JP2019146434A - 振動波モータ及びレンズ駆動装置 - Google Patents

振動波モータ及びレンズ駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】大幅に薄型化することが可能な振動波モータを提供する。【解決手段】振動波モータ100は、振動子103と、該振動子103に摩擦接触する摩擦部材106と、振動子103を摩擦部材106に摩擦接触させるための加圧部材107と、振動子103が摩擦部材106に対して相対移動するためのガイド機構108と、摩擦部材106及びガイド機構108を保持する保持部材101と、を備え、ガイド機構108は、相対移動に合わせて移動する可動ガイド部材109と相対移動せずに固定された固定ガイド部材110とを有し、摩擦部材106及び固定ガイド部材110は、同一の固定手段119によって保持部材101に固定されることを特徴とする。【選択図】 図1

Description

本発明は、振動波モータ及び振動波モータを用いてレンズを駆動するレンズ駆動装置に関する。
近年、合焦動作の高速化や、高精度化、静粛化を目的として、超音波モータを駆動源とするレンズ駆動装置が注目されている。特に、被駆動体を直進方向に駆動することが可能なリニア型の超音波モータは、制御性や駆動特性が優れており、レンズ駆動装置の駆動源として活用されている。特許文献1では、レンズ駆動装置の薄型化を目的として、可動部を進行方向に案内する案内機構を部材の積層方向に直行する方向に配置したリニア型の超音波モータが提案されている。
特開2016−82611号公報
しかしながら、特許文献1では、転動部材と案内部材の配置のみを変えることで超音波モータを薄型化しており、大幅に薄型化することに限界があった。
本発明の目的は、大幅に薄型化することが可能な振動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振動波モータは、振動子と、該振動子に摩擦接触する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に摩擦接触させるための加圧部材と、前記振動子が前記摩擦部材に対して相対移動するためのガイド機構と、前記摩擦部材及び前記ガイド機構を保持する保持部材と、を備え、前記ガイド機構は、前記相対移動に合わせて移動する可動ガイド部材と前記相対移動せずに固定された固定ガイド部材とを有し、前記摩擦部材及び前記固定ガイド部材は、同一の固定手段によって前記保持部材に固定されることを特徴とする。
本発明によれば、大幅に薄型化することが可能な振動波モータを提供することができる。
(A)実施例1の振動波モータ100の平面図、(B)同断面図である。 (A)、(B)実施例1の振動子103の動作を示す模式図、(C)振動板104の底面図である。 (A)可動ガイド部材109を示す底面図である。(B)固定ガイド部材110を示す底面図である。 (A)〜(D)実施例1のイコライズ機構112を構成する各部材を示す図である。 実施例2の振動波モータ200の断面図である。 レンズ駆動装置1のブロック線図である。 実施例1の振動波モータ100を実装した固定筒12の断面図である。 実施例1の振動波モータ100の動作を示すフローチャートである。
(実施例1)
本発明の実施例1の振動波モータ100の構成について図面を用いて説明する。図面において、後述の振動子103が後述の摩擦部材106に対して相対移動する方向をX方向、後述の加圧部材107の加圧方向をZ方向、X方向及びZ方向のいずれにも直交する方向をY方向と定義する。
図1(A)は、振動波モータ100を示す平面図であり、図1(B)は図1(A)の断面線IB−IBにおける断面図である。図2(A)、(B)は、振動子103及び摩擦部材106の構成並びに振動波モータ100の駆動原理を示す模式図である。図2(C)は、振動板104の底面図である。図3(A)は、可動ガイド部材109を示す底面図であり、図3(B)は固定ガイド部材110の底面図である。図4(A)は、イコライズ機構112の上板部材113の底面図、図4(B)は振動子保持部材114の底面図、図4(C)は、図4(B)の断面線IVC−IVCにおける断面図、図4(D)は下板部材117の底面図である。
図1(A)、(B)に示すように、振動波モータ100は、保持部材101、移動部材102、振動子103、摩擦部材106、加圧部材107、ガイド機構108、イコライズ機構112で構成される。保持部材101は、摩擦部材106及びガイド機構108を保持する部材であり、不図示の鏡筒10に固定される概略枠形状の部材である。保持部材101には、締結穴101aがX方向に沿って2つ設けられ、この締結穴101aと固定手段119により摩擦部材106及び固定ガイド部材110が保持されるとともに、締結されている。また、開口部101bが設けられており、加圧部材107の加圧方向であるZ方向から見て、後述する可動ガイド部材109が開口部101bの内部に配置される。
