JP2015065809A - リニア超音波モータ及びそれを有する光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力、駆動効率、及び駆動量を減少させることなく、被駆動部材の駆動方向においてコンパクトなリニア超音波モータが必要とされていた。
【解決手段】本発明によるリニア超音波モータは、圧電素子を有する振動子と、該振動子に押圧力を付与して基礎部に加圧接触させる加圧部とを含みリニア駆動される可動部と、前記可動部の移動方向に交差する方向に延在する固定部により前記基礎部に固定され、転動部を介して前記押圧力の反力を受けるカバー部とを備え、前記転動部は、前記可動部の移動方向に延在する前記可動部の案内部と、前記可動部の移動方向に延在する前記カバー部のカバー案内部とに挟持され、前記可動部は、前記固定部の前記可動部に面している側を越えて外方に位置することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は超音波モータ、特にリニア駆動型の超音波モータ（以下、「リニア超音波モータ」と呼ぶ。）に関するものである。

従来からリニア超音波モータにおいては、高周波電圧を圧電素子に印加することで、圧電素子が固定された超音波振動子を振動させている。超音波振動子の振動は、超音波振動子が押圧する摺動部材を駆動する。リニア超音波モータは小型であっても高出力を維持でき、また駆動効率を高めるための様々な工夫が考えられている。

例えば、特許文献１に開示されたリニア超音波モータでは、圧電素子を有する超音波振動子に被駆動部材と当接する２つの駆動子と、被駆動部材とベース部材との間に４つの転動部材とが設けられている。そして、被駆動部材の駆動方向において４つの転動部材は２つの駆動子の間に入らないような間隔で配置されている。

特開２０１０−２２６９４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたリニア超音波モータにおいては、被駆動部材の駆動方向において４つの転動部材が２つの駆動子の間に入らないような構成を維持するため、被駆動部材の駆動方向における転動部材の配置スパンを長くする必要があった。その結果、駆動方向におけるユニットの全長寸法が大きくなってしまうという問題があった。

本発明の目的は、上述の問題を解決するためになされたものであり、出力、駆動効率、及び量を減少させることなく、被駆動部材の駆動方向におけるユニットの全長寸法を大きくする必要がないコンパクトなリニア超音波モータを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のリニア超音波モータは以下のような構成としている。

圧電素子を有する振動子と、該振動子に押圧力を付与して基礎部に加圧接触させる加圧部とを含みリニア駆動される可動部と、前記可動部の移動方向に交差する方向に延在する固定部により前記基礎部に固定され、転動部を介して前記押圧力の反力を受けるカバー部とを備え、前記転動部は、前記可動部の移動方向に延在する前記可動部の案内部と、前記可動部の移動方向に延在する前記カバー部のカバー案内部とに挟持され、前記可動部は、前記固定部の前記可動部に面している側を越えて外方に位置することを特徴とする。

また、本発明のリニア超音波モータの可動部は以下のような構成としている。

基礎部と該基礎部に固定されたカバープレートとの間に配置され、該カバープレートとの間に転動部を介在させてリニア駆動されるリニア超音波モータの可動部であって、圧電素子を有する振動子と、前記振動子に押圧力を付与して前記基礎部に加圧接触させる加圧部と、前記転動部を収容する案内部とを備え、前記案内部は３つ設けられており、各案内部同士を直線で結んで三角形が形成されるように配置され、前記案内部に収容された前記転動部同士を直線で結んで形成される三角形内に、前記加圧部の押圧中心が位置するようにしてリニア駆動されることを特徴とする。

本発明によれば、出力、駆動効率、及び駆動量を低減することなく、被駆動部材の駆動方向におけるユニットの全長寸法を大きくする必要がないコンパクトなリニア超音波モータを得ることができる。

本発明によるリニア超音波モータの側面図を示す。 本発明によるリニア超音波モータの分解斜視図である。 本発明によるリニア超音波モータユニットの正面図であり、（ａ）は中間位置にある可動部、（ｂ）正側機械端にある可動部、（ｃ）は負側機械端にある可動部を示す。 本発明によるリニア超音波モータを搭載したレンズ鏡筒の断面図である。

