振動アクチュエータ、レンズユニット、および撮像装置。
【課題】弾性体の振動による外部の機器への影響を軽減す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は、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを備える。前記支持部は、前記振れ回り振動による前記弾性体の曲げに対して弾性を有してもよい。支持部は、前記弾性体を挿通させる開口を有する板状部材であってもよい。
【解決手段】振動アクチュエータは、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを備える。前記支持部は、前記振れ回り振動による前記弾性体の曲げに対して弾性を有してもよい。支持部は、前記弾性体を挿通させる開口を有する板状部材であってもよい。
【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に関する。より詳細には、電気機械変換素子を用いて形成された電気機械変換部を有する振動アクチュエータ、並びに当該振動アクチュエータを備えるレンズユニットおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波帯域の振動を回転運動または直線運動に変換して出力する振動アクチュエータがある。振動アクチュエータは、圧電材料等を用いて形成された電気機械変換部を備え、周期的に変化する駆動電圧を電気機械変換部に印加することより生じた振動を、回転運動または直線運動に変換して外部の被駆動部材に伝達する。
【０００３】
この種の振動アクチュエータは、高い応答速度、高い駆動トルクを有する他、動作音が小さい等の産業上有利な特徴を有する。また、エネルギー効率が高く、部品点数が少ないので小型化に適していることも知られている。
【０００４】
特許文献１には、送りネジ型超音波モータの構造が記載されている。この超音波モータは、両端付近の内面にネジ溝を切られた貫通穴を有する角柱状弾性体と、角柱状弾性体の側方４面に個々に装着された電気機械変換素子と、貫通穴に螺入挿通されたネジ棒とを備える。４枚の電気機械変換素子に位相が順次遅れた周期的な駆動電圧を印加することにより弾性体に振動が生じ、振動がネジ棒を軸方向に進退させる。
【０００５】
特許文献２にも、貫通穴を有すると共に側面に電気機械変換素子を装着された角柱状の弾性体と、貫通穴に挿通された回転子とを備えたチューブ型超音波モータが記載されている。弾性体はセラミックスにより形成され、高い耐久性、特に耐磨耗性を有する。
【特許文献１】米国特許第６９４０２０９号明細書
【特許文献２】特開２００７−０４９８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載された超音波モータが製品に実装された場合に、弾性体の振動が超音波モータの外部に伝達してしまう。これにより、製品の性能に影響をおよぼしてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを備える。支持部は、振れ回り振動による弾性体の曲げに対して弾性を有してもよい。
【０００８】
支持部は、弾性体を挿通させる開口を有する板状部材であってもよい。弾性体は、弾性体の角に切り欠き部を有し、支持部は、開口の周縁部の少なくとも一部を切り欠き部に嵌合させることによって、弾性体の角で、弾性体を支持してもよい。
【０００９】
電気機械変換部は、角柱の各側面に配置された複数の電気機械変換素子を有し、開口は、弾性体および複数の電気機械変換素子を挿通させ、切り欠き部は、一の電気機械変換素子と他の電気機械変換素子との間の、弾性体の角に設けられてもよい。弾性体は、四角柱であり、支持部は、弾性体の４つの角で、弾性体を支持してもよい。開口は、四角形であり、開口の四角形の辺は、支持部が弾性体を支持する位置における弾性体の断面の四角形の辺より長く、かつ支持部が弾性体を支持する位置における弾性体の断面の四角形の対角線より短く、支持部は、開口の四角形の辺で、弾性体の断面の四角形の角を支持してもよい。
【００１０】
本発明の第２の形態によると、レンズユニットは、光学部材、光学部材を収容するレンズ鏡筒、およびレンズ鏡筒の内部に設けられて、光学部材を駆動する振動アクチュエータを備える。振動アクチュエータは、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを有する。
【００１１】
本発明の第３の形態によると、撮像装置は、光学部材、光学部材を収容するレンズ鏡筒、およびレンズ鏡筒の内部に設けられて、光学部材を駆動する振動アクチュエータを備える。振動アクチュエータは、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを有する。
【００１２】
上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。しかしながら、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。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。
【００１４】
図１は、一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。なお、以下の記載においては、図面の表示に従って、各要素の軸方向の一端を上端、他端を下端と記載する。しかしながら、このような記載は、振動アクチュエータ１００の使用を、図示の方向に限定するものではない。
【００１５】
振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０と、弾性体１２０を振れ回り振動させる電気機械変換部１３０と、弾性体１２０の端部以外の振れ回り振動における腹で弾性体１２０の内面に接触して振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体１４０とを備える。また、振動アクチュエータ１００は、回転体１４０を回転自在に支持する軸受け部材１１０、１６０と、回転体１４０を付勢する付勢部材１５０と、回転体１４０の回転を外部に伝達する出力ギア１７０とを備える。さらに、振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する支持部１８０、１９０を備える。
【００１６】
回転体１４０は、円柱状の回転伝達軸１４４と、回転伝達軸１４４の軸方向の中程に形成された、円柱状の回転体接触部１４２とを一体的に有する。回転体接触部１４２の外径は、回転伝達軸１４４の外径より大きい。
【００１７】
弾性体１２０は、回転体１４０より短い筒型をなして、長手方向に貫通する貫通穴を有する。貫通穴は、円形の断面形状を有して、上端において回転体接触部１４２の外径より大きな内径を有する。また、貫通穴の端部近傍には、ネジ溝部１２２、２２２を有する。弾性体１２０は、四角柱であってよい。弾性体１２０は、四角柱以外の角柱であってもよい。
【００１８】
また、弾性体１２０は、外周面の長手方向の中程に、弾性体１２０の外径を減じる切り欠き部１１９を有する。切り欠き部１１９が形成された部分においては、弾性体１２０の肉厚が薄くなっている。なお、弾性体１２０は、種々の金属、プラスチックまたはセラミックスにより形成し得る。
【００１９】
さらに、弾性体１２０は、弾性体１２０の角に切り欠き部１０２および切り欠き部１０４を有する。具体的には、弾性体１２０の角における、長手方向の上端近傍に、切り欠き部１０２が形成されており、長手方向の下端近傍に、切り欠き部１０４が形成されている。
【００２０】
切り欠き部１０２、１０４は、弾性体１２０の外面の、一の電気機械変換素子と他の電気機械変換素子との間に設けられる。具体的には、切り欠き部１０２、１０４は、一の電気機械変換素子と他の電気機械変換素子との間の、弾性体１２０の４つの角に設けられる。
【００２１】
電気機械変換部１３０は、弾性体１２０の外面における、弾性体１２０の周方向の異なる位置に配置された３以上の電気機械変換素子を有する。特に、本実施形態の電気機械変換部１３０は、弾性体１２０がなす四角柱の各側面に配置された複数の電気機械変換素子を有する。
【００２２】
具体的には、電気機械変換部１３０は、弾性体１２０の外面における、弾性体１２０の周方向の異なる位置に配置された電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を有する。互いに略同じ寸法を有する電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の各々は、弾性体１２０の長手方向に長い矩形をなす。
【００２３】
電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含む。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む。
【００２４】
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。あるいは、弾性体１２０自体を担体にして、弾性体１２０の表面に圧電材料層を形成して、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を形成してもよい。圧電材料に駆動電圧を印加する場合に用いる電極は、ニッケル、金等の電極材料を、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してもよい。
【００２５】
支持部１８０は、取り付け穴１８２、１８４および開口１８６を有する。支持部１９０は、取り付け穴１９２、１９４および開口１９６を有する。支持部１８０、１９０は、互いに略同形状の円形の板状部材であってもよい。支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振れ回り振動による弾性体１２０の曲げに対して弾性を有する。
【００２６】
取り付け穴１８２、１８４、１９２、１９４は、円形であってよく、振動アクチュエータ１００を固定するための螺子等の固定部材を挿通させる。開口１８６、１９６は、弾性体１２０を挿通させる。
【００２７】
開口１８６、１９６は、四角形であってもよい。開口１８６、１９６の四角形の辺は、支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する位置における弾性体１２０の断面の四角形の辺より長く、かつ支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する位置における弾性体１２０の断面の四角形の対角線より短くてもよい。
【００２８】
支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する。支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の４つの角で、弾性体１２０を支持してよい。支持部１８０、１９０は、開口１８６、１９６の四角形の辺で、弾性体１２０の断面の四角形の角を支持してもよい。
【００２９】
具体的には、支持部１８０は、開口１８６の周縁部の少なくとも一部を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０２に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形の角で、弾性体１２０を支持する。同様に、支持部１９０は、開口１９６の周縁部の少なくとも一部を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形の角で、弾性体１２０を支持する。
【００３０】
たとえば、支持部１８０は、開口１８６の四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０が有する切り欠き部１０２に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形のそれぞれの角で、弾性体１２０を支持する。同様に、支持部１９０は、開口１９６の四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形のそれぞれ角で、弾性体１２０を支持する。
【００３１】
