JP2018137859A - 振動波モータ及び振動波モータを有する光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動子を押圧する加圧方向に対する薄型化を実現したコンパクトな直動型振動波モータを提供する。【解決手段】 圧電素子１０１と振動板１０２とからなる振動子１０３と、該振動子１０３と接触する摩擦接触面１０４ｃを有する摩擦部材１０４と、振動子１０３を摩擦部材１０４に押圧する加圧手段と、振動子１０３と摩擦部材１０４との相対移動をガイドするガイド手段とを備え、振動子１０３が発生する振動により振動子１０３と摩擦部材１０４とを相対移動させる振動波モータ１００において、ガイド手段は、摩擦部材１０４を振動子１０３に対して回動可能に保持する。【選択図】 図２

Description

本発明は、振動波モータ、特に直動型振動波モータ及びその振動波モータを有するレンズ鏡筒などの光学装置に関する。

従来の直動型超音波モータでは、圧電素子に高周波電圧を印加することで圧電素子が固定された振動子を振動させている。振動子の振動により、振動子に押圧される摩擦部材が駆動される。直動型超音波モータは駆動効率が高く、高出力を維持したまま小型化す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の直動型超音波モータは、圧電素子を有する振動子と、振動子が圧接された摩擦部材と、振動子を保持し移動する保持部材と、保持部材の移動をガイドするガイド部と、振動子を摩擦部材に圧接させる加圧部材とによって構成されている。

特開２０１５−２２０９１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された直動型超音波モータは、摩擦部材、振動子、保持部材、加圧部材、ガイド部等の個別部品により構成されているため部品点数が多い。さらに、上記の個別部品は振動子を押圧する加圧方向に積層して配置されているため、加圧方向の厚さの低減には限界があった。

そこで、本発明の目的は、振動子を押圧する加圧方向に対する薄型化を実現したコンパクトな直動型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、圧電素子と振動板とからなる振動子と、該振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、振動子を摩擦部材に押圧する加圧手段と、振動子と摩擦部材との相対移動をガイドするガイド手段とを備え、振動子に発生する振動により振動子と摩擦部材とを相対移動させる振動波モータにおいて、ガイド手段は、摩擦部材を振動子に対して回動可能に保持することを特徴とする。

本発明によれば、振動子を押圧する加圧方向に対して薄型化を実現したコンパクトな直動型超音波モータを得ることができる。

本発明による振動波モータ１００の正面図である。 （Ａ）本発明による振動波モータ１００の断面図である。（Ｂ）従来の直動型超音波モータ２００の断面図である。 本発明による振動波モータ１００の断面図であり、加圧力による荷重を示す。 （Ａ）、（Ｂ）本発明による振動波モータ１００の断面図であり、摩擦部材１０４が転動部材１０７ｂを中心にＺ軸方向に傾いた場合の各部材の挙動を示す。 （Ａ）本発明による振動波モータ１００の正面図である。（Ｂ）、（Ｃ）本発明による振動波モータ１００の断面図であり、摩擦部材１０４が転動部材１０７ｂを中心にＸ軸方向に傾いた場合の各部材の挙動を示す断面図である。 本発明による振動波モータ１００を搭載したレンズ鏡筒２０とカメラ本体１０の断面図である。

（実施例）
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。図面において、同一符号は同一部材を示している。本明細書中において、後述する振動子１０３と後述する摩擦部材１０４が相対移動する方向をＸ軸方向、振動子１０３を摩擦部材１０４に対して押圧する加圧方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向において、振動子１０３から摩擦部材１０４への向きを−Ｚ軸方向、摩擦部材１０４から振動子１０３への向きを＋Ｚ軸方向と定義する。また、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。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直動型振動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。

図１は、本発明の実施例である直動型振動波モータ（以下、「振動波モータ１００」とする。）の正面図である。また、図２（Ａ）は、図１の断面線ＩＩＡ−ＩＩＡにおける振動波モータ１００の断面図であり、図２（Ｂ）は従来の直動型超音波モータ２００の断面図である。本実施例における振動波モータ１００はＸ軸方向に長軸を有し、以下に説明する各部材により構成されている。

