(57)【要約】【課題】  組立時にコイルバネ端部の座巻部がロータとギア（出力部材）間の組立後の隙間に入り込み挟まれてしまうことを防止することができ、安定した駆動を行うことが可能となる振動型アクチュエータを提供する。【解決手段】  振動体と、前記振動体の振動によって前記振動体と相対移動する被駆動体と、前記被駆動体に勘合する出力部材と、前記振動体に設けられた貫通孔に挿入されたシャフトと、前記シャフトに結合され、前記出力部材を支持する固定部材と、前記被駆動体及び前記出力部材の間に配置され、前記被駆動体を前記振動体に加圧接触させるコイルバネと、を備え、前記コイルバネは、端部に、巻き数が複数回である第１の座巻部を備え、前記コイルバネは、前記第１の座巻部において前記出力部材と勘合し、前記第１の座巻部の厚みは、前記被駆動体と前記出力部材の間の隙間より大きい振動型アクチュエータを提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体と、
前記振動体の振動によって前記振動体と相対移動する被駆動体と、
前記被駆動体に勘合する出力部材と、
前記振動体に設けられた貫通孔に挿入されたシャフトと、
前記シャフトに結合され、前記出力部材を支持する固定部材と、
前記被駆動体及び前記出力部材の間に配置され、前記被駆動体を前記振動体に加圧接触させるコイルバネと、
を備え、
前記コイルバネは、端部に、巻き数が複数回である第１の座巻部を備え、
前記コイルバネは、前記第１の座巻部において前記出力部材と勘合し、
前記第１の座巻部の厚みは、前記被駆動体と前記出力部材の間の隙間より大きい振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記コイルバネは、前記第１の座巻部の側面で前記出力部材の間のバネ受け部と勘合する請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記コイルバネは、更に他方の端部に、巻き数が複数である第２の座巻部を有する、請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記コイルバネは、前記第２の座巻部の側面で前記被駆動体のバネ受け部と勘合している請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記出力部材のバネ受け部と勘合しているコイルバネの前記第１の座巻部の側面は、外径側側面である請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記出力部材のバネ受け部と勘合しているコイルバネの前記第１の座巻部の側面は、内径側側面である請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動体は、弾性体を有し、前記弾性体の第１の面には電気−機械エネルギー変換素子が配置され、前記弾性体の、前記第１の面と反対側の第２の面は、前記被駆動体と接触し、前記第２の面に突出部が形成され、前記突出部は前記被駆動体の内径部と対向している請求項１から６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項８】
前記コイルバネは、前記振動体、前記出力部材、及び前記被駆動体に囲まれた空間に設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項９】
電源ボタン、表示パネル、及びレンズ鏡筒を備え、
前記レンズ鏡筒に隣接して、請求項１乃至８いずれか１項に記載の振動型アクチュエータを備えている撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気−機械エネルギー変換素子により振動体の表面に楕円運動を形成し、振動体と被駆動体とを相対移動させるカメラ用レンズやＯＡ機器などに用いられる振動型アクチュエータ、及び撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界や磁界が作用したことに応じて機械的歪みを生じる歪み発生素子によって振動体を振動させ、該振動体の振動を連続的もしくは断続的な機械的運動に変換して出力する振動型アクチュエータ（振動波駆動装置）は現在では種々の分野で使用されている。
