振動アクチュエータ、レンズユニット及び撮像装置
【課題】出力トルクを効率よく向上させることができる振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】振動アクチュエータ１００は、軸部材１１０と、軸部材１１０の軸線Ｌ周りに回転自在な一対のロータ１６０、１６１と、一対のロータ１６０、１６１の間に、一対のロータ１６０、１６１のそれぞれに接して配された一対のステータ１２０、１２１と、一対のステータ１２０、１２１の間に配され、一対のステータ１２０、１２１のそれぞれに対して軸線Ｌの周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部１３０、１３１と、一対の電気機械変換部１３０、１３１の間に配され、ステータ１２０、１２１の両方に結合してステータ１２０、１２１のそれぞれとの間で対応する電気機械変換部１３０、１３１を保持する保持部材１７０とを備え、ステータ１２０、１２１と保持部材１７０とは、電気機械変換部１３０、１３１よりも保持部材１７０側で結合されている。
【解決手段】振動アクチュエータ１００は、軸部材１１０と、軸部材１１０の軸線Ｌ周りに回転自在な一対のロータ１６０、１６１と、一対のロータ１６０、１６１の間に、一対のロータ１６０、１６１のそれぞれに接して配された一対のステータ１２０、１２１と、一対のステータ１２０、１２１の間に配され、一対のステータ１２０、１２１のそれぞれに対して軸線Ｌの周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部１３０、１３１と、一対の電気機械変換部１３０、１３１の間に配され、ステータ１２０、１２１の両方に結合してステータ１２０、１２１のそれぞれとの間で対応する電気機械変換部１３０、１３１を保持する保持部材１７０とを備え、ステータ１２０、１２１と保持部材１７０とは、電気機械変換部１３０、１３１よりも保持部材１７０側で結合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、レンズユニット及び撮像装置に関する。本発明は、特に、電気機械変換部によりステータに発生される振動によってロータが回転する振動アクチュエータ、当該アクチュエータを備えるレンズユニット及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータの小型化を追求した場合には出力トルクが低下することが定説化されており、小型で出力トルクが高い振動アクチュエータが望まれている。そこで、一対のステータが積層型の圧電素子を挟んだ両側に配され、回転軸に固定された一対のロータが一対のステータを挟んだ両側に配された振動アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この振動アクチュエータでは、圧電素子が伸縮することにより、一対のステータに回転軸の軸線周りに遷移する振動が発生して該振動により一対のロータが回転される。この振動アクチュエータによれば、ステータを共振周波数で振動させることにより高出力を得ることができる。
【特許文献１】特開２０００−３０８３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、例えば、ステータの支持状態が変動することにより、ステータの振動数が変動して共振周波数から外れた場合には出力が低下する。特に、上記振動アクチュエータにおいて、一対のステータの振動数にずれが生じ、一方のロータに発生する回転力が他方のロータと比較して低くなった場合には、一方のロータが他方のロータの回転負荷となってしまい、より一層、出力が低下する。
そこで、本発明の目的は、小型でも出力トルクを効率よく向上させることができる振動アクチュエータ、レンズユニット及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態において、振動アクチュエータは、軸部材と、軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、軸線の方向について一対のロータの間に、一対のロータのそれぞれに接して配され、軸部材が挿通された一対のステータと、軸線の方向について一対のステータの間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータのそれぞれに対して軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、軸線の方向について一対の電気機械変換部の間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータの両方に結合して一対のステータのそれぞれとの間で対応する電気機械変換部を挟んで保持する保持部材とを備え、一対のステータのそれぞれと保持部材とは、軸線の方向について一対の電気機械変換部よりも保持部材側で結合される。
【０００５】
また、本発明の第２の形態において、レンズユニットは、振動アクチュエータと、振動アクチュエータにより移動される光学部材と、振動アクチュエータと光学部材とを収容するレンズ鏡筒とを備え、振動アクチュエータは、軸部材と、軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、軸線の方向について一対のロータの間に、一対のロータのそれぞれに接して配され、軸部材が挿通された一対のステータと、軸線の方向について一対のステータの間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータのそれぞれに対して軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、軸線の方向について一対の電気機械変換部の間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータの両方に結合して一対のステータのそれぞれとの間で対応する電気機械変換部を挟んで保持する保持部材とを有し、一対のステータのそれぞれと保持部材とは、軸線の方向について一対の電気機械変換部よりも保持部材側で結合される。
【０００６】
本発明の第３の形態において、撮像装置は、振動アクチュエータと、振動アクチュエータにより移動される光学部材と、光学部材を収容するレンズ鏡筒と、光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、を備え、振動アクチュエータは、軸部材と、軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、軸線の方向について一対のロータの間に、一対のロータのそれぞれに接して配され、軸部材が挿通された一対のステータと、軸線の方向について一対のステータの間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータのそれぞれに対して軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、軸線の方向について一対の電気機械変換部の間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータの両方に結合して一対のステータのそれぞれとの間で対応する電気機械変換部を挟んで保持する保持部材とを有し、一対のステータのそれぞれと保持部材とは、軸線の方向について一対の電気機械変換部よりも保持部材側で結合される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の斜視図である。また、図２は、振動アクチュエータ１００の側断面図である。なお、軸部材１１０の軸方向における駆動出力側を出力側、その反対側を非出力側として説明する。また、軸部材１１０の軸方向から振動アクチュエータ１００を見た場合を平面視、出力軸の径方向から振動アクチュエータ１００を見た場合を側面視として説明する。
【００１０】
これらの図に示すように、振動アクチュエータ１００は、軸部材１１０、一対のロータ１６０、１６１、一対のステータ１２０、１２１、一対の電気機械変換部１３０、１３１、一対の配線板１４０、１４１、保持部材１７０、付勢部材１５０、保持部材１７０と協働して付勢部材１５０を挟む挟部材としての歯車１８０、フランジ部１９０を備える。軸部材１１０は、円柱状に形成されており、軸線Ｌの方向（以下、軸方向という）における出力側にはネジ部１１７が形成され、非出力側にはネジ部１１８が形成される。
【００１１】
一対のロータ１６０、１６１は、軸心に貫通孔が形成された円盤状、所謂ドーナツ状に形成される。ロータ１６０は軸部材１１０の軸方向の出力側に配されるとともに、ロータ１６１は非出力側に配されており、これらの軸心には軸部材１１０が挿通される。ロータ１６０は、ネジ部１１７に螺合しており、さらに、接着される。一方、ロータ１６１は、軸部材１１０におけるネジ部１１８より出力側に嵌合する。
【００１２】
図示の例では、軸部材１１０には、キーが形成され、ロータ１６１の内周部には、キー溝が形成されており、これらが嵌合している。これにより、ロータ１６１が、軸部材１１０と、軸線Ｌの周りに回転不能、且つ、軸方向へ変位可能に結合する。
【００１３】
また、一対のステータ１２０、１２１は、一対のロータ１６０、１６１の間に、出力側から非出力側にこの記載順で配されており、これらの軸心には軸部材１１０が挿通される。ステータ１２０、１２１のそれぞれは、ドーナツ状に形成されて、対応するロータ１６０、１６１に接したステータ本体１２５、１２６、および、当該ステータ本体１２５、１２６よりも小径であって、ステータ本体１２５、１２６から軸線Ｌの方向に延伸した延伸部２１０、２１１を有する。
