요동 회전 부재 중 적어도 일방을 타방에 직경 방향으로 가압함과 동시에 요동 회전 부재에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 회전축에 전달함으로써 회전축을 회전시키는 탄성 부재를 갖는다.
또한, 상기의 발명의 개요는 본 발명의 필요한 특징의 전부를 열거한 것은 아니다. 또한, 이들 특징 군의 서브 콤비네이션도 또한 발명이 될 수 있다.
도 1은 진동 액추에이터(100)의 분해 사시도,
도 2는 진동 액추에이터(100)의 축방향의 단면도,
도 3은 요동 회전 부재(120)의 A-A'에 있어서의 단면도,
도 4는 요동 회전 부재(120)의 B-B'에 있어서의 단면도,
도 5는 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동을 설명하는 개념도,
도 6은 요동 회전 부재(120)의 A-A' 단면을 나타내는 도면,
도 7은 다른 실시형태에 따른 진동 액추에이터(700)의 축방향의 단면도,
도 8은 요동 회전 부재(720)의 요동 회전 운동을 설명하는 개념도,
도 9는 탄성 부재의 다른 실시형태를 설명하는 개념도,
도 10은 탄성 부재의 또 다른 실시형태를 설명하는 개념도,
도 11은 다른 진동 액추에이터(100)의 구조를 나타내는 분해 사시도,
도 12는 진동 액추에이터(100)의 구조를 나타내는 단면도,
도 13은 진동 액추에이터(100)의 동작을 설명하는 도면,
도 14는 변환부(300)의 동작을 설명하는 도면,
도 15는 진동 액추에이터(100)의 분해 사시도,
도 16은 진동 액추에이터(100)의 직경 방향에서 본 단면도,
도 17은 도 16의 A-A' 단면도,
도 18은 도 16의 B-B' 단면도,
도 19의 (A)는 요동 회전 부재(120)의 직경 방향에서 본 단면도이며, (B)는 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동을 설명하기 위한 개념도,
도 20은 회전축(140)에 대하여 기준 이상의 토크가 입력된 상태를 도 16의 B-B' 단면도에서 나타낸 도면,
도 21은 진동 액추에이터(801)의 직경 방향에서 본 단면도,
도 22의 (A)는 요동 회전 부재(120)의 직경 방향에서 본 단면도이며, (B)는 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동을 설명하기 위한 개념도,
도 23은 진동 액추에이터(802)의 직경 방향에서 본 단면도,
도 24는 진동 액추에이터(803)의 분해 사시도,
도 25는 진동 액추에이터(803)의 직경 방향에서 본 단면도,
도 26은 도 25의 A-A' 단면도,
도 27은 회전축(840)에 대하여 기준 이상의 토크가 입력된 상태를 도 26의 A-A' 단면도에서 나타낸 도면,
도 28은 촬상 장치(400)의 구조를 모식적으로 나타내는 종단면도.
이하, 발명의 실시형태를 통해 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시형태는 특허청구범위에 따른 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시형태 내에서 설명되는 특징의 조합의 전부가 발명의 해결 수단에 필수라고는 할 수 없다.
도 1은, 일 실시형태에 따른 진동 액추에이터(100)의 분해 사시도이다. 또한, 이하의 기재에서는, 도면의 표시에 따라서, 각 요소의 축방향의 일단을 상단, 타단을 하단이라고 기재한다. 또한, 직경 방향을 수평 방향으로 기재하는 경우가 있다. 그러나, 이러한 기재는 진동 액추에이터(100)의 사용을 도시된 방향에 한정하는 것은 아니다.
진동 액추에이터(100)는, 회전축(140)과, 회전축(140)과 동축으로 배치되어 요동 회전 운동하는 요동 회전 부재(120)와, 요동 회전 부재(120)를 요동 회전 운동시키는 구동부(130)와, 탄성 부재(152, 154)를 구비한다. 탄성 부재(152, 154)는 회전축(140) 및 요동 회전 부재(120) 중 적어도 일방을 타방에 직경 방향으로 가압함과 동시에 요동 회전 부재(120)에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 회전축(140)에 전달함으로써 회전축(140)을 회전시킨다.
또한, 진동 액추에이터(100)는, 회전축(140)을 회전 가능하게 지지하는 조정부(110, 160)와, 회전축(140)의 회전을 외부에 전달하는 출력 기어(170)를 구비한다. 또한, 진동 액추에이터(100)는, 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동에 있어서의 마디의 위치에서, 요동 회전 부재(120)를 지지하는 보지부(180)를 구비한다.
회전축(140)은, 원기둥 형상의 회전축 본체(144)와, 회전축 본체(144)의 축방향의 양단부 근방에 형성된 비원형부(142, 146)를 일체적으로 갖는다. 비원형부(142, 146)는, 예컨대 회전축 본체(144)의 단부에 축방향으로 연장되는 서로 평행하게 마련된 한쌍의 평면에 의해 형성된다.
요동 회전 부재(120)는 회전축(140)보다 짧고, 원형의 내주를 갖는 통의 형상을 이루고 있으며, 길이 방향으로 관통하는 관통 구멍을 갖는다. 관통 구멍은 원형의 단면 형상을 갖고, 회전축 본체(144)의 외경보다 큰 내경을 갖는다. 요동 회전 부재(120)의 길이 방향과 회전축(140)의 축방향이 평행하게 되도록, 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍에 회전축(140)이 삽입됨으로써, 요동 회전 부재(120)와 회전축(140)은 적어도 정지 상태에서 동축으로 배치된다.
또한, 관통 구멍의 상단부 근방에는 나사홈부(222)를 갖는다. 본 실시예에서, 요동 회전 부재(120)는 사각기둥의 외형을 갖는다. 다만, 요동 회전 부재(120)의 외형은, 이에 한정되지 않고, 사각기둥 이외의 각기둥, 또는 원기둥 혹은 외주의 일부에 평면을 갖는 원기둥 형상의 형상이어도 좋다. 또한, 요동 회전 부재(120)는 각종 금속, 플라스틱 또는 세라믹스에 의해 형성된다.
구동부(130)는, 요동 회전 부재(120)의 외주면에 있어서의, 요동 회전 부재(120)의 원주 방향의 상이한 위치에 배치된 3 이상의 전기 기계 변환 소자를 갖는다. 도 1에 도시하는 실시형태에서, 구동부(130)는, 요동 회전 부재(120)의 외면에 있어서의, 요동 회전 부재(120)의 원주 방향의 상이한 위치에 배치된 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 갖는다. 이 경우에, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는 요동 회전 부재(120)의 사각기둥에 있어서의 각 측면에 배치된다. 이들 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는 서로 대략 동일한 치수이며, 요동 회전 부재(120)의 길이 방향으로 긴 직사각형을 이룬다.
전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는 구동 전압이 인가된 경우에 신장되는 압전 재료를 포함한다. 구체적으로는, 티탄산지르콘산납, 수정, 니오브산리튬, 티탄산바륨, 티탄산납, 메타니오브산납, 폴리플루오르화비닐리덴, 아연니오브산납, 스칸듐니오브산납 등의 압전 재료를 포함한다.
또한, 많은 압전 재료는 무르기 때문에, 인청동 등의 고탄성 금속 재료로 보강하는 것이 바람직하다. 혹은, 요동 회전 부재(120) 자체를 담체로 하고, 요동 회전 부재(120)의 표면에 압전 재료 층을 형성하여 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 형성해도 좋다. 압전 재료에 구동 전압을 인가하는 경우에 사용하는 전극은 니켈, 금 등의 전극 재료를 도금, 스패터, 증착, 후막인쇄 등의 방법으로 압전 재료의 표면에 직접 형성해도 좋다.
전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는 예컨대 접착에 의해 요동 회전 부재(120)에 장착되어 있다. 이에 의해, 구동부(130)에 구동 전압이 인가되고, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138) 중 어느 하나가 신장된 경우에, 각각의 전기 기계 변환 소자가 접착된 부분에서 요동 회전 부재(120)도 함께 신장된다. 예컨대, 각각의 전기 기계 변환 소자에 대하여, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 90도씩 위상차를 갖는 전압을 인가함으로써, 요동 회전 부재(120)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 요동 회전 운동한다.
요동 회전 부재(120)는 외주면에 절결부(102)를 더 갖는다. 절결부(102)는 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동에 있어서의 마디의 위치 근방에 마련된다. 본 실시예에서는, 절결부(102)는, 요동 회전 부재(120)의 외주면에 있어서의 축방향의 중앙 근방으로서, 하나의 전기 기계 변환 소자와 다른 전기 기계 변환 소자 사이에 있어서의 4개의 모서리에 각각 마련된다.
요동 회전 부재(120)의 축방향에 있어서의 양단부 근방에는 한쌍의 탄성 부재(152, 154)가 배치된다. 탄성 부재(152)는, 요동 회전 부재(120)의 내주에 따른 형상을 갖는 원주부(622)와, 회전축(140)의 비원형부(142)를 끼우는 협지부(624)를 갖는다. 협지부(624)는 원주부(622)의 양단으로부터 원주부(622)의 내측에 연장되어 있으며, 회전축(140)의 비원형부(142)의 외주에 따른 형상을 갖는다. 예컨대, 본 실시형태와 같이, 비원형부(142)가 서로 평행한 한쌍의 평면인 평면부(141, 143)를 갖는 경우에는, 협지부(624)는 한쌍의 직선부(623, 625)를 갖는다. 한쌍의 직선부(623, 625)가 회전축(140)의 비원형부(142)를 끼워넣음으로써, 탄성 부재(152)와 회전축(140)이 느슨하게 결합된다.
원주부(622)는 조정부(110)의 경사면(116) 및 요동 회전 부재(120)의 내주에 접촉되어 있으며, 요동 회전 부재(120)에 의해 회전됨으로써 회전력을 회전축(140)에 전달한다. 본 실시형태에서, 원주부(622)는 회전축(140)과 함께 회전한다. 또한, 본 실시형태에서는, 탄성 부재(154)는 탄성 부재(152)와 동일한 구조 및 작용을 갖기 때문에, 이하, 설명을 생략한다.
조정부(110)는 플랜지부(111)와 나사산부(112)를 갖는다. 플랜지부(111)는 요동 회전 부재(120)의 외형의 단면이 이루는 정방형에 내접하는 원판 형상의 형태를 갖는다. 플랜지부(111)의 외경은 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍의 내경보다 크다. 또한, 플랜지부(111)의 중앙에는 회전축 본체(144)를 회전 가능하게 축 지지하는 베어링부(114)가 형성된다. 또한, 베어링부(114)의 내경은 회전축(140)의 외경보다 커도 좋다.
조정부(110)는, 요동 회전 부재(120)에 가까운 쪽의 단부에, 사발 형상의 환상면인 경사면(116)을 갖는다. 또한, 본 실시형태에서는, 조정부(160)는 조정부(110)와 동일한 구조를 갖는다.
회전축(140)의 하단 및 상단은 조정부(110, 160)의 베어링부(114, 164)를 통해서 외부까지 연장된다. 회전축(140)은 상단측에서 보다 길게 연장되고, 선단부에 출력 기어(170)가 장착된다.
출력 기어(170)는, 중심에, 회전축(140)의 비원형부(146)에 끼움 부착되는 내면 형상의 축 구멍(172)을 갖는다. 축 구멍(172)에 비원형부(146)를 끼움 부착한 경우에, 출력 기어(170)는 회전축(140)의 회전과 일체적으로 회전한다. 또한, 도시된 예에서는 회전축(140)의 일단에 출력 기어(170)를 장착했다. 그러나, 회전축(140)을 하방으로도 연장하고, 회전축(140)의 양단에 출력 기어(170)를 장착할 수도 있다.
회전축(140)은 조정부(110, 160)의 베어링부(114, 164)에 의해 회전 가능하게 위치 결정된다. 베어링부(114, 164)는 구름 베어링, 미끄럼 베어링 등이어도 좋다. 베어링부(114, 164) 및 회전축(140)의 사이의 간격은 충분히 작기 때문에, 요동 회전 부재(120)의 내부까지 먼지가 침입하는 것이 방지된다.
보지부(180)는 요동 회전 부재(120)의 축방향에 있어서의 중앙 근방에서 요동 회전 부재(120)를 보지한다. 이에 의해, 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동에 있어서의 마디 위치의 근방에서, 보지부(180)가 요동 회전 부재(120)를 지지한다. 보지부(180)는, 나사 등이 삽입되는 설치 구멍(182, 184), 및 요동 회전 부재(120)가 삽입되는 개구(186)를 갖는다. 보지부(180)는 원형의 판 형상 부재여도 좋다. 보지부(180)는 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동에 의한 요동 회전 부재(120)의 휨에 대하여 탄성을 갖는다.
