(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子の励振により振動波を生じる弾性部材と、
前記弾性部材に加圧接触されて前記振動波によって駆動され、前記弾性部材に対して回転移動する相対移動部材と、
を備える振動アクチュエータであって、
前記弾性部材及び前記相対移動部材の少なくとも一方の部材は、少なくとも他方に対する接触面に、径方向の位置によって開口割合が異なる複数の空間が設けられ、該空間に摩擦係数調整物質を充填することにより、前記接触面の摩擦係数を径方向に変化させること、を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータであって、
前記空間には、径方向位置によって、摩擦係数を変化させる程度が異なる摩擦係数調整物質が充填されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の振動アクチュエータであって、
前記空間には、径方向外側に向かうほど、摩擦係数を向上させる程度が高い摩擦係数調整物質が充填されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項２に記載の振動アクチュエータであって、
前記空間には、径方向内側に向かうほど、摩擦係数を向上させる程度が高い摩擦係数調整物質が充填されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１に記載の振動アクチュエータであって、
前記空間の割合は、径方向位置によって異なっていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載の振動アクチュエータであって、
前記空間の割合は、径方向外側に向かうほど大きいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１に記載の振動アクチュエータであって、
前記空間の割合は、径方向内側に向かうほど大きいこと、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラ。
【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、レンズ鏡筒及びカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータは、電気機械変換素子の励振により振動波を生じる弾性部材と、弾性部材に加圧接触されて振動波によって駆動され、弾性部材に対して回転移動する相対移動部材と、を備える。従来、それらの弾性部材または相対移動部材の接触面に、多孔質プラスチック材を用い、この多項質の孔が、潤滑性向上のために潤滑剤で充填されている振動アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願昭６２−１７３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、振動アクチュエータにおける弾性部材と相対移動部材の接触面は、環境温度によって接触箇所が異なる。すなわち、低温時においては、弾性部材が収縮するため、相対移動部材の被駆動面に対して弾性部材の内周側が離間し、外周側が接近する形に変形する。また、高温時においては、弾性体が膨張するため、相対移動部材の被駆動面に対して弾性部材の内周側が接近し、外周側が離間する形に変形する。このため、振動アクチュエータは、多項質の孔を潤滑剤で充填して潤滑性が向上しても、振動アクチュエータが使用される環境温度によって駆動性能に差を生じるという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、環境温度による駆動性能の差を是正可能な振動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、電気機械変換素子の励振により振動波を生じる弾性部材と、前記弾性部材に加圧接触されて前記振動波によって駆動され、前記弾性部材に対して回転移動する相対移動部材と、を備える振動アクチュエータであって、前記弾性部材及び前記相対移動部材の少なくとも一方の部材は、少なくとも他方に対する接触面に、径方向の位置によって開口割合が異なる複数の空間が設けられ、該空間に摩擦係数調整物質を充填することにより、前記接触面の摩擦係数を径方向に変化させること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータであって、前記空間には、径方向位置によって、摩擦係数を変化させる程度が異なる摩擦係数調整物質が充填されていること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