振動アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ
【課題】限定されたスペースにも配置可能で且つ駆動性能の良好な振動アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供する。
【解決手段】本発明の振動アクチュエータ１０は、電気機械変換素子１３に接触して設けられ、前記電気機械変換素子１３の駆動により振動波を生じる弾性体１２と、前記弾性体１２と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体１２に対して相対移動される相対移動部材１５と、を備える振動アクチュエータ１０であって、前記弾性体１２の前記相対移動部材１５側は、櫛歯状となるように複数の溝３０が形成され、前記相対移動部材１５の相対移動方向θと交差する方向における前記溝３０の深さは、前記相対移動部材１５の相対移動方向θに沿って異なっていること、を特徴とする。
【解決手段】本発明の振動アクチュエータ１０は、電気機械変換素子１３に接触して設けられ、前記電気機械変換素子１３の駆動により振動波を生じる弾性体１２と、前記弾性体１２と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体１２に対して相対移動される相対移動部材１５と、を備える振動アクチュエータ１０であって、前記弾性体１２の前記相対移動部材１５側は、櫛歯状となるように複数の溝３０が形成され、前記相対移動部材１５の相対移動方向θと交差する方向における前記溝３０の深さは、前記相対移動部材１５の相対移動方向θに沿って異なっていること、を特徴とする。
【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、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラ
に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、圧電体の伸縮を利用して、弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させるものであり、この進行波によって、駆動面には楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子は駆動される（特許文献１参照）。このような圧電アクチュエータは、低回転でも高トルクを有するといった特徴がある。このため、駆動装置に搭載した場合に駆動装置のギアを省略することができ、ギア騒音を無くす、位置決め精度が向上できるといったような利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平１−１７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年のデジタルカメラまたはレンズ鏡筒のコンパクト化に伴い、振動アクチュエータを配置するスペースも限定されてきている。しかし、振動アクチュエータをスペースに合わせて全体的に小型化した場合、振動子の径が短くなるため、発生トルクが低下する傾向にある。
【０００５】
本発明の課題は、限定されたスペースにも配置可能で且つ駆動性能の良好な振動アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の前記相対移動部材（１５）側は、櫛歯状となるように複数の溝（３０）が形成され、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における前記溝（３０）の深さは、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項２に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）は、前記相対移動部材（１５）側に設けられた櫛歯部（１２ａ）と、前記電気機械変換素子（１３）側に設けられたベース部（１２ｂ）と備え、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における前記ベース部（１２ｂ）の厚みは前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項３に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）のヤング率は、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項４に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の密度は、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における厚みは、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って一定であること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における幅は、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の外形は、楕円形状であること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるレンズ鏡筒（３）である。
請求項９に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるカメラ（１）である。
