KR20110039273A - 진동 액추에이터, 그것을 구비하는 렌즈 경통 및 카메라 - Google Patents
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Abstract
안정적인 구동 특성을 갖는 진동 액추에이터, 그것을 구비하는 렌즈 경통 및 카메라를 제공한다. 본 발명의 진동 액추에이터는, 진동 부재에 가압 접촉되고, 상기 진동 부재의 진동에 의해, 상기 진동 부재와의 사이에서 상대 이동하는 상대 이동 부재와, 상기 진동 부재와 상기 상대 이동 부재를 가압 접촉시키는 가압 부재와, 상기 가압 부재의 가압력을, 자력에 의해 조정하는 자력 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 진동 액추에이터, 그것을 구비하는 렌즈 경통 및 카메라에 관한 것이다.
진동 액추에이터는 진동체를 구비하고, 그 진동체는, 탄성체와 전기 기계 변환 소자를 가지고 있다. 그리고 진동 액추에이터는, 전기 기계 변환 소자를 구동 신호에 의해 신축시켜, 이 신축을 이용하여 탄성체의 구동면에 진행성 진동파 (이하, 진행파라고 한다) 를 발생시킨다. 이 진행파에 의해, 진동체의 구동면에 타원 운동이 발생하여, 타원 운동의 파두에 가압 접촉된 상대 이동 부재가 구동된다. 이와 같은 진동 액추에이터는, 고온이나 저온의 환경하에서 상온 상태로부터 구동 특성이 변화한다.
진동 액추에이터의 온도에 대한 구동 특성을 안정시키기 위해서, 진동체를 구성하는 압전체 (전기 기계 변환 소자) 에 센서 전극을 형성하고, 진동체의 온도를 검출하여, 이동체 (상대 이동 부재) 의 속도 제어의 온도 보정을 실시하는 기술이 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 상기 종래 기술은, 검출이나 제어를 위한 회로 등이 필요하게 되어 구성이 복잡해져 생산 비용이 높아진다는 문제가 있다.
본 발명의 과제는, 안정적인 구동 특성을 갖는 진동 액추에이터, 그것을 구비하는 렌즈 경통 및 카메라를 간단한 구조로 제공하는 것이다.
본 발명은, 이하와 같은 해결 수단에 의해 상기 과제를 해결한다.
청구항 1 에 기재된 발명은, 진동 부재에 가압 접촉되고, 상기 진동 부재의 진동에 의해, 상기 진동 부재와의 사이에서 상대 이동하는 상대 이동 부재와, 상기 진동 부재와 상기 상대 이동 부재를 가압 접촉시키는 가압 부재와, 상기 가압 부재의 가압력을, 자력 (磁力) 에 의해 조정하는 자력 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 2 에 기재된 발명은, 청구항 1 에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 가압 부재는, 상기 진동 부재를 상기 상대 이동 부재측에 가압하는 탄성 부재를 가지며, 상기 자력 발생부는, 그 탄성 부재의 가압을 억제하는 방향으로 자력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 3 에 기재된 발명은, 청구항 2 에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 자력 발생부는, 자성체와 자석을 가지며, 상기 탄성 부재는, 상기 자성체와 상기 자석 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 4 에 기재된 발명은, 청구항 3 에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 자석은 영구 자석인 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 5 에 기재된 발명은, 청구항 3 또는 4 에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 진동 부재는, 상기 자석에 대해 상기 자성체와 반대측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 6 에 기재된 발명은, 청구항 5 에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 상대 이동 부재는, 상기 진동 부재에 대해 상기 자석과 반대측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 7 에 기재된 발명은, 청구항 1 ∼ 6 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터에 있어서, 상기 진동 부재는, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자와, 상기 전기 기계 변환 소자의 여진에 의해 상기 진동을 발생시키는 탄성체를 가지며, 상기 전기 기계 변환 소자는 상기 탄성체에 대해 상기 상대 이동 부재와 반대측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터이다.
청구항 8 에 기재된 발명은, 청구항 1 ∼ 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는 렌즈 경통이다.
청구항 9 에 기재된 발명은, 청구항 1 ∼ 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는 카메라이다.
또한, 상기 구성은 적절히 개량해도 되고, 또, 적어도 일부를 다른 구성물로 대체해도 된다.
본 발명에 의하면, 안정적인 구동 특성을 갖는 진동 액추에이터, 그것을 구비하는 렌즈 경통 및 카메라를 간단한 구조로 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태의 초음파 모터를 갖는 카메라를 나타내는 도면이다.
