JP2020005374A - 振動型モータおよび駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で駆動ムラを抑制した振動型モータを提供する。【解決手段】 振動子を保持する保持部材と、前記振動子を摩擦部材に加圧する加圧力を生じる加圧部材と、前記加圧力を伝達する第一の伝達部材と、前記振動子と前記第一の伝達部材との間に配置された第二の伝達部材と、を有し、前記第一の伝達部材は、前記第二の伝達部材に伝達させる前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧力の加圧中心に対して前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動する移動方向にずれた位置に切欠き部または穴部が設けられ、前記保持部材は、前記切欠き部により切欠かれた部分または前記穴部の中に配置される突出部が設けられ、前記第二の伝達部材は、前記突出部と当接する当接部が設けられている。【選択図】 図４

Description

本発明は、振動型モータおよび振動型モータを用いた駆動装置に関するものである。

振動型モータは、比較的小型でありながら高出力、静粛性という特徴を併せ持つモータであり、例えばカメラなどの撮像装置において光学レンズの駆動に用いられている。

振動型モータの形態には、複数の突起を設けた振動子を加振して突起先端に楕円運動を起こし、突起と摩擦摺動する摩擦部材との間で駆動力を生じさせて被駆動体を駆動する形態がある。

このような形態の振動型モータでは、それぞれの突起において摩擦部材と接触する面圧を均一化することが方向差などの駆動ムラを抑制する上で好ましい。

特許文献１では、それぞれの突起の面圧を均一化するために振動子への加圧力伝達機構を互いに回動可能な複数の部材で構成するものが提案されている。

特開２０１７−２００４００号公報

特許文献１に記載された振動波モータでは、振動子保持機構や加圧機構の傾きが振動子に不要なモーメントを与えないように構成され、これにより振動子の突起の面圧が均一化されている。しかしながら、加圧機構の中で伝達部材と振動子との間に配置された緩衝部材が偏って潰れることによっても駆動ムラが生じるおそれがある。緩衝部材が偏って潰れることを避けるには、緩衝部材と当接する伝達部材が、振動子や振動子を保持する振動子保持部材に追従して傾くことが好ましい。

しかしながら、特許文献１に記載された振動波モータでは、薄型化のために伝達部材や振動子保持部材を薄い部材で形成している。そのため、緩衝部材と接する伝達部材の位置決め部を駆動方向端部に設け、位置決め部の接触及び摩擦により伝達部材が振動子や振動子保持部材に追従し易くする構成をとる場合は位置決め部において十分な掛量を得ることが難しい。十分な掛量を得るためには位置決め部周りの部品の厚みを厚くする必要があり、薄型化との両立が困難である。

そこで、本発明の目的は、小型で駆動ムラを抑制した振動型モータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明にかかる振動型モータは、振動子と、前記振動子と接触する摩擦部材と、を有し、前記振動子を振動させることで前記振動子と前記摩擦部材とを相対的に移動させる振動型モータであって、前記振動子を保持する保持部材と、前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧力を生じる加圧部材と、前記加圧力を伝達する第一の伝達部材と、前記振動子と前記第一の伝達部材との間に配置された第二の伝達部材と、を有し、前記第一の伝達部材は、前記第二の伝達部材に伝達させる前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧力の加圧中心に対して前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動する移動方向にずれた位置に切欠き部または穴部が設けられ、前記保持部材は、前記切欠き部により切欠かれた部分または前記穴部の中に配置される突出部が設けられ、前記第二の伝達部材は、前記突出部と当接する当接部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、小型で駆動ムラを抑制した振動型モータを提供することができる。

本発明の実施形態にかかる振動型モータの分解斜視図 本発明の実施形態にかかる振動型モータの組立状態を示す図 振動型モータの駆動特性を表す図 本発明の実施形態にかかる振動型モータにおける緩衝部材の潰れに偏りを生じさせない構成を説明する図 本発明の実施形態にかかる振動型モータのレンズ駆動装置への適用例を説明する図