なお、符号を付して説明した構成は、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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、限定されたスペースにも配置可能で且つ駆動性能の良好な振動アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態のカメラを説明する図である。
【図２】カメラにおけるレンズ鏡筒内部を被写体側から見た図である。
【図３】一実施形態の超音波モータの断面図である。
【図４】一実施形態の振動子を示す図である。
【図５】比較形態の振動子を示す図である。
【図６】移動体の進行方向を横軸として、溝の深さを縦軸としたグラフである。
【図７】変形形態の振動子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして、超音波モータを例に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態のカメラ１を説明する図である。図２はカメラ１におけるレンズ鏡筒３内部を被写体側から見た図である。カメラ１は、撮像素子８を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
【００１２】
レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、超音波モータ１０、及びこれらを包囲する筐体９等を備えている。本実施形態では、超音波モータ１０は、図２に示すように、カム筒６と筐体９との間の円環状の隙間に配置されるものである。超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ７を駆動する駆動源として用いられる。超音波モータ１０から得られた駆動力は、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向（図１中に示す、矢印Ｌ方向）に略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
【００１３】
図１において、レンズ鏡筒３内に設けられた不図示のレンズ群（レンズ７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。
【００１４】
図３は、第１実施形態の超音波モータ１０の断面図である。なお、理解を容易にするために、図３及び後述の図４には、ＸＹＺ直交座標系を設けた。出力軸１８の軸方向に平行な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向において移動子１５側に向かう方向をＺ軸プラス方向とした。そして、Ｚ軸プラス方向（移動子１５側）から見た振動子１１の外形の楕円形状の長径（長軸、図４参照）に平行な方向をＸ軸方向、短径（短軸、図４参照）に平行な方向をＹ軸方向とする。
【００１５】
第１実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１、移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合された圧電体１３とを有する中空形状の部材である。弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料によって形成された部材である。弾性体１２は、外形が略楕円形状である中空形状（図３（ａ）参照）であり、この弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃ等を有する。
【００１６】
櫛歯部１２ａは、移動子１５と接触する側の面に、複数の溝３０を切ることにより形成され、この櫛歯部１２ａの先端面は、移動子１５に加圧接触され、移動子１５を駆動する駆動面１２ｄとなる。この駆動面には、Ｎｉ−Ｐ（ニッケル−リン）メッキ等の潤滑性の表面処理が施されている。櫛歯部１２ａを設ける理由は、圧電体１３の伸縮により駆動面１２ｄ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１２ｄの進行波の振幅を増幅させるためである。
【００１７】
ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面に、圧電体１３が接合されている。フランジ部１２ｃは、弾性体１２の内径方向に突出した鍔状の部分であり、ベース部１２ｂの厚さ方向の中央に配置されている。このフランジ部１２ｃにより、振動子１１は、固定部材１６に固定されている。
【００１８】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子である。なお、本実施形態では、圧電体１３として圧電素子を用いたが、電歪素子等を用いてもよい。圧電体１３は、略平板形状であり、弾性体１２に接着剤を用いて接合されている。この圧電体１３には、駆動信号を入力するための不図示の電極部が形成されている。
【００１９】
フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３の電極部に接続されている。フレキシブルプリント基板１４は、圧電体１３に駆動信号を供給する機能を有する。このフレキシブルプリント基板１４から供給される駆動信号によって、圧電体１３が伸縮することにより、弾性体１２を励振し、弾性体１２の駆動面に進行波が発生する。本実施形態では、４波の進行波が発生している。
【００２０】
移動子１５は、弾性体１２の駆動面に生じる進行波によって回転駆動される部材である。移動子１５は、アルミニウム等の軽金属によって形成された略円盤形状の部材であり、振動子１１（弾性体１２の駆動面１２ｄ）に接触する接触面１５ａを有する。接触面１５ａは、略円環形状であり、接触面１５ａの表面には、耐磨耗性向上のためのアルマイト等の表面処理が施されている。出力軸１８は、略円柱形状の部材である。出力軸１８は、一方の端部がゴム部材２３を介して移動子１５に接しており、移動子１５と一体に回転するように設けられている。