図１及び図２（Ａ）を参照して、本実施例における振動波モータ１００の構成を説明する。振動子１０３は、振動板１０２と圧電素子１０１とにより構成されている。圧電素子１０１は、振動板１０２に公知の接着剤等により固定されているが、振動板１０２と圧電素子１０１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１０２は、圧電素子１０１が固定された面の反対側の面にさらに摩擦接触部１０２ａを備え、摩擦接触部１０２ａは摩擦部材１０４に押圧を伴う加圧接触状態で接触している。圧電素子１０１に高周波電圧を印加することにより超音波領域の周波数の振動（超音波振動）が励振される。

圧電素子１０１に超音波振動が発生することで、振動板１０２と圧電素子１０１とにより構成された振動子１０３に共振現象が起こる。その結果、振動板１０２の摩擦接触部１０２ａに楕円運動が発生する。圧電素子１０１に印加される高周波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１０３は、上記の共振現象を阻害しないように振動子支持部材１０９により相対駆動部材１０８に固定されている。

摩擦部材１０４は、Ｘ軸方向に平行な振動板１０２の摩擦接触部１０２ａが接触する摩擦接触面１０４ｃを有する。そして、摩擦部材１０４は、２つの転動部材１０７ａと１つの転動部材１０７ｂとを介して相対駆動部材１０８に支持されるとともに、バネ１０５により付勢され、摩擦接触部１０２ａと摩擦接触面１０４ｃとの加圧接触状態が保たれる。なお、バネ１０５は特許請求の範囲の記載における加圧手段に相当する。

さらに摩擦部材１０４は、２つの側面と底面を有し、一方の側面にはＸ軸方向に平行な摩擦部材１０４の摩擦接触面１０４ｃに対してＸ軸周りの角度が異なる平面である斜面部１０４ａが設けられ、他方の側面には側面溝部１０４ｂが設けられている。斜面部１０４ａには、２つの転動部材１０７ａが係合し、側面溝部１０４ｂには、１つの転動部材１０７ｂが係合する。

相対駆動部材１０８は、２つの転動部材１０７ａが係合するＸ軸方向に平行な２つの溝部１０８ａと、転動部材１０７ｂが係合するＸ軸方向に平行な溝部１０８ｂを有している。２つの溝部１０８ａは、相対駆動部材１０８の腕部１０８ｃに備えられ、溝部１０８ｂは、腕部１０８ｃに略対峙する側壁部１０８ｄに備えられている。腕部１０８ｃは、軸１１０にて回転可能に保持されており、バネ１０５により軸１１０まわりのモーメントを発生させることで転動部材１０７ａ、転動部材１０７ｂへの付勢力を得ている。

すなわち、２つの転動部材１０７ａは、摩擦部材１０４の斜面部１０４ａと相対駆動部材１０８の腕部１０８ｃに設けられた２つの溝部１０８ａとによって挟持される。そして、１つの転動部材１０７ｂは、摩擦部材１０４の側面溝部１０４ｂと相対駆動部材１０８の側壁部１０８ｄに設けられた溝部１０８ｂとによって狭持される。このような構成により、２つの転動部材１０７ａ及び１つの転動部材１０７ｂは、バネ１０５の付勢力を相対駆動部材１０８の腕部１０８ｃにより受けるとともに、振動子１０３の駆動力により転動しながらＸ軸方向に移動する。

さらに、摩擦部材１０４は１つの転動部材１０７ｂを中心に回動可能に保持されており、転動部材１０７ｂはバネ１０５による加圧方向の位置決めをしている。なお、２つの転動部材１０７ａ、摩擦部材１０４の斜面部１０４ａ、相対駆動部材１０８の溝部１０８ａのいずれか又はこれらの組み合わせによりガイド機構１０６ａが構成される。このガイド機構１０６ａは、振動子１０３と摩擦部材１０４との相対移動を直進ガイドし、特許請求の範囲の記載におけるガイド手段に相当する。同様に、転動部材１０７ｂ、摩擦部材１０４の側面溝部１０４ｂ、相対駆動部材１０８の溝部１０８ｂのいずれか又はこれらの組み合わせによりガイド機構１０６ｂが構成される。このガイド機構１０６ｂは、振動子１０３と摩擦部材１０４との相対移動を直進ガイドし、特許請求の範囲の記載におけるガイド手段に相当する。