【００１４】
一対の電気機械変換部１３０、１３１も、ドーナツ状に形成される。これら電気機械変換部１３０、１３１は、一対のステータ１２０、１２１の間に、出力側から非出力側にこの記載順で配されており、これらの軸心には軸部材１１０が挿通される。
【００１５】
また、一対の配線板１４０、１４１はそれぞれ、ドーナツ状の電極部１４２と電極部１４２から外径方向へ延伸した配線部１４４とを備える。これら配線板１４０、１４１の一例は、フレキシブルプリント配線板である。これら配線板１４０、１４１は、出力側から非出力側にこの記載順で配される。配線板１４０、１４１の電極部１４２の軸心には軸部材１１０が挿通される。
【００１６】
保持部材１７０は、一対の配線板１４０、１４１の間に配される。保持部材１７０は、円筒状の基部１７２と、当該基部１７２と一体的に形成され、基部１７２の軸方向中央部から外径方向に延出したドーナツ状のフランジ部１７４とを有する。フランジ部１７４の外周縁部には、９０度間隔でＵ字状の締結用穴１７６が形成されており、この締結用穴１７６に挿通されるネジ等の締結具により、フランジ部１７４が、振動アクチュエータ１００を駆動源とする装置に固定される。また、基部１７２の軸心にはネジ穴１７８が形成される。図示の例では、締結用穴１７６がＵ字状である例を示したが、これに代えて、締結用穴１７６を円形をなした穴で構成することができる。また、周面にネジ溝が形成されたネジ穴で締結用穴１７６を構成することができる。
【００１７】
上記ステータ１２０の延伸部２１０は、ステータ１２０の軸心から保持部材１７０に向けて延伸しており、その内部には軸部材１１０が挿通される。また、ステータ１２０の延伸部２１１は、ステータ１２１の軸心から保持部材１７０に向けて延伸しており、その内部には軸部材１１０が挿通される。
【００１８】
ここで、延伸部２１０における保持部材１７０側の端部にはネジ部２１２が形成されており、このネジ部２１２と保持部材１７０の基部１７２の軸心に存するネジ穴１７８とが螺合する。また、延伸部２１１における保持部材１７０側の端部にはネジ部２１４が形成されており、このネジ部２１４とネジ穴１７８とが螺合している。これにより、ステータ１２０は、軸線Ｌの方向について電気機械変換部１３０より保持部材１７０側において保持部材１７０と結合され、ステータ１２１は、軸線Ｌの方向について電気機械変換部１３１より保持部材１７０側において保持部材１７０と結合される。
【００１９】
電気機械変換部１３０と配線板１４０の電極部１４２とは、ステータ１２０と保持部材１７０とに挟まれて、軸部材１１０の軸方向に締め付けられる。同様に、電気機械変換部１３１と配線板１４１の電極部１４２とは、ステータ１２１と保持部材１７０とに挟まれて、軸部材１１０の軸方向に締め付けられる。
【００２０】
また、ステータ１２０、１２１の軸心には軸受１２２が埋設されており、この軸受１２２により軸部材１１０が回転自在に支持される。また、延伸部２１０のネジ部２１２及び延伸部２１１のネジ部２１４の軸長の合計は、保持部材１７０のネジ穴１７８の軸長より短い。即ち、延伸部２１０と延伸部２１１とは軸部材１１０の軸方向に互いに離間する。
【００２１】
また、歯車１８０は、ロータ１６０より出力側においてネジ部１１７に螺合しており、さらに接着されている。また、フランジ部１９０は、ネジ部１１８に螺合している。フランジ部１９０とロータ１６１との間には、付勢部材１５０が配される。付勢部材１５０は、の一例は、図示された圧縮コイルバネであって、コイル内には軸部材１１０が挿通され、軸部材１１０の軸方向に伸縮可能となっており、フランジ部１９０とロータ１６１とにより弾性収縮されている。図示の例では、付勢部材１５０として圧縮コイルバネを用いた例を示したが、圧縮コイルバネに代えて他の弾性体を付勢部材を用いてもよい。また、弾性体の弾性反力を利用してロータ１６１をステータ１２１に向けて付勢することに代えて、付勢部材１５０は、磁力を利用してロータ１６１をステータ１２１に向けて付勢させてもよい。
【００２２】
また、ロータ１６０の非出力側およびロータ１６１の出力側には、それぞれ円環状の接触子１６２が外周に沿って形成される。ロータ１６０に形成された接触子１６２は、ロータ１６０から非出力側へ突出している。また、ロータ１６１に形成された接触子１６２は、ロータ１６１から出力側へ突出している。
【００２３】
ここで、付勢部材１５０が軸部材１１０の軸方向に弾性収縮していることにより、フランジ部１９０には、非出力側への付勢力が作用する一方、ロータ１６１には、出力側への付勢力が作用している。これにより、軸部材１１０が非出力側へ付勢されることによって、ロータ１６０に形成された接触子１６２が、ステータ１２０に、ロータ１６１に形成された接触子１６２が、ステータ１２１に、互いに等しい力で圧接される。
【００２４】
図２に示された形態において、保持部材１７０より出力側に配されたロータ１６０、ステータ１２０、及び電気機械変換部１３０と、保持部材１７０より非出力側に配されたロータ１６１、ステータ１２１、及び電気機械変換部１３１とは、保持部材１７０に対して対称な位置に配されている。さらに、一対のロータ１６０、１６１は、保持部材１７０に対して対称な形状に形成され、一対のステータ１２０、１２１は、保持部材１７０に対して対称な形状に形成され、さらに、一対の電気機械変換部１３０、１３１は、保持部材１７０に対して対称な形状に形成されている。
【００２５】
図３は、電気機械変換部１３０、１３１の分解斜視図である。この図に示すように、電気機械変換部１３０、１３１は、軸部材１１０の軸方向に積層された複数の電気機械変換素子層１３８を備えている。電気機械変換素子層１３８の各々は、圧電材料板１３６と、圧電材料板１３６の表面に形成された複数の電極１３２、１３３、１３４、１３５とを備えている。
【００２６】
電極１３２、１３３、１３４、１３５は、略セクタ状の同形状とされており、軸線Ｌの周りに等間隔で配置される。また、同符号が付された電極の全体同士が軸方向に重なり合うように、電気機械変換素子層１３８が積層されており、各電極は、電気機械変換部１３０、１３１の側面に形成された導線により、配線板１４０、１４１の電極に導通される。また、圧電材料板１３６の電極形成面の裏側にはグランド電極が形成されており、各層のグランド電極は、電気機械変換部１３０、１３１の側面に形成された導線により、配線板１４０、１４１のグランド電極に導通される。なお、一対の電気機械変換部１３０、１３１は、同符号が付された電極の全体同士が軸方向に重なり合うように重ねられる。
【００２７】
圧電材料板１３６は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含んでいる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電材料を含んでいる。なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料で補強することが好ましい。また、上記電極は、ニッケル、金等の電極材料を用いて、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接に形成すればよい。
【００２８】
次に、本実施形態における作用について説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を誇張して示した斜視図である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図４Ｄの相互の間に記入された矢印は、一対のステータ１２０及び一対の電気機械変換部１３０の状態が遷移することを示すと共に、状態の遷移が循環して一対のステータ１２０及び一対の電気機械変換部１３０が周期的に動作することを示す。なお、ここでは、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作について説明するが、ステータ１２１及び電気機械変換部１３１は、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０と保持部材１７０に対して対称な動作をする。
【００２９】
電極１３２、１３３、１３４、１３５のいずれかに対して駆動電圧が印加された場合、電気機械変換部１３０の軸方向の長さは、駆動電圧が印加された電極１３２、１３３、１３４、１３５に対応する部位で増加する。一方、駆動電圧が印加されていない電極１３２、１３３、１３４、１３５に対応する部位では、電気機械変換部１３０の軸方向の長さは変化しない。ステータ１２０は、電気機械変換部１３０の軸方向の長さが増加した部位において持ち上げられる。これにより、ステータ１２０は傾斜する。
【００３０】
電極１３２、１３３、１３４、１３５に対して順次駆動電圧が印加されると、電極１３２、１３３、１３４、１３５に対応する部位で、電気機械変換部１３０の軸方向の長さが順次増加する。例えば、電極１３２、１３３、１３４、１３５に対して、１／４πずつ位相が異なる交流電圧が印加される。これにより、一対のステータ１２０の傾斜方向が、軸心周りの一方向へと遷移していくと共に、当該方向へ遷移する振動が発生する。ここで、ステータ１２０、１２１には、共振周波数の振動を発生させる。
【００３１】
ロータ１６０は、付勢部材１５０によって付勢されて、ステータ１２０に対して定常的に当接している。また、ロータ１６１は、付勢部材１５０によって付勢されて、ステータ１２１に対して定常的に当接している。このため、ロータ１６０は、傾斜方向を周回させつつ揺動する出力側のステータ１２０から摩擦駆動力及び軸周りに遷移する共振を受けて回転する。また、同様に、ロータ１６１は、ステータ１２１から摩擦駆動力及び軸周りに遷移する共振を受けて回転する。
【００３２】
