JP2017195713A - 振動波モータ及び振動波モータが搭載された光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動効率の向上と小型化の両立が可能な振動波モータを提供する。【解決手段】振動子１０１と、付勢部材１０８と、振動子１０１を保持する保持部材１０５と、を備え、振動子１０１に発生させる振動により振動子１０１と振動子に摩擦接触する摩擦部材１１１とが相対移動する振動波モータ３であって、付勢部材１０８は、振動子１０１を摩擦部材１１１の方向に付勢し、振動子１０１は、付勢部材１０８の付勢方向１２２に延出する延出部１０２ｅを備え、保持部材１０５は、延出部１０２ｅと対向する位置近傍に案内部１０５ｃを備え、延出部１０２ｅと案内部１０５ｃとの間に転動部材１０４が狭持される。【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動装置に関し、特に振動波モータに関する。

従来から、高トルク出力、高い位置決め精度、静粛性などの特徴を利用して、例えばカメラやレンズなどの光学機器の駆動源として振動波モータが広く採用されている。近年では、多群のズームレンズ構成において、比較的簡単な構造で小型に構成する振動波モータが望まれており、駆動装置の小型化と駆動効率の向上の両立が求められている。

例えば、特許文献１では、振動子から長手方向に延出した連結部を備えた振動子を保持する保持部材を利用した振動型駆動装置が開示されている（図１及び図２参照）。また、特許文献２では、振動子を保持する保持部材と動力取り出し部材とを分割し、駆動効率を向上させる技術が開示されている。具体的には、振動子を保持する保持部材と動力取り出し部を備える加圧機構を保持する保持部材とを、ローラ及び板バネを介して連結し、構成した超音波モータが開示されている（図２参照）。このような構成とすることで、加圧方向には移動自在になるとともに、相対移動方向にはガタなく連結されるため、駆動効率が向上する。

特開２０１１−２５４５８７号公報 特開２０１５−１２６６９２号公報

しかしながら、上述の従来技術では駆動効率は向上するが、振動子を保持する保持部材の連結部が振動子の長手方向に形成されているため、平面視した際の駆動装置のサイズが大型化してしまう。

そこで、本発明の目的は、駆動効率を低下させることなく小型化した振動波モータを提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、振動子と、付勢部材と、前記振動子を保持する保持部材と、を備え、前記振動子に発生させる振動により前記振動子と前記振動子に摩擦接触する摩擦部材とが相対移動する振動波モータであって、前記付勢部材は、前記振動子を前記摩擦部材の方向に付勢し、前記振動子は、前記付勢部材の付勢方向に延出する延出部を備え、前記保持部材は、前記延出部と対向する位置近傍に案内部を備え、前記延出部と前記案内部との間に転動部材が狭持されることを特徴とする。

本発明によれば、駆動効率を低下させることなく駆動装置を小型化した振動波モータを提供することが可能となる。

本発明の実施形態の振動波モータ３の分解斜視図である。 本発明の実施形態の振動波モータ３の斜視図である。 本発明の実施形態の振動波モータ３の相対移動方向における断面図である。 本発明の実施形態の振動波モータ３のＹ軸方向における断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態の振動波モータ３の振動板１０２の斜視図である。 （Ａ）本発明の実施形態の振動波モータ３の振動板１０２と振動子保持部材１０５の構成を示す正面図である。（Ｂ）振動板１０２と振動子保持部材１０５の構成を示す底面図である。（Ｃ）振動板１０２と振動子保持部材１０５の構成を示すＹ軸方向における断面図である。 （Ａ）本発明の実施形態の振動波モータ３の振動板１０２の振動の態様を示す正面図である。（Ｂ）振動板１０２の振動の態様を示す底面図である。（Ｃ）振動板１０２の振動の態様を示すＹ軸方向における断面図である。（Ｄ）延出部１０２ｅの部分拡大図である。 （Ａ）本発明の実施例１における振動板１１０２を示す底面図である。（Ｂ）本発明の実施例２における振動板２１０２を示す底面図である。（Ｃ）本発明の実施例３における振動板３１０２を示す底面図である。 本発明の振動波モータ３を適用した撮像装置の断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図面において、振動波モータ３の移動部１００の相対移動方向をＸ軸方向、振動子１０１が付勢力を受ける方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向共に直交する方向をＹ軸方向と定義する。