【０００３】
また、該圧電素子を利用する圧電アクチュエータのうちで、超音波モータと称されるアクチュエータは連続回転式の回転駆動源を構成することができる。
【０００４】
このようなことから、これを従来の回転式電磁駆動モータに代わる駆動源として、既にカメラ等の光学機器に搭載されており、このような超音波モータの駆動制御技術もほぼ確立されている。
【０００５】
このように、超音波モータに関する技術はほぼ確立されているが、モータ性能を安定化させる技術には、更に改善を必要としている。
【０００６】
同形の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励起させる振動型アクチュエータ（ここでは超音波モータ）は、例えば特許文献１などに開示されており、駆動原理等はこれらに詳細に記載されている。これらに開示されている振動体は、電気−機械エネルギー変換素子及び弾性部材で構成されている。振動体において、電気−機械エネルギー変換素子は、両側から弾性部材で挟持固定されている。このような同形の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励起させる振動型アクチュエータは、振動体の表面粒子に楕円運動を発生させ、これに加圧接触した被駆動体を連続的に駆動することにより、駆動が可能とされている。
【０００７】
圧電素子にはパターン電極が形成されており、それぞれの電極には、順に時間位相が９０°ずつ異なる略サイン波形状の交流電圧が印加される。
【０００８】
励起する振動モードの固有振動数付近の周波数で交流電圧を印加すると、圧電素子の伸縮により振動体に加わる曲げモーメントによって振動体が共振する。
【０００９】
９０°ずつ異なる交流電圧に対してそれぞれ励起される振動モードは同形状で、かつ位相が異なり、その合成によって振動体の表面粒子に楕円運動が形成される。同形の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励起させる振動型アクチュエータは、振動モードが同じ変形の分布を持つモードである。よって、振動方向による共振周波数の変化が出にくく、２つのモードの共振周波数を一致させるためにほとんど調整を必要としないという特徴を有する。
【００１０】
また、振動型アクチュエータが高精度な駆動をする為には、被駆動体と振動体の摩擦接触面が、軸方向に対して垂直になっており、軸に対して倒れが無い事が好ましい。この為、加圧バネとしてのコイルバネは、両端面が研磨加工されており、倒れが少なくなるように工夫されている。そして、高応答性の為に、外部への出力は、バネや防振ゴムを介さずにギアにて出力されている。又、板バネや皿バネ等と比較して、コイルバネはストロークも大きく取れ、バネ定数も小さく出来る為、加圧力の調整が容易である。又、金属製である為、へたりが少ない、温度や湿度の影響を受けにくい等、経時変化による加圧力の低減がほとんど無いという長所がある。その為、長時間摩擦トルクが安定した振動型アクチュエータを提供することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平４−９１６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来例の振動型アクチュエータの加圧部の構成では、前述の加圧バネのコイルバネは、両端面の座巻きが研磨加工されている。しかしそのために、組立時にコイルバネ端部の座巻部の厚みがロータとギアの組立後の隙間より小さくなってしまい、コイルバネが曲がってしまうとその間に入り込み挟まれてしまうという課題がある。その結果、摩擦接触面が均一に加圧されず、回転にムラが出てしまい、又、部分的に面圧が高くなり摩擦接触面の摩耗も多くなってしまう。また、加圧バネのコイルバネには、図５に示されるように巻き線の端部があり、その部分の加圧力が、端面の他部分の加圧力とは異なってしまい加圧ムラが起こる。座巻数が１巻の場合、バネ受け部と接触する面の剛性差が１０倍以上になってしまう。結果として不均一な摩擦接触状態となり、偏摩耗や駆動ムラの原因となる。さらにコイルバネの座巻部以外の側面箇所が、他部品と干渉すると、加圧ムラや異音が発生してしまう。