【００２１】
ゴム部材２３は、ゴムにより形成された略円環形状の部材である。このゴム部材２３は、ゴムによる粘弾性で移動子１５と出力軸１８とを一体に回転可能とする機能と、移動子１５からの振動を出力軸１８へ伝えないように振動を吸収する機能とを有しており、ブチルゴム、シリコンゴム、プロピレンゴム等が用いられている。
【００２２】
加圧部材１９は、振動子１１と移動子１５とを加圧接触させる加圧力を発生する部材である。この加圧部材１９は、ギア４とベアリング受け部材２１との間に設けられている。本実施形態では、加圧部材１９は、圧縮コイルバネを用いているが、これに限定されるものではない。
【００２３】
ギア４は、出力軸１８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅリング等のストッパ２２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸１８と一体となるように設けられている。ギア４は、出力軸１８の回転とともに回転することにより、ギア５（図１参照）に駆動力を伝達する。
【００２４】
また、ベアリング受け部材２１は、ベアリング１７の内径側に配置され、ベアリング１７は、固定部材１６の内径側に配置された構造となっている。加圧部材１９は、振動子１１を移動子１５側へ、出力軸１８の軸方向に加圧しており、この加圧力によって、移動子１５は、振動子１１の駆動面に加圧接触し、回転駆動される。なお、加圧部材１９とベアリング受け部材２１との間には、加圧力調整ワッシャーを設けて、超音波モータ１０の駆動に適正な加圧力が得られるようにしてもよい。
【００２５】
次に、本実施形態の振動子１１について詳述説明する。図４は、振動子１１を示す図である。図４（ａ）は、振動子１１を移動子１５側から見た図であり、図４（ｂ）は、ＸＺ平面に平行な矢印Ｓ１−Ｓ２断面での振動子１１の断面図であり、図４（ｃ）は、ＹＺ平面に平行な矢印Ｓ３−Ｓ４断面での振動子１１の断面図である。また、図４（ａ）中に破線で示される形状は、駆動面１２ｄに接する移動子１５の接触面１５ａの形状であり、接触面１５ａは、この破線で示された領域で駆動面１２ｄと接する。図示するように、本実施形態で振動子１１は、弾性体１２及び圧電体１３を含めて外形が楕円形状である。
【００２６】
このように振動子１１の外形を楕円形状にしたのは以下の理由による。本実施形態の場合、図２に示すように、超音波モータ１０は、カム筒６と筐体９との間の円環状の隙間に配置されるものである。振動子１１が楕円形状でなく、外形が真円形の場合、その径の大きさはカム筒６と筐体９との間の幅に限定されるため、圧電体の静電容量も限定される。
【００２７】
しかし圧電体は、楕円形にした場合、長径が大きくなるにつれて静電容量が大きくなる。それは、厚さや誘電率等の条件を一定とした場合に、圧電体の静電容量は、圧電体が分極された領域の面積に比例するため、圧電体の面積を広くすることにより、分極される領域を広くすることができるからである。つまり、圧電体と弾性体との接合面の面積が広くなれば、圧電体が分極される領域を広くとることができ、圧電体の静電容量を大きくできる。これにより、より大きな駆動力が得られるからである。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、振動子１１（圧電体１３）が楕円形状であるので、一方向（本実施形態ではＹ方向）に十分なスペースをとることができない、例えばカム筒６と筐体９との間の円環状の隙間のような場所に配置することができるとともに、そのスペースを利用して最大限大きなトルクを得ることができる。
【００２９】
しかし、振動子１１（圧電体１３、弾性体１２）の形状を楕円形状のような真円以外とした場合、図５に示す比較形態の場合、長径ａ側では弾性体１２の径方向の幅が広いので短径ｂ側と比べて曲げ剛性が高くなる。すなわち、曲げ剛性が移動体の移動方向θで異なり、振動振幅が移動子１５の移動方向θで均等に発生しない可能性がある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、櫛歯部１２ａの溝３０の深さを不均一にしている。すなわち、長径ａ側では溝３０が深く、短径ｂ側では溝３０が浅い。図６（ａ）は移動体の移動方向θを横軸（径がａの位置をθ＝０として）、溝の深さ（すなわちベースの厚み）を縦軸としたグラフである。図中実線は図４に示す本実施形態、点線は図５に示す比較形態である。
【００３１】
また、図6（ｂ）は移動体の進行方向θを横軸（径がａの位置をθ＝０として）、曲げ剛性を縦軸としたグラフである。図６（ｂ）も同様に、図中実線は図４に示す本実施形態、点線は図５に示す比較形態である。図示するように、比較形態では、短径ｂ近辺（θ＝π／２、３π／２）では曲げ剛性が低く、長径ａ近辺（θ＝０、π、２π）では曲げ剛性が高い。
【００３２】
しかし、本実施形態では、図６（ａ）で実線で示すように、短径ｂ近辺（θ＝π／２、３π／２）に比べて長径ａ近辺（θ＝０、π、２π）では溝３０が深い（ベース部１２ｂが薄い）。したがって、長径ａ側では径方向に幅が広いが溝３０が深く、短径ｂ側は径方向に幅が狭いが溝３０が浅くなっており、径方向の幅と溝３０の深さとの、剛性に対する影響が互いに相殺されて、長径ａ側と短径ｂ側における剛性の差が図６（ｂ）に実線で示すように比較形態と比べて小さくなる。
【００３３】
以上、本実施形態による以下の効果を有する。
（１）振動子１１（圧電体１３）が楕円形状であるので、一方向（本実施形態ではＹ方向）に十分なスペースをとることができない場所に配置することができ、そのスペースを利用して最大限大きなトルクを得ることができる。