개구(186)는 정방형이며, 그 정방형의 한 변은 요동 회전 부재(120)의 단면이 이루는 정방형의 한 변보다 길고, 한편 요동 회전 부재(120)의 단면이 이루는 정방형의 대각선보다 약간 짧다. 이 개구(186)에, 요동 회전 부재(120)와 함께 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)가 삽입된다.
보지부(180)는 요동 회전 부재(120)의 외주면으로부터 요동 회전 부재(120)를 지지한다. 도 1에 도시하는 실시형태에서, 보지부(180)는, 개구(186)의 적어도 일부를 요동 회전 부재(120)의 절결부(102)에 끼워 맞춤으로써, 요동 회전 부재(120)를 지지한다. 이 경우에, 보지부(180)의 개구(186)에 있어서의 변과 요동 회전 부재(120)의 측면의 변이 평행하게 되어 개구(186)에 요동 회전 부재(120)가 삽입된 후에, 요동 회전 부재(120)가 축 주위로 회전된다. 이에 의해, 개구(186)가 이루는 정방형의 각각의 변을 요동 회전 부재(120)의 절결부(102)에 끼워 맞춤으로써, 보지부(180)가 요동 회전 부재(120)를 지지한다.
도 2는 진동 액추에이터(100)의 축방향의 단면도이다. 또한, 도 1과 공통된 요소에는 동일한 도면부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 회전축(140)은 하나의 단부 근방에 비원형부(142)를 갖는다. 비원형부(142)는, 적어도 회전축(140)과 탄성 부재(152)가 접촉하는 위치의 근방에서, 원주 방향의 위치에 따라 직경이 다르다.
도 2에 도시하는 비원형부(142)는 서로 평행한 평면인 평면부(141, 143)를 갖는다. 회전축(140)은 평면부(141, 143)와 회전축 본체(144)의 경계 부분에 단차부(611, 613)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 비원형부(142)의 외경은 회전축 본체(144)의 외경과 동일하거나, 회전축 본체(144)의 외경보다 작다. 이에 대신하여, 비원형부(142)의 외경이 원주 방향의 위치에 따라 다르다면, 비원형부(142)의 외경은 회전축 본체(144)의 외경보다 커도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 평면부(141, 143)가 회전축(140)의 단부로부터 회전축(140)과 탄성 부재(152)가 접촉하는 위치까지 축방향으로 연장하여 배치되어 있다. 이에 대신하여, 회전축(140)과 탄성 부재(152)가 접촉하는 위치의 근방에는 평면부(141, 143)가 배치됨과 동시에, 그 이외의 부분, 예컨대 회전축(140)의 단부는 회전축 본체(144)와 동일한 직경의 원기둥 형상이어도 좋다.
회전축(140)은 다른 하나의 단부에 비원형부(146)를 갖는다. 비원형부(146)는 서로 평행한 평면인 평면부(145, 147)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 비원형부(146)는 비원형부(142)와 동일한 구조를 가지며, 평면부(141)와 평면부(145)는 동일 평면상에 있고, 평면부(143)와 평면부(147)도 동일 평면상에 있지만, 동일 평면상에 있어야만 하는 것은 아니다. 또한, 평면부(145, 147)와 회전축 본체(144)의 경계 부분에 단차부(615, 617)를 갖는다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 요동 회전 부재(120)는 일방의 단부에 하단면(211)과 나사홈부(212)를 가지며, 타방의 단부에는 상단면(221)과 나사홈부(222)를 갖는다. 하단면(211) 및 상단면(221)은 축방향으로 수직인 평면을 포함한다. 또한, 요동 회전 부재(120)는 단면이 원형인 축방향으로 연장되는 내주부(230)를 갖는다. 나사홈부(212, 222)의 내경은 내주부(230)의 내경보다 크고, 나사홈부(212, 222)와 내주부(230) 사이에는 사발 형상의 환상면인 경사면(214, 224)이 형성된다.
조정부(110, 160)의 각각은, 나사홈부(212, 222)에 대하여 나사산부(112, 162)를 나사 부착시킴으로써, 요동 회전 부재(120)의 길이 방향 양단에 장착된다. 이에 의해, 요동 회전 부재(120)의 내주의 하단 근방에는 탄성 부재(152)가 접촉하는 V자 홈(242)이 형성된다. 또한, 조정부(110, 160)는, 끼워 맞춤 등의 다른 방법에 의해 요동 회전 부재(120)에 장착되어도 좋다. 또한, 조정부(110, 160)는 동일한 구성 및 작용을 가지므로, 이하, 조정부(110)에 대해 설명하고, 조정부(160)의 설명을 생략한다.
V자 홈(242)과 회전축(140)의 단차부(611, 613)는 축방향의 위치가 대략 동일해도 좋다. 이에 의해, 탄성 부재(152)의 가압력은 축방향에 대하여 대략 수직인 방향으로 작용하므로, 탄성 부재(152)는 회전축(140)과 요동 회전 부재(120)를 서로 직경 방향으로 대략 축대칭되게 가압할 수 있다. 경사면(116)의 기울기와 경사면(214)의 기울기가 축에 수직인 면에 대하여 대칭인 것이 바람직하다. 이에 대신하여, 요동 회전 부재(120)와 조정부(110) 중 일방이 경사면이고, 타방이 축에 수직인 면이어도 좋다.
상기한 바와 같이, 요동 회전 부재(120)에는 조정부(110, 160)가 배치되므로, 요동 회전 부재(120)에 있어서의 탄성 부재(152, 154)에 접촉하는 직경 방향의 위치를 조절할 수 있다. 예컨대, 조정부(110)의 나사 삽입량을 조정함으로써, V자 홈(242)에 있어서의 대향하는 한쌍의 경사면(116, 214) 중 일방을 타방에 대하여 근접 및 이격할 수 있다. 이에 의해, 탄성 부재(152)의 가압력을 조정할 수 있다. 마찬가지로, 조정부(160)는 탄성 부재(154)의 가압력을 조정할 수 있다.
탄성 부재(152, 154)는, 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍의 내부에, 가압력이 축방향에 대하여 수직인 방향으로 작용하도록 배치된다. 또한, 탄성 부재(152, 154)는, V자 홈(242, 244)에 가압되어 접촉하고 있어, 경사면(214, 224)을 통해 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동의 직경 방향의 변위가 전달된다. 그리고, 회전축(140)의 비원형부(142, 146)의 외주에 따라서 비원형부(142, 146)를 끼우고 있으므로, 탄성 부재(152, 154)는 요동 회전 부재(120)에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 회전축(140)에 효율적으로 전달할 수 있다. 이상의 구성에 의해, 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동이 회전축(140)을 회전 구동한다.
도 3은 요동 회전 부재(120)의 A-A'에 있어서의 단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 요동 회전 부재(120), 회전축(140), 탄성 부재(154)는 정지 상태에서는 회전 중심(149)을 직경 방향의 중심으로 하여 동축으로 배치되며, 회전축(140)의 비원형부(146)는 평면부(145, 147)와 원호부(616, 618)를 포함한다. 회전축(140)에 있어서의 회전 중심(149)과 원호부(616, 618)의 거리(r1)는 회전 중심(149)과 평면부(145, 147)의 거리(r2)보다 크다. 또한, 탄성 부재(154)의 직선부(643, 645)는 평면부(145, 147)에서 회전축(140)을 끼운다. 또한, 탄성 부재(154)의 원주부(642)는 요동 회전 부재(120)의 경사면(224)의 전체 둘레에 접촉한다.
도 4는 요동 회전 부재(120)의 B-B'에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 4에서는, 설명을 용이하게 하는 것을 목적으로 하여 탄성 부재(154)를 생략하고 도시한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 요동 회전 부재(120), 회전축(140), 조정부(160)는 정지 상태에서는 회전 중심(149)을 직경 방향의 중심으로 하여 동축으로 배치되어 있다. 조정부(160)의 베어링부(164)의 내경은 원호부(616, 618)의 외경과 대략 동일하다. 또한, 조정부(160, 110)의 내주면(163, 113)의 직경은 내주부(230)의 내경과 대략 동일하다.
도 5는 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동을 설명하는 개념도이다. 요동 회전 부재(120)는, 구동부(130)에 구동 전압이 인가되면, 구동부(130)의 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)의 신장에 의해 요동 회전 부재(120)도 신장되고, 요동 회전 부재(120)는 굴곡한다.
전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)의 각각에 대하여, 요동 회전 부재(120)의 원주 방향에 따라 순차적으로 구동 전압이 인가되면, 요동 회전 부재(120)의 굴곡의 방향이 순차적으로 변화한다. 따라서, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)에 대하여 순차적으로 π/2 늦은 위상의 교류 전계를 인가하면, 지면에 직교하는 원을 그리는 요동 회전 운동이 요동 회전 부재(120)에 발생한다.
요동 회전 부재(120)는 중앙 근방에 형성된 절결부(102)에서 보지부(180)에 의해 지지되어 있으므로, 요동 회전 운동을 일으킨 요동 회전 부재(120)는, 양단 근방에서, 지면에 직교하는 원을 그리는 배(X, Z)를 형성한다. 이러한 현상에 의해, 요동 회전 부재(120) 전체에, 중앙 근방을 마디(Y)로 하고 양단 근방을 배(X, Z)로 하는 요동 회전 운동이 발생한다.
또한, 요동 회전 운동에 의해 발생하는 요동 회전 부재(120)의 수평 방향의 변위는 길이 방향에 있어서 배의 근방에서 가장 크다. 따라서, 요동 회전 부재(120)에 발생된 요동 회전 운동의 배(X, Z)에서 탄성 부재(152, 154)를 접촉시킴으로써, 회전축(140)을 원주 방향으로 효율적으로 회전시킬 수 있다.
또한, 구동부(130)에 인가되는 구동 전압의 주파수는 요동 회전 부재(120)의 고유 진동수에 따른 공진 주파수를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 요동 회전 부재(120)는 투입된 구동 전력에 대하여 효율적으로 요동 회전 운동을 일으키고, 그것을 계속할 수 있다. 나아가, 요동 회전 부재(120)는 복수의 배 및 마디를 일으키는 다른 진동 모드로 요동 회전 운동할 수도 있다.
이상의 구성에 의해, 회전축(140)에 걸리는 회전 부하가 작을 때에는 회전축(140)과 요동 회전 부재(120)의 간극이 커지므로, 상기 회전 부하가 작을 때에는 회전수를 크게 할 수 있다. 또한, 상기 회전 부하가 작을 때에는, 회전축(140)과 탄성 부재(152, 154)의 접촉압 및 요동 회전 부재(120)와 탄성 부재(152, 154)의 접촉압이 작아지므로, 회전축(140), 탄성 부재(152, 154), 요동 회전 부재(120) 등의 마모를 억제할 수 있다.
도 6은 회전축(140)에 큰 회전 부하가 걸린 상태를 나타내는 요동 회전 부재(120)의 A-A'에 있어서의 단면도이다. 회전축(140)에 큰 회전 부하가 걸리면, 탄성 부재(154)의 협지부(644)에 끼워져 느슨하게 결합되어 있던 비원형부(146)가 탄성 부재(154)보다 늦게 회전한다. 즉, 비원형부(146)는 협지부(644)에 대하여 상대적으로 회전한다.
이때, 탄성 부재(154)에는 가압력(R)이 작용하며, 비원형부(146)의 평면부(145, 147)가 탄성 부재(154)의 직선부(643, 645)를 벌어지게 한다. 직선부(643, 645)가 벌어지게 되면, 원주부(642)를 경사면(224)에 가압하는 가압력(S)이 커진다. 이에 의해, 탄성 부재(154)는 회전축(140)에 걸리는 회전 부하가 클수록 벌어져서 보다 큰 가압력을 일으킨다. 즉, 비원형부(146)는 원주 방향의 위치에 따라 직경이 다르므로, 회전축(140)과 탄성 부재(154)는, 회전축(140)에 걸리는 회전 부하와 탄성 부재(154)가 비원형부(146)를 보지하는 힘이 균형을 이룬 시점에서, 다시 느슨하게 결합한다. 한편, 회전축(140)에 걸리는 회전 부하가 작아지면, 비원형부(146)의 평면부(145, 147)가 탄성 부재(154)의 직선부(643, 645)를 벌어지게 하는 양이 감소하여 탄성 부재(154)의 가압력도 작아진다.
