振動アクチュエータ、レンズユニット、及び撮像装置
【課題】振動アクチュエータの組立性を向上させる。
【解決手段】振動アクチュエータ１００は、ロータ１６０、ステータ１２０、及び電気機械変換部１３０に挿通され、ベース部１５０と螺合しており、ベース部１５０と共にステータ１２０及び電気機械変換部１３０を締付ける締付部１１６と、ステータ１２０からロータ１６０の側へ延びる外延部１１２とが設けられた軸部材１１０と、外延部１１２が挿通されると共にステータ１２０に接するように配され、外延部１１２と螺合し、ステータ１２０から振動を付与される振動体２１０とを備え、軸部材１１０とベース部１５０との螺合部と、外延部１１２と振動体２１０との螺合部とが互いに逆ネジの関係にあることを特徴とする。
【解決手段】振動アクチュエータ１００は、ロータ１６０、ステータ１２０、及び電気機械変換部１３０に挿通され、ベース部１５０と螺合しており、ベース部１５０と共にステータ１２０及び電気機械変換部１３０を締付ける締付部１１６と、ステータ１２０からロータ１６０の側へ延びる外延部１１２とが設けられた軸部材１１０と、外延部１１２が挿通されると共にステータ１２０に接するように配され、外延部１１２と螺合し、ステータ１２０から振動を付与される振動体２１０とを備え、軸部材１１０とベース部１５０との螺合部と、外延部１１２と振動体２１０との螺合部とが互いに逆ネジの関係にあ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、当該振動アクチュエータを備えるレンズユニット、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型の圧電素子によりステータに発生される振動によりロータを回転させる超音波モータとして、ロータを回転自在に支持すると共にステータ及び圧電素子を締め付ける軸部材に、筒状の弾性体を固定したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この弾性体には、圧電素子からステータを介して振動が付与される。このため、振動子がステータと弾性体とにより構成され、振動子の重量が増加することから、ロータを回転させる駆動周波数が低下される。
【特許文献１】特開２００５−２８７２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記超音波モータでは、筒状の弾性体を軸部材と一体で形成することは困難であることから、これらを別部品として形成して接着、螺合等させることにより一体化させている。ここで、弾性体と軸部材とを接着する場合には、接着剤が固化するのを待ってからでなければ、また、弾性体と軸部材とを螺合させる場合には、これらを完全に締付した後でなければ、軸部材とステータ等との組付作業を実施できないことから、組立作業に時間を要して組立作業の効率が悪いという問題がある。
【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、回転自在なロータと、前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、を備え、前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする。
【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、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、回転自在なロータと、前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、を備え、前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする。
【０００６】
また、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、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、回転自在なロータと、前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、を備え、前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする。
【０００７】
なお、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には、一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を斜視図にて示している。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、軸部材１１０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】
この図に示すように、振動アクチュエータ１００は、ロータ１６０と、ステータ１２０と、電気機械変換部１３０と、狭持部材としてのベース部１５０と、軸部材１１０とを備えている。ロータ１６０、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及びベース部１５０は、出力側から記載順で配されており、これらには、軸部材１１０が挿通されている。
【００１１】
また、電気機械変換部１３０とベース部１５０との間には、配線板１４０が配され、ロータ１６０の出力側には、歯車１８０、トッププレート１９０、及びナット２２０が配されている。また、ベース部１５０の外周部には、保持部１５４が形成されている。この保持部１５４は、ロータ１６０の回転軸を中心として回転対称に配された４個の平面により構成されている。
【００１２】
図２には、振動アクチュエータ１００を側断面図にて示している。この図に示すように、軸部材１１０は、円柱状に形成されており、軸方向における非出力側にはネジ部１１７が形成され、出力側にはネジ部１１８が形成されている。
【００１３】
ロータ１６０は、平面視にて円状の円筒状に形成されており、ロータ１６０の回転軸は、軸部材１１０の軸方向に沿って延びている。ロータ１６０の内周部１６６と軸部材１１０との間には空間が形成されており、この空間には、付勢部材１７０と振動体２１０とが配されている。
【００１４】
振動体２１０は、円筒状の金属製弾性体であって、軸部材１１０が挿通されている。振動体２１０の内周部２１２における非出力側、即ちステータ１２０側の端部には、ネジ部２１４が形成されている。一方、軸部材１１０には、ネジ部２１４と螺合するネジ部１１４が形成されている。よって、振動体２１０におけるステータ１２０側の端部と、軸部材１１０とが固定されている。
【００１５】