の振動アクチュエータであって、前記空間には、径方向外側に向かうほど、摩擦係数を向上させる程度が高い摩擦係数調整物質が充填されていること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の振動アクチュエータであって、前記空間には、径方向内側に向かうほど、摩擦係数を向上させる程度が高い摩擦係数調整物質が充填されていること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータであって、前記空間の割合は、径方向位置によって異なっていること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の振動アクチュエータであって、前記空間の割合は、径方向外側に向かうほど大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータであって、前記空間の割合は、径方向内側に向かうほど大きいこと、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒である。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、使用される環境温度による駆動性能の差を是正可能な振動アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態におけるカメラの概念的な構成図である。
【図２】超音波モータの縦断面図である。
【図３】移動子の斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面に相当する移動子における被駆動面の概念拡大断面図である。
【図５】超音波モータにおける振動子の温度変化に起因する変形を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、ＸＹＺ直交座標系を設けた。この座標系では、撮影者が光軸ＯＡを水平として横長の画像を撮影する場合のカメラの位置（以下、正位置という）において撮影者から見て左側に向かう方向をＸプラス方向とする。また、正位置において上側に向かう方向をＹプラス方向とする。さらに、正位置において被写体に向かう方向をＺプラス方向とする。
【００１１】
図１は、本実施形態におけるカメラ１の概念的な構成図である。図２は、超音波モータ１０の縦断面図である。
本実施形態におけるカメラ１は、撮像素子４を備えるカメラボディ２と、レンズ３１を有するレンズ鏡筒３とを備えている。
【００１２】
レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
レンズ鏡筒３は、レンズ３１、カム筒３２、アイドルギア３３、超音波モータ１０、及びこれらを包囲する固定外筒３４等を備えている。
【００１３】
本実施形態では、超音波モータ１０は、カム筒３２と固定外筒３４の間の円環状の隙間に配置されている。超音波モータ１０は、カメラ１のレンズ３１を駆動する駆動源である。超音波モータ１０は、その出力ギア２０が噛合するアイドルギア３３を介してカム筒３２を回転駆動する。
【００１４】
カム筒３２は、超音波モータ１０による回転操作によって、固定外筒３４内に光軸ＯＡと平行する方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
レンズ３１は、カム筒３２に保持されている。そして、超音波モータ１０の駆動によるカム筒３２の移動によって光軸ＯＡ方向に移動する。
なお、図示しないが、レンズ鏡筒３は、レンズ３１の他に複数のレンズ群を備えている。
【００１５】
図１において、レンズ鏡筒３内に設けられたレンズ３１を含むレンズ群によって、撮像素子４の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子４によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。
【００１６】
つぎに、図２に縦断面図を示す超音波モータ１０について説明する。
超音波モータ１０は、振動子１１、移動子１５、出力軸１８、加圧部材１９等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合された圧電体１３とを有する略円環形状の部材である。
【００１７】
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料によって形成され、その形状は、略円環状である。この弾性体１２は、櫛歯部１２ａ、ベース部１２ｂ、フランジ部１２ｃを有する。
