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】電気機械変換部を有する振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】筒型の弾性体と、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と、弾性体の前記内面に開口して設けられた集塵穴とを備える。集塵穴は、振れ回り振動している弾性体が回転体に接触する領域である接触領域を含む駆動面または駆動面の近傍に設けられてもよい。また、駆動面は、弾性体の内面においてすり鉢状の環状面を有し、集塵穴は、内径が接触領域より大きい領域に設けられてもよい。
【解決手段】筒型の弾性体と、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と、弾性体の前記内面に開口して設けられた集塵穴とを備える。集塵穴は、振れ回り振動している弾性体が回転体に接触する領域である接触領域を含む駆動面または駆動面の近傍に設けられてもよい。また、駆動面は、弾性体の内面においてすり鉢状の環状面を有し、集塵穴は、内径が接触領域より大きい領域に設けられてもよい。
【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、電気機械変換素子等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と、それ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】
下記の特許文献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。
【０００４】
下記の特許文献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】
【０００５】
上記のような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。しかしながら、投入された電力に対する出力の効率が稼働時間の増加と共に不安定になるので、長時間の連続運転には適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、筒型の弾性体と、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と、弾性体の内面に開口して設けられた集塵穴とを備える振動アクチュエータが提供される。
【０００７】
上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴は、振れ回り振動している弾性体が回転体に接触する領域である接触領域を含む駆動面または駆動面の近傍に設けられてもよい。
【０００８】
また、上記振動アクチュエータにおいて、駆動面は、弾性体の内面においてすり鉢状の環状面を有し、集塵穴は、内径が接触領域より大きい領域に設けられてもよい。
【０００９】
更に、上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴は、回転体の軸と略垂直の方向に延伸して設けられてもよい。
【００１０】
また更に、上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴は、弾性体の内面から外面まで貫通してもよい。
【００１１】
また更に、上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴の内部に設けられ、粉塵を付着させる粘着部材をさらに備えてもよい。
【００１２】
また更に、上記振動アクチュエータにおいて、当該振動アクチュエータは、光学部材を収容するレンズ鏡筒の内部に設けられて、光学部材を駆動し、集塵穴は、光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられてもよい。
【００１３】
また、本発明の第２の形態として、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レンズユニットであって、振動アクチュエータは、筒型の弾性体と、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と、弾性体の内面に開口し、光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられた集塵穴とを有するレンズユニットが提供される。
【００１４】
更に、本発明の第３の形態として、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撮像装置であって、振動アクチュエータは、筒型の弾性体と、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と、弾性体の内面に開口し、当該撮像装置が水平に構えられた場合における下方に延伸して設けられた集塵穴とを有する撮像装置が提供される。
【００１５】
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】
【００１６】
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かか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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、やはり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の外径よりも大きい。
【００２０】
弾性体１２０は、長手方向に貫通する貫通穴を有して、回転体１４０よりも短い筒型をなす。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の外径よりも大きな内径を有する。また、弾性体１２０は、貫通穴の端部近傍にネジ溝部１２２、２２２を有する。
【００２１】
更に、弾性体１２０は、高さ方向の中程において外周面に開口する集塵穴１１９を有する。集塵穴１１９は外面から内面まで貫通する。なお、弾性体１２０の内面における集塵穴１１９の開口形状は、回転体１４０の円周方向より回転体１４０の軸方向に長くてもよい。例えば、集塵穴１１９の開口形状は長方形であってよく、長方形の長手方向が弾性体１２０の長手方向に沿って設けられてよい。
【００２２】