図１は、本発明に係る振動波モータ３（超音波モータ）の分解斜視図を示す。図２は振動波モータ３の斜視図、図３は相対移動方向であるＸ軸方向における振動波モータ３の断面図、図４はＹ軸方向における振動波モータ３の断面図を示す。本実施形態における振動波モータ３は、以下に述べる各部材により構成されている。

図１を参照すると、振動波モータ３の移動部１００は、振動子１０１、振動子保持部材１０５、弾性部材１０６、バネガイド１０７、バネ１０８（付勢部材）、付勢機構保持部材１０９等により構成されている。また、移動しない固定部は、摩擦部材１１１、基台１１２、及びカバープレート１１３等により構成されている。図１に示す振動波モータ３は、移動しない固定部として摩擦部材１１１を備えているが、振動子１０１を振動波モータ３以外の部材（例えば、図９のレンズ保持部材４の一部）に摩擦接触させてもよく、振動波モータ３は、摩擦部材１１１を備えていなくてもよい。

振動子１０１は、弾性体としての振動板１０２と圧電素子１０３とにより構成されている。振動板１０２と圧電素子１０３とは、公知の接着材等により固定されており、圧電素子１０３は電圧を印加することにより超音波領域の周波数の振動を励振する。振動板１０２は、突起部１０２ａを備え（図５参照）、該突起部１０２ａは摩擦部材１１１に後述のバネ１０８の付勢力により付勢された状態で接触している。振動板１０２と圧電素子１０３とが接着された状態において、圧電素子１０３に、例えば超音波領域の周波数の振動を励振させることで、振動子１０１に共振現象が起こる。このとき、振動子１０１には２種類の定在波が発生することにより、振動板１０２の突起部１０２ａの先端に略楕円運動が発生する。

振動子１０１は、更に後述する振動子保持部材１０５との連結部としての延出部１０２ｅを備える。この延出部１０２ｅと、振動子保持部材１０５との間で、球状の転動部材１０４を狭持している。そして、振動子保持部材１０５と付勢機構保持部材１０９とは、接着等の公知の技術によって固定されている。

付勢機構保持部材１０９は、弾性部材１０６とバネガイド１０７とを受け入れるための保持孔を備えている。そして、付勢機構保持部材１０９とバネガイド１０７との間にバネ１０８を挟持することにより、バネ１０８は矢印で示された付勢方向１２２に付勢力を発生する。

弾性部材１０６は、圧電素子１０３とバネガイド１０７との間に配置されている。弾性部材１０６は、バネガイド１０７と圧電素子１０３との直接接触を防ぐことにより、圧電素子１０３の損傷を防止している。

付勢機構保持部材１０９は、３つの移動側案内部を備えている。一方、固定部としてのカバープレート１１３においても、Ｘ軸方向に所定の長さを有する固定側案内部を備えている。付勢機構保持部材１０９が有する移動側案内部と、カバープレート１１３が有する固定側案内部とにより、３つの球状の転動部材１１０が挟持されている。なお、前述の移動側案内部及び固定側案内部には転動部材１１０の可動範囲を制限するための可動範囲制限部があるが、本実施例の説明においてはその記載を省略する。

振動波モータ３は、更に基台１１２を備える。基台１１２とカバープレート１１３とは、Ｚ軸方向より不図示のネジ等で固定されている。また、基台１１２の底面側においては、摩擦部材１１１が不図示のネジ等で固定されている。

次に、バネ１０８において発生する付勢力について説明する。バネ１０８の付勢力は、弾性部材１０６を介し、振動子１０１へ伝達される。そして、振動板１０２が備える突起部１０２ａは、伝達された付勢力によって押し付けられた状態で摩擦部材１１１に摩擦接触する（加圧接触状態）。ここで、バネ１０８の付勢方向１２２は、摩擦部材１１１に対して略垂直であり、Ｚ軸方向と略一致している。一方、摩擦部材１１１からの加圧反力は、移動部１００と３つの転動部材１１０を介し、カバープレート１１３で受けられている。

この加圧接触状態において、圧電素子１０３に駆動電圧が印加されると、振動子１０１で発生した楕円運動が効率的に摩擦部材１１１へ伝達される。その結果、移動部１００は、矢印で示された相対移動の方向１２１に進退することができる。付勢機構保持部材１０９が備える動力取り出し部１０９ｐ（図４参照）は、不図示の連結部材を介して、レンズ保持部材４（図９参照）に連結されており、レンズ保持部材４は所望の位置へ移動することが可能となる。

