JP6188366B2 - アクチュエータ及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータ及びアクチュエータによって駆動される光学部材を有する光学機器に関するものである。

従来のリニア駆動型の超音波モータ（以下、リニア超音波モータと称する。）においては、高周波電圧を印加することで超音波域の周期的な振動を発生する圧電素子を振動子とし、これに圧接した摺動部材を該振動により駆動する技術が知られている。

リニア超音波モータとして、例えば特許文献１に開示される構成が例示される。該構成では、振動体(本件の振動子)の振動節部を支持する機能と、振動体を加圧し振動体とレール(本件の摺動部材)に摩擦力を生じさせる機能と、が配される。これら機能は、一つのバネ部材と複数のゴムシートを用い、このバネ部材を固定板と振動体との間に、それぞれゴムシートを介して組み込むことで得られている。そして、振動子はレールに対して圧接される。この結果、振動体の超音波振動により、レールが摩擦駆動される。この時、レールの振動体と接する側と逆の面には回転部材が配置され、レールの摺動抵抗を低減しつつこの移動が可能となるように支持している。このように、レールを振動体と回転部材とで挟持することにより、上述した圧接力は固定板とレールとの間で閉じた構造となっている。

特開２００１−２９２５８４号公報

特許文献１に開示されるような構成をとった場合、回転部材、レール、振動体、バネ部材、及び固定板が加圧方向に対して直列に配置される。このため、駆動部及び被駆動部を含めたモータとしての厚さが増してしまうという問題が発生する。

本発明の目的は、このような課題を鑑みて為されたものであって、加圧方向に対して厚さを低減したアクチュエータを実現することである。

上記目的を達成するために、本発明の一実施態様に係るアクチュエータは、
駆動信号が供給されることにより振動を発する振動子と、
前記振動子に圧接されていて、前記振動により前記振動子と相対的な移動が可能なスライダーと、
前記振動子を支持する支持部材と、
前記支持部材と相対的に移動可能な複数の転動部材を使って、前記振動子と前記スライダーの相対移動の方向に前記振動子と前記スライダーの相対移動をガイドする複数のガイド部と、
前記振動子と前記スライダーが接触面で互いに圧接される方向に加圧力を加える加圧部と、を有し、
前記加圧部の少なくとも一部と前記複数の転動部材の少なくとも一部が前記接触面と平行な面内に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、加圧方向に対して厚さを低減したアクチュエータの提供が可能となる。

本発明の一実施例に係るリニア超音波モータをデジタルカメラ等に適用した形態であって、フォーカス駆動機構についての要部斜視図である。 図１に示す実施例において、振動子と連結部材、そして圧電素子の位置関係をあらわす要部斜視図である。 図１に示す実施例において、リニア超音波モータが組み込まれたレンズ保持部材の駆動機構全体を表す要部斜視図である。 図３に示す構成において、の加圧バネの中心を通り且つ光軸に対して直角方向の断面の形態を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べるリニア超音波モータは、デジタルカメラのレンズ保持部材を駆動するためのアクチュエータとしてこれを用い、ユニット化した場合についての例である。しかし、本発明の使用態様はこれに限定されない。

また、本明細書において、リニア超音波モータ等の構造及び動きを明確にするために、図中の同一部材については同一の参照番号を用いて説明する。また、後述する光軸に沿った方向をＸ軸と定義し、振動子における接触部の法線に沿った方向をＺ軸、及びこれらＸ軸及びＺ軸に垂直な方向をＹ軸とする。従って、後述する図１、図２（ａ）及び３はＸ、Ｙ、Ｚ軸からなる三次元中の図として、図２（ｂ）はＸ、Ｚ座標系での二次元平面図として、図４はＹ、Ｚ座標系での二次元平面図として示される。なお、これらＸ、Ｙ、Ｚの座標系は説明の便宜上のものであって、実際の発明はこれら定義により限定されるものではない。

図１は本発明の一実施例であって、デジタルカメラ等に適用されるフォーカス駆動機構として用いられているリニア超音波モータを表わす要部斜視図である。１０１は振動板であり、被接合部１０１ａが連結部材１０２の接合部１０２ａに対して溶接などにより固定される。振動子は、振動板１０１、接合部１０２及び圧電素子１０３より構成される。