櫛歯部１２ａは、圧電体１３が接合される面とは反対側の面に、複数の溝を切って形成され、この櫛歯部１２ａの先端面は、移動子１５に加圧接触され、移動子１５を駆動する駆動面１２ｄとなる。この駆動面には、Ｎｉ−Ｐ（ニッケル−リン）メッキ等の潤滑性の表面処理が施されている。櫛歯部１２ａを設ける理由は、圧電体１３の伸縮により駆動面に生じる進行波の中立面をできる限り圧電体１３側へ近づけ、これにより駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。
【００１８】
ベース部１２ｂは、弾性体１２の周方向に連続した部分であり、ベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対側の面（弾性体側接合面１２ｅ）に、圧電体１３が接合されている。
フランジ部１２ｃは、弾性体１２の内径方向に突出した鍔状の部分であり、ベース部１２ｂの厚さ方向の中央に配置されている。このフランジ部１２ｃにより、振動子１１は、固定部材１６に固定されている。
【００１９】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子である。なお、本実施形態では、圧電体１３として圧電素子を用いているが、電歪素子を用いてもよい。
圧電体１３は、略円環形状の部材であり、弾性体１２の周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）の電気信号が入力される範囲に分かれている。各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられており、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔があくように設けてある。
圧電体１３は、半田部材を用いて弾性体１２と接合されている。
【００２０】
フレキシブルプリント基板１４は、その配線が圧電体１３の各相の電極に接続されている。フレキシブルプリント基板１４には、図示しない増幅部から駆動信号が供給されるようになっている。この駆動信号によって、圧電体１３が伸縮する。
振動子１１には、この圧電体１３の伸縮により、弾性体１２の駆動面にたとえば４波の進行波が発生する。
【００２１】
移動子１５は、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波によって回転駆動される部材である。移動子１５は、振動子１１（弾性体１２の駆動面１２ｄ）と接触する被駆動面１５Ｃを備えている。
移動子１５は、たとえばアルミニウム合金等の軽金属や合成樹脂等によって形成されている。アルミニウム合金によって形成された場合、被駆動面１５Ｃの表面には、耐磨耗性向上のためのアルマイト等の表面処理が施される。
出力軸１８は、略円柱形状の部材である。出力軸１８は、一方の端部がゴム部材２３を介して移動子１５に接しており、移動子１５と一体に回転するように設けられている。
【００２２】
ゴム部材２３は、ゴムにより形成された略円環形状の部材である。このゴム部材２３は、ゴムによる粘弾性で移動子１５と出力軸１８とを一体に回転可能とする機能と、移動子１５からの振動を出力軸１８へ伝えないように振動を吸収する機能とを有しており、ブチルゴム、シリコンゴム、プロピレンゴム等が用いられている。
【００２３】
加圧部材１９は、振動子１１と移動子１５とを加圧接触させる加圧力を発生する部材であり、出力ギア２０とベアリング受け部材２１との間に設けられている。本実施形態では、加圧部材１９は、圧縮コイルバネを用いているが、これに限定されるものではない。
【００２４】
出力ギア２０は、出力軸１８のＤカットに嵌まるように挿入され、Ｅリング等のストッパ２２で固定され、回転方向及び軸方向に出力軸１８と一体となるように設けられている。出力ギア２０は、アイドルギア３３（図１参照）と噛合しており、出力軸１８の回転とともに回転して回転力をアイドルギア３３に伝達（出力）する。
【００２５】
ベアリング受け部材２１は、ベアリング１７の内径側に配置され、ベアリング１７は、固定部材１６の内径側に配置された構造となっている。
加圧部材１９は、振動子１１を移動子１５側へ、出力軸１８の軸方向に加圧しており、この加圧力によって、移動子１５は、振動子１１の駆動面に加圧接触し、回転駆動される。なお、加圧部材１９とベアリング受け部材２１との間には、加圧力調整ワッシャーを設けて、超音波モータ１０の駆動に適正な加圧力が得られるようにしてもよい。
【００２６】
上記のように構成された超音波モータ１０は、フレキシブルプリント基板１４を介して供給される駆動信号によって圧電体１３が伸縮し、この圧電体１３の伸縮によって弾性体１２の駆動面１２ｄに進行波が発生する。この進行波によって、移動子１５が回転駆動される。移動子１５の回転は、ゴム部材２３を介して出力軸１８に伝達され、その結果、出力軸１８に固定された出力ギア２０が回転する。これにより、出力ギア２０が噛合したアイドルギア３３（図１参照）に回転力を出力する。
