JP5256762B2 - レンズ鏡筒、カメラ - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒及びカメラに関するものである。

従来、電気機械変換素子の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波という）を発生させ、この進行波によって駆動面に楕円運動を発生させ、楕円運動の波頭に加圧接触した相対移動部材を駆動する振動アクチュエータが知られている。
近年、このような振動アクチュエータの小型化が要求されている。弾性体が略円環形状であり、相対移動部材を回転駆動する形態の振動波アクチュエータ等では、弾性体の径方向の幅が広い方が、より大きな駆動力が得られる。このような振動アクチュエータを小型化した場合、駆動力を得るために弾性体の径方向の幅を広くとる必要がある。そのため、弾性体が小径化されるに伴い、弾性体の外径と内径との比が大きくなる傾向にある。
弾性体の外径と内径との比が大きくなると、駆動面の外周側での進行波の振動振幅と内周側での進行波の振動振幅との差が大きくなる。そのため、相対移動部材の駆動が不安定になり、振動の損出が発生し、振動波モータの駆動効率を下げるという課題が発生していた。

特許文献１には、進行波の外周側の振動振幅と内周側の振動振幅との差を小さくする対策として、弾性体と相対移動部材の接触面（駆動面）に、弾性体の外周端に到達しない凹部（溝）を形成することにより、弾性体の外周側の厚さと、内周側の厚さとを変え、曲げ変位に対する剛性を変えるという手法が開示されている。
特開平３−２７３８７４号公報

しかし、特許文献１に開示された手法では、外周側の弾性体のベース部分の厚さが厚くなり、曲げ変位に対する剛性は大きくなるが、振動特性が内周側と外周側とで異なった状態となるため、十分な振動振幅が得られなくなり、駆動力が低下するという問題があった。

本発明の課題は、駆動性能のよい振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することである。

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。
請求項１の発明は、駆動信号により励振される略円環形状を有する電気機械変換素子（１３，５３，７３）と、前記電気機械変換素子が接合される接合面（１２ｅ）及び前記励振により振動波を生じる駆動面を有する略円環形状の弾性体（１２ｄ）と、前記駆動面に加圧接触されて前記振動波によって駆動され、前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材（１５）と、を有する振動アクチュエータを備えたレンズ鏡筒であって、前記接合面に平行かつ前記弾性体と前記相対移動部材との相対移動方向に対して直交する方向における前記電気機械変換素子（１３，５３，７３）の両端部のうち、前記電気機械変換素子（１３，５３，７３）の内周側端部（１３ｃ，５３ｃ，７３ｃ）と前記電気機械変換素子（１３，５３，７３）の外周側端部（１３ｄ，５３ｄ，７３ｄ）とは、前記接合面に直交する方向における厚さが異なり、前記内周側端部（１３ｃ，５３ｃ，７３ｃ）の前記接合面に直交する方向における厚さは、前記外周側端部（１３ｄ，５３ｄ，７３ｄ）の前記接合面に直交する方向における厚さに比べて薄く、前記電気機械変換素子（１３，５３，７３）は、前記接合面に直交する方向における厚さが前記接合面に平行かつ前記弾性体と前記相対移動部材との相対移動方向に直交する方向に沿って、段階的にまたは一様に変化し、前記駆動信号によって前記電気機械変換素子（１３，５３，７３）の内周側端部に生じる電界の大きさは、前記駆動信号によって前記電気機械変換素子の外周側端部に生じる電界の大きさよりも大きいこと、を特徴とするレンズ鏡筒（３）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載のレンズ鏡筒において、前記電気機械変換素子（７３）は、上面が円環形状を有する単層の板状部材で形成され、前記接合面（１２ｅ）に直交する方向における厚さが、前記接合面（１２ｅ）に平行かつ前記弾性体（１２）と前記相対移動部材（１５）との相対移動方向に直交する方向に沿って、段階的または直線的に変化していること、を特徴とするレンズ鏡筒である。
請求項３の発明は、請求項１または２項に記載のレンズ鏡筒を備えるカメラである。
なお、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

本発明によれば、駆動性能のよい振動アクチュエータ、これを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。

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、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして、超音波モータを例に挙げて説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のカメラ１を説明する図である。
第１実施形態のカメラ１は、撮像素子を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備えている。
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７、カム筒６、ギア４，５、超音波モータ１０等を備えている。本実施形態では、超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ７を駆動する駆動源として用いられており、超音波モータ１０から得られた駆動力は、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向（図１中に示す、矢印Ｏ方向）に略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
図１において、レンズ鏡筒３内に設けられた不図示のレンズ群（レンズ７を含む）によって、撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子８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。