なお、支持部１８０、１９０の外形は、振動アクチュエータ１００を固定することが可能な形状であればよく、円形に限らない。支持部１８０、１９０は、１つまたは３つ以上の取り付け穴を有してもよい。取り付け穴１８２、１８４、１９２、１９４は、振動アクチュエータ１００を固定するための螺子等の固定部材を挿通させることが可能な形状であればよく、円形に限らない。開口１８６、１９６は、弾性体１２０の角で弾性体を支持することが可能な形状であればよく、四角形に限らない。
【００３２】
支持部１８０、１９０には、金属材料または樹脂材料を用いることが好ましいが、その他の材料を用いてもよい。また、支持部１８０、１９０には、スリットが設けられていてもよい。また、支持部１８０、１９０には、弾性体１２０の振動の性質に応じたスリットが設けられていてもよい。たとえば、支持部１８０、１９０には、同心円の周に沿った形状の一つまたは複数のスリットが設けられていてもよい。
【００３３】
軸受け部材１１０は、フランジ部１１１およびネジ山部１１２を有する。軸受け部材１６０も、フランジ部１６１およびネジ山部１６２を有する。フランジ部１１１、１６１は、弾性体１２０の断面がなす正方形と略同一の形状を有する。この正方形の各辺は、弾性体１２０の貫通穴の内径より長い。
【００３４】
さらに、フランジ部１１１、１６１の中央には、回転伝達軸１４４の外径と略同じ内径を有する軸受け部１１４、１６４が形成される。ネジ山部１１２、１６２は、弾性体１２０のネジ溝部１２２、２２２に螺合する寸法を有する。
【００３５】
付勢部材１５０は、回転体接触部１４２の外径より小さな外径と、回転伝達軸１４４の外径より大きな内径とを有する。図中では回転体１４０に挿入されたコイルばねとして描かれているが、この構造に限られるものではない。
【００３６】
出力ギア１７０は、中心に軸穴１７２を有する。軸穴１７２は、回転体１４０の回転伝達軸１４４に嵌着する内径を有する。軸穴１７２に回転伝達軸１４４を嵌着させた場合に、出力ギア１７０は回転体１４０の回転と一体的に回転する。
【００３７】
本実施形態の振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０の角で、支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０から外部に伝達する振動を軽減できるので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を小さくすることができる。また、支持部１８０、１９０を切り欠き部１０２、１０４に嵌合させて指示することにより、支持部１８０、１９０から弾性体１２０が離脱することを防ぎ、弾性体１２０を確実に支持することができる。
【００３８】
また、本実施形態の支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振れ回り振動による弾性体１２０の曲げに対して弾性を有する。支持部１８０、１９０が撓むことで弾性体１２０の振動を吸収できるので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響をさらに軽減することができる。
【００３９】
図２は、振動アクチュエータ１００の縦断面図である。なお、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
【００４０】
弾性体１２０は、支持部１８０によって、上端が支持され、支持部１９０によって、下端が支持される。支持部１８０と支持部１９０との間隔は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれの長さよりも長い。また、支持部１８０、１９０は、一の電気変換素子と、他の電気変換素子との間で、弾性体１２０を支持する。このため、支持部１８０、１９０は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれと干渉することなく、弾性体１２０を支持する。
【００４１】
電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれは、弾性体１２０の外周面上に接着されている。これにより、駆動電圧が印加されて電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のいずれかが伸張した場合に、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が接着された部分において弾性体１２０も共に伸張する。
【００４２】
一方、弾性体１２０の貫通穴は、図中の上側において大きく、下側においては小さな内径を有する。また、貫通穴の中程に、異なる内径の内面を結合する傾斜した駆動面１２１をなす肩部１１８を有する。傾斜した駆動面１２１は、弾性体１２０の内周面に沿ってすり鉢状の環状面をなす。
【００４３】
軸受け部材１１０、１６０のそれぞれは、ネジ溝部１２２、２２２に対してネジ山部１１２、１６２を螺着させることにより、弾性体１２０の長手方向両端に装着される。装着された軸受け部材１１０、１６０は、各々のフランジ部１１１、１６１が弾性体１２０の端面に当接することにより弾性体１２０の両端に停まる。
【００４４】
なお、本実施形態では、軸受け部材１１０のネジ山部１１２を弾性体１２０のネジ溝部１２２に、軸受け部材１６０のネジ山部１６２を弾性体１２０のネジ溝部２２２にそれぞれ螺合させることにより軸受け部材１１０、１６０が固定される。しかしながら、軸受け部材１１０、１６０は、接着、嵌め合い等の他の方法により弾性体１２０に固定されてもよい。
【００４５】
回転体１４０は、弾性体１２０の貫通穴に挿通される。ここで、回転伝達軸１４４の下端および上端は軸受け部材１１０、１６０の軸受け部１１４、１６４を通じて外部まで延在する。回転伝達軸１４４は、上端側においてより長く延在して、先端部に出力ギア１７０が装着される。
【００４６】
なお、図示の例では回転体１４０の一端に出力ギア１７０を装着した。しかしながら、回転伝達軸１４４を下方にも延長して、回転体１４０の両端に出力ギア１７０を装着することもできる。
【００４７】
回転伝達軸１４４は、軸受け部材１１０、１６０の軸受け部１１４、１６４により、回転自在に位置決めされる。軸受け部１１４、１６４は、転がり軸受け、滑り軸受け等であってもよい。軸受け部１１４、１６４および回転伝達軸１４４の間の間隙は十分に小さいので、弾性体１２０の内部まで塵芥が侵入することが防止される。
【００４８】
一方、回転体接触部１４２は、弾性体１２０の内面の駆動面１２１に当接する。換言すれば、弾性体１２０の貫通穴は、駆動面１２１より上側においては、回転体接触部１４２の外径より大きな内径を有する。また、駆動面１２１より下側においては、回転体接触部１４２の外径より小さな内径を有する。これにより、回転体接触部１４２外周の下側角部が、被駆動部１４１として駆動面１２１に当接する。
【００４９】
付勢部材１５０は、回転伝達軸１４４を挿通させることにより弾性体１２０の内部に配置される。ここで、付勢部材１５０の上端は軸受け部材１６０の下面に、付勢部材１５０の下端は回転体接触部１４２の上面に、それぞれ当接する。
【００５０】
さらに、付勢部材１５０は、軸受け部材１６０および回転体接触部１４２の間で圧縮された状態で装着される。従って、付勢部材１５０は、回転体接触部１４２を下方に付勢する。
【００５１】
付勢された回転体接触部１４２は、弾性体１２０の肩部１１８が形成する駆動面１２１に係止される。これにより、回転体接触部１４２の被駆動部１４１が、弾性体１２０の駆動面１２１に押し付けられる。このような構造により、弾性体１２０の振れ回り振動が回転体１４０を回転駆動する。
【００５２】
なお、回転体接触部１４２は回転体１４０の一部として回転する。このため、付勢部材１５０両端の少なくとも一方は、当接する部材に対して摺動する。この摺動部における摩擦を低減するこれにより、振動アクチュエータ１００の動損を低減し得る。具体的には、摺動部に潤滑材を塗布または貼付してもよい。
【００５３】
図３は、振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、駆動電圧が印加された場合に、弾性体１２０の長手方向に伸張する。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のいずれかが伸張した場合、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が接着された箇所において弾性体１２０も伸張するので、弾性体１２０は屈曲する。
【００５４】
さらに、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の各々に対して、弾性体１２０の周方向に沿って順次駆動電圧が印加されると、弾性体１２０の屈曲の向きが順次変化する。そこで、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に対して、順次π／２遅れた位相の交流電界を印加すると、紙面に直交する円を描く振れ回り振動が弾性体１２０に生じる。
【００５５】
弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｘより上部に形成された切り欠き部１０２においては、支持部１８０によって支持されている。また、弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｚより下部に形成された切り欠き部１０４においては、支持部１９０によって支持されている。
【００５６】
振れ回り振動を生じた弾性体１２０は、長手方向中央付近に、紙面に直交する円を描く腹Ｙを形成する。これらの現象により、弾性体１２０全体に、上下端を節Ｘ、Ｚとして、中央付近を腹Ｙとする振れ回り振動が生じる。
【００５７】
また、振れ回り振動により生じる弾性体１２０の水平方向の変位は、長手方向について略中央において最も大きい。そこで、弾性体１２０に生じた振れ回り振動の腹Ｙにおいて回転体接触部１４２を接触させることにより、回転体接触部１４２を周方向に効率よく回転させることができる。
【００５８】
即ち、回転体接触部１４２は、付勢部材１５０により下方に付勢されている。従って、被駆動部１４１は、駆動面１２１に押し付けられる。弾性体１２０の振れ回り振動による駆動面１２１の水平な変位は、傾斜した被駆動部１４１を介して回転体接触部１４２に作用する。被駆動部１４１に水平方向の変位が作用した場合、回転体接触部１４２は、付勢部材１５０の付勢に逆らって軸方向に変位する。
【００５９】
回転体接触部１４２が軸方向に変位すると、被駆動部１４１および駆動面１２１の間に間隙が生じる。さらに、振れ回り振動においては、駆動面１２１の変位の方向が回転するので、被駆動部１４１および駆動面１２１の間に回転体接触部１４２を回転させる摩擦が生じる。この摩擦により駆動されて生じた回転体接触部１４２の回転は、回転伝達軸１４４および出力ギア１７０を介して外部に伝えられる。
【００６０】
なお、弾性体１２０は、切り欠き部１１９により軸方向の中程で曲げ剛性が低下されている。曲げ剛性が低い箇所は、振れ回り振動の腹Ｙが生じやすい。このように、弾性体１２０の長手方向に曲げ剛性の分布を形成することにより、振れ回り振動の腹Ｙが生じる位置を意図した箇所に確実に生じさせることができる。曲げ剛性の分布は、弾性体１２０の形状を、予めあるいは後加工により薄肉化することにより形成できる。
【００６１】
また、電気機械変換部１３０に印加される駆動電圧の周波数は、弾性体１２０の固有振動数に応じた共振周波数を含むことが好ましい。これにより、弾性体１２０は、投入された駆動電力に対して効率よく振れ回り振動を生じて、それを継続できる。さらに、弾性体１２０は、複数の腹および節を生じるような他の振動モードで振れ回り振動することもできる。
【００６２】
またさらに、等間隔に配置された４枚の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む電気機械変換部１３０を例示したが、電気機械変換部１３０の構造はこれに限定されない。弾性体１２０は、弾性体１２０の周方向に配置された３以上の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む電気機械変換部１３０によっても振れ回り振動を発生し得る。
【００６３】
またさらに、被駆動部１４１および駆動面１２１は、相互に当接および離間を繰り返す。従って、被駆動部１４１および駆動面１２１の少なくとも表面は、セラミックス等の耐磨耗性の高い材料により形成され得る。これにより、振動アクチュエータ１００の寿命が延長される。
【００６４】