（２）長径ａ側では径方向に幅が広いが溝３０が深く、短径ｂ側は径方向に幅が狭いが溝３０が浅くなっている。したがって、径方向の幅と溝３０の深さとの、剛性への影響が互いに相殺されて、長径ａ側と短径ｂ側における剛性の差が小さくなる。したがって限定されたスペースにも配置可能で且つ駆動性能の良好な超音波モータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。
【００３４】
（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能である。
【００３５】
（１）上述の実施形態で弾性体１２の外形を楕円柱形状としたが、本発明はこれに限定されない。図７に示すように、弾性体３２の外形を楕円錐形状の上部を切り取った形状としてもよい。この場合においても上述の実施形態と同様に長径ａ側で剛性が高くなるが、上端の角部がないため実施形態より短径側との剛性の差が小さい。ゆえに溝４０の深さの長径ａ側と短径側との差は、実施形態より小さくてもよい。
【００３６】
（２）上述の実施形態では、剛性に対する径の影響を溝の深さにより相殺させる形態について説明したが、剛性に対する径の影響は、弾性体の材質により相殺してもよい。例えば、長径側の材質を、短径側の材質よりヤング率が小さいものを使用することができる。このようにすることにより、楕円形状の弾性体であっても、上述の実施形態と同様に剛性を均一にすることができる。
【００３７】
（３）上述の実施形態では、剛性に対する径の影響を溝の深さにより相殺させる形態について説明したが、剛性に対する径の影響は、弾性体の密度により相殺してもよい。例えば、長径側に短径側より密度が小さいものを使用することができる。このようにすることにより、楕円形状の弾性体であっても、上述の実施形態と同様に剛性を均一にすることができる。
【００３８】
（４）上述の実施形態において、圧電体１３及び弾性体１２の外形が楕円形状である例を示したが、これに限らず、例えば、多角形形状として、その形状に合わせて溝の深さや材質を変更してもよい。
【００３９】
（５）各実施形態において、移動子が回転駆動される超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、移動子が直線方向に駆動されるリニア型の振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４０】
（６）各実施形態において、超音波領域の振動を用いる超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波領域以外の振動を用いる振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４１】
（７）各実施形態において、超音波モータは、フォーカス動作時にレンズの駆動に用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズのズーム動作時の駆動に用いられる超音波モータとしてもよい。
【００４２】
（８）各実施形態において、超音波モータは、カメラに用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、複写機の駆動部や、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部に用いてもよい。
なお、上述の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各実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００４３】
１：カメラ、３:レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１２ａ：櫛歯部、１２ｂ：ベース部、１３：圧電体、１５：移動子、３０：溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラ
に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、圧電体の伸縮を利用して、弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させるものであり、この進行波によって、駆動面には楕円運動が生じ、楕円運動の波頭に加圧接触した移動子は駆動される（特許文献１参照）。このような圧電アクチュエータは、低回転でも高トルクを有するといった特徴がある。このため、駆動装置に搭載した場合に駆動装置のギアを省略することができ、ギア騒音を無くす、位置決め精度が向上できるといったような利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平１−１７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年のデジタルカメラまたはレンズ鏡筒のコンパクト化に伴い、振動アクチュエータを配置するスペースも限定されてきている。しかし、振動アクチュエータをスペースに合わせて全体的に小型化した場合、振動子の径が短くなるため、発生トルクが低下する傾向にある。
【０００５】