これにより、軸部材１１０が、一対のロータ１６０、１６１と一体で回転することから、軸部材１１０に回転不能に結合された歯車１８０が回転する。よって、モータ駆動力が出力される。
【００３３】
本実施形態では、ステータ１２０のステータ本体１２５と一体で形成された延伸部２１０を保持部材１７０に螺合させることにより、ステータ１２０が、軸線Ｌの方向における電気機械変換部１３０より保持部材１７０側において保持部材１７０に結合している。同様に、ステータ１２１のステータ本体１２６と一体で形成された延伸部２１１を保持部材１７０に螺合させることにより、ステータ１２１が、軸線Ｌの方向における電気機械変換部１３１より保持部材１７０側において保持部材１７０に結合している。
【００３４】
すなわち、ステータ１２０、１２１と保持部材１７０とは、ステータ本体１２５、１２６と電気機械変換部１３０、１３１とが当接している領域から軸線Ｌの方向に離れた位置で結合している。よって、本実施形態によれば、ステータ１２０、１２１が電気機械変換部１３０、１３１から駆動されて変形する影響が、ネジ部２１２、２１４とネジ穴１７８との締結力に及ぶことを防ぐことができ、延伸部２１０、２１１と保持部材１７０との締結の緩みを最大限抑制できる。
【００３５】
また、本実施形態では、一対の延伸部２１０、２１１を、軸部材１１０の軸方向について互いに離間するように構成した。これにより、ステータ１２０、１２１と保持部材１７０とが電気機械変換部１３０、１３１を確実に挟んで固定することができる。これにより、電気機械変換部１３０、１３１のそれぞれを対応するステータ本体１２５、１２６に確実に当接させて、駆動力を効率よく伝達することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、保持部材１７０より出力側に配されたロータ１６０、ステータ１２０、及び電気機械変換部１３０と、保持部材１７０より非出力側に配されたロータ１６１、ステータ１２１、及び電気機械変換部１３１とを、保持部材１７０に対して対称な位置に配している。これにより、一対のステータ１２０、１２１に生じる振動特性の対称性を向上でき、一対のロータ１６０、１６１の回転特性の対称性を向上できる。
【００３７】
また、本実施形態では、一対のロータ１６０、１６１、一対のステータ１２０、１２１、一対の電気機械変換部１３０、１３１を、それぞれ保持部材１７０に対して対称な形状に形成している。これにより、一対のステータ１２０、１２１に生じる振動特性の対称性をより一層向上でき、一対のロータ１６０、１６１の回転特性の対称性をより一層向上できる。
【００３８】
また、本実施形態では、ロータ１６０及びステータ１２０に対応する電気機械変換部１３０と、ロータ１６１及びステータ１２１に対応する電気機械変換部１３１とを設けた。これにより、ステータ１２０、１２１の振動特性を個別に調整できるので、各部の寸法精度、組付け精度に起因して、一対のステータ１２０、１２１の振動特性にずれが生じた場合でも、当該ずれを減少できる。従って、一対のロータ１６０、１６１の回転特性の対称性を確保でき、効率よく出力を向上できる。
【００３９】
次に、他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４０】
図５は、他の実施形態に係る振動アクチュエータ２００の斜視図である。また、図６は、振動アクチュエータ２００の側断面図である。これらの図に示すように、振動アクチュエータ２００では、ロータ１６０、１６１の軸心に円柱状のナット２３０が回転可能に嵌合する。このナット２３０は、軸部材１１０のネジ部１１７、１１８に螺合しており、ロータ１６０、１６１は、ナット２３０を介して軸部材１１０に回転可能に支持される。
【００４１】
また、歯車１８０には、軸線Ｌと直交する方向にネジ穴１８２が形成されており、ネジ穴１８２には固定ネジ１８４が螺合する。この固定ネジ１８４の先端部は、軸部材１１０のネジ部１１７に圧接する。よって、軸部材１１０が回転したときに、ネジ部１１７と固定ネジ１８４との先端部に摩擦力が生じ、当該摩擦力により歯車１８０が軸部材１１０に追従して回転する。
【００４２】
また、振動アクチュエータ２００では、ロータ１６０と歯車１８０との間と、ロータ１６１とフランジ部１９０との間とに、それぞれドーナツ状の弾性板２２０、２２１が配されている。弾性板２２０、２２１は、ゴムで形成された厚み方向に弾性変形可能な板材であって、それぞれ、ロータ１６０と歯車１８０、及びロータ１６１とフランジ部１９０により加圧され、弾性的に圧縮されている。
【００４３】
このため、ステータ１２０の振動によりロータ１６０が回転されたときには、ロータ１６０と弾性板２２０との間、及び弾性板２２０と歯車１８０との間に回転方向への摩擦力が生じ、当該摩擦力により、ロータ１６０に追従して弾性板２２０が回転し、弾性板２２０に追従して歯車１８０が回転する。よって、ロータ１６０、弾性板２２０、歯車１８０、及び歯車１８０と螺合した軸部材１１０が一体となって回転する。
【００４４】
同様に、ステータ１２０の振動によりロータ１６１が回転されたときには、ロータ１６１と弾性板２２１との間、及び弾性板２２０とフランジ部１９０との間に回転方向への摩擦力が生じる。よって、ロータ１６１、弾性板２２１、フランジ部１９０及びフランジ部１９０と螺合した軸部材１１０が一体となって回転する。以上により、歯車１８０とフランジ部１９０については軸部材１１０に螺合させるものの、これらの間に存するロータ１６０、１６１については、軸部材１１０との螺合もしくは接着又はキー結合を要しない。よって、組立性を向上できると共に、軸部材１１０とロータ１６０との結合構造を簡素化できる。
【００４５】
図７には、振動アクチュエータ１００を備える撮像装置７００の概略構成を側断面図にて示している。この図に示すように、撮像装置７００は、光学部材４２０と、レンズ鏡筒４３０と、振動アクチュエータ１００と、撮像部５００と、制御部５５０と、を備える。レンズ鏡筒４３０は光学部材４２０を収容する。
【００４６】
振動アクチュエータ１００は、光学部材４２０を移動させる。撮像部５００は、光学部材４２０によって結像された画像を撮像する。制御部５５０は、振動アクチュエータ１００および撮像部５００を制御する。
【００４７】
また、撮像装置７００は、光学部材４２０、レンズ鏡筒４３０、及び振動アクチュエータ１００を備えるレンズユニット４１０と、ボディ４６０を含む。レンズユニット４１０は、マウント４５０を介して、ボディ４６０に対して着脱自在に装着される。
【００４８】
光学部材４２０は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、フロントレンズ４２２、コンペンセータレンズ４２４、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８を含む。フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８の間には、アイリスユニット４４０が配置される。
【００４９】
振動アクチュエータ１００は、光軸方向についてレンズ鏡筒４３０の中程にあって相対的に小径なフォーカシングレンズ４２６の下方に配置される。これにより、レンズ鏡筒４３０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ１００はレンズ鏡筒４３０内に収容される。振動アクチュエータ１００は、例えばギア列を介してフォーカシングレンズ４２６を光軸方向に前進または後退させる。
【００５０】
ボディ４６０は、メインミラー５４０、ペンタプリズム４７０、接眼系４９０を含む光学部材を収容する。メインミラー５４０は、レンズユニット４１０を介して入射した入射光の光路上に傾斜して配置される待機位置と、入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。
【００５１】
待機位置にあるメインミラー５４０は、入射光の大半を、上方に配置されたペンタプリズム４７０に導く。ペンタプリズム４７０は、入射光の鏡映を接眼系４９０に向かって出射するので、フォーカシングスクリーンの映像を接眼系４９０から正像として見ることができる。入射光の残りは、ペンタプリズム４７０により測光ユニット４８０に導かれる。測光ユニット４８０は、入射光の強度およびその分布等を測定する。
【００５２】
なお、ペンタプリズム４７０および接眼系４９０の間には、ファインダ液晶４９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーンの映像に重ねるハーフミラー４９２が配置される。表示画像は、ペンタプリズム４７０から投影された画像に重ねて表示される。
【００５３】
また、メインミラー５４０は、入射光の入射面に対する裏面にサブミラー５４２を有する。サブミラー５４２は、メインミラー５４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距ユニット５３０に導く。これにより、メインミラー５４０が待機位置にある場合は、測距ユニット５３０が被写体までの距離を測定する。なお、メインミラー５４０が撮影位置に移動した場合は、サブミラー５４２も入射光の光路から退避する。
【００５４】
更に、入射光に対してメインミラー５４０の後方には、シャッタ５２０、光学フィルタ５１０および撮像部５００が順次配置される。シャッタ５２０が開放される場合、その直前にメインミラー５４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像部５００に入射される。これにより、入射光の形成する画像が電気信号に変換される。これにより、撮像部５００は、レンズユニット４１０によって結像された画像を撮像する。