以下、本発明を実施する為の実施形態について説明する。図１、図２は本発明の実施形態にかかる振動型モータ１を表す図である。図１は振動型モータ１の分解斜視図であり、図１（ａ）は振動型モータ１を上側から見た図、図１（ｂ）は振動型モータ１を下側から見た図である。図２は、振動型モータ１の組立状態を示す図であり、図２（ａ）は振動型モータ１を上側から見た図、図２（ｂ）は振動型モータ１を下側から見た図である。なお、本実施形態では、振動子１１１と摩擦部材１１３とが重なる方向において振動子１１１側を上側、摩擦部材１１３側を下側としている。

振動子１１１は、例えば板状の圧電素子１１１ａと、２つの突起１１１ｃを有する弾性部材１１１ｂを貼り付けた構造である。圧電素子１１１ａは例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）であり、弾性部材１１１ｂは例えば金属板である。圧電素子１１１ａに適切な交流電圧を印加すると突起１１１ｃの先端に楕円運動を発生させることができる。振動子保持部材１１２は例えば樹脂製の枠体であり、振動子１１１に直接接着されることで振動子１１１を保持する。また圧電素子１１１ｂには給電部材１２６であるフレキシブル基板が貼付されており、フレキシブル基板を介して圧電素子１１１ｂに交流電圧を印加する。

摩擦部材１１３は例えば金属板であり、摺動面１１３ａにおいて振動子１１１の突起１１１ｃと摩擦接触する。また、摩擦部材１１３はモータ筐体１２４に対してビス固定される。本実施形態では、突起１１１ｃの先端に楕円運動を発生させることで、振動子１１１が摩擦部材１１３に対して移動する構成であり、振動子１１１の移動方向はＤ１方向と平行な方向である。なお、振動子１１１を振動させることで振動子１１１と摩擦部材１１３が相対移動する構成であればよく、摩擦部材１１３が振動子１１１に対して移動する構成であってもよい。

加圧部材１１４は例えば４つの引張バネであり、可動枠１１８の周囲に配置される。加圧部材１１４はそれぞれが引張力を生じ、それらの合力により振動子１１１を加圧力（Ｆ１）により加圧方向（Ｄ２方向）に加圧する。

第一の伝達部材１１５、第二の伝達部材１１６は例えば金属板である。第二の伝達部材１１６は振動子１１１と第一の伝達部材１１５の間に配置される。第一の伝達部材１１５には加圧部材１１４が取り付けられ、第二の伝達部材１１６は緩衝部材１１７が取り付けられる。緩衝部材１１７は例えばフェルトのように、振動子１１１に当接しても振動子１１１の振動を阻害しにくい素材で構成される。第一の伝達部材１１５には球突起１１５ａが配置され、球突起１１５ａで第二の伝達部材１１６と当接する。これにより第二の伝達部材１１６は第一の伝達部材１１５に対し球突起１１５ａ周りに相対的に回動可能に保持される。第一の加圧部材１１５は加圧部材１１４で生じる力を第二の伝達部材１１６に伝達し、第二の加圧部材は緩衝部材１１７を介して振動子１１１に加圧力（Ｆ１）を伝達する。

可動枠１１８は振動子保持部材１１２の周囲を囲むように配置された樹脂製の枠体である。可動枠１１８と振動子保持部材１１２の間には転動コロ１１９が配置され、付勢バネ１２０は、転動コロ１１９を振動子保持部材１１２の方向へ付勢する。付勢バネ１２０の付勢力により、振動子１１１の移動方向における可動枠１１８と振動子保持部材１１２とのガタが抑えられる。

可動案内部材１２１、固定案内部材１２２は例えば金属板である。可動案内部材１２１は可動枠１１８に固定され、振動子１１１の移動方向に延在する案内溝１２１ａを有する。また、固定案内部材１２２には案内溝１２１ａと対向する位置に案内溝１２２ａ、案内面１２２ｂを有し、案内溝１２２ａ、案内面１２２ｂと案内溝１２１ａとの間に転動ボール１２３を挟持することで振動子１１１をＤ１方向と平行な方向に案内する。固定案内部材１２２はモータ筐体１２４に対してビスや固定板１２５により固定される。