図２は、振動板１０１と連結部材１０２、そして圧電素子１０３からなる振動子をあらわす要部斜視図である。振動板１０１には図２（ａ）に示すように、圧電素子１０３が公知の接着剤などにより固着されている。圧電素子１０３は高周波電圧が印加されると、振動板１０１がＸ軸方向である長手方向、Ｙ軸方向である短手方向、にそれぞれ共振を起こすように設定されている。その結果、図２（ｂ）において矢印で示すように、振動板１０１に形成された圧接部１０１ｂの先端が楕円運動を起こす。この圧電素子１０３に印加する高周波電圧の周波数や位相を変えることで、該楕円運動の回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを発生させることができる。即ち該振動子は高周波駆動電圧の印加により超音波振動を発する。該圧接部１０１ｂは、相手部品として相対摺動部材として機能するスライダー（図１中、１０４）に圧接されている。該圧接部１０１ｂの楕円運動を、当接するスライダー１０４に対して摩擦力を介して駆動力として伝える。これにより、スライダー１０４は超音波振動によって、該振動子との間において光軸(Ｘ軸、図中記載)に沿って相対的に移動させることが可能となる。また、該振動子を介して、これを支持する振動子支持部材も、該スライダー１０４に対する相対移動を行なうこととなる。

図１中、１０５は振動子支持部材であって、振動板１０１が固定された連結部材１０２のねじ止め部１０２ｂが４本のネジ１０６により、所定の取り付け位置にてこれに固定される。１０７は加圧板であり後述のように弾性部材１０８を挟んで、前述圧電素子１０３を押圧保持するように構成されている。該弾性部材１０８は例えばゴム等からなる均一な厚さを有するシート状の部材より構成されることが好ましい。該弾性部材１０８を配することにより、後述する加圧板１０７より振動子に加えられる加圧力の分散、適正化を図る効果が得られる。

１１０は加圧バネ保持部材、１１１は加圧バネ、１１２は加圧バネ地板である。加圧バネ保持部材１１０と、加圧バネ地板１１２とは、その間に加圧バネ１１１を挟んだ状態で配置される。加圧バネ地板１１２は加圧バネ１１１の一方の端部を支持し、加圧バネ保持部材１１０は該加圧バネ１１１の他方の端部を支持し、一部が加圧バネ１１１の内部にはまり込む。これにより、該加圧バネ１１１はこれら加圧バネ地板１１２と加圧バネ保持部材１１０との間に安定して挟持される。該加圧バネ地板１１２と加圧バネ保持部材１１０との間は、加圧方向であるＺ軸方向において該加圧バネ１１１が伸縮自在となるように構成されている。また、加圧バネ地板１１２は加圧バネ１１１を支持する側とは対向する側の面において振動子支持部材１０５に当接して、加圧方向の動きを規制されている。なお、本実施例では加圧力を得るために中央に貫通孔を有する所謂皿バネを用いているが、後述する取付け状態で圧縮された状態であればこれに限定されない。また該貫通孔は、加圧バネ保持部材１１０の一部がこれを貫通することにより加圧方向以外の該バネの動きを規制することが好ましい。これによりバネより好適な加圧力が得られるが、コスト、スペース等の観点からこれを他の弾性部材と置き換えることも可能である。

１１３は、振動子支持部材１０５の当接部１０５ａに固定されるガイド部の一部を構成する移動板である。該移動板１１３には、転動部材であるボール１１４が嵌入し、前述振動子支持部材１０５を光軸方向にガイドする、３か所のＸ軸方向に延在するＶ溝部１１３ａが形成されている。該Ｖ溝部１１３ａはＹＺ平面においてＶ字状の断面を有し、振動子の相対移動の方向に対して平行に配置される。１１５はカバープレートで、ユニット地板１１６に対してネジ１１７によって固定される。該カバープレート１１５も前述ガイド部の一部を構成しており、上述した移動板１１３のＶ溝部１１３ａに対抗する位置に設けられたＶ溝部１１５ａと平面部１１５ｂ（図４参照）とによって、前述ボール１１４を挟持する。なお、Ｖ溝部１１５ａはＹＺ平面においてＶ字状の断面を、平面部１１５ｂはＶ溝部１１３ａのＶ字の開口と対向してＸＹ平面に延在する平坦底面となる断面を、各々有する。これにより、振動子支持部材１０５をガタなく光軸方向に沿って進退可能に支持することを可能としている。

本実施例において、ガイド部は、相対移動の方向であるＸ軸を含み、加圧部による振動子の加圧方向（Ｚ軸）と交差する平面（ＸＹ平面）において、振動子を圧接する位置を挟むことが好ましい。なお、当該平面はＸＹ平面に限定されず、リニア超音波モータの使用態様に応じて適宜傾斜させることも可能である。また、該ガイド部は、振動子支持部材１０５に固定される側の構成に配置されるＶ溝部１１３ａと、該Ｖ溝部１１３ａと対向する位置に配されるＶ溝部１１５ａと平面部１１５ｂとからなる対応溝を有する押さえ部材とを有することが好ましい。当該溝形状は加工の容易さ、転動部材としてボール１１４を用いた場合の低摩擦性等により好ましいが、転動部材の構造等に応じて変更しても良い。ガイド部は、この転動部材も包含する。また、このＶ溝部と対応溝との対は本実施例の如く２対を移動方向上で同一直線状に配置し、前述した平面において加圧部を中心としてこれら２対とは異なる位置に更に１対配置するように３対配置することが好ましい。これにより相対移動時の際のいわゆるガタ等が抑制される。しかし、相対移動させるべき距離に応じてこれら対の数を増やしても良い。