【００１３】
これらを更に詳しく説明するため、図４に示されている振動型アクチュエータの加圧部の構成を示す例にて説明する。図４に示されるように、ギア１０９に設けてあるバネ受け部１１４Ａは、コイルバネ１１０とコイルバネの外径で勘合している。そして、ギア１０９とロータ１０７の隙間１１８は、ギア１０９に対してロータ１０７がスラスト方向に自由に動けるようにある程度の隙間が設けられている。コイルバネ端部の座巻部１１０Ａの厚みがロータとギアの組立後の隙間１１８より小さいため、組立時にコイルバネが曲がってしまうとその間に入り込み挟まれてしまう。また、ギア１０９とロータ１０７の隙間１１８は、組立時において、接触ばね１０８が摩擦駆動部１１２に無理な力で押し付けられるのを防止する役割も担っている。
【００１４】
本発明は、組立時にコイルバネ端部の座巻部１１０Ａがロータ１０７とギア１０９の間の隙間１１８に挟まれることがなくなり、安定した駆動を行うことが可能となる振動型アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一様態は、振動体と、前記振動体の振動によって前記振動体と相対移動する被駆動体と、前記被駆動体に勘合する出力部材と、前記振動体に設けられた貫通孔に挿入されたシャフトと、前記シャフトに結合され、前記出力部材を支持する固定部材と、前記被駆動体及び前記出力部材の間に配置され、前記被駆動体を前記振動体に加圧接触させるコイルバネと、を備え、前記コイルバネは、端部に、巻き数が複数回である第１の座巻部を備え、前記コイルバネは、前記第１の座巻部において前記出力部材と勘合し、前記第１の座巻部の厚みは、前記被駆動体と前記出力部材の間の隙間より大きい振動型アクチュエータに関する。
【００１６】
本明細書において、被駆動体とは、振動体の振動により、振動体と相対移動するものであり、振動体と被駆動体の相対移動は、振動体が固定され被駆動体が移動する場合だけでなく、被駆動体が固定され振動体が移動する場合も含む。
【００１７】
また、本明細書において、ロータとは、被駆動体が回転する場合に回転する被駆動体の一部を指すが、被駆動体が固定され振動体が回転する場合にも、該部分を便宜上、ロータとして示す。
【００１８】
本明細書において、コイルバネの座巻部とは、端部にある平に見える部分で、ばねとして機能しない部分を指す。よって、座巻部におけるコイルバネの巻き数が複数回であるとは、座巻部において、隣接した部分が互いに接し、ばねとして機能していないコイルバネの巻き数が複数回であることを指す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、組立時にコイルバネ端部の複数巻き部の厚みをロータとギアの組立後の隙間より大きくすることによって、コイルバネが曲がってしまった場合にその間に入り込み挟まれてしまうということがなくなる。その結果として、摩擦接触面が均一に加圧され、回転ムラも小さい安定した駆動を行うことが可能となる振動型アクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】振動型アクチュエータの加圧部の構成を示す図
【図２】振動型アクチュエータの加圧部の構成を示す図
【図３】振動型アクチュエータの加圧部の構成を示す図
【図４】従来の振動型アクチュエータの加圧部の構成を示す図
【図５】コイルバネを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図
【図６】振動型アクチュエータの構成を示す図
【図７】振動型アクチュエータの応用例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
【００２２】
（実施の形態）
（実施の形態１）
実施の形態１として、振動体の摩擦駆動部に楕円運動を生じさせ、振動体の摩擦駆動部に接触する被駆動体を相対移動させる振動型アクチュエータの構成例について説明する。