図４は、弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。以下、支持部１８０が弾性体１２０を支持する部分の構造について説明するが、支持部１９０が弾性体１２０を支持する部分の構造については、以下と同様であってよい。
【００６５】
支持部１８０は、円形の外形を有する。また、支持部１８０は、中央に正方形の開口１８６を有する。開口１８６には、弾性体１２０が挿通される。
【００６６】
開口１８６がなす四角形の辺は、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線より短い。開口１８６がなす四角形の辺は、弾性体１２０の断面がなす四角形の辺より長い。たとえば、開口１８６がなす四角形の辺と弾性体１２０の断面がなす四角形の辺とが略平行となるように、支持部１８０の向きと弾性体１２０の向きとを一致させることにより、開口１８６と弾性体１２０とが干渉することなく、開口１８６に、弾性体１２０を挿通できる。
【００６７】
そして、弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通させ、支持部１８０または弾性体１２０を回動させる。たとえば、開口１８６がなす四角形の対角線と、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線とを、略４５度の角度で交差させることより、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれで、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００６８】
このように、支持部１８０は、四角柱の弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を軽減することができる。
また、支持部１８０は、切り欠き部１０２に嵌合することにより、弾性体１２０を確実に支持することができる。なお、上記嵌合位置において、支持部１８０と弾性体１２０とを接着剤等により接着させることが好ましい。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０をより確実に支持することができる。
【００６９】
図５は、弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。図５に示す支持部１８０は、楕円形の外形を有する。その他の構成および作用については、図４と同様であり、説明を省略する。このように、支持部１８０は、楕円形の外形を有していてもよい。なお、支持部１８０の外形は、円形および楕円形以外の形状を有していてもよい。
【００７０】
図６は、他の実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。なお、以下に説明する部分以外の構成および作用は、図１に示した振動アクチュエータ１００と同一であり、重複する説明は省略する。
【００７１】
図６に示す振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０における切り欠き部１０２および切り欠き部１０４の形成位置が、図１に示した振動アクチュエータ１００と相違する。弾性体１２０は、弾性体１２０の角であって、弾性体１２０の振れ回り振動の節の位置に切り欠き部１０２および切り欠き部１０４を有する。具体的には、弾性体１２０の角における、長手方向の上端近傍であって、弾性体１２０の振れ回り振動の一方の節の位置に、切り欠き部１０２が形成されており、弾性体１２０の角における、長手方向の下端近傍であって、弾性体１２０の振れ回り振動の他の一方の節の位置に、切り欠き部１０４が形成されている。
【００７２】
これにより、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の角であって、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置で、弾性体１２０を支持する。支持部１８０が有する開口１８６、および支持部１９０が有する開口１９６は、弾性体１２０とともに電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を挿通させるのに十分な開口面積および形状を有する。開口１８６、１９６が有する正方形の一辺は、弾性体１２０の断面がなす正方形の一辺より長く、かつ弾性体１２０の断面がなす正方形の対角線より僅かに短い。
【００７３】
支持部１８０は、開口１８６がなす正方形のそれぞれの辺を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０２に嵌合させることによって、弾性体１２０を支持する。同様に、支持部１９０は、開口１９６がなす正方形のそれぞれの辺を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合させることによって、弾性体１２０を支持する。なお、開口１８６、１９６は、弾性体１２０および電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を挿通させることが可能な形状であり、かつ開口１８６、１９６の少なくとも一部が、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合することが可能な形状であればよく、正方形に限らない。
【００７４】
本実施形態の振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０の角であって、弾性体１２０の振れ回り運動において弾性体１２０の周方向への移動量が他の位置より少ない位置である節の位置で、支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動を外部に伝達することがないので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を軽減することができる。また、支持部１８０、１９０が、切り欠き部１０２、１０４に嵌合することにより、弾性体１２０を確実に支持することができる。
【００７５】
また、本実施形態の支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振れ回り振動による弾性体１２０の曲げに対して弾性を有する。支持部１８０、１９０が撓むことで弾性体１２０の振動を吸収できるので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響をさらに軽減することができる。
【００７６】
図７は、図６に示した振動アクチュエータ１００の縦断面図である。弾性体１２０は、支持部１８０によって、上端が支持され、支持部１９０によって、下端が支持される。支持部１８０と支持部１９０との間隔は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれの長さよりも短い。
【００７７】
しかしながら、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口を有する。また、支持部１８０、１９０は、一の電気変換素子と、他の電気変換素子との間で、弾性体１２０を支持する。このため、支持部１８０、１９０は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれと干渉することなく、弾性体１２０および電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれを挿通することができるうえ、弾性体１２０を支持することができる。
【００７８】
図８は、図６に示した振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｘと略同位置に形成された切り欠き部１０２においては、支持部１８０によって支持されている。また、弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｙと略同位置に形成された切り欠き部１０４においては、支持部１９０によって支持されている。
【００７９】
弾性体１２０の振れ回り振動により生じる、弾性体１２０の水平方向の変位は、長手方向について略中央において最も大きく、節Ｘ、Ｚにおいて最も小さい。すなわち、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振動が最も少ない位置で弾性体１２０を支持する。これにより、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振動を、弾性体１２０の外部へ伝えることなく、弾性体１２０を支持することができる。
【００８０】
図９は、弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。以下、支持部１８０が弾性体１２０を支持する部分の構造について説明するが、支持部１９０が弾性体１２０を支持する部分の構造については、以下と同様であってよい。
【００８１】
支持部１８０は、正方形の開口１８６を有する。開口１８６には、開口１８６がなす正方形の対角線と、弾性体１２０の断面がなす正方形の対角線とが、略４５度の角度で交差するように、弾性体１２０が挿通されている。
【００８２】
開口１８６がなす四角形の辺は、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線より僅かに短い。弾性体１２０および支持部１８０は、弾性を有するため、たとえば、弾性体１２０および支持部１８０を僅かに変形させながら、弾性体１２０を開口１８６に押し込むことにより、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８３】
弾性体１２０がなす四角柱の各側面には、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が配置されている。開口１８６は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口面積および形状を有している。これにより、支持部１８０は、開口１８６と、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれとが干渉することなく、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８４】
弾性体１２０がなす四角柱のそれぞれ角には、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置において、切り欠き部１０２が形成されている。弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通することにより、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれで、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００８５】
このように、支持部１８０は、四角柱の弾性体１２０の角であって、四角柱の弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置で弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を軽減することができる。また、支持部１８０は、切り欠き部１０２に嵌合することにより、弾性体１２０を確実に支持することができる。なお、上記嵌合位置において、支持部１８０と弾性体１２０とを接着剤等により接着させることが好ましい。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０をより確実に支持することができる。
【００８６】
図１０は、弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。支持部１８０は、十字形の開口１８６、および開口１８６の中心方向に向かって突出する尖形状の突出部１８８を有する。開口１８６には、突出部１８８の先端の位置と、弾性体１２０がなす四角柱の角の位置とが一致するように、弾性体１２０が挿通されている。
【００８７】
互いに向かい合う突出部１８８の先端同士の間隔は、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線より僅かに短い。弾性体１２０および突出部１８８は、弾性を有するため、たとえば、弾性体１２０および突出部１８８を僅かに変形させながら、弾性体１２０を開口１８６に押し込むことにより、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８８】
