JP2015082847A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なく簡潔で、組立性が良好であり、位置決め精度の高い超音波モータを提供すること。【解決手段】振動板と圧電素子からなる振動子と、前記振動子により駆動される被駆動体と、前記振動子を保持する保持部と、前記振動子を前記被駆動体側へと付勢する付勢部と、前記保持部に固定されて前記付勢部を支持する支持部と、を有し、１つの基準位置に基づいて、前記保持部、前記付勢部および前記支持部の位置決めが行われる。【選択図】図５

Description

本発明は、振動子に楕円振動を発生させ、被駆動体に加圧した振動子を駆動する超音波モータに関する。

従来から無音動作、低速から高速までの駆動が可能、高トルク出力などの特徴を活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献１に開示された超音波モータは回転軸を有する円環状の被駆動体と複数の振動子とから構成され、振動子は円環状の被駆動体上に被駆動体に加圧された摩擦接触状態で所定の間隔を隔てて配置される。その摩擦接触状態で振動子に超音波振動が励起されると、振動子の被駆動体と接している部分に楕円運動が生じ、被駆動体が回転軸を中心に回転駆動される。振動子の被駆動体への付勢力は、振動子の中央付近に設定された振動の節にあたる中立軸付近をホルダ部材、押圧部材を介して板バネにより付勢することで得られる。

特許第４６６７８３８号

特許文献１においては、付勢力の付与に際して複数の板バネをそれぞれ個別に設けた保持板に固定し、保持板を振動子ユニットへと接続している。そのため、板バネの振動子ユニットに対する位置決めは、保持板への位置決めを介した２段階の位置決めとなっている。よって、板バネの振動子ユニットに対する位置決め精度は低くなる。加えて、部品数も多く複雑になり、組立性が悪くなる。

このような課題を鑑みて本発明は、部品点数が少なく簡潔で、組立性が良好であり、位置決め精度の高い超音波モータを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての超音波モータは、振動板と圧電素子からなる振動子と、前記振動子により駆動される被駆動体と、前記振動子を保持する保持部と、前記振動子を前記被駆動体側へと付勢する付勢部と、前記保持部に固定されて前記付勢部を支持する支持部と、を有し、１つの基準位置に基づいて、前記保持部、前記付勢部および前記支持部の位置決めが行われることを特徴とする。

本発明によれば、部品点数が少なく簡潔で、組立性が良好であり、位置決め精度の高い超音波モータを提供することができる。

実施例１の超音波モータの斜視図である。 実施例１の超音波モータの分解斜視図である。 振動子と基台の拡大斜視図である。 各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。 付勢部の組立説明図である。 実施例１の付勢部の位置決め説明図である。 実施例２の超音波モータの斜視図である。 実施例２の付勢部の組立説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波モータを組み込んだレンズ鏡筒の断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、本実施形態の超音波モータは、デジタルカメラ用のレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した回転駆動型モータを例に説明する。

図１は超音波モータの斜視図であり、図２は超音波モータの分解斜視図である。

ロータ（被駆動体）１０１は、振動子が摩擦接触する接触面１０１ａを備える。振動子は、振動板１０２と圧電素子１０３により構成される。振動板１０２は、接触面１０１ａに摩擦接触状態で加圧保持される。圧電素子１０３は、複数の圧電素子膜を積層して一体化したものであり、振動板１０２に接着剤などにより圧着されている。

第１の基台１０４は、振動子をリング部材１０７に対して保持する。緩衝材１０５は、フェルトにより構成され、圧電素子１０３の振動を吸収する。第２の基台１０６は、第１の基台１０４の中央部に形成された開口部内に配置され、緩衝材１０５を介して振動子をロータ１０１へ加圧する。リング部材（保持部）１０７は、第１の基台１０４、第２の基台１０６、加圧軸１０８、板バネ１０９および押さえ部材１１１を保持する。