【００２３】
まず、振動型モータ１００の構成の一例を、図６を用いて説明する。
【００２４】
図６において１００は振動型アクチュエータ（振動型モータ）である。
【００２５】
第１の弾性体１０１Ａ、第３の弾性体１０１Ｃ、および電気機械エネルギー変換素子を含む振動体、フレキシブル基板１０４、および、第２の弾性体１０１Ｂの中心部には貫通孔が設けられており、これらの貫通孔にシャフト１０６が挿入されている。本実施の形態では、電気機械エネルギー変換素子として圧電素子１０３を用いる。シャフト１０６の途中には段差が設けられており、この段差が第１の弾性体１０１Ａの内壁に設けられた段差に突き当たる。シャフト１０６の先端（下端）部にはネジが形成され、このネジに締結部材である第１の締め付け部材１０５Ａを嵌合させて締め付ける。これにより、第２の弾性体１０１Ｂ、フレキシブル基板１０４、圧電素子１０３、第３の弾性体１０１Ｃおよび第１の弾性体１０１Ａを固定することができる。第３の弾性体１０１Ｃの圧電素子１０３と接触する側には、外周で両者が接触するように凹部１１５が設けてある。
【００２６】
被駆動体１０２は、ロータ１０７、およびロータ１０７に固定された接触バネ１０８を含み、接触バネ１０８は、第３の弾性体１０１Ｃの圧電素子１０３と接触していない側の摩擦駆動部１１２の表面と、加圧接触する。
【００２７】
この接触バネ１０８は弾性を有しており、ロータ１０７に固定されて一体となって回転する。第３の弾性体１０１Ｃの第１の面には、圧電素子１０３が配置され、第１の面と反対側の第２の面、すなわち、被駆動体１０２と加圧接触する面に、突出部として第１の弾性体１０１Ａが設けられる。第１の弾性体１０１Ａは、ロータ１０７の内径部と対向している。１０９は出力手段であるギア（出力部材）であり、ロータ１０７の回転軸方向の移動を許容し、ロータ１０７の回転運動の移動に追従するようにロータ１０７と２箇所の回り止め１１３にて嵌合している。１１０はコイルバネ等の加圧手段であり、ロータ１０７のバネ受け部１１４Ｂとギア１０９のバネ受け部１１４Ａとの間に配置され、ロータ１０７を第３の弾性体１０１Ｃの方向に押し下げるように加圧している。
【００２８】
ギア１０９はシャフト１０６と結合した固定部材１１１に軸支持されており、その軸方向における位置は固定部材１１１によって規制されている。シャフト１０６の第１の締め付け部材１０５Ａと嵌合しない側の先端（上端）部にもネジが形成されており、このネジに第２の締め付け部材１０５Ｂを嵌合させて、固定部材１１１にシャフト１０６を固定している。固定部材１１１にはネジ穴が設けてあり、この固定部材１１１を所望の個所にネジを用いて固定することで、振動型モータを所望の個所に取り付けることができる。
【００２９】
圧電素子１０３は例えば、特許文献（特許第３４１６２３３号公報）に記載されているように、１つの圧電体の両面に電極膜が形成されており、片面の電極膜を４つの電極膜に分割し、Ａ（＋）、Ａ（−）、Ｂ（＋）、Ｂ（−）相を構成している。電極膜が形成された４つの領域には、Ａ（＋）とＡ（−）及びＢ（＋）とＢ（−）は互いに逆向きとなるように圧電素子１０３の厚み方向に分極が施され、Ａ相、Ｂ相の２つのグループから構成されている。
【００３０】
この一方のグループ電極に駆動信号を印加すると、圧電素子１０３の一方の領域は厚み方向に膨張し、他方の領域は厚み方向に収縮する。また、もう一方のグループの圧電体に時間的に９０度位相のずれた駆動信号を印加する。すると、振動体には第１の弾性体１０１Ａを左右に振るような２つの屈曲振動（振幅方向が、それぞれシャフト１０６の軸方向と垂直で、互いに９０度位相がずれた方向）が発生する。これらの振動が合成されると、第３の弾性体１０１Ｃの表面の摩擦駆動部１１２には、楕円運動が形成される。
【００３１】
この楕円運動が励起された第３の弾性体１０１Ｃの表面の摩擦駆動部１１２に接触バネ１０８を加圧接触させれば、接触バネ１０８およびロータ１０７から構成される被駆動体１０２がこの楕円運動に押し出されるようにして移動する。
【００３２】