도 2 는 초음파 모터의 원환 중심축 방향에서의 단면을 나타낸다.
도 3 은 가압 부재의 힘 관계를 나타낸 도면으로, (a) 는 상온, (b) 는 저온, (c) 는 고온시를 나타낸다.
도 2 는 초음파 모터의 원환 중심축 방향에서의 단면을 나타낸다.
도 3 은 가압 부재의 힘 관계를 나타낸 도면으로, (a) 는 상온, (b) 는 저온, (c) 는 고온시를 나타낸다.
발명을 실시하기 위한 형태
이하, 도면 등을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는, 진동 액추에이터로서 초음파 영역의 진동을 이용한 초음파 모터 (10) 를 예로 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태의 초음파 모터 (10) 를 갖는 카메라 (1) 를 나타내는 도면이다. 카메라 (1) 는, 촬상 소자 (6) 를 갖는 카메라 보디 (2) 와, 렌즈 경통 (3) 을 구비한다. 렌즈 경통 (3) 은, 카메라 보디 (2) 에 착탈 가능한 교환 렌즈이다. 또한, 본 실시형태에서 카메라 (1) 는, 렌즈 경통 (3) 이 교환 렌즈인 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 카메라 보디와 일체형의 렌즈 경통이어도 된다.
렌즈 경통 (3) 은, 렌즈 (4), 캠통 (5), 초음파 모터 (10) 등을 구비한다. 초음파 모터 (10) 는, 대략 원환 형상이며, 그 원환 중심축 방향이 광축 방향 (도 1 중의 화살표 A 방향) 과 대략 일치하도록 렌즈 경통 (3) 내에 배치되어 있다. 이 초음파 모터 (10) 는, 카메라 (1) 의 포커스 동작시에 렌즈 (4) 를 구동시키는 구동원으로서 이용되고 있다. 초음파 모터 (10) 로부터 얻어진 구동력은, 캠통 (5) 에게 전달된다. 렌즈 (4) 는, 캠통 (5) 과 캠 걸어맞춤되어 있고, 초음파 모터 (10) 의 구동력에 의해 캠통 (5) 이 회전하면, 렌즈 (4) 는, 캠통 (5) 과의 캠 걸어맞춤에 의해 광축 방향으로 이동하여 초점 조절이 이루어진다.
도 2 는, 초음파 모터 (10) 의 원환 중심축 방향에서의 단면을 나타낸다. 초음파 모터 (10) 는, 진동자 (11), 이동체 (14), 완충 부재 (15), 지지체 (16), 완충 부재 (17), 가압 부재 (18) 를 구비한다.
진동자 (11) 는, 대략 원환 형상의 부재로, 탄성체 (12) 및 압전체 (13) 를 구비한다. 탄성체 (12) 는, 스테인리스 재료나 인바 (Invar) 재료 등의 철합금이나 놋쇠 등의 탄성 변형이 가능한 금속 재료를 이용하여 형성된 대략 원환 형상의 부재이다. 탄성체 (12) 의 일방의 단면에 압전체 (13) 가 형성되어 있다. 압전체 (13) 의 타방의 면에는, 복수의 홈 (12a) 을 잘라 형성된 빗살무늬부 (12b) 가 형성되어 있다. 이 빗살무늬부 (12b) 의 선단면 (先端面) 은, 압전체 (13) 의 여진에 의해, 진행파가 발생하여, 이동체 (14) 를 구동시키는 구동면이 된다.
압전체 (13) 는, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자이다. 본 실시형태에서 압전체 (13) 는, PZT (티탄산지르콘산납) 를 이용하여 형성되고, 도전성 접착제 등을 이용하여 탄성체 (12) 에 접합되어 있다. 압전체 (13) 상에는, 도시 생략된 플렉시블 프린트 기판과 전기적으로 접속된 도시 생략된 전극이 형성되어 있다. 이 플렉시블 프린트 기판으로부터 공급되는 구동 신호에 의해, 압전체 (13) 가 여진된다.