次に、本発明の振動波モータ３の振動板１０２の構成について説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の振動波モータ３の振動板１０２の斜視図を示している。振動板１０２は、平板部１０２ｂを有し、該平板部１０２ｂには突起部１０２ａ及び複数の延出部１０２ｅが形成されている。突起部１０２ａは、平板部１０２ｂから突出し、その突出の高さは、先述の略楕円運動の振幅を増幅させるのに必要とされる所望の高さに設定されている。そして、延出部１０２ｅは、Ｘ軸方向に延在するように形成されるとともに、付勢方向１２２へ延出するために折り曲げ部１０２ｆ（根元部）において、−Ｚ軸方向へと折り曲げられている。折り曲げられた延出部１０２ｅの長辺は、Ｘ軸方向へ延在している。

折り曲げ部１０２ｆが備えられた延出部１０２ｅの長辺方向の反対側の端部には、後述の転動部材１０４を受けるための立壁部１０２ｗがＹ軸方向へと方向を変えて形成されている。図５（Ｂ）に示す実施形態では、複数の延出部１０２ｅのうちの一対は、それぞれ対向するように配置されており、それぞれの立壁部１０２ｗが対向するとともに、離間するように構成されている。この立壁部１０２ｗがＹ軸方向への離間する形状となっていることにより、立壁部１０２ｗは、転動部材１０４を受け入れることが可能となり、振動板１０２と振動子保持部材１０５とを連結することが可能となる。そして、立壁部１０２ｗの転動部材１０４を受け入れる側には転動面１０２ｒが形成されている。

図５（Ａ）に示す実施形態では、延出部１０２ｅは、Ｘ軸方向で対向するように配置されるとともに、それぞれの延出部１０２ｅが隣接する部分において、隙間１０２ｓが設けられている。しかしながら、隙間１０２ｓに代わって切り欠き部を設ける構成としてもよい。

従来技術では、例えば特許文献１の図２に示すように、振動板は平板部からＸ軸方向に延出した連結部を備えている。そして、Ｘ軸方向の長さは、平板部の長さと連結部の長さとを足した長さとなり、Ｘ軸方向に延出した振動板の連結部が装置の小型化を阻害する要因となっていた。

そこで本発明では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、振動板１０２は、付勢方向１２２に連結部としての延出部１０２ｅを構成しており、従来技術のＸ軸方向に延出した連結部を構成するために必要としていた空間を不要としている。このような構成により装置を小型化することができる。

次に、振動子１０１と振動子保持部材１０５の連結方法について説明する。図６（Ａ）は、振動波モータ３の振動板１０２と振動子保持部材１０５とが連結された状態の正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は（Ｂ）における断面線ＶＩＣ−ＶＩＣにおける断面図を示している。振動板１０２は略矩形形状をしており、Ｚ軸方向から振動子保持部材１０５へと略嵌合されており、振動子保持部材１０５には、延出部１０２ｅと対向する位置近傍に案内部１０５ｃが備えられている。そして、延出部１０２ｅの立壁部１０２ｗと案内部１０５ｃとの間で転動部材１０４が狭持されることにより、振動子１０１と振動子保持部材１０５とが連結されている。本実施形態では、転動部材１０４が立壁部１０２ｗと振動子保持部材１０５の案内部１０５ｃとの間に狭持されているが、転動部材１０４が狭持される構成で有ればその手段は構わない。

転動部材１０４は、複数備えられており、相対移動の方向と直交するＹ軸方向に沿って配置されている。以上の構成により、振動子１０１はバネ１０８の付勢方向１２２においては、転動部材１０４の転動により振動子保持部材１０５に対して移動自在となるとともに、相対移動の方向１２１にはガタが無い状態で振動子保持部材１０５に連結される。その結果、駆動効率を低下させずに、振動子１０１を保持することが可能となる。

更に、本実施形態においては、平板部１０２ｂと摩擦部材１１１との間に突起部１０２ａが構成されており、延出部１０２ｅ、振動子保持部材１０５及び案内部１０５ｃは、付勢方向１２２において平板部１０２ｂと摩擦部材１１１との間に位置している。すなわち、振動子保持部材１０５を構成するにあたり、この突起部１０２ａを除いた空間を有効活用することで、振動波モータ３のユニット内の圧電素子１０３や弾性部材１０６との干渉が無くなる。そのため、振動波モータ３のユニットの厚み方向であるＺ軸方向、長手方向であるＸ軸方向、短手方向であるＹ軸方向のそれぞれにおいて、更なる小型化が可能になる。