電気機械変換部１３０は、３以上、好ましくは４以上の領域に個別に配置できる寸法を有する電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む。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で、弾性体１２０の外周面に倣った曲面をなす。
【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】
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。軸受け部材１１０、１６０のそれぞれにおいて、フランジ部１１１、１６１は、弾性体１２０の貫通穴の内径よりも大きな外径を有する。また、フランジ部１１１、１６１は、弾性体１２０の貫通穴の内径よりも大きな外径を有する。
【００２６】
更に、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。
【００２７】
付勢部材１５０は、回転体接触部１４２の外径よりも小さな外径と、回転伝達軸１４４の外径よりも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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
電気機械変換素子１３２、１３４（不図示）、１３６、１３８（不図示）を含む電気機械変換部１３０は、弾性体１２０の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。なお、電気機械変換素子１３２、１３４（不図示）、１３６、１３８（不図示）が現れる断面には、集塵穴１１９は現れない。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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よりも上側においては、回転体接触部１４２の外径よりも大きな内径を有する。また、駆動面１２１よりも下側においては、回転体接触部１４２の外径よりも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。
【００３８】
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。
【００３９】
更に、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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において、当接する部材に対する摺動部が形成される。この摺動部における摩擦を低減することにより、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。
【００４２】
図３は、弾性体１２０の振れ回り振動を説明する概念図である。なお、この実施形態においては、弾性体１２０は、長手方向について両端近傍で外部から支持されているものとするが、他の部位において支持されてもよい。
【００４３】
電気機械変換素子１３２、１３４（不図示）、１３６、１３８（不図示）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、当該電気機械変換素子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。
【００４４】
更に、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。
【００４５】
一方、弾性体１２０は、両端において外部から支持されている。従って、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、図３（ｂ）に示すように、弾性体１２０全体に、上下端の近傍に位置する節Ｘ、Ｚと、長手方向の中央付近に位置する腹Ｙとを形成する振れ回り振動が生じる。
【００４６】
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もっとも大きい。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。更に、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。
【００４９】
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。更に、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。また更に、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。
【００５０】
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。このため、被駆動部１４１または駆動面１２１の一部が磨耗して粉塵を生じる場合がある。発生した粉塵が被駆動部１４１および駆動面１２１の間に挟まった場合、駆動面１２１が被駆動部１４１を回転駆動する効率が低下して、振動アクチュエータ１００の出力が変化する場合がある。
【００５１】
しかしながら、被駆動部１４１に付着した粉塵は、回転体接触部１４２が回転した場合に、集塵穴１１９の内側開口縁部により掻き取られる。これにより、粉塵に起因する回転駆動力の効率低下は防止される。また、被駆動部１４１から掻き取られた粉塵は、集塵穴１１９を通じて弾性体１２０の外部に排除される。従って、粉塵の蓄積により被駆動部１４１から粉塵を掻き取る機能が低下することはない。
【００５２】
なお、駆動面１２１は、弾性体１２０の内面においてすり鉢状の環状面をなす。一方、振動アクチュエータ１００が動作しているとき、回転体接触部１４２は、駆動面１２１の変位から受けた駆動力により、付勢部材１５０の付勢に抗して弾性体１２０の内径がより大きい方へ変位する。従って、集塵穴１１９は、弾性体１２０の内径が接触領域よりも大きくなる領域に開口してもよい。
【００５３】
また、弾性体１２０の内面における集塵穴１１９の開口は、振れ回り振動している弾性体１２０が回転体接触部１４２に接触する領域である接触領域を含む駆動面１２１か、駆動面１２１の近傍に設けてもよい。これにより、集塵穴１１９が被駆動部１４１から粉塵を直接に掻き取らない場合でも、接触領域において発生した粉塵が弾性体１２０の内部で拡散する前に収集される。従って、粉塵に起因する振動アクチュエータ１００の特性変動は防止される。
