JP2019146349A - 振動型アクチュエータ及び電子機器 - Google Patents

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小島 信行
Nobuyuki Kojima
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Abstract

【課題】筒状形状を有する振動型アクチュエータの回転軸方向の寸法を短くする。【解決手段】振動型アクチュエータ1は、円筒形状部28bを有する固定部材28と、円筒形状部28bに対して回転可能に配置される円環形状のロータ21と、円筒形状部28bに嵌合され、ロータ21を固定部材28に対して回転駆動させる円環形状のステータユニット2を備える。ステータユニット2は、複数の振動体ユニット5と、複数の加圧ばね31と、振動体ユニット5と加圧ばね31を保持する円環形状の保持部材17を有する。保持部材17は、ロータ21と対向する面に振動体ユニット5を1つずつ収納する振動体収納部17aを有すると共に、振動体収納部17aが設けられた面の反対側の面に加圧ばね31を1つずつ収納する加圧部材収納部17bを有し、振動体ユニット5は加圧ばね31の変形により発生する弾性力によりロータ21に接触している。【選択図】図3

Description

本発明は、振動型アクチュエータ及び電子機器に関する。
撮像装置でのレンズの駆動を行う駆動装置として、複数の振動体の駆動力を合成することによって回転駆動力を発生させる振動型アクチュエータが知られている。例えば、2つの突起部を有する複数の振動体が円環状の基台の表面に周方向に等間隔に配置され、各振動体の2つの突起部に円環状の被駆動体を接触させた振動型アクチュエータが知られている(例えば、特許文献1参照)。
図8(a)は、従来の振動型アクチュエータ90の概略構成を示す側面図である。図8(b)は、振動型アクチュエータ90の分解斜視図である。振動型アクチュエータ90は、固定部材28、伝達ユニット4、ロータユニット3、ステータユニット92、波ばね形状の加圧ばね93及び加圧調整リング20を有する。振動型アクチュエータ90は、ベース(基部)となる固定部材28の円筒形状部に、円環形状を有するステータユニット92、円環形状を有するロータユニット3、伝達ユニット4、加圧ばね93及び加圧調整リング20が嵌め込まれて、組み立てられている。
ロータユニット3は、ロータホルダ23、ロータ21、ロータホルダ23とロータ21の間に挟持された伝達ゴム22によって構成されており、伝達ゴム22の表面は粘着性を有する。ロータユニット3は、固定部材28の円筒形状部に対して、回転可能な状態で嵌め込まれている。伝達ユニット4は、コロリング24と3個のコロ25により構成されている。3個のコロ25の回転軸は、振動型アクチュエータ90でのロータユニット3の回転軸P(固定部材28の中心軸と合致する)と直交している。また、3個のコロ25は、加圧ばね93及び加圧調整リング20により、固定部材28のフランジ部28aとロータホルダ23とにより回転軸Pの軸方向に加圧された状態で保持されている。ロータユニット3は、3個のコロ25の回転によって、回転軸Pを回転中心として円滑な回転動作を行うことができるようになっている。
ステータユニット92は、3個の振動体ユニット5、3個の加圧受けユニット6、略円環形状の保持部材97により構成されている。振動体ユニット5はそれぞれ、加圧ばね93及び加圧調整リング20により、ロータ21と加圧接触している。振動体ユニット5はそれぞれ、回転軸Pを中心とする円の接線方向に駆動力を発生するように加圧受けユニット6を介して保持部材97に配置されており、振動体ユニット5が発生する駆動力の合力は、回転軸Pまわりの回転駆動力となる。
ステータユニット92は、回転軸Pの軸方向には変位可能であるが、回転軸Pまわりでの変位が規制されるように、その一部が固定部材28の円筒形状部28bに形成された嵌合部28cに嵌合するように組み付けられている。これにより、振動体ユニット5による回転駆動力を受けるロータユニット3は、固定部材28に対して回転軸Pまわりの回転変位を生じる。
加圧調整リング20は、固定部材28の円筒形状部28bの所定位置に固定されており、加圧調整リング20とステータユニット92の保持部材97とで加圧ばね93を挟み込んでいる。保持部材97において加圧ばね93と当接する面は、略平面に形成されており、回転軸Pの軸方向での加圧調整リング20の位置を調整することにより、加圧ばね93に弾性変形を生じさせている。加圧ばね93が弾性変形することによって、ステータユニット92、ロータユニット3及び伝達ユニット4が固定部材28のフランジ部28aに対して加圧され、こうして各ユニット間の位置関係が保持されている。
特開2012−5309号公報
