JP2011200055A

JP2011200055A - 振動波モータ

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Publication number: JP2011200055A
Application number: JP2010065635A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kanazawa; 元金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: CN102201756B; CN102201756A; US8912706B2; US20130278113A1; US8487512B2; US20110234041A1; JP5769380B2

Abstract

【課題】温度上昇による性能劣化を抑制することができ、小型化、大出力化を図ることが可能となる振動波モータを提供する。
【解決手段】振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子を備え、前記振動子の楕円運動によって前記振動体に形成された接触部と接触する移動体を駆動する振動波モータであって、
前記振動波モータで発生した熱を外部に放熱するための可撓性を有する熱伝導部材を備え、
前記熱伝導部材は、前記振動波モータで発生した熱を、前記振動子を支持する振動子支持部材を介して熱伝導する熱伝導経路または前記移動体を介して熱伝導する熱伝導経路、と並列に配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動波モータに関するものである。

近年、振動波モータは低速、大トルクなどの特徴から、例えば一眼レフカメラの撮影レンズにおけるオートフォーカスの駆動用モータとして実用化されているが、さらに小型化、大出力化が求められている。
小型化、大出力化をするうえで、振動波モータの発熱および温度上昇に対する対策は重要である。
すなわち、振動波モータに投入される入力エネルギのうち、出力エネルギにならない損失エネルギ分は、熱エネルギに変換される。
そのため、振動波モータが小型化され、大出力化していくと、体積あたりの損失エネルギ発生量、表面積あたりの損失エネルギ発生量が大きくなり、温度上昇を生じさせる。
このような温度上昇により、振動波モータの構成部材の機能を劣化させ、振動波モータの性能へ影響を及ぼすことから、その対策は重要な問題となる。

このような問題に対し、特許文献１では、図４に示すような放熱効率を大きくした振動波モータが提案されている。
この振動波モータは、図４に示されるように、金属性の円環形状に形成された弾性体１０３の片面には、圧電素子１０４が接着され、圧電素子１０４に形成された駆動用の２つの圧電素子群に夫々位相の異なる交流電圧を印加するように構成されている。
そして、この交流電圧の印加により、弾性体１０３上に２つの定在波が励振され、これらの定在波の合成によって屈曲振動である進行性振動波が形成される。一方、弾性体の他面側には耐摩擦材１０７の接着された円環状の移動体本環部１０６（移動体本環部１０６と耐摩擦材１０７により移動体１０８を構成）が、加圧ばね１１０を介して加圧接触する。
そして、弾性体１０３に形成される進行性振動波による摩擦駆動によって、移動体１０８が回転すると共に、出力シャフト１１１が回転するように構成されている。

特開平３−２５３２７０号公報

ところで、上記した従来例の特許文献１では、つぎのような振動波モータの発熱および温度上昇に対する対策が採られている。振動子１０５（弾性体１０３と圧電素子１０４により振動子１０５を構成）と移動体１０８の摩擦熱および振動子１０５の内部に発生する熱は、振動子１０５を温度上昇させる。
これらの熱は、台座１０２に接する振動子１０５の内径部から、熱伝導部材１１６を経て台座１０２からカバー１０１へ伝導され、ファン１１７によってすみやかに放散されるように構成されている。
しかしながら、上記構成では、放熱のための部材として、例えばファンが別途に必要であり、部品個数が増し、小型化が難しくなるという課題を有している。
また、熱伝導部材１１６は振動子１０５の振動を阻害し、性能を低下させるという課題を有している。

このようなファン１１７や熱伝導部材１１６を設けずに、その他の部材による熱伝導によって外部に放熱す構成を採る場合には、つぎのような課題が生じる。弾性体１０３と移動体１０８の摩擦によって生じる熱や、圧電素子１０４および弾性体１０３と圧電素子１０４の接着界面および弾性体１０３の圧電素子１０４近傍で発生する熱は、振動子支持部材である弾性体薄肉部１０３−ｂを介しての熱伝導による放熱される。
あるいは、移動体１０８側から吸振部であるゴムリング１０９や加圧手段である加圧ばね１１０と出力シャフト１１１を介しての熱伝導による放熱がなされることになる。
しかし、振動子支持部材である弾性体薄肉部１０３−ｂは振動子１０５の振動を阻害しないようにするために薄肉状になっており、断面積が小さく熱伝導を妨げる形状となっている。
また、吸振部であるゴムリング１０９は材料としての熱伝導率が低く、加圧ばね１１０は加圧力設定の精度を確保するためにばね定数を小さくする目的で薄肉状の形状となっているので、これらも熱伝導を妨げる要因となる。
さらに、振動波モータを構成する各部材は、ネジ止め等によって締結されており、異なる部材間の熱伝導は接触界面を介していて、その接触熱抵抗が熱伝導を妨げている。
従来のものにおいては、以上のように、十分な放熱がなされず、振動波モータの温度が上昇することにより、振動波モータの構成部材の機能を劣化させ、モータ性能を低下させるという課題を有していた。