【００５５】
撮像装置７００において、レンズユニット４１０とボディ４６０とは電気的にも結合されている。従って、例えば、ボディ４６０側の測距ユニット５３０が検出した被写体までの距離の情報に応じて振動アクチュエータ１００の回転を制御することにより、オートフォーカス機構を形成できる。また、測距ユニット５３０が振動アクチュエータ１００の動作量を参照することにより、フォーカスエイド機構を形成することもできる。振動アクチュエータ１００および撮像部５００は、制御部５５０により上記の通り制御される。
【００５６】
ここで、上述したように、振動アクチュエータ１００のモータ出力を効率よく高めることができる。よって、オートフォーカス機構の駆動力を効率よく高めることができるので、省電力化すると共に、高駆動力でオートフォーカス機構を駆動することが可能となる。
【００５７】
なお、振動アクチュエータ１００によりフォーカシングレンズ４２６を移動させる場合について例示したが、アイリスユニット４４０の開閉、ズームレンズのバリエータレンズの移動等を振動アクチュエータ１００で駆動できることはいうまでもない。この場合も、電気信号を介して測光ユニット４８０、ファインダ液晶４９４等と情報を参照し合うことにより、振動アクチュエータ１００は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。また、本実施形態では、振動アクチュエータ１００を備える撮像装置７００を例に取って説明したが、振動アクチュエータ１００に替えて、振動アクチュエータ２００を備えてもよい。
【００５８】
以上のように、振動アクチュエータ１００、２００は、撮影機、双眼鏡等の光学系において、合焦機構、ズーム機構、手振れ補正機構等の駆動に好適に使用できる。さらに、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源に使用されうるが、用途がこれらに限られないことはいうまでもない。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を斜視図にて示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を側断面図にて示す。
【図３】電気機械変換部１３０を分解斜視図にて示す。
【図４Ａ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図４Ｂ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図４Ｃ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図４Ｄ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図５】本発明の他の実施形態に係る振動アクチュエータ２００を斜視図にて示す。
【図６】本発明の他の実施形態に係る振動アクチュエータ２００を側断面図にて示す。
【図７】撮像装置７００の概略構成を側断面図にて示す。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 振動アクチュエータ、１１０ 軸部材、１１７ ネジ部、１１８ ネジ部、１２０ ステータ、１２１ ステータ、１２２ 軸受、１２５ ステータ本体、 １２６ ステータ本体、１３０ 電気機械変換部、１３１ 電気機械変換部、１３２ 電極、１３３ 電極、１３４ 電極、１３５ 電極、１３６ 圧電材料板、１３８ 電気機械変換素子層、１４０ 配線板、１４１ 配線板、１４２ 電極部、１４４ 配線部、１５０ 付勢部材、１６０ ロータ、１６１ ロータ、１６２ 接触子、１７０ 保持部材、１７２ 基部、１７４ フランジ部、１７６ 締結用穴、１７８ ネジ穴、１８０ 歯車、１８２ ネジ穴、１８４ 固定ネジ、１９０ フランジ部、２００ 振動アクチュエータ、２１０ 延伸部、２１１ 延伸部、２１２ ネジ部、２１４ ネジ部、２２０ 弾性板、２２１ 弾性板、２３０ ナット、４１０ レンズユニット、４２０ 光学部材、４２２ フロントレンズ、４２４ コンペンセータレンズ、４２６ フォーカシングレンズ、４２８ メインレンズ、４３０ 鏡筒、４４０ アイリスユニット、４５０ マウント、４６０ ボディ、４７０ ペンタプリズム、４８０ 測光ユニット、４９０ 接眼系、４９２ ハーフミラー、４９４ ファインダ液晶、５００ 撮像部、５１０ 光学フィルタ、５２０ シャッタ、５３０ 測距ユニット、５４０ メインミラー、５４２ サブミラー、５５０ 制御部、７００ 撮像装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、レンズユニット及び撮像装置に関する。本発明は、特に、電気機械変換部によりステータに発生される振動によってロータが回転する振動アクチュエータ、当該アクチュエータを備えるレンズユニット及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータの小型化を追求した場合には出力トルクが低下することが定説化されており、小型で出力トルクが高い振動アクチュエータが望まれている。そこで、一対のステータが積層型の圧電素子を挟んだ両側に配され、回転軸に固定された一対のロータが一対のステータを挟んだ両側に配された振動アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この振動アクチュエータでは、圧電素子が伸縮することにより、一対のステータに回転軸の軸線周りに遷移する振動が発生して該振動により一対のロータが回転される。この振動アクチュエータによれば、ステータを共振周波数で振動させることにより高出力を得ることができる。
【特許文献１】特開２０００−３０８３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、例えば、ステータの支持状態が変動することにより、ステータの振動数が変動して共振周波数から外れた場合には出力が低下する。特に、上記振動アクチュエータにおいて、一対のステータの振動数にずれが生じ、一方のロータに発生する回転力が他方のロータと比較して低くなった場合には、一方のロータが他方のロータの回転負荷となってしまい、より一層、出力が低下する。
そこで、本発明の目的は、小型でも出力トルクを効率よく向上させることができる振動アクチュエータ、レンズユニット及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態において、振動アクチュエータは、軸部材と、軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、軸線の方向について一対のロータの間に、一対のロータのそれぞれに接して配され、軸部材が挿通された一対のステータと、軸線の方向について一対のステータの間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータのそれぞれに対して軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、軸線の方向について一対の電気機械変換部の間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータの両方に結合して一対のステータのそれぞれとの間で対応する電気機械変換部を挟んで保持する保持部材とを備え、一対のステータのそれぞれと保持部材とは、軸線の方向について一対の電気機械変換部よりも保持部材側で結合される。
【０００５】
また、本発明の第２の形態において、レンズユニットは、振動アクチュエータと、振動アクチュエータにより移動される光学部材と、振動アクチュエータと光学部材とを収容するレンズ鏡筒とを備え、振動アクチュエータは、軸部材と、軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、軸線の方向について一対のロータの間に、一対のロータのそれぞれに接して配され、軸部材が挿通された一対のステータと、軸線の方向について一対のステータの間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータのそれぞれに対して軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、軸線の方向について一対の電気機械変換部の間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータの両方に結合して一対のステータのそれぞれとの間で対応する電気機械変換部を挟んで保持する保持部材とを有し、一対のステータのそれぞれと保持部材とは、軸線の方向について一対の電気機械変換部よりも保持部材側で結合される。
【０００６】
本発明の第３の形態において、撮像装置は、振動アクチュエータと、振動アクチュエータにより移動される光学部材と、光学部材を収容するレンズ鏡筒と、光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、を備え、振動アクチュエータは、軸部材と、軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、軸線の方向について一対のロータの間に、一対のロータのそれぞれに接して配され、軸部材が挿通された一対のステータと、軸線の方向について一対のステータの間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータのそれぞれに対して軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、軸線の方向について一対の電気機械変換部の間に配されて軸部材が挿通され、一対のステータの両方に結合して一対のステータのそれぞれとの間で対応する電気機械変換部を挟んで保持する保持部材とを有し、一対のステータのそれぞれと保持部材とは、軸線の方向について一対の電気機械変換部よりも保持部材側で結合される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の斜視図である。また、図２は、振動アクチュエータ１００の側断面図である。なお、軸部材１１０の軸方向における駆動出力側を出力側、その反対側を非出力側として説明する。また、軸部材１１０の軸方向から振動アクチュエータ１００を見た場合を平面視、出力軸の径方向から振動アクチュエータ１００を見た場合を側面視として説明する。