上述した従来の振動型アクチュエータ90では、ステータユニット92、ロータユニット3及び伝達ユニット4を固定部材28のフランジ部28aに対して加圧する手段として波ばね形状の加圧ばね93を用いている。また、加圧ばね93は、回転軸Pの軸方向にステータユニット92と加圧調整リング20との間に挟まれるように配置されている。そのため、振動型アクチュエータ90の回転軸Pの軸方向の寸法を短縮する上で、加圧ばね93が障害となっている。
本発明は、筒状形状を有する振動型アクチュエータにおいて、回転軸の軸方向の寸法を短くすることによる小型化を実現する技術を提供することを目的とする。
本発明に係る振動型アクチュエータは、円筒形状部を有する固定部材と、前記円筒形状部に対して回転可能に配置される円環形状のロータと、前記円筒形状部に嵌合され、前記ロータを前記固定部材に対して回転駆動させる円環形状のステータユニットと、を備える振動型アクチュエータであって、前記ステータユニットは、複数の振動体ユニットと、複数の加圧部材と、前記複数の振動体ユニットと前記複数の加圧部材を保持する円環形状の保持部材と、を有し、前記保持部材は、前記ロータと対向する面に前記振動体ユニットを1つずつ収納する複数の第1の収納部を有すると共に、前記第1の収納部が設けられた面の反対側の面に前記加圧部材を1つずつ収納する第2の収納部を有し、前記振動体ユニットは前記加圧部材の変形により発生する弾性力により前記ロータに接触していることを特徴とする。
本発明によれば、筒状形状を有する振動型アクチュエータにおいて、回転軸の軸方向の寸法を短くすることによる小型化を実現することができる。
第1実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。 図1の振動型アクチュエータの分解斜視図である。 図1の振動型アクチュエータのステータユニットの構造を説明する図である。 第2実施形態に係る振動型アクチュエータの構造を説明する図である。 第3実施形態に係る振動型アクチュエータの構造を説明する図である 図5の振動型アクチュエータに用いられる加圧ばねの斜視図である。 撮像装置の構成を説明する上面図及びブロック図である。 従来の振動型アクチュエータの概略構成を示す側面図及び分解斜視図である。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る振動型アクチュエータ1の概略構成を示す正面図である。図2は、振動型アクチュエータ1の分解斜視図である。なお、振動型アクチュエータ1の構成部品であって、図8を参照して説明した振動型アクチュエータ90の構成部品と同じもの及び機能が同等のものについては、同じ符号を付して説明を行うこととする。
振動型アクチュエータ1は、固定部材28、伝達ユニット4、ロータユニット3、ステータユニット2、3個の加圧ばね31及び加圧調整リング20を備える。振動型アクチュエータ1は、固定部材28が有する円筒形状部28bに、円環形状を有するステータユニット2、ロータユニット3、伝達ユニット4、加圧ばね31及び加圧調整リング20が嵌め込まれることにより組み立てられている。なお、振動型アクチュエータ1を構成する固定部材28、ロータユニット3、伝達ユニット4及び加圧調整リング20は、図8に示した振動型アクチュエータ90を構成するものと同じであるため、ここでの説明を省略する。なお、ロータ21には、ステンレス等の金属材料や構造用セラミックス材料等が好適に用いられる。
ステータユニット2は、3個の振動体ユニット5、3個の加圧受けユニット6、3個の加圧ばね31及び保持部材17を有する。ステータユニット2の構成について、以下に詳細に説明する。図3(a)は、ステータユニット2を構成する振動体ユニット5の斜視図である。振動体ユニット5は、弾性体11、圧電素子12、フレキシブル基板14及び小基台13から構成される。弾性体11は、矩形部11aと、矩形部11aの第1の面に設けられた2つの突起部11bと、矩形部11aから延出する2つの固定部11cとを有する。なお、弾性体11は板状の形状を有しており、第1の面とは、矩形部11aの厚み方向と直交する2つの面のうちの一方の面を指す。弾性体11の第1の面の反対側の面である第2の面には、矩形板状の圧電素子12が接着(接合)されており、弾性体11と圧電素子12が振動体を構成する。圧電素子12において弾性体11と接着されている面の反対側の面には、圧電素子12との電気的な接続を行うフレキシブル基板14が接合されている。弾性体11の固定部11cは、小基台13に固定されている。