ネジ部１１４は、軸部材１１０におけるステータ１２０から出力側、即ちロータ１６０側へ延びる外延部１１２の基端部、即ちステータ１２０側の端部に形成されており、振動体２１０のステータ１２０側の端部と、外延部１１２のステータ１２０側の端部とが固定されている。また、振動体２１０における非出力側、即ちステータ１２０側の端部は、ステータ１２０に当接されている。一方で、振動体２１０における出力側、即ちステータ１２０の反対側の端部は、軸部材１１０に対して非固定、且つ歯車１８０と非接触であることから自由端部となっている。
【００１６】
振動体２１０の内周部２１２には、非出力側の内径が出力側の内径より小さい段差部２１８が形成されている。この段差部２１８は、ネジ部１１４の出力側端部の近傍に配されている。また、外延部１１２には、外周側へ張り出した円環状のフランジ部である締付部１１６が形成されている。この締付部１１６は、段差部２１８に当接して配されている。
【００１７】
また、振動体２１０の外周部におけるステータ１２０側の端部には、工具嵌合部２１６が形成されている。この工具嵌合部２１６は、振動体２１０の軸心を中心として回転対称な位置に配された４個の平面で構成されており、四角レンチ等の締付工具と嵌合させることができる。このため、締結工具で振動体２１０を回転させてネジ部２１４とネジ部１１４とを螺合させることにより、振動体２１０と軸部材１１０とを組み付けることができる。
【００１８】
また、ロータ１６０の内周部１６６における非出力側の端部には、内径側へ張り出したフランジ部１６８が形成されており、このフランジ部１６８には、付勢部材１７０の非出力側の端部が当接している。付勢部材１７０は、圧縮コイルバネであって、内部に軸部材１１０及び振動体２１０が挿通されており、軸部材１１０の軸方向に弾性収縮する。
【００１９】
ステータ１２０は、平面視にて円状の所謂ディスク状の金属製弾性体となっている。また、電気機械変換部１３０は、平面視にて円状に形成され、軸部材１１０の軸方向についてロータ１６０との間でステータ１２０を挟む位置に配されている。
【００２０】
配線板１４０は、円盤状に形成された円盤部１４２と、円盤部１４２から外径側へ延出する外延部１４４とを備えている。また、ベース部１５０は、軸部材１１０の軸方向についてステータ１２０との間で電気機械変換部１３０、及び円盤部１４２を挟む位置に配されている。
【００２１】
ステータ１２０、電気機械変換部１３０、円盤部１４２及びベース部１５０の中心には軸部材１１０が挿通されている。ここで、ベース部１５０の中心には、ネジ孔１５２が形成され、軸部材１１０の外延部１１２に形成された締付部１１６は、振動体２１０の内周部２１２に形成された段差部２１８に当接している。このため、振動体２１０がステータ１２０に当接した状態で、軸部材１１０のネジ部１１７とベース部１５０のネジ孔１５２とが螺合することによって、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及び円盤部１４２が、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とにより締め付けられている。
【００２２】
なお、上述したように、ベース部１５０の外周部には保持部１５４が形成されており、ベース部１５０をクランプ等の保持具により保持することができる。また、振動体２１０のステータ１２０側の端部には、工具嵌合部２１６が形成されており、四角レンチ等の締結工具と嵌合させることができる。このため、ベース部１５０を保持具で保持した状態で、締付工具で振動体２１０を軸部材１１０と共に時計回り方向に回転させることにより、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及び円盤部１４２が、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とによって締め付けられる。
【００２３】
ここで、ネジ部１１７、ネジ孔１５２は、軸部材１１０を時計回り方向へ回転させた場合に、ネジ部１１７がネジ孔１５２に対して相対的に非出力側へ進行する順ネジとなっている。これに対して、ネジ部１１４、２１４は、軸部材１１０を時計回り方向へ回転させた場合に、ネジ部１１４がネジ部２１４に対して相対的に出力側へ進行する逆ネジとなっている。このため、ネジ部１１７とネジ孔１５２、ネジ部１１４とネジ部２１４を螺合させた状態で、振動体２１０を締結工具で保持してベース部１５０に対して相対的に時計回り方向へ回転させると、ネジ部１１７がネジ孔１５２に対して相対的に非出力側へ進行した後、ネジ部１１４がネジ部２１４に対して相対的に出力側へ進行する。これにより、ネジ部１１７とネジ孔１５２が締まり合うと共に、ネジ部１１４とネジ部２１４も締まり合う。
【００２４】
ロータ１６０の出力側の面には、軸部材１１０の軸心を中心とする円状のリブ１６４が形成されている。また、歯車１８０の非出力側の面には、リブ１６４と嵌合する円状の凹部１８２が形成されている。また、トッププレート１９０の中心には、非出力側へ突出した円柱状のボス１９２が形成され、歯車１８０の出力側の面には、ボス１９２が相対回転自在に嵌合する円状の凹部１８４が形成されている。また、ナット２２０が軸部材１１０のネジ部１１８と螺合している。
【００２５】
ここで、付勢部材１７０の出力側の端部は、歯車１８０に当接している。また、上述したように、付勢部材１７０の非出力側の端部は、ロータ１６０のフランジ部１６８に当接しており、付勢部材１７０は、弾性収縮されている。このため、ロータ１６０はステータ１２０側へ付勢され、歯車１８０及びトッププレート１９０はナット２２０側へ付勢されている。
【００２６】
ロータ１６０の非出力側の面、即ちステータ１２０と対向する面には、円環状のリブ１６２が形成されており、この円環状のリブ１６２が、付勢部材１７０の付勢力によりステータ１２０に圧接されている。また、歯車１８０がトッププレート１９０に、トッププレート１９０がナット２２０にそれぞれ、付勢部材１７０の付勢力により圧接されている。
【００２７】
図３は、電気機械変換部１３０を分解斜視図にて示している。この図に示すように、電気機械変換部１３０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１３１、１３２、１３３、１３４とを備えている。
【００２８】
電極１３１、１３２、１３３、１３４は、略セクタ状の同形状とされており、軸部材１１０を中心として回転対称に配されている。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の側面に形成された導線により、配線板１４０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の側面に形成された導線により、配線板１４０のグランド電極に導通される。
【００２９】
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。
【００３０】