図２は、第１実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
第１実施形態の超音波モータ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。
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、略円環形状である。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１２ｄ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１２ｄの進行波の振幅を増幅させるためである。
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（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。

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。本実施形態では、圧電体１３として圧電素子を用いたが、電歪素子等を用いてもよい。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（図４（ｂ）参照）。各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素（後述する電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９）が並べられている。Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分の間隔が空けられている。この圧電体１３は、接着材等を用いて弾性体１２と接合されている。この圧電体１３の詳細については、後述する。
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、後述の増幅部１０４，１０５（図３参照）から駆動信号が供給され、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の駆動面に進行波が発生する。本実施形態では、４波の進行波が発生している。

移動子１５は、アルミニウム等の軽金属によって形成され、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）と接触する面の表面に、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ている。
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。
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。

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、ギア部材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。
ギア部材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。ギア部材２０は、出力軸１８の回転とともに回転することにより、ギア４（図１参照）に駆動力を伝達する。
また、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。

図３は、第１実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００を説明するブロック図である。
超音波モータ１０の駆動装置１００は、発振部１０１と、制御部１０２と、移相部１０３と、増幅部１０４，１０５と、検出部１０６とを有する。
発振部１０１は、制御部１０２の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。
移相部１０３は、発振部１０１で発生した駆動信号を、９０°位相の異なる２つの駆動信号に分ける部分である。
増幅部１０４，１０５は、移相部１０３によって分けられた２つの駆動信号を、それぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。増幅部１０４，１０５からの駆動信号は、超音波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動子１１に進行波が発生し、移動子１５が駆動される。

検出部１０６は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、移動子１５の駆動によって駆動されたレンズ７の位置や速度を検出する部分である。本実施形態では、カム筒６の位置や速度を検出することにより、レンズ７の位置や速度を検出している。
制御部１０２は、カメラボディ２に設けられた不図示のＣＰＵからの駆動指令を基に、超音波モータ１０の駆動を制御する部分である。制御部１０２は、検出部１０６からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部１０１が発生する駆動信号の駆動周波数を制御する。

超音波モータ１０の駆動装置１００は、以下のように動作する。
まず、制御部１０２に目標位置が伝達される。発振部１０１からは、駆動信号が発生し、その信号から、移相部１０３により９０°位相の異なる２つの駆動信号が生成され、増幅部１０４，１０５により所望の電圧に増幅される。
駆動信号は、超音波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３が励振され、その励振によって、弾性体１２には、４次の曲げ振動が発生する。圧電体１３は、Ａ相とＢ相とに分けられており、駆動信号は、それぞれＡ相とＢ相とに印加される。Ａ相から発生する４次曲げ振動とＢ相から発生する４次曲げ振動とは、位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは、９０°位相がずれているため、２つの曲げ振動は、合成され、４波の進行波となる。

進行波の波頭には、楕円運動が生じている。従って、弾性体１２の駆動面に加圧接触された移動子１５は、この楕円運動によって摩擦駆動される。
光学式エンコーダ等の検出部１０６は、移動子１５の駆動により駆動されたカム筒６の位置や速度を検出し、電気パルスとして、制御部１０２に伝達される。制御部１０２は、この信号を基に、レンズ７の現在の位置と現在の速度とを得ることが可能となり、発振部１０１が発生する駆動周波数は、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に制御される。