以上をまとめると、加圧部材１１４、第一の伝達部材１１５、第二の伝達部材１１６、緩衝部材１１７は、振動子１１１を摩擦部材１１３に加圧する加圧力Ｆ１を生じ、振動子１１１へ伝達する加圧機構として機能する。また、可動枠１１８、転動コロ１１９、付勢バネ１２０、可動案内部材１２１、固定案内部材１２２、転動ボール１２３は、振動子１１１を摩擦部材１１３に対し相対的に移動可能に案内する複数の保持機構として機能する。

次に、振動型モータの駆動ムラについて説明する。図３は振動型モータの駆動特性を表す図であって、図３（ａ）は振動子１１１の突起１１１ｃの面圧が均一であって緩衝部材１１７が偏って潰れた場合の駆動特性を示している。一方、図３（ｂ）は振動子１１１の突起１１１ｃの面圧が均一であって緩衝部材１１７の潰れに偏りがない場合の駆動特性を示している。振動型モータ１は振動子１１１の共振を利用して突起１１１ｃの楕円運動を増幅しており、圧電素子１１１ａに印加する交流電圧の周波数（加振周波数）によって駆動速度を制御する。図３（ａ）、図３（ｂ）中の実線は、加振周波数に対する振動子１１１のＤ１方向への速度を表していて、図中の破線は、加振周波数に対する振動子１１１のＤ１方向と逆方向への速度を表している。

緩衝部材１１７が偏って潰れた場合は図３（ａ）中のΔＶで示すように駆動速度に方向差が生じるのに対して、緩衝部材１１７の潰れに偏りがない場合は図５（ｂ）中のΔＶで示すように駆動速度の方向差が抑制できる。

本実施形態の振動型モータ１では、例えば、可動枠１１８が振動子１１１に対して傾いた場合、可動枠１１８の傾きは転動コロ１１９の転がりによって吸収され、振動子保持部材１１２および振動子１１１へ不要なモーメントは伝達しない。これにより振動子１１１の突起１１１ｃの面圧は均一に保たれる。また、例えば加圧部材１１４の生じる引張力がばらつき第一の伝達部材１１５が傾いた場合、第一の伝達部材１１５と第二の伝達部材１１６が相対的に回動する。そのため、第一の伝達部材１１５の傾きは吸収され、第二の伝達部材１１６、緩衝部材１１７、振動子１１１へ不要なモーメントは伝達しない。これにより振動子１１１の突起１１１ｃの面圧は均一に保たれる。

本実施形態の振動型モータ１における緩衝部材１１７の潰れに偏りを生じさせない構成について、以下で詳細に説明する。

図４は、振動型モータ１のおける緩衝部材１１７の潰れに偏りを生じさせない構成を説明する図である。図４（ａ）は振動型モータ１の可動部を上側から見た図、図４（ｂ）は図４（ａ）に対して加圧部材１１４と伝達部材１１５を非表示にした図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図４（ａ）において、第一の伝達部材１１５は、上側から見て加圧中心Ｐ１から方向Ｄ１と平行な方向にずれた位置に切欠き部１１５ａを有する。また、振動子保持部材１１２は、切欠き部１１５ａにより切欠かれた部分に配置される突出部１１２ａを有する。

また図４（ｂ）において、第二の伝達部材１１６は、振動子１１１の移動方向の端部近傍に凸形状の位置決め部１１６ａ（当接部）を有している。位置決め部１１６ａと突出部１１２ａとが当接することで、振動子１１１の移動方向における振動子保持部材１１２に対する第二の伝達部材１１６の位置が決まる。

例えば、外部からの衝撃などにより第一の伝達部材１１５が図４（ｃ）中のＭ１で示すように傾いた場合、第一の加圧部材１１５の球突起１１５ａが回転し第二の伝達部材１１６がＭ２で示すように傾き摩擦力Ｆ２が生じる。この摩擦力Ｆ２により第二の伝達部材１１６がＭ２で示すように傾いてしまうと、緩衝部材１１７が偏って潰れ、図３（ａ）で示すような駆動ムラが生じるおそれがある。