加圧軸１０８は、リング部材１０７の穴部に取り付けられており、接触面１０１ａに垂直な方向にのみ移動可能に保持されている。また、加圧軸１０８は、板バネ１０９により緩衝材１０５と第２の基台１０６を介して振動子をロータ１０１へ加圧する。板バネ（付勢部）１０９は、両端部を押さえ部材１１１に支持されている。板バネ１０９は、ビス１１０にてリング部材１０７へ固定され、加圧力を発生させる。押さえ部材（支持部）１１１は、板バネ１０９を一括して保持し、ビス１１０によりリング部材１０７へと固定される。

以上のように各部材が組み立てられ、超音波モータとしてユニット化される。

次に、超音波モータの構成部材の詳細について図３を用いて説明する。図３は、振動子と第１の基台１０４の連結状態を説明するための拡大斜視図で、ロータ１０１側から見た図である。

振動板１０２の中央の平板部１０２ａには、２ヶ所の突起部１０２ｂが形成されている。突起部１０２ｂの上端面、すなわち、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接する２つの面は同一面で形成されている。これらの面は、接触面１０１ａとの当接状態を良好にするため、製造時には研磨工程などにより均一な面に仕上げられる。

振動板１０２は、圧電素子１０３に接合されたフレキシブルプリント基板（不図示）を介して、所望の交流電圧が印加されることで、２つの振動モードが励起される。２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起部１０２ｂには楕円運動が発生する。この楕円運動を接触面１０１ａに伝達することで、ロータ１０１を回転駆動させることが可能となる。

振動板１０２の両端には、第１の基台１０４の両端に形成された平面部１０４ａと接合するための２か所の接合部１０２ｃが形成されている。接合部１０２ｃが平面部１０４ａと溶接や接着などにより接合されることで、振動板１０２は第１の基台１０４に保持される。

接合部１０２ｃと平板部１０２ａとの間には、２か所の腕部１０２ｄが形成される。振動子は、腕部１０２ｄを介して、第１の基台１０４に固定される。腕部１０２ｄは、図に示されるように、平板部１０２ａや接合部１０２ｃに対して、十分に細い形状となっている。そのため、平板部１０２ａに発生する振動は、接合部１０２ｃに伝達されにくい。そのため、第１の基台１０４によって、平板部１０２ａに発生する振動は阻害されない。

上記構成について、図４を用いて説明する。図４は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図であり、複数の振動子のうち１か所のみを示している。図４（Ａ）は、振動板１０２に設けられた２か所の突起部１０２ｂの中心を結ぶ線を含む面を切断面とした断面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の中心線２０１を含む面を切断面とした断面図である。

図４（Ａ）の中心線２０１は、２か所の突起部１０２ｂからの距離が等しく、ロータ１０１に直交する。図４（Ｂ）の中心線２０２は、２か所の突起部１０２ｂの中心を通過し、ロータ１０１に直交する。

突起部１０２ｂの上端面は、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接し、摩擦接触状態にある。振動板１０２には、圧電素子１０３が接合されている。接合部１０２ｃと平面部１０４ａが接合されることで、振動板１０２は第１の基台１０４に保持される。第１の基台１０４の中央付近には開口部が形成され、緩衝材１０５と第２の基台１０６がこの開口部内に入り込むように配置されている。第１の基台１０４と第２の基台１０６は、リング部材１０７の穴部に嵌合して位置決めされ、中心線２０１方向にそれぞれ移動可能である。第１の基台１０４と第２の基台１０６の間にはわずかな隙間が形成されており、第１の基台１０４と第２の基台１０６は接触しない。

第２の基台１０６の上側中央付近には、図中の円２０３を紙面奥行方向に押し出した円筒形状の一部の面で形成された凸部１０６ａが設けられている。凸部１０６ｅには、加圧軸１０８の上端平面部が接触している。図４（Ａ）においては、第２の基台１０６は、リング部材１０７の穴部に嵌合して位置決めされているため、嵌合ガタの範囲でのみ傾斜する。図４（Ｂ）においては、凸部１０６ｅが円筒面で形成されているため、凸部１０６ｅと加圧軸１０８との接触は線接触となり、第２の基台１０６は傾斜しない。