【００２７】
つぎに、前述した図２に加えて図３〜図５を参照し、本発明の実施形態を適用した移動子１５について説明する。図３は、移動子１５の斜視図である。図４は超音波モータにおける振動子の温度変化に起因する変形を説明する図である。図５は、移動子１５における被駆動面の概念拡大断面図であって図３のＡ−Ａ断面に相当する。
【００２８】
移動子１５は、所定径の円盤部１５Ａの中央に、出力軸１８が挿通されるボス１５Ｂを備えている。
円盤部１５Ａの、弾性体１２における駆動面１２ｄと対向する側の面には、周縁に沿って所定幅の被駆動面１５Ｃが形成されている。被駆動面１５Ｃは、前述したように、振動子１１における弾性体１２の駆動面１２ｄと接触し、駆動面１２ｄによって移動駆動される。
【００２９】
移動子１５の被駆動面１５Ｃは、図４に示すように、無数の空孔１５Ｄを有する多孔質に形成されている。なお、空孔１５Ｄは、焼結合金等その形成上必然的に形成されるものであっても、通常であっては形成されないが軽量化等を目的として故意に形成したものであっても何れでも良い。
たとえば、アルミニウム素材の表面をアルマイト処理した場合、アルマイト被膜の表面には、多数の微細孔が形成される。
【００３０】
ここで、超音波モータ１０における振動子１１は、前述したように、アルミニウム合金によって形成された弾性体１２に、セラミックスによって形成された圧電体１３が一体に接合されて構成されている。アルミニウム合金の線膨張係数はセラミックスより大きく、このため、温度変化によって振動子１１には変形を生じる。つまり、線膨張係数の大きな弾性体１２の変形をその片面において圧電体１３が制限する状況となるため、弾性体１２が斜めに変形して移動子１５における被駆動面と平行であるべき駆動面１２ｄに傾きを生ずる。
【００３１】
図５（ａ）は、低温化した場合を二点鎖線で示してある。この場合、弾性体１２は収縮するため、移動子１５における被駆動面１５Ｃに対して内周側が離間し、外周側が接近する形に変形する。図５（ｂ）は、高温化した場合を二点鎖線で示してある。この場合、弾性体１２は膨張しようとするため、移動子１５における被駆動面１５Ｃに対して内周側が接近し、外周側が離間する形に変形する。その結果、弾性体１２の駆動面１２ｄと移動子１５における被駆動面１５Ｃの接触状態が変化してしまう。
【００３２】
つまり、超音波モータ１０では、低温化すると弾性体１２と移動子１５の外周側が過接触状態となり、高温化すると弾性体１２と移動子１５の内周側が過接触状態となる。このような過接触が生ずると、駆動抵抗の増大によって円滑な駆動が阻害され、駆動力の低下を招来する。特に、超音波モータ１０では、低温時にはこの影響が大きい。
【００３３】
本実施形態では、被駆動面１５Ｃには、図４（ａ），（ｂ）に示すように、その表面に開口する空孔１５Ｄに充填材１５Ｅ，１５Ｅａ，１５Ｅｂが含浸されている。すなわち、被駆動面１５Ｃは所定精度で形成された後、充填材１５Ｅ，１５Ｅａ，１５Ｅｂを含浸する処理が施され、被駆動面１５Ｃに開口する空孔１５Ｄが充填されている。
図４（ａ）は、充填材１５Ｅとして、移動子１５の被駆動面１５Ｃの外周側の領域のみに、摩擦係数が低く潤滑性の高い充填材１５Ｅを含浸させた例である。これは、たとえば、内周側の領域にマスキングを施して充填材１５Ｅの含浸工程を行うことで可能となる。
また、図４（ｂ）は、移動子１５の被駆動面１５Ｃの内周側と外周側とで、摩擦係数の異なる充填材１５Ｅａ，１５Ｅｂを含浸させた例である。たとえば、被駆動面１５Ｃの内周側には摩擦係数の高い充填材１５Ｅａを含浸させると共に、被駆動面１５Ｃの外周側の所定範囲には摩擦係数が低く潤滑性の高い充填材１５Ｅｂを含浸させる。
上述の２つの例においては、被駆動面１５Ｃの内周側の摩擦係数が高く、外周側の摩擦係数が低くなる。これにより、通常時および高温時における高負荷時のトルクを向上させることができると共に、低温時における起動性を向上させることができる。
【００３４】
摩擦係数が大きく潤滑性の低い充填材１５Ｅａとしては、アクリルビーズ、シリカ、マイカ等が用いられる。また、摩擦係数が小さく潤滑性の高い充填材１５Ｅ，１５Ｅａとしては、たとえば、４フッ化樹脂、２硫化モリブデン等が用いられる。
【００３５】
なお、部位によって摩擦係数が異なる被駆動面１５Ｃは、被駆動面１５Ｃにおける空孔１５Ｄの開口割合を変化させ、この空孔１５Ｄに均一に充填材１５Ｅを含浸させることによっても形成することができる。たとえば、移動子１５の被駆動面１５Ｃにおける空孔１５Ｄの開口割合を、内周側より外周側で大きく形成する。そして、その空孔１５Ｄに、摩擦係数の小さい充填材１５Ｅを含浸させることで、移動子１５の被駆動面１５Ｃの外周側の領域の摩擦係数を内周側より小さく構成できる。また、これとは逆に、移動子１５の被駆動面１５Ｃにおける空孔１５Ｄの開口割合を、外周側より内周側で大きく形成する。そして、その空孔１５Ｄに、摩擦係数の大きい充填材１５Ｅを含浸させることで、移動子１５の被駆動面１５Ｃの外周側の領域の摩擦係数を内周側より小さく構成できる。