以下、本発明の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお以下の説明では、デジタルカメラのレンズ鏡筒などを駆動するアクチュエータとしてユニット化されたリニア超音波モータを例に説明する。しかし本発明の使用用途はこれに限られたものではない。

また本明細書においては、リニア超音波モータの構造とその動きを明確にするため、図中の同一部材は同一記号で図示し、また後述する可動部の基礎部に対する移動方向をＸ軸として定義し、可動部に含まれる振動板の接触部の法線方向をＺ軸として定義する。また、Ｘ軸とＺ軸とに垂直な方向をＹ軸として定義する。そして各図における軸の方向は図に示された通りとなるが、これらに限られたものではない。

図１は本発明の一実施例であるリニア超音波モータをＹ軸方向から見た側面図である。

また、図２は図１で示されるリニア超音波モータの分解斜視図である。

本実施例におけるリニア超音波モータ１００は、Ｘ軸方向に長軸を有し、以下に述べる各部材により形成されている。振動板１０１は圧電素子１０２が公知の接着剤等により固定されており、圧電素子１０２は電圧を印加することにより超音波振動を励振する。なお、振動板１０１と圧電素子１０２との接着は、接着されればその方法は限定されない。振動板１０１はさらに接触部１０１ａを備え、接触部１０１ａは後述する接触基礎部材１１５に押圧を伴う加圧接触状態で接触している。振動子１０３は振動板１０１と圧電素子１０２とにより形成されている。振動板１０１と圧電素子１０２とが接着された状態において圧電素子１０２が超音波振動を発生することで、振動子１０３に共振現象が起こる。その結果、振動板１０１の接触部１０１aに楕円運動が発生する。圧電素子１０２に印加される電圧の周波数や位相を変えることで、当該楕円運動の回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを得ることができる。

振動子支持部材１０４は、ＹＺ平面に凸型の断面を有し、バネ１０８とバネ保持部材１０７とを受け入れるための貫通孔を備えている。バネ保持部材１０７は、バネ１０８の一方の端部を受けて保持するため面を有し、その面の裏側で加圧板１０５と面接触している。バネの他方の端部はバネ押え板１０９と接触しており、当該バネ押え板１０９は振動子支持部材１０４の貫通孔に嵌合することができる。当該貫通孔において、バネ１０８はバネ保持部材１０７に保持され、加圧板１０５とバネ押え板１０９とによって挟まれている。それにより、バネ１０８は伸縮が自在となり、Ｚ軸方向に押圧力を付与している。また加圧板１０５は、保持部材１０７を受ける側の面において、当該面の法線と平行な方向に２つの突起部を有する。当該２つの突起部は振動子支持部材１０４に設けられた孔にそれぞれ受け入れられる。この構造によりバネ１０８の伸縮時によるＺ軸方向以外の移動が制限され、押圧力が他の部材に効率的に伝達される。本実施例においては、加圧板１０５、バネ保持部材１０７、バネ１０８、及びバネ押え板１０９により加圧部が構成されており、各構成要素の重心はＺ軸に平行な直線で結ぶことができる。

弾性部材１０６が圧電素子１０２と加圧板１０５との間に配置されている。弾性部材１０６は、加圧部と圧電素子１０２との直接接触を妨げ、圧電素子の損傷を防止している。

移動板１１０は、略長方形の嵌合孔と横断面がＶ字形状の溝を有する（以下、「Ｖ溝」という。）３つの案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとを備えており、振動子支持部材１０４の突起部分が移動板１１０の嵌合孔に嵌合される。Ｖ溝の案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃはＸ軸方向に所定の長さを有し、それぞれに転動部としての球状の転動部材１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが嵌入されている。