本発明は、上記課題に鑑み、温度上昇による性能劣化を抑制することができ、小型化、大出力化を図ることが可能となる振動波モータの提供を目的とする。

本発明の振動波モータは、振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子を備え、前記振動子の楕円運動によって前記振動体に形成された接触部と接触する移動体を駆動する振動波モータであって、
前記振動波モータで発生した熱を外部に放熱するための可撓性を有する熱伝導部材を備え、
前記熱伝導部材は、前記振動波モータで発生した熱を、前記振動子を支持する振動子支持部材を介して熱伝導する熱伝導経路または前記移動体を介して熱伝導する熱伝導経路、と並列に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、温度上昇による性能劣化を抑制することができ、小型化、大出力化を図ることが可能となる振動波モータを実現することができる。

本発明の第１の実施形態における振動波モータを説明する断面図。本発明の第２の実施形態における振動波モータを説明する断面図。本発明の第３の実施形態における振動波モータを説明する断面図。従来例である特許文献１における振動波モータを説明する断面図。

以下、本発明の実施形態における振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子を備え、前記振動子の楕円運動によって前記振動体に形成された接触部と接触する移動体を駆動する振動波モータの構成例について説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態における振動波モータの構成例について、図１を用いて説明する。
図１において、１は電気−機械エネルギ変換素子による圧電素子、２は金属からなる弾性体（振動体）で、一方の面に圧電素子が接着されていて、圧電素子１および弾性体２により振動子３を構成している。
４は移動体接触ばね部、５はゴム等の弾性を有する振動減衰材料により構成された、移動体の不要振動を減衰する移動体不要振動吸振部、６は移動体本環部である。
これらの移動体接触ばね部４、移動体不要振動吸振部５および移動体本環部６により、移動体７を構成している。
また、８はゴム等の弾性を有する振動減衰材料で構成された、移動体の振動の電播を遮断する振動伝播遮断吸振部である。
９は加圧手段であるさらばね、１０はさらばね固定部材、１１は出力シャフト、１２はベアリング、１３はすべり軸受、１４は台座、１５はカバーである。

モータの駆動原理については従来例と基本的に同様であり、振動子３に励起された進行波によって移動体７が回転する。
移動体接触ばね部４は、振動子３の振動に追従して異音が発生するのを防ぎ、安定した回転を得る機能を有する。
さらばね９は出力シャフト１１に嵌合しているさらばね固定部材１０に固定され、振動伝播遮断吸振部８を介して移動体７を振動子３に加圧接触させる。
振動伝播遮断吸振部８は、摩擦力によって移動体７およびさらばね９を回転方向に拘束するため、移動体７が回転すると、その回転力は振動伝播遮断吸振部８、さらばね９、さらばね固定部材１０を介して出力シャフト１１に伝えられる。
また、振動伝播遮断吸振部８は、振動子３の加振による移動体７の微小な振動をさらばね９に伝播するのを防ぐとともに、さらばね９による移動体７への加圧力を均一にする機能を有する。
移動体不要振動吸振部５は、振動子３の加振による移動体接触ばね部４の不要振動を減衰させる機能を有する。
出力シャフト１１は、台座１４に保持されたベアリング１２およびすべり軸受１３によって保持され、回転自由となっている。
なお、振動子３は、振動子内径部３−ａと台座１４のカシメやネジ締結等の手段によって固定される。
また、台座１４に固定されるカバー１５によってモータ全体が覆われている。

１６、１７、１８、１９は、可撓性を有する薄板状、すなわち帯状の熱伝導部材であって、それぞれ台座１４と振動子３、移動体接触ばね部４と移動体本環部６、移動体本環部６とさらばね９、およびさらばね９と出力シャフト１１に接合されている。
その接合は、熱伝導部材１６〜１９と熱伝導部材１６〜１９に接合された部材間での熱伝導が大きくなるように、大きい接合面積による熱伝導部材が配置され、また、接着やろう付け、溶着等の密着する方法により接合されている。
熱伝導部材は、銅の薄板で形成されているが、これに限るものではなく、アルミニウムやグラファイト、カーボンファイバー等の熱伝導率の大きい材料またはこれらを含有するものであればよい。
また、形状は、接合した部材の振動を阻害しない形状であれば薄板状に限るものではなく、ワイヤーのような線状のものを多数設けるのでも良い。