図3(b)は、ステータユニット2を構成する保持部材17の斜視図である。円環形状を有する保持部材17は、振動体ユニット5と加圧ばね31を保持する基台である。保持部材17の第1の底面(回転軸Pと直交する2つの面のうちの一方の面で、ロータユニット3と対向する面)には3箇所に、振動体ユニット5が配設される凹形状の振動体収納部17a(第1の収納部)が形成されている。1箇所の振動体収納部17aには1個の振動体ユニット5が配置される。また、保持部材17の第1の底面の反対側の面である第2の底面には3箇所に、加圧ばね31が配設される凹形状の加圧部材収納部17b(第2の収納部)が形成されている。1箇所の加圧部材収納部17bには1個の加圧ばね31が配置される。図3(c)は、加圧ばね31の斜視図である。加圧ばね31は、弾性変形を生じやすいように板状の金属材料を用いて形成されており、固定部31aと、固定部31aから延出して形成される2つの弾性変形部31bとを有する。
3箇所の振動体収納部17aと3箇所の加圧部材収納部17bは、回転軸Pの軸方向から見たときに重複しない位置(回転軸Pの軸方向において投影的に重ならない位置)に形成されている。ここで、保持部材17には、3箇所の振動体収納部17aが保持部材17の周方向に等間隔に形成されることによって、3個の振動体ユニット5が回転軸Pまわりに等間隔に配置されることが望ましい。これにより、3個の振動体ユニット5が発生する駆動力を合成したときに回転軸Pまわりの回転駆動力を効率よく発生させることができる。また、3箇所の振動体収納部17aのそれぞれに収納された振動体ユニット5に対して加圧ばね31の弾性変形によって発生する加圧力を均等に作用させるためには、加圧部材収納部17bを保持部材17の周方向に等間隔に形成することが望ましい。
保持部材17には、図3(b)に示すように、内径側に向けて3箇所に回り止め部17cが形成されている。固定部材28の円筒形状部28bに設けられた嵌合部28cと回り止め部17cとが係合することにより、ステータユニット2は固定部材28に対して回転軸Pまわりに回転しないように保持される。
振動型アクチュエータ1の全体構造の説明に戻る。図2に示すように、加圧受けユニット6は、緩衝部品15と加圧受け部品16よって構成される。加圧受けユニット6は、振動体ユニット5と保持部材17との間に配置され、保持部材17と振動体ユニット5との間で加圧力を伝達する。そのため、1個の振動体ユニット5に対して1個の加圧受けユニット6が保持部材17上に配設される。
3個の振動体ユニット5は個々に、保持部材17の周方向及び径方向で拘束されるようにして、保持部材17に設けられた3箇所の振動体収納部17aに配置される。その際、振動体ユニット5の突起部11bが保持部材17よりも回転軸Pの軸方向をロータユニット3側に突出してロータ21と接触するように保持される。また、振動体ユニット5は、それぞれが備える2つの突起部11bを結ぶ線が回転軸Pを中心とする円の接線となるように保持される。これにより、3個の振動体ユニット5は、図8の振動型アクチュエータ90と同様に、回転軸Pを中心とする円の接線方向に駆動力を発生し、振動体ユニット5の合力は回転軸Pまわりにロータ21を回転させる回転駆動力となる。
加圧ばね31は、固定部31aが加圧部材収納部17bの底面にビス又はネジ等により固定されることによって、保持部材17に保持されている。但し、加圧部材収納部17bでの加圧ばね31の固定方法は、ビスやネジを用いる固定方法に限定されるものではない。加圧ばね31の弾性変形部31bは、保持部材17よりも回転軸Pの軸方向を加圧調整リング20側に突出して、加圧調整リング20と接触している。
上記の通りに構成された振動型アクチュエータ1では、3個の加圧ばね31は、加圧調整リング20と当接し、加圧調整リング20によって保持部材17に対して回転軸Pの軸方向に押し込まれて弾性変形する。そして、加圧ばね31の弾性変形によって生じる加圧力により、振動体ユニット5(弾性体11の突起部11b)がロータ21に接触する。ここで、保持部材17に凹形状の加圧部材収納部17bを設け、加圧部材収納部17bに加圧ばね31を配置している。よって、振動型アクチュエータ1の回転軸Pの軸方向において、加圧ばね31の大部分は保持部材17と重なる。よって、振動型アクチュエータ1では、従来の振動型アクチュエータと比較して、回転軸Pの軸方向長さを短縮することによる小型化を実現することができる。
<第2実施形態>
図4(a)は、第2実施形態に係る振動型アクチュエータ1Aの斜視図である。図4(a)は、振動型アクチュエータ1Aに用いられている加圧ばね32の斜視図である。振動型アクチュエータ1Aの構成要素であって、上述した振動型アクチュエータ1の構成要素と同じものについては、同じ符号を付して共通する説明を省略する。
振動型アクチュエータ1Aでは、振動型アクチュエータ1と同様に、保持部材17に3個の加圧ばねが配設される。3個の加圧ばねのうち、2個の加圧ばねは振動型アクチュエータ1に用いられている加圧ばね31と同じであり、残りの1個の加圧ばねは図4(b)に示す加圧ばね32である。