図４には、電極１３１、１３２、１３３、１３４と工具嵌合部２１６を構成する４個の平面との位置関係を平面図にて示している。この図に示すように、電極の分割数と工具嵌合部２１６を構成する複数の平面の数とは同数であり、また、電極１３１、１３２、１３３、１３４と、工具嵌合部２１６を構成する四平面は、共に軸部材１１０を中心として回転対称な位置に配されている。即ち、工具嵌合部２１６を構成する各平面と各電極とが、相対位置が一定となるように配されている。
【００３１】
次に、本実施形態における作用について説明する。図５Ａ〜図５Ｄは、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を誇張して斜視図にて示している。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄの相互の間に記入された矢印は、ステータ１２０及び電気機械変換部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ステータ１２０及び電気機械変換部１３０が周期的に動作することを示す。
【００３２】
電極１３１、１３２、１３３、１３４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１３１、１３２、１３３、１３４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１３１、１３２、１３３、１３４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。
【００３３】
電極１３１、１３２、１３３、１３４に対して順次駆動電圧が印加されると、電極１３１、１３２、１３３、１３４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１３１、１３２、１３３、１３４に対して、π／４ずつ位相が異なる交流電圧が印加される。これにより、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。ステータ１２０には、共振周波数の振動を発生させる。
【００３４】
ロータ１６０は、付勢部材１７０に付勢されて、ステータ１２０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、ロータ１６０のリブ１６４と歯車１８０の凹部１８２とは、付勢部材１７０の付勢力により圧接されており、ロータ１６０と歯車１８０とは、リブ１６４と凹部１８４との間に生じる摩擦力により一体で回転する。これにより、モータ駆動力が出力される。
【００３５】
ここで、ステータ１２０に当接した振動体２１０は、電気機械変換部１３０からステータ１２０を介して振動を付与される。これにより、振動子がステータ１２０と振動体２１０とで構成されることから、振動子の重量が増加するので、ステータ１２０の共振周波数を低く設定できる。即ち、振動体２１０が、ステータ１２０の共振周波数を調整する周波数調整部材として機能することから、ステータ１２０の共振周波数を適当に設定でき、以って、電気機械変換部１３０の駆動周波数を適当に設定できる。
【００３６】
また、振動体２１０は、ステータ１２０に当接した軸方向の端部において軸部材１１０と螺合されており、また、軸方向の反対側の端部は自由端部となっている。このため、振動体２１０の剛性をより低く設定でき、ステータ１２０の振動周波数を低下させる効果を増大できる。また、振動体２１０の軸方向長さが、外径より長いことによっても、ステータ１２０の振動周波数を低下させる効果が増加される。
【００３７】
また、振動体２１０の外周部に形成された工具嵌合部２１６を構成する四面が、軸心を中心として回転対称に配されていることから、振動体２１０における周方向の位置による振動周波数のバラツキを抑制できる。よって、ステータ１２０の振動周波数を安定化させることができる。また、工具嵌合部２１６を構成する複数の平面と、電気機械変換部１３０の電極の分割数とを同一にしたことにより、各平面と電極とが相対位置が一定となっていることから、振動体２１０における周方向の位置による振動周波数のバラツキをより一層抑制でき、ステータ１２０の振動周波数をより一層安定化させることができる。
【００３８】
次に、振動アクチュエータ１００の組立方法について説明する。図６には、振動アクチュエータ１００の組立工程における一工程を側断面図（図７の６−６断面図）にて示している。この図に示すように、当該工程では、まず、軸部材１１０の外延部１１２を振動体２１０に挿通してネジ部１１４とネジ部２１４とを螺合させる。ここでは、外延部１１２と振動体２１０とが完全に締結されていなくてもよい。
【００３９】
次に、図７、図８に示すように、軸部材１１０とステータ１２０、電気機械変換部１３０、配線板１４０、及びベース部１５０との組付を実施する。これらを組付する工程においては、ベース部１５０の外周部に形成された複数の平面から構成される保持部１５４をクランプ等の保持具で保持する。
【００４０】
そして、軸部材１１０の非出力側をステータ１２０、電気機械変換部１３０、配線板１４０、ベース部１５０の中心の孔に挿通して軸部材１１０を回転させる。軸部材１１０は、ネジ部１１７をベース部１５０のネジ孔１５２に合わせ、レンチ等の締付工具を工具嵌合部２１６に嵌合させて当該締付工具を回転させることにより回転させる。これにより、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とにより、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及び配線板１４０が締め付けられる。
【００４１】
ここで、図９に示すように、振動体２１０をベース部１５０等に対して相対的に時計回り方向に回転させることにより、順ネジのネジ部１１７がネジ孔１５２に対して相対的に非出力側へ進行する。そして、振動体２１０がステータ１２０に当接すると、ネジ部１１７に対して逆ネジの関係にあるネジ部１１４はネジ部２１４に対して相対的に出力側へ進行することから、段差部２１８が締付部１１６に当接する。これにより、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とによるステータ１２０等の時計回り方向の締付力（実線矢印で図示）が強まると共に、振動体２１０と外延部１１２との反時計回り方向の締付力（破線矢印で図示）が強まる。
【００４２】
即ち、振動体２１０と軸部材１１０との締結が完全ではない状態で、軸部材１１０とステータ１２０等との組付を実施することにより、軸部材１１０及び振動体２１０とベース部１５０とによりステータ１２０等を締め付けると共に、振動体２１０と軸部材１１０とを完全に締結させることができる。従って、振動体２１０と軸部材１１０との締結作業に要する時間を減少でき、以って、振動アクチュエータ１００の組立作業の効率を向上できる。
【００４３】
なお、本実施形態では、軸部材１１０とベース部１５０との螺合部を順ネジとして、外延部１１２と振動体２１０との螺合部を逆ネジとしたので、他機種のベース部１５０をそのまま本実施形態における振動アクチュエータ１００で使用する等、汎用性を高めることができる。しかしながら、これは必須ではなく、軸部材１１０とベース部１５０との螺合部を逆ネジとして、外延部１１２と振動体２１０との螺合部を順ネジとしてもよい。