【００５４】
図４は、集塵穴１１９の他の形態を示す部分断面図である。なお、以下に説明する部分以外の構造および作用は、図１から図３までに示した振動アクチュエータ１００と共通なので重複する説明は省く。
【００５５】
集塵穴１１９は、駆動面１２１に一端を開口して、弾性体１２０の外周面まで貫通することなく弾性体１２０の内部で終端している。これにより、収集された粉塵は集塵穴１１９の内部に蓄積され、外部に放散されることがない。従って、振動アクチュエータ１００の周辺に粉塵を飛散させて汚染することが防止される。特に、光学系を含む機器に振動アクチュエータ１００を実装した場合に、粉塵の混入により光学系の特性が低下することが防止される。
【００５６】
また、弾性体１２０の外周面において、弾性体１２０の周方向について集塵穴１１９が形成されている位置にも電気機械変換素子１３２を装着できる。これにより、電気機械変換部１３０のレイアウトの自由度が増すと共に、製造も容易になる。
【００５７】
なお、粉塵を収集して蓄積するという機能に鑑みて、集塵穴１１９は、重力方向について粉塵の発生箇所の下方に開口して、更にその下方で終端することが好ましい。従って、例えば、回転伝達軸１４４の長手方向が水平になるように振動アクチュエータ１００が実装されているか、少なくとも使用される状態において水平になる場合は、集塵穴１１９が、回転体１４０の軸に対して略垂直の方向に延伸して設けられることが好ましい。
【００５８】
図５は、集塵穴１１９のさらに他の形態を示す部分断面図である。なお、以下に説明する部分以外の構造および作用は、ここまでに説明した他の振動アクチュエータ１００と同じなので重複する説明は省く。
【００５９】
弾性体１２０は、駆動面１２１に一端を開口する集塵穴１１９を有する。集塵穴１１９は、弾性体１２０の外周面まで貫通することなく、弾性体１２０の内部で終端している。これにより、収集された粉塵は集塵穴１１９の内部に蓄積され、弾性体１２０の外部に放散されることがない。
【００６０】
更に、弾性体１２０は、粘着部材１２９の層を集塵穴１１９の内面に有する。粘着部材１２９は、集塵穴１１９の内部に進入した粉塵を付着して捕獲する。これにより、集塵穴１１９にいったん収集された粉塵が、再び放出されて弾性体１２０の内部で拡散することが防止される。なお、粘着部材１２９としては、アクリル系ポリマ、オレフィン系ポリマ、ウレタン系ポリマ等、感圧型接着機構を有する材料のシートを用いることができる。また、集塵穴１１９から流出しない粘度を有する不揮発性の液体を用いることもできる。
【００６１】
なお、粘着部材１２９を有する集塵穴１１９も、重力方向について粉塵の発生箇所の下方に開口し、更にその下方に向かって延在することが好ましい。従って、例えば、回転伝達軸１４４の長手方向が水平になるように振動アクチュエータ１００が実装されているか、少なくとも使用される状態において回転伝達軸１４４が水平になる場合は、集塵穴１１９が、回転体１４０の軸に対して略垂直の方向に延伸して設けられることが好ましい。これにより、収集した粉塵は効率よく粘着部材１２９に導かれる。また、いったん収集された粉塵が再拡散することもない。
【００６２】
図６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４２０、光学部材４２０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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、例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。
【００６５】
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。
【００６６】
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（不図示）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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、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。
【００７１】
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。
【００７２】
また、振動アクチュエータ１００は、レンズユニット４１０の光軸に長手方向が平行になるように実装される。換言すれば、振動アクチュエータ１００は、回転伝達軸１４４が水平になるように実装される。従って、図３、図４および図５に示すように、回転体１４０の軸と略垂直の方向に延伸して設けられた集塵穴１１９が、回転伝達軸１４４に対して下方に位置するように配置することにより、撮像装置４００を横位置撮影で使用する場合に、振動アクチュエータ１００で発生した粉塵を効果的に収集できる。
【００７３】
更に、振動アクチュエータ１００は、撮像装置４００の底部に近い側に配置されている。従って、振動アクチュエータ１００から漏洩した粉塵が光学系の内部に拡散することがない。
【００７４】
なお、撮像装置４００を縦位置撮影に使用した場合に回転伝達軸１４４に対して下方に開口する他の集塵穴１１９を更に設けてもよい。これにより、縦位置撮影のために振動アクチュエータ１００が動作した場合にも、粉塵を効果的に収集できる。
【００７５】
振動アクチュエータ１００は、内部に発生した粉塵を収集して排出または蓄積する集塵穴１１９を有するので、粉塵に起因する振動アクチュエータ１００の特性劣化を防止できる。また、粉塵を蓄積する構造とした場合は、周囲を粉塵で汚染することがないので、粉塵により影響を受ける光学機器等において有利に使用できる。
【００７６】
従って、例えば、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。また、粉塵の発生を嫌う精密ステージの駆動力源としても好ましく使用できる。ただし、振動アクチュエータ１００の用途がこれらに限られないことはいうまでもない。
【００７７】
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】
【００７８】
【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】作用部２００の他の構造を示す部分断面図である。
【図５】作用部２００の更に他の構造を示す部分断面図である。