本発明の課題は、限定されたスペースにも配置可能で且つ駆動性能の良好な振動アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の前記相対移動部材（１５）側は、櫛歯状となるように複数の溝（３０）が形成され、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における前記溝（３０）の深さは、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項２に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）は、前記相対移動部材（１５）側に設けられた櫛歯部（１２ａ）と、前記電気機械変換素子（１３）側に設けられたベース部（１２ｂ）と備え、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における前記ベース部（１２ｂ）の厚みは前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項３に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）のヤング率は、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項４に記載の発明は、電気機械変換素子（１３）に接触して設けられ、前記電気機械変換素子（１３）の駆動により振動波を生じる弾性体（１２）と、前記弾性体（１２）と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体（１２）に対して相対移動される相対移動部材（１５）と、を備える振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の密度は、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における厚みは、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って一定であること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）と交差する方向における幅は、前記相対移動部材（１５）の相対移動方向（θ）に沿って異なること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の振動アクチュエータ（１０）であって、前記弾性体（１２）の外形は、楕円形状であること、を特徴とする振動アクチュエータ（１０）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるレンズ鏡筒（３）である。
請求項９に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるカメラ（１）である。
なお、符号を付して説明した構成は、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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、限定されたスペースにも配置可能で且つ駆動性能の良好な振動アクチュエータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態のカメラを説明する図である。
【図２】カメラにおけるレンズ鏡筒内部を被写体側から見た図である。
【図３】一実施形態の超音波モータの断面図である。
【図４】一実施形態の振動子を示す図である。
【図５】比較形態の振動子を示す図である。
【図６】移動体の進行方向を横軸として、溝の深さを縦軸としたグラフである。
【図７】変形形態の振動子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして、超音波モータを例に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態のカメラ１を説明する図である。図２はカメラ１におけるレンズ鏡筒３内部を被写体側から見た図である。カメラ１は、撮像素子８を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
【００１２】
レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、超音波モータ１０、及びこれらを包囲する筐体９等を備えている。本実施形態では、超音波モータ１０は、図２に示すように、カム筒６と筐体９との間の円環状の隙間に配置されるものである。超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ７を駆動する駆動源として用いられる。超音波モータ１０から得られた駆動力は、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向（図１中に示す、矢印Ｌ方向）に略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
【００１３】
図１において、レンズ鏡筒３内に設けられた不図示のレンズ群（レンズ７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。
【００１４】
図３は、第１実施形態の超音波モータ１０の断面図である。なお、理解を容易にするために、図３及び後述の図４には、ＸＹＺ直交座標系を設けた。出力軸１８の軸方向に平行な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向において移動子１５側に向かう方向をＺ軸プラス方向とした。そして、Ｚ軸プラス方向（移動子１５側）から見た振動子１１の外形の楕円形状の長径（長軸、図４参照）に平行な方向をＸ軸方向、短径（短軸、図４参照）に平行な方向をＹ軸方向とする。
【００１５】
第１実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１、移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合された圧電体１３とを有する中空形状の部材である。弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料によって形成された部材である。弾性体１２は、外形が略楕円形状である中空形状（図３（ａ）参照）であり、この弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃ等を有する。