移動部材102は、概略枠形状であり、保持部材101に対して相対移動する部材である。移動部材102は、イコライズ機構112の振動子保持部材114を介して振動子103を保持するとともに、可動ガイド部材109とビス等で締結される不図示の締結穴、後述する連結部材16と係合する係合部102aを有する。
振動子103は、振動板104と圧電素子105を接着して構成される。図2(A)、(C)に示すように、振動板104には突起部104aが長手方向(X方向)に沿って2つ設けられ、振動子保持部材114に固定するための腕部104bが設けられ、その腕部104bに穴104cが形成されている。また、圧電素子105にはフレキシブル基板である給電部材(不図示)が電気的に接続されており、給電部材から特定の振幅及び位相差を有する電圧が圧電素子105に印加されると、振動子103が変形して突起部104aが楕円運動EMを行う。
摩擦部材106は、振動子103に摩擦接触する部材であり、固定手段119によって保持部材101に締結されている。更に、摩擦部材106には、Z方向に段付き形状(段部106a)が設けられており、段部106aのZ方向の上側面は振動子103と接触する摩擦接触面となっている。そして、段部106aの上側面の反対側の面は固定手段119と接触する面である。振動子103に電圧が印加され突起部104aが楕円運動EMすると、振動子103と摩擦部材106の間に摩擦力Fが断続的に発生し、振動子103が摩擦部材106に対して相対移動であるX方向への推進力となる。この推進力により摩擦部材106が駆動され、移動部材102が駆動されることになる。
図2(A)、(B)を用いて、振動子103の動作について説明する。図2(A)は振動子103の楕円運動EMを示す模式図であり、図2(B)は振動子103と摩擦部材106の間に発生する摩擦力Fを示す模式図である。
圧電素子105には、不図示の給電部材が接続されており、給電部材を介して二相の交流電圧が印加されると、圧電素子105が変形しながら振動し、それに伴って振動板104が変形する。前述の交流電圧の周波数を所定の値に設定することで、振動子103の突起部104aが楕円運動EMするとともに、摩擦部材106と接触・離間を繰り返す。振動子103の突起部104aと摩擦部材106が接触している間は、図2(B)に示すように、各突起部104aにおいてX方向の摩擦力F/2が発生し、離間している間は、摩擦力Fが発生しない。したがって、振動子103と摩擦部材106の間には、断続的にX方向の摩擦力Fが発生するため、摩擦力Fによって振動子103と摩擦部材106が相対移動する。摩擦力Fは、振動波モータ100が発生する推進力であり、振動子保持部材114を介して移動部材102へ伝達される。
加圧部材107は、振動子103を摩擦部材106に摩擦接触させるための弾性を有する部材であり、図1(A)に示すように、本実施例1では4つの引張バネから構成されている。加圧部材107は、後述する可動ガイド部材109と、イコライズ機構112の上板部材113に保持されることで、可動ガイド部材109を上板部材113に近づける方向に加圧力を発生させ、上板部材113を下板部材117に付勢する。このとき、加圧部材107の加圧方向は、振動子103を摩擦部材106に押し付ける方向である。
ガイド機構108は、振動子103を摩擦部材106に対して相対移動させる機能を有しており、可動ガイド部材109、固定ガイド部材110、転動部材111で構成される。図3(A)に示すように、可動ガイド部材109は、締結穴109aを有し、この締結穴109aを介してビス等で移動部材102に締結され、移動部材102と一体で移動する。また、可動ガイド部材109は、加圧部材107を保持する保持部109bを4つ有し、加圧部材107の加圧方向に付勢される。更に、可動ガイド部材109は、V溝109c、109d、109eを有し、それぞれが転動部材111と当接する。更に、可動ガイド部材109は、保持部材101に当接する当接部109fを有し、移動部材102が可動範囲の端部に位置する場合において、当接部109fが保持部材101に当接することにより移動部材102の相対移動が停止される。この構成により、移動範囲を超えて動かないように移動部材102の変位を規制することができる。なお、保持部材101に可動ガイド部材109と当接する、いわゆるメカ端部を設けても良い。
固定ガイド部材110は、振動子103と摩擦部材106の相対移動によらず固定された部材である。図3(B)に示すように、2つの締結穴110aを有し、固定手段119によって保持部材101に締結される。また、V溝110b、平面部110cを有し、それぞれが転動部材111と当接する。