【図６】振動アクチュエータ１００を備える撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００ 振動アクチュエータ
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 集塵穴
１２０ 弾性体
１２２、２２２ ネジ溝部
１２１ 駆動面
１２９ 粘着部材
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
１４６ 回転伝達リブ
１５０ 付勢部材
１７０ 出力ギア
１７２ 軸穴
４００ 撮像装置
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、電気機械変換素子等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と、それ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】
下記の特許文献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。
【０００４】
下記の特許文献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】
【０００５】
上記のような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。しかしながら、投入された電力に対する出力の効率が稼働時間の増加と共に不安定になるので、長時間の連続運転には適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、筒型の弾性体と、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と、弾性体の内面に開口して設けられた集塵穴とを備える振動アクチュエータが提供される。
【０００７】
上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴は、振れ回り振動している弾性体が回転体に接触する領域である接触領域を含む駆動面または駆動面の近傍に設けられてもよい。
【０００８】
また、上記振動アクチュエータにおいて、駆動面は、弾性体の内面においてすり鉢状の環状面を有し、集塵穴は、内径が接触領域より大きい領域に設けられてもよい。
【０００９】
更に、上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴は、回転体の軸と略垂直の方向に延伸して設けられてもよい。
【００１０】
また更に、上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴は、弾性体の内面から外面まで貫通してもよい。
【００１１】
また更に、上記振動アクチュエータにおいて、集塵穴の内部に設けられ、粉塵を付着させる粘着部材をさらに備えてもよい。
【００１２】
また更に、上記振動アクチュエータにおいて、当該振動アクチュエータは、光学部材を収容するレンズ鏡筒の内部に設けられて、光学部材を駆動し、集塵穴は、光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられてもよい。
【００１３】
また、本発明の第２の形態として、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レンズユニットであって、振動アクチュエータは、筒型の弾性体と、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と、弾性体の内面に開口し、光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられた集塵穴とを有するレンズユニットが提供される。
【００１４】
更に、本発明の第３の形態として、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撮像装置であって、振動アクチュエータは、筒型の弾性体と、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と、弾性体の内面に開口し、当該撮像装置が水平に構えられた場合における下方に延伸して設けられた集塵穴とを有する撮像装置が提供される。
【００１５】
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】
【００１６】
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かか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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、やはり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の外径よりも大きい。
【００２０】
弾性体１２０は、長手方向に貫通する貫通穴を有して、回転体１４０よりも短い筒型をなす。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の外径よりも大きな内径を有する。また、弾性体１２０は、貫通穴の端部近傍にネジ溝部１２２、２２２を有する。
【００２１】
更に、弾性体１２０は、高さ方向の中程において外周面に開口する集塵穴１１９を有する。集塵穴１１９は外面から内面まで貫通する。なお、弾性体１２０の内面における集塵穴１１９の開口形状は、回転体１４０の円周方向より回転体１４０の軸方向に長くてもよい。例えば、集塵穴１１９の開口形状は長方形であってよく、長方形の長手方向が弾性体１２０の長手方向に沿って設けられてよい。
【００２２】
電気機械変換部１３０は、３以上、好ましくは４以上の領域に個別に配置できる寸法を有する電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む。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で、弾性体１２０の外周面に倣った曲面をなす。
【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】
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。軸受け部材１１０、１６０のそれぞれにおいて、フランジ部１１１、１６１は、弾性体１２０の貫通穴の内径よりも大きな外径を有する。また、フランジ部１１１、１６１は、弾性体１２０の貫通穴の内径よりも大きな外径を有する。