振動子３で発生する内部摩擦熱の大部分は、圧電素子１および圧電素子１と弾性体２の接合面を有する振動子外径部３−ｂで発生する。
また、振動子３と移動体７の摩擦駆動面では、摩擦熱が発生する。
以上の振動波モータで発生した熱は、振動子支持部材３−ｃおよび振動子３と台座１４の締結接合面２０を介して台座１４に伝導される他、並行して熱伝導部材１６を介しても台座１４に伝導される。
一般に振動子を支持する部材は、振動子の振動を疎外しないようにするため、通常薄肉状とする、または細いピン状とするように、振動子支持部材３−ｃは薄肉状となっており、そのため熱伝導率は大きくない。
また、振動子３と台座１４の締結接合面２０も熱抵抗となる。
しかし、熱伝導部材１６を介しての熱伝導による放熱の寄与により、振動子３および移動体７の温度上昇および温度上昇によるモータ性能の劣化を防ぐことができる。
また、熱伝導部材１６は可撓性を有しているため、振動子３の振動を妨げることがなく、この点からもモータ性能を悪化させない。

振動波モータで発生した熱は、移動体７、振動伝播遮断吸振部８、さらばね９、さらばね固定部材１０および出力シャフト１１を介した熱伝導によっても外部に放熱される。
移動体７の内部での熱伝導は、熱伝導率が小さい移動体不要振動吸振部５があるものの、移動体接触ばね部４と移動体本環部６に接合された熱伝導部材１７により、十分な熱伝導がなされる。
熱伝導部材１７を設けても、熱伝導部材１７に可撓性があることによって移動体接触ばね部４と移動体本環部６の相対位置を制限することにはならないので、移動体不要振動吸振部５の機能を損なわない。
また、振動伝播遮断吸振部８も熱伝導率が小さいが、熱伝導部材１８が移動体本環部６とさらばね９に接合されているため、移動体本環部６とさらばね９の熱伝導も十分なされている。
熱伝導部材１８を設けても、熱伝導部材１８に可撓性があることによって移動体本環部６とさらばね９の相対位置を制限することにならないので、振動伝播遮断吸振部８の機能を損なわない。
さらに、互いに締結されたさらばね９と出力シャフト１１での熱伝導においては、接触熱抵抗を有するさらばね固定部材１０との締結接合面を介した熱伝導と並行して、さらばね９と出力シャフト１１に接合された熱伝導部材１９により十分な熱伝導がなされる。
これら熱伝導部材１７〜１９を介した熱伝導により、振動子３および移動体７の温度上昇および温度上昇によるモータ性能の劣化を防ぐことができる。
また、移動体不要振動吸振部５や振動伝播遮断吸振部８の機能を損なうことがないため、良好なモータ性能を得ることができる。

以上説明したように、振動波モータを構成する吸振部、振動子支持部材による熱伝導と並列の熱伝導経路を形成する可撓性を有する熱伝導部材を設けることによって、振動子の振動および吸振部や加圧部材の機能を阻害せずに、放熱が可能となる。
これにより、モータ性能に影響を与えることなく、放熱を良好にしモータ温度上昇を防いで良好なモータ特性を得ることができる。
また、このような複数の熱伝導部材を、線状もしくは薄板上の形状でかつ可撓性を有する、締結手段とは異なる熱伝導部材で形成することにより、振動子の振動を阻害せずに放熱することが可能となる。
これにより、モータ性能に影響を与えることなく、放熱を良好にしモータ温度上昇を防いで良好なモータ特性を得ることができる。
なお、以上で説明した構成と異なる形式の振動波モータであっても、それらの吸振部、振動子支持部や複数の部材の締結接合部に対して、本発明の適用は可能である。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態における振動波モータの構成例について、図２を用いて説明する。
本実施形態の振動波モータは、第１の実施形態における振動波モータとは異なる吸振部を有する振動波モータへ適用したものである。
すなわち、本実施形態の振動波モータでは、振動子と該振動子以外の振動波モータを構成する部材との間に該振動子の不要振動を減衰する吸振部が設けられている。
なお、図２において、図１と同様の符号を記した部材は第１の実施形態と同様の部材であり、詳細な説明は省略し、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
振動子３を構成する圧電素子１と台座１４の間には、振動子の不要振動を減衰する振動子不要振動吸振部２１が設けられている。
これにより、鳴きの原因となる、駆動振動とは異なる振動子の不要振動を減衰させる機能を有する。
２２は振動子３と台座１４に接合された第１の実施形態と同様の熱伝導部材であって、振動子３の駆動振動および振動子不要振動吸振部２１の機能に影響を与えることなく振動子３の熱を台座１４へ伝導し、放熱する。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態における振動波モータの構成例について、図３を用いて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態と同様の熱伝導部材による熱伝導経路が、加圧部材を介した熱伝導経路と並列に構成されている。
振動波モータを構成する部材においては、ゴム等による吸振部のほかに振動子と移動体を摩擦接触させるための加圧ばね等の加圧部材も、熱伝導を妨げる要素となる。
その理由は、つぎのとおりである。すなわち、加圧力を精度よく設定し、さらに摩擦駆動面の摩耗が進んでも加圧力が変化することによる性能変化がないようにするために、加圧ばねのばね定数はある程度小さくする必要がある。
その結果、板ばねであれば板厚をなるべく薄くし、コイルばねであれば線径を小さくすることになり、加圧部材の熱伝導経路の断面積が小さくなることから、これらの加圧ばね等の加圧部材は、熱伝導を妨げる要素となる。