加圧軸１０８は、リング部材１０７の中央付近に形成された穴部に嵌合し、中心線２０１方向にのみ移動可能に保持される。加圧軸１０８の上側の凸部には、板バネ１０９が加圧変形した状態で接触している。板バネ１０９の変形による加圧力は、加圧軸１０８、第２の基台１０６および緩衝材１０５を介して、圧電素子１０３と一体化された振動板１０２に伝達される。伝達された加圧力は、ロータ１０１に加圧される。なお、板バネ１０９は、できるだけ長く薄い板材で形状を円弧に沿うように形成し、バネ定数を小さくするようにしている。そうすることで、部品の誤差が生じた場合でも、加圧力のばらつきを小さく抑えることが可能となる。

本実施形態では、振動板１０２を位置決め保持する第１の基台１０４と、振動板１０２を加圧保持する第２の基台１０６がそれぞれ別個に設けられている。また、第１の基台１０４と第２の基台１０６は、ロータ１０１に直交する方向にのみ移動可能である。したがって、振動板１０２を振動に対する影響が少ない両端の接合部１０２ｃで保持しながら、振動板１０２の上面側を圧電素子１０３と緩衝材１０５を介して加圧することが可能となる。

また、本実施形態は、圧電素子１０３や緩衝材１０５の厚み個体差が生じた場合でも、第２の基台１０６の進退機構により吸収することができるため、高い量産性を達成することができる。さらに、落下や衝撃でロータ１０１とリング部材１０７の間隔が小さくなるような力が働いた場合にも、第１の基台１０４と第２の基台１０６の進退機構により吸収することができる。そのため、振動板１０２や圧電素子１０３に無理な力が加わらず、破壊を防ぐことができる。

以上、説明したように、本実施形態では、振動子をロータ１０１に対して安定して加圧することができる。

図５は、本実施例の板バネ１０９の組立説明図である。板バネ１０９の両端には、位置決め穴（第２の孔部）１０９ａが形成されている。押さえ部材１１１は、被駆動体側、ずなわち、ロータ１０１側に突出し、位置決め穴１０９ａに対応する位置決めピン（突出部）１１１ａを有する。また、位置決めピン１１１ａに対応する位置決め穴（第１の孔部）１０７ａがリング部材１０７に形成されている。

押さえ部材１１１のリング部材１０７への位置決めは、嵌合穴１０７ａおよび長穴１０７ｂによりなされ、他の穴１０７ｃは位置決めを行わない。そして、ビス１１０が押さえ部材１１１に形成されたビス穴１１１ｂを挿通し、押さえ部材１１１がリング部材１０７へと固定される。このような構造で、押さえ部材１１１はリング部材１０７へと位置決めされる。このとき、位置決めピン１１１ａが位置決め穴１０９ａを挿通することで板バネ１０９も押さえ部材１１１に位置決めされる。つまり、位置決めピン１１１ａは、板バネ１０９および押さえ部材１１１の位置決めを同時に行うため、精度の高い位置決めが可能となる。

図６は、板バネ１０９のリング部材１０７への位置決め説明図で、ロータ１０１側から見た図である。

板バネ１０９の位置決めにおいては、図中破線で示される板バネ中心部２０４が加圧軸１０８を保持するリング部材１０７上の穴と一致することが望ましい。そのため、そのような位置決めを行うように板バネ１０９両端の支持部を位置決めする必要がある。本実施形態においては、位置決め穴１０７ａの位置が基準位置となり、押さえ部材１１１および板バネ１０９が位置決めされる。すなわち、押さえ部材１１１上の位置決めピン１１１ａは、リング部材１０７の位置決め穴１０７ａと嵌合するピンの位置２０５ａを基準位置として、他の位置決めピン１１１ａの位置２０５ｂ、２０５ｃを決める。