【００１０】
これらの図に示すように、振動アクチュエータ１００は、軸部材１１０、一対のロータ１６０、１６１、一対のステータ１２０、１２１、一対の電気機械変換部１３０、１３１、一対の配線板１４０、１４１、保持部材１７０、付勢部材１５０、保持部材１７０と協働して付勢部材１５０を挟む挟部材としての歯車１８０、フランジ部１９０を備える。軸部材１１０は、円柱状に形成されており、軸線Ｌの方向（以下、軸方向という）における出力側にはネジ部１１７が形成され、非出力側にはネジ部１１８が形成される。
【００１１】
一対のロータ１６０、１６１は、軸心に貫通孔が形成された円盤状、所謂ドーナツ状に形成される。ロータ１６０は軸部材１１０の軸方向の出力側に配されるとともに、ロータ１６１は非出力側に配されており、これらの軸心には軸部材１１０が挿通される。ロータ１６０は、ネジ部１１７に螺合しており、さらに、接着される。一方、ロータ１６１は、軸部材１１０におけるネジ部１１８より出力側に嵌合する。
【００１２】
図示の例では、軸部材１１０には、キーが形成され、ロータ１６１の内周部には、キー溝が形成されており、これらが嵌合している。これにより、ロータ１６１が、軸部材１１０と、軸線Ｌの周りに回転不能、且つ、軸方向へ変位可能に結合する。
【００１３】
また、一対のステータ１２０、１２１は、一対のロータ１６０、１６１の間に、出力側から非出力側にこの記載順で配されており、これらの軸心には軸部材１１０が挿通される。ステータ１２０、１２１のそれぞれは、ドーナツ状に形成されて、対応するロータ１６０、１６１に接したステータ本体１２５、１２６、および、当該ステータ本体１２５、１２６よりも小径であって、ステータ本体１２５、１２６から軸線Ｌの方向に延伸した延伸部２１０、２１１を有する。
【００１４】
一対の電気機械変換部１３０、１３１も、ドーナツ状に形成される。これら電気機械変換部１３０、１３１は、一対のステータ１２０、１２１の間に、出力側から非出力側にこの記載順で配されており、これらの軸心には軸部材１１０が挿通される。
【００１５】
また、一対の配線板１４０、１４１はそれぞれ、ドーナツ状の電極部１４２と電極部１４２から外径方向へ延伸した配線部１４４とを備える。これら配線板１４０、１４１の一例は、フレキシブルプリント配線板である。これら配線板１４０、１４１は、出力側から非出力側にこの記載順で配される。配線板１４０、１４１の電極部１４２の軸心には軸部材１１０が挿通される。
【００１６】
保持部材１７０は、一対の配線板１４０、１４１の間に配される。保持部材１７０は、円筒状の基部１７２と、当該基部１７２と一体的に形成され、基部１７２の軸方向中央部から外径方向に延出したドーナツ状のフランジ部１７４とを有する。フランジ部１７４の外周縁部には、９０度間隔でＵ字状の締結用穴１７６が形成されており、この締結用穴１７６に挿通されるネジ等の締結具により、フランジ部１７４が、振動アクチュエータ１００を駆動源とする装置に固定される。また、基部１７２の軸心にはネジ穴１７８が形成される。図示の例では、締結用穴１７６がＵ字状である例を示したが、これに代えて、締結用穴１７６を円形をなした穴で構成することができる。また、周面にネジ溝が形成されたネジ穴で締結用穴１７６を構成することができる。
【００１７】
上記ステータ１２０の延伸部２１０は、ステータ１２０の軸心から保持部材１７０に向けて延伸しており、その内部には軸部材１１０が挿通される。また、ステータ１２０の延伸部２１１は、ステータ１２１の軸心から保持部材１７０に向けて延伸しており、その内部には軸部材１１０が挿通される。
【００１８】
ここで、延伸部２１０における保持部材１７０側の端部にはネジ部２１２が形成されており、このネジ部２１２と保持部材１７０の基部１７２の軸心に存するネジ穴１７８とが螺合する。また、延伸部２１１における保持部材１７０側の端部にはネジ部２１４が形成されており、このネジ部２１４とネジ穴１７８とが螺合している。これにより、ステータ１２０は、軸線Ｌの方向について電気機械変換部１３０より保持部材１７０側において保持部材１７０と結合され、ステータ１２１は、軸線Ｌの方向について電気機械変換部１３１より保持部材１７０側において保持部材１７０と結合される。
【００１９】
電気機械変換部１３０と配線板１４０の電極部１４２とは、ステータ１２０と保持部材１７０とに挟まれて、軸部材１１０の軸方向に締め付けられる。同様に、電気機械変換部１３１と配線板１４１の電極部１４２とは、ステータ１２１と保持部材１７０とに挟まれて、軸部材１１０の軸方向に締め付けられる。
【００２０】
また、ステータ１２０、１２１の軸心には軸受１２２が埋設されており、この軸受１２２により軸部材１１０が回転自在に支持される。また、延伸部２１０のネジ部２１２及び延伸部２１１のネジ部２１４の軸長の合計は、保持部材１７０のネジ穴１７８の軸長より短い。即ち、延伸部２１０と延伸部２１１とは軸部材１１０の軸方向に互いに離間する。
【００２１】
また、歯車１８０は、ロータ１６０より出力側においてネジ部１１７に螺合しており、さらに接着されている。また、フランジ部１９０は、ネジ部１１８に螺合している。フランジ部１９０とロータ１６１との間には、付勢部材１５０が配される。付勢部材１５０は、の一例は、図示された圧縮コイルバネであって、コイル内には軸部材１１０が挿通され、軸部材１１０の軸方向に伸縮可能となっており、フランジ部１９０とロータ１６１とにより弾性収縮されている。図示の例では、付勢部材１５０として圧縮コイルバネを用いた例を示したが、圧縮コイルバネに代えて他の弾性体を付勢部材を用いてもよい。また、弾性体の弾性反力を利用してロータ１６１をステータ１２１に向けて付勢することに代えて、付勢部材１５０は、磁力を利用してロータ１６１をステータ１２１に向けて付勢させてもよい。
【００２２】
また、ロータ１６０の非出力側およびロータ１６１の出力側には、それぞれ円環状の接触子１６２が外周に沿って形成される。ロータ１６０に形成された接触子１６２は、ロータ１６０から非出力側へ突出している。また、ロータ１６１に形成された接触子１６２は、ロータ１６１から出力側へ突出している。
【００２３】
ここで、付勢部材１５０が軸部材１１０の軸方向に弾性収縮していることにより、フランジ部１９０には、非出力側への付勢力が作用する一方、ロータ１６１には、出力側への付勢力が作用している。これにより、軸部材１１０が非出力側へ付勢されることによって、ロータ１６０に形成された接触子１６２が、ステータ１２０に、ロータ１６１に形成された接触子１６２が、ステータ１２１に、互いに等しい力で圧接される。
【００２４】
図２に示された形態において、保持部材１７０より出力側に配されたロータ１６０、ステータ１２０、及び電気機械変換部１３０と、保持部材１７０より非出力側に配されたロータ１６１、ステータ１２１、及び電気機械変換部１３１とは、保持部材１７０に対して対称な位置に配されている。さらに、一対のロータ１６０、１６１は、保持部材１７０に対して対称な形状に形成され、一対のステータ１２０、１２１は、保持部材１７０に対して対称な形状に形成され、さらに、一対の電気機械変換部１３０、１３１は、保持部材１７０に対して対称な形状に形成されている。
【００２５】
図３は、電気機械変換部１３０、１３１の分解斜視図である。この図に示すように、電気機械変換部１３０、１３１は、軸部材１１０の軸方向に積層された複数の電気機械変換素子層１３８を備えている。電気機械変換素子層１３８の各々は、圧電材料板１３６と、圧電材料板１３６の表面に形成された複数の電極１３２、１３３、１３４、１３５とを備えている。
【００２６】
電極１３２、１３３、１３４、１３５は、略セクタ状の同形状とされており、軸線Ｌの周りに等間隔で配置される。また、同符号が付された電極の全体同士が軸方向に重なり合うように、電気機械変換素子層１３８が積層されており、各電極は、電気機械変換部１３０、１３１の側面に形成された導線により、配線板１４０、１４１の電極に導通される。また、圧電材料板１３６の電極形成面の裏側にはグランド電極が形成されており、各層のグランド電極は、電気機械変換部１３０、１３１の側面に形成された導線により、配線板１４０、１４１のグランド電極に導通される。なお、一対の電気機械変換部１３０、１３１は、同符号が付された電極の全体同士が軸方向に重なり合うように重ねられる。
【００２７】
圧電材料板１３６は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含んでいる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電材料を含んでいる。なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料で補強することが好ましい。また、上記電極は、ニッケル、金等の電極材料を用いて、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接に形成すればよい。
【００２８】