이상의 구성에 의해, 회전축(140)에 걸리는 회전 부하가 커지면, 요동 회전 부재(120)와 회전축(140)의 간극이 작아진다. 또한, 회전축(140)에 걸리는 회전 부하가 작아지면, 요동 회전 부재(120)와 회전축(140)의 간극이 커진다.
이에 의해, 회전축(140)이 회전하기 시작할 때와 같이 회전 부하가 큰 경우에는, 탄성 부재(152, 154)가 요동 회전 부재(120)에 강하게 가압되므로, 탄성 부재(152, 154)와 요동 회전 부재(120) 사이의 마찰력이 커져 큰 동력이 전달된다. 또한, 회전축(140)이 회전을 시작하면 회전 부하가 작아져 상기 가압력도 작아진다. 그 결과, 회전축(140)의 회전 저항이 작아지므로 진동 액추에이터(100)의 회전 속도를 크게 할 수 있다. 또한, 회전축(140), 탄성 부재(152, 154), 요동 회전 부재(120) 등의 마모를 억제할 수 있다.
나아가, 탄성 부재(152, 154)는 직경 방향의 가압력에 의해 원주부(622, 642)를 요동 회전 부재(120)에 가압한다. 이에 의해, 탄성 부재(152, 154)를 축방향으로 얇게 할 수 있으며, 진동 액추에이터(100)의 축방향의 길이를 길게 하는 일 없이, 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동을 토크가 높은 회전 운동으로 변환할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 탄성 부재(152, 154)는 회전축(140)과 함께 회전하며, 요동 회전 부재(120)에 의해 회전되지만, 탄성 부재(152, 154)가 요동 회전 부재(120)에 고정되어 회전축(140)을 회전시켜도 좋다. 이에 의해, 탄성 부재(152, 154)는 요동 회전 부재(120)를 회전축(140)에 직경 방향으로 축대칭적으로 가압한다. 또한, 이때, 회전축(140)은 탄성 부재(152, 154)와 접촉하는 위치에 V자 홈 등의 경사면을 가져도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 등간격으로 배치된 4장의 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 포함하는 구동부(130)를 예시했지만, 구동부(130)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 요동 회전 부재(120)는, 요동 회전 부재(120)의 원주 방향으로 배치된 3 이상의 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 포함하는 구동부(130)에 의해서도 요동 회전 운동을 발생시킬 수 있다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 진동 액추에이터(700)의 축방향의 단면도이다. 진동 액추에이터(700)는, 요동 회전 부재(720)의 축방향에 있어서의 양단부의 근방에서 요동 회전 부재(720)를 보지하는 한쌍의 보지부(180)와 보지부(190)를 구비하고, 탄성 부재(154)는 요동 회전 부재(720)의 축방향에 있어서의 중앙 근방에 배치된다.
진동 액추에이터(700)는, 회전축(740)과, 회전축(740)과 동축으로 배치되어 요동 회전 운동하는 요동 회전 부재(720)와, 요동 회전 부재(720)를 요동 회전 운동시키는 구동부(130)와, 탄성 부재(154)를 구비한다. 탄성 부재(154)는 회전축(740) 및 요동 회전 부재(720) 중 일방을 타방에 직경 방향으로 가압함과 동시에, 요동 회전 부재(720)에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 회전축(740)에 전달함으로써 회전축(740)을 회전시킨다.
이상의 구성에 의해, 회전축(740)에 걸리는 회전 부하가 작을 때에는 회전축(740)과 요동 회전 부재(720)의 간극이 커지므로, 상기 회전 부하가 작을 때에는 회전수를 크게 할 수 있다. 또한, 상기 회전 부하가 작을 때에는 회전축(740)과 탄성 부재(154)의 접촉압 및 요동 회전 부재(720)와 탄성 부재(154)의 접촉압이 작아지므로, 회전축(740), 탄성 부재(154), 요동 회전 부재(720) 등의 마모를 억제할 수 있다.
또한, 조정부(710), 요동 회전 부재(720), 회전축(740), 조정부(760)는 각각 진동 액추에이터(100)의 조정부(110), 요동 회전 부재(120), 회전축(140), 조정부(160)에 대응한다. 진동 액추에이터(100)와 공통된 요소에는 동일한 도면부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 대응하는 부재에 대해서는 차이점을 중심으로 설명하고, 유사한 부재에 대해서는 설명을 생략한다.
회전축(740)은, 원기둥 형상의 회전축 본체(744)와, 회전축 본체(744)의 중앙 근방에서 상부로 연장하는 비원형부(746)를 일체적으로 갖는다. 비원형부(746)는 평면부(745, 747)를 갖는다. 평면부(745, 747)와 회전축 본체(744)의 경계 부분에는 단차부(675, 677)가 형성된다. 비원형부(746)는 원주 방향의 위치에 따라 직경이 다르다.
요동 회전 부재(720)는 회전축(740)보다 짧고, 원형의 내주를 갖는 통형의 사각기둥 형상을 이루고 있으며, 길이 방향으로 관통하는 관통 구멍을 갖는다. 관통 구멍은 원형의 단면 형상을 갖고, 회전축 본체(744)의 외경보다 큰 내경을 갖는다. 요동 회전 부재(720)는, 관통 구멍의 중앙 근방보다 상방에는 나사홈부(822)가 형성되며 중앙 근방보다 하방에는 내주부(830)가 형성된다. 나사홈부(822)의 내경은 내주부(830)의 내경보다 크고, 나사홈부(822)와 내주부(830) 사이에는 사발 형상의 환상면인 경사면(824)이 형성된다. 내주부(830)의 하부에는 나사홈부(812)가 배치된다.
요동 회전 부재(720)의 길이 방향과 회전축(740)의 축방향이 평행이 되도록 요동 회전 부재(720)의 관통 구멍에 회전축(740)이 삽입됨으로써, 요동 회전 부재(720)와 회전축(740)이 동축으로 배치된다. 요동 회전 부재(720)의 외주면에는 구동부(130)가 장착된다.
요동 회전 부재(720)의 나사홈부(812)에는 조정부(710)가 나사 결합된다. 조정부(710)는, 회전축(740)을 회전 가능하게 지지하는 베어링부(714)와, 수평면을 포함한 경사면(716)을 갖는다. 조정부(710)는, 플랜지부(711)가 요동 회전 부재(720)의 하단면(811)에 접촉함으로써 요동 회전 부재(720)의 하단에 고정된다.
요동 회전 부재(720)의 나사홈부(822)에는 조정부(760)가 나사 결합된다. 조정부(760)는, 회전축(740)을 회전 가능하게 지지하는 베어링부(764)와, 경사면(824)에 대응하는 사발 형상의 환상면인 경사면(766)을 갖는다. 경사면(766)과 경사면(824)에 의해, 요동 회전 부재(720)의 내주의 중앙 근방에는 탄성 부재(154)가 접촉하는 V자 홈(844)이 형성된다. 조정부(760)의 나사 삽입량을 조정함으로써, 탄성 부재(154)의 가압력을 조정할 수 있다. 조정부(760)의 플랜지부(761)가 요동 회전 부재(720)의 상단면(821)에 접촉할 때, 정지 상태에 있어서의 탄성 부재(154)의 가압력은 최대가 된다.
탄성 부재(154)는 회전축(740)의 단차부(675, 677) 및 요동 회전 부재(720)의 V자 홈(844)에 지지되며, 탄성 부재(154)의 가압력이 축방향에 대하여 대략 수직인 방향으로 작용하도록 요동 회전 부재(720)의 내주에 배치된다. 또한, 탄성 부재(154)의 직선부(643, 645)가 회전축(740)의 평면부(745, 747)를 끼움으로써, 탄성 부재(154)와 회전축(740)이 느슨하게 결합한다. 탄성 부재(154)는 회전축(740) 및 요동 회전 부재(720) 중 적어도 일방을 타방에 직경 방향으로 축대칭적으로 가압함과 동시에, 요동 회전 부재(720)에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 회전축(740)에 효율적으로 전달할 수 있다. 이상의 구성에 의해, 요동 회전 부재(720)의 요동 회전 운동이 회전축(740)을 회전 구동한다.
출력 기어(170)는 중심에 축 구멍(172)을 갖는다. 축 구멍(172)은 회전축(740)의 비원형부(746)에 끼움 부착되는 내면 형상을 갖는다. 축 구멍(172)에 비원형부(746)를 끼움 부착시킨 경우에, 출력 기어(170)는 회전축(740)의 회전과 일체적으로 회전한다.
보지부(180)는 요동 회전 부재(720)의 축방향에 있어서의 상단 근방에서 요동 회전 부재(720)를 보지한다. 보지부(190)는 요동 회전 부재(720)의 축방향에 있어서의 하단 근방에서 요동 회전 부재(720)를 보지한다. 보지부(190)는 보지부(180)와 동일한 구조를 갖는다.
도 8은 요동 회전 부재(720)의 요동 회전 운동을 설명하는 개념도이다. 요동 회전 부재(720)는 요동 회전 부재(120)와 동일하게 구동부(130)에 구동 전압이 인가되면, 요동 회전 부재(720)도 신장되고, 요동 회전 부재(720)는 굴곡한다. 따라서, 요동 회전 부재(720)의 외주면에 장착된 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)에 대하여, 순차적으로 π/2 늦은 위상의 교류 전계를 인가하면, 지면에 직교하는 원을 그리는 요동 회전 운동이 요동 회전 부재(720)에 발생한다.
요동 회전 부재(720)는 양단 근방에 형성된 절결부(702, 704)에서 보지부(180, 190)에 의해 지지되어 있으므로, 요동 회전 운동을 일으킨 요동 회전 부재(720)는, 길이 방향의 중앙 근방에서, 지면에 직교하는 원을 그리는 배(Y)를 형성한다. 이러한 현상에 의해, 요동 회전 부재(720) 전체에, 중앙 근방을 배(Y)로 하며 양단 근방을 마디(X, Z)로 하는 요동 회전 운동이 발생한다.
요동 회전 운동에 의해 발생하는 요동 회전 부재(720)의 수평 방향의 변위는 길이 방향에 대하여 배(Y)의 근방에서 가장 크다. 따라서, 요동 회전 부재(720)에 발생된 요동 회전 운동의 배(Y)에서 탄성 부재(154)를 접촉시킴으로써, 회전축(740)을 원주 방향으로 효율적으로 회전시킬 수 있다.
도 9는 탄성 부재의 다른 실시형태를 설명하는 개념도이다. 본 실시형태에 따른 탄성 부재(910)는, 예컨대 금속의 얇은 판자를 천공하여 얻어지며, 탄성 부재(154)와 동일한 작용 효과를 나타낸다. 탄성 부재(910)는, 요동 회전 부재(120) 또는 요동 회전 부재(720)의 내주에 따른 형상을 갖는 원주부(912)와, 회전축(140)의 비원형부(146) 또는 회전축(740)의 비원형부(746)를 끼우는 협지부(914)를 갖는다. 협지부(914)는 원주부(912)의 양단으로부터 원주부(912)의 내측으로 연장되며, 회전축(140)의 비원형부(146) 또는 회전축(740)의 비원형부(746)의 외주에 따른 형상을 갖는다. 본 실시형태에서, 협지부(914)는 평판 형상의 한쌍의 직선부(913, 915)를 갖는다.
도 10은 탄성 부재의 또 다른 실시형태를 설명하는 개념도이다. 본 실시형태에 따른 탄성 부재(920)는 2번 감은 스프링 형상을 갖고, 탄성 부재(154)와 동일한 작용 효과를 나타낸다. 탄성 부재(920)는, 요동 회전 부재(120) 또는 요동 회전 부재(720)의 내주에 따른 형상을 갖는 원주부(922)와, 회전축(140)의 비원형부(146) 또는 회전축(740)의 비원형부(746)를 끼우는 협지부(924)를 갖는다. 협지부(924)는 원주부(922)의 양단으로부터 원주부(922)의 내측으로 연장되며, 회전축(140)의 비원형부(146) 또는 회전축(740)의 비원형부(746)의 외주에 따른 형상을 갖는다. 본 실시형태에서, 협지부(924)는 한쌍의 직선부(923, 925)를 갖는다.