一方、カバー部としてのカバープレート１１２も、略長方形の嵌合孔とＸ軸方向に所定の長さを有する３つのＶ溝のカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとを備え、当該嵌合孔に振動子支持部材１０４の突起部分が嵌合される。Ｖ溝のカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとＶ溝の案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとは、それぞれ正対した位置に設けられている。そして転動部材１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃは、Ｖ溝のカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃにもそれぞれ挟持されて収容され、振動子支持部材１０４と移動板１１０とは、カバープレート１１２に対しＸ軸方向に沿ってガタなく相対移動可能となっている。

リニア超音波モータ１００はさらに地板１１４を備える。地板１１４はＸＺ平面においてその断面が凹型の形状を有し、Ｘ軸方向の両端でＸ軸方向に交差する方向に側壁１１４ａ−１，１１４ａ−２と、その一部からなる固定部１１４ｂ−１、１１４ｂ−２とを有する。固定部１１４ｂ−１、１１４ｂ−２はその頂部にネジ穴を有し、カバープレート１１２のネジ穴とそれぞれ正対している。そしてカバープレートと地板１１４とはネジ１１３により互いに固定されるが、固定されればその方法は限定されない。また、地板１１４の底面側においては、接触基礎部材１１５がＺ軸下方側より不図示のネジ等で固定されている。接触基礎部材１１５は、振動板１０１の接触部１０１ａと接触しており、その間の摩擦により振動子１０３で生じる楕円運動を可動部１２０の駆動力としている。可動部１２０は当該駆動力によりＸ軸方向にリニア駆動され進退可能となっている。なお、地板１１４と接触基礎部材１１５との固定は固定されればその方法は限定されない。本実施例においては、振動子１０３、弾性部材１０６、加圧板１０５、振動子支持部材１０４、バネ保持部材１０７、バネ１０８、バネ押え板１０９、及び移動板１１０により可動部１２０が形成されている。また、カバープレート１１２、ネジ１１３、地板１１４、及び接触基礎部材１１５により基礎部が形成されている。

次に加圧部において発生する押圧力ついて述べる。バネ１０８はバネ保持部材１０７を介し加圧板１０５に押圧力を付与している。当該押圧力はさらに、弾性部材１０６を介し、振動子１０３を接触基礎部材１１５に押圧する付勢力となる。そして、振動板１０１の接触部１０１aは接触基礎部材１１５に対し押圧された状態で接触する。一方、接触基礎部材１１５からの押圧力の反力は、可動部と転動部材とを介し、カバープレート１１２で受けられている。この加圧接触状態において圧電素子１０２に電圧が印加されると、振動子１０３において発生したＸ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの共振による楕円運動が効率的に接触基礎部材１１５へ伝達する。その結果、可動部１２０は、Ｘ軸方向に進退することができる。

上述した各部材が組込まれ、リニア超音波モータとしてユニット化される。

次に、図３を参照して基礎部に対する可動部１２０の相対的な動きの構成について述べる。

図３は、図１で示すリニア超音波モータユニットの正面図であり、Ｚ軸方向から見た図である。なお、説明を容易にするためカバープレート１１２を不図示としている。また以下において、押圧中心Ｆとはバネ押え板１０９の重心に一致する点であり、加圧部の各部材の重心はＺ軸に平行な直線で結ぶことができる。従って、押圧中心Ｆはバネ１０８による押圧力が一点に集中した場合の力点に一致する。

図よりリニア超音波モータの可動部１２０の移動板１１０はＺ軸方向に見て凸型の形状を有しており、Ｙ軸方向の幅は基礎部の地板１１４のＹ軸方向の幅と略等しい。ＸＹ平面への投影において、振動子支持部材１０４の突起部分を嵌合する移動板１１０の略四角形の孔の対角線は、その交わる点と押圧中心が一致する。移動板１１０のＸ軸方向における両端の突出部１１０ｄ−１、１１０ｄ−２には、Ｘ軸と平行な同一直線上に所定の長さと、所定の幅とを有する案内部１１０ａ、１１０ｂが設けられている。一方、押圧中心Ｆに関して突出部１１０ｄ−１、１１０ｄ−２とはＹ軸方向において反対側にも、案内部１１０ａ、１１０ｂと同寸法を有する案内部１１０ｃがＸ軸と平行な直線上に設けられている。案内部１１０ｃは、その長手方向における中心が、押圧中心Ｆを通るＹ軸に平行な直線の上にあるように形成されている。