弾性体１２０がなす四角柱の各側面には、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が配置されている。開口１８６は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口面積および形状を有している。これにより、支持部１８０は、開口１８６と、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれとが干渉することなく、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８９】
弾性体１２０がなす四角柱のそれぞれ角には、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置において、切り欠き部１０２が形成されている。弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通することにより、突出部１８８のそれぞれを、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、突出部１８８のそれぞれで、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００９０】
図１１は、弾性体１２０を支持する部分のさらに他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。支持部１８０は、円形の開口１８６を有する。開口１８６には、弾性体１２０が挿通されている。
【００９１】
開口１８６の直径は、弾性体１２０の断面がなす正方形の対角線より僅かに短い。弾性体１２０および支持部１８０は、弾性を有するため、たとえば、弾性体１２０および支持部１８０を僅かに変形させながら、弾性体１２０を開口１８６に押し込むことにより、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００９２】
弾性体１２０がなす四角柱の各側面には、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が配置されている。開口１８６は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口面積および形状を有している。これにより、支持部１８０は、開口１８６と、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれとが干渉することなく、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００９３】
弾性体１２０がなす四角柱のそれぞれ角には、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置において、切り欠き部１０２が形成されている。弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通することにより、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２のそれぞれを、開口１８６の周縁部に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、開口１８６の周縁部で、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００９４】
図１２は、撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。撮像装置４００は、レンズユニット４１０およびボディ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。レンズユニット４１０は、光学部材、光学部材を収容する鏡筒４３０、および、鏡筒４３０の内部に設けられて光学部材４２０を駆動する振動アクチュエータ１００を備える。
【００９５】
光学部材は、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。
【００９６】
振動アクチュエータ１００は、支持部１８０、１９０において、螺子等の固定部材によって、鏡筒４３０の内部に固定される。支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動を鏡筒４３０に伝達させることがなく、弾性体１２０の振動の撮像装置４００への影響を軽減することができる。
【００９７】
振動アクチュエータ１００は、光軸方向について鏡筒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、鏡筒４３０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ１００は鏡筒４３０内に収容される。振動アクチュエータ１００は、たとえば輪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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
さらに、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および撮像素子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素子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。
【０１０３】
撮像装置４００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、たとえば、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基づい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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
以上のように、振動アクチュエータ１００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。
【０１０６】
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得ることは当業者に明らかである。また、そのよう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】
【０１０７】
【図１】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。
【図２】振動アクチュエータ１００の縦断面図である。
【図３】振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。
【図４】弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】他の実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。
【図７】図６に示した振動アクチュエータ１００の縦断面図である。
【図８】図６に示した振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。
【図９】弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１０】弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１１】弾性体１２０を支持する部分のさらに他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１２】撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００ 振動アクチュエータ
１０２、１０４ 切り欠き部
１１０、１６０ 軸受け部材
１１１、１６１ フランジ部
１１２、１６２ ネジ山部
１１４、１６４ 軸受け部
１１８ 肩部
１１９ 切り欠き部
１２０ 弾性体
１２２、２２２ ネジ溝部
１２１ 駆動面
１３０ 電気機械変換部
１３２、１３４、１３６、１３８ 電気機械変換素子
１４０ 回転体
１４１ 被駆動部
１４２ 回転体接触部
１４４ 回転伝達軸
１５０ 付勢部材
１７０ 出力ギア
１７２ 軸穴
１８０、１９０ 支持部
１８２、１８４、１９２、１９４ 取り付け穴
１８６、１９６ 開口
１８８ 突出部
４００ 撮像装置
４１０ レンズユニット
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 撮像素子
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータに関する。より詳細には、電気機械変換素子を用いて形成された電気機械変換部を有する振動アクチュエータ、並びに当該振動アクチュエータを備えるレンズユニットおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波帯域の振動を回転運動または直線運動に変換して出力する振動アクチュエータがある。振動アクチュエータは、圧電材料等を用いて形成された電気機械変換部を備え、周期的に変化する駆動電圧を電気機械変換部に印加することより生じた振動を、回転運動または直線運動に変換して外部の被駆動部材に伝達する。
【０００３】
この種の振動アクチュエータは、高い応答速度、高い駆動トルクを有する他、動作音が小さい等の産業上有利な特徴を有する。また、エネルギー効率が高く、部品点数が少ないので小型化に適していることも知られている。
【０００４】
特許文献１には、送りネジ型超音波モータの構造が記載されている。この超音波モータは、両端付近の内面にネジ溝を切られた貫通穴を有する角柱状弾性体と、角柱状弾性体の側方４面に個々に装着された電気機械変換素子と、貫通穴に螺入挿通されたネジ棒とを備える。４枚の電気機械変換素子に位相が順次遅れた周期的な駆動電圧を印加することにより弾性体に振動が生じ、振動がネジ棒を軸方向に進退させる。
【０００５】
特許文献２にも、貫通穴を有すると共に側面に電気機械変換素子を装着された角柱状の弾性体と、貫通穴に挿通された回転子とを備えたチューブ型超音波モータが記載されている。弾性体はセラミックスにより形成され、高い耐久性、特に耐磨耗性を有する。
【特許文献１】米国特許第６９４０２０９号明細書
【特許文献２】特開２００７−０４９８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載された超音波モータが製品に実装された場合に、弾性体の振動が超音波モータの外部に伝達してしまう。これにより、製品の性能に影響をおよぼしてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを備える。支持部は、振れ回り振動による弾性体の曲げに対して弾性を有してもよい。
【０００８】
支持部は、弾性体を挿通させる開口を有する板状部材であってもよい。弾性体は、弾性体の角に切り欠き部を有し、支持部は、開口の周縁部の少なくとも一部を切り欠き部に嵌合させることによって、弾性体の角で、弾性体を支持してもよい。
【０００９】
電気機械変換部は、角柱の各側面に配置された複数の電気機械変換素子を有し、開口は、弾性体および複数の電気機械変換素子を挿通させ、切り欠き部は、一の電気機械変換素子と他の電気機械変換素子との間の、弾性体の角に設けられてもよい。弾性体は、四角柱であり、支持部は、弾性体の４つの角で、弾性体を支持してもよい。開口は、四角形であり、開口の四角形の辺は、支持部が弾性体を支持する位置における弾性体の断面の四角形の辺より長く、かつ支持部が弾性体を支持する位置における弾性体の断面の四角形の対角線より短く、支持部は、開口の四角形の辺で、弾性体の断面の四角形の角を支持してもよい。
【００１０】
本発明の第２の形態によると、レンズユニットは、光学部材、光学部材を収容するレンズ鏡筒、およびレンズ鏡筒の内部に設けられて、光学部材を駆動する振動アクチュエータを備える。振動アクチュエータは、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを有する。
