JP2022133014A - 振動型アクチュエータ及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現しつつ異音の発生が抑制された振動型アクチュエータを提供する。
【解決手段】振動型アクチュエータは、圧電素子１１１と弾性部材１１２を有する振動体１１と、振動体１１と接触する接触体３０を備える。接触体３０は、振動体１１と接触体３０が相対移動する方向を長手方向とし、且つ、長手方向に略一定の幅Ｂと厚さＴを有する角棒状の形状を有すると共に、振動体１１と摩擦摺動する領域において長手方向に延在するエッジ部に曲率半径の異なるＲ面が形成された第１区間と第２区間とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動型アクチュエータ及び光学機器に関する。

振動型アクチュエータは、大きな推力が得られること、高精度な位置決めが可能であること、静粛性に優れること等の特徴を有しており、例えば、撮像装置でのフォーカスレンズや像ぶれ補正用レンズの駆動等に広く用いられている。また、近年では、振動型アクチュエータは、監視カメラやネットワークカメラでのレンズのパン駆動装置やチルト駆動装置の駆動源として用いられている。

振動型アクチュエータは、振動体と接触体とが摩擦接触し、振動体に所定の振動を励起することによって振動体と接触体とを相対的に移動させることによって推力（駆動力）を得る駆動装置である。そのため、振動型アクチュエータの駆動時には、振動体に励起された振動によって接触体に不要な振動が発生することがあり、接触体に不要な振動が発生することによって異音が生じることがある。よって、振動型アクチュエータの駆動時には、接触体に不要な振動が発生しないようにすることが望ましい。

そこで、振動型アクチュエータは、接触体での振動の発生を抑制するために、多くの場合、振動体の駆動周波数と接触体の共振周波数とが一致しないように設計される。しかし、例えば、リニア駆動型の振動型アクチュエータを構成する接触体は、面外振動や面内振動、ねじり振動等の代表的な振動に加えて、その形状に特有の様々な固有振動モードを有していることが多い。この問題に対して、特許文献１は、接触体の全ての固有振動モードの周波数が駆動周波数から所定値以上離れるように設計された振動型アクチュエータ（振動型モータ）を提案している。

特開２０１８－６７９８３号公報

振動型アクチュエータには、上述した異音の発生を抑制することに加えて、小型化と軽量化も強く望まれている。このような要求に応えるために、例えば、接触体の厚さを薄くした場合には、概ね、接触体の固有振動モードの共振周波数は低周波数側へシフトすると共に、隣り合う次数の周波数間隔が小さく（狭く）なる。その結果、駆動周波数の近傍の全ての固有振動モードを振動体の駆動周波数帯域から外す設計は困難となり、特定の駆動条件において接触体に不要な振動が励起されて、可聴域の異音が発生する事態が起こり得る。

本発明は、小型化を実現しつつ、異音の発生が抑制された振動型アクチュエータ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、電気－機械エネルギ変換素子と弾性部材とを有する振動体と、前記振動体と接触する接触体と、を備える振動型アクチュエータであって、前記接触体は、前記振動体と前記接触体が相対移動する方向を長手方向とし、且つ、前記長手方向に略一定の幅と厚さを有する角棒状の形状を有すると共に、前記振動体と摩擦摺動する領域において前記長手方向に延在するエッジ部に曲率半径の異なるＲ面が形成された第１区間と第２区間とを有することを特徴とする。

本発明によれば、小型化を実現しつつ、異音の発生が抑制された振動型アクチュエータを実現することができる。

リニア駆動型の振動型アクチュエータの概略構成を示す図である。 接触体の代表的な固有振動モードの振動形態を説明する図である。 第１実施形態に係る振動型アクチュエータに用いられる接触体の構造を説明する図である。 図１及び図３の各接触体の固有振動モードを説明する図である。 図３の接触体での山数が３のねじり振動の振動形態を示す模式図である。 図３の接触体の変形例の構成を示す図である。 図６の接触体を用いた場合に生じる固有振動モードの共振周波数の変化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に用いられる接触体の構造を説明する図である。 図８の接触体の代表的な固有振動モードでの振動形態を説明する図である。 レンズ駆動装置の概略構成を示す図である。 パンチルト駆動装置の概略構成を示す分解斜視図である。