一方、基礎部の地板１１４は、そのＸ軸方向で対向し、Ｚ軸方向に段差を有する壁部としての側壁１１４ａ−１、１１４ａ−２が設けられている。側壁１１４ａ−１、１１４ａ−２のＺ軸方向において突出している固定部１１４ｂ−１と１１４ｂ−２は、Ｙ軸方向の長さが地板１１４のＹ軸方向の幅よりも短くなっている。これは、以下において詳細に述べるが、可動部１２０が移動する際に、移動板１１０のＸ軸方向に延出する突出部１１０ｄ−１、１１０ｄ−２の移動を妨げないためである。

図３（ａ）は、可動部１２０が基礎部上における可動範囲の中間位置にある状態を示している。この時、転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃは、それぞれの案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのＸ軸方向即ち長手方向の中間に位置している。そして、ＸＹ平面への投影において、転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃの中心を結んで形成される三角形Ｔ−１内に押圧中心Ｆが存在している。これにより、可動部１２０が中間点に位置する場合において、押圧による反力を３つの転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃが安定して支持している。

図３（ｂ）は、中間位置に対し可動部１２０がＸ軸正側の可動範囲の限界である正側機械端に位置している状態を示している。移動板１１０はＸ軸正側に側壁１１４ａ−１と最初に当接する停止突起部１１０ｅ−１を有する。よって、可動部１２０を中間位置からＸ軸の正方向に駆動させた場合、停止突起部１１０ｅ−１と地板１１４の側壁１１４ａ−１の内側とが当接し、可動部１２０の機械端を画定する。この時、移動板１１０の突出部１１０ｄ−１は地板１１４の側壁１１４ａ―１の段差部まで移動可能である。また、移動板１１０のＶ溝の案内部１１０aは突出部１１０ｄ−２まで延在しているため、地板１１４の側壁１１４ａ−１の内側よりもＸ軸正方向の外方に延出している。これにより地板１１４に対する可動部１２０のＸ軸正方向の可動量を確保している。正側機械端においても、ＸＹ平面への投影で、可動部１２０とカバープレート１１２との間に介在する転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃの中心を結んで形成される三角形Ｔ−２内、すなわち各転動部同士を直線で結んだ三角形内に押圧中心Ｆが存在するようにされている。従って、可動部１２０が正側機械端に位置する場合においても押圧による反力を３つの転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃが安定して支持している。なお、図３（ｂ）においては、停止突起部１１０ｅ−１と側壁１１４ａ−１の内側とが当接し、可動部１２０の移動端を画定する場合が示されている。しかし本発明はこれには限られず、可動部１２０の可動範囲内において、可動部１２０の移動範囲を非図示の制御部を用いて画定するようにしてもよい。例えば、可動部１２０の停止突起部１１０ｅ−１が地板１１４の側壁１１４ａ−１に当接する手前の制御端で可動部１２０を停止させるように制御部により制御するようにしてもよい。この場合においてもＶ溝の案内部１１０aが側壁１１４ａ−１の内側よりもＸ軸の正方向に延出し、可動部１２０の正方向の移動量を確保することができる。また転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃの中心を結んで形成される三角形内に押圧中心Ｆが同様に存在している。