加圧ばね32は、加圧ばね31と同様に、保持部材17の加圧部材収納部17bに固定される。加圧ばね32は、固定部32aと、2つの第1の弾性変形部32bを有しており、固定部32aは加圧ばね31の固定部31aと同一形状で同一作用をなし、第1の弾性変形部32bは加圧ばね31の弾性変形部31bと同一形状で同一作用をなす。加圧ばね32には、固定部32aと第1の弾性変形部32bに加えて、第2の弾性変形部32cを有する。第2の弾性変形部32cは、固定部材28の嵌合部28cに当接して弾性変形を生じることにより、当接部から回転軸Pへ向かう径方向に固定部材28を押圧する。こうして、振動型アクチュエータ1Aでは、前述した振動型アクチュエータ1で得られる効果に加えて、第2の弾性変形部32cに生じる押圧力により、固定部材28と振動体ユニット5との径方向でのがたつきが抑えられるという効果が得られる。
<第3実施形態>
図5(a)は、第3実施形態に係る振動型アクチュエータ1Bの斜視図である。図5(b)は、図5(a)中の領域Dの部分拡大図である。振動型アクチュエータ1Bの構成要素であって、上述した振動型アクチュエータ1の構成要素と同じものについては、同じ符号を付して共通する説明を省略する。
図6は、振動型アクチュエータ1Bに用いられる加圧ばね33の斜視図である。加圧ばね33は、2つの固定部33aと、2つの固定部33aのそれぞれから延出する弾性変形部33bと、2つの弾性変形部33bを連結する連結部33cとを有する。連結部33cには、凸状の嵌合部33dが形成されている。図5(a)に示すように、保持部材17に設けられた3箇所の加圧部材収納部17bのそれぞれに加圧ばね33が配設される。
固定部材29は、振動型アクチュエータ1を構成する固定部材28と略同一形状であるが、加圧ばね33の嵌合部33dと組み合わされる嵌合固定部29bが形成されている点で固定部材28と異なる。加圧ばね33の嵌合部33dは、固定部材29の嵌合固定部29bが嵌合される。嵌合部33dが嵌合固定部29bに嵌合することにより、固定部材29に対してステータユニット2の円周方向の位置が定められると共に、ステータユニット2の回転軸Pまわりの回転が規制される。また、加圧ばね33の弾性変形部33bは、弾性変形を生じて振動体ユニット5をロータ21に押圧する加圧力を発生させる。こうして、振動型アクチュエータ1Bでは、前述した振動型アクチュエータ1で得られる効果に加えて、構造の簡素化による省スペース化を実現することができる。
<第4実施形態>
上述した振動型アクチュエータ1,1A,1Bは、駆動による位置決めが必要とされる部材を備える電子機器に広く適用が可能である。例えば、撮像装置(光学機器)のレンズ駆動、複写機の感光ドラムの回転駆動、ステージの駆動等の様々な用途の駆動源に用いることができる。ここでは、一例として、振動型アクチュエータ1をレンズ鏡筒に配置されたレンズの駆動に用いた撮像装置(光学機器)について説明する。
図7(a)は、撮像装置700の概略構成を示す上面図である。撮像装置700は、撮像素子710及び電源ボタン720を搭載したカメラ本体730を備える。また、撮像装置700は、第1レンズ群(不図示)、第2レンズ群320、第3レンズ群(不図示)、第4レンズ群340、振動型駆動装置620,640を備えるレンズ鏡筒740を備える。レンズ鏡筒740は、交換レンズとしてカメラ本体730に対して着脱自在である。
撮像装置700では、振動型駆動装置620によって第2レンズ群320の駆動が行われ、振動型駆動装置640によって第4レンズ群340の駆動が行われる。振動型駆動装置620,640はそれぞれ、振動型アクチュエータ1と、振動型アクチュエータ1のドライバとを有する。例えば、振動型駆動装置620を構成する被駆動体(ロータ21)の回転をギア等により光軸方向の直進運動に変換し、第2レンズ群320の光軸方向における位置を調整する。振動型駆動装置640についても同様の構成とすることができる。
図7(b)は、撮像装置700の概略構成を示すブロック図である。第1レンズ群310、第2レンズ群320、第3レンズ群330、第4レンズ群340及び光量調節ユニット350が、レンズ鏡筒740内部の光軸上の所定位置に配置される。第1レンズ群310〜第4レンズ群340と光量調節ユニット350とを通過した光は、撮像素子710に結像する。撮像素子710は、光学像を電気信号に変換して出力し、その出力は、カメラ処理回路750へ送られる。
カメラ処理回路750は、撮像素子710からの出力信号に対して増幅やガンマ補正等を施す。カメラ処理回路750は、AEゲート755を介してCPU790に接続されると共に、AFゲート760とAF信号処理回路765とを介してCPU790に接続されている。カメラ処理回路750において所定の処理が施された映像信号は、AEゲート755と、AFゲート760及びAF信号処理回路765を通じてCPU790へ送られる。なお、AF信号処理回路765は、映像信号の高周波成分を抽出して、オートフォーカス(AF)のための評価値信号を生成し、生成した評価値をCPU790へ供給する。