本実施形態の超音波モータ１０に用いる圧電体１３について説明する。
図４は、第１実施形態の圧電体１３を示す図である。図４（ａ）は、弾性体１２の接合面１２ｅに接合される圧電体側接合面１３ａを弾性体１２側から見た図である。図４（ｂ）は、圧電体１３の圧電体側接合面１３ａとは反対側の面（以下、他方の面と呼ぶ）１３ｂをギア部材２０側から見た図である。図４（ｃ）は、圧電体１３を、図４（ａ）に示す矢印Ｃ１−Ｃ２断面で切断した断面の拡大図である。
圧電体側接合面１３ａは、弾性体１２の接合面１２ｅに接合される面であり、接合面１２ｅに略平行な面である。圧電体側接合面１３ａには、周方向に連続した電極部Ｄ１が形成されている。
圧電体１３の他方の面１３ｂには、Ａ相、Ｂ相の電気信号が入力される電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９と、グランドとなる電極部Ｄ１０とが形成されている。電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９は、それぞれ、分極が交互となるように配置されている。電極部Ｄ１０は、Ａ相とＢ相との間となるように、電極部Ｄ２と電極部Ｄ６との間に形成されている。
電極部Ｄ１〜Ｄ１０は、圧電体側接合面１３ａ及び他方の面１３ｂのそれぞれの表面に、スクリーン印刷によって銀ペーストを塗布して形成されている。
圧電体１３は、これらを用いて分極処理される。
なお、本実施形態の圧電体側接合面１３ａ及び他方の面１３ｂは、内周端及び外周端に圧電体１３の素地部が露出した形態となっている。

図２及び図４（ｃ）に示すように、圧電体側接合面１３ａは、略平面状である。圧電体１３の厚さ（弾性体１２の接合面１２ｅ及び圧電体側接合面１３ａに直交する方向の寸法）は、内周側が薄く、外周側が厚く形成されている。本実施形態では、他方の面１３ｂが、傾斜面となっており、圧電体１３の厚さは、図４（ｃ）に示すように、径方向に沿って外周側から内周側へ直線的に薄くなっている。
ここで、図４（ｃ）に示すように、圧電体１３の径方向において、電極部が形成されている領域の内周側の端部付近を内周側端部１３ｃとし、外周側の端部付近を外周側端部１３ｄとする。

一般的に、圧電体の圧電定数をｄｔ、圧電体の厚さをＴ、駆動信号によって圧電体に印加される電圧をＶ、駆動信号によって圧電体に生じる電界をＥとするとき、駆動信号によって圧電体に生じる圧電歪み量Ｓは、以下に示す式で表される。
Ｓ＝ｄｔ×Ｅ＝ｄｔ×（Ｖ／Ｔ） ・・・（式１）
ここで、圧電定数ｄｔや、駆動信号によって印加される電圧Ｖ、圧電体の厚さＴが、圧電体の径方向の位置に関係なく略均一である場合には、駆動信号によって生じる圧電歪み量Ｓは、圧電体の径方向の位置によらず略一定である。
しかし、本実施形態では、圧電定数ｄｔ、駆動信号によって圧電体１３に印加される電圧Ｖは一定であるが、圧電体１３の内周側端部１３ｃの任意の点での圧電体１３の厚さＴ１は、外周側端部１３ｄの任意の点での厚さＴ２に比べて薄い。よって、（式１）より、駆動信号によって内周側端部１３ｃに生じる電界Ｅ１は、外周側端部１３ｄに生じる電界Ｅ２より大きくなり、駆動信号によって圧電体１３の内周側端部１３ｃに生じる圧電歪み量Ｓ１は、外周側端部１３ｄに生じる圧電歪み量Ｓ２に比べて大きくなる。

ここで、変位をａとし、任意の長さをＬとするとき、変位ａは、以下の式で表すことができる。
ａ＝Ｓ×Ｌ ・・・（式２）
（式２）より、長さＬを一定とすると、変位ａである進行波の振動振幅は、圧電歪み量Ｓに比例する。
上述のように、本実施形態の圧電体１３の内周側端部１３ｃに生じる圧電歪み量Ｓ１は、外周側端部１３ｄに生じる圧電歪み量Ｓ２よりも大きい。従って、駆動面１２ｄにおいて、単位長あたりでは、内周側端部１３ｃに対応する領域に発生する進行波の振動振幅を、外周側端部１３ｄに対応する領域に発生する振動振幅より大きくすることができる。

また、弾性体の径方向において、内周側のベース部の厚さを薄く、外周側のベース部の厚さを厚くした場合、弾性体の内周側と外周側と振動モード等の振動特性が異なるため、駆動信号によって駆動面の内周側に生じる進行波と外周側に生じる進行波の振動特性が異なり、移動子を安定して駆動することができず、駆動効率等が低下する。
しかし、本実施形態の弾性体１２のベース部１２ｂの厚さは、径方向において一定であり、圧電体１３の厚さは外周側が厚く、内周側が薄い。従って、弾性体のベース部１２ｂと圧電体１３とを合わせた厚さは、内周側の方が外周側の厚さより薄くなる。
よって、本実施形態では、弾性体１２の振動モード等の特性を変えることなく、ベース部１２ｂと圧電体１３とを合わせた部分における内周側と外周側との曲げ剛性の大きさの差を小さくすることができる。