【００４４】
図１０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。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。
【００４５】
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】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
【図１】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を示す側断面図である。
【図３】電気機械変換部１３０を示す分解斜視図である。
【図４】ステータ１２０及び振動体２１０を示す平面図である。
【図５Ａ】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である。
【図５Ｂ】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である。
【図５Ｃ】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である。
【図５Ｄ】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である。
【図６】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する図７の６−６断面図である。
【図７】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する平面図である。
【図８】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する図７の８−８断面図である。
【図９】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する拡大側断面図である。
【図１０】撮像装置７００の概略構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 振動アクチュエータ、１１０ 軸部材、１１２ 外延部、１１４ ネジ部、１１６ 締付部、１１７ ネジ部、１１８ ネジ部、１２０ ステータ、１３０ 電気機械変換部、１３１ 電極、１３２ 電極、１３３ 電極、１３４ 電極、１３６ 圧電材料板、１３８ 電気機械変換素子層、１４０ 配線板、１４２ 円盤部、１４４ 外延部、１５０ ベース部、１５２ ネジ孔、１５４ 保持部、１６０ ロータ、１６２ リブ、１６４ リブ、１６６ 内周部、１６８ フランジ部、１７０ 付勢部材、１８０ 歯車、１８２ 凹部、１８４ 凹部、１９０ トッププレート、１９２ ボス、２１０ 振動体、２１２ 内周部、２１４ ネジ部、２１６ 工具嵌合部、２１８ 段差部、２２０ 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、当該振動アクチュエータを備えるレンズユニット、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型の圧電素子によりステータに発生される振動によりロータを回転させる超音波モータとして、ロータを回転自在に支持すると共にステータ及び圧電素子を締め付ける軸部材に、筒状の弾性体を固定したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この弾性体には、圧電素子からステータを介して振動が付与される。このため、振動子がステータと弾性体とにより構成され、振動子の重量が増加することから、ロータを回転させる駆動周波数が低下される。
【特許文献１】特開２００５−２８７２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記超音波モータでは、筒状の弾性体を軸部材と一体で形成することは困難であることから、これらを別部品として形成して接着、螺合等させることにより一体化させている。ここで、弾性体と軸部材とを接着する場合には、接着剤が固化するのを待ってからでなければ、また、弾性体と軸部材とを螺合させる場合には、これらを完全に締付した後でなければ、軸部材とステータ等との組付作業を実施できないことから、組立作業に時間を要して組立作業の効率が悪いという問題がある。
【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、回転自在なロータと、前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、を備え、前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする。
【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、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、回転自在なロータと、前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、を備え、前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする。
【０００６】
また、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、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、回転自在なロータと、前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、を備え、前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする。
【０００７】
なお、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には、一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を斜視図にて示している。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、軸部材１１０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】
この図に示すように、振動アクチュエータ１００は、ロータ１６０と、ステータ１２０と、電気機械変換部１３０と、狭持部材としてのベース部１５０と、軸部材１１０とを備えている。ロータ１６０、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及びベース部１５０は、出力側から記載順で配されており、これらには、軸部材１１０が挿通されている。