板バネ１０９で発生する付勢力は、板バネ中心部２０４が周方向にずれるよりも、径方向にずれる方が位置ずれの影響が大きくなる。そのため、板バネ１０９は、径方向の誤差を小さく抑え、周方向に誤差が発生するよう加工することが望ましい。

このように、リング部材１０７の位置決め穴１０７ａを基準位置として、押さえ部材１１１の位置決めピン１１１ａの加工ばらつきで板バネ１０９の両端支持部が位置決めされ、板バネ中心部２０４が精度良く位置決めされる。

また、ビス１１０は、複数の板バネ１０９の支持部である位置決めピン１１１ａの中間位置に位置し、複数の板バネ１０９の一端を一括して固定している。そのため、部品数を少なくすることができ、組立性が良好になる。

押さえ部材１１１に設けられた突起部１１１ｃは、押さえ部材１１１とリング部材１０７の厚さ方向の位置を調節する際に、調整のためのワッシャを配置するために設けられたものである。これにより、板バネ１０９が発生する付勢力を調節することができる。また、付勢力の調節は、押さえ部材１１１の位置決めピン１１１ａにワッシャを挿入して行ってもよい。

以上のように、本実施例では、位置決め穴１０７ａを基準位置として、押さえ部材１１１がリング部材１０７へと固定される位置決めおよび板バネ１０９が押さえ部材１１１へと保持される位置決めを行っている。そのため、部品数が少なく簡易で組立性が良好でありがなら、位置決めを高精度に行うことが可能となる。なお、本実施例では回転駆動を例にしたが、これに限定されることはなく、例えば直線駆動においても適用可能である。

本実施例は、実施例１の変形例で、実施例１における押さえ部材１１１を３つに分解した例である。図７は、本実施例の超音波モータの斜視図である。図に示されるように、押さえ部材１１１が３つの部材へ分割されている。

図８は、本実施例の板バネ１０９の組み立て説明図である。本実施例においては、各々の押さえ部材１１１が独立して、リング部材１０７へと位置決めされる。そのため、リング部材１０７は、嵌合穴１０７ａと長穴１０７ｂの組を押さえ部材１１１の数だけ持つ。

また、固定部１１０は、実施例１と同様に、押さえ部材１１１を固定するとともに、隣接する複数の板バネ１０９の支持部の一端を一括して固定している。

本実施例においては、押さえ部材１１１が３つに分割されるため、付勢力の働く方向から見て板バネ１０９と重なる部分に押さえ部材１１１が位置しなくなる。すなわち、板バネ１０９と押さえ部材１１１は、各部材の厚み方向に重なるように配置されている。そのため、装置全体の薄型化が可能な構成となっている。

本実施例では、実施例１に比べ、部品点数が２点増加するが、薄型で組立性のよい構成でありながら、高精度な位置決めを行うことが可能になる。

本実施例は、実施例１、２で説明した超音波モータをレンズ鏡筒に組み込んだ場合について説明する。図９は、超音波モータ４００を組込んだレンズ鏡筒の断面図である。レンズ鏡筒はほぼ回転対称形であるため、上側半分のみを表示している。また、図の煩雑さを防ぐためにフォーカスレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３以外のレンズおよびレンズ鏡筒は省略してある。本実施例のレンズ鏡筒は、交換レンズ式のカメラ（撮像装置）に着脱可能であり、カメラシステムの一部として機能する。

超音波モータ４００は、レンズ鏡筒のフォーカスレンズ群を駆動するアクチュエータとして配置されている。超音波モータ４００は、図中左側に光軸Ｌを回転中心として回転可能なロータ部、右側にステータ部を備えている。固定筒４０１、４０２、４０３、４０４は、それぞれビス等（不図示）により連結されている。固定筒４０３は超音波モータ４００のステータ部を保持し、固定筒４０４は超音波モータ４００のロータ部を回転可能な状態で保持している。