【００１１】
本発明の第３の形態によると、撮像装置は、光学部材、光学部材を収容するレンズ鏡筒、およびレンズ鏡筒の内部に設けられて、光学部材を駆動する振動アクチュエータを備える。振動アクチュエータは、角柱の弾性体と、弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、弾性体に接触して、振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、弾性体の角で、弾性体を支持する支持部とを有する。
【００１２】
上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。しかしながら、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。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。
【００１４】
図１は、一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。なお、以下の記載においては、図面の表示に従って、各要素の軸方向の一端を上端、他端を下端と記載する。しかしながら、このような記載は、振動アクチュエータ１００の使用を、図示の方向に限定するものではない。
【００１５】
振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０と、弾性体１２０を振れ回り振動させる電気機械変換部１３０と、弾性体１２０の端部以外の振れ回り振動における腹で弾性体１２０の内面に接触して振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体１４０とを備える。また、振動アクチュエータ１００は、回転体１４０を回転自在に支持する軸受け部材１１０、１６０と、回転体１４０を付勢する付勢部材１５０と、回転体１４０の回転を外部に伝達する出力ギア１７０とを備える。さらに、振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する支持部１８０、１９０を備える。
【００１６】
回転体１４０は、円柱状の回転伝達軸１４４と、回転伝達軸１４４の軸方向の中程に形成された、円柱状の回転体接触部１４２とを一体的に有する。回転体接触部１４２の外径は、回転伝達軸１４４の外径より大きい。
【００１７】
弾性体１２０は、回転体１４０より短い筒型をなして、長手方向に貫通する貫通穴を有する。貫通穴は、円形の断面形状を有して、上端において回転体接触部１４２の外径より大きな内径を有する。また、貫通穴の端部近傍には、ネジ溝部１２２、２２２を有する。弾性体１２０は、四角柱であってよい。弾性体１２０は、四角柱以外の角柱であってもよい。
【００１８】
また、弾性体１２０は、外周面の長手方向の中程に、弾性体１２０の外径を減じる切り欠き部１１９を有する。切り欠き部１１９が形成された部分においては、弾性体１２０の肉厚が薄くなっている。なお、弾性体１２０は、種々の金属、プラスチックまたはセラミックスにより形成し得る。
【００１９】
さらに、弾性体１２０は、弾性体１２０の角に切り欠き部１０２および切り欠き部１０４を有する。具体的には、弾性体１２０の角における、長手方向の上端近傍に、切り欠き部１０２が形成されており、長手方向の下端近傍に、切り欠き部１０４が形成されている。
【００２０】
切り欠き部１０２、１０４は、弾性体１２０の外面の、一の電気機械変換素子と他の電気機械変換素子との間に設けられる。具体的には、切り欠き部１０２、１０４は、一の電気機械変換素子と他の電気機械変換素子との間の、弾性体１２０の４つの角に設けられる。
【００２１】
電気機械変換部１３０は、弾性体１２０の外面における、弾性体１２０の周方向の異なる位置に配置された３以上の電気機械変換素子を有する。特に、本実施形態の電気機械変換部１３０は、弾性体１２０がなす四角柱の各側面に配置された複数の電気機械変換素子を有する。
【００２２】
具体的には、電気機械変換部１３０は、弾性体１２０の外面における、弾性体１２０の周方向の異なる位置に配置された電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を有する。互いに略同じ寸法を有する電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の各々は、弾性体１２０の長手方向に長い矩形をなす。
【００２３】
電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含む。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む。
【００２４】
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。あるいは、弾性体１２０自体を担体にして、弾性体１２０の表面に圧電材料層を形成して、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を形成してもよい。圧電材料に駆動電圧を印加する場合に用いる電極は、ニッケル、金等の電極材料を、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してもよい。
【００２５】
支持部１８０は、取り付け穴１８２、１８４および開口１８６を有する。支持部１９０は、取り付け穴１９２、１９４および開口１９６を有する。支持部１８０、１９０は、互いに略同形状の円形の板状部材であってもよい。支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振れ回り振動による弾性体１２０の曲げに対して弾性を有する。
【００２６】
取り付け穴１８２、１８４、１９２、１９４は、円形であってよく、振動アクチュエータ１００を固定するための螺子等の固定部材を挿通させる。開口１８６、１９６は、弾性体１２０を挿通させる。
【００２７】
開口１８６、１９６は、四角形であってもよい。開口１８６、１９６の四角形の辺は、支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する位置における弾性体１２０の断面の四角形の辺より長く、かつ支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する位置における弾性体１２０の断面の四角形の対角線より短くてもよい。
【００２８】
支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する。支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の４つの角で、弾性体１２０を支持してよい。支持部１８０、１９０は、開口１８６、１９６の四角形の辺で、弾性体１２０の断面の四角形の角を支持してもよい。
【００２９】
具体的には、支持部１８０は、開口１８６の周縁部の少なくとも一部を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０２に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形の角で、弾性体１２０を支持する。同様に、支持部１９０は、開口１９６の周縁部の少なくとも一部を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形の角で、弾性体１２０を支持する。
【００３０】
たとえば、支持部１８０は、開口１８６の四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０が有する切り欠き部１０２に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形のそれぞれの角で、弾性体１２０を支持する。同様に、支持部１９０は、開口１９６の四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合させることによって、弾性体１２０の断面の四角形のそれぞれ角で、弾性体１２０を支持する。
【００３１】
なお、支持部１８０、１９０の外形は、振動アクチュエータ１００を固定することが可能な形状であればよく、円形に限らない。支持部１８０、１９０は、１つまたは３つ以上の取り付け穴を有してもよい。取り付け穴１８２、１８４、１９２、１９４は、振動アクチュエータ１００を固定するための螺子等の固定部材を挿通させることが可能な形状であればよく、円形に限らない。開口１８６、１９６は、弾性体１２０の角で弾性体を支持することが可能な形状であればよく、四角形に限らない。
【００３２】
支持部１８０、１９０には、金属材料または樹脂材料を用いることが好ましいが、その他の材料を用いてもよい。また、支持部１８０、１９０には、スリットが設けられていてもよい。また、支持部１８０、１９０には、弾性体１２０の振動の性質に応じたスリットが設けられていてもよい。たとえば、支持部１８０、１９０には、同心円の周に沿った形状の一つまたは複数のスリットが設けられていてもよい。
【００３３】
軸受け部材１１０は、フランジ部１１１およびネジ山部１１２を有する。軸受け部材１６０も、フランジ部１６１およびネジ山部１６２を有する。フランジ部１１１、１６１は、弾性体１２０の断面がなす正方形と略同一の形状を有する。この正方形の各辺は、弾性体１２０の貫通穴の内径より長い。
【００３４】
さらに、フランジ部１１１、１６１の中央には、回転伝達軸１４４の外径と略同じ内径を有する軸受け部１１４、１６４が形成される。ネジ山部１１２、１６２は、弾性体１２０のネジ溝部１２２、２２２に螺合する寸法を有する。
【００３５】
付勢部材１５０は、回転体接触部１４２の外径より小さな外径と、回転伝達軸１４４の外径より大きな内径とを有する。図中では回転体１４０に挿入されたコイルばねとして描かれているが、この構造に限られるものではない。
【００３６】
出力ギア１７０は、中心に軸穴１７２を有する。軸穴１７２は、回転体１４０の回転伝達軸１４４に嵌着する内径を有する。軸穴１７２に回転伝達軸１４４を嵌着させた場合に、出力ギア１７０は回転体１４０の回転と一体的に回転する。
【００３７】
本実施形態の振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０の角で、支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０から外部に伝達する振動を軽減できるので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を小さくすることができる。また、支持部１８０、１９０を切り欠き部１０２、１０４に嵌合させて指示することにより、支持部１８０、１９０から弾性体１２０が離脱することを防ぎ、弾性体１２０を確実に支持することができる。
【００３８】
また、本実施形態の支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振れ回り振動による弾性体１２０の曲げに対して弾性を有する。支持部１８０、１９０が撓むことで弾性体１２０の振動を吸収できるので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響をさらに軽減することができる。
【００３９】
図２は、振動アクチュエータ１００の縦断面図である。なお、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
【００４０】
弾性体１２０は、支持部１８０によって、上端が支持され、支持部１９０によって、下端が支持される。支持部１８０と支持部１９０との間隔は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれの長さよりも長い。また、支持部１８０、１９０は、一の電気変換素子と、他の電気変換素子との間で、弾性体１２０を支持する。このため、支持部１８０、１９０は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれと干渉することなく、弾性体１２０を支持する。
【００４１】
電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれは、弾性体１２０の外周面上に接着されている。これにより、駆動電圧が印加されて電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のいずれかが伸張した場合に、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が接着された部分において弾性体１２０も共に伸張する。