【００１６】
櫛歯部１２ａは、移動子１５と接触する側の面に、複数の溝３０を切ることにより形成され、この櫛歯部１２ａの先端面は、移動子１５に加圧接触され、移動子１５を駆動する駆動面１２ｄとなる。この駆動面には、Ｎｉ−Ｐ（ニッケル−リン）メッキ等の潤滑性の表面処理が施されている。櫛歯部１２ａを設ける理由は、圧電体１３の伸縮により駆動面１２ｄ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１２ｄの進行波の振幅を増幅させるためである。
【００１７】
ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面に、圧電体１３が接合されている。フランジ部１２ｃは、弾性体１２の内径方向に突出した鍔状の部分であり、ベース部１２ｂの厚さ方向の中央に配置されている。このフランジ部１２ｃにより、振動子１１は、固定部材１６に固定されている。
【００１８】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子である。なお、本実施形態では、圧電体１３として圧電素子を用いたが、電歪素子等を用いてもよい。圧電体１３は、略平板形状であり、弾性体１２に接着剤を用いて接合されている。この圧電体１３には、駆動信号を入力するための不図示の電極部が形成されている。
【００１９】
フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３の電極部に接続されている。フレキシブルプリント基板１４は、圧電体１３に駆動信号を供給する機能を有する。このフレキシブルプリント基板１４から供給される駆動信号によって、圧電体１３が伸縮することにより、弾性体１２を励振し、弾性体１２の駆動面に進行波が発生する。本実施形態では、４波の進行波が発生している。
【００２０】
移動子１５は、弾性体１２の駆動面に生じる進行波によって回転駆動される部材である。移動子１５は、アルミニウム等の軽金属によって形成された略円盤形状の部材であり、振動子１１（弾性体１２の駆動面１２ｄ）に接触する接触面１５ａを有する。接触面１５ａは、略円環形状であり、接触面１５ａの表面には、耐磨耗性向上のためのアルマイト等の表面処理が施されている。出力軸１８は、略円柱形状の部材である。出力軸１８は、一方の端部がゴム部材２３を介して移動子１５に接しており、移動子１５と一体に回転するように設けられている。
【００２１】
ゴム部材２３は、ゴムにより形成された略円環形状の部材である。このゴム部材２３は、ゴムによる粘弾性で移動子１５と出力軸１８とを一体に回転可能とする機能と、移動子１５からの振動を出力軸１８へ伝えないように振動を吸収する機能とを有しており、ブチルゴム、シリコンゴム、プロピレンゴム等が用いられている。
【００２２】
加圧部材１９は、振動子１１と移動子１５とを加圧接触させる加圧力を発生する部材である。この加圧部材１９は、ギア４とベアリング受け部材２１との間に設けられている。本実施形態では、加圧部材１９は、圧縮コイルバネを用いているが、これに限定されるものではない。
【００２３】
ギア４は、出力軸１８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅリング等のストッパ２２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸１８と一体となるように設けられている。ギア４は、出力軸１８の回転とともに回転することにより、ギア５（図１参照）に駆動力を伝達する。
【００２４】
また、ベアリング受け部材２１は、ベアリング１７の内径側に配置され、ベアリング１７は、固定部材１６の内径側に配置された構造となっている。加圧部材１９は、振動子１１を移動子１５側へ、出力軸１８の軸方向に加圧しており、この加圧力によって、移動子１５は、振動子１１の駆動面に加圧接触し、回転駆動される。なお、加圧部材１９とベアリング受け部材２１との間には、加圧力調整ワッシャーを設けて、超音波モータ１０の駆動に適正な加圧力が得られるようにしてもよい。
【００２５】
次に、本実施形態の振動子１１について詳述説明する。図４は、振動子１１を示す図である。図４（ａ）は、振動子１１を移動子１５側から見た図であり、図４（ｂ）は、ＸＺ平面に平行な矢印Ｓ１−Ｓ２断面での振動子１１の断面図であり、図４（ｃ）は、ＹＺ平面に平行な矢印Ｓ３−Ｓ４断面での振動子１１の断面図である。また、図４（ａ）中に破線で示される形状は、駆動面１２ｄに接する移動子１５の接触面１５ａの形状であり、接触面１５ａは、この破線で示された領域で駆動面１２ｄと接する。図示するように、本実施形態で振動子１１は、弾性体１２及び圧電体１３を含めて外形が楕円形状である。
【００２６】
このように振動子１１の外形を楕円形状にしたのは以下の理由による。本実施形態の場合、図２に示すように、超音波モータ１０は、カム筒６と筐体９との間の円環状の隙間に配置されるものである。振動子１１が楕円形状でなく、外形が真円形の場合、その径の大きさはカム筒６と筐体９との間の幅に限定されるため、圧電体の静電容量も限定される。
【００２７】