上述したように、圧電体１３の内周側端部１３ｃの厚さＴ１を、外周側端部１３ｄの厚さＴ２より薄くすることにより、以下のような効果が得られる。
（１）駆動信号によって圧電体１３の内周側端部１３ｃに生じる圧電歪み量Ｓ１は、外周側端部１３ｄに生じる圧電歪み量Ｓ２より大きくなる。
（２）圧電体１３と弾性体１２のベース部１２ｂとを合わせた部分の剛性に関して、圧電体１３の内周側と外周側との差が小さくなる。
これらの効果により、駆動面１２ｄに生じる進行波は、振動子１１の内周側での振動振幅の大きさと、外周側での振動振幅の大きさとの差が小さくなる。
よって、本実施形態によれば、駆動面１２ｄの径方向における進行波の振動振幅の大きさの差を小さくできるので、移動子１５を安定して駆動でき、超音波モータ１０の駆動性能及び駆動効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、圧電体と弾性体との接合時に生じる圧電体の割れを低減できる。
通常、圧電体は、分極を行なうと結晶粒界が変化する。そのため、従来のように厚さが略均一な圧電体では、周方向に対する外径側の剛性が、内径側の剛性に比べて弱いので、内径側が外径側に対して凹となる又は凸となるような形状へ変形する。このような変形が生じた圧電体を、略平面状である弾性体の接合面１２ｅに接合しようとすると、接合時に圧電体に割れが生じる場合があった。
しかし、本実施形態の圧電体１３では、外周側端部１３ｄの厚さが内周側端部１３ｃの厚さよりも厚いので、周方向における外周側の剛性を大きくできる。従って、本実施形態によれば、上述したような圧電体の分極時の変形を防止でき、接合工程での圧電体の割れを低減できる。

さらに、上述したように、本実施形態によれば、駆動面１２ｄに生じる進行波の内周側と外周側との振動振幅の差を小さくできるので、小径化により外径と内径との差が大きい超音波モータであっても安定した駆動が行なえ、良好な駆動性能が得られる。例えば、振動子１１の外径が１５ｍｍ以下であり、波数が５以下の進行波を利用する超音波モータに適用した場合には、特に顕著な効果を奏することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の超音波モータは、圧電体５３の形状が異なる点以外は第１実施形態に示した超音波モータ１０と略同様の形態である。従って、本実施形態おいて、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図５は、第２実施形態の圧電体５３を示す図である。図５（ａ）は、弾性体１２の接合面１２ｅと接合する圧電体側接合面５３ａを弾性体１２側から見た図である。図５（ｂ）は、他方の面５３ｂをギア部材２０側から見た図である。図５（ｃ）は、圧電体５３を、図５（ａ）に示す矢印Ｃ３−Ｃ４断面で切断した断面の拡大図である。
圧電体５３は、第１実施形態に示した圧電体１３と略同様に、圧電体側接合面５３ａには、電極部Ｄ１が形成され、他方の面５３ｂには、Ａ相、Ｂ相の信号を入力するための電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９と、グランドとなる電極部Ｄ１０とが形成されている。
図５（ｃ）に示すように、本実施形態では、圧電体５３の径方向において、電極部が形成されている領域の内周側の端部付近を内周側端部５３ｃとし、外周側の端部付近を外周側端部５３ｄとする。

第２実施形態の圧電体５３は、内周側端部５３ｃの厚さＴ３が外周側端部５３ｄの厚さＴ４より薄く、径方向に沿って厚さが段階的に変化している。本実施形態では、圧電体側接合面５３ａは、略平面状であるが、他方の面５３ｂは、図５（ｃ）に示すように、外周側が厚くなるような段差が形成されている。
圧電体５３の内周側端部５３ｃの厚さＴ３は、外周側端部５３ｄの厚さＴ４より薄いので、駆動信号によって内周側端部５３ｃに生じる圧電歪み量Ｓ１と、外周側端部５３ｄに生じる圧電歪み量Ｓ２との差を小さくすることができ、駆動面１２ｄの径方向における振動振幅の大きさの差を小さくできる。
また、弾性体１２のベース部１２ｂと圧電体５３とを合わせた部分における内周側と外周側との曲げ剛性の大きさの差を小さくできる。
以上のことから、本実施形態によれば、移動子１５を安定して駆動でき、超音波モータの駆動効率や駆動性能の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の超音波モータは、圧電体６３の形状が異なる点以外は第１実施形態に示した超音波モータ１０と略同様の形態である。従って、本実施形態おいて、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図６は、第３実施形態の圧電体６３を示す図である。図６（ａ）は、弾性体１２の接合面１２ｅに接合される圧電体側接合面６３ａを弾性体１２側から見た図である。図６（ｂ）は、他方の面６３ｂを、ギア部材２０側から見た図である。図６（ｃ）は、圧電体６３を図６（ａ）に示す矢印Ｃ５−Ｃ６断面で切断した断面の拡大図である。