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。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータは、従来例に係る振動型アクチュエータと比較すると、接触体の構造に大きな特徴がある一方で、他の構成には実質的に差異を設けずに構成することが可能である。そこで、先ず、振動型アクチュエータの周知の構成例について説明した後に、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの特徴的な構成要素である接触体について説明する。

図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ、リニア駆動型の振動型アクチュエータ１の分解斜視図であり、図１（ａ）と図１（ｂ）とでは振動型アクチュエータ１を構成する各要素（部品）を見る方向が異なっている。図１（ｃ）は振動型アクチュエータ１の正面図であり、図１（ｄ）は振動型アクチュエータ１の側面図である。

図１（ａ）～（ｄ）では、各図の対応を明らかにするために、また、説明の便宜上、図示の通りに互いに直交するＸ軸（Ｘ方向）、Ｙ軸（Ｙ方向）及びＺ軸（Ｚ方向）を規定している。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向がそれぞれ示す方向については、振動型アクチュエータ１の構成要素の説明する際に、合わせて説明する。

振動型アクチュエータ１は、振動体１１、接触体１２、保持部材１３、加圧部材１４、被案内部材１５、固定部材１６、ビス１７及び転動部材１８を有する。振動体１１は、矩形板状の弾性部材１１２と、電気－機械エネルギ変換素子の一例である矩形板状の圧電素子１１１を有する。弾性部材１１２の厚さ方向（Ｚ方向）を向く２面（Ｚ方向と直交する２つの平面）のうち、一方の面には圧電素子１１１が接着されており、他方の面には接触体１２側へ突出する２つの突起１１２ａがＸ方向に所定の間隔で形成されている。また、弾性部材１１２の長手方向（Ｘ方向）の両端には、外側（±Ｘ方向）に延びる被保持部１１２ｂが設けられている。

例えば、圧電素子１１１はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の圧電セラミックスで形成されており、弾性部材１１２はステンレス等の金属で形成されている。圧電素子１１１に所定の周波数の交流電圧を印加することにより、振動体１１に所定の振動モードを振動を励起させて、突起１１２ａの先端に楕円運動を生じさせることができる。なお、突起１１２ａの先端に楕円運動を生じさせるメカニズムについては公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

被保持部１１２ｂは、保持部材１３に接着、固定される。こうして、振動体１１は、振動の励起が阻害されないようにして、保持部材１３に保持される。加圧部材１４は、例えば、板ばねであり、弾性変形の反力によって保持部材１３を接触体１２側へ加圧することにより、突起１１２ａを接触体１２に加圧接触させる。被案内部材１５は、保持部材１３との間に加圧部材１４を挟み込んで、加圧部材１４を弾性変形させる。

被案内部材１５には、振動型アクチュエータ１の駆動方向（Ｘ方向）に延在する２本の案内溝１５ａが形成されている。固定部材１６には、被案内部材１５の２本の案内溝１５ａとＺ方向において対向するように、Ｘ方向に延在する２本の案内溝１６ａが形成されている。

接触体１２は、Ｘ方向を長手方向とし、長手方向と直交する幅（Ｙ方向長さ）が厚さ（Ｚ方向長さ）よりも大きい角棒状の形状を有する。なお、接触体１２の長手方向は、後述するように、振動体１１と接触体１２が相対移動する方向である。

接触体１２の長手方向の端部近傍には厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する穴が設けられている。ビス１７（締結部材）を接触体１２に形成された穴に挿通させて固定部材１６に締結することにより、接触体１２は固定部材１６に固定される。接触体１２を長手方向（Ｘ方向）と直交する平面（ＹＺ平面）面で切断した断面は、長手方向において一様である。