上述したように本実施形態の振動型モータ１では、第一の伝達部材１１５がＭ１で示すように傾き摩擦力Ｆ２が生じた場合、第二の伝達部材１１６は加圧中心Ｐ１から方向Ｄ１と平行な方向にずれた点Ｐ２において振動子保持部材１１２と当接している。このとき、方向Ｄ１と平行な方向において第二の伝達部材１１６が振動子保持部材１１２を付勢する力を付勢力Ｆ３とする。そして、点Ｐ２では、第二の伝達部材１１６と振動子保持部材１１２の間で付勢力Ｆ３に応じた摩擦力Ｆ４が作用する。

そのため、第二の伝達部材１１６と緩衝部材１１７がＭ２で示す方向に傾く動きは摩擦力Ｆ４によって抑えられる。第二の伝達部材１１６の位置決め部１１６ａは振動子１１１の移動方向における端部に設けられているため、Ｍ２で示す方向の回転に対してより大きな摩擦力Ｆ４が作用する。

このような構成により、第二の伝達部材１１６の姿勢が振動子保持部材１１２に追従し易いことで緩衝部材１１７が偏って潰れることを抑えられ、図３（ｂ）で示すような駆動ムラを抑制した駆動特性を得ることができる。

さらに、振動型モータ１では、振動子保持部材１１２に上下方向に延在する突出部１１２ａを設けて、第二の伝達部材１１６の位置決め部１１６ａの掛量Ｌ１を十分確保している。薄型化された振動型モータ１では、振動子保持部材１１２、第二の伝達部材１１６は共に薄い部材で構成されている。そのため、振動子保持部材１１２に上下方向に延在する突出部１１２ａを設けない場合は、位置決め部１１６ａの掛量を十分確保することが難しく、伝達部材１１６の位置決め部１１６ａが振動子保持部材１１２に乗り上げるおそれがある。位置決め部１１６ａが乗り上げると緩衝部材１１７が偏って潰れることにより図３（ａ）に示すような駆動ムラが発生してしまう。

以上のように、本実施形態の振動型モータ１では、振動子保持部材１１２に上下方向に延在する突出部１１２ａを設けることで、駆動ムラが抑制された駆動特性を得ることができる。さらに、第一の伝達部材１１５に切欠き部１１５ａを設け、切欠き部１１５により切欠かれた部分に突出部１１２ａが配置されるため、上下方向の大型化を抑えることができる。

例えば、第一の伝達部材１１５に切欠き部１１５ａを設けない場合、図４（ｃ）において突出部１１２ａを避けるため第一の伝達部材１１５を図４（ｃ）中の上方向にずらして配置する必要があり、可動部の厚さＬ２が厚くなってしまう。

さらに、第一の伝達部材１１５は加圧部材１１４の生じる力を加圧中心Ｐ１に伝達する部材であり、それぞれの加圧部材１１４から加圧中心Ｐ１までの経路における部品剛性が求められる。切欠き部１１５ａの配置によっては加圧部材１１４から加圧中心Ｐ１までの経路の部品剛性が低下してしまうため、剛性の低下を防ぐために伝達部材１１５の厚みを増やすことが必要となる可能性がある。しかしながら、本実施形態の振動型モータ１では、振動子１１１の移動方向において加圧中心Ｐ１からずれた位置に切欠き部１１５ａを設けているため、加圧部材１１４から加圧中心Ｐ１までの経路の部品剛性を確保し易い。これにより、伝達部材１１５の厚みを厚くする必要が無く上下方向の大型化を抑えることができる。

さらに、本実施形態の振動型モータ１では、図４（ａ）に示すように、振動子保持部材１１２に第一の伝達部材１１５を位置決めする位置決め部である溝部１１２ｂが振動子１１１の移動方向において中心近傍に設けられている。第一の伝達部材１１５は溝部１１２ｂと係合する凸部が設けられていて、振動子１１１の移動方向における振動子保持部材１１２に対する第一の伝達部材１１５の位置が決まる。