本実施形態においては、延出部１０２ｅは、振動子１０１を構成する振動板１０２に備えられているが、圧電素子１０３や振動板１０２に相対移動の方向１２１に延出する別部品を固定して備えられていても構わない。

次に、図７（Ａ）〜（Ｄ）を用いて延出部１０２ｅを有する振動板１０２の振動の態様について説明する。図７（Ａ）は、振動板１０２の正面図、（Ｂ）は振動板１０２の底面図、（Ｃ）は振動板１０２のＸ軸方向における断面図、（Ｄ）は延出部１０２ｅの拡大図を示している。なお、図７（Ｄ）は、説明を簡単にするため、後述する曲げ振動による延出部１０２ｅのＺ軸方向の変位を拡大して表している。

振動子１０１には、超音波領域の周波数の振動が励起されることによって、２種類の振動の定在波が発生する。それらの振動の一状態を模したものが一点鎖線で示されている曲線１３３と曲線１３４であり、それぞれ１次の曲げ振動と２次の曲げ振動を表現している。点線１３５は、それら振動の中立面を表しており、点線１３６と直線１３７は、それぞれの振動の節と腹を表している。

図７（Ａ）に示されるように、延出部１０２ｅの折り曲げ部１０２ｆ（根元部）は、Ｘ軸方向において、振動子１０１に励振される２次の曲げ振動の腹１３７の位置に設けられている。そして、延出部１０２ｅは、振動板１０２から付勢方向１２２に延出し、隣接する１対の立壁部１０２ｗが構成され、立壁部１０２ｗ同士の間には隙間１０２ｓ（切り欠き）が設けられている。もし、延出部１０２ｅに隙間１０２ｓが無い場合、振動によって延出部１０２ｅがＸ軸方向に歪み、超音波振動を阻害する可能性がある。そのため、このように隙間１０２ｓを設ける構成とすることで、延出部１０２ｅが歪むことによる超音波振動の阻害を低減することができる。

上述のように、延出部１０２ｅの折り曲げ部１０２ｆは、振動子１０１に励振される２次の曲げ振動の腹１３７の位置に設けられている。そのため、折り曲げ部１０２ｆは、曲線１３４で示される２次の曲げ振動に従って、Ｚ軸方向に変位するのみである。その結果、図７（Ｄ）に示されるように、延出部１０２ｅの立壁部１０２ｗは、Ｚ軸方向に変位するものの、Ｘ軸方向の歪みはほとんど生じないため、転動部材１０４の転動は阻害されにくい。その結果、効率良く超音波振動による駆動力を得ることができる。

（実施例１）
図８（Ａ）は、本発明の実施例１であって、振動板１１０２と振動子保持部材１１０５とが連結した状態の底面図を示す。実施例１では、延出部１１０２ｅが弾性を有しており、この弾性による付勢力ｆによって転動部材１０４が振動子保持部材１１０５の案内部１１０５ｃへと付勢されるとともに、延出部１１０２ｅと案内部１１０５ｃとの間で挟持される。特に、延出部１１０２ｅは、切り欠き又は隙間１１０２ｓを有し、切り欠き又は隙間１１０２ｓが弾性変形することにより転動部材１０４が付勢される。延出部１１０２ｅは、振動子保持部材１１０５を外側から包み込むように付勢方向１２２へ延出している。

（実施例２）
図８（Ｂ）は、本発明の実施例２であって、振動板２１０２と振動子保持部材２１０５とが連結した状態の底面図を示す。実施例２では、振動子保持部材２１０５のＸ軸方向に延在する部材が圧縮バネＳＰのバネ力ＦによりＹ軸方向に付勢され、このバネ力Ｆによる付勢力ｆが転動部材１０４を付勢している。延出部２１０２ｅは、実施例１と同様に振動子保持部材２１０５を外側から包み込むように付勢方向１２２へ延出している。

（実施例３）
図８（Ｃ）は、本発明の実施例３であって、振動板３１０２と振動子保持部材３１０５とが連結した状態の底面図を示す。上述の実施例１では、延出部１１０２ｅは、振動子保持部材１１０５の外側から延出している。しかしながら、実施例３では、振動板３１０２が枠形状の振動子保持部材３１０５の内側に入り込む形態で連結し、振動子保持部材３１０５の内側において延出部３１０２ｅが付勢方向１２２へ延出している。そして、転動部材１０４は、延出部３１０２ｅが有する弾性による付勢力ｆで付勢されるか若しくは、樹脂材料で形成された振動子保持部材３１０５の樹脂バネの付勢力ｆによって付勢されていても良い。