被案内部材１５に形成された案内溝１５ａと固定部材１６に形成された案内溝１６ａとの間には球状の転動部材１８（ボール）が挟み込まれて、被案内部材１５は固定部材１６に対してＸ方向にのみ移動可能に保持される。

振動型アクチュエータ１では、振動体１１に所定の振動を励起して突起１１２ａにＺＸ面内で楕円運動を生じさせると、振動体１１と接触体１２とをＸ方向に相対移動させる駆動力が、突起１１２ａと接触体１２の接触面に生じる。すると、振動体１１、保持部材１３、加圧部材１４及び被案内部材１５が一体となって、駆動方向であるＸ方向に接触体１２及び固定部材１６に対して相対的に移動する。

図２は、接触体１２の代表的な固有振動モードの振動形態を説明する図である。図２（ａ）は、接触体１２の厚さ方向（Ｚ方向）へ振幅が発生する面外曲げ振動を模式的に表している。図２（ｂ）は、接触体１２の幅方向（Ｙ方向）へ振幅が発生する面内曲げ振動を模式的に表している。図２（ｃ）は、接触体１２の長手方向の軸を回転軸とするねじりの振幅が発生するねじり振動を模式的に表している。ここでは、共振周波数がそれぞれの振動形態の中で最も小さくなる共振モード、つまり、振動の山を１つ有する共振モードを代表的に示しているが、これよりも高周波数側には複数の山を有する高次の固有振動モードが存在する。

次に、本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータについて説明する。第１実施形態に係る振動型アクチュエータは、図１に示した振動型アクチュエータ１と比較すると、振動型アクチュエータ１を構成する接触体１２に代えて、後述する接触体３０又は接触体３０Ａを構成要素とする点で異なる。そこで、以下の説明では、接触体３０，３０Ａの構成を中心に説明を行う。

図３は、本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータに用いられる接触体３０の構造を説明する図である。より具体的には、図３（ａ）は接触体３０の外観斜視図である。なお、接触体１２と同様に、接触体３０についても、長手方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向としている。接触体３０は、接触体１２と同様に、幅と厚さが略一定の角棒状の形状を有する。

接触体３０の長手方向（Ｘ方向）の端部には、接触体３０をビス１７で固定部材１６に締結するための固定部３２が設けられており、長手方向端に設けられた固定部３２の間に摩擦部３１が形成されている。摩擦部３１の表裏面（Ｚ方向と直交する面（ＸＹ平面））の一方が、振動体１１の突起１１２ａに対する摩擦摺動面となる。

摩擦部３１は、長手方向に延在する４つのエッジ部のうち表面側（＋Ｚ側）の２つのエッジ部に対して曲率半径の異なるＲ面が形成された第１区間と第２区間を有する。第１区間は、長手方向において摩擦部３１の略中央に設けられており、第１区間を長手方向において挟むように２カ所の第２区間が設けられている。

図３（ｂ）は、第１区間での接触体３０のＹＺ断面図（Ｘ方向と直交する断面を表す図）である。図３（ｃ）は、第２区間での接触体３０のＹＺ断面図である。接触体３０において長手方向に延在する４箇所のエッジ部のうち、裏面側（－Ｚ側）の２箇所のエッジ部の形状には第１区間と第２区間とで差異はない。一方、接触体３０において長手方向に延在する４箇所のエッジのうち、表面側（＋Ｚ側）の２箇所のエッジ部については、第１区間の曲率半径が第２区間の曲率半径よりも相対的に大きいという相違がある。つまり、第１区間には、第２区間よりも相対的に大きな曲率半径でＲ面が形成されている。Ｒ面の形成は、切削、研削、研磨等によるＲ面取り加工によって行うことができる。接触体３０を鋳造法により成型する場合には、鋳型によってＲ面を形成することもできる。