第３実施形態の圧電体６３の他方の面６３ｂには、第１実施形態に示した圧電体１３の他方の面１３ｂと略同様に、Ａ相、Ｂ相の信号を入力するための電極部Ｄ２〜Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９と、グランドとなる電極部Ｄ１０とが形成されている。
一方、圧電体側接合面６３ａは、内周側に電極部Ｄ１−１が形成され、外周側に電極部Ｄ１−２が形成されており、電極部Ｄ１−１と電極部Ｄ１−２との間には、圧電体６３の素地が露出するように形成されたスリット部６３ｅが形成されている。なお、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、電極部Ｄ１−１は圧電体側接合面６３ａの内周端まで形成され、電極部Ｄ１−２は、圧電体側接合面６３ａの外周端まで形成されている。
また、圧電体６３の厚さは、径方向及び周方向において略均一である。
本実施形態の圧電体６３は、内周側端部６３ｃを含む電極部Ｄ１−１が形成された領域の圧電定数ｄｔ１と、外周側端部６３ｄを含む電極部Ｄ１−２が形成された領域の圧電定数ｄｔ２とが異なる。

上述したように、圧電体に生じる圧電歪み量Ｓは、（式１）で表される。
Ｓ＝ｄｔ×Ｅ＝ｄｔ×（Ｖ／Ｔ） ・・・（式１）
なお、ｄｔは、圧電定数であり、Ｅは、駆動信号によって圧電体に生じる電界であり、Ｖは、駆動信号によって圧電体に印加される電圧であり、Ｔは、圧電体の厚さである。
この圧電定数ｄｔは、電気機械結合係数をＫとし、誘電率をεとし、ヤング率をＹとするとき、以下の式によって表される。
ｄｔ＝Ｋ×（ε／Ｙ）^１／２ ・・・（式３）
一般的に、誘電率εは、分極時に印加される分極電圧に比例する。
本実施形態では、圧電体６３を分極する際に、内周側となる電極部Ｄ１−１に印加される分極電圧Ｖｂ１を、外周側となる電極部Ｄ１−２に印加される分極電圧Ｖｂ２より大きくした。これにより、電極部Ｄ１−１が形成された領域の誘電率ε１は、電極部Ｄ１−２が形成された領域の誘電率ε２より大きくなる。
内周側端部６３ｃ及び外周側端部６３ｄにおいて電気機械結合係数Ｋは一定であるので、（式３）より、内周側端部６３ｃの圧電定数ｄｔ１は、外周側端部６３ｄの圧電定数ｄｔ２より大きくなる。

従って、（式１）より、圧電体６３に駆動信号による所定の電圧を印加した場合に、内周側端部６３ｃに生じる圧電歪み量Ｓ１は、外周側端部６３ｄに正じる圧電歪み量Ｓ２よりも大きくなる。よって、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波の径方向における振動振幅の差を小さくできる。
また、本実施形態によれば、圧電体６３の厚さを略均一とすることができるので、圧電体６３を成形する際に既存の成形型を使用できる。

なお、本実施形態のスリット部６３ｅは、分極を行なう際に、圧電体側接合面６３ａの電極部Ｄ１−１に相当する領域と電極部Ｄ１−２に相当する領域とを導通させない目的で設けられている。本実施形態では、分極を行なう際には、電極部Ｄ１−１と電極部Ｄ１−２とに分けて分極を行い、分極を行なった後に、電極部Ｄ１−１と電極部Ｄ１−２とを導通させる工程を行なっている。