또한, 이 경우에, 탄성 부재(920)의 원주부(922)가 접촉하는 개소는 요동 회전 부재(120) 및 조정부(110, 160)에 의해 형성되는 V자 홈(242) 및 V자 홈 (244), 또는 요동 회전 부재(720) 및 조정부(760)에 의해 형성되는 V자 홈(844)에 한정되지 않는다. V자 홈(242, 244, 844)에 대신하여, 예컨대 요동 회전 부재(120) 또는 요동 회전 부재(720)에 있어서의 축방향으로 평행한 내주부(230) 또는 내주부(830)에 탄성 부재(920)의 원주부(922)가 접촉해도 좋다.
도 11은 다른 진동 액추에이터(100)의 구조를 나타내는 분해 사시도이다. 또한, 이하에 설명하는 부분을 제외하면, 진동 액추에이터(100)의 구조는 다른 실시형태와 공통된다. 따라서, 동일한 요소에는 공통의 도면부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 이하의 기재에서는 도면의 표시에 따라 각 요소의 축방향의 일단을 상단, 타단을 하단이라 기재한다. 그러나, 이러한 기재는 진동 액추에이터(100)의 사용을 도시된 방향에 한정하는 것은 아니다.
진동 액추에이터(100)는, 요동 회전 부재(120)와, 요동 회전 부재(120)를 요동 회전 운동시키는 구동부(130)와, 요동 회전 부재(120)의 단부 이외의 요동 회전 운동에 있어서의 배에서 요동 회전 부재(120)에 접촉하여 요동 회전 운동에 의한 구동력을 받아 회전하는 회전축(140)과, 구동력 전달 고리(153)에 동반 회전되는 회전 플랜지(148)를 포함하는 회전축 본체(144)를 구비한다. 또한, 이 진동 액추에이터(100)는 회전축(140)을 회전 가능하게 지지하는 조정부(110, 160)와, 회전축(140)을 가압하는 가압 부재(150)와, 회전축(140)의 회전을 외부에 전달하는 출력 기어(170)를 구비한다.
회전축(140)은 원기둥 형상의 회전축 본체(144)와, 회전축 본체(144)의 축방향의 중간 정도에 형성된 역시 원기둥 형상의 회전 플랜지(148)를 일체적으로 갖는다. 회전 플랜지(148)의 외경은 회전축 본체(144)의 외경보다 크다.
또한, 회전축(140)은 회전축 본체(144)의 외경과 대략 동일한 내경을 가지며, 회전 플랜지(148)의 외경과 대략 동일한 외경을 갖는 구동력 전달 고리(153)와, 구동력 전달 고리(1534) 및 회전 플랜지(148)의 사이에 끼워지는 구동력 전달축(157)을 갖는다. 구동력 전달축(157)은 회전축 본체(144)의 측면으로 형성된 삽입 구멍(151)에 삽입된다. 또한, 구동력 전달 고리(153)의 상면에는 구동력 전달축(157)을 계지하는 V자형의 전달 홈(155)이 구동력 전달 고리(153)의 직경 방향으로 형성된다.
요동 회전 부재(120)는 회전축(140)보다 짧은 통형을 이루며, 길이 방향으로 관통하는 관통 구멍을 갖는다. 관통 구멍은 원형의 단면 형상을 갖고, 상단에서 회전 플랜지(148)의 외경보다 큰 내경을 갖는다. 또한, 관통 구멍의 단부 근방에는 나사홈부(122, 222)를 갖는다. 요동 회전 부재(120)는 각종 금속, 플라스틱 또는 세라믹스에 의해 형성될 수 있다.
구동부(130)는 3 이상, 바람직하게는 4 이상의 영역에 개별적으로 배치할 수 있는 치수를 갖는 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 포함한다. 서로 대략 동일한 치수를 갖는 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)의 각각은, 요동 회전 부재(120)의 길이 방향으로 긴 직사각형이며, 요동 회전 부재(120)의 외주면을 모방한 곡면을 구성한다.
전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는, 구동 전압이 인가된 경우에 신장되는 압전 재료를 포함한다. 구체적으로는, 티탄산지르콘산납, 수정, 니오브산리튬, 티탄산바륨, 티탄산납, 메타니오브산납, 폴리플루오르화비닐리덴, 아연니오브산납, 스칸듐니오브산납 등의 압전 재료를 포함한다.
또한, 많은 압전 재료는 무르기 때문에, 인청동 등의 고탄성 금속 재료로 보강하는 것이 바람직하다. 혹은, 요동 회전 부재(120) 자체를 담체로 하고, 요동 회전 부재(120)의 표면에 압전 재료 층을 형성하여 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 형성해도 좋다. 압전 재료에 구동 전압을 인가하는 경우에 사용하는 전극은 니켈, 금 등의 전극 재료를, 도금, 스패터, 증착, 후막인쇄 등의 방법으로 압전 재료의 표면에 직접 형성해도 좋다.
조정부(110)는 플랜지부(111) 및 나사산부(112)를 갖는다. 조정부(160)도 플랜지부(161) 및 나사산부(162)를 갖는다. 조정부(110, 160)의 각각에 있어서, 플랜지부(111, 161)는 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍의 내경보다 큰 외경을 갖는다. 또한, 플랜지부(111, 161)는 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍의 내경보다 큰 외경을 갖는다.
또한, 플랜지부(111, 161)의 중앙에는 회전축 본체(144)의 외경과 대략 동일한 내경을 갖는 베어링부(114, 164)가 형성된다. 나사산부(112, 162)는 요동 회전 부재(120)의 나사홈부(122, 222)에 나사 결합되는 치수를 갖는다.
가압 부재(150)는 회전 플랜지(148)의 외경보다 작은 외경과 회전축 본체(144)의 외경보다 큰 내경을 갖는다. 도면 내에서는 회전축(140)에 삽입된 코일 스프링으로서 도시되어 있지만, 이 구조에 한정되는 것은 아니다.
출력 기어(170)는 중심에 축 구멍(172)을 갖는다. 축 구멍(172)은 회전축(140)의 회전축 본체(144)에 끼움 부착되는 내경을 갖는다. 축 구멍(172)에 회전축 본체(144)를 끼움 부착시킨 경우에, 출력 기어(170)는 회전축(140)의 회전과 일체적으로 회전한다.
도 12는 도 11에 도시된 진동 액추에이터(100)의 구조를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 11과 공통된 요소에는 동일한 도면부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다.
전기 기계 변환 소자(132, 136)를 포함하는 구동부(130)는 요동 회전 부재(120)의 주위면 상에 접착된다. 이에 의해, 구동 전압이 인가되어 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138) 중 하나가 신장된 경우에, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)가 접착된 부분에서 요동 회전 부재(120)도 함께 신장된다.
한편, 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍은, 도면의 상측에서 크고, 하측에서는 작은 내경을 갖는다. 이에 의해 형성된 경사진 구동면(121)은 요동 회전 부재(120)의 내주면을 따라서 사발 형상의 환상면을 이룬다.
조정부(110, 160)의 각각은 나사홈부(122, 222)에 대하여 나사산부(112, 162)를 나사 결합시킴으로써 요동 회전 부재(120)의 길이 방향 양단에 장착된다. 장착된 조정부(110, 160)는 각각의 플랜지부(111, 161)가 요동 회전 부재(120)의 단면에 접촉함으로써 요동 회전 부재(120)의 양단에 고정된다.
또한, 본 실시형태에서는, 조정부(110)의 나사산부(112)를 요동 회전 부재(120)의 나사홈부(122)에, 조정부(160)의 나사산부(162)를 요동 회전 부재(120)의 나사홈부(222)에 각각 나사 결합시킴으로써 조정부(110, 160)가 고정된다. 그러나, 조정부(110, 160)는 접착, 끼워 맞춤 등의 다른 방법에 의해 요동 회전 부재(120)에 고정되어도 좋다.
회전축(140)은, 삽입 구멍(151)에 구동력 전달축(157)을 측방으로부터 삽입시킨 다음, 회전축 본체(144)의 하측을 삽입함으로써 구동력 전달 고리(153)가 장착된다. 이렇게 하여 형성된 회전축(140)이 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍에 상방으로부터 삽입된다.
여기서, 회전축 본체(144)의 하단 및 상단은 조정부(110, 160)의 베어링부(114, 164)를 통해서 외부까지 연장된다. 회전축 본체(144)는 상단측에서 보다 길게 연장되며, 선단부에 출력 기어(170)가 장착된다.
또한, 도시된 예에서는 회전축(140)의 일단에 출력 기어(170)를 장착했다. 그러나, 회전축 본체(144)를 하방으로도 연장하여 회전축(140)의 양단에 출력 기어(170)를 장착할 수도 있다.
회전축 본체(144)는 조정부(110, 160)의 베어링부(114, 164)에 의해 회전 가능하게 위치 결정된다. 베어링부(114, 164)는 구름 베어링, 미끄럼 베어링 등이어도 좋다. 베어링부(114, 164) 및 회전축 본체(144)의 사이의 간격은 충분히 작기 때문에, 요동 회전 부재(120)의 내부까지 먼지가 침입하는 것이 방지된다.
한편, 회전축(140)의 구동력 전달 고리(153)는 요동 회전 부재(120)의 내면의 구동면(121)에 접촉한다. 환언하면, 요동 회전 부재(120)의 관통 구멍은 구동면(121)보다 상측에서는 구동력 전달 고리(153)의 외경보다 큰 내경을 갖는다. 또한, 구동면(121)보다 하측에서는 구동력 전달 고리(153)의 외경보다 작은 내경을 갖는다. 이에 의해, 회전 플랜지(148) 외주의 하측 모서리부가 피 구동부(159)로서 구동면(121)에 접촉한다.
또한, 구동력 전달 고리(153)는 구동력 전달축(157)을 통해 회전 플랜지(148)에 접촉한다. 이에 의해, 구동력 전달 고리(153)에 발생된 회전 구동력은 회전축 본체(144)에 전달된다.
가압 부재(150)는 회전축 본체(144)를 삽입시킴으로써 요동 회전 부재(120)의 내부에 배치된다. 여기서, 가압 부재(150)의 상단은 조정부(160)의 하면에, 가압 부재(150)의 하단은 회전 플랜지(148)의 상면에 각각 접촉한다.
또한, 가압 부재(150)는 조정부(160) 및 회전 플랜지(148)의 사이에서 압축된 상태로 장착된다. 따라서, 가압 부재(150)는 회전 플랜지(148)를 하방으로 가압한다.
가압된 회전 플랜지(148)는, 요동 회전 부재(120)의 숄더부(118)가 형성하는 구동면(121)에 계지된다. 이에 의해, 회전 플랜지(148)의 피 구동부(159)가 요동 회전 부재(120)의 구동면(121)에 가압된다. 이러한 구조에 의해, 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동이 회전축(140)을 회전 구동시키는 작용부(200)가 형성된다.
또한, 회전 플랜지(148)는 회전축(140)의 일부로서 회전한다. 이 때문에, 가압 부재(150) 양단 중 적어도 하나는 접촉하는 부재에 대하여 접동한다. 이 접동부에 있어서의 마찰을 저감함으로써, 진동 액추에이터(100)의 운동 손실을 저감할 수 있다. 구체적으로는, 접동부에 윤활재를 도포 또는 부착해도 좋다.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 진동 액추에이터(100)는 이하와 같이 동작한다. 또한, 이 실시형태에서도, 요동 회전은 양단에서 외부로부터 지지되어 있는 것으로 한다.
도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 구동부(130)의 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)에 구동 전압이 인가된 경우는 요동 회전 부재(120)의 길이 방향으로 신장된다. 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138) 중 하나가 신장된 경우, 해당 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)가 접착된 개소에서 요동 회전 부재(120)도 신장되므로 요동 회전 부재(120)는 굴곡한다.
전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)의 각각에 대하여, 요동 회전 부재(120)의 원주 방향에 따라 순차적으로 구동 전압이 인가되면, 요동 회전 부재(120)의 굴곡의 방향이 순차적으로 변화한다. 따라서, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)에 대하여, 순차적으로 π/2 늦은 위상의 교류 전계를 인가하면, 지면에 직교하는 원을 그리는 요동 회전 운동이 발생한다.
한편, 요동 회전 부재(120)는 양단에서 외부로부터 지지되어 있다. 따라서, 요동 회전 운동은, 길이 방향 중앙 부근에, 지면에 직교하는 원을 그리는 배(Y)를 형성한다. 이러한 현상에 의해, 요동 회전 부재(120) 전체에, 상하단을 마디(X, Z)로 하며 중앙 부근을 배(Y)로 하는 요동 회전 운동이 발생한다.