緩衝部材４０５は、超音波モータ４００のロータ部に固定され、ロータ部と一体で回転する。回転部材４０６は、ロータ部および緩衝部材４０５と一体で回転する。

回転コロ４０７は、中心線ＣＬ１を回転中心とし、回転部材４０６に接触している。回転コロ保持部材４０８は、回転コロ４０７を回転可能に保持すると共に、光軸Ｌを回転中心として回転可能である。フォーカス調整部材４０９は、撮影者が直接操作可能であり、光軸Ｌを回転中心として回転可能である。

カム溝が形成されたカム筒４１０は、固定筒４０４に形成された溝部（不図示）を介して回転コロ保持部材４０８と連結されており、光軸Ｌを回転中心として回転コロ保持部材４０８と同時に回転する。

軸部材４１１は、カム筒４１０のカム溝に係合し、ビス４１２によりフォーカス鏡筒４１４に固定される。直進溝が形成された固定筒４１３は、固定筒４０４に固定される。また、固定筒４１３の直進溝に軸部材４１１が係合しており、カム筒４１０の回転移動により軸部材４１１が直進溝を直進移動する。

フォーカスレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を保持するフォーカス鏡筒４１４は、軸部材４１１により固定筒４１３に直進可能に配置されている。なお、図中では、フォーカス鏡筒４１４は１か所の軸部材４１１で保持されているが、実際には、おおよそ等間隔に配置された３か所以上の軸部材で保持されている。

上記のような構成で、超音波モータ４００のロータ部が回転すると、回転部材４０６も一体で回転する。また、回転部材４０６の回転に伴い、回転コロ４０７が回転する。回転コロ４０７の回転に伴い、回転コロ保持部材４０８が光軸Ｌを中心として回転し、カム筒４１０、固定筒４１３を介して、フォーカス鏡筒４１４が直線移動する。また、フォーカス調整部材４０９は、固定筒４０３、４０４との摩擦により静止する。

一方、フォーカス調整部材４０９が操作された場合には、超音波モータ４００のロータ部が摩擦により静止し、ロータ部と一体として回転する回転部材４０６も静止する。このとき、回転コロ４０７の回転により、超音波モータ４００でロータ部が回転する場合と同様に、フォーカス鏡筒４１４を直線移動することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ ロータ（被駆動体）
１０２ 振動板
１０３ 圧電素子
１０７ リング部材（保持部）
１０９ 板バネ（付勢部）
１１１ 押さえ部材（支持部）

Claims (8)

1. 振動板と圧電素子からなる振動子と、
   前記振動子により駆動される被駆動体と、
   前記振動子を保持する保持部と、
   前記振動子を前記被駆動体側へと付勢する付勢部と、
   前記保持部に固定されて前記付勢部を支持する支持部と、を有し、
   １つの基準位置に基づいて、前記保持部、前記付勢部および前記支持部の位置決めが行われることを特徴とする超音波モータ。
2. 前記支持部は、前記被駆動体側に突出する突出部を備え、
   前記突出部が前記支持部に形成された第１の孔部および前記付勢部に形成された第２の孔部を挿通することで、前記保持部、前記付勢部および前記支持部の位置決めが行なわれることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記基準位置は、前記第１の孔部であることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
4. 前記超音波モータは、複数の前記振動子と、対応する複数の付勢部と、を備えており、隣接する前記付勢部の中間位置に前記付勢部および前記支持部を前記保持部に固定するための固定部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
5. 前記超音波モータは、隣接する前記付勢部の間に位置するように複数の前記支持部を有することを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
6. 前記支持部および前記付勢部は、厚み方向に重なって配置されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波モータを有することを特徴とするレンズ鏡筒。
8. 請求項７に記載のレンズ鏡筒と、
   前記レンズ鏡筒を着脱可能な撮像装置と、を有することを特徴とするカメラシステム。