転動部材111は、本実施例1では転動ボールであり3個配置されるが、転動部材111の個数は3個より多くても少なくてもよい。転動部材111は可動ガイド部材109と固定ガイド部材110に挟持され、転動部材111が転動することで可動ガイド部材109と固定ガイド部材110が低摩擦で相対移動することができる。すなわち、転動部材111が固定ガイド部材110のV溝110b及び平面部110cで当接し、更に可動ガイド部材109のV溝109c、109d、109eで当接することで可動ガイド部材109が進行方向へ案内される。以上の構成から、固定ガイド部材110に対して可動ガイド部材109が進行方向に案内されることにより、保持部材101に対して移動部材102が進行方向へ案内される。
イコライズ機構112は、上板部材113、振動子保持部材114、2つの転動部材115、付勢部材116、下板部材117で構成される。図4(A)に示すように、上板部材113は、振動子103を摩擦部材106に当接させる加圧力を伝達する部材であり、加圧部材107を保持するための保持部113bが4つ設けられ、加圧部材107の加圧方向に付勢される。また、突起部113aを2つ有し、下板部材117と当接する。
振動子保持部材114は、振動子103を保持する部材であり、図1(A)、(B)に示すように、2つの転動部材115と付勢部材116を介して移動部材102に保持される。振動子保持部材114は、図4(B)、(C)に示すように、枠形状を有するとともに、振動子103を保持するための係合突起114aを2つ有する。係合突起114aは、振動板104の腕部104bに形成された穴104cに係合する。また、振動子保持部材114のX方向の外側の面には、転動部材115と当接する面114bが加圧方向に沿って形成されている。
図1(B)に示すように、2つの転動部材115は円柱形状の部材であり、振動子保持部材114を移動部材102に対して加圧部材107の加圧方向に移動可能にする部材である。また、付勢部材116は、板バネ等の弾性部材であり、移動部材102、振動子保持部材114と転動部材115の間を付勢して、間の隙間を無くすようにガタ寄せをする。したがって、転動部材115と付勢部材116によって、振動子保持部材114は移動部材102に対して加圧部材107の加圧方向にのみ移動可能に保持される。
図4(D)に示すように、下板部材117は、後述する緩衝部材118を介して振動子103への加圧力を伝達する部材である。上板部材113の突起部113aが下板部材117に当接するように配置されることで、上板部材113が下板部材117に倣うように位置が決まり、加圧力の損失を抑えることができる。以上の構成とすることで、製造誤差等のばらつきによって振動子103と上板部材113がX方向に平行でなくても、加圧部材107の加圧力を振動子103に効率よく伝達することができる。
緩衝部材118は、概略板形状の弾性部材であり、振動子103とイコライズ機構112を構成する下板部材117に挟まれるように配置され、振動子103からの振動が他の部材に伝搬するのを防ぐ機能を有する。以上の構成から、給電部材によって印加される電圧によって、振動子103が振動(超音波領域の周波数の高周波振動)することにより駆動され、振動子103を保持する移動部材102が保持部材101に対して相対移動する。
次に、本発明の実施例1の振動波モータ100の効果について、特許文献1の従来の超音波モータと比較して説明する。特許文献1では、超音波モータの案内機構を構成する溝部及び転動部材を加圧方向に対して直行する方向(Y方向)に配置することで、超音波モータを薄型化する構成が提案されているが、この構成では、案内機構の厚さを薄型化できる程度に留まる。
一方、本発明の実施例1の振動波モータ100では、加圧部材107の加圧方向(Z方向)に関して、摩擦部材106、固定ガイド部材110、可動ガイド部材109の順に重なるように部材が配置される。また、可動ガイド部材109は、加圧方向から見て保持部材101の開口部101bの内側に配置されるため、加圧方向に関して保持部材101と重複しないように配置される。更に、固定手段119は、加圧方向に関して、摩擦部材106、固定ガイド部材110、保持部材101の順にこれら部材を重なるように固定する。この構成にすることで、固定側である摩擦部材106と固定ガイド部材110を加圧方向に重なるように配置することができる。
また、摩擦部材106及び固定ガイド部材110は、同一の固定手段119によって保持部材101に固定されるので、固定手段119の数を減らし、固定手段119の占めるスペースを削減することができる。以上の構成により、従来に比べて振動波モータ100を大幅に薄型化することができる。
更に、従来の超音波モータでは、加圧手段であるコイルばねが加圧方向において振動子の上部に配置されている。一方、本発明の振動波モータ100では、4つの加圧部材107は加圧方向において振動子103の上部には配置されず、振動子103を囲むように配置されている。この構成にすることで、加圧部材107の加圧方向の厚さを薄型化することができる。以上説明したように、本発明では、振動波モータ100を大幅に薄型化することができる。
(実施例2)