【００４２】
一方、弾性体１２０の貫通穴は、図中の上側において大きく、下側においては小さな内径を有する。また、貫通穴の中程に、異なる内径の内面を結合する傾斜した駆動面１２１をなす肩部１１８を有する。傾斜した駆動面１２１は、弾性体１２０の内周面に沿ってすり鉢状の環状面をなす。
【００４３】
軸受け部材１１０、１６０のそれぞれは、ネジ溝部１２２、２２２に対してネジ山部１１２、１６２を螺着させることにより、弾性体１２０の長手方向両端に装着される。装着された軸受け部材１１０、１６０は、各々のフランジ部１１１、１６１が弾性体１２０の端面に当接することにより弾性体１２０の両端に停まる。
【００４４】
なお、本実施形態では、軸受け部材１１０のネジ山部１１２を弾性体１２０のネジ溝部１２２に、軸受け部材１６０のネジ山部１６２を弾性体１２０のネジ溝部２２２にそれぞれ螺合させることにより軸受け部材１１０、１６０が固定される。しかしながら、軸受け部材１１０、１６０は、接着、嵌め合い等の他の方法により弾性体１２０に固定されてもよい。
【００４５】
回転体１４０は、弾性体１２０の貫通穴に挿通される。ここで、回転伝達軸１４４の下端および上端は軸受け部材１１０、１６０の軸受け部１１４、１６４を通じて外部まで延在する。回転伝達軸１４４は、上端側においてより長く延在して、先端部に出力ギア１７０が装着される。
【００４６】
なお、図示の例では回転体１４０の一端に出力ギア１７０を装着した。しかしながら、回転伝達軸１４４を下方にも延長して、回転体１４０の両端に出力ギア１７０を装着することもできる。
【００４７】
回転伝達軸１４４は、軸受け部材１１０、１６０の軸受け部１１４、１６４により、回転自在に位置決めされる。軸受け部１１４、１６４は、転がり軸受け、滑り軸受け等であってもよい。軸受け部１１４、１６４および回転伝達軸１４４の間の間隙は十分に小さいので、弾性体１２０の内部まで塵芥が侵入することが防止される。
【００４８】
一方、回転体接触部１４２は、弾性体１２０の内面の駆動面１２１に当接する。換言すれば、弾性体１２０の貫通穴は、駆動面１２１より上側においては、回転体接触部１４２の外径より大きな内径を有する。また、駆動面１２１より下側においては、回転体接触部１４２の外径より小さな内径を有する。これにより、回転体接触部１４２外周の下側角部が、被駆動部１４１として駆動面１２１に当接する。
【００４９】
付勢部材１５０は、回転伝達軸１４４を挿通させることにより弾性体１２０の内部に配置される。ここで、付勢部材１５０の上端は軸受け部材１６０の下面に、付勢部材１５０の下端は回転体接触部１４２の上面に、それぞれ当接する。
【００５０】
さらに、付勢部材１５０は、軸受け部材１６０および回転体接触部１４２の間で圧縮された状態で装着される。従って、付勢部材１５０は、回転体接触部１４２を下方に付勢する。
【００５１】
付勢された回転体接触部１４２は、弾性体１２０の肩部１１８が形成する駆動面１２１に係止される。これにより、回転体接触部１４２の被駆動部１４１が、弾性体１２０の駆動面１２１に押し付けられる。このような構造により、弾性体１２０の振れ回り振動が回転体１４０を回転駆動する。
【００５２】
なお、回転体接触部１４２は回転体１４０の一部として回転する。このため、付勢部材１５０両端の少なくとも一方は、当接する部材に対して摺動する。この摺動部における摩擦を低減するこれにより、振動アクチュエータ１００の動損を低減し得る。具体的には、摺動部に潤滑材を塗布または貼付してもよい。
【００５３】
図３は、振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、駆動電圧が印加された場合に、弾性体１２０の長手方向に伸張する。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のいずれかが伸張した場合、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が接着された箇所において弾性体１２０も伸張するので、弾性体１２０は屈曲する。
【００５４】
さらに、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の各々に対して、弾性体１２０の周方向に沿って順次駆動電圧が印加されると、弾性体１２０の屈曲の向きが順次変化する。そこで、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に対して、順次π／２遅れた位相の交流電界を印加すると、紙面に直交する円を描く振れ回り振動が弾性体１２０に生じる。
【００５５】
弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｘより上部に形成された切り欠き部１０２においては、支持部１８０によって支持されている。また、弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｚより下部に形成された切り欠き部１０４においては、支持部１９０によって支持されている。
【００５６】
振れ回り振動を生じた弾性体１２０は、長手方向中央付近に、紙面に直交する円を描く腹Ｙを形成する。これらの現象により、弾性体１２０全体に、上下端を節Ｘ、Ｚとして、中央付近を腹Ｙとする振れ回り振動が生じる。
【００５７】
また、振れ回り振動により生じる弾性体１２０の水平方向の変位は、長手方向について略中央において最も大きい。そこで、弾性体１２０に生じた振れ回り振動の腹Ｙにおいて回転体接触部１４２を接触させることにより、回転体接触部１４２を周方向に効率よく回転させることができる。
【００５８】
即ち、回転体接触部１４２は、付勢部材１５０により下方に付勢されている。従って、被駆動部１４１は、駆動面１２１に押し付けられる。弾性体１２０の振れ回り振動による駆動面１２１の水平な変位は、傾斜した被駆動部１４１を介して回転体接触部１４２に作用する。被駆動部１４１に水平方向の変位が作用した場合、回転体接触部１４２は、付勢部材１５０の付勢に逆らって軸方向に変位する。
【００５９】
回転体接触部１４２が軸方向に変位すると、被駆動部１４１および駆動面１２１の間に間隙が生じる。さらに、振れ回り振動においては、駆動面１２１の変位の方向が回転するので、被駆動部１４１および駆動面１２１の間に回転体接触部１４２を回転させる摩擦が生じる。この摩擦により駆動されて生じた回転体接触部１４２の回転は、回転伝達軸１４４および出力ギア１７０を介して外部に伝えられる。
【００６０】
なお、弾性体１２０は、切り欠き部１１９により軸方向の中程で曲げ剛性が低下されている。曲げ剛性が低い箇所は、振れ回り振動の腹Ｙが生じやすい。このように、弾性体１２０の長手方向に曲げ剛性の分布を形成することにより、振れ回り振動の腹Ｙが生じる位置を意図した箇所に確実に生じさせることができる。曲げ剛性の分布は、弾性体１２０の形状を、予めあるいは後加工により薄肉化することにより形成できる。
【００６１】
また、電気機械変換部１３０に印加される駆動電圧の周波数は、弾性体１２０の固有振動数に応じた共振周波数を含むことが好ましい。これにより、弾性体１２０は、投入された駆動電力に対して効率よく振れ回り振動を生じて、それを継続できる。さらに、弾性体１２０は、複数の腹および節を生じるような他の振動モードで振れ回り振動することもできる。
【００６２】
またさらに、等間隔に配置された４枚の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む電気機械変換部１３０を例示したが、電気機械変換部１３０の構造はこれに限定されない。弾性体１２０は、弾性体１２０の周方向に配置された３以上の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む電気機械変換部１３０によっても振れ回り振動を発生し得る。
【００６３】
またさらに、被駆動部１４１および駆動面１２１は、相互に当接および離間を繰り返す。従って、被駆動部１４１および駆動面１２１の少なくとも表面は、セラミックス等の耐磨耗性の高い材料により形成され得る。これにより、振動アクチュエータ１００の寿命が延長される。
【００６４】
図４は、弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。以下、支持部１８０が弾性体１２０を支持する部分の構造について説明するが、支持部１９０が弾性体１２０を支持する部分の構造については、以下と同様であってよい。
【００６５】
支持部１８０は、円形の外形を有する。また、支持部１８０は、中央に正方形の開口１８６を有する。開口１８６には、弾性体１２０が挿通される。
【００６６】
開口１８６がなす四角形の辺は、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線より短い。開口１８６がなす四角形の辺は、弾性体１２０の断面がなす四角形の辺より長い。たとえば、開口１８６がなす四角形の辺と弾性体１２０の断面がなす四角形の辺とが略平行となるように、支持部１８０の向きと弾性体１２０の向きとを一致させることにより、開口１８６と弾性体１２０とが干渉することなく、開口１８６に、弾性体１２０を挿通できる。
【００６７】
そして、弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通させ、支持部１８０または弾性体１２０を回動させる。たとえば、開口１８６がなす四角形の対角線と、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線とを、略４５度の角度で交差させることより、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれで、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００６８】
このように、支持部１８０は、四角柱の弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を軽減することができる。
また、支持部１８０は、切り欠き部１０２に嵌合することにより、弾性体１２０を確実に支持することができる。なお、上記嵌合位置において、支持部１８０と弾性体１２０とを接着剤等により接着させることが好ましい。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０をより確実に支持することができる。
【００６９】
図５は、弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。図５に示す支持部１８０は、楕円形の外形を有する。その他の構成および作用については、図４と同様であり、説明を省略する。このように、支持部１８０は、楕円形の外形を有していてもよい。なお、支持部１８０の外形は、円形および楕円形以外の形状を有していてもよい。
【００７０】
図６は、他の実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。なお、以下に説明する部分以外の構成および作用は、図１に示した振動アクチュエータ１００と同一であり、重複する説明は省略する。
【００７１】
図６に示す振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０における切り欠き部１０２および切り欠き部１０４の形成位置が、図１に示した振動アクチュエータ１００と相違する。弾性体１２０は、弾性体１２０の角であって、弾性体１２０の振れ回り振動の節の位置に切り欠き部１０２および切り欠き部１０４を有する。具体的には、弾性体１２０の角における、長手方向の上端近傍であって、弾性体１２０の振れ回り振動の一方の節の位置に、切り欠き部１０２が形成されており、弾性体１２０の角における、長手方向の下端近傍であって、弾性体１２０の振れ回り振動の他の一方の節の位置に、切り欠き部１０４が形成されている。
【００７２】
これにより、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の角であって、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置で、弾性体１２０を支持する。支持部１８０が有する開口１８６、および支持部１９０が有する開口１９６は、弾性体１２０とともに電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を挿通させるのに十分な開口面積および形状を有する。開口１８６、１９６が有する正方形の一辺は、弾性体１２０の断面がなす正方形の一辺より長く、かつ弾性体１２０の断面がなす正方形の対角線より僅かに短い。