또한, 요동 회전 운동에 의해 발생하는 요동 회전 부재(120)의 수평 방향의 변위는 요동 회전 부재(120)의 길이 방향에 대해 대략 중앙에서 가장 크다. 이에 의해, 배(Y)에서 접촉시킴으로써, 구동력 전달 고리(153)에 큰 구동력을 전달할 수 있다.
요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동에 의한 구동면(121)의 수평인 변위는 경사진 피 구동부(159)를 거쳐 회전 플랜지(148)에 작용한다. 피 구동부(159)에 수평 방향의 변위가 작용한 경우, 구동력 전달 고리(153)는, 가압 부재(150)의 가압을 거슬러서 축방향으로 변위한다.
구동력 전달 고리(153)가 축방향으로 변위하면, 피 구동부(159) 및 구동면(121)의 사이에 간격이 발생한다. 또한, 요동 회전 운동에서는, 구동면(121)이 변위하는 위치가 원주 방향에 따라 변위하므로, 피 구동부(159) 및 구동면(121)의 사이에 구동력 전달 고리(153)를 회전시키는 마찰이 발생한다. 이 마찰에 의해 구동되어 발생된 회전 플랜지(148)의 회전은 구동력 전달축(157), 회전 플랜지(148), 회전축 본체(144) 및 출력 기어(170)를 순차적으로 거쳐 외부에 전달된다.
또한, 구동부(130)에 인가되는 구동 전압의 주파수는 요동 회전 부재(120)를 포함한 진동계의 고유 진동수에 따른 공진 주파수를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 요동 회전 부재는 투입된 구동 전력에 대하여 효율적으로 요동 회전 운동을 일으키고, 그것을 계속할 수 있다. 또한, 요동 회전 부재(120)를, 복수의 배 및 마디를 일으키는 다른 진동 모드로 요동 회전 운동시킬 수도 있다.
또한, 등간격으로 배치된 4장의 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 포함하는 구동부(130)를 예시했지만, 구동부(130)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 요동 회전 부재(120)는 요동 회전 부재(120)의 원주 방향으로 배치된 3 이상의 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 포함하는 구동부(130)에 의해서도 요동 회전 운동을 발생시킬 수 있다.
나아가, 작용부(200)에서, 피 구동부(159) 및 구동면(121)은 서로 접촉 및 이격을 반복한다. 따라서, 피 구동부(159) 및 구동면(121)의 적어도 표면은 내마모성이 높은 세라믹스 등의 재료에 의해 형성할 수 있다. 이에 의해, 진동 액추에이터(100)의 수명이 연장된다.
도 13 및 도 14는, 도 11 및 도 12에 도시된 진동 액추에이터(100)에 있어서의 변환부(300)의 동작을 설명하는 도면이다. 변환부(300)는 구동력 전달 고리(153), 구동력 전달축(157), 회전 플랜지(148) 및 가압 부재(150)를 포함하여 형성된다.
도 13은 회전 부하가 작은 상태에서 동작하는 진동 액추에이터(100)의 상태를 나타낸다. 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동에 의한 구동면(121)이 수평인 변위(도면 중의 화살표 P)는, 경사진 피 구동부(159)를 거쳐 회전 플랜지(148)에 작용한다.
피 구동부(159)에 수평 방향의 변위가 작용한 경우, 구동력 전달 고리(153)는 가압 부재(150)의 가압을 거슬러서 축방향으로 변위한다[도면 중의 화살표(Q)]. 요동 회전 운동에서는, 구동면(121)이 변위하는 위치는 원주 방향을 따라 변위하므로, 구동면(121)은 피 구동부(159)를 거쳐 구동력 전달 고리(153)를 회전시킨다. 구동력 전달축(157)은 구동력 전달 고리(153)의 상면에 형성된 전달 홈(155) 안에 끼워 넣어지고, 구동력 전달 고리(153)와 함께 회전한다.
회전축 본체(144)와 일체의 회전 플랜지(148)는 가압 부재(150)에 의해 구동력 전달축(157)에 상방으로부터 가압되어 있으므로, 구동력 전달 고리(153)와 함께 회전한다. 이로써, 구동력 전달 고리(153)에 발생된 회전은 회전축 본체(144)를 일정한 구동력으로 회전시킨다[도면 내의 화살표(R)].
도 14는 회전 부하가 큰 상태에서 동작하는 진동 액추에이터(100) 상태를 나타낸다. 회전 부하가 커지면, 회전 플랜지(148)는 구동력 전달축(157)으로부터 전달되는 회전 구동력에 저항하여 회전[도면 내의 화살표(R)]의 속도를 줄이는 힘[도면 내의 화살표(S)]을 일으킨다. 이 힘에 의해, 회전 플랜지(148) 및 구동력 전달 고리(153)의 사이에, 회전 방향의 차이가 생기므로, 구동력 전달축(157)의 주위면에는 회전 플랜지(148) 및 구동력 전달 고리(153)로부터 서로 다른 방향의 힘이 작용한다.
주위면에 방향이 다른 힘이 작용한 경우, 구동력 전달축(157)은 전동하여, 가압 부재(150)의 가압을 거슬러서 전달 홈(155)의 경사면을 오르기 시작한다[도면 내의 화살표(T)]. 구동력 전달 고리(153)는 구동면(121)에 의해 하방으로부터 위치 결정되어 있으므로, 전달 홈(155)을 오르는 구동력 전달축(157)은 회전 플랜지(148)를 상방으로 밀어 올려[도면 내의 화살표(U)], 가압 부재(150)를 압축한다. 압축된 가압 부재(150)는 보다 큰 가압력에 의해 회전 플랜지(148)를 하방을 향해 가압한다.
회전 플랜지(148)에 대한 커진 가압력은 구동력 전달축(157)을 거쳐 구동력 전달 고리(153)에 작용하므로, 피 구동부(159)를 구동면(121)에 가압하는 힘도 커진다. 이에 의해, 구동면(121)은 보다 큰 회전 토크를 일으키도록 구동력 전달 고리(153)를 구동한다.
이와 같이, 예컨대 진동 액추에이터(100)가 기동하는 경우와 같이, 진동 액추에이터(100)에 대한 회전 부하가 큰 경우는, 구동력 전달 고리(153)가 요동 회전 부재(120)에 강하게 가압되므로, 피 구동부(159)와 구동면(121) 사이의 마찰력이 커져, 회전 토크가 커진다. 또한, 회전축(140)이 정상 회전하고 있는 경우와 같이 회전 부하가 작은 경우는, 상기 가압력이 작아져, 구동력 전달 고리(153)를 요동 회전 부재(120)에 강하게 가압하는 힘이 작아진다.
이에 의해, 특별한 기동 시 제어를 하는 일 없이, 진동 액추에이터(100)를 원활히 기동시킬 수 있다. 또한, 부하가 작은 경우는 가압력도 작아지므로, 피 구동부(159) 및 구동면(121)의 마모가 억제되어 진동 액추에이터(100)가 장기 수명화된다.
도 15는 진동 액추에이터(101)의 분해 사시도를 나타낸다. 또한, 도 16은 진동 액추에이터(101)가 회전축(140)의 축방향과 직교하는 방향(이하, 직경 방향이라 함)에서 본 단면도를 나타낸다. 또한, 설명의 편의상, 회전축(140)의 축방향에 있어서의 구동 출력측을 출력측, 그 반대측을 비출력측이라고 기재한다.
도 15 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 진동 액추에이터(101)는 회전축(140)과, 요동 회전 부재(120)와, 구동부(130)와, 탄성 부재(152, 154)를 구비한다. 회전축(140)은 회전하여 동력을 출력한다. 회전축(140)은 원주 방향의 위치에 따라 직경이 다른 비원형부(142, 146)를 갖는다.
요동 회전 부재(120)는, 회전축(140)과 동축으로 배치되어 있다. 또한, 요동 회전 부재(120)는 원형의 내주를 갖는 통형으로 되어 있다. 구동부(130)는 요동 회전 부재(120)를 요동 회전 운동시킨다.
탄성 부재(152, 154)는 회전축(140) 및 요동 회전 부재(120)에 접촉하여 요동 회전 부재(120)에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 회전축(140)에 전달함으로써 회전축(140)을 회전시킨다. 또한, 탄성 부재(152, 154)는 요동 회전 부재(120)의 내주를 따라 귄회된 비틀림 스프링으로서, 서로 교차된 한쌍의 협지부(644)를 양단측에 갖는다. 한쌍의 협지부(644)는 서로 접근하는 방향으로의 가압력에 의해 비원형부(142, 146)를 협지한다. 또한, 탄성 부재(152, 154)는 요동 회전 부재(120)의 축방향 양단부에 한쌍으로 배치된다.
또한, 요동 회전 부재(120)에는 탄성 부재(152, 154)가 접촉하는 내주에 따른 V자 홈(242, 244)이 마련된다. 또한, 진동 액추에이터(101)는 요동 회전 부재(120)의 축방향 중앙부에서 요동 회전 부재(120)를 고정 보지하는 보지부(180)를 더 구비한다.
이하, 진동 액추에이터(101)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 도 15 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 요동 회전 부재(120)는, 탄성 변형 가능한 각종 금속 재료, 수지 재료, 세라믹스 재료 등에 의해, 회전축(140)의 축방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 기둥 형상으로 형성되어 있다. 또한, 요동 회전 부재(120)는 중공으로 되어 있으며 그 내부에는 회전축(140)이 삽입되어 있다. 또한, 요동 회전 부재(120)의 내부에는 회전축(140)의 축방향에서 볼 때 원 형상의 내주부(230)가 형성되어 있다. 또한, 요동 회전 부재(120)는 원기둥 형상 등의 다른 형상이어도 좋다.
회전축(140)은, 출력측에 비원형부(146)가, 비출력측에 비원형부(142)가 형성된 원기둥 형상의 부재로 되어 있다. 비원형부(146)의 선단측은 요동 회전 부재(120)로부터 출력측으로 돌출되며, 비원형부(142)의 선단측은 요동 회전 부재(120)로부터 비출력측으로 돌출되어 있다.
회전축(140)의 출력측의 단부에는 출력 기어(170)가 배치되어 있다. 출력 기어(170)의 축심에는 비원형부(146)와 끼워 맞춤 가능한 직사각형 형상의 축 구멍(172)이 형성되어 있으며, 출력 기어(170)는 비원형부(146)와 축 구멍(172)이 끼워 맞춤된 상태로 비원형부(146)와 일체적으로 회전한다.
또한, 요동 회전 부재(120)의 출력측의 단부에는 조정부(160)가 장착되어 있다. 해당 단부에는 나사홈부(222)가 회전축(140)과 동축으로 형성되어 있다. 한편, 조정부(160)에는 나사홈부(222)와 나사 결합되는 나사산부(162)와, 나사산부(162)의 출력측 단부로부터 직경 방향으로 펼쳐지는 원반 형상의 플랜지부(161)가 구비되어 있다. 나사산부(162) 및 플랜지부(161)의 축심에는 회전축(140)의 출력측을 회전 가능하게 지지하는 원 구멍으로서의 베어링부(164)가 형성되어 있다.
또한, 요동 회전 부재(120)의 비출력측의 단부에는 조정부(110)가 장착되어 있다. 해당 단부에는 나사홈부(212)가 회전축(140)과 동축으로 형성되어 있다. 한편, 조정부(110)는, 조정부(160)와 동일한 구성으로 되어 있으며, 나사산부(162)가 나사홈부(212)에 나사 결합되어 회전축(140)의 출력측을 회전 가능하게 지지하고 있다. 즉, 회전축(140)은 한쌍의 조정부(160, 110)를 통해 요동 회전 부재(120)에 요동 회전 부재(120)의 축선 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다.
요동 회전 부재(120)의 외주부에는 구동부(130)가 배치되어 있다. 구동부(130)는 회전축(140)의 회전 방향에 따라 배치된 복수(본 실시형태에서는 4장)의 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 구비한다. 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는 회전축(140)의 축방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 판상체로서, 각각 요동 회전 부재(120)의 외주부에 있어서의 4면 중 하나에 접착 등에 의해 장착되어 있다. 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)에는 도시하지 않는 전극이 마련되어 있다. 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는 도시하지 않는 전원부로부터 상기 전극을 통해 구동 전압이 인가된다.