次に、本発明の実施例2の振動波モータ200の構成について図面を用いて説明する。実施例1と同じ部材については、同じ番号を付すとともに説明を省略し、実施例1と異なる部材について説明する。図5は、振動波モータ200の断面図であって、実施例1の図1(B)に対応する。
実施例1の振動波モータ100では、加圧部材107の加圧方向(Z方向)に関して、摩擦部材106、固定ガイド部材110、保持部材101の順に重なるように部材が配置され、これら部材が固定手段119により固定されていた。一方、実施例2の振動波モータ200では、加圧方向に関して、保持部材201、摩擦部材206、固定ガイド部材210の順に重なるように部材が配置され、これら部材を固定手段219が固定している。その他の構成に関しては、実施例1と同様のため省略する。
次に、本発明の実施例2の振動波モータ200の効果について説明する。振動波モータ200では、加圧方向(Z方向)に関して、摩擦部材206、固定ガイド部材210、可動ガイド部材209の順に重なるように部材が配置される。また、可動ガイド部材209は、加圧方向から見て保持部材201の開口部201bの内側に配置されるため、加圧方向に関して保持部材201と重複しないように配置される。更に、固定手段219は、加圧方向に関して、保持部材201、摩擦部材206、固定ガイド部材210の順にこれら部材を重なるように固定する。この構成にすることで、固定側である摩擦部材206と固定ガイド部材210を加圧方向に重なるように配置することができる。
また、摩擦部材206及び固定ガイド部材210は、同一の固定手段219によって保持部材201に固定されるので、固定手段219を減らし、固定手段219の占めるスペースを削減することができる。以上の構成により、従来に比べて振動波モータ200を大幅に薄型化することができる。
更に、本発明の振動波モータ200では、加圧部材207が4つ備えられ、各加圧部材207は加圧方向において振動子203の上部には配置されず、振動子203を囲むように配置されている。この構成にすることで、加圧部材207の加圧方向の厚さを薄型化することができる。以上説明したように、本発明では、振動波モータ200を大幅に薄型化することができる。
(適用例)
次に、本発明の振動波モータ100を適用した適用例であるレンズ駆動装置1について説明する。レンズ駆動装置1は、撮影光学系を介して撮像面に結像する像のピントズレを補正するために、ピントずれに応じて光学系の全部又は一部を移動させる装置であって、この移動により合焦することができ、デジタルカメラ等に搭載されている。図6は、レンズ駆動装置1のブロック線図である。撮影光学系の一部であるレンズ11及びレンズ11を駆動する振動波モータ100を含む固定筒12、固定筒12が固定される鏡筒10と、撮像素子21を有するカメラ本体20とによりレンズ駆動装置1が構成される。
ピント検出手段31によって撮像素子21に結像される像のピント状態が検出され、その信号が制御手段33に入力される。また、位置検出手段32によってレンズ11の現在位置(検査位置)が検出され、その信号が制御手段33に入力される。制御手段33はそれらの信号をもとに、モータ駆動手段34に信号を出力し、振動波モータ100を駆動する。この振動波モータ100の駆動によって、レンズ11が目標位置まで駆動され、ピントずれを補正することで良好な画像を撮影することができる。
次に、レンズ11の案内機構について図7を用いて説明する。図7は、振動波モータ100を実装した固定筒12の断面図である。固定筒12は、概略筒形状であり、不図示の鏡筒10に保持されており、後述する第1の規制部材14、第2の規制部材15、振動波モータ100をそれぞれ保持している。
レンズ枠13は、概略筒形状であり、中心にレンズ11を保持している。レンズ枠13には、第1の規制部材14が貫くように、丸穴13aが形成され、第2の規制部材15が当接するように、U溝13bが形成されている。また、連結部材16を介して振動波モータ100と連結されている。
第1の規制部材14は、メインガイドバーであり、レンズ枠13の丸穴13aを介してレンズ枠13と当接する。第1の規制部材14により、レンズ枠13の相対移動の方向(X方向)に直交する方向の平行移動が規制される。
第2の規制部材15は、サブガイドバーであり、レンズ枠13のU溝13bを介してレンズ枠13と当接する。第2の規制部材15により、レンズ枠13の、第1の規制部材14周りの回転移動が規制される。第1の規制部材14及び第2の規制部材15により、レンズ枠13は相対移動の方向へ平行移動するように案内され、固定筒12に対して相対移動する。
連結部材16は、振動子103と摩擦部材106の相対移動による推進力をレンズ枠13に伝達する部材であって、レンズ枠13を保持し、移動部材102の係合部102a(不図示)とガタなく当接することで、レンズ枠13と移動部材102を連結する。連結部材16によって振動子103の推進力が移動部材102からレンズ枠13に伝えられ、レンズ11が進行方向に駆動される。