（第４実施形態）
第４実施形態の超音波モータは、圧電体７３の形状が異なる点以外は第１実施形態に示した超音波モータ１０と略同様の形態である。従って、本実施形態おいて、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図７は、第４実施形態の圧電体７３を示す図である。図７（ａ）は、弾性体１２の接合面１２ｅに接合される圧電体側接合面７３ａを、弾性体１２側から見た図である。図７（ｂ）は、他方の面７３ｂを、ギア部材２０側から見た図である。図７（ｃ）は、圧電体７３を、図７（ａ）に示す矢印Ｃ７−Ｃ８断面で切断した断面の拡大図である。

第４実施形態の圧電体７３は、第１の圧電体７３−１と、第２の圧電体７３−２とを積層した形態となっている。
第１の圧電体７３−１は、厚さが略均一であるという点以外は、第１実施形態の圧電体１３と略同様の形状である。第１の圧電体７３−１は、圧電体７３の弾性体１２側に位置し、弾性体１２の接合面１２ｅと接合される圧電体側接合面７３ａを有している。圧電体側接合面７３ａには、電極部Ｄ１が形成されている。
第１の圧電体７３−１の他方の面７３ｂ側となる面には、電極部Ｄ２〜Ｄ１０が形成されている。なお、図７（ｂ）では、第１の圧電体７３−１の内周側は、第２の圧電体７３−２が積層されているため、その全容が見えない形態となっている。

第２の圧電体７３−２は、圧電体７３の他方の面７３ｂ側に位置し、厚さが略均一な円環形状である。第２の圧電体７３−２は、内径が第１の圧電体７３−１と略等しいが、外径が第１の圧電体７３−１より小さい形態となっており、第１の圧電体７３−１とその中心軸が一致した状態で、第１の圧電体７３−１の他方の面７３ｂ側（圧電体側接合面７３ａとは反対側）の面に積層されている。
第２の圧電体７３−２の第１の圧電体７３−１側の面には、第１の圧電体７３−１の電極部Ｄ２〜Ｄ１０に対向する領域に、同様の不図示の電極パターンが形成されている。図７（ｃ）に示すように、例えば、第２の圧電体７３−２の第１の圧電体７３−１の電極部Ｄ３に対向する領域には、電極部Ｄ３と同様の分極を有する電極部Ｄ３−３が形成されている。
第１の圧電体７３−１と第２の圧電体７３−２とは、この電極パターンが一致するように積層され、接合されている。

第２の圧電体７３−２は、圧電体７３の他方の面７３ｂ側となる面に、周方向に連続した電極部Ｄ１−３が形成されている。電極部Ｄ１−３は、本実施形態では、電極部Ｄ１と同様に銀ペーストを用いて形成されており、外周端及び内周端には、第２の圧電体７３−２の素地が露出した形態となっている。
上述のように、本実施形態の圧電体７３の内周側は、２層（第１の圧電体７３−１と第２の圧電体７３−２）となっており、外周側は、１層（第１の圧電体７３−１）となっている。また、本実施形態の圧電体７３において、図７（ｃ）に示すように、電極部が形成されている領域の内周側の端部付近を内周側端部７３ｃとし、第１の圧電体７３−１及び第２の圧電体７３−２ともに電極部が形成されている領域の外周側の端部付近を外周側端部７３ｄとする。

このような形態とすることにより、圧電体７３に所定の駆動信号を与えた場合に、外周側は圧電体１層分の圧電歪み量のみが生じるが、内周側は、圧電体２層分の圧電体歪み量が生じる。このため、駆動信号によって圧電体７３の内周側端部７３ｃに生じる圧電歪み量Ｓ１は、外周側端部７３ｄに生じる圧電歪み量Ｓ２より大きくなり、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波の振動振幅は、内周側と外周側との差が小さくなる。
よって、本実施形態によれば、移動子１５の安定した駆動が行なえ、かつ、超音波モータの駆動性能や駆動効率の向上を図ることができる。
また、圧電体７３は、第１の圧電体７３−１と第２の圧電体７３−２とを積層するだけでよいので、製造が容易に行なえる。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能である。
（１）第２実施形態では、圧電体５３の他方の面５３ｂに形成された段差は１段である例を示したが、これに限らず、例えば、２段以上でもよい。圧電体の厚さを複数の段差によって段階的に変化させることにより、駆動信号によって圧電体に生じる圧電歪み量を、径方向においてより段階的に変化させることができ、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波の径方向における振動振幅の差を小さくする効果を高めることができる。