しかし圧電体は、楕円形にした場合、長径が大きくなるにつれて静電容量が大きくなる。それは、厚さや誘電率等の条件を一定とした場合に、圧電体の静電容量は、圧電体が分極された領域の面積に比例するため、圧電体の面積を広くすることにより、分極される領域を広くすることができるからである。つまり、圧電体と弾性体との接合面の面積が広くなれば、圧電体が分極される領域を広くとることができ、圧電体の静電容量を大きくできる。これにより、より大きな駆動力が得られるからである。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、振動子１１（圧電体１３）が楕円形状であるので、一方向（本実施形態ではＹ方向）に十分なスペースをとることができない、例えばカム筒６と筐体９との間の円環状の隙間のような場所に配置することができるとともに、そのスペースを利用して最大限大きなトルクを得ることができる。
【００２９】
しかし、振動子１１（圧電体１３、弾性体１２）の形状を楕円形状のような真円以外とした場合、図５に示す比較形態の場合、長径ａ側では弾性体１２の径方向の幅が広いので短径ｂ側と比べて曲げ剛性が高くなる。すなわち、曲げ剛性が移動体の移動方向θで異なり、振動振幅が移動子１５の移動方向θで均等に発生しない可能性がある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、櫛歯部１２ａの溝３０の深さを不均一にしている。すなわち、長径ａ側では溝３０が深く、短径ｂ側では溝３０が浅い。図６（ａ）は移動体の移動方向θを横軸（径がａの位置をθ＝０として）、溝の深さ（すなわちベースの厚み）を縦軸としたグラフである。図中実線は図４に示す本実施形態、点線は図５に示す比較形態である。
【００３１】
また、図6（ｂ）は移動体の進行方向θを横軸（径がａの位置をθ＝０として）、曲げ剛性を縦軸としたグラフである。図６（ｂ）も同様に、図中実線は図４に示す本実施形態、点線は図５に示す比較形態である。図示するように、比較形態では、短径ｂ近辺（θ＝π／２、３π／２）では曲げ剛性が低く、長径ａ近辺（θ＝０、π、２π）では曲げ剛性が高い。
【００３２】
しかし、本実施形態では、図６（ａ）で実線で示すように、短径ｂ近辺（θ＝π／２、３π／２）に比べて長径ａ近辺（θ＝０、π、２π）では溝３０が深い（ベース部１２ｂが薄い）。したがって、長径ａ側では径方向に幅が広いが溝３０が深く、短径ｂ側は径方向に幅が狭いが溝３０が浅くなっており、径方向の幅と溝３０の深さとの、剛性に対する影響が互いに相殺されて、長径ａ側と短径ｂ側における剛性の差が図６（ｂ）に実線で示すように比較形態と比べて小さくなる。
【００３３】
以上、本実施形態による以下の効果を有する。
（１）振動子１１（圧電体１３）が楕円形状であるので、一方向（本実施形態ではＹ方向）に十分なスペースをとることができない場所に配置することができ、そのスペースを利用して最大限大きなトルクを得ることができる。
（２）長径ａ側では径方向に幅が広いが溝３０が深く、短径ｂ側は径方向に幅が狭いが溝３０が浅くなっている。したがって、径方向の幅と溝３０の深さとの、剛性への影響が互いに相殺されて、長径ａ側と短径ｂ側における剛性の差が小さくなる。したがって限定されたスペースにも配置可能で且つ駆動性能の良好な超音波モータ、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。
【００３４】
（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能である。
【００３５】
（１）上述の実施形態で弾性体１２の外形を楕円柱形状としたが、本発明はこれに限定されない。図７に示すように、弾性体３２の外形を楕円錐形状の上部を切り取った形状としてもよい。この場合においても上述の実施形態と同様に長径ａ側で剛性が高くなるが、上端の角部がないため実施形態より短径側との剛性の差が小さい。ゆえに溝４０の深さの長径ａ側と短径側との差は、実施形態より小さくてもよい。
【００３６】
（２）上述の実施形態では、剛性に対する径の影響を溝の深さにより相殺させる形態について説明したが、剛性に対する径の影響は、弾性体の材質により相殺してもよい。例えば、長径側の材質を、短径側の材質よりヤング率が小さいものを使用することができる。このようにすることにより、楕円形状の弾性体であっても、上述の実施形態と同様に剛性を均一にすることができる。
【００３７】
（３）上述の実施形態では、剛性に対する径の影響を溝の深さにより相殺させる形態について説明したが、剛性に対する径の影響は、弾性体の密度により相殺してもよい。例えば、長径側に短径側より密度が小さいものを使用することができる。このようにすることにより、楕円形状の弾性体であっても、上述の実施形態と同様に剛性を均一にすることができる。
【００３８】
（４）上述の実施形態において、圧電体１３及び弾性体１２の外形が楕円形状である例を示したが、これに限らず、例えば、多角形形状として、その形状に合わせて溝の深さや材質を変更してもよい。
【００３９】
（５）各実施形態において、移動子が回転駆動される超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、移動子が直線方向に駆動されるリニア型の振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４０】
（６）各実施形態において、超音波領域の振動を用いる超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波領域以外の振動を用いる振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４１】
（７）各実施形態において、超音波モータは、フォーカス動作時にレンズの駆動に用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズのズーム動作時の駆動に用いられる超音波モータとしてもよい。
【００４２】
