JP2021132452A - 振動型モータ、レンズ装置、および、電子機器 - Google Patents

振動型モータ、レンズ装置、および、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】摩耗粉が外へ出にくい振動型モータを提供する。【解決手段】振動型モータ(100)は、圧電素子(103)により振動する振動板(102)と、振動板との接触面(101a)を有し、振動板の振動により振動板に対して移動する摩擦部材(101)と、摩擦部材の接触面に設けられた粘着部材(121)と、を有し、振動板は、圧電素子の反対側に向けて突出する突起部(102a)を有し、突起部は、側壁部(102d)と、接触面と接触する少なくとも1つの接触部(102b)と、接触部と側壁部との間に設けられた平坦部(102c)とを有し、粘着部材には、接触部の移動範囲(101b)を避ける開口部(121a)が設けられ、粘着部材の開口部は、側壁部よりも外側に設けられ、粘着部材の端部(121b)は、摩擦部材よりも外側に設けられている。【選択図】図5

Description

本発明は、レンズ装置などに利用可能な振動型モータに関する。
振動型モータは、圧電素子が固着された弾性体の接触部と摩擦部材とが加圧接触状態となるように構成されている。このような加圧接触状態下で圧電素子に2相の電圧を印加し、弾性体に2相の超音波振動が励起されると、弾性体の接触部に楕円運動が生じ、摩擦部材が弾性体に対して相対的に移動する。弾性体の接触部と摩擦部材とは摺動摩擦するため、摩耗粉が発生する。特許文献1には、摩擦部材を固定する接着剤が粘着性を有し、その接着剤で摩耗粉を吸着させる振動型モータが開示されている。
特開2018−148626号公報
しかしながら、特許文献1に開示された振動型モータでは、摩耗粉を吸着する能力が十分でない。すなわち、特許文献1に開示された振動型モータでは、摩耗粉を吸着する接着剤が摩擦部材よりも外側に配置されており、摩耗粉の発生源である弾性体の接触部からの距離が遠い。また、摩耗粉を吸着する接着剤の高さが摩擦部材の摺動面と同一の高さであり、摩耗粉が接着剤を乗り越えて振動型モータの外へ出てしまう可能性が高い。
そこで本発明は、摩耗粉が外へ出にくい振動型モータ、レンズ装置、および、電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一側面としての振動型モータは、圧電素子により振動する振動板と、前記振動板との接触面を有し、前記振動板の振動により前記振動板に対して移動する摩擦部材と、前記摩擦部材の前記接触面に設けられた粘着部材とを有し、前記振動板は、前記圧電素子の反対側に向けて突出する突起部を有し、前記突起部は、側壁部と、前記接触面と接触する少なくとも1つの接触部と、前記接触部と前記側壁部との間に設けられた平坦部とを有し、前記粘着部材には、前記接触部の移動範囲を避ける開口部が設けられ、前記粘着部材の前記開口部は、前記側壁部よりも外側に設けられ、前記粘着部材の端部は、前記摩擦部材よりも外側に設けられている。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
本発明によれば、摩耗粉が外へ出にくい振動型モータ、レンズ装置、および、電子機器を提供することができる。
本実施形態における撮像装置の構成図である。 本実施形態における振動型モータの展開図である。 本実施形態における振動型モータの構成図である。 本実施形態における振動型モータの構成図である。 本実施形態における振動型モータの構成図である。 本実施形態における振動型モータの構成図である。 本実施形態における粘着部材と摩擦部材との関係の説明図である。 本実施形態における粘着部材と振動板と規制機構との関係の説明図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1乃至図5において、振動子104と摩擦部材101との相対移動方向をX軸、後述するバネ110によって振動子104を摩擦部材101に加圧接触する加圧方向をZ軸、X軸およびZ軸のそれぞれに直交する方向をY軸と定義する。
まず、図1を参照して、本実施形態における撮像装置10について説明する。図1は、撮像装置10の構成図である。撮像装置10は、振動型モータ(超音波モータ)100を備えたレンズ装置1と、レンズ装置1とカメラ本体2とが一体となって構成されている。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、カメラ本体と、カメラ本体に対して着脱可能なレンズ装置(交換レンズ)とを備えて構成された撮像装置(撮像システム)にも適用可能である。