【００７３】
支持部１８０は、開口１８６がなす正方形のそれぞれの辺を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０２に嵌合させることによって、弾性体１２０を支持する。同様に、支持部１９０は、開口１９６がなす正方形のそれぞれの辺を、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合させることによって、弾性体１２０を支持する。なお、開口１８６、１９６は、弾性体１２０および電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を挿通させることが可能な形状であり、かつ開口１８６、１９６の少なくとも一部が、弾性体１２０が有する切り欠き部１０４に嵌合することが可能な形状であればよく、正方形に限らない。
【００７４】
本実施形態の振動アクチュエータ１００は、弾性体１２０の角であって、弾性体１２０の振れ回り運動において弾性体１２０の周方向への移動量が他の位置より少ない位置である節の位置で、支持部１８０、１９０が弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動を外部に伝達することがないので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を軽減することができる。また、支持部１８０、１９０が、切り欠き部１０２、１０４に嵌合することにより、弾性体１２０を確実に支持することができる。
【００７５】
また、本実施形態の支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振れ回り振動による弾性体１２０の曲げに対して弾性を有する。支持部１８０、１９０が撓むことで弾性体１２０の振動を吸収できるので、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響をさらに軽減することができる。
【００７６】
図７は、図６に示した振動アクチュエータ１００の縦断面図である。弾性体１２０は、支持部１８０によって、上端が支持され、支持部１９０によって、下端が支持される。支持部１８０と支持部１９０との間隔は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれの長さよりも短い。
【００７７】
しかしながら、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口を有する。また、支持部１８０、１９０は、一の電気変換素子と、他の電気変換素子との間で、弾性体１２０を支持する。このため、支持部１８０、１９０は、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれと干渉することなく、弾性体１２０および電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれを挿通することができるうえ、弾性体１２０を支持することができる。
【００７８】
図８は、図６に示した振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｘと略同位置に形成された切り欠き部１０２においては、支持部１８０によって支持されている。また、弾性体１２０は、振れ回り振動における節の位置Ｙと略同位置に形成された切り欠き部１０４においては、支持部１９０によって支持されている。
【００７９】
弾性体１２０の振れ回り振動により生じる、弾性体１２０の水平方向の変位は、長手方向について略中央において最も大きく、節Ｘ、Ｚにおいて最も小さい。すなわち、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振動が最も少ない位置で弾性体１２０を支持する。これにより、支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の振動を、弾性体１２０の外部へ伝えることなく、弾性体１２０を支持することができる。
【００８０】
図９は、弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。以下、支持部１８０が弾性体１２０を支持する部分の構造について説明するが、支持部１９０が弾性体１２０を支持する部分の構造については、以下と同様であってよい。
【００８１】
支持部１８０は、正方形の開口１８６を有する。開口１８６には、開口１８６がなす正方形の対角線と、弾性体１２０の断面がなす正方形の対角線とが、略４５度の角度で交差するように、弾性体１２０が挿通されている。
【００８２】
開口１８６がなす四角形の辺は、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線より僅かに短い。弾性体１２０および支持部１８０は、弾性を有するため、たとえば、弾性体１２０および支持部１８０を僅かに変形させながら、弾性体１２０を開口１８６に押し込むことにより、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８３】
弾性体１２０がなす四角柱の各側面には、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が配置されている。開口１８６は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口面積および形状を有している。これにより、支持部１８０は、開口１８６と、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれとが干渉することなく、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８４】
弾性体１２０がなす四角柱のそれぞれ角には、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置において、切り欠き部１０２が形成されている。弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通することにより、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれを、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、開口１８６がなす四角形の辺のそれぞれで、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００８５】
このように、支持部１８０は、四角柱の弾性体１２０の角であって、四角柱の弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置で弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動による外部の機器への影響を軽減することができる。また、支持部１８０は、切り欠き部１０２に嵌合することにより、弾性体１２０を確実に支持することができる。なお、上記嵌合位置において、支持部１８０と弾性体１２０とを接着剤等により接着させることが好ましい。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０をより確実に支持することができる。
【００８６】
図１０は、弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。支持部１８０は、十字形の開口１８６、および開口１８６の中心方向に向かって突出する尖形状の突出部１８８を有する。開口１８６には、突出部１８８の先端の位置と、弾性体１２０がなす四角柱の角の位置とが一致するように、弾性体１２０が挿通されている。
【００８７】
互いに向かい合う突出部１８８の先端同士の間隔は、弾性体１２０の断面がなす四角形の対角線より僅かに短い。弾性体１２０および突出部１８８は、弾性を有するため、たとえば、弾性体１２０および突出部１８８を僅かに変形させながら、弾性体１２０を開口１８６に押し込むことにより、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８８】
弾性体１２０がなす四角柱の各側面には、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が配置されている。開口１８６は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口面積および形状を有している。これにより、支持部１８０は、開口１８６と、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれとが干渉することなく、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００８９】
弾性体１２０がなす四角柱のそれぞれ角には、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置において、切り欠き部１０２が形成されている。弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通することにより、突出部１８８のそれぞれを、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、突出部１８８のそれぞれで、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００９０】
図１１は、弾性体１２０を支持する部分のさらに他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。支持部１８０は、円形の開口１８６を有する。開口１８６には、弾性体１２０が挿通されている。
【００９１】
開口１８６の直径は、弾性体１２０の断面がなす正方形の対角線より僅かに短い。弾性体１２０および支持部１８０は、弾性を有するため、たとえば、弾性体１２０および支持部１８０を僅かに変形させながら、弾性体１２０を開口１８６に押し込むことにより、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００９２】
弾性体１２０がなす四角柱の各側面には、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が配置されている。開口１８６は、弾性体１２０だけでなく、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８も挿通されるのに十分な開口面積および形状を有している。これにより、支持部１８０は、開口１８６と、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のそれぞれとが干渉することなく、弾性体１２０を開口１８６に挿通できる。
【００９３】
弾性体１２０がなす四角柱のそれぞれ角には、弾性体１２０の振れ回り運動における節の位置において、切り欠き部１０２が形成されている。弾性体１２０を切り欠き部１０２の位置まで開口１８６に挿通することにより、弾性体１２０に形成された切り欠き部１０２のそれぞれを、開口１８６の周縁部に嵌合できる。これにより、支持部１８０は、弾性体１２０の長手方向および周方向への移動を係止する。すなわち、支持部１８０は、開口１８６の周縁部で、弾性体１２０の４つの角を支持する。
【００９４】
図１２は、撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。撮像装置４００は、レンズユニット４１０およびボディ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。レンズユニット４１０は、光学部材、光学部材を収容する鏡筒４３０、および、鏡筒４３０の内部に設けられて光学部材４２０を駆動する振動アクチュエータ１００を備える。
【００９５】
光学部材は、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。
【００９６】