次に、本実施形態における作用について説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を誇張して示した斜視図である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図４Ｄの相互の間に記入された矢印は、一対のステータ１２０及び一対の電気機械変換部１３０の状態が遷移することを示すと共に、状態の遷移が循環して一対のステータ１２０及び一対の電気機械変換部１３０が周期的に動作することを示す。なお、ここでは、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作について説明するが、ステータ１２１及び電気機械変換部１３１は、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０と保持部材１７０に対して対称な動作をする。
【００２９】
電極１３２、１３３、１３４、１３５のいずれかに対して駆動電圧が印加された場合、電気機械変換部１３０の軸方向の長さは、駆動電圧が印加された電極１３２、１３３、１３４、１３５に対応する部位で増加する。一方、駆動電圧が印加されていない電極１３２、１３３、１３４、１３５に対応する部位では、電気機械変換部１３０の軸方向の長さは変化しない。ステータ１２０は、電気機械変換部１３０の軸方向の長さが増加した部位において持ち上げられる。これにより、ステータ１２０は傾斜する。
【００３０】
電極１３２、１３３、１３４、１３５に対して順次駆動電圧が印加されると、電極１３２、１３３、１３４、１３５に対応する部位で、電気機械変換部１３０の軸方向の長さが順次増加する。例えば、電極１３２、１３３、１３４、１３５に対して、１／４πずつ位相が異なる交流電圧が印加される。これにより、一対のステータ１２０の傾斜方向が、軸心周りの一方向へと遷移していくと共に、当該方向へ遷移する振動が発生する。ここで、ステータ１２０、１２１には、共振周波数の振動を発生させる。
【００３１】
ロータ１６０は、付勢部材１５０によって付勢されて、ステータ１２０に対して定常的に当接している。また、ロータ１６１は、付勢部材１５０によって付勢されて、ステータ１２１に対して定常的に当接している。このため、ロータ１６０は、傾斜方向を周回させつつ揺動する出力側のステータ１２０から摩擦駆動力及び軸周りに遷移する共振を受けて回転する。また、同様に、ロータ１６１は、ステータ１２１から摩擦駆動力及び軸周りに遷移する共振を受けて回転する。
【００３２】
これにより、軸部材１１０が、一対のロータ１６０、１６１と一体で回転することから、軸部材１１０に回転不能に結合された歯車１８０が回転する。よって、モータ駆動力が出力される。
【００３３】
本実施形態では、ステータ１２０のステータ本体１２５と一体で形成された延伸部２１０を保持部材１７０に螺合させることにより、ステータ１２０が、軸線Ｌの方向における電気機械変換部１３０より保持部材１７０側において保持部材１７０に結合している。同様に、ステータ１２１のステータ本体１２６と一体で形成された延伸部２１１を保持部材１７０に螺合させることにより、ステータ１２１が、軸線Ｌの方向における電気機械変換部１３１より保持部材１７０側において保持部材１７０に結合している。
【００３４】
すなわち、ステータ１２０、１２１と保持部材１７０とは、ステータ本体１２５、１２６と電気機械変換部１３０、１３１とが当接している領域から軸線Ｌの方向に離れた位置で結合している。よって、本実施形態によれば、ステータ１２０、１２１が電気機械変換部１３０、１３１から駆動されて変形する影響が、ネジ部２１２、２１４とネジ穴１７８との締結力に及ぶことを防ぐことができ、延伸部２１０、２１１と保持部材１７０との締結の緩みを最大限抑制できる。
【００３５】
また、本実施形態では、一対の延伸部２１０、２１１を、軸部材１１０の軸方向について互いに離間するように構成した。これにより、ステータ１２０、１２１と保持部材１７０とが電気機械変換部１３０、１３１を確実に挟んで固定することができる。これにより、電気機械変換部１３０、１３１のそれぞれを対応するステータ本体１２５、１２６に確実に当接させて、駆動力を効率よく伝達することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、保持部材１７０より出力側に配されたロータ１６０、ステータ１２０、及び電気機械変換部１３０と、保持部材１７０より非出力側に配されたロータ１６１、ステータ１２１、及び電気機械変換部１３１とを、保持部材１７０に対して対称な位置に配している。これにより、一対のステータ１２０、１２１に生じる振動特性の対称性を向上でき、一対のロータ１６０、１６１の回転特性の対称性を向上できる。
【００３７】
また、本実施形態では、一対のロータ１６０、１６１、一対のステータ１２０、１２１、一対の電気機械変換部１３０、１３１を、それぞれ保持部材１７０に対して対称な形状に形成している。これにより、一対のステータ１２０、１２１に生じる振動特性の対称性をより一層向上でき、一対のロータ１６０、１６１の回転特性の対称性をより一層向上できる。
【００３８】
また、本実施形態では、ロータ１６０及びステータ１２０に対応する電気機械変換部１３０と、ロータ１６１及びステータ１２１に対応する電気機械変換部１３１とを設けた。これにより、ステータ１２０、１２１の振動特性を個別に調整できるので、各部の寸法精度、組付け精度に起因して、一対のステータ１２０、１２１の振動特性にずれが生じた場合でも、当該ずれを減少できる。従って、一対のロータ１６０、１６１の回転特性の対称性を確保でき、効率よく出力を向上できる。
【００３９】
次に、他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４０】
図５は、他の実施形態に係る振動アクチュエータ２００の斜視図である。また、図６は、振動アクチュエータ２００の側断面図である。これらの図に示すように、振動アクチュエータ２００では、ロータ１６０、１６１の軸心に円柱状のナット２３０が回転可能に嵌合する。このナット２３０は、軸部材１１０のネジ部１１７、１１８に螺合しており、ロータ１６０、１６１は、ナット２３０を介して軸部材１１０に回転可能に支持される。
【００４１】
また、歯車１８０には、軸線Ｌと直交する方向にネジ穴１８２が形成されており、ネジ穴１８２には固定ネジ１８４が螺合する。この固定ネジ１８４の先端部は、軸部材１１０のネジ部１１７に圧接する。よって、軸部材１１０が回転したときに、ネジ部１１７と固定ネジ１８４との先端部に摩擦力が生じ、当該摩擦力により歯車１８０が軸部材１１０に追従して回転する。
【００４２】
また、振動アクチュエータ２００では、ロータ１６０と歯車１８０との間と、ロータ１６１とフランジ部１９０との間とに、それぞれドーナツ状の弾性板２２０、２２１が配されている。弾性板２２０、２２１は、ゴムで形成された厚み方向に弾性変形可能な板材であって、それぞれ、ロータ１６０と歯車１８０、及びロータ１６１とフランジ部１９０により加圧され、弾性的に圧縮されている。
【００４３】
このため、ステータ１２０の振動によりロータ１６０が回転されたときには、ロータ１６０と弾性板２２０との間、及び弾性板２２０と歯車１８０との間に回転方向への摩擦力が生じ、当該摩擦力により、ロータ１６０に追従して弾性板２２０が回転し、弾性板２２０に追従して歯車１８０が回転する。よって、ロータ１６０、弾性板２２０、歯車１８０、及び歯車１８０と螺合した軸部材１１０が一体となって回転する。
【００４４】
同様に、ステータ１２０の振動によりロータ１６１が回転されたときには、ロータ１６１と弾性板２２１との間、及び弾性板２２０とフランジ部１９０との間に回転方向への摩擦力が生じる。よって、ロータ１６１、弾性板２２１、フランジ部１９０及びフランジ部１９０と螺合した軸部材１１０が一体となって回転する。以上により、歯車１８０とフランジ部１９０については軸部材１１０に螺合させるものの、これらの間に存するロータ１６０、１６１については、軸部材１１０との螺合もしくは接着又はキー結合を要しない。よって、組立性を向上できると共に、軸部材１１０とロータ１６０との結合構造を簡素化できる。
【００４５】
図７には、振動アクチュエータ１００を備える撮像装置７００の概略構成を側断面図にて示している。この図に示すように、撮像装置７００は、光学部材４２０と、レンズ鏡筒４３０と、振動アクチュエータ１００と、撮像部５００と、制御部５５０と、を備える。レンズ鏡筒４３０は光学部材４２０を収容する。
【００４６】
振動アクチュエータ１００は、光学部材４２０を移動させる。撮像部５００は、光学部材４２０によって結像された画像を撮像する。制御部５５０は、振動アクチュエータ１００および撮像部５００を制御する。
【００４７】
また、撮像装置７００は、光学部材４２０、レンズ鏡筒４３０、及び振動アクチュエータ１００を備えるレンズユニット４１０と、ボディ４６０を含む。レンズユニット４１０は、マウント４５０を介して、ボディ４６０に対して着脱自在に装着される。
【００４８】
光学部材４２０は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、フロントレンズ４２２、コンペンセータレンズ４２４、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８を含む。フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８の間には、アイリスユニット４４０が配置される。
【００４９】