（２）第３実施形態では、圧電体６３の分極時に、電極部Ｄ１−１が形成された領域（内周側）に印加される分極電圧を、電極部Ｄ１−２が形成された領域（外周側）に印加される分極電圧に比べて大きくする例を示した。
しかし、これに限らず、圧電体６３を、径方向に複数の領域に分けて、内周側から外周側へ向かって段階的に小さくした分極電圧を印加して、分極を行なってもよい。
このような形態とすることにより、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波の径方向における振動振幅の差を小さくする効果を高めることができる。なお、この場合、圧電体側接合面６３ａに形成されるスリット部は、分極電圧の大きさの異なる領域間に、複数形成される形態となる。

（３）第３実施形態では、圧電体６３の分極時に印加される分極電圧を、内周側と外周側とで異ならせる例を示したが、これに限らず、例えば、圧電体の内周側と外周側とを、圧電定数ｄｔの異なる材料を使用して形成してもよい。

（４）第４実施形態では、圧電体７３は、第１の圧電体７３−１と第２の圧電体７３−２とを積層した形態である例を示したが、これに限らず、例えば、圧電体を３層以上積層してもよい。このような形態とすることにより、駆動信号によって圧電体に生じる圧電歪み量を、径方向においてより段階的に変化させることができ、弾性体１２の駆動面１２ｄに生じる進行波の径方向における振動振幅の差を小さくする効果を高めることができる。

（５）各実施形態において、移動子１５が回転駆動される超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、移動子が円弧を描くように駆動されるリニア型の振動アクチュエータに適用してもよい。

（６）各実施形態において、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。

（７）各実施形態において、超音波モータは、フォーカス動作時にレンズの駆動に用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンズのズーム動作時の駆動に用いられる超音波モータとしてもよい。

（８）各実施形態において、超音波モータは、カメラに用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、複写機の駆動部や、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部に用いてもよい。
なお、各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各実施形態によって限定されることはない。

第１実施形態のカメラ１を説明する図である。 第１実施形態の超音波モータ１０の断面図である。 第１実施形態の超音波モータ１０の駆動装置１００を説明するブロック図である。 第１実施形態の圧電体１３を示す図である。 第２実施形態の圧電体５３を示す図である。 第３実施形態の圧電体６３を示す図である。 第４実施形態の圧電体７３を示す図である。

符号の説明

１：カメラ、３：レンズ鏡筒、１０：超音波モータ、１２：弾性体、１２ｄ：駆動面、１２ｅ：接合面、１３，５３，６３，７３：圧電体、１５：移動子

Claims (3)

1. 駆動信号により励振される略円環形状を有する電気機械変換素子と、
   前記電気機械変換素子が接合される接合面及び前記励振により振動波を生じる駆動面を有する略円環形状の弾性体と、
   前記駆動面に加圧接触されて前記振動波によって駆動され、前記弾性体に対して相対移動する相対移動部材と、
   を有する振動アクチュエータを備えたレンズ鏡筒であって、
   前記接合面に平行かつ前記弾性体と前記相対移動部材との相対移動方向に対して直交する方向における前記電気機械変換素子の両端部のうち、前記電気機械変換素子の内周側端部と前記電気機械変換素子の外周側端部とは、前記接合面に直交する方向における厚さが異なり、
   前記内周側端部の前記接合面に直交する方向における厚さは、前記外周側端部の前記接合面に直交する方向における厚さに比べて薄く、
   前記電気機械変換素子は、前記接合面に直交する方向における厚さが前記接合面に平行かつ前記弾性体と前記相対移動部材との相対移動方向に直交する方向に沿って、段階的にまたは一様に変化し、
   前記駆動信号によって前記電気機械変換素子の内周側端部に生じる電界の大きさは、前記駆動信号によって前記電気機械変換素子の外周側端部に生じる電界の大きさよりも大きいこと、
   を特徴とするレンズ鏡筒。
2. 請求項１に記載のレンズ鏡筒において、
   前記電気機械変換素子は、上面が円環形状を有する単層の板状部材で形成され、前記接合面に直交する方向における厚さが、前記接合面に平行かつ前記弾性体と前記相対移動部材との相対移動方向に直交する方向に沿って、段階的または直線的に変化していること、
   を特徴とするレンズ鏡筒。
3. 請求項１または２項に記載のレンズ鏡筒を備えるカメラ。

Images