第１区間でのＲ面は、表裏面側（ＸＹ面側）でエッジ部から接触体３０（摩擦部３１）の幅Ｂの１／４以下の長さ、且つ、側面側（ＺＸ面側）でエッジ部から接触体３０（摩擦部３１）の厚さＴの１／２以下の長さの領域内に形成されている。第１区間でのＲ面取りでの除去量は、前出の寸法制限の範囲内で想定される最大のＣ面取りでの除去量よりも多くならないようにする。

なお、接触体３０において第１区間及び第２区間を設けてもよいエッジ部は、長手方向に延在する４箇所のエッジ部に限られる。接触体３０では、曲率半径の異なるＲ面を表面側の２箇所のエッジ部に設けたが、曲率半径の異なるＲ面は裏面側の２箇所のエッジ部に設けてもよい。また、曲率半径の異なるＲ面は、長手方向に延在する４箇所のエッジ部の全てに設けることもできる。そして、接触体３０では、１箇所のエッジ部に曲率半径の大きいＲ面を１カ所にのみ設けているが、曲率半径の大きいＲ面は、これに限られず、複数箇所（具体的には、２箇所乃至４箇所）に設けることも可能である。更に、接触体３０では、第１区間でのＲ面の曲率半径は一定であるが、第１区間でのＲ面の曲率半径を長手方向で変化させてもよい。接触体３０における第１区間の長手方向の長さには制限があるが、その制限については後述する。

固定部３２は、接触体３０を固定部材１６にビス１７で固定するための部位であり、接触体３０ではＵ溝形状に形成されている。Ｕ溝にビス１７を厚さ方向に貫通させて固定部材１６に締結することにより、接触体３０は固定部材１６に固定される。接触体３０は、固定部３２と摩擦部３１は同じ厚さと同じ幅で連続した構造体であるが、固定部３２の厚さや形状はこれに限られない。例えば、固定部３２は、厚さと幅が摩擦部３１と異なっていてもよいし、Ｕ溝形状に代えて接触体１２と同様に貫通穴を設けてもよく、更に、ビス１７による締結以外の固定手段を用いてもよい。

次に、接触体３０が第１区間を有することの技術的な効果について説明する。図４（ａ）は、接触体１２の固有振動モードを説明する図である。図４（ｂ）は、接触体３０の固有振動モードを説明する図である。図４（ａ），（ｂ）において、横軸には図２を参照して説明した３種類の振動形態（面外振動、面内振動及びねじり振動）での山数が取られ、縦軸は各固有振動モードの共振周波数が取られている。なお、面外振動、面内振動及びねじり振動の３種類の振動形態のみを考慮しているのは、長手方向に延在する４つのエッジ部を有する棒形状の接触体１２，３０では、低周波数帯域に発現する考慮すべき振動形態がこれら３種類に絞られるためである。

長さが一定の梁では振動の山数が増加するに伴って共振周波数が高くなることは周知であり、そのため、接触体１２，３０についても、面外振動、面内振動及びねじり振動の各振動モードで山数が増加するに伴って共振周波数が高くなっている。

接触体１２は、接触体３０に設けられた第１区間に相当する区間を有していない。そのため、図４（ａ）に示されるように、ねじり振動の振動モードの共振周波数（山数が３の共振周波数）が、振動体１１の駆動周波数帯域に含まれている。これに対して、接触体３０は、曲率半径の大きいＲ面が形成された第１区間が設けられているために、ねじり振動での山数が３の共振周波数が高周波数側にシフトして、振動体１１の駆動周波数帯域から外れている。

ここで、図４（ａ），（ｂ）を比較すると明らかなように、面外振動の共振周波数には変化が殆ど生じておらず、また、面内振動の共振周波数の変化は軽微である。したがって、接触体に第１区間を設けることによって、ねじり振動の共振周波数を選択的に振動体１１の駆動周波数帯域から遠ざけることが可能になり、その結果として、振動型アクチュエータの駆動時における異音の発生を抑制することが可能になる。