【００１１】
また、電気機械変換部１３０とベース部１５０との間には、配線板１４０が配され、ロータ１６０の出力側には、歯車１８０、トッププレート１９０、及びナット２２０が配されている。また、ベース部１５０の外周部には、保持部１５４が形成されている。この保持部１５４は、ロータ１６０の回転軸を中心として回転対称に配された４個の平面により構成されている。
【００１２】
図２には、振動アクチュエータ１００を側断面図にて示している。この図に示すように、軸部材１１０は、円柱状に形成されており、軸方向における非出力側にはネジ部１１７が形成され、出力側にはネジ部１１８が形成されている。
【００１３】
ロータ１６０は、平面視にて円状の円筒状に形成されており、ロータ１６０の回転軸は、軸部材１１０の軸方向に沿って延びている。ロータ１６０の内周部１６６と軸部材１１０との間には空間が形成されており、この空間には、付勢部材１７０と振動体２１０とが配されている。
【００１４】
振動体２１０は、円筒状の金属製弾性体であって、軸部材１１０が挿通されている。振動体２１０の内周部２１２における非出力側、即ちステータ１２０側の端部には、ネジ部２１４が形成されている。一方、軸部材１１０には、ネジ部２１４と螺合するネジ部１１４が形成されている。よって、振動体２１０におけるステータ１２０側の端部と、軸部材１１０とが固定されている。
【００１５】
ネジ部１１４は、軸部材１１０におけるステータ１２０から出力側、即ちロータ１６０側へ延びる外延部１１２の基端部、即ちステータ１２０側の端部に形成されており、振動体２１０のステータ１２０側の端部と、外延部１１２のステータ１２０側の端部とが固定されている。また、振動体２１０における非出力側、即ちステータ１２０側の端部は、ステータ１２０に当接されている。一方で、振動体２１０における出力側、即ちステータ１２０の反対側の端部は、軸部材１１０に対して非固定、且つ歯車１８０と非接触であることから自由端部となっている。
【００１６】
振動体２１０の内周部２１２には、非出力側の内径が出力側の内径より小さい段差部２１８が形成されている。この段差部２１８は、ネジ部１１４の出力側端部の近傍に配されている。また、外延部１１２には、外周側へ張り出した円環状のフランジ部である締付部１１６が形成されている。この締付部１１６は、段差部２１８に当接して配されている。
【００１７】
また、振動体２１０の外周部におけるステータ１２０側の端部には、工具嵌合部２１６が形成されている。この工具嵌合部２１６は、振動体２１０の軸心を中心として回転対称な位置に配された４個の平面で構成されており、四角レンチ等の締付工具と嵌合させることができる。このため、締結工具で振動体２１０を回転させてネジ部２１４とネジ部１１４とを螺合させることにより、振動体２１０と軸部材１１０とを組み付けることができる。
【００１８】
また、ロータ１６０の内周部１６６における非出力側の端部には、内径側へ張り出したフランジ部１６８が形成されており、このフランジ部１６８には、付勢部材１７０の非出力側の端部が当接している。付勢部材１７０は、圧縮コイルバネであって、内部に軸部材１１０及び振動体２１０が挿通されており、軸部材１１０の軸方向に弾性収縮する。
【００１９】
ステータ１２０は、平面視にて円状の所謂ディスク状の金属製弾性体となっている。また、電気機械変換部１３０は、平面視にて円状に形成され、軸部材１１０の軸方向についてロータ１６０との間でステータ１２０を挟む位置に配されている。
【００２０】
配線板１４０は、円盤状に形成された円盤部１４２と、円盤部１４２から外径側へ延出する外延部１４４とを備えている。また、ベース部１５０は、軸部材１１０の軸方向についてステータ１２０との間で電気機械変換部１３０、及び円盤部１４２を挟む位置に配されている。
【００２１】
ステータ１２０、電気機械変換部１３０、円盤部１４２及びベース部１５０の中心には軸部材１１０が挿通されている。ここで、ベース部１５０の中心には、ネジ孔１５２が形成され、軸部材１１０の外延部１１２に形成された締付部１１６は、振動体２１０の内周部２１２に形成された段差部２１８に当接している。このため、振動体２１０がステータ１２０に当接した状態で、軸部材１１０のネジ部１１７とベース部１５０のネジ孔１５２とが螺合することによって、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及び円盤部１４２が、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とにより締め付けられている。
【００２２】
なお、上述したように、ベース部１５０の外周部には保持部１５４が形成されており、ベース部１５０をクランプ等の保持具により保持することができる。また、振動体２１０のステータ１２０側の端部には、工具嵌合部２１６が形成されており、四角レンチ等の締結工具と嵌合させることができる。このため、ベース部１５０を保持具で保持した状態で、締付工具で振動体２１０を軸部材１１０と共に時計回り方向に回転させることにより、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及び円盤部１４２が、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とによって締め付けられる。
【００２３】
ここで、ネジ部１１７、ネジ孔１５２は、軸部材１１０を時計回り方向へ回転させた場合に、ネジ部１１７がネジ孔１５２に対して相対的に非出力側へ進行する順ネジとなっている。これに対して、ネジ部１１４、２１４は、軸部材１１０を時計回り方向へ回転させた場合に、ネジ部１１４がネジ部２１４に対して相対的に出力側へ進行する逆ネジとなっている。このため、ネジ部１１７とネジ孔１５２、ネジ部１１４とネジ部２１４を螺合させた状態で、振動体２１０を締結工具で保持してベース部１５０に対して相対的に時計回り方向へ回転させると、ネジ部１１７がネジ孔１５２に対して相対的に非出力側へ進行した後、ネジ部１１４がネジ部２１４に対して相対的に出力側へ進行する。これにより、ネジ部１１７とネジ孔１５２が締まり合うと共に、ネジ部１１４とネジ部２１４も締まり合う。
【００２４】
ロータ１６０の出力側の面には、軸部材１１０の軸心を中心とする円状のリブ１６４が形成されている。また、歯車１８０の非出力側の面には、リブ１６４と嵌合する円状の凹部１８２が形成されている。また、トッププレート１９０の中心には、非出力側へ突出した円柱状のボス１９２が形成され、歯車１８０の出力側の面には、ボス１９２が相対回転自在に嵌合する円状の凹部１８４が形成されている。また、ナット２２０が軸部材１１０のネジ部１１８と螺合している。
【００２５】
ここで、付勢部材１７０の出力側の端部は、歯車１８０に当接している。また、上述したように、付勢部材１７０の非出力側の端部は、ロータ１６０のフランジ部１６８に当接しており、付勢部材１７０は、弾性収縮されている。このため、ロータ１６０はステータ１２０側へ付勢され、歯車１８０及びトッププレート１９０はナット２２０側へ付勢されている。