図３（ｃ）は、中間位置に対し可動部１２０がＸ軸負側の可動範囲の限界である負側機械端に位置している状態を示している。移動板１１０はＸ軸負側に側壁１１４ａ−２と最初に当接する停止突起部１１０ｅ−２を有する。よって、可動部１２０を中間位置からＸ軸の負方向に駆動させた場合、停止突起部１１０ｅ−２と地板１１４の側壁１１４ａ−２の内側が当接し、可動部１２０の機械端を画定する。この時、図３（ｂ）の場合と同様に、移動板１１０の突出部１１０ｄ−２は地板１１４の側壁１１４ａ―２の段差部まで移動可能である。また、移動板１１０のＶ溝の案内部１１０ｂが地板１１４の側壁１１４ａ―２の内側よりもＸ軸負方向の外方に延出している。これにより地板１１４に対する可動部１２０のＸ軸負方向の可動量を確保している。負側機械端においても、ＸＹ平面への投影で、可動部１２０とカバープレート１１２との間に介在する転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃの中心を結んで形成される三角形Ｔ−３内、すなわち各転動部同士を直線で結んだ三角形内に加圧力点Ｆが存在している。これにより、可動部１２０が負側機械端に位置する場合においても押圧による反力を３つの転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃが安定して支持している。なお、図３（ｃ）においては、停止突起部１１０ｅ−２と側壁１１４ａ−２の内側とが当接し、可動部１２０の移動端を画定する場合が示されている。しかし本発明はこれには限られず、可動部１２０の可動範囲内において、可動部１２０の移動範囲を非図示の制御部を用いて画定するようにしてもよい。例えば、可動部１２０の停止突起部１１０ｅ−１が地板１１４の側壁１１４ａ−１に当接する手前の制御端で可動部１２０を停止させるように制御部により制御するようにしてもよい。この場合においてもＶ溝の案内部１１０ｂが側壁１１４ａ−２の内側よりもＸ軸の負方向に延出し、可動部１２０の負方向の移動量を確保することができる。また転動部材１１１a、１１１ｂ、１１１ｃの中心を結んで形成される三角形内に押圧中心Ｆが同様に存在している。

上述より押圧中心は、可動部の各案内部同士を直線で結んだ三角形の中に常に存在している。

なお、本実施例においては正側機械端と負側機械端のそれぞれの位置において、移動板１１０のＶ溝の案内部が地板１１４の側壁の内側よりも延出しているが、ユニットを構成する際に、そのＸ軸方向の制約に応じてどちらか一方の端のみ延出させてもよい。

以上のように、本実施例によれば、出力、駆動効率、及び駆動量を低減することなく、被駆動部材の駆動方向におけるユニットの全長寸法を大きくする必要がないコンパクトなリニア超音波モータを得ることができる。

図４は、本発明のリニア超音波モータ１００がユニットとして組み込まれているレンズ装置の一例として、レンズ鏡筒を示している。

なお、当該レンズ鏡筒は略回転対称形であるため、レンズ鏡筒の上側半分のみを図示している。

撮像装置としてのカメラ本体１にはレンズ鏡筒２００が着脱自在に取り付けられ、カメラ本体１内には撮像素子１ａが設けられている。

カメラ本体１のマウント１１にはレンズ鏡筒２００をカメラ本体１に取り付けるためのバヨネット部を有している。レンズ鏡筒２００は固定筒１２を有しており、マウント１１のフランジ部と当接している。そして、固定筒１２とマウント１１とは不図示のビスに固定されている。固定筒１２にはさらに、レンズＧ１を保持する前鏡筒１３とレンズＧ３を保持する後鏡筒１４とが固定される。

レンズ鏡筒２００はさらにフォーカスレンズ保持枠１５を備え、フォーカスレンズＧ２を保持している。フォーカスレンズ保持枠１５はさらに、前鏡筒１３と後鏡筒１４に保持された公知のガイドバー１６によって直進移動可能に保持されている。

超音波モータユニット１００の地板１１４には、不図示のフランジ部が形成されており、後鏡筒１４にビス等で固定されている。

上記のような構成で、超音波モータ１００の可動部１２０が駆動された際、その駆動力は、駆動力伝達部１３０を介してフォーカスレンズ保持枠１５に伝達される。そしてフォーカスレンズ保持枠１５は前述のガイドバー１６によって直線移動する。