【００２６】
更に、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。
【００２７】
付勢部材１５０は、回転体接触部１４２の外径よりも小さな外径と、回転伝達軸１４４の外径よりも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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
電気機械変換素子１３２、１３４（不図示）、１３６、１３８（不図示）を含む電気機械変換部１３０は、弾性体１２０の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。なお、電気機械変換素子１３２、１３４（不図示）、１３６、１３８（不図示）が現れる断面には、集塵穴１１９は現れない。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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よりも上側においては、回転体接触部１４２の外径よりも大きな内径を有する。また、駆動面１２１よりも下側においては、回転体接触部１４２の外径よりも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。
【００３８】
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。
【００３９】
更に、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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において、当接する部材に対する摺動部が形成される。この摺動部における摩擦を低減することにより、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。
【００４２】
図３は、弾性体１２０の振れ回り振動を説明する概念図である。なお、この実施形態においては、弾性体１２０は、長手方向について両端近傍で外部から支持されているものとするが、他の部位において支持されてもよい。
【００４３】
電気機械変換素子１３２、１３４（不図示）、１３６、１３８（不図示）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、当該電気機械変換素子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。
【００４４】
更に、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。
【００４５】
一方、弾性体１２０は、両端において外部から支持されている。従って、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、図３（ｂ）に示すように、弾性体１２０全体に、上下端の近傍に位置する節Ｘ、Ｚと、長手方向の中央付近に位置する腹Ｙとを形成する振れ回り振動が生じる。
【００４６】
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もっとも大きい。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。更に、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。
【００４９】
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。更に、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。また更に、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。
【００５０】
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。このため、被駆動部１４１または駆動面１２１の一部が磨耗して粉塵を生じる場合がある。発生した粉塵が被駆動部１４１および駆動面１２１の間に挟まった場合、駆動面１２１が被駆動部１４１を回転駆動する効率が低下して、振動アクチュエータ１００の出力が変化する場合がある。
【００５１】
しかしながら、被駆動部１４１に付着した粉塵は、回転体接触部１４２が回転した場合に、集塵穴１１９の内側開口縁部により掻き取られる。これにより、粉塵に起因する回転駆動力の効率低下は防止される。また、被駆動部１４１から掻き取られた粉塵は、集塵穴１１９を通じて弾性体１２０の外部に排除される。従って、粉塵の蓄積により被駆動部１４１から粉塵を掻き取る機能が低下することはない。
【００５２】
なお、駆動面１２１は、弾性体１２０の内面においてすり鉢状の環状面をなす。一方、振動アクチュエータ１００が動作しているとき、回転体接触部１４２は、駆動面１２１の変位から受けた駆動力により、付勢部材１５０の付勢に抗して弾性体１２０の内径がより大きい方へ変位する。従って、集塵穴１１９は、弾性体１２０の内径が接触領域よりも大きくなる領域に開口してもよい。
【００５３】
また、弾性体１２０の内面における集塵穴１１９の開口は、振れ回り振動している弾性体１２０が回転体接触部１４２に接触する領域である接触領域を含む駆動面１２１か、駆動面１２１の近傍に設けてもよい。これにより、集塵穴１１９が被駆動部１４１から粉塵を直接に掻き取らない場合でも、接触領域において発生した粉塵が弾性体１２０の内部で拡散する前に収集される。従って、粉塵に起因する振動アクチュエータ１００の特性変動は防止される。
【００５４】
図４は、集塵穴１１９の他の形態を示す部分断面図である。なお、以下に説明する部分以外の構造および作用は、図１から図３までに示した振動アクチュエータ１００と共通なので重複する説明は省く。
【００５５】
集塵穴１１９は、駆動面１２１に一端を開口して、弾性体１２０の外周面まで貫通することなく弾性体１２０の内部で終端している。これにより、収集された粉塵は集塵穴１１９の内部に蓄積され、外部に放散されることがない。従って、振動アクチュエータ１００の周辺に粉塵を飛散させて汚染することが防止される。特に、光学系を含む機器に振動アクチュエータ１００を実装した場合に、粉塵の混入により光学系の特性が低下することが防止される。