振動アクチュエータ１００は、光軸方向についてレンズ鏡筒４３０の中程にあって相対的に小径なフォーカシングレンズ４２６の下方に配置される。これにより、レンズ鏡筒４３０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ１００はレンズ鏡筒４３０内に収容される。振動アクチュエータ１００は、例えばギア列を介してフォーカシングレンズ４２６を光軸方向に前進または後退させる。
【００５０】
ボディ４６０は、メインミラー５４０、ペンタプリズム４７０、接眼系４９０を含む光学部材を収容する。メインミラー５４０は、レンズユニット４１０を介して入射した入射光の光路上に傾斜して配置される待機位置と、入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。
【００５１】
待機位置にあるメインミラー５４０は、入射光の大半を、上方に配置されたペンタプリズム４７０に導く。ペンタプリズム４７０は、入射光の鏡映を接眼系４９０に向かって出射するので、フォーカシングスクリーンの映像を接眼系４９０から正像として見ることができる。入射光の残りは、ペンタプリズム４７０により測光ユニット４８０に導かれる。測光ユニット４８０は、入射光の強度およびその分布等を測定する。
【００５２】
なお、ペンタプリズム４７０および接眼系４９０の間には、ファインダ液晶４９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーンの映像に重ねるハーフミラー４９２が配置される。表示画像は、ペンタプリズム４７０から投影された画像に重ねて表示される。
【００５３】
また、メインミラー５４０は、入射光の入射面に対する裏面にサブミラー５４２を有する。サブミラー５４２は、メインミラー５４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距ユニット５３０に導く。これにより、メインミラー５４０が待機位置にある場合は、測距ユニット５３０が被写体までの距離を測定する。なお、メインミラー５４０が撮影位置に移動した場合は、サブミラー５４２も入射光の光路から退避する。
【００５４】
更に、入射光に対してメインミラー５４０の後方には、シャッタ５２０、光学フィルタ５１０および撮像部５００が順次配置される。シャッタ５２０が開放される場合、その直前にメインミラー５４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像部５００に入射される。これにより、入射光の形成する画像が電気信号に変換される。これにより、撮像部５００は、レンズユニット４１０によって結像された画像を撮像する。
【００５５】
撮像装置７００において、レンズユニット４１０とボディ４６０とは電気的にも結合されている。従って、例えば、ボディ４６０側の測距ユニット５３０が検出した被写体までの距離の情報に応じて振動アクチュエータ１００の回転を制御することにより、オートフォーカス機構を形成できる。また、測距ユニット５３０が振動アクチュエータ１００の動作量を参照することにより、フォーカスエイド機構を形成することもできる。振動アクチュエータ１００および撮像部５００は、制御部５５０により上記の通り制御される。
【００５６】
ここで、上述したように、振動アクチュエータ１００のモータ出力を効率よく高めることができる。よって、オートフォーカス機構の駆動力を効率よく高めることができるので、省電力化すると共に、高駆動力でオートフォーカス機構を駆動することが可能となる。
【００５７】
なお、振動アクチュエータ１００によりフォーカシングレンズ４２６を移動させる場合について例示したが、アイリスユニット４４０の開閉、ズームレンズのバリエータレンズの移動等を振動アクチュエータ１００で駆動できることはいうまでもない。この場合も、電気信号を介して測光ユニット４８０、ファインダ液晶４９４等と情報を参照し合うことにより、振動アクチュエータ１００は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。また、本実施形態では、振動アクチュエータ１００を備える撮像装置７００を例に取って説明したが、振動アクチュエータ１００に替えて、振動アクチュエータ２００を備えてもよい。
【００５８】
以上のように、振動アクチュエータ１００、２００は、撮影機、双眼鏡等の光学系において、合焦機構、ズーム機構、手振れ補正機構等の駆動に好適に使用できる。さらに、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源に使用されうるが、用途がこれらに限られないことはいうまでもない。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を斜視図にて示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を側断面図にて示す。
【図３】電気機械変換部１３０を分解斜視図にて示す。
【図４Ａ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図４Ｂ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図４Ｃ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図４Ｄ】ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を説明する斜視図を示す。
【図５】本発明の他の実施形態に係る振動アクチュエータ２００を斜視図にて示す。
【図６】本発明の他の実施形態に係る振動アクチュエータ２００を側断面図にて示す。
【図７】撮像装置７００の概略構成を側断面図にて示す。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 振動アクチュエータ、１１０ 軸部材、１１７ ネジ部、１１８ ネジ部、１２０ ステータ、１２１ ステータ、１２２ 軸受、１２５ ステータ本体、 １２６ ステータ本体、１３０ 電気機械変換部、１３１ 電気機械変換部、１３２ 電極、１３３ 電極、１３４ 電極、１３５ 電極、１３６ 圧電材料板、１３８ 電気機械変換素子層、１４０ 配線板、１４１ 配線板、１４２ 電極部、１４４ 配線部、１５０ 付勢部材、１６０ ロータ、１６１ ロータ、１６２ 接触子、１７０ 保持部材、１７２ 基部、１７４ フランジ部、１７６ 締結用穴、１７８ ネジ穴、１８０ 歯車、１８２ ネジ穴、１８４ 固定ネジ、１９０ フランジ部、２００ 振動アクチュエータ、２１０ 延伸部、２１１ 延伸部、２１２ ネジ部、２１４ ネジ部、２２０ 弾性板、２２１ 弾性板、２３０ ナット、４１０ レンズユニット、４２０ 光学部材、４２２ フロントレンズ、４２４ コンペンセータレンズ、４２６ フォーカシングレンズ、４２８ メインレンズ、４３０ 鏡筒、４４０ アイリスユニット、４５０ マウント、４６０ ボディ、４７０ ペンタプリズム、４８０ 測光ユニット、４９０ 接眼系、４９２ ハーフミラー、４９４ ファインダ液晶、５００ 撮像部、５１０ 光学フィルタ、５２０ シャッタ、５３０ 測距ユニット、５４０ メインミラー、５４２ サブミラー、５５０ 制御部、７００ 撮像装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、
前記軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、
前記軸線の方向について一対の前記ロータの間に、一対の前記ロータのそれぞれに接して配され、前記軸部材が挿通された一対のステータと、
前記軸線の方向について前記一対のステータの間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータのそれぞれに対して前記軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、
前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部の間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータの両方に結合して前記一対のステータのそれぞれとの間で対応する前記電気機械変換部を挟んで保持する保持部材と
を備え、
前記一対のステータのそれぞれと前記保持部材とは、前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部よりも前記保持部材側で結合される振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記一対のステータのそれぞれは、対応する前記ロータと接するステータ本体、および、前記ステータ本体から前記保持部材へ延伸し、対応する前記電気機械変換部を貫通すると共に前記軸部材が挿通され、且つ、前記保持部材と螺合する延伸部を有する請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
一対の前記延伸部を前記軸線の方向について互いに離間させた請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記一対のロータ、前記一対のステータ、及び前記一対の電気機械変換部は、前記保持部材に対して対称に配される請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記一対のロータ、前記一対のステータ、前記一対の電気機械変換部は、それぞれ、前記保持部材に対して互いに対称な形状である請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記軸部材は前記ステータに相対回転自在に支持されており、