つぎに、図１を用いて本実施例における振動型アクチュエータの加圧部の構成について説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態における振動型アクチュエータの加圧部の構成を示している。加圧部において、出力部材であるギア、被駆動体、及び振動体に囲まれた空間に、コイルバネ１１０が設けられている。コイルバネ１１０は、一方の端部に、巻き数が複数回である第１の座巻部１１０Ａを備え、他方の端部に巻き数が複数回である第２の座巻部１１０Ｂを備えている。本実施の形態において、第１の座巻部１１０Ａ及び第２の座巻部１１０Ｂは、２巻の座巻である。ギア１０９とロータ１０７の間の隙間１１８より、ギアのバネ受け部１１４Ａ側のコイルバネ１１０の端部の第１の座巻部１１０Ａの厚みは、厚く構成されている。このように、第１の座巻部１１０Ａのコイルバネの巻き数を複数とし、厚みを隙間１１８より大きく構成することで、隙間１１８にコイルバネの端部が挟まれて組み立てられることを防ぐことができる。なお、隙間１１８は、説明のため、各図で大きさを強調して記載しており、他の部材との相対的な大きさは正確なものではない。
【００３４】
また、コイルバネ１１０の第１の座巻部１１０Ａは、座巻部の外径側側面のみでギア１０９のバネ受け部１１４Ａと勘合している。更に、ロータ１０７のバネ受け部１１４Ｂは、コイルバネ１１０の第２の座巻部１１０Ｂの外径側側面およびコイルバネ外径側側面にて勘合している。このように勘合することで、コイルバネ１１０とギア１０９の中心軸、また、コイルバネ１１０とロータ１０７の中心軸を揃えて（同軸で）勘合できるため、振動体と被駆動体１０２の接触部における加圧ムラを低減することが出来る。
【００３５】
なお、本実施の形態では、被駆動体１０２が回転する場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されず、振動体が回転してもよい。
【００３６】
（実施の形態２）
実施の形態２として、実施の形態１と異なる形態の構成例について、図２を用いて説明する。
【００３７】
コイルバネ１１０の端部の座巻は、ギア１０９のバネ受け部１１４Ａ側と勘合するコイルバネの第１の座巻部１１０Ａが６巻、ロータ１０７のバネ受け部１１４Ｂ側のコイルバネの第２の座巻部１１０Ｂが４巻で構成されている。ギア１０９とロータ１０７の間の隙間１１８より、ギアのバネ受け部１１４Ａ側のコイルバネ１１０の端部の第１の座巻部１１０Ａの厚みは、厚く構成されている。さらに、コイルバネ１１０の座巻部１１０Ａ、１１０Ｂの外径側側面のみでギア１０９のバネ受け部１１４Ａ及びロータ１０７のバネ受け部１１４Ｂと勘合している。
【００３８】
このように、第１の座巻部１１０Ａのコイルバネの巻き数を複数とし、厚みを隙間１１８より大きく構成することで、隙間１１８にコイルバネの端部が挟まれて組み立てられることを防ぐことができる。また、コイルバネ１１０とギア１０９の中心軸、また、コイルバネ１１０とロータ１０７の中心軸を揃えて（同軸で）勘合できるため、振動体と被駆動体１０２の接触部における加圧ムラを低減することが出来る。さらに座巻部以外の側面を他部品と干渉しないように構成することで、干渉による加圧ムラを防ぐことができる。
【００３９】
（実施の形態３）
実施の形態３として、実施の形態１及び２と異なる形態の構成例について、図３を用いて説明する。
【００４０】
コイルバネ１１０の端部の座巻は、ギア１０９のバネ受け部１１４Ａ側の第１の座巻部１１０Ａが３巻、ロータ１０７のバネ受け部１１４Ｂ側の第２の座巻部１１０Ｂが３巻で構成されている。ギア１０９とロータ１０７の間の隙間１１８より、ギアのバネ受け部１１４Ａ側のコイルバネ１１０の端部の第１の座巻部１１０Ａの厚みは、厚く構成されている。このように、座巻部１１０Ａのコイルバネの巻き数を複数とし、厚みを隙間１１８より大きく構成することで、隙間１１８にコイルバネの端部が挟まれて組み立てられることを防ぐことができる。
【００４１】
さらに、コイルバネ１１０の座巻部１１０Ａの内径側側面のみでギア１０９のバネ受け部１１４Ａと勘合し、コイルバネ１１０の第２の座巻部１１０Ｂは座巻部の外径側側面のみでロータ１０７のバネ受け部１１４Ｂと勘合している。このように勘合することで、コイルバネ１１０とギア１０９の中心軸、また、コイルバネ１１０とロータ１０７の中心軸を揃えて（同軸で）勘合できるため、振動体と被駆動体１０２の接触部における加圧ムラを低減することが出来る。