上記の各部材が組み込まれ、振動波モータ１００としてユニット化される。本実施例では、摩擦部材１０４の斜面部１０４ａを平面、相対駆動部材１０８の溝部１０８ａを溝形状としているが、平面と溝形状とが入れ換わった構成をとることも可能である。また、相対駆動部材１０８の溝部１０８ｂと摩擦部材１０４の側面溝部１０４ｂとは、転動部材１０７ｂを転動可能に保持できればよく、様々な溝形状をとることも可能である。

次に、図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して本発明の振動波モータ１００と従来の直動型超音波モータ２００のＺ軸方向の大きさについて説明する。図２（Ｂ）は、従来の直動型超音波モータ２００の断面図であり、Ｚ軸方向の構成部材として、固定部材２１１、摩擦部材２０４、振動子２０３、振動子支持部材２０９、バネ支持部材２１２、バネ２０５、転動部材２０７、ガイド２０６が配列されている。

従来の直動型超音波モータ２００では、バネ２０５の加圧方向がＺ軸方向となっており、転動部材２０７は加圧力を受けるように相対駆動部材２０８の溝部２０８ａとガイド２０６とによりＺ軸方向に挟持される必要がある。一方、本発明の振動波モータ１００では、図２（Ａ）に示すようにＺ軸方向の構成部材として、バネ１０５、摩擦部材１０４、振動子１０３、振動子支持部材１０９、相対駆動部材１０８が配列されている。しかしながら、バネ１０５の付勢力の発生方向をＹ軸方向としてバネ１０５を配置しており、ガイド機構１０６ａ、ガイド機構１０６ｂと摩擦部材１０４とをＹ軸方向に並設することができる。このように本発明による振動波モータ１００は、従来の直動型超音波モータ２００と比べ、Ｚ軸方向に積層する構成部材の厚みが少ないため、加圧方向に対して薄型化が実現できる。また、ガイド手段、加圧手段、部材のイコライズ機構を一体構成で実現できるため、本発明の振動波モータ１００は、小型化、部品点数の削減ができるといった優れた効果を有する。

次に、図３を参照して本発明の振動波モータ１００の構成部材に作用する力について説明する。図３は、図２（Ａ）と同様な本発明の振動波モータ１００の断面図である。相対駆動部材１０８の腕部１０８ｃにバネ１０５により荷重Ｆ１を付勢した時、荷重Ｆ１は軸１１０を中心とした腕部１０８ｃの回転軌道の接線方向の力Ｆ１ａと法線方向の力Ｆ１ｂに分解することができる。接線方向の力Ｆ１ａは、腕部１０８ｃに軸１１０を中心としたモーメントＭ１を発生させる。

転動部材１０７ａは、腕部１０８ｃと当接しており、この転動部材１０７ａにはモーメントＭ１により荷重Ｆ２が付与される。摩擦部材１０４の斜面部１０４ａは、転動部材１０７ａと当接しており、斜面部１０４ａにも同様の荷重Ｆ２が付与される。荷重Ｆ２は、転動部材１０７ｂを中心とした摩擦部材１０４の回転軌道の接線方向の力Ｆ２ａと法線方向の力Ｆ２ｂに分解することができる。接線方向の力Ｆ２ａは、摩擦部材１０４に転動部材１０７ｂを中心としたモーメントＭ２を発生させる。

振動板１０２の摩擦接触部１０２ａは、摩擦部材１０４の摩擦接触面１０４ｃと当接しており、この振動板１０２の摩擦接触部１０２ａにはモーメントＭ２により荷重Ｆ３が付与される。この荷重Ｆ３は、振動子１０３を摩擦部材１０４に押圧する押圧力となる。