面内振動と面外振動の共振周波数に殆ど変化が見られない一方で、ねじり振動の共振周波数が大きく変化する理由について、図５を参照して説明する。図５は、接触体３０での山数が３のねじり振動の振動形態を示す模式図である。ねじり振動の山の頂点は、接触体３０の第１区間内に存在する。このとき、ねじり振動の山の部分の質量が、第１区間に曲率半径の大きいＲ面が形成されて、エッジ部が除去されている分だけ低減されるため、共振周波数が高くなる。また、山数が１のねじり振動での山の頂点も第１区間内に存在する。したがって、山数が１のねじり振動の共振周波数も高くなる。つまり曲率半径の大きいＲ面が形成された第１区間が接触体３０に設けられていることによって、山数が奇数のねじり振動の共振周波数が高くなる。

一方、ねじり振動での山数が偶数である場合は、ねじり振動の節が第１区間内に存在する。このとき、第１区間に曲率半径の大きいＲ面が設けられていることによってねじり振動の歪の大きい部位がなくなるため、ねじり振動の山数が偶数となる共振周波数は低くなる。換言すれば、第１区間がねじり振動の中立軸から遠く、断面二次モーメントに大きく影響するため、曲率半径の大きいＲ面を設けることで除去された質量分により、共振周波数は低くなる。

次に、第１区間の長手方向の長さの制限について説明する。上述したように、振動の腹となる位置に第１区間が設けられている場合に、その振動の共振周波数を高周波数側へシフトさせる効果が得られる。したがって、第１区間の長手方向の長さは、駆動周波数帯域から外そうとしている次数の振動の節と節の間、つまり１/２波長以下の長さに設定されなければならない。接触体３０の場合、第１区間の長手方向の長さは、山数が３のねじり振動の１／２波長以下の長さとすることが望ましい。

なお、面外振動と面内振動に関しては、曲率半径の大きいＲ面の第１区間を設けることによって歪の大きい部位の一部がなくなるため、ねじり振動と同じメカニズムで共振周波数が変化する。しかしながら、面外振動と面内振動における第１区間に起因する断面二次モーメントへの影響は軽微である。

以上の説明の通り、接触体３０では、長手方向に延在するエッジ部に曲率半径の大きいＲ面を有する第１区間を設けることによって、面外振動と面内振動の共振周波数に影響を与えることなく、ねじり振動の共振周波数を制御することができる。こうして、ねじり振動の共振周波数を振動体１１の駆動周波数帯域から外すことが可能になることによって、異音の発生を抑制することが可能となる。

続いて、接触体３０の変形例について説明する。図６（ａ）は、接触体３０Ａの構造を説明する図である。図６（ａ）は接触体３０Ａの外観斜視図である。図６（ｂ）は、第１区間での接触体３０ＡのＹＺ断面図である。図６（ｃ）は、第２区間での接触体３０のＹＺ断面図である。

接触体３０Ａは、第１区間において幅を狭めるように段差Ｓが設けられている点で接触体３０とは異なるが、その他の構成は接触体３０と同じである。そのため、図６では、第１区間を明示すると共に他の部位の符号等を省略しており、以下では段差Ｓを有する第１区間について主に説明する。

第１区間は、Ｙ方向側面が一定の深さで除去されることによってＹ方向側面に段差が形成されることによって、第２区間よりも幅が狭くなっている。また、第１区間には、長手方向において段差Ｓが設けられている範囲内に、第２区間よりも大きな曲率半径でＲ面が形成されている。

図７は、振動型アクチュエータに接触体３０Ａを用いた場合に生じる固有振動モードの共振周波数の変化を説明する図である。図７には、第１区間を有していない接触体（図１の接触体１２と同等の構造を有する接触体）での各振動モードの共振周波数がプロットされている。ここでは、山数が２のねじり振動と面内振動の共振周波数が駆動周波数帯域に入り込んでいる。図４についての説明では曲率半径の大きいＲ面による面内振動の断面二次モーメントへの影響は軽微であった。これに対して、接触体３０Ａでは、幅方向側面に段差Ｓを設けたことにより、歪の大きい部位が一面でなくなるため、面内振動モードの断面二次モーメントが大きく影響を受けて面内振動の共振周波数が低周波数側にシフトする。こうして、山数が２の面内振動の共振周波数を、低周波数側へシフトさせることによって駆動周波数帯域の外に出すことができ、その様子が図７に矢印で示されている。