【００４２】
また、コイルバネ１１０の第１の座巻部１１０Ａの内径側側面のみで勘合することで、コイルバネ１１０の中に配置されている弾性体１０１Ａと干渉しないように構成する場合はスペースを有効活用する上では有利になる。コイルバネ１１０の第２の座巻部１１０Ｂの外径側側面のみで勘合することで、コイルバネ１１０の外に配置されているロータ１０７およびギア１０９の側面と干渉しないように構成する場合スペースを有効活用する上では有利となる。
【００４３】
ギアとロータ間の隙間とコイルバネ端部の厚みの関係は、本発明の実施例の構成に限定されるものではなく、挟まれない関係を満たすことが出来る構成であれば良い。座巻部の巻数は、図５に示す１巻の場合は、バネ受け部と接触する面の剛性差が１０倍以上生じてしまう。座巻数が２巻の場合は、剛性差が２倍、３巻の場合は剛性差が１．５倍と巻数を増やす毎に、段々剛性差は小さくなり、加圧ムラに対して有利となる。
【００４４】
（実施の形態４）
実施の形態１乃至３の振動型アクチュエータの応用例を、図７を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態１乃至３のいずれかの振動型アクチュエータを、撮像装置に用いる例を示す。
【００４５】
図７は、撮像装置の一例であるデジタルカメラを正面側から見た分解斜視図である。本実施の形態のデジタルカメラは、正面カバー１と背面カバー２との間に、レンズ鏡筒３、シャーシ４、及び液晶パネル４１が正面側から背面側に向けて配置されている。側面カバー３５は、デジタルカメラを正面側（被写体側）から見て左側の側部の外装を形成し、ねじ等によりシャーシ４に固定される。また、メイン配線基板６の上部には、上面フレキシブル配線板９がコネクタ接続され、上面フレキシブル配線板９の上面側には、上面カバー１６が配置される。上面カバー１６には、電源ボタン１９が保持され、その他に、ズームレバー、レリーズボタン、及びモードダイアル等が保持されていてもよい。デジタルカメラ本体の、レンズ鏡筒３の正面側（被写体側）から見て右側に隣接して、振動型アクチュエータ２７が組み付けられており、振動型アクチュエータとしては、実施の形態１乃至３のいずれかで示した振動型アクチュエータを用いることが出来る。振動型アクチュエータ２７の上方には、ストロボユニット２２が配置され、ねじ等によりレンズ鏡筒３に固定される。また、側面カバー３９は、デジタルカメラを正面側（被写体側）から見て右側の側部の外装を形成し、ねじ等によりシャーシ４に固定される。表示パネルとしての液晶パネル４１の側部には、背面操作フレキシブル配線板３０が接続されており、シャーシ４に固定される。本実施の形態において、振動型アクチュエータ２７は、ズーム用レンズの駆動に用いられるが、本発明はこれに限定されない。例えば、不図示の撮像素子を、実施の形態１乃至３のいずれかの振動型アクチュエータで駆動してもよい。
【００４６】
実施の形態１乃至３のいずれかに記載の振動型アクチュエータを用いることにより、振動型アクチュエータにおいて、摩擦接触面が均一に加圧され、回転ムラも小さい安定した駆動を行うことが可能である。また、コイルバネの座巻部以外の側面箇所が、他部品と干渉するのを抑制することが可能である。したがって、耐久性に優れ、異音の発生が抑制された撮像装置を実現することが出来る。
【符号の説明】
【００４７】
１００  振動型アクチュエータ
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ  弾性体
１０２  被駆動体
１０３  圧電素子
１０６  シャフト
１０９  ギア
１１０  コイルバネ
１１０Ａ、１１０Ｂ  バネの座巻部
１１１  固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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