図３において図１と同様の符号を記した部材は第１の実施形態と同様の部材であり、詳細な説明は省略し、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
図３において、２３は移動体接触ばね部４’と出力シャフト１１に接合された、第１の実施形態と同様の熱伝導部材である。振動子外径部３−ｂで発生する熱および振動子３と移動体７の摩擦駆動面で発生する熱を、移動体接触ばね部４’を介して出力シャフト１１に伝導する。
移動体接触ばね部４’は、熱伝導部材の熱伝導経路を短くするために第１の実施形態における移動体接触ばね部４よりも内径を小さくし、より熱伝導が大きくなるようにしている。
熱伝導部材２３がない場合には、熱伝導率の小さい移動体不要振動吸振部５、振動伝播遮断吸振部８および加圧部材であるさらばね９を介しての熱伝導となる。そのため、モータの温度上昇および温度上昇によるモータ性能の低下が生じるが、熱伝導部材２３を介した熱伝導での放熱により、モータの温度上昇および温度上昇によるモータ性能の低下を防ぐことができる。
熱伝導部材２３は可撓性を有するため、さらばね９に対して変形させる等の影響を与えない。

以上説明した本発明の各実施形態の振動波モータにおいては、熱伝導部材は、振動波モータで発生した熱を、振動子を支持する振動子支持部材を介して熱伝導する熱伝導経路または移動体を介して熱伝導する熱伝導経路、と並列して配設されている。
これによって、加圧部材の機能を阻害せずに、すなわちモータ性能に影響を与えることなく、放熱を良好にしモータ温度上昇を防いで良好なモータ特性を得ることができる。
なお、本実施形態において加圧部材はさらばねで構成されているが、このような構成に限られるものではなく、コイルばねや他の形状の板ばね等であってもよい。

１：圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
２：弾性体
３：振動子
３−ａ：振動子内径部
３−ｂ：振動子外径部
３−ｃ振動子支持部材
４：移動体接触ばね部
５：移動体不要振動吸振部
６：移動体本環部
７：移動体
８：振動伝播遮断吸振部
９：さらばね
１０：さらばね固定部材
１１：出力シャフト
１２：ベアリング
１３：すべり軸受
１４：台座
１５：カバー
１６、１７、１８、１９：熱伝導部材
２０：締結接合面

Claims

振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子を備え、前記振動子の楕円運動によって前記振動体に形成された接触部と接触する移動体を駆動する振動波モータであって、
前記振動波モータで発生した熱を外部に放熱するための可撓性を有する熱伝導部材を備え、
前記熱伝導部材は、前記振動波モータで発生した熱を、前記振動子を支持する振動子支持部材を介して熱伝導する熱伝導経路または前記移動体を介して熱伝導する熱伝導経路、と並列に配設されていることを特徴とする振動波モータ。
前記移動体は、該移動体の振動の電播を遮断する吸振部を介して加圧部材によって加圧されており、
前記移動体と前記加圧部材とが、前記熱伝導部材によって接合されていることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
前記移動体は、移動体本環部と、移動体接触ばね部と、これらの間に設けられた移動体の不要振動を減衰する吸振部と、を備え、
前記移動体本環部と前記移動体接触ばね部とが、前記熱伝導部材によって接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動波モータ。
前記振動子は、該振動子と該振動子以外の振動波モータを構成する部材との間に該振動子の不要振動を減衰する吸振部を備え、
前記振動子と前記振動子以外の振動波モータを構成する部材とが、前記熱伝導部材によって接合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項に記載の振動波モータ。
前記熱伝導部材が、線状の形状を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波モータ。
前記熱伝導部材が、薄板状の形状を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波モータ。
前記熱伝導部材が、金属、グラファイト、カーボンファイバーの少なくとも一つを含有する材料によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動波モータ。