以上の構成から、振動波モータ100によって発生する推進力が連結部材16によってレンズ枠13に伝えられる。レンズ枠13は、第1の規制部材14及び第2の規制部材15によって相対移動の方向以外の方向への移動が規制されるため、レンズ11と一体となって相対移動の方向に駆動される。したがって、移動部材102にかかる推進力が連結部材16を介してレンズ11に伝達されて駆動することにより、ピント合わせを行うことができる。
次に、振動波モータ100の制御方法について説明する。図8は、振動波モータ100の動作を示すフローチャートであり、合焦動作の開始から合焦動作の終了までを示している。ステップS1では、ピント検出手段31によって、撮像素子21に結像される像のピント状態が検出され、その信号が制御手段33に入力され、移動部材102が移動すべき目標位置を算出して更新する。ステップS2では、位置検出手段32によって、振動波モータ100に含まれる移動部材102の位置が検出され、その信号が制御手段33に入力され、検査位置を更新する。ステップS3では、ステップS1で更新した目標位置とステップS2で更新した検出位置の差分をもとに、振動波モータ100への通電を決定し、モータ駆動手段34へ信号を入力する。ステップS4では、入力された信号をもとに振動波モータ100を駆動し、移動部材102を駆動する。ステップS5では、動作停止か否かの判別を行い、停止でなければステップS1に戻り、目標位置と移動部材102の検査位置の差分がなくなるように制御を継続し、停止であれば合焦動作を終了する。
従来に比べて大幅に薄型化された実施例1の振動波モータ100を適用することにより、薄型化されたレンズ駆動装置1を提供することができる。また、実施例2の振動波モータ200を適用しても同様の効果が得られる。
1 レンズ駆動装置
100、200 振動波モータ
101、201 保持部材
101b、201b 開口部
103、203 振動子
106、206 摩擦部材
107、207 加圧部材
108 ガイド機構
109、209 可動ガイド部材
110、210 固定ガイド部材
111 転動部材
109f 当接部
119、219 固定手段

Claims (9)

  1. 振動子と、
    該振動子に摩擦接触する摩擦部材と、
    前記振動子を前記摩擦部材に摩擦接触させるための加圧部材と、
    前記振動子が前記摩擦部材に対して相対移動するためのガイド機構と、
    前記摩擦部材及び前記ガイド機構を保持する保持部材と、を備え、
    前記ガイド機構は、前記相対移動に合わせて移動する可動ガイド部材と前記相対移動せずに固定された固定ガイド部材とを有し、
    前記摩擦部材及び前記固定ガイド部材は、同一の固定手段によって前記保持部材に固定されることを特徴とする、振動波モータ。
  2. 前記固定手段は、前記加圧部材の加圧方向に関して、前記摩擦部材、前記固定ガイド部材、前記保持部材の順に重なるように固定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. 前記固定手段は、前記加圧部材の加圧方向に関して、前記固定ガイド部材、前記摩擦部材、前記保持部材の順に重なるように固定することを特徴とする、請求項1に記載の振動波モータ。
  4. 前記可動ガイド部材は、前記加圧部材の加圧方向において、前記保持部材と重複する位置に配置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. 前記保持部材は、開口部を有し、前記可動ガイド部材は、前記加圧部材の加圧方向から見て前記開口部の内側に配置され、可動範囲の端部において前記保持部材と前記可動ガイド部材が当接する当接部が前記保持部材又は前記可動ガイド部材のいずれかに設けられ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。
  6. 前記可動ガイド部材と前記固定ガイド部材の間には、転動部材が挟持されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動波モータ。
  7. 前記加圧部材は、前記振動子を囲むように配置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。
  8. 前記振動子の振動は、超音波領域の周波数の高周波振動であり、前記振動波モータは超音波モータであることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動波モータ。
  9. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の振動波モータを備えるレンズ駆動装置。
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