前述したユニット地板１１６におけるスライダー組み込み部１１６ａには、スライダー１０４がネジ１１８で固定される。１１９はユニット保持板であり、ユニット地板１１６の底面部に複数のネジ１２０により締結される。また、これらはたとえばデジタルカメラなど、撮影機器における不図示の地板固定部に公知のネジや接着などにより固定されることとなる。ここまでの構成により、本発明にかかわるリニア超音波モータのモータユニットが完成する。

次に光学レンズを保持するレンズ保持部材との連結方法に関して説明する。１２１はデジタルカメラなどの合焦レンズやズームレンズの一部を構成するレンズ保持部材で、光学レンズ１２２が嵌合部１２１ｅに固定されている。該レンズ保持部材１２１は、嵌合穴１２１ａ及び振れ止め嵌合部１２１ｂを有する。嵌合穴１２１ａは、ガイドバー(図３中、３０１)と相対摺動自在に嵌合する。また、振れ止め嵌合部１２１ｂは、振れ止めバー(図３中、３０２)と相対摺動自在に嵌合するとともに、該レンズ保持部材の前記ガイドバー周りの回転を規制する。以上の構成により、レンズ保持部材１２１の光軸方向への進退を可能としている。該レンズ保持部材１２１にはさらにラック保持部１２１ｃが形成され、公知のラック１２３が組み込まれている。

該ラック１２３は、レンズ保持部材１２１に組み込まれた状態においては、公知の圧縮トーションバネ（図３中、３０３）の作用により自身が図中時計方向に回転付勢される。同時に、圧縮トーションバネによって、該ラック１２３がレンズ保持部材１２１の係合穴１２１ｄに対して押圧支持されることで、光軸方向のラック１２３のガタが吸収される。その結果、ラック１２３は、レンズ保持部材１２１と一体となって、光軸方向に進退する。

組み込み状態においては、ラック１２３の先端係合部１２３ａを前述振動子支持部材１０５のラック組み込み部１０５ｂに形成された係合突部１０５ｃ（図４参照）に係合するように組み込まれる。

上述までの構成で、本実施例のリニア超音波モータが組み込まれたレンズ保持部材１２１の駆動機構が完成する。図３は当該リニア超音波モータが組み込まれたレンズ保持部材の駆動機構全体を表す要部斜視図である。図中構成部品には図１の説明で用いた符号と同じ符号が付してある。

図４は図３中の加圧バネ１１１の中心を通り且つ光軸と直角な方向に延在する平面での断面図である。本図中に示される構成部品においても図１の説明で用いた符号と同じ符号が付してある。ガイド部を構成する移動板１１３、ボール１１４、カバープレート１１５を含む領域を領域４Ａ（ハッチング部）として同図中に示す。該ガイド部は、振動子支持部材１０５のスライダー１０４に対する相対的な移動の際の移動方向をガイドする。また、加圧部を構成する加圧バネ保持部材１１０、加圧バネ１１１、加圧バネ地板１１２を含む領域を領域４Ｂ（不均等ハッチング部）として同図中に示す。該加圧部は、前述したように振動子をスライダー１０４に対して圧接させる。これら領域４Ａ及び領域４Ｂは、加圧方向において少なくともその一部が同じ高さに位置するように配置される。言い換えれば、Ｘ軸と振動子における接触部とを含む平面（本例ではＸＹ平面）からの距離が、加圧部とガイド部とにおいて少なくとも一部が等距離となるように配置される。なお、当該平面は前述したように、リニア超音波モータの使用態様に応じて、Ｘ軸回りに適宜傾けることとしても良い。また、前述した弾性部材１０８は、当該平面からの距離がガイド部及び加圧部とは異なり、これらより近くすることが好ましい。これにより弾性部材１０８によるか圧力の意図しない方向への分散が抑制できる。以上に述べた構成を配することにより駆動部の薄型化を達成したリニア超音波モータからなるアクチュエータの構築を可能としている。

上述のように各構成部品が組み込まれた状態において、図４に示すように加圧バネ１１１は加圧バネ保持部材１１０を介して加圧板１０７を加圧する。この加圧力が弾性部材１０８をさらに圧縮し、該弾性部材１０８を介して圧電素子１０３、振動板１０１を図中下方に付勢する力を発生する。