CPU790は、撮像装置700の全体的な動作を制御する制御回路であり、取得した映像信号から、露出決定やピント合わせのための制御信号を生成する。CPU790は、決定した露出と適切なフォーカス状態が得られるように、振動型駆動装置620,640及びメータ630を制御することによって、第2レンズ群320、第4レンズ群340及び光量調節ユニット350の光軸方向位置を調整する。CPU790による制御下において、振動型駆動装置620は第2レンズ群320を光軸方向に移動させ、振動型駆動装置640は第4レンズ群340を光軸方向に移動させ、光量調節ユニット350はメータ630により駆動制御される。
振動型駆動装置620により駆動される第2レンズ群320の光軸方向位置は第1リニアエンコーダ770により検出され、検出結果がCPU790に通知されることで、振動型駆動装置620の駆動にフィードバックされる。同様に、振動型駆動装置640により駆動される第4レンズ群340の光軸方向位置は第2リニアエンコーダ775により検出され、検出結果がCPU790に通知されることで、振動型駆動装置640の駆動にフィードバックされる。光量調節ユニット350の光軸方向位置は、絞りエンコーダ780により検出され、検出結果がCPU790へ通知されることで、メータ630の駆動にフィードバックされる。振動型アクチュエータ1を備える振動型駆動装置620,640を用いることにより、撮像装置700のレンズ等を精度よく効率的に駆動することが可能となる。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
1,1A,1B 振動型アクチュエータ
2 ステータユニット
3 ロータユニット
5 振動体ユニット
11 弾性体
12 圧電素子
17 保持部材
17a 振動体収納部
17b 加圧部材収納部
20 加圧調整リング
21 ロータ
28 固定部材
31,32,33 加圧ばね

Claims (7)

  1. 円筒形状部を有する固定部材と、
    前記円筒形状部に対して回転可能に配置される円環形状のロータと、
    前記円筒形状部に嵌合され、前記ロータを前記固定部材に対して回転駆動させる円環形状のステータユニットと、を備える振動型アクチュエータであって、
    前記ステータユニットは、
    複数の振動体ユニットと、
    複数の加圧部材と、
    前記複数の振動体ユニットと前記複数の加圧部材を保持する円環形状の保持部材と、を有し、
    前記保持部材は、前記ロータと対向する面に前記振動体ユニットを1つずつ収納する複数の第1の収納部を有すると共に、前記第1の収納部が設けられた面の反対側の面に前記加圧部材を1つずつ収納する第2の収納部を有し、
    前記振動体ユニットは前記加圧部材の弾性変形により発生する加圧力により前記ロータに接触していることを特徴とする振動型アクチュエータ。
  2. 前記保持部材において前記複数の第1の収納部と前記複数の第2の収納部は、前記ロータの回転軸の軸方向において投影的に重ならない位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の振動型アクチュエータ。
  3. 前記複数の振動体ユニットは、前記保持部材の周方向に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型アクチュエータ。
  4. 前記複数の加圧部材は、前記保持部材の周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ。
  5. 前記複数の加圧部材のうち少なくとも1つは、前記固定部材に当接して弾性変形することにより、当接部から前記固定部材の中心軸へ向かう径方向に前記固定部材を押圧することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ。
  6. 前記加圧部材は、前記固定部材と嵌合する突起部を有し、
    前記固定部材は、前記突起部と嵌合する嵌合固定部を有し、
    前記突起部が前記嵌合固定部に嵌合することにより、前記固定部材に対して前記ステータユニットの円周方向の位置が定められると共に前記ステータユニットの回転が規制されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータと、
    前記振動型アクチュエータの駆動によって位置決めされる部材と、を備えることを特徴とする電子機器。
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