【００５６】
また、弾性体１２０の外周面において、弾性体１２０の周方向について集塵穴１１９が形成されている位置にも電気機械変換素子１３２を装着できる。これにより、電気機械変換部１３０のレイアウトの自由度が増すと共に、製造も容易になる。
【００５７】
なお、粉塵を収集して蓄積するという機能に鑑みて、集塵穴１１９は、重力方向について粉塵の発生箇所の下方に開口して、更にその下方で終端することが好ましい。従って、例えば、回転伝達軸１４４の長手方向が水平になるように振動アクチュエータ１００が実装されているか、少なくとも使用される状態において水平になる場合は、集塵穴１１９が、回転体１４０の軸に対して略垂直の方向に延伸して設けられることが好ましい。
【００５８】
図５は、集塵穴１１９のさらに他の形態を示す部分断面図である。なお、以下に説明する部分以外の構造および作用は、ここまでに説明した他の振動アクチュエータ１００と同じなので重複する説明は省く。
【００５９】
弾性体１２０は、駆動面１２１に一端を開口する集塵穴１１９を有する。集塵穴１１９は、弾性体１２０の外周面まで貫通することなく、弾性体１２０の内部で終端している。これにより、収集された粉塵は集塵穴１１９の内部に蓄積され、弾性体１２０の外部に放散されることがない。
【００６０】
更に、弾性体１２０は、粘着部材１２９の層を集塵穴１１９の内面に有する。粘着部材１２９は、集塵穴１１９の内部に進入した粉塵を付着して捕獲する。これにより、集塵穴１１９にいったん収集された粉塵が、再び放出されて弾性体１２０の内部で拡散することが防止される。なお、粘着部材１２９としては、アクリル系ポリマ、オレフィン系ポリマ、ウレタン系ポリマ等、感圧型接着機構を有する材料のシートを用いることができる。また、集塵穴１１９から流出しない粘度を有する不揮発性の液体を用いることもできる。
【００６１】
なお、粘着部材１２９を有する集塵穴１１９も、重力方向について粉塵の発生箇所の下方に開口し、更にその下方に向かって延在することが好ましい。従って、例えば、回転伝達軸１４４の長手方向が水平になるように振動アクチュエータ１００が実装されているか、少なくとも使用される状態において回転伝達軸１４４が水平になる場合は、集塵穴１１９が、回転体１４０の軸に対して略垂直の方向に延伸して設けられることが好ましい。これにより、収集した粉塵は効率よく粘着部材１２９に導かれる。また、いったん収集された粉塵が再拡散することもない。
【００６２】
図６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４２０、光学部材４２０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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、例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。
【００６５】
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。
【００６６】
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（不図示）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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、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。
【００７１】
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。
【００７２】
また、振動アクチュエータ１００は、レンズユニット４１０の光軸に長手方向が平行になるように実装される。換言すれば、振動アクチュエータ１００は、回転伝達軸１４４が水平になるように実装される。従って、図３、図４および図５に示すように、回転体１４０の軸と略垂直の方向に延伸して設けられた集塵穴１１９が、回転伝達軸１４４に対して下方に位置するように配置することにより、撮像装置４００を横位置撮影で使用する場合に、振動アクチュエータ１００で発生した粉塵を効果的に収集できる。
【００７３】
更に、振動アクチュエータ１００は、撮像装置４００の底部に近い側に配置されている。従って、振動アクチュエータ１００から漏洩した粉塵が光学系の内部に拡散することがない。
【００７４】
なお、撮像装置４００を縦位置撮影に使用した場合に回転伝達軸１４４に対して下方に開口する他の集塵穴１１９を更に設けてもよい。これにより、縦位置撮影のために振動アクチュエータ１００が動作した場合にも、粉塵を効果的に収集できる。
【００７５】
振動アクチュエータ１００は、内部に発生した粉塵を収集して排出または蓄積する集塵穴１１９を有するので、粉塵に起因する振動アクチュエータ１００の特性劣化を防止できる。また、粉塵を蓄積する構造とした場合は、周囲を粉塵で汚染することがないので、粉塵により影響を受ける光学機器等において有利に使用できる。
【００７６】
従って、例えば、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。また、粉塵の発生を嫌う精密ステージの駆動力源としても好ましく使用できる。ただし、振動アクチュエータ１００の用途がこれらに限られないことはいうまでもない。
【００７７】
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】
【００７８】
【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】作用部２００の他の構造を示す部分断面図である。
【図５】作用部２００の更に他の構造を示す部分断面図である。
【図６】振動アクチュエータ１００を備える撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００ 振動アクチュエータ
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 集塵穴
１２０ 弾性体
１２２、２２２ ネジ溝部
１２１ 駆動面
１２９ 粘着部材
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
１４６ 回転伝達リブ
１５０ 付勢部材
１７０ 出力ギア
１７２ 軸穴
４００ 撮像装置