振動型モータ１の加圧機構において、振動子１１１の突起１１１ｃの面圧を均一化するためには加圧中心Ｐ１と振動子１１１の中心が正確に一致することが望まれる。加圧中心Ｐ１は伝達部材１１５の球突起１１５ｂの位置となるため、振動子１１１と伝達部材１１５が相対的に精度よく位置決めされる必要がある。そのため、振動子保持部材１１２と伝達部材１１５との位置決めは、振動子保持部材１１２および第一の伝達部材１１５の中心近傍で行われることが好ましい。なお、振動子保持部材１１２と第一の伝達部材１１５との位置決めのための位置決め部の形状は上記の構成に限定されるものではない。

さらに、第一の伝達部材１１５は振動子１１１に不要なモーメントを伝達しないために振動子保持部材１１２に対して自由に回動することが好ましい。そのため、本実施形態の振動型モータ１では、振動子保持部材１１２と伝達部材１１５との位置決めのための位置決め部は、突出部１１２ａとは別に配置するとともに、突出部１１２ａよりも振動子１１１の中心側に配置している。

さらに、本実施形態の振動型モータ１では、加圧部材１１４として４つの引張バネを、可動枠１１８の周囲に配置している。具体的には、図４（ａ）に示すように、加圧方向Ｄ２と直交する平面において４つの引張バネで形成される矩形の対角線の交点に加圧中心Ｐ１が位置するように配置している。

このような配置により、加圧部材１１４と加圧中心Ｐ１とを結ぶ線分上に切欠き部１１５ａは配置されず、それぞれの加圧部材１１４から加圧中心Ｐ１までの経路における部品剛性は切欠き部１１５ａによる影響を受けにくい。

次に、本実施形態の振動型モータ１を適用した駆動装置の例について図５を用いて説明する。

図５は、振動型モータ１のレンズ駆動装置への適用例を説明する図である。図５（ａ）は、振動型モータ１のレンズ駆動装置の断面図、図５（ｂ）は振動型モータ１とレンズ保持枠２１４との連結機構を上側から見た図、図５（ｃ）は振動型モータ１とレンズ保持枠２１４との連結機構を下側から見た図である。

図５（ａ）に示すように、カメラ本体２２にはレンズ鏡筒２１が着脱自在に取り付けられ、カメラ本体２２は撮像素子２２ａが設けられている。カメラ本体２２のマウント２２１はレンズ鏡筒２１をカメラ本体２２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２１は固定筒２１１を有しており、マウント２２１のフランジ部と当接している。そして、固定筒２１１とマウント２２１とは不図示のビスに固定されている。固定筒２１１にはさらに、レンズＧ１を保持する前鏡筒２１２とレンズＧ３を保持する後鏡筒２１３とが固定される。レンズ鏡筒２１はさらにレンズ保持枠２１４を備え、レンズＧ２を保持している。レンズ保持枠２１４はさらに、前鏡筒２１２と後鏡筒２１３に保持されたガイドバー２１５によって直進移動可能に保持されている。振動型モータ１は後鏡筒２１３に不図示のビス等で固定されている。

図５（ｂ）に示すように、レンズ保持枠２１４には、振動型モータ１の駆動力をレンズ保持枠２１４へ伝達する駆動力伝達部材２１６が、レンズ保持枠２１４に対してレンズＧ２の光軸回りに回動可能に保持されている。そして、駆動力伝達部材２１６にはＶ溝部２１６ａが設けられていて、振動型モータ１の可動枠１１８に設けられた突起部１１８ａが当接する。Ｖ溝部２１６ａ、突起部１１８ａによって駆動力伝達部材２１６と可動枠１１８とが連結されることで、振動型モータ１の移動に伴ってレンズ保持枠２１４が移動する。

振動型モータ１を用いたレンズ駆動装置２では、径方向の寸法Ｌ３が振動型モータ１の厚みに影響される。このため薄型化された振動型モータ１を用いることでレンズ駆動装置２の径方向の寸法Ｌ３を小型化できる。また、駆動ムラが抑制された振動型モータ１をレンズ駆動に用いることでより高速高精度なレンズ駆動を実現できる。