또한, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)는 구동 전압이 인가된 경우에 신장되는 압전 재료를 포함하고 있다. 구체적으로는, 티탄산지르콘산납, 수정, 니오브산리튬, 티탄산바륨, 티탄산납, 메타니오브산납, 폴리플루오르화비닐리덴, 아연니오브산납, 스칸듐니오브산납 등의 압전 재료를 포함한다.
또한, 많은 압전 재료는 무르기 때문에, 인청동 등의 고탄성 금속 재료로 보강하는 것이 바람직하다. 혹은, 요동 회전 부재(120) 자체를 담체로 하고, 요동 회전 부재(120)의 표면에 압전 재료 층을 형성함으로써, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)를 형성해도 좋다. 또한, 상기 전극은 니켈, 금 등의 전극 재료를 도금, 스패터, 증착, 후막인쇄 등의 방법으로 압전 재료의 표면에 직접 형성하면 좋다. 요동 회전 부재(120)의 외주의 축방향 중앙부에는 보지부(180)가 장착되어 있다. 보지부(180)는 회전축(140)과 동축으로 배치된 원반 형상 부재이며, 요동 회전 부재(120)가 삽입되는 직사각형 형상의 개구(186)와, 나사 등이 삽입되는 설치 구멍(184)이 형성되어 있다.
여기서, 요동 회전 부재(120)의 대각 거리는 개구(186)의 각 변보다 근소하게 길게 설정되어 있어, 요동 회전 부재(120)의 모서리부와 개구(186)의 테두리의 중앙부가 접촉된 상태로, 요동 회전 부재(120)와 개구(186)가 끼워 맞춤된다. 또한, 요동 회전 부재(120)의 상기 모서리부의 축방향 중앙부에는 개구(186)의 테두리의 중앙부를 끼워 맞춤할 수 있는 절결부(102)가 형성되어 있다.
이 때문에, 요동 회전 부재(120)를 개구(186)에 삽입한 후에 축선 주위로 회전시켜, 사방의 절결부(102)를 사방의 개구(186) 테두리의 중앙부에 끼워 맞춤시킴으로써, 요동 회전 부재(120)를 축선 주위로 위치 결정한 상태로 보지부(180)와 일체화할 수 있다. 또한, 보지부(180)는 설치 구멍(184)에 삽입되는 나사 등에 의해 진동 액추에이터(101)를 구동원으로 하여 이용하는 피 구동 장치에 장착된다.
또한, 비원형부(146, 142)에는 각각 탄성 부재(154, 152)가 배치된다. 탄성 부재(154, 152)는 동일 형상 및 동일 치수의 비틀림 스프링으로 되어 있으며, 각각 비원형부(146, 142)의 기단부에 장착되어 있다. 탄성 부재(154, 152)는 원주부(642)와 한쌍의 협지부(644)를 구비한다.
원주부(642)는 탄성을 갖는 선재가 내주부(230)를 따라서 권회됨으로써 형성된다. 또한, 협지부(644)는 해당 선재의 양단부가 내주측으로 굴곡됨으로써 형성된다. 원주부(642)의 양단부는 상하로 중첩되며, 또한 한쌍의 협지부(644)는 원주부(642)의 중심에 대하여 좌우 대칭으로 되어 있다.
또한, 요동 회전 부재(120)의 내주부(230)의 축방향 양단부에는 양단측에 걸쳐 외경측으로 경사진 경사면(224)이 형성되며, 나사산부(162)의 선단부에는 선단측에 걸쳐 외경측으로 경사진 경사면(166)이 형성되어 있다. 경사면(224, 166)은 회전축(140)의 축방향으로 대향함으로써 V자 홈(244, 242)을 형성하며, 이 V자 홈(244)에 탄성 부재(154, 152)의 원주부(642)가 끼워진다.
도 17은 도 16의 A-A' 단면도를 나타낸다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 회전축(140)의 출력측에는 축심(C)에 대하여 대칭인 한쌍의 원호부(616)가 형성되어 있다. 이 한쌍의 원호부(616)가 베어링부(164)에 회전 가능하게 끼워 맞춤되어 있다. 또한, 조정부(110)에 의한 회전축(140)의 비출력측의 지지 구조는 조정부(160)에 의한 회전축(140)의 출력측의 지지 구조와 동일하므로 설명은 생략한다.
도 18은 도 16의 B-B' 단면도를 나타낸다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 비원형부(146)는 축심(C)에 대하여 좌우 대칭인 한쌍의 평면부(141)를 구비한다. 평면부(141)는 회전축(140)의 원주면에 대하여 내경측으로 오목한 단부로 되어 있다. 즉, 평면부(141)의 축심(C)으로부터의 거리(r2)는 회전축(140)의 반경(r1)보다 작다. 또한, 한쌍의 협지부(644)의 간격은, 탄성 부재(154)가 무부하인 상태에서 비원형부(146)의 두께(2×r2)보다 좁고, 비원형부(146)는 원주부(642)를 탄성 변형시킨 상태로 한쌍의 협지부(644)의 사이에 끼워진다.
여기서, 회전축(140)이 기준 이상의 토크로 회전된 경우에, 탄성 부재(154, 152)가 탄성 변형되도록, 탄성 부재(154, 152)의 탄성정수, 직경, 한쌍의 협지부(644)의 간격 등 각종 파라미터가 설정되어 있다. 또한, 비원형부(142)와 탄성 부재(152)의 설치 구조는 비원형부(146)와 탄성 부재(154)의 설치 구조와 동일하므로 설명은 생략한다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다. 도 19의 (A) 및 (B)에는 진동 액추에이터(101)의 구동 상태에 있어서의 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동을 설명하는 개념도가 도시되어 있다. 진동 액추에이터(101)의 구동 상태에서는, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)에 대하여 순차적으로 π/2 늦은 위상의 교류 전압이 인가된다.
여기서, 회전축(140)의 축선에 대하여 서로 대칭으로 배치된 전기 기계 변환 소자(132, 136), 마찬가지로 회전축(140)의 축선에 대하여 서로 대칭으로 배치된 전기 기계 변환 소자(134, 138)에는 각각 양 및 음의 역의 구동 전압이 동일 위상으로 인가되게 된다. 이에 의해, 전기 기계 변환 소자(132, 136)의 일방이 신장하며 타방이 수축하는 동작과 타방이 신장하며 일방이 수축하는 동작이 교대로 반복된다. 또한, 전기 기계 변환 소자(134, 138)의 일방이 신장하며 타방이 수축하는 동작과 타방이 신장하며 타방이 수축하는 동작이 교대로 반복된다.
또한, 요동 회전 부재(120)의 축방향 중앙부는 보지부(180)에 의해 고정 보지되어 있다. 이 때문에, 요동 회전 부재(120)의 축방향 양단부가, 전기 기계 변환 소자(132)측과 전기 기계 변환 소자(136)측으로 교대로 굴곡되거나, 전기 기계 변환 소자(134)측과 전기 기계 변환 소자(138)측으로 교대로 굴곡되거나 한다.
그리고, 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)에 인가되는 구동 전압의 위상이 순차적으로 π/2 늦음으로써, 요동 회전 부재(120)의 축방향 양단부에 있어서의 굴곡 방향이 회전축(140) 회전의 일 방향으로 시프트해 나간다. 이에 의해, 도 19의 (B)에 도시하는 바와 같이, 요동 회전 부재(120)의 축방향 양단부가 회전축(140) 주위로 원운동한다. 즉, 요동 회전 부재(120) 전체에, 축방향 양단부를 배(X), 축방향 중앙부를 마디(Y)로 하는 요동 회전 운동이 발생한다. 그리고, 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동이 탄성 부재(152, 154)를 거쳐 회전축(140)에 전달됨으로써, 회전축(140)이 회전되며, 출력 기어(170)를 거쳐 모터 구동력이 출력된다.
도 20에는, 예컨대 외부로부터 회전축(140)을 무리하게 회전시키는 등에 의해, 회전축(140)에 대하여 외부로부터 기준 이상의 토크가 입력된 상태가 도 16의 B-B' 단면도에 의해 도시되어 있다. 또한, 출력측과 비출력측에서 발생되는 작용은 동일하므로, 이하, 출력측에 있어서의 작용을 예를 들어 설명하며, 비출력측에 있어서의 작용에 대해서는 설명을 생략한다.
이 도면에 도시하는 바와 같이, 회전축(140)에 대하여 외부로부터 기준 이상의 토크가 입력된 경우에는, 회전축(140)이 탄성 부재(154)에 대하여 상대 회전함으로써, 한쌍의 평면부(141)가 한쌍의 협지부(644)를 원주부(642)의 탄성 가압력에 저항하여 서로 이격하는 방향[도면 내의 화살표(R) 방향]으로 변위시킨다. 이에 의해, 도면 내의 화살표(S)로 도시하는 바와 같이, 탄성 부재(154)의 원주부(642)의 반경이 감소하므로, 원주부(642)와 V자 홈(244)의 접촉 압력이 감소한다.
따라서, 외부로부터 회전축(140)이 무리하게 회전 당한 경우에는, 우선, 회전축(140)이 탄성 부재(154)에 대하여 상대 회전함으로써 원주부(642)와 V자 홈(244)의 접촉 압력이 감소된 상태 또는 이격된 상태가 되며, 그 후에, 탄성 부재(154)가 회전축(140)의 회전에 따라 회전하여, V자 홈(244)에 대해 접동 회전 또는 공회전한다. 또한, 회전축(140)의 회전 부하가 기준 이하까지 감소한 후는, 탄성 부재(154)가 탄성 복귀함으로써, 원주부(642)의 반경이 확대되고, 다시 V자 홈(244)에 높은 접촉 압력으로 접촉한다.
즉, 탄성 부재(154)는 회전축(140)에 기준 이상의 회전 부하가 발생한 경우에 요동 회전 부재(120)와의 접촉 압력을 감소시킨다. 이에 의해, 회전축(140)에 기준 이상의 회전 부하가 발생한 경우에, 탄성 부재(154)와 요동 회전 부재(120) 사이에 발생하는 마찰력을 경감할 수 있으며, 탄성 부재(154)와 요동 회전 부재(120)의 마모 열화를 억제할 수 있다.
따라서, 탄성 부재(154)와 요동 회전 부재(120)의 접촉부를 보호할 수 있어서 제품 수명을 연장할 수 있는 진동 액추에이터(101)를 제공할 수 있다. 또한, 진동 액추에이터(101)의 구동이 정지되어 있는 상태에서는, 탄성 부재(154)의 원주부(642)가 V자 홈(244)에 대하여 소정의 접촉 압력을 가지고 접촉하므로, 회전축(140)을 일정한 위치에서 정지(자기 보지)시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 탄성 부재(154, 152)를 회전축(140)의 축방향 양단부, 즉 회전축(140)의 요동 회전 운동의 배(X)에 상당하는 위치에 배치한 것에 의해, 요동 회전 부재(120)로부터 탄성 부재(154)로 효율적으로 진동을 전달할 수 있어서 모터 출력을 효율적으로 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 탄성 부재(154)의 원주부(642)가 접촉하는 V자 홈(244)을 내주부(230)에 형성한 것에 의해, 탄성 부재(154)를 회전축(140)의 축방향으로 위치 결정할 수 있어서, 탄성 부재(154)를 내주부(230)에 접촉시키기 위한 가압 부재 등을 불필요하게 할 수 있으므로, 구성을 간소화할 수 있어 코스트를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 조정부(160, 110)를 회전축(140)의 축방향으로 변위시킴으로써, V자 홈(244, 242)에 있어서의 서로 대향하는 한쌍의 경사면(166, 224)의 일방을 타방에 대하여 근접 및 이격시킬 수 있다. 이에 의해, 해당 경사면(166, 224)에 있어서의 탄성 부재(154, 152)와 접촉하는 직경 방향의 위치를 조절할 수 있어서, 탄성 부재(154)와 요동 회전 부재(120)의 접촉 압력을 조정할 수 있다.
다음에, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 진동 액추에이터(801)에 대해 설명한다. 또한, 다른 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하며 설명은 생략한다. 도 21에는, 본 실시형태에 따른 진동 액추에이터(801)가 직경 방향에서 본 단면도로 도시되어 있다.