次に、図４（Ａ）、（Ｂ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本発明の振動波モータ１００における摩擦部材１０４が振動板１０２に対して傾いた場合の各部材の挙動を説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）はいずれも図２（Ａ）と同様な断面図であり、各構成部材の形状誤差やクリアランスなどにより、摩擦部材１０４の摩擦接触面１０４ｃが振動板１０２に対して図２（Ａ）で示した位置よりもＺ軸方向に変化した場合の各部材の挙動を示す。

図４（Ａ）は、摩擦部材１０４が図２（Ａ）で示した位置（図の破線で示す摩擦部材１０４の位置）よりも＋Ｚ軸方向に変化した場合を示す。摩擦部材１０４が＋Ｚ軸方向に変化しているので、腕部１０８ｃは、図３で示した接線方向の力Ｆ１ａにより軸１１０を中心としてＲ２方向に破線で示す位置から回転する。一方、摩擦部材１０４は、転動部材１０７ａと斜面部１０４ａを介して荷重Ｆ２を受け、図３で示した接線方向の力Ｆ２ａにより転動部材１０７ｂを中心としてＲ１方向に回転し、振動子１０３を押圧する。

図４（Ｂ）は、摩擦部材１０４が図２（Ａ）で示した位置（図の破線で示す摩擦部材１０４の位置）よりも−Ｚ軸方向に変化した場合を示す。摩擦部材１０４が−Ｚ軸方向に変化しているので、摩擦部材１０４は、振動子１０３との押圧力（荷重Ｆ３）の反力Ｆ３’により、転動部材１０７ｂを中心としてＲ３方向に回転する。一方、腕部１０８ｃは、斜面部１０４ａと転動部材１０７ａを介して荷重Ｆ２の反力Ｆ２’を受け、この反力Ｆ２’により軸１１０を中心としてＲ４方向に破線で示す位置から回転する。結果、摩擦接触部１０２ａと摩擦接触面１０４ｃとの加圧接触状態が保たれる。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、振動板１０２と摩擦部材１０４の距離がＸ軸方向の位置によって変化した場合の各部材の挙動を示す。図５（Ａ）は振動波モータ１００の正面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の断面線ＶＢ−ＶＢにおける断面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ａ）の断面線ＶＣ−ＶＣにおける断面図である。摩擦部材１０４の摩擦接触面１０４ｃが各構成部材の形状誤差やクリアランスなどにより、＋Ｘ軸側で−Ｚ軸方向に、−Ｘ軸側で＋Ｚ軸方向にそれぞれ変位した場合の摩擦部材１０４と腕部１０８ｃの挙動を考える。

−Ｘ軸側における状態を示す図５（Ｂ）では、摩擦接触面１０４ｃが−Ｘ軸側において＋Ｚ軸方向に変位すると、摩擦部材１０４は、図３で示した荷重Ｆ３の反力Ｆ３’により振動子１０３に押圧され、転動部材１０７ｂを中心としてＲ５方向に回転する。腕部１０８ｃは図３で示した荷重Ｆ２の反力Ｆ２’によりＲ５方向に回転した摩擦部材１０４に押圧され、軸１１０を中心としてＲ６方向に回転する。

一方、＋Ｘ軸側における状態を示す図５（Ｃ）では、摩擦接触面１０４ｃが＋Ｘ軸側において−Ｚ軸方向に変位すると、摩擦部材１０４は、図３で示した接線方向の力Ｆ２ａにより転動部材１０７ｂを中心としてＲ５方向に回転する。腕部１０８ｃは、軸１１０を中心としてＲ７方向に回転し、摩擦部材１０４を押圧するとともに振動子１０３を押圧する。

以上のように本発明の振動波モータ１００は、ガイド機構１０６ａ、ガイド機構１０６ｂが、Ｘ軸方向の直動ガイドをするとともに、部材のイコライズ機構を一体構成で実現できるため、摩擦接触部１０２ａと摩擦接触面１０４ｃの安定した摩擦接触を実現している。