前記一対のロータのそれぞれにおいて、前記軸線に沿って、対応する前記ステータの反対側に配され、前記軸部材に固定された一対の挟部材と、
一対の前記ロータの一方と当該一方のロータに対応する前記挟部材との間、及び一対の前記ロータの他方と当該他方のロータに対応する前記挟部材との間にそれぞれ、加圧された状態で挟み込まれた一対の弾性板と、
を備える請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより移動される光学部材と、
前記振動アクチュエータと前記光学部材とを収容するレンズ鏡筒と
を備え、
前記振動アクチュエータは、
軸部材と、
前記軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、
前記軸線の方向について一対の前記ロータの間に、一対の前記ロータのそれぞれに接して配され、前記軸部材が挿通された一対のステータと、
前記軸線の方向について前記一対のステータの間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータのそれぞれに対して前記軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、
前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部の間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータの両方に結合して前記一対のステータのそれぞれとの間で対応する前記電気機械変換部を挟んで保持する保持部材と
を有し、
前記一対のステータのそれぞれと前記保持部材とは、前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部よりも前記保持部材側で結合されるレンズユニット。
【請求項８】
振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより移動される光学部材と、
前記光学部材を収容するレンズ鏡筒と、
前記光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、
を備え、
前記振動アクチュエータは、
軸部材と、
前記軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、
前記軸線の方向について一対の前記ロータの間に、一対の前記ロータのそれぞれに接して配され、前記軸部材が挿通された一対のステータと、
前記軸線の方向について前記一対のステータの間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータのそれぞれに対して前記軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、
前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部の間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータの両方に結合して前記一対のステータのそれぞれとの間で対応する前記電気機械変換部を挟んで保持する保持部材と
を有し、
前記一対のステータのそれぞれと前記保持部材とは、前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部よりも前記保持部材側で結合される撮像装置。
【請求項１】
軸部材と、
前記軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、
前記軸線の方向について一対の前記ロータの間に、一対の前記ロータのそれぞれに接して配され、前記軸部材が挿通された一対のステータと、
前記軸線の方向について前記一対のステータの間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータのそれぞれに対して前記軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、
前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部の間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータの両方に結合して前記一対のステータのそれぞれとの間で対応する前記電気機械変換部を挟んで保持する保持部材と
を備え、
前記一対のステータのそれぞれと前記保持部材とは、前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部よりも前記保持部材側で結合される振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記一対のステータのそれぞれは、対応する前記ロータと接するステータ本体、および、前記ステータ本体から前記保持部材へ延伸し、対応する前記電気機械変換部を貫通すると共に前記軸部材が挿通され、且つ、前記保持部材と螺合する延伸部を有する請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
一対の前記延伸部を前記軸線の方向について互いに離間させた請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記一対のロータ、前記一対のステータ、及び前記一対の電気機械変換部は、前記保持部材に対して対称に配される請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記一対のロータ、前記一対のステータ、前記一対の電気機械変換部は、それぞれ、前記保持部材に対して互いに対称な形状である請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記軸部材は前記ステータに相対回転自在に支持されており、
前記一対のロータのそれぞれにおいて、前記軸線に沿って、対応する前記ステータの反対側に配され、前記軸部材に固定された一対の挟部材と、
一対の前記ロータの一方と当該一方のロータに対応する前記挟部材との間、及び一対の前記ロータの他方と当該他方のロータに対応する前記挟部材との間にそれぞれ、加圧された状態で挟み込まれた一対の弾性板と、
を備える請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより移動される光学部材と、
前記振動アクチュエータと前記光学部材とを収容するレンズ鏡筒と
を備え、
前記振動アクチュエータは、
軸部材と、
前記軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、
前記軸線の方向について一対の前記ロータの間に、一対の前記ロータのそれぞれに接して配され、前記軸部材が挿通された一対のステータと、
前記軸線の方向について前記一対のステータの間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータのそれぞれに対して前記軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、
前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部の間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータの両方に結合して前記一対のステータのそれぞれとの間で対応する前記電気機械変換部を挟んで保持する保持部材と
を有し、
前記一対のステータのそれぞれと前記保持部材とは、前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部よりも前記保持部材側で結合されるレンズユニット。
【請求項８】
振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより移動される光学部材と、
前記光学部材を収容するレンズ鏡筒と、
前記光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、
を備え、
前記振動アクチュエータは、
軸部材と、
前記軸部材の軸線周りに回転自在な一対のロータと、
前記軸線の方向について一対の前記ロータの間に、一対の前記ロータのそれぞれに接して配され、前記軸部材が挿通された一対のステータと、
前記軸線の方向について前記一対のステータの間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータのそれぞれに対して前記軸線の周りに遷移する振動を付与する一対の電気機械変換部と、
前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部の間に配されて前記軸部材が挿通され、前記一対のステータの両方に結合して前記一対のステータのそれぞれとの間で対応する前記電気機械変換部を挟んで保持する保持部材と
を有し、
前記一対のステータのそれぞれと前記保持部材とは、前記軸線の方向について前記一対の電気機械変換部よりも前記保持部材側で結合される撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１７０３８（Ｐ２０１０−１７０３８Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７６２７６（Ｐ２００８−１７６２７６）
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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