【００２６】
ロータ１６０の非出力側の面、即ちステータ１２０と対向する面には、円環状のリブ１６２が形成されており、この円環状のリブ１６２が、付勢部材１７０の付勢力によりステータ１２０に圧接されている。また、歯車１８０がトッププレート１９０に、トッププレート１９０がナット２２０にそれぞれ、付勢部材１７０の付勢力により圧接されている。
【００２７】
図３は、電気機械変換部１３０を分解斜視図にて示している。この図に示すように、電気機械変換部１３０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１３１、１３２、１３３、１３４とを備えている。
【００２８】
電極１３１、１３２、１３３、１３４は、略セクタ状の同形状とされており、軸部材１１０を中心として回転対称に配されている。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の側面に形成された導線により、配線板１４０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の側面に形成された導線により、配線板１４０のグランド電極に導通される。
【００２９】
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。
【００３０】
図４には、電極１３１、１３２、１３３、１３４と工具嵌合部２１６を構成する４個の平面との位置関係を平面図にて示している。この図に示すように、電極の分割数と工具嵌合部２１６を構成する複数の平面の数とは同数であり、また、電極１３１、１３２、１３３、１３４と、工具嵌合部２１６を構成する四平面は、共に軸部材１１０を中心として回転対称な位置に配されている。即ち、工具嵌合部２１６を構成する各平面と各電極とが、相対位置が一定となるように配されている。
【００３１】
次に、本実施形態における作用について説明する。図５Ａ〜図５Ｄは、ステータ１２０及び電気機械変換部１３０の動作を誇張して斜視図にて示している。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄの相互の間に記入された矢印は、ステータ１２０及び電気機械変換部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ステータ１２０及び電気機械変換部１３０が周期的に動作することを示す。
【００３２】
電極１３１、１３２、１３３、１３４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１３１、１３２、１３３、１３４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１３１、１３２、１３３、１３４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。
【００３３】
電極１３１、１３２、１３３、１３４に対して順次駆動電圧が印加されると、電極１３１、１３２、１３３、１３４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１３１、１３２、１３３、１３４に対して、π／４ずつ位相が異なる交流電圧が印加される。これにより、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。ステータ１２０には、共振周波数の振動を発生させる。
【００３４】
ロータ１６０は、付勢部材１７０に付勢されて、ステータ１２０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、ロータ１６０のリブ１６４と歯車１８０の凹部１８２とは、付勢部材１７０の付勢力により圧接されており、ロータ１６０と歯車１８０とは、リブ１６４と凹部１８４との間に生じる摩擦力により一体で回転する。これにより、モータ駆動力が出力される。
【００３５】
ここで、ステータ１２０に当接した振動体２１０は、電気機械変換部１３０からステータ１２０を介して振動を付与される。これにより、振動子がステータ１２０と振動体２１０とで構成されることから、振動子の重量が増加するので、ステータ１２０の共振周波数を低く設定できる。即ち、振動体２１０が、ステータ１２０の共振周波数を調整する周波数調整部材として機能することから、ステータ１２０の共振周波数を適当に設定でき、以って、電気機械変換部１３０の駆動周波数を適当に設定できる。
【００３６】
また、振動体２１０は、ステータ１２０に当接した軸方向の端部において軸部材１１０と螺合されており、また、軸方向の反対側の端部は自由端部となっている。このため、振動体２１０の剛性をより低く設定でき、ステータ１２０の振動周波数を低下させる効果を増大できる。また、振動体２１０の軸方向長さが、外径より長いことによっても、ステータ１２０の振動周波数を低下させる効果が増加される。
【００３７】
また、振動体２１０の外周部に形成された工具嵌合部２１６を構成する四面が、軸心を中心として回転対称に配されていることから、振動体２１０における周方向の位置による振動周波数のバラツキを抑制できる。よって、ステータ１２０の振動周波数を安定化させることができる。また、工具嵌合部２１６を構成する複数の平面と、電気機械変換部１３０の電極の分割数とを同一にしたことにより、各平面と電極とが相対位置が一定となっていることから、振動体２１０における周方向の位置による振動周波数のバラツキをより一層抑制でき、ステータ１２０の振動周波数をより一層安定化させることができる。
【００３８】
次に、振動アクチュエータ１００の組立方法について説明する。図６には、振動アクチュエータ１００の組立工程における一工程を側断面図（図７の６−６断面図）にて示している。この図に示すように、当該工程では、まず、軸部材１１０の外延部１１２を振動体２１０に挿通してネジ部１１４とネジ部２１４とを螺合させる。ここでは、外延部１１２と振動体２１０とが完全に締結されていなくてもよい。
【００３９】
次に、図７、図８に示すように、軸部材１１０とステータ１２０、電気機械変換部１３０、配線板１４０、及びベース部１５０との組付を実施する。これらを組付する工程においては、ベース部１５０の外周部に形成された複数の平面から構成される保持部１５４をクランプ等の保持具で保持する。
【００４０】
そして、軸部材１１０の非出力側をステータ１２０、電気機械変換部１３０、配線板１４０、ベース部１５０の中心の孔に挿通して軸部材１１０を回転させる。軸部材１１０は、ネジ部１１７をベース部１５０のネジ孔１５２に合わせ、レンチ等の締付工具を工具嵌合部２１６に嵌合させて当該締付工具を回転させることにより回転させる。これにより、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とにより、ステータ１２０、電気機械変換部１３０、及び配線板１４０が締め付けられる。