図６は、本発明の振動波モータ１００が組み込まれているレンズ装置の一例として、レンズ鏡筒２０を示している。なお、当該レンズ鏡筒２０は略回転対称形であるため、上側半分のみ図示している。

撮像装置としてのカメラ本体１０には、レンズ鏡筒２０が着脱自在に取り付けられ、カメラ本体１０内には、撮像素子１ａが設けられている。カメラ本体１０のマウント１１には、レンズ鏡筒２０をカメラ本体１０に取り付けるためのバヨネット部が設けられている。レンズ鏡筒２０は、固定筒２１を有しており、固定筒２１がマウント１１のフランジ部に当接している。そして、固定筒２１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２１にはさらに、レンズＧ１を保持する前鏡筒２２とレンズＧ３を保持する後鏡筒２３とが固定されている。レンズ鏡筒２０はさらにフォーカスレンズ保持枠２５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２５はさらに、前鏡筒２２と後鏡筒２３に保持されたガイドバー２６によって直進移動可能に保持されている。振動波モータ１００の摩擦部材１０４には、不図示の固定部が形成されており、後鏡筒２３にビス等で固定されている。

上記のような構成で、振動波モータ１００の相対駆動部材１０８を含む可動部が駆動されると、振動波モータ１００の駆動力は、相対駆動部材１０８を介してフォーカスレンズ保持枠２５に伝達される。フォーカスレンズ保持枠２５は、ガイドバー２６によって案内されて直線移動する。

以上のような構成で、加圧方向に対して薄型化を達成した小型の振動波モータ１００を得ることができるとともに、薄型化した振動波モータ１００を搭載した光学装置を得ることができる。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。

１００ 振動波モータ
１０１ 圧電素子
１０２ 振動板
１０３ 振動子
１０４ 摩擦部材
１０４ａ 斜面部（ガイド手段）
１０４ｂ 溝部（ガイド手段）
１０４ｃ 摩擦接触面
１０５ バネ（加圧手段）
１０６ａ、ｂ ガイド機構（ガイド手段）
１０７ａ、ｂ 転動部材（ガイド手段）

Claims (10)

1. 圧電素子と振動板とからなる振動子と、
   該振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に押圧する加圧手段と、
   前記振動子と前記摩擦部材との相対移動をガイドするガイド手段とを備え、
   前記振動子が発生する振動により前記振動子と前記摩擦部材とを相対移動させる振動波モータにおいて、
   前記ガイド手段は、前記摩擦部材を前記振動子に対して回動可能に保持することを特徴とする振動波モータ。
2. 前記ガイド手段は、前記相対移動するための直進ガイドをすることを特徴とする、請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記ガイド手段は、前記摩擦部材を支持する転動部材で構成され、前記加圧手段からの加圧力を伝達す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. 前記ガイド手段は、前記転動部材が係合する斜面部を前記摩擦部材にさらに備えて構成され、前記斜面部は前記相対移動の方向に平行で、前記摩擦部材の前記摩擦接触面と異なる角度であることを特徴とする、請求項３に記載の振動波モータ。
5. 前記ガイド手段は、前記転動部材が係合する溝部を前記摩擦部材にさらに備えて構成され、前記溝部は前記相対移動の方向に平行であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の振動波モータ。
6. 前記転動部材は、前記加圧手段により前記摩擦部材の前記溝部に挟持され、前記摩擦部材は、前記転動部材を中心として回動可能に保持されることを特徴とする、請求項５に記載の振動波モータ。
7. 前記転動部材は、前記摩擦部材の前記溝部に１つ挟持され、前記加圧手段による加圧方向の位置決めをす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. 前記加圧手段は、前記押圧の方向と前記相対移動の方向とに直交する方向に配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の振動波モータ。
9. 前記振動波モータは、超音波領域の周波数の振動を用いた超音波モータであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の振動波モータ。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の振動波モータを有する光学装置。

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