（応用例）
図９は、本発明に係る振動波モータ３が適用可能である光学機器としての撮像装置の構成を表している。なお、振動波モータ３が撮像装置に搭載される場合について説明するが、これは本発明を限定するものではない。また、後述の撮像レンズ部１とカメラボディ２とが一体となっている撮像装置について説明をするが、撮像レンズ部１は光学機器としての交換可能なレンズ鏡筒であっても構わない。

図９において、撮像レンズ部１とカメラボディ２とによって撮像装置の本体が構成されている。撮像レンズ部１の内部において、フォーカスレンズを保持するレンズ保持部材４は振動波モータ３と連結されており、振動波モータ３を構成する振動子１０１が移動することにより、レンズ保持部材４は光軸６と略平行な方向に移動可能である。撮像時にはレンズ保持部材４が光軸６と略平行な方向に移動し、被写体像は撮像素子５の位置で結像し、合焦した像を生成することが可能となる。なお、振動波モータ３によって移動するレンズ保持部材４はフォーカスレンズの代わりにズームレンズを保持していてもよい。また、振動波モータ３によるレンズ保持部材４の移動方向を光軸６と略直交方向にして、レンズ保持部材４が像振れ補正に用いる補正レンズを保持していてもよい。

以上、本発明によれば、駆動効率を維持するとともに、小型化が可能となる振動波モータ３を提供することができる。なお、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、上記の実施形態及び実施例では、振動波モータ３の振動子１０１が移動し摩擦部材１１１は移動しない構成を説明したが、振動子１０１は移動せず摩擦部材１１１が移動する構成でもよい。この構成では、摩擦部材１１１又は摩擦部材１１１とともに移動する部材に動力取り出し部を設ければよい。

１ 撮影レンズ部（撮像装置）
３ 振動波モータ
１０１ 振動子
１０２ 振動板
１０２ａ 突起部
１０２ｂ 平板部
１０２ｅ 延出部
１０３ 圧電素子
１０４ 転動部材
１０５ 振動子保持部材（保持部材）
１０５ｃ 案内部
１０８ バネ（付勢部材）
１１１ 摩擦部材
１３７ 振動の腹

Claims (12)

1. 振動子と、
   付勢部材と、
   前記振動子を保持する保持部材と、を備え、
   前記振動子に発生させる振動により前記振動子と前記振動子に摩擦接触する摩擦部材とが相対移動する振動波モータであって、
   前記付勢部材は、前記振動子を前記摩擦部材の方向に付勢し、
   前記振動子は、前記付勢部材の付勢方向に延出する延出部を備え、
   前記保持部材は、前記延出部と対向する位置近傍に案内部を備え、
   前記延出部と前記案内部との間に転動部材が狭持されることを特徴とする、振動波モータ。
2. 前記延出部は、切り欠き又は隙間を有し、前記切り欠き又は前記隙間が弾性変形することにより前記転動部材が付勢されることを特徴とする、請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記延出部は、対向する二つの立壁の形状を構成していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の振動波モータ。
4. 前記転動部材は、複数備えられており、前記相対移動の方向と直交する方向に沿って挟持され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。
5. 前記振動子は、圧電素子と振動板とから構成され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。
6. 前記振動子の前記振動板は、前記付勢方向に延出する前記延出部を有することを特徴とする、請求項５に記載の振動波モータ。
7. 前記振動板は、平板部と該平板部から突出し前記摩擦部材と摩擦接触する突起部とを備え、前記延出部は、前記付勢方向において前記平板部と前記摩擦部材の間に設けられることを特徴とする、請求項５又は６に記載の振動波モータ。
8. 前記振動板は、平板部と該平板部から突出し前記摩擦部材と摩擦接触する突起部とを備え、前記延出部は、前記付勢方向において前記突起部が備えられる側に設けられることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の振動波モータ。
9. 略矩形形状をしている前記振動板は、前記保持部材に略嵌合することを特徴とする、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の振動波モータ。
10. 前記延出部は、前記振動子の振動の腹の近傍から延出することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動波モータ。
11. 前記振動波モータは、前記振動が超音波領域の周波数の超音波モータであることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動波モータ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の振動波モータが搭載された光学機器。

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