振動アクチュエータ１００は、支持部１８０、１９０において、螺子等の固定部材によって、鏡筒４３０の内部に固定される。支持部１８０、１９０は、弾性体１２０の角で、弾性体１２０を支持する。これにより、弾性体１２０の振動を鏡筒４３０に伝達させることがなく、弾性体１２０の振動の撮像装置４００への影響を軽減することができる。
【００９７】
振動アクチュエータ１００は、光軸方向について鏡筒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、鏡筒４３０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ１００は鏡筒４３０内に収容される。振動アクチュエータ１００は、たとえば輪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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
さらに、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および撮像素子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素子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。
【０１０３】
撮像装置４００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、たとえば、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基づい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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
以上のように、振動アクチュエータ１００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。
【０１０６】
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得ることは当業者に明らかである。また、そのよう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】
【０１０７】
【図１】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。
【図２】振動アクチュエータ１００の縦断面図である。
【図３】振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。
【図４】弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】他の実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。
【図７】図６に示した振動アクチュエータ１００の縦断面図である。
【図８】図６に示した振動アクチュエータ１００の動作を説明する概念図である。
【図９】弾性体１２０を支持する部分の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１０】弾性体１２０を支持する部分の他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１１】弾性体１２０を支持する部分のさらに他の構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図１２】撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００ 振動アクチュエータ
１０２、１０４ 切り欠き部
１１０、１６０ 軸受け部材
１１１、１６１ フランジ部
１１２、１６２ ネジ山部
１１４、１６４ 軸受け部
１１８ 肩部
１１９ 切り欠き部
１２０ 弾性体
１２２、２２２ ネジ溝部
１２１ 駆動面
１３０ 電気機械変換部
１３２、１３４、１３６、１３８ 電気機械変換素子
１４０ 回転体
１４１ 被駆動部
１４２ 回転体接触部
１４４ 回転伝達軸
１５０ 付勢部材
１７０ 出力ギア
１７２ 軸穴
１８０、１９０ 支持部
１８２、１８４、１９２、１９４ 取り付け穴
１８６、１９６ 開口
１８８ 突出部
４００ 撮像装置
４１０ レンズユニット
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 撮像素子
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角柱の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体に接触して、前記振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、
前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する支持部と
を備える振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記支持部は、前記振れ回り振動による前記弾性体の曲げに対して弾性を有する請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記支持部は、前記弾性体を挿通させる開口を有する板状部材である請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記弾性体は、前記弾性体の角に切り欠き部を有し、
前記支持部は、前記開口の周縁部の少なくとも一部を前記切り欠き部に嵌合させることによって、前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記電気機械変換部は、前記角柱の各側面に配置された複数の電気機械変換素子を有し、
前記開口は、前記弾性体および前記複数の電気機械変換素子を挿通させ、
前記切り欠き部は、一の前記電気機械変換素子と他の前記電気機械変換素子との間の、前記弾性体の角に設けられる請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記弾性体は、四角柱であり、
前記支持部は、前記弾性体の４つの角で、前記弾性体を支持する請求項５に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記開口は、四角形であり、
前記開口の四角形の辺は、前記支持部が前記弾性体を支持する位置における前記弾性体の断面の四角形の辺より長く、かつ前記支持部が前記弾性体を支持する位置における前記弾性体の断面の四角形の対角線より短く、
前記支持部は、前記開口の四角形の辺で、前記弾性体の断面の四角形の角を支持する請求項６に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
光学部材、前記光学部材を収容するレンズ鏡筒、および前記レンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を駆動する振動アクチュエータを備えるレンズユニットであって、
前記振動アクチュエータは、
角柱の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体に接触して、前記振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、
前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する支持部と
を有するレンズユニット。
【請求項９】
光学部材、前記光学部材を収容するレンズ鏡筒、および前記レンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を駆動する振動アクチュエータを備える撮像装置であって、
前記振動アクチュエータは、
角柱の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体に接触して、前記振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、
前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する支持部と
を有する撮像装置。
【請求項１】
角柱の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体に接触して、前記振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、
前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する支持部と
を備える振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記支持部は、前記振れ回り振動による前記弾性体の曲げに対して弾性を有する請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記支持部は、前記弾性体を挿通させる開口を有する板状部材である請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記弾性体は、前記弾性体の角に切り欠き部を有し、
前記支持部は、前記開口の周縁部の少なくとも一部を前記切り欠き部に嵌合させることによって、前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記電気機械変換部は、前記角柱の各側面に配置された複数の電気機械変換素子を有し、
前記開口は、前記弾性体および前記複数の電気機械変換素子を挿通させ、
前記切り欠き部は、一の前記電気機械変換素子と他の前記電気機械変換素子との間の、前記弾性体の角に設けられる請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記弾性体は、四角柱であり、
前記支持部は、前記弾性体の４つの角で、前記弾性体を支持する請求項５に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記開口は、四角形であり、
前記開口の四角形の辺は、前記支持部が前記弾性体を支持する位置における前記弾性体の断面の四角形の辺より長く、かつ前記支持部が前記弾性体を支持する位置における前記弾性体の断面の四角形の対角線より短く、
前記支持部は、前記開口の四角形の辺で、前記弾性体の断面の四角形の角を支持する請求項６に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
光学部材、前記光学部材を収容するレンズ鏡筒、および前記レンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を駆動する振動アクチュエータを備えるレンズユニットであって、
前記振動アクチュエータは、
角柱の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体に接触して、前記振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、
前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する支持部と
を有するレンズユニット。
【請求項９】
光学部材、前記光学部材を収容するレンズ鏡筒、および前記レンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を駆動する振動アクチュエータを備える撮像装置であって、
前記振動アクチュエータは、
角柱の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体に接触して、前記振れ回り振動による駆動力を受けて回転する回転体と、
前記弾性体の角で、前記弾性体を支持する支持部と
を有する撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１２４８０４（Ｐ２００９−１２４８０４Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９３７４１（Ｐ２００７−２９３７４１）
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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