이 도면에 도시하는 바와 같이, 진동 액추에이터(801)에서는 V자 홈(244)이 회전축(240)의 축방향 중앙부에 배치되어 있다. 또한, 비원형부(146)가 회전축(240)의 축방향에 있어서의 출력측 단부로부터 중앙부까지 형성되어 있으며, 탄성 부재(154)가 회전축(240)의 축방향 중앙부에 배치되어 있다. 나아가, 한쌍의 보지부(180)가 회전축(240)의 축방향 양단부를 고정 보지하고 있다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다. 도 22의 (A) 및 (B)에는 진동 액추에이터(801)의 구동 상태에 있어서의 요동 회전 부재(120)의 요동 회전 운동을 설명하는 개념도가 도시되어 있다. 진동 액추에이터(801)가 구동되고 있는 상태에서는 전기 기계 변환 소자(132, 134, 136, 138)가 다른 실시형태와 동일한 방법으로 구동된다. 여기서, 요동 회전 부재(220)의 축방향 양단부가 한쌍의 보지부(180)에 의해 고정 보지되어 있으므로, 요동 회전 부재(220) 전체에, 축방향 중앙부를 배(X), 축방향 양단부를 마디(Y)로 하는 요동 회전 운동이 발생한다. 그리고, 요동 회전 부재(220)의 요동 회전 운동이 탄성 부재(154)를 거쳐 회전축(240)에 전달됨으로써, 회전축(240)이 회전되어 출력 기어(170)를 거쳐 모터 구동력이 출력된다.
여기서, 본 실시형태에서는, 탄성 부재(154)를 회전축(240)의 축방향 중앙부, 즉 회전축(240)의 요동 회전 운동의 배(X)에 상당하는 위치에 배치하고 있다. 이에 의해, 요동 회전 부재(220)로부터 탄성 부재(154)로 진동을 효율적으로 전달할 수 있어서 모터 출력을 효율적으로 높일 수 있다.
다음에, 진동 액추에이터(802)에 대해 설명한다. 또한, 다른 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하며 설명은 생략한다. 도 23에는, 본 실시형태에 따른 진동 액추에이터(802)가 직경 방향에서 본 단면도로 도시되어 있다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 진동 액추에이터(802)에서는 요동 회전 부재(320)의 축방향 중앙부에 단차부(302)가 형성되어 있으며, 내주부(230)는 단차부(302)를 경계로 출력측의 확경부(304)와 비출력측의 축경부(306)로 나누어져 있다.
탄성 부재(154)는 확경부(304)에 배치되어 단차부(302)에 접촉하고 있다. 또한, 회전축(340)의 축방향 중앙부에는 외경측으로 펼쳐진 원반 형상의 플랜지부(342)가 배치되어 있다. 또한, 플랜지부(342)와 조정부(160) 사이에는 탄성 부재(344)가 배치되어 있다. 이 탄성 부재(344)는, 회전축(340)의 축방향으로 탄성 수축 가능한 압축 코일 스프링이며, 플랜지부(342)를 비출력측으로 가압함으로써, 플랜지부(342)를 거쳐 탄성 부재(154)를 단차부(302)에 가압한다. 이에 의해, 탄성 부재(154)가 요동 회전 부재(320)의 축방향 중앙부에 위치 결정된다.
또한, 요동 회전 부재(320)의 진동이, 탄성 부재(154)에 대하여, 측방측으로부터 뿐만 아니라 하방측으로부터도 부가되므로, 회전축(340)에 부가되는 진동을 효율적으로 증가시킬 수 있어서 진동 액추에이터(802)의 출력을 효율적으로 높일 수 있다.
다음에, 또 다른 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 다른 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하며 설명은 생략한다. 도 24에는 본 실시형태에 따른 진동 액추에이터(803)가 분해 사시도로 도시되어 있다. 또한, 도 25에는 진동 액추에이터(803)가 직경 방향에서 본 단면도로 도시되어 있다.
이들 도면에 도시하는 바와 같이, 진동 액추에이터(803)는 요동 회전 부재(120)와 회전축(840)과 한쌍의 계합부(456)를 구비한다. 요동 회전 부재(120)는 원형의 내주부(230)를 갖는 통형으로 되어 있다. 회전축(840)은 축방향의 일부에서 외주의 일부가 직경 방향으로 움푹 패인 요철부로서의 피 계합부(442, 444)를 갖는다. 한쌍의 계합부(456)는, 요동 회전 부재(120)의 내주를 따라서 권회되며, 양단측에 서로 이격하는 방향으로의 가압력에 의해 피 계합부(442, 444)의 측벽(446, 447)에 계합하는 한쌍의 계합부(456)를 갖는 비틀림 스프링으로 되어 있다.
회전축(840)의 출력측 및 비출력측에는, 각각 외주부의 일부가 내경측으로 오목하며, 반대측으로 관통된 피 계합부(444, 442)가 형성되어 있다. 이 피 계합부(444, 442)가 구비하는 한쌍의 측벽(446, 447)은 회전축(840)의 축심(C)에 대하여 좌우 대칭인 평면으로 되어 있다. 피 계합부(444)는 V자 홈(244)과 직경 방향으로 대향하는 위치까지 연장되며, 피 계합부(442)는 V자 홈(242)과 직경 방향으로 대향하는 위치까지 연장되어 있다.
또한, 피 계합부(444, 442)에는 각각 탄성 부재(454, 452)가 배치되어 있다. 탄성 부재(452, 454)는 동일 형상 및 동일 치수의 비틀림 스프링으로 되어 있으며, 각각 피 계합부(444, 442)의 저부에 장착되어 있다.
도 26에는 도 25의 A-A' 단면도가 도시되어 있다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 탄성 부재(454, 452)는 원주부(742)와 한쌍의 계합부(456)를 구비한다. 원주부(742)는 탄성을 갖는 선재가 내주부(230)를 따라서 권회됨으로써 형성된다. 또한, 계합부(456)는 해당 선재의 양단부가 내주측으로 굴곡되는 것에 의해 형성되며, V자 홈(244, 242)에 끼워져 있다. 원주부(742)의 양단부는 원주 방향으로 서로 이격되며, 또한 한쌍의 계합부(456)는 원주부(742)의 중심에 대해 좌우 대칭으로 되어 있다.
한쌍의 계합부(456)의 간격은, 탄성 부재(454)가 무부하인 상태에서 한쌍의 측벽(446, 447)의 간격보다 넓다. 즉, 한쌍의 측벽(446, 447)은 원주부(742)를 탄성 변형시킨 상태로 한쌍의 계합부(456)를 끼워넣는다. 여기서, 회전축(840)이 기준 이상의 토크로 회전된 경우에, 탄성 부재(454, 452)가 탄성 변형되도록, 탄성 부재(454, 452)의 탄성 정수, 한쌍의 계합부(456)의 간격 등 각종 파라미터가 설정되어 있다. 또한, 피 계합부(442)와 탄성 부재(452)의 설치 구조는 피 계합부(444)와 탄성 부재(454)의 설치 구조와 동일하므로 설명은 생략한다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다. 도 27에는 회전축(840)에 대하여 외부로부터 기준 이상의 토크가 입력된 경우에 있어서의 작동 상태가 도 25의 A-A' 단면도에 의해 도시되어 있다. 또한, 출력측과 비출력측에서 발생하는 작용은 동일하므로, 이하, 출력측에 있어서의 작용을 예를 들어 설명하며, 비출력측에 있어서의 작용에 대해서는 설명을 생략한다.
이 도면에 도시하는 바와 같이, 회전축(840)에 대하여 외부로부터 기준 이상의 토크가 입력된 경우에는, 회전축(840)이 탄성 부재(454)에 대하여 상대 회전함과 동시에, 한쌍의 측벽(446)이 한쌍의 계합부(456)를 원주부(742)의 탄성 가압력에 저항하여 서로 접근하는 방향으로 변위시킨다. 이에 의해, 탄성 부재(454)의 원주부(742)의 반경이 감소하므로, 원주부(742)와 V자 홈(244)의 접촉 압력이 감소한다.
즉, 탄성 부재(454)는 회전축(840)에 기준 이상의 회전 부하가 발생한 경우에 요동 회전 부재(120)와의 접촉 압력을 감소시킨다. 이에 의해, 회전축(840)에 기준 이상의 회전 부하가 발생한 경우에, 탄성 부재(454)와 요동 회전 부재(120) 사이에 발생하는 마찰력을 경감할 수 있어서 탄성 부재(454)와 요동 회전 부재(120)의 접촉부를 보호할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 진동 액추에이터(803)의 구동이 정지되어 있는 상태로, 탄성 부재(454)의 원주부(742)가 V자 홈(244)에 대하여 소정의 접촉 압력을 가지고 접촉하므로, 회전축(840)을 일정한 위치에서 정지(자기 보지)시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 피 계합부(442, 444)를, 회전축(840)의 출력측 또는 비출력측을 직경 방향으로 이분하는 슬릿으로 하였다. 그러나, 피 계합부(442, 444)는, 한쌍의 계합부(456)가 자신의 탄성력에 의해 계합하는 한쌍의 측벽을 구비하고 있으면 좋으며, 예컨대 직사각형 형상의 관통 구멍 또는 함몰부여도 좋다.
도 28은 진동 액추에이터(700)를 포함하는 촬상 장치(400)의 구조를 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 촬상 장치(400)는 렌즈 유닛(410) 및 본체(460)를 포함한다. 렌즈 유닛(410)은 마운트(450)를 통해 본체(460)에 대하여 착탈 가능하게 장착된다. 렌즈 유닛(410)은 광학 부재(420), 광학 부재(420)를 수용하는 렌즈 경통(430), 및 렌즈 경통(430)의 내부에 마련되어 광학 부재(420)를 구동하는 진동 액추에이터(700)를 구비한다.
광학 부재(420)는 도면 내에서 좌측에 해당하는 입사단으로부터 순차적으로 배열된, 프론트 렌즈(422), 컴펜세이터 렌즈(424), 포커싱 렌즈(426) 및 메인 렌즈(428)를 포함한다. 포커싱 렌즈(426) 및 메인 렌즈(428)의 사이에는 아이리스 유닛(440)이 배치된다.
진동 액추에이터(700)는 보지부(180, 190)에서 나사 등의 고정 부재에 의해 렌즈 경통(430)의 내부에 고정된다. 보지부(180, 190)는 요동 회전 부재(720)의 요동 회전 운동에 있어서의 마디의 위치에서 요동 회전 부재(720)를 지지한다. 이에 의해, 요동 회전 부재(720)의 진동을 렌즈 경통(430)에 전달시키는 일이 없어서, 요동 회전 부재(720)의 진동의 촬상 장치(400)에의 영향을 경감할 수 있다.
진동 액추에이터(700)는 광축 방향에 대해 렌즈 경통(430)의 중간 정도에 있으며 상대적으로 소경인 포커싱 렌즈(426)의 하방에 배치된다. 이에 의해, 렌즈 경통(430)의 직경을 확대하는 일 없이, 진동 액추에이터(700)는 렌즈 경통(430) 내에 수용된다. 진동 액추에이터(700)는 예컨대 윤열(輪列)을 통해 포커싱 렌즈(426)를 광축 방향으로 전진 또는 후퇴시킨다.
본체(460)는 메인 미러(540), 펜타프리즘(470), 접안계(490)을 포함하는 광학 부재를 수용한다. 메인 미러(540)는 렌즈 유닛(410)을 통해 입사한 입사광의 광로 상에 경사져서 배치되는 대기 위치와 입사광을 피해 상승하는 촬영 위치(도면 내에 점선으로 도시됨) 사이를 이동한다.
대기 위치에 있는 메인 미러(540)는 입사광의 대부분을 상방에 배치된 펜타프리즘(470)으로 유도한다. 펜타프리즘(470)은 입사광의 경영(鏡映)을 접안계(490)를 향해 출사하므로, 포커싱 스크린(472)의 영상을 접안계(490)로부터 정상(正像)으로서 볼 수 있다. 입사광의 나머지는 펜타프리즘(470)에 의해 측광 유닛(480)으로 유도된다. 측광 유닛(480)은 입사광의 강도 및 그 분포 등을 측정한다.
또한, 펜타프리즘(470) 및 접안계(490)의 사이에는 파인더 액정(494)에 형성된 표시 화상을 포커싱 스크린(472)의 영상에 중첩하는 하프 미러(492)가 배치된다. 표시 화상은 펜타프리즘(470)으로부터 투영된 화상에 중첩하여 표시된다.
또한, 메인 미러(540)는 입사광의 입사면에 대한 이면에 서브 미러(542)를 갖는다. 서브 미러(542)는 메인 미러(540)를 투과한 입사광의 일부를 하방에 배치된 측거 유닛(530)으로 유도한다. 이에 의해, 메인 미러(540)가 대기 위치에 있는 경우는 측거 유닛(530)이 피사체까지의 거리를 측정한다. 또한, 메인 미러(540)가 촬영 위치로 이동한 경우는 서브 미러(542)도 입사광의 광로로부터 퇴피한다.