（８）各実施形態において、超音波モータは、カメラに用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、複写機の駆動部や、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部に用いてもよい。
なお、上述の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各実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００４３】
１：カメラ、３:レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１２ａ：櫛歯部、１２ｂ：ベース部、１３：圧電体、１５：移動子、３０：溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体の前記相対移動部材側は、櫛歯状となるように複数の溝が形成され、
前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における前記溝の深さは、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体は、前記相対移動部材側に設けられた櫛歯部と、前記電気機械変換素子側に設けられたベース部と備え、
前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における前記ベース部の厚みは前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体のヤング率は、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体の密度は、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータであって、
前記弾性体の、前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における厚みは、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って一定であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータであって、
前記弾性体の、前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における幅は、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の振動アクチュエータであって、
前記弾性体の外形は、楕円形状であること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラ。
【請求項１】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体の前記相対移動部材側は、櫛歯状となるように複数の溝が形成され、
前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における前記溝の深さは、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体は、前記相対移動部材側に設けられた櫛歯部と、前記電気機械変換素子側に設けられたベース部と備え、
前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における前記ベース部の厚みは前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体のヤング率は、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
電気機械変換素子に接触して設けられ、前記電気機械変換素子の駆動により振動波を生じる弾性体と、前記弾性体と加圧接触し、前記振動波によって前記弾性体に対して相対移動される相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性体の密度は、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータであって、
前記弾性体の、前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における厚みは、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って一定であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータであって、
前記弾性体の、前記相対移動部材の相対移動方向と交差する方向における幅は、前記相対移動部材の相対移動方向に沿って異なること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の振動アクチュエータであって、
前記弾性体の外形は、楕円形状であること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２３９７８０（Ｐ２０１０−２３９７８０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８５３２５（Ｐ２００９−８５３２５）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【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１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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