이동체 (14) 는 대략 원환 형상의 부재로, 후술하는 가압 부재 (18) 의 가압력에 의해 탄성체 (12) 의 구동면에 가압 접촉되고, 탄성체 (12) 의 진행파에 의해 마찰 구동된다. 완충 부재 (15) 는, 고무 등을 이용하여 형성된 대략 원환 형상의 부재이다. 이 완충 부재 (15) 는, 이동체 (14) 의 진동을 지지체 (16) 측으로 전달되지 않도록 하는 부재로, 이동체 (14) 와 지지체 (16) 사이에 형성되어 있다. 지지체 (16) 는, 이동체 (14) 를 지지하는 부재이다. 지지체 (16) 는, 이동체 (14) 와 일체가 되어 회전하여 이동체 (14) 의 회전 운동을 도시 생략된 피구동 부재에 전달하고, 또한, 이동체 (14) 의 회전 중심축 방향의 위치를 규제하는 부재이다. 완충 부재 (17) 는, 부직포나 펠트 등을 이용하여 형성된 대략 원환 형상의 부재이다. 이 완충 부재 (17) 는, 진동자 (11) 의 진동을 가압 부재 (18) 측으로 전달되지 않도록 하는 부재로, 압전체 (13) 와 가압 부재 (18) 사이에 형성되어 있다.
가압 부재 (18) 는, 스프링 등의 탄성 부재로 구성되고, 진동자 (11) 를 이동체 (14) 에 가압 접촉시키는 가압력을 발생시키는 부재이다. 가압 부재 (18) 는, 스프링 부재 (18b), 및 그 양단에 배치된 가압판 (18a) 과 누름판 (18c) 을 구비한다. 스프링 부재 (18b) 는, 본 실시형태에서는 접시 스프링을 사용한다. 단, 스프링 부재 (18b) 는 접시 스프링에 한정되지 않고, 도면 중 상하 방향으로 신축이 가능하면, 예를 들어, 원둘레를 따라 물결 형상으로 형성된 원환 부재여도 된다.
가압판 (18a) 은, 영구 자석으로 제조된 대략 원환판 형상 부재이다. 또한, 영구 자석의 재료는, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 페라이트 자석, 사마륨·코발트 자석, 네오듐 자석, 알니코 자석 등이다. 누름판 (18c) 은, 자성체로 제조된 대략 원환판 형상 부재로, 초음파 모터 (10) 를 렌즈 경통 (3) 에 고정시키는 기능도 갖는다. 또한, 자성체란, 평이하게는 자성을 띠는 것이 가능한 물질을 말한다.
이와 같이, 가압판 (18a) 이 영구 자석, 누름판 (18c) 이 자성체로 제조되고 있기 때문에, 가압판 (18a) 과 누름판 (18c) 사이에는 자력이 생긴다. 이 자력의 세기는 환경 온도에 따라 변화하며, 온도 변화에 의한 영구 자석의 자력의 변화량 (M) 은, 이하의 식으로 나타내진다.
온도 계수 () 는, 페라이트 자석의 경우 -0.18, 사마륨·코발트 자석의 경우 -0.03, 네오듐 자석의 경우 -0.12, 알니코 자석의 경우 -0.02 이다. 이들 온도 계수는 마이너스이므로, 가압판 (18a) 과 누름판 (18c) 사이의 자력은, 온도가 내려가면 강해지고, 온도가 오르면 약해진다.
도 3 은, (a) 상온, (b) 저온, (c) 고온시의 가압 부재 (18) 의 힘 관계를 나타낸 도면이다. 예를 들어, 스프링 부재 (18b) 가 발생시키는 진동자 (11) 를 이동체 (14) 측으로 누르는 방향의 가압력량을 2.0 ㎏ 으로 한다. 이 가압력량은, (a) 상온, (b) 저온, (c) 고온시에 변화하지 않는다. 또, 상온에서의 가압판 (18a) 과 누름판 (18c) 사이의 자력을, 1.0 ㎏ 으로 한다. 그렇게 하면, 상온에서 가압판 (18a) 이 진동자 (11) 를 이동체 (14) 방향으로 누르는 힘은, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 2.0 ㎏ 에서 1.0 ㎏ 을 뺀 1.0 ㎏ 이 된다.
저온시의 가압판 (18a) 과 누름판 (18c) 사이의 자력은, 상온의 경우보다 커지므로, 예를 들어 1.1 ㎏ 으로 한다. 그렇게 하면, 가압판 (18a) 이 진동자 (11) 를 이동체 (14) 방향으로 누르는 힘은, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 2.0 ㎏ 에서 1.1 ㎏ 을 뺀 0.9 ㎏ 이 된다. 즉, 상온의 경우보다 작아진다.