このように、第１区間を設けることによってねじり振動と面内振動の共振周波数を選択的に駆動周波数帯域から外すことが可能となり、その結果として異音の発生を抑制することが可能になる。なお、接触体３０Ａでは、段差Ｓを設けることによって第１区間の幅をは第２区間の幅よりも狭くしたが、逆に、広くすることによって、ねじり振動と面内振動の共振周波数を選択的に駆動周波数帯域から外すこともできる。

次に、本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータに用いられる接触体について説明する。第２実施形態に係る振動型アクチュエータは、図１１を参照して後述するように回転駆動を行う振動型アクチュエータであり、円環状の形状を有する接触体を備える。第２実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成については、図１１を参照して後述することとし、ここでは円環形状を有する接触体の構造について詳細に説明する。

図８（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータに用いられる接触体６０の外観斜視図である。接触体６０は、円環状で、厚さの異なる内周部と外周部を有する。接触体６０の内周部は、不図示の回転体に連結するための部位であり、外周部よりも厚さが小さい。外周部は、径方向に幅Ｂを有すると共に厚さＴを有しており、径方向と平行な（厚さ方向の）表裏面のいずれか一方が振動体１１（不図示）と摩擦摺動面となっている。

接触体６０の外周には、周方向に等間隔で複数の第１区間が形成され、隣接する第１区間の間が第２区間となっている。第１区間は、外周エッジ部に曲率半径の大きいＲ面が形成された区間であり、第２区間は、第１区間よりも相対的に曲率半径のＲ面が形成された区間である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す矢視Ａ－Ａでの断面図であり、第１区間の断面を表している。接触体６０では、表面と裏面の両方の外周エッジ部に、曲率半径の大きなＲ面が設けられている。なお、曲率半径の大きいＲ面を形成してもよいエッジ部は、表面側と裏面側の外周エッジ部に限られ、外周部における内周側のエッジ部に設けられることはない。ここでは、曲率半径の大きなＲ面を、表面側と裏面側の両方の外周エッジ部に設けているが、一方の外周エッジ部に設けられていてもよい。

接触体６０の第１区間でのＲ面は、図８（ｂ）に示されるように、表裏面では外周エッジ部から幅Ｂの１／４以下の長さ、且つ、外周側面では外周エッジ部から厚さＴの１／２以下の長さの領域内に形成されている。第１区間でのＲ面取りでの除去量は、前出の寸法制限の範囲内で想定される最大のＣ面取りでの除去量よりも多くならないようにする。第１区間の構成のその他の構成については、接触体３０の第１区間に準ずるため、説明を省略する。

図９は、接触体６０の代表的な固有振動モードでの振動形態を説明する図である。図９（ａ），（ｂ）は、接触体６０の軸方向への振幅が発生する面外曲げ振動を示す模式図である。図９（ｃ），（ｄ）は、接触体６０の径方向への振幅が発生する面内曲げ振動を示す模式図である。図９（ｅ），（ｆ）は、接触体６０の円周方向の軸を回転軸とするねじりの振幅が発生するねじり振動を示す模式図である。ここでは、振動の山を６個有する共振モードを代表的に示しているが、これよりも低周波数側と高周波数側の双方に山数の異なる固有振動モードが存在する。