【００４１】
ここで、図９に示すように、振動体２１０をベース部１５０等に対して相対的に時計回り方向に回転させることにより、順ネジのネジ部１１７がネジ孔１５２に対して相対的に非出力側へ進行する。そして、振動体２１０がステータ１２０に当接すると、ネジ部１１７に対して逆ネジの関係にあるネジ部１１４はネジ部２１４に対して相対的に出力側へ進行することから、段差部２１８が締付部１１６に当接する。これにより、締付部１１６及び振動体２１０とベース部１５０とによるステータ１２０等の時計回り方向の締付力（実線矢印で図示）が強まると共に、振動体２１０と外延部１１２との反時計回り方向の締付力（破線矢印で図示）が強まる。
【００４２】
即ち、振動体２１０と軸部材１１０との締結が完全ではない状態で、軸部材１１０とステータ１２０等との組付を実施することにより、軸部材１１０及び振動体２１０とベース部１５０とによりステータ１２０等を締め付けると共に、振動体２１０と軸部材１１０とを完全に締結させることができる。従って、振動体２１０と軸部材１１０との締結作業に要する時間を減少でき、以って、振動アクチュエータ１００の組立作業の効率を向上できる。
【００４３】
なお、本実施形態では、軸部材１１０とベース部１５０との螺合部を順ネジとして、外延部１１２と振動体２１０との螺合部を逆ネジとしたので、他機種のベース部１５０をそのまま本実施形態における振動アクチュエータ１００で使用する等、汎用性を高めることができる。しかしながら、これは必須ではなく、軸部材１１０とベース部１５０との螺合部を逆ネジとして、外延部１１２と振動体２１０との螺合部を順ネジとしてもよい。
【００４４】
図１０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。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。
【００４５】
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】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
【図１】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００を示す側断面図である。
【図３】電気機械変換部１３０を示す分解斜視図である。
【図４】ステータ１２０及び振動体２１０を示す平面図である。
【図５Ａ】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である。
【図５Ｂ】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である。
【図５Ｃ】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である。
【図５Ｄ】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である。
【図６】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する図７の６−６断面図である。
【図７】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する平面図である。
【図８】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する図７の８−８断面図である。
【図９】一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の組立方法を説明する拡大側断面図である。
【図１０】撮像装置７００の概略構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 振動アクチュエータ、１１０ 軸部材、１１２ 外延部、１１４ ネジ部、１１６ 締付部、１１７ ネジ部、１１８ ネジ部、１２０ ステータ、１３０ 電気機械変換部、１３１ 電極、１３２ 電極、１３３ 電極、１３４ 電極、１３６ 圧電材料板、１３８ 電気機械変換素子層、１４０ 配線板、１４２ 円盤部、１４４ 外延部、１５０ ベース部、１５２ ネジ孔、１５４ 保持部、１６０ ロータ、１６２ リブ、１６４ リブ、１６６ 内周部、１６８ フランジ部、１７０ 付勢部材、１８０ 歯車、１８２ 凹部、１８４ 凹部、１９０ トッププレート、１９２ ボス、２１０ 振動体、２１２ 内周部、２１４ ネジ部、２１６ 工具嵌合部、２１８ 段差部、２２０ 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】
回転自在なロータと、
前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、
前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、
前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、
前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、
前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、
を備え、
前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記軸部材と前記狭持部材との螺合部が順ネジであり、前記外延部と前記振動体との螺合部が逆ネジであることを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記外延部における前記ステータ側の端部と前記振動体とが螺合していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動体における前記ステータの反対側の端部が自由端であることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記振動体は、前記ロータの回転軸方向を長手方向としていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記振動体の外周部に締付工具が嵌合する工具嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記工具嵌合部は、前記ロータの回転軸を中心として回転対称に配された複数の平面を有することを特徴とする請求項６に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記工具嵌合部における前記平面の数は、前記電気機械変換部の前記ロータの回転軸の周りに分割された電極の数と同一であることを特徴とする請求項７に記載の振動アクチュエータ。
【請求項９】