고온시의 가압판 (18a) 과 누름판 (18c) 사이의 자력은, 상온의 경우보다 작아지므로, 예를 들어 0.9 ㎏ 으로 한다. 그렇게 하면, 가압판 (18a) 이 진동자 (11) 를 이동체 (14) 방향으로 누르는 힘은, 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이, 2.0 ㎏ 에서 0.9 ㎏ 을 뺀 1.1 ㎏ 이 된다. 즉, 상온의 경우보다 커진다.
또, 초음파 모터 (10) 는, 사용되는 환경의 온도 변화에 따라, 그 구동 특성이 변화한다. 이것은, 온도 변화에 따라, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 의 열팽창 계수의 차이로부터 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 의 접합면이 변형되거나, 사용되는 환경하의 공기의 습도가 변화하여 진동자 (11) 와 이동체 (14) 의 마찰 접촉면의 마찰 계수가 변화하거나, 압전체 (13) 의 정전 용량이 변화하거나 하기 때문이다.
예를 들어, 초음파 모터 (10) 가 저온 환경하에 놓인 경우, 압전체 (13) 의 정전 용량이 작아져, 진동자 (11) 가 발하는 진행파가 이동체 (14) 를 구동시키는 힘은 감소한다. 그러면 초음파 모터 (10) 가 발하는 구동력은 작아진다. 또, 저온 환경하에서는, 공기 중의 수분량이 저하되기 때문에, 진동자 (11) 와 이동체 (14) 의 마찰 접촉면의 마찰 계수가 상승한다. 이와 같은 점에서, 초음파 모터 (10) 는, 저온 환경하에서는, 기동 특성이나 저속에서의 구동 특성 등이 상온시에 비해 떨어진다는 경향이 있다.
그러나, 본 실시형태에서는, 저온 환경하에서, 상기 서술한 바와 같이 가압판 (18a) 이 진동자 (11) 를 이동체 (14) 방향으로 누르는 가압력은 감소한다. 가압력이 감소함으로써, 이동체 (14) 를 압압하는 힘이 감소하여, 이동체 (14) 는 상온의 경우와 비교하여 회전하기 쉬워진다. 이로써, 온도 저하에 의한 상기 서술한 구동력의 감소를 보충할 수 있어 상온시에 대한 구동 특성의 변화를 줄일 수 있다.
한편, 초음파 모터 (10) 가 고온 환경하에 놓인 경우, 압전체 (13) 의 정전 용량이 커져, 진동자 (11) 가 발하는 진행파가 이동체 (14) 를 구동시키는 힘은 증대된다. 그러면, 이동체 (14) 의 회전수가 상승하여, 초음파 모터 (10) 가 발하는 구동력이 커진다. 또, 탄성체 (12) 와 압전체 (13) 의 접합면이 변형되어, 이동체 (14) 의 구동이 불안정해지기 쉬워진다. 그로 인해, 초음파 모터 (10) 는, 고온 환경하에서는, 상온시에 비해 이동체 (14) 의 진동에 의해 이음 (異音) 이 발생하기 쉬워진다는 경향이 있다.
그러나, 본 실시형태에서는, 고온 환경하에서, 상기 서술한 바와 같이 가압 부재 (18) 전체가 발생시키는 가압력이 증가한다. 가압력이 증가함으로써, 이동체 (14) 를 압압하는 힘이 증가하여, 이동체 (14) 는 상온의 경우와 비교하여 회전하기 어려워진다. 이로써, 온도 상승에 수반되는 회전수의 상승을 억제하여 이음의 발생을 저감시킬 수 있다.
이상, 본 실시형태에 의하면, 이하의 효과를 갖는다.
(1) 상기 서술한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 저온 환경하에서의 초음파 모터 (10) 의 구동력의 감소를 보충할 수 있어, 상온시에 대한 초음파 모터 (10) 의 구동 특성의 변화를 줄일 수 있다. 또, 고온 환경하에서의, 회전수의 상승을 완화시켜 이음의 발생을 저감시킬 수 있다. 이와 같이, 초음파 모터 (10) 에 있어서 온도 변화에 의존하지 않는 안정적인 구동을 얻을 수 있다.
(2) 또, 본 실시형태에 의하면, 진동자 (11) 가 이동체 (14) 를 압압하는 힘의 조정을, 가압판 (18a) 을 영구 자석, 누름판 (18c) 을 자성체로 제조한다고 하는 간단한 구조로 달성할 수 있다. 따라서, 제조가 용이하여 생산 비용을 억제할 수도 있다.