接触体６０に生じる振動モードの特徴は、同じ山数の振動モードであっても、一般的にＳＩＮモードとＣＯＳモードと呼ばれる２つのモードを有することである。これら２つのモードのうち、一方のモードは山の頂点位置を第１区間内に有し、他方のモードは節位置を第１区間内に有する。このとき、前者は振動の山の位置の質量が軽減されるため、ねじり振動の共振周波数が高くなる。逆に、後者は振動の歪が大きくなる位置が除去されているため、ねじり振動の共振周波数が低くなる。したがって、同じ山の数を有するねじり振動モードのＳＩＮモードとＣＯＳモードの共振周波数に差が生じることになる。

円環形状の接触体を摩擦駆動する振動型アクチュエータでは、接触体に特定の振動モードの進行波が励起されることによって異音が発生することが知られている。これに対して、接触体６０では、進行波を形成するＳＩＮモードとＣＯＳモードの２つの振動モードの共振周波数に差が生じるため、振動体からの加振エネルギが進行波の生成に結びつかず、その結果として異音の発生を抑制することができる。なお、曲率半径の大きいＲ面を形成することが、面外振動と面内振動の各振動モードの共振周波数に大きな影響を及ぼさないのは、接触体３０と同じ理由による。

このように、円環状の接触体６０では、外周エッジ部に曲率半径の大きいＲ面が形成された第１区間を設けることによって、面外振動と面内振動へ実質的に影響を与えることなく、ねじり振動の共振周波数を制御することができる。その結果として、異音の発生を抑制することができる。

次に、振動型アクチュエータを用いた光学機器の例について説明する。図１０（ａ）は、振動型アクチュエータを用いたレンズ駆動装置４０の概略構成を示す図である。図１０（ｂ）は、レンズ駆動装置４０の正面図である。図１０（ｃ）は、レンズ駆動装置４０の側面図である。

図１０のレンズ駆動装置４０には、機能的に図１の振動型アクチュエータ１と同じものが用いられているため、振動型アクチュエータについては、同じ符号を付して詳細な説明を省略すると共に、図１０ではその構成を簡略的に示している。レンズ駆動装置４０は、振動型アクチュエータ１、光学レンズ４１（光学部品）、レンズ保持部材４２及び案内部材４３を有する。

光学レンズ４１は、例えば、撮像装置のレンズ鏡筒に用いられるフォーカスレンズである。レンズ保持部材４２は、光学レンズ４１を保持する。案内部材４３は、レンズ保持部材４２に設けられた穴に挿通され、この状態で案内部材４３の両端は、レンズ鏡筒内において光学レンズ４１の光軸Ｏと略平行に固定される。これにより、光学レンズ４１は、案内部材４３によって光軸方向に移動可能に案内される。

レンズ保持部材４２には、嵌合部４２ｂが設けられている。また、振動型アクチュエータ１の被案内部材１５には、嵌合部４２ｂと嵌合する嵌合突起１５ｂが設けられている。嵌合突起１５ｂが嵌合部４２ｂと嵌合し、且つ、被案内部材１５の移動方向が光軸Ｏと略平行となるように、固定部材１６がレンズ鏡筒内の所定位置に固定される。よって、振動型アクチュエータ１を駆動して、被案内部材１５を光軸方向に移動させることにより、光学レンズ４１を光軸方向で移動させることができる。

このようなレンズ駆動装置４０を備えるレンズ鏡筒では、レンズ鏡筒の小型化を実現するために、振動型アクチュエータの小型化が強く要求される。振動型アクチュエータの小型化には、前述したように、接触体の固有振動モードの共振周波数が駆動周波数帯域に入ってしまうことによって、可聴域の異音が発生するおそれがある。この問題に対して、振動型アクチュエータを構成する接触体に、上述した接触体３０の構成を適用することにより、異音の発生を抑制しつつ、接触体を薄型化、小型化して振動型アクチュエータの小型化を実現することができる。