또한, 입사광에 대하여 메인 미러(540)의 후방에는 셔터(520), 광학 필터(510) 및 촬상부(500)가 순차적으로 배치된다. 셔터(520)가 개방되는 경우, 그 직전에 메인 미러(540)가 촬영 위치로 이동하므로, 입사광은 직진하여 촬상부(500)에 입사된다. 이에 의해, 입사광이 형성하는 화상이 전기 신호에 변환된다. 이에 의해, 촬상부(500)는 렌즈 유닛(410)에 의해 결상된 화상을 촬상한다.
촬상 장치(400)에서, 렌즈 유닛(410)과 본체(460)는 전기적으로도 결합되어 있다. 따라서, 예컨대 본체(460)측의 측거 유닛(530)이 검출한 피사체까지의 거리의 정보를 참조하면서 진동 액추에이터(700)의 회전을 제어함으로써, 오토 포커스 기구를 형성할 수 있다. 또한, 측거 유닛(530)이 진동 액추에이터(700)의 동작량을 참조함으로써, 포커스 보조 기구를 형성할 수도 있다. 진동 액추에이터(700) 및 촬상부(500)는 제어부(550)에 의해 상기한 바와 같이 제어된다.
또한, 진동 액추에이터(700)를 포커싱 렌즈(426)의 구동에 이용하는 경우에 대해 예시했지만, 아이리스 유닛(440)의 개폐, 줌 렌즈에 있어서의 베리에이터 렌즈의 이동 등을 진동 액추에이터(700)에 의해 구동할 수 있는 것은 당연하다. 이 경우도, 전기 신호를 거쳐 측광 유닛(480), 파인더 액정(494) 등과 정보를 서로 참조함으로써, 진동 액추에이터(700)는 노출의 자동화, 씬 모드의 실행, 브래킷 촬영의 실행 등에 관여한다.
또한, 진동 액추에이터(700)를 구비한 경우에 대해 설명했지만, 진동 액추에이터(700)를 대신하여 진동 액추에이터(100)를 사용해도 괜찮은 것은 당연하다. 진동 액추에이터(100, 700)는, 회전 부하가 큰 경우에 자율적으로 회전 토크를 증가시키므로, 진동 액추에이터(100, 700)의 제어를 간단하게 할 수 있다. 또한, 부하 변동에 대하여 안정되어 동작한다.
또한, 진동 액추에이터(100)를 대신하여 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803) 중 어느 하나를 사용할 수도 있다. 이 경우, 과대한 회전 부하에 대하여 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)가 자율적으로 로터의 접촉압을 저하시키므로, 복잡한 제어 없이 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)의 마모에 의한 열화를 방지할 수 있다.
예컨대, 촬상 장치(400)에는 오토 포커스 동작 중에 포커스 링(560)에 의한 매뉴얼 포커스 조작이 가능하게 되는, 이른바 M/A 모드가 탑재되어 있다. 포커스 링(560)이 조작된 경우는 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)의 출력에 대신하여 유저에 의한 포커스 링(560)의 회전 조작에 의해 포커싱 렌즈(426)가 구동된다.
진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)와 포커스 링(560)은 기어열을 통해 연결되어 있어서, 포커스 링(560)의 회전이 기어열에 의해 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)에 전달된다. 이 때문에, 오토 포커스 동작 중에 포커스 링(560)이 수동에 의해 고속으로 회전된 경우 또는 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)의 구동이 정지되어 있는 상태로 포커스 링(560)이 회전된 경우 등에는, 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)의 회전축(240)에 기준 이상의 토크가 입력되는 경우가 있다.
이 경우, 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)에서는 탄성 부재(154, 152)가 요동 회전 부재(120)와의 접촉 압력을 감소시킨다. 따라서, 회전축(240)에 기준 이상의 토크가 입력된 경우에서도 탄성 부재(154, 152)와 회전축(240) 사이에 발생하는 마찰력을 경감할 수 있어서 탄성 부재(154, 152)와 회전축(240)의 접촉부를 보호할 수 있다.
이상과 같이, 진동 액추에이터(100, 700) 또는 진동 액추에이터(101, 801, 802, 803)는 촬영기, 쌍안경 등의 광학계에서, 합초(合焦) 기구, 줌 기구, 손 떨림 보정 기구 등의 구동에 매우 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 정밀 스테이지, 보다 구체적으로는 전자빔 묘화 장치, 검사 장치용 각종 스테이지, 생체 공학용 셀 인젝터의 이동 기구, 핵자기 공명 장치의 이동 베드 등의 동력원에 사용될 수 있지만, 용도가 이들에 한정되지 않는 것은 당연하다.
이상, 본 발명을 실시형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재의 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시형태에 다양한 변경 또는 개량을 추가하는 것이 가능하다라고 하는 것이 당업자에게 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 추가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이 특허청구범위의 기재로부터 명백하다.
100, 101, 700, 801, 802, 803 : 진동 액추에이터
102, 702, 704 : 절결부 110, 160, 710, 760 : 조정부
111, 161, 342, 711, 761 : 플랜지부
112, 162 : 나사산부 113, 163 : 내주면
114, 164, 714, 764 : 베어링부
116, 214, 224, 716, 766, 824 : 경사면
118 : 숄더부 120, 220, 320, 720 : 요동 회전 부재
121 : 구동면 122, 212, 222, 812, 822 : 나사 홈부
130 : 구동부 132, 134, 136, 138 : 전기 기계 변환 요소
140, 240, 340, 740, 840 : 회전축
141, 143, 145, 147, 745, 747 : 평면부
142, 146, 746 : 비원형부 144, 744 : 회전축 본체
148 : 회전 플랜지 149 : 회전 중심
150 : 가압 부재 151 : 삽입 구멍
152, 154, 344, 452, 454, 910, 920 : 탄성 부재
153 : 구동력 전달 고리 155 : 전달 홈
157 : 구동력 전달축 159 : 피 구동부
166 : 경사면 170 : 출력 기어
172 : 축 구멍 180, 190 : 보지부
182, 184 : 설치 구멍 186 : 개구
200 : 작용부 211, 811 : 하단면
221, 821 : 상단면 230, 830 : 내주부
242, 244, 844 : V자 홈 300 : 변환부
302, 611, 613, 615, 617, 675, 677 : 단차부
304 : 확경부 306 : 축경부
400 : 촬상 장치 410 : 렌즈 유닛
420 : 광학 부재 422 : 프론트 렌즈
424 : 컴펜세이터 렌즈 426 : 포커싱 렌즈
428 : 메인 렌즈 430 : 렌즈 경통
440 : 아이리스 유닛 442, 444 : 피 계합부
446, 447 : 측벽 450 : 마운트
456 : 계합부 460 : 본체
470 : 펜타프리즘 472 : 포커싱 스크린
480 : 측광 유닛 490 : 접안계
492 : 하프 미러 494 : 파인더 액정
500 : 촬상부 510 : 광학 필터
520 : 셔터 530 : 측거 유닛
540 : 메인 미러 542 : 서브 미러
550 : 제어부 560 : 포커스 링
616, 618 : 원호부 622, 642, 742, 912, 922 : 원주부
623, 625, 643, 645, 913, 925, 915 : 직선부
624, 644, 914, 924 : 협지부

Claims (15)

  1. 회전축과,
    상기 회전축과 동축으로 배치된 요동 회전 부재와,
    상기 요동 회전 부재를 요동 회전 운동시키는 구동부와,
    요동 회전 운동에 의한 상기 요동 회전 부재의 진동을 받아 회전 운동하며, 상기 회전 운동을 상기 회전축에 전달하는 전달 부재와,
    상기 전달 부재를 상기 요동 회전 부재를 향해 가압하는 가압력을 발생시키는 가압 부재와,
    상기 회전축에 대한 부하 토크의 증가에 따라 상기 회전축과 상기 전달 부재 사이에 발생된 변위를 상기 가압력의 변화로 변환하는 변환부를 구비하는
    진동 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 요동 회전 부재 중 적어도 일방을 타방에 직경 방향으로 가압함과 동시에, 상기 요동 회전 부재에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 상기 회전축에 전달함으로써 상기 회전축을 회전시키는 탄성 부재를 구비하는
    진동 액추에이터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 상기 회전축과 함께 회전하며, 상기 요동 회전 부재에 의해 회전되는 상기 전달 부재를 구성하는
    진동 액추에이터.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 요동 회전 부재는 원형의 내주를 갖는 통형이며,
    상기 회전축은 원주 방향의 위치에 따라 직경이 다른 비원형부를 가지며,
    상기 탄성 부재는, 상기 요동 회전 부재의 상기 내주에 따른 원주부, 및 상기 원주부의 양단으로부터 상기 원주부의 내측으로 연장되며, 상기 회전축의 상기 비원형부를 끼우는 협지부를 갖는
    진동 액추에이터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 요동 회전 부재에 고정되어 상기 회전축을 회전시키는
    진동 액추에이터.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 요동 회전 부재의 상기 타방에는 상기 탄성 부재가 접촉하는 V자 홈이 마련되는
    진동 액추에이터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 요동 회전 부재의 상기 타방에는, 상기 V자 홈에 있어서의 대향하는 한쌍의 경사면 중 일방을 타방에 대하여 근접 및 이격시킴으로써, 상기 탄성 부재에 접촉하는 직경 방향의 위치를 조절하는 조정부가 마련되는
    진동 액추에이터.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 양단부의 근방에서 상기 요동 회전 부재를 보지하는 한쌍의 보지부를 더 구비하고,
    상기 탄성 부재는 상기 요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 중앙 근방에 배치되는
    진동 액추에이터.
  9. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 중앙 근방에서 상기 요동 회전 부재를 보지하는 보지부를 더 구비하고,
    상기 탄성 부재는 상기 요동 회전 부재의 축방향에 있어서의 양단부 근방에 한쌍으로 배치되는
    진동 액추에이터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환부는, 상기 회전축에 대한 부하 토크의 증가에 따라 상기 회전축과 상기 전달 부재 사이에 발생된 변위가 클수록 상기 가압력을 증가시키는
    진동 액추에이터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 요동 회전 부재의 적어도 일방을 타방에 직경 방향으로 가압함과 동시에, 상기 요동 회전 부재에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 상기 회전축에 전달함으로써 상기 회전축을 회전시키는 탄성 부재를 구비하며, 상기 탄성 부재는 상기 회전축에 걸리는 회전 부하가 클수록 벌어져서 보다 큰 가압력을 발생시키는 상기 변환부를 구성하는
    진동 액추에이터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 요동 회전 부재는 원통형의 내면을 갖는 통을 이루며,
    상기 전달 부재는 상기 내면에 접하는 외주부를 가지며,
    상기 회전축은 상기 내면과 동축으로 배치되며,
    상기 가압 부재는 상기 회전축의 축방향으로 상기 회전축을 가압하며,
    상기 변환부는,
    상기 전달 부재 및 상기 회전축의 일방에 형성되고, 상기 회전축과 직교하는 하나의 면으로부터 상기 회전축의 원주 방향을 따라서 연속적으로 멀어지는 경사면과,
    상기 전달 부재 및 상기 회전축의 타방에 형성되고, 상기 경사면에 접촉하는 접촉부를 갖는
    진동 액추에이터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환부는, 상기 회전축에 대한 부하 토크의 증가에 따라 상기 회전축과 상기 전달 부재 사이에 발생된 변위가 클수록 상기 가압력을 감소시키는
    진동 액추에이터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 요동 회전 부재의 적어도 일방을 타방에 직경 방향으로 가압함과 동시에, 상기 요동 회전 부재에 있어서의 요동 회전 운동의 변위를 상기 회전축에 전달함으로써 상기 회전축을 회전시키는 탄성 부재를 구비하고, 상기 탄성 부재는 상기 회전축에 걸리는 회전 부하가 클수록 당겨져서 가압력을 감소시키는 상기 변환부를 구성하는
    진동 액추에이터.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 진동 액추에이터와,
    상기 진동 액추에이터에 의해 구동되는 광학 부재, 및 상기 광학 부재를 수용하는 렌즈 경통을 포함하는 렌즈 유닛과,
    상기 렌즈 유닛에 의해 결상된 화상을 촬상하는 촬상부와,
    상기 진동 액추에이터 및 상기 촬상부를 제어하는 제어부를 구비하는
    촬상 장치.
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