振動板１０１は前述のように、被接合部１０１ａが連結部材１０２の接合部１０２ａに対して溶接などにより固定され、さらに連結部材のねじ止め部１０２ｂがネジ１０６により、振動子支持部材１０５に固定されている。この時、振動板１０１および圧電素子１０３に加圧力がかかると、振動板１０１の圧接部１０１ｄ先端はスライダー１０４に圧接される。本実施例において、連結部材１０２は厚さ0.1mm程度の可撓性を有する材料で構成されているので、該加圧力を受けた時加圧方向に対してはほぼ抵抗なく変位し、前述加圧バネ１１１の加圧力がほぼその大きさを変えずに振動板１０１に付加されることとなる。

この状態において前述の通り圧電素子１０３へ高周波電圧が印加されると、振動板１０１は長手方向、短手方向、それぞれ共振を起こす。この結果、振動板１０１が溶接固定された連結部材１０２、そして該連結部材１０２が固定された振動子支持部材１０５が、レール１０４に対して相対的に光軸方向に進退する。この動きは、前述の通り振動子支持部材１０５のラック組み込み部１０５ｂに形成された図外の係合突部１０５ｃを介して、ラック１２３へと伝達される。以上の操作によりレンズ保持部材１２１を光軸に沿って進退させることで、たとえばデジタルカメラなど、撮影レンズの合焦動作を可能とする。

以上、本発明に関わるリニア駆動型超音波モータに関してその具体例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求項記載の範囲に示したものであればどのような形態をとることも可能である。

本発明は、例えば光学機器の合焦レンズ等の制御に用いることが可能であり、これにより光学機器の制御性、或いは信頼性を向上させるという効果も得られる。

１０１、振動板
１０２、連結部材
１０３、圧電素子
１０４、スライダー
１０５、振動子支持部材
１０６、１１７、１１８、１２０、ネジ
１０７、加圧板
１０８、弾性部材
１１０、加圧バネ保持部材
１１１、加圧バネ
１１２，加圧バネ地板
１１３、移動板
１１４、ボール
１１５、カバープレート
１１６、ユニット地板
１１９、ユニット保持版
１２１、レンズ保持部材
１２２、光学レンズ
１２３、ラック

Claims (16)

1. 駆動信号が供給されることにより振動を発する振動子と、
   前記振動子に圧接されていて、前記振動により前記振動子と相対的な移動が可能なスライダーと、
   前記振動子を支持する支持部材と、
   前記支持部材と相対的に移動可能な複数の転動部材を使って、前記振動子と前記スライダーの相対移動の方向に前記振動子と前記スライダーの相対移動をガイドする複数のガイド部と、
   前記振動子と前記スライダーが接触面で互いに圧接される方向に加圧力を加える加圧部と、を有し、
   前記加圧部の少なくとも一部と前記複数の転動部材の少なくとも一部が前記接触面と平行な面内に配置されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記加圧部が前記複数の転動部材の間に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記複数のガイド部は、それぞれ前記支持部材側に設けられた第１の溝部と、前記第１の溝部と面する位置に形成された第２の溝部を有する押さえ部材と、前記第１の溝部と前記第２の溝部に挟持される前記複数の転動部材の少なくとも１つにより構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１の溝部と前記第２の溝部の対は、前記加圧部のまわりに少なくとも３対配置されることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記第２の溝部のそれぞれは、底面が平坦な溝を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のアクチュエータ。
6. 前記第１の溝部と前記第２の溝部の対は、前記相対移動の方向にそって配置されることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
7. 前記第１の溝部と前記第２の溝部の対は、直線状に配置されることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
8. 前記加圧部と前記複数の転動部材は、前記圧接される方向に対して横に配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
9. 前記相対移動の方向は、前記接触面に含まれることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
10. 前記加圧部は、弾性部材を用いて前記振動子に加圧力を加えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
11. 前記加圧部は、前記弾性部材と前記複数の転動部材の少なくとも一部が、前記圧接される方向において前記接触面を含む平面から等距離となるように配置されることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ。
12. 前記弾性部材は、シート状の部材であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のアクチュエータ。
13. 前記加圧部は、前記圧接される方向に圧縮されたバネを有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
14. 前記バネは、前記圧接される方向に貫通する穴を有し、前記加圧部は、前記穴を貫通して前記バネの前記圧接される方向以外の動きを規制する規制部材を有することを特徴とする請求項１３に記載のアクチュエータ。
15. 前記振動子は、前記相対移動のための駆動信号によって超音波振動を発することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１項に記載されたアクチュエータによって駆動される光学部材を有する光学機器。

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