以上のように、振動型モータ１を用いた駆動装置の例としてレンズ駆動装置を説明したが、振動型モータ１により駆動される被駆動体はレンズ保持枠に限定されない。例えば撮像素子やステージなどを振動型モータ１により駆動される被駆動体とする駆動装置であってもよい。

また、振動型モータ１と被駆動体とを連結する連結機構は上記の構成に限定されず、例えば、Ｖ溝部の形成される方向と突起部の突出方向が上記の構成と異なっていてもよいし、Ｖ溝部と突起部それぞれの形成される部材が上記の構成と異なっていてもよい。

また、上記の実施形態では、位置決め部１１６ａは、図４（ａ）のＹ軸方向（加圧方向及び振動子１１１の移動方向と直交する方向）において伝達部材１１６の中心に設けられているが、その他の位置に設けられていてもよい。また、位置決め部１１６ａは、図４（ａ）のＹ軸方向において伝達部材１１６の中心から離れた複数の位置に設けてもよい。そのような構成の場合、位置決め部１１６ａの位置や数に応じて切欠き部１１５ａ及び突出部１１２ａを適宜設ければよい。例えば、幅の広い切欠き部１１５ａの間に位置決め部１１６ａの数に対応した複数の突出部１１２ａが配置される構成でもよいし、幅の広い切欠き部１１５ａの間に複数の位置決め部１１６ａと当接可能な幅の広い突出部１１２ａが配置される構成でもよい。

また、上記の実施形態では、第一の伝達部材１１５の切欠き部１１５ａにより切欠かれた部分に振動子保持部材１１２の突出部１１２ａが配置される構成であるが、切欠き部１１５ａの代わりに穴部が設けられていてもよい。すなわち、第一の伝達部材１１５における振動子１１１の移動方向の端から所定の距離だけ離れた位置に穴部を設け、その穴部の中に配置される形状の突出部が振動部保持部材に設けられた構成でもよい。

１ 振動型モータ
２ レンズ駆動装置
１１１ 振動子
１１２ 振動子保持部材
１１３ 摩擦部材
１１４ 加圧部材
１１５ 第一の伝達部材
１１６ 第二の伝達部材

Claims (8)

1. 振動子と、前記振動子と接触する摩擦部材と、を有し、前記振動子を振動させることで前記振動子と前記摩擦部材とを相対的に移動させる振動型モータであって、
   前記振動子を保持する保持部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧力を生じる加圧部材と、
   前記加圧力を伝達する第一の伝達部材と、
   前記振動子と前記第一の伝達部材との間に配置された第二の伝達部材と、を有し、
   前記第一の伝達部材は、前記第二の伝達部材に伝達させる前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧力の加圧中心に対して前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動する移動方向にずれた位置に切欠き部または穴部が設けられ、
   前記保持部材は、前記切欠き部により切欠かれた部分または前記穴部の中に配置される突出部が設けられ、
   前記第二の伝達部材は、前記突出部と当接する当接部が設けられている
   ことを特徴とする振動型モータ。
2. 前記突出部は、前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧方向に延在していることを特徴とする請求項１に記載の振動型モータ。
3. 前記第二の伝達部材は、前記突出部と前記当接部が当接することで、前記移動方向において前記保持部材に対して位置決めされることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型モータ。
4. 前記第一の伝達部材は、前記移動方向において前記当接部よりも前記加圧中心に近い位置で前記保持部材に対して位置決めされることを特徴とする請求項３に記載の振動型モータ。
5. 前記当接部は、前記第二の伝達部材における前記移動方向の端に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動型モータ。
6. 前記加圧部材は、前記加圧方向と直交する平面において前記保持部材を囲む複数の位置に配置されていて、
   前記切欠き部または穴部は、前記加圧方向と直交する平面において前記加圧部材と前記加圧中心とを結ぶ線分上に配置されないことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動型モータ。
7. 前記第一の伝達部材は、前記移動方向において前記保持部材に対して傾き可能であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動型モータ。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動型モータと、
   前記振動型モータによる駆動される被駆動体と、
   を有することを特徴とする駆動装置。

Images