(변형 형태)
이상, 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 이하에 나타내는 바와 같은 다양한 변형이나 변경이 가능하고, 그것들도 본 발명의 범위내이다.
(1) 본 실시형태에 있어서, 영구 자석 (가압판 (18a)) 을 스프링 부재 (18b) 의 진동자 (11) 측에 배치하고, 자성체 (누름판 (18c)) 를 스프링 부재 (18b) 에 있어서의 그 반대측에 배치하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 자성체 (누름판 (18c)) 를 스프링 부재 (18b) 의 진동자 (11) 측에 배치하고, 영구 자석 (가압판 (18a)) 을 스프링 부재 (18b) 에 있어서의 그 반대측에 배치해도 된다.
(2) 본 실시형태에 있어서, 초음파 모터 (10) 는, 그 원환 중심축이 광축 방향과 대략 일치하도록 렌즈 경통 (3) 내에 배치되는 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 소형의 초음파 모터 (10) 의 경우 등, 렌즈 경통 (3) 의 광축과 초음파 모터 (10) 의 중심축이 상이하도록 배치해도 된다.
(3) 본 실시형태에 있어서, 진동 액추에이터로서, 이동체 (14) 가 회전 구동되는 초음파 모터 (10) 를 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이동체 (14) 가 직선 방향으로 구동되는 리니어형 진동 액추에이터로 해도 된다. 또, 로드형, 펜슬형, 원반형 등의 진동 액추에이터로 해도 된다.
(4) 본 실시형태에 있어서, 진동 액추에이터로서, 초음파 영역의 진동을 사용하는 초음파 모터 (10) 를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 초음파 영역 이외의 진동을 이용하는 진동 액추에이터로 해도 된다.
(5) 본 실시형태에 있어서, 초음파 모터 (10) 는, 카메라 (1) 의 포커스 동작시의 렌즈 (4) 의 구동원으로서 사용되는 예를 나타냈다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 카메라 (1) 의 줌 동작시의 구동원으로 해도 된다. 또, 카메라 (1) 의 촬상계의 일부를 구동시켜 손떨림을 보정하는 손떨림 보정 기구의 구동원으로서 사용해도 된다. 복사기의 구동부, 자동차의 핸들 틸트 장치나 헤드 레스트의 구동부, 시계의 구동 장치 등에 사용해도 된다.
또한, 실시형태 및 변형 형태는 적절히 조합하여 사용할 수도 있는데, 상세한 설명은 생략한다. 또, 본 발명은 이상 설명한 실시형태에 의해 한정되는 것은 아니다.
1:카메라
10:초음파 모터
11:진동자
12:탄성체
13:압전체
14:이동체
18:가압 부재
18a:가압판 (영구 자석)
18b:스프링 부재
18c:누름판 (자성체)
10:초음파 모터
11:진동자
12:탄성체
13:압전체
14:이동체
18:가압 부재
18a:가압판 (영구 자석)
18b:스프링 부재
18c:누름판 (자성체)
Claims (9)
- 진동 부재에 가압 접촉되고, 상기 진동 부재의 진동에 의해, 상기 진동 부재와의 사이에서 상대 이동하는 상대 이동 부재와,
상기 진동 부재와 상기 상대 이동 부재를 가압 접촉시키는 가압 부재와,
상기 가압 부재의 가압력을, 자력 (磁力) 에 의해 조정하는 자력 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 가압 부재는, 상기 진동 부재를 상기 상대 이동 부재측에 가압하는 탄성 부재를 가지며, 상기 자력 발생부는, 그 탄성 부재의 가압을 억제하는 방향으로 자력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 2 항에 있어서,
상기 자력 발생부는 자성체와 자석을 가지며, 상기 탄성 부재는, 상기 자성체와 상기 자석 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 3 항에 있어서,
상기 자석은 영구 자석인 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 진동 부재는, 상기 자석에 대해 상기 자성체와 반대측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 5 항에 있어서,
상기 상대 이동 부재는, 상기 진동 부재에 대해 상기 자석과 반대측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진동 부재는, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계 변환 소자와, 상기 전기 기계 변환 소자의 여진에 의해 상기 진동을 발생시키는 탄성체를 가지며, 상기 전기 기계 변환 소자는 상기 탄성체에 대해 상기 상대 이동 부재와 반대측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는, 렌즈 경통.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 진동 액추에이터를 구비하는, 카메라.
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