【００３６】
このように、被駆動面１５Ｃにおける空孔１５Ｄの開口割合が異なった移動子１５の形成は、前述したように、樹脂材料で射出成形する場合には、成形条件（温度、射出圧力、射出速度等）の調整によって可能である。
【００３７】
以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）移動子１５の被駆動面１５Ｃの外周側の領域の摩擦係数が低く潤滑性が高い。これにより、低温時において過接触となる移動子１５の被駆動面１５Ｃの外周側の領域の摩擦が減少し、超音波モータ１０の低温時における起動性を向上させることができる。また、高温時に過接触となる移動子１５の被駆動面１５Ｃの内周側の領域の摩擦が大きくなり、超音波モータ１０の高温時におけるトルク性を向上させることができる。
【００３８】
（２）超音波モータ１０は、移動子１５の被駆動面１５Ｃが、無数の空孔１５Ｄを有する多孔質に形成され、その表面に開口する空孔１５Ｄに充填材１５Ｅを含浸させて構成されている。これにより、充填材１５Ｅによって被駆動面１５Ｃの摩擦係数を任意に設定することが可能となる。
【００３９】
（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
【００４０】
（１）本実施形態は、被駆動面１５Ｃの内周側の摩擦係数が大きく、外周側の摩擦係数が小さい例について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、内周側の摩擦係数を小さく、外周側の摩擦係数を大きくしてもよい。
そのためには、充填材１５Ｅとして、移動子１５の被駆動面１５Ｃの外周側の領域のみに、摩擦係数が高く潤滑性の低い充填材１５Ｅを含浸させてもよい。
また、充填材１５Ｅとして、移動子１５の被駆動面１５Ｃの内周側の領域のみに、摩擦係数が低く潤滑性の高い充填材１５Ｅを含浸させてもよい。
さらに、たとえば、被駆動面１５Ｃの内周側には摩擦係数の低い充填材１５Ｅａを含浸させると共に、被駆動面１５Ｃの外周側の所定範囲には摩擦係数が高く潤滑性の低い充填材１５Ｅｂを含浸させてもよい。
また、上述の実施形態と同様に、被駆動面１５Ｃにおける空孔１５Ｄの開口割合を変化させ、この空孔１５Ｄに均一に充填材１５Ｅを含浸させることによっても形成することができる。たとえば、移動子１５の被駆動面１５Ｃにおける空孔１５Ｄの開口割合を、外周側より内周側で大きく形成する。そして、その空孔１５Ｄに、摩擦係数の小さい充填材１５Ｅを含浸させることで、移動子１５の被駆動面１５Ｃの内周側の領域の摩擦係数を外周側より小さく構成できる。
また、これとは逆に、移動子１５の被駆動面１５Ｃにおける空孔１５Ｄの開口割合を、内周側より外周側で大きく形成する。そして、その空孔１５Ｄに、摩擦係数の大きい充填材１５Ｅを含浸させることで、移動子１５の被駆動面１５Ｃの外周側の領域の摩擦係数を内周側より大きく構成できる。
【００４１】
（２）本実施形態では、移動子１５の被駆動面１５Ｃを多項質で製造し、その多項質の空孔１５Ｄに充填材１５Ｅを含浸させて径方向に摩擦係数を変化させる例について説明した。しかし本実施形態はこれに限定されず、弾性体１２の接触面の摩擦係数を径方向に変化させてもよい。
【００４２】
（３）本実施形態では、超音波領域の振動を用いる超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波領域以外の振動を用いる振動アクチュエータに適用してもよい。
【００４３】
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００４４】
１：カメラ、３：レンズ鏡筒、４：撮像素子、１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１２ｄ：駆動面、１３：圧電体、１５：移動子、１５Ｃ：被駆動面、１５Ｄ：空孔、１５Ｅ（１５Ｅａ，１５Ｅｂ）：充填材、３１：レンズ
【図１】
0005459271.tif 000002
【図２】
0005459271.tif 000003
【図３】
0005459271.tif 000004
【図４】
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【図５】
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