図１１は、振動型アクチュエータを用いたパンチルト駆動装置５０の分解斜視図である。撮像ユニット５７は、各種のレンズや絞り等の光学部品を内蔵するレンズ鏡筒５８をチルト回転軸ＴＮまわりに回転可能に支持している。撮像ユニット５７は、パンチルト駆動装置５０の被駆動部であり、レンズ鏡筒５８と一体的にパン回転軸ＰＮを中心として回転可能に中間カバー５９に支持されている。連結部材５６はビス５５により接触体６０と連結され、これにより、接触体６０と撮像ユニット５７が連結される。中間カバー５９は基台５４に固定される。

図１１では、振動型アクチュエータ１の全体的な構成は不図示となっている。振動型アクチュエータ１はアクチュエータ支持基板５１に保持されており、アクチュエータ支持基板５１は基台５４に固定されている。振動体１１の２箇所の突起１１２ａは、接触体６０の－Ｙ側の面と接触する。振動型アクチュエータの駆動力は、接触体６０の接線方向に作用し、接触体６０をパン回転軸ＰＮまわりに回転させ、これにより、撮像ユニット５７もパン回転軸ＰＮまわりに回転する。接触体６０は、位置検出用のスケール５３を保持している。スケール５３はアクチュエータ支持基板５１に固定された位置検出センサ５２と対向する面に配置されており、位置検出センサ５２よって接触体６０の回転角度を求めることが可能となっている。なお、レンズ鏡筒５８をチルト回転軸ＴＮまわりに回転駆動するアクチュエータには、パン回転軸ＰＮまわりに撮像ユニット５７を回転させるアクチュエータに準ずるものを用いることができる。

パンチルト駆動装置５０でも、レンズ駆動装置４０と同様の理由で、異音の発生を抑制しつつ、振動型アクチュエータの小型化を実現することができる。

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。更に、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。

１１ 振動体
３０，３０Ａ，６０ 接触体
３１ 摩擦部
４０ レンズ駆動装置
５０ パンチルト駆動装置
１１１ 圧電素子
１１２ 弾性部材

Claims (9)

1. 電気－機械エネルギ変換素子と弾性部材とを有する振動体と、
   前記振動体と接触する接触体と、を備える振動型アクチュエータであって、
   前記接触体は、前記振動体と前記接触体が相対移動する方向を長手方向とし、且つ、前記長手方向に略一定の幅と厚さを有する角棒状の形状を有すると共に、前記振動体と摩擦摺動する領域において前記長手方向に延在するエッジ部に曲率半径の異なるＲ面が形成された第１区間と第２区間とを有することを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 電気－機械エネルギ変換素子と弾性部材とを有する振動体と、
   前記振動体と接触する接触体と、を備える振動型アクチュエータであって、
   前記接触体は、径方向の幅と軸方向の厚さがそれぞれ略一定の円環形状を有し、前記径方向と平行な面が前記振動体に対する摩擦摺動面であり、外周エッジ部に曲率半径の異なるＲ面が形成された第１区間と第２区間とを有することを特徴とする振動型アクチュエータ。
3. 前記第１区間の曲率半径は前記第２区間の曲率半径よりも大きく、且つ、前記第１区間は前記接触体のねじり振動モードの腹または節となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記接触体は、複数の前記第１区間を有することを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記振動体に対して前記接触体が相対移動する方向における前記第１区間の長さは、前記振動体の駆動周波数帯域に最も近い次数のねじり振動モードの波長の１／２以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の振動型アクチュエータ。
6. 前記第１区間の幅は前記第２区間の幅よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記第１区間では、前記振動体に対して前記接触体が相対移動する方向において、前記第２区間よりも幅が小さい領域の長さよりも前記Ｒ面が形成されている領域の長さが短いことを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータ。
8. 前記第１区間のＲ面は、前記振動体に対して前記接触体が相対移動する方向と直交する断面において、幅方向と平行な面ではエッジ部から幅の１／４以下の長さ、且つ、厚さ方向と平行な面では前記エッジ部から厚さの１／２以下の長さの領域内に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
9. 請求項１乃至８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により駆動される光学部品と、を備えることを特徴とする光学機器。

Images