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、
回転自在なロータと、
前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、
前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、
前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、
前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、
前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、
を備え、
前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とするレンズユニット。
【請求項１０】
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、
回転自在なロータと、
前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、
前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、
前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、
前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、
前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、
を備え、
前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
回転自在なロータと、
前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、
前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、
前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、
前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、
前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、
を備え、
前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記軸部材と前記狭持部材との螺合部が順ネジであり、前記外延部と前記振動体との螺合部が逆ネジであることを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記外延部における前記ステータ側の端部と前記振動体とが螺合していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動体における前記ステータの反対側の端部が自由端であることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記振動体は、前記ロータの回転軸方向を長手方向としていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記振動体の外周部に締付工具が嵌合する工具嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記工具嵌合部は、前記ロータの回転軸を中心として回転対称に配された複数の平面を有することを特徴とする請求項６に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記工具嵌合部における前記平面の数は、前記電気機械変換部の前記ロータの回転軸の周りに分割された電極の数と同一であることを特徴とする請求項７に記載の振動アクチュエータ。
【請求項９】
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、
回転自在なロータと、
前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、
前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、
前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、
前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、
前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、
を備え、
前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とするレンズユニット。
【請求項１０】
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、
回転自在なロータと、
前記ロータの回転軸方向に、前記ロータに接して配されたステータと、
前記ロータの回転軸方向について前記ロータとの間で前記ステータを挟む位置に配され、前記ステータに対して前記ロータの回転軸周りに遷移する振動を付与する電気機械変換部と、
前記ロータの回転軸方向について前記ステータとの間で前記電気機械変換部を挟む位置に配された狭持部材と、
前記ロータ、前記ステータ、及び前記電気機械変換部に挿通され、前記狭持部材と螺合しており、前記狭持部材と共に前記ステータ及び前記電気機械変換部を締付ける締付部と、前記ステータから前記ロータの側へ延びる外延部とが設けられた軸部材と、
前記ロータの内周側において前記外延部が挿通されると共に前記ステータに接するように配され、前記外延部と螺合し、前記ステータから振動を付与される振動体と、
を備え、
前記軸部材及び前記狭持部材の相互の螺合方向と、前記外延部及び前記振動体の相互の螺合方向とが、互いに逆方向であることを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−４１７８１（Ｐ２０１０−４１７８１Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９９８８５（Ｐ２００８−１９９８８５）
【出願日】平成２０年８月１日（２００８．８．１）
【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２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１日（２００８．８．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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