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】
筒型の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体の内面に接触して、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、
前記弾性体の前記内面に開口して設けられた集塵穴と
を備える振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記集塵穴は、前記振れ回り振動している前記弾性体が前記回転体に接触する領域である接触領域を含む駆動面または前記駆動面の近傍に設けられる請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動面は、前記弾性体の内面においてすり鉢状の環状面を有し、
前記集塵穴は、内径が前記接触領域より大きい領域に設けられる請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記集塵穴は、前記回転体の軸と略垂直の方向に延伸して設けられる請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記集塵穴は、前記弾性体の前記内面から外面まで貫通している請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記集塵穴の内部に設けられ、粉塵を付着させる粘着部材
をさらに備える請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
当該振動アクチュエータは、光学部材を収容するレンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を駆動し、
前記集塵穴は、前記光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられる請求項３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、
筒型の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体の内面に接触して、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、
前記弾性体の前記内面に開口し、前記光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられた集塵穴と
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、
筒型の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体の内面に接触して、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、
前記弾性体の前記内面に開口し、当該撮像装置が水平に構えられた場合における下方に延伸して設けられた集塵穴と
を有する撮像装置。
【請求項１】
筒型の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体の内面に接触して、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、
前記弾性体の前記内面に開口して設けられた集塵穴と
を備える振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記集塵穴は、前記振れ回り振動している前記弾性体が前記回転体に接触する領域である接触領域を含む駆動面または前記駆動面の近傍に設けられる請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動面は、前記弾性体の内面においてすり鉢状の環状面を有し、
前記集塵穴は、内径が前記接触領域より大きい領域に設けられる請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記集塵穴は、前記回転体の軸と略垂直の方向に延伸して設けられる請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記集塵穴は、前記弾性体の前記内面から外面まで貫通している請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記集塵穴の内部に設けられ、粉塵を付着させる粘着部材
をさらに備える請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
当該振動アクチュエータは、光学部材を収容するレンズ鏡筒の内部に設けられて、前記光学部材を駆動し、
前記集塵穴は、前記光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられる請求項３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、
筒型の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体の内面に接触して、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、
前記弾性体の前記内面に開口し、前記光学部材の光軸と略垂直の方向に延伸して設けられた集塵穴と
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、
筒型の弾性体と、
前記弾性体を振れ回り振動させる電気機械変換部と、
前記弾性体の内面に接触して、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、
前記弾性体の前記内面に開口し、当該撮像装置が水平に構えられた場合における下方に延伸して設けられた集塵穴と
を有する撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１２４８０５（Ｐ２００９−１２４８０５Ａ）
【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２００７−２９３７４２（Ｐ２００７−２９３７４２）
【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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