以上、本発明に関わるリニア超音波モータに関してその具体例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求項記載の範囲に示したものであればどのような形態をとることも可能である。

１０２ 圧電素子
１０３ 振動子
１０８ バネ
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 案内部
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ 転動部材
１１２ カバープレート
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ カバー案内部
１１４ 地板
１１４ａ−１、１１４ａ−２ 側壁
１１５ 接触基礎部材
２００ レンズ鏡筒
Ｆ 押圧中心

Claims (14)

1. 圧電素子を有する振動子と、該振動子に押圧力を付与して基礎部に加圧接触させる加圧部とを含みリニア駆動される可動部と、
   前記可動部の移動方向に交差する方向に延在する固定部により前記基礎部に固定され、転動部を介して前記押圧力の反力を受けるカバー部と、
   を備え、
   前記転動部は、前記可動部の移動方向に延在する前記可動部の案内部と、前記可動部の移動方向に延在する前記カバー部のカバー案内部とに挟持され、
   前記可動部が少なくとも一方の移動端に位置する際に、前記可動部の前記案内部は、前記固定部の前記可動部に面している側を越えて外方に位置する、ことを特徴とするリニア超音波モータ。
2. 前記可動部の前記案内部は３つ設けられており、各案内部同士を直線で結んで三角形が形成されるように配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のリニア超音波モータ。
3. 前記可動部の前記案内部に収容された前記転動部同士を直線で結んで形成される三角形内に、前記加圧部の押圧中心が位置するようにして前記可動部がリニア駆動される、ことを特徴とする請求項２に記載のリニア超音波モータ。
4. 前記固定部は前記基礎部に設けられた壁部を含み、前記可動部が少なくとも一方の移動端に位置する際に、前記可動部の前記案内部が、前記固定部の前記壁部の内側を越えて外方に位置する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
5. 前記可動部が前記固定部に当接する手前で停止して前記移動端を画定するように、前記可動部のリニア駆動は制御部により制御される、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
6. 前記可動部の少なくとも一部が前記固定部に当接した際に前記移動端が画定される、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
7. 前記可動部の少なくとも一部が前記壁部に当接した際に前記移動端が画定される、ことを特徴とする請求項４に記載のリニア超音波モータ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のリニア超音波モータを有するレンズ装置。
9. 請求項８に記載のレンズ装置を有する、撮像装置。
10. 基礎部と該基礎部に固定されたカバー部との間に配置され、該カバー部との間に転動部を介在させてリニア駆動されるリニア超音波モータの可動部であって、
    圧電素子を有する振動子と、
    前記振動子に押圧力を付与して前記基礎部に加圧接触させる加圧部と、
    前記転動部を収容する案内部と、
    を備え、
    前記案内部は３つ設けられており、各案内部同士を直線で結んで三角形が形成されるように配置され、
    前記案内部に収容された前記転動部同士を直線で結んで形成される三角形内に、前記加圧部の押圧中心が位置するようにしてリニア駆動される、ことを特徴とするリニア超音波モータの可動部。
11. 前記基礎部は固定部を備え、該固定部は前記可動部の移動方向に交差する方向に延在して前記カバー部を固定し、
    前記可動部が少なくとも一方の移動端に位置する際に、前記案内部が、前記固定部の前記可動部に面している側を越えて外方に位置する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のリニア超音波モータの可動部。
12. 前記可動部のリニア駆動は制御部により制御され、前記可動部が前記固定部に当接する手前で停止して前記移動端を画定する、ことを特徴とする請求項１１に記載のリニア超音波モータの可動部。
13. 前記可動部の少なくとも一部が前記固定部に当接した際に前記移動端を画定する、ことを特徴とする請求項１１に記載のリニア超音波モータの可動部。
14. 前記固定部は前記基礎部に設けられた壁部を含み、前記可動部の少なくとも一部が前記壁部に当接した際に前記移動端を画定する、ことを特徴とする請求項１１に記載のリニア超音波モータの可動部。

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