レンズ装置1の内部において、フォーカスレンズ(光学系)4は、レンズホルダ7に保持されている。レンズホルダ7と振動型モータ100とが連結されており、振動型モータ100を構成する振動子が移動することにより、フォーカスレンズ4とレンズホルダ7は光軸6と略平行な方向に移動可能となる。撮像の際には、フォーカスレンズ4とレンズホルダ7が光軸6と略平行な方向に移動し、被写体像はCMOSセンサなどの撮像素子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。
次に、図2を参照して、本実施形態における振動型モータ100について説明する。図2は、振動型モータ100の展開図である。本実施形態における振動型モータ100は、以下に述べる各部材により形成されている。
振動子104は、弾性を有する振動対である振動板102と圧電素子103とにより構成されている。振動板102は、圧電素子103により振動する。振動板102と圧電素子103は、公知の接着材などにより固着されている。圧電素子103にはフレキシブル基板117が圧着されており、フレキシブル基板117を介して圧電素子103に高周波の電圧を印加することにより、振動子104に超音波振動を励振する。フレキシブル基板117には、Uターン部117aが形成されている。振動子104のx方向の移動に応じて、Uターン部117aはその移動量の半分だけ移動する。このように、フレキシブル基板117の固定部と可動部の間にUターン部117aを設けることで、振動子104がx方向に移動してもフレキシブル基板117のコシによって振動子104に負荷がかからないように構成されている。
振動子104と第1の保持部材105とは、公知の接着剤などにより固定されている。第1の保持部材105は、薄板部材108を介して、第2の保持部材107と連結されている。薄板部材108は、z方向の力には剛性が弱く、比較的自由に変形できる。一方、薄板部材108は、xy方向の力には剛性が強く、変形しにくい特性持つ。このような特性を持つ薄板部材108を介して第1の保持部材105と第2の保持部材107とを連結することで、第1の保持部材105と第2の保持部材107は、z方向には比較的自由に相対移動でき、xy方向にはガタなく位置を決めることができる。これにより、バネ110の加圧力を振動子104にロスすることなく伝達しながら、x方向には第2の保持部材107に対して振動子104をガタなく保持することが可能となる。
薄板部材108のX方向の剛性は、振動子104の駆動開始および停止の際に発生する加減速による慣性力によって略変形しない程度に高く設定されている。これにより、振動子104と第2の保持部材107とは、駆動の際の慣性力による移動方向の相対変位が発生せず安定した駆動制御を実現することができる。
バネ110は、4か所において付勢部材111と可動ガイド部材115とを連結し、複数のバネ110の加圧力によって振動子104を摩擦部材101へと加圧接触させている。106aは緩衝部材、106bは緩衝部材106aが貼られた基材プレートである。緩衝部材106aと基材プレート106bは、圧電素子103と付勢部材111との間に配置されている。緩衝部材106aおよび基材プレート106bは、付勢部材111と圧電素子103との直接接触を妨げ、圧電素子103の損傷を防止している。第2の保持部材107と可動ガイド部材115とはネジ109で固定される。115bは、可動ガイド部材115に設けられたネジ部である。なお本実施形態において、第2の保持部材107と可動ガイド部材115とはネジ109で固定されているが、固定方法はこれに限定されるものではない。
固定ガイド部材113は、振動子104とX方向に相対的に移動する摩擦部材101の相対的な移動をガイドするガイド部材である。摩擦部材101はビス119により、固定ガイド部材113はビス118により、それぞれベース部材112に固定されている。114は、固定ガイド部材113と可動ガイド部材115との間を転動する転動ボールである。
124は、図1を参照して説明したレンズホルダ7と可動ガイド部材115とを連結する連結部材である。連結部材124と可動ガイド部材115の突起部115dとの間には、ガタ寄せバネ125が設けられており、連結部材124の球面部124aを可動ガイド部材115の長溝部115cに押し当てる。このような連結構成により、可動ガイド部材115と連結部材124は、y方向の相対移動、x軸、y軸、z軸回りの回転は許容しながら、x方向とz方向にはガタなく連結される。本実施形態において、レンズホルダ7の直進ガイドと、可動ガイド部材115と固定ガイド部材113とで決まる振動型モータ100内の直進ガイドとのずれが生じる場合がある。この場合でも、前述の構成により、レンズホルダ7のx方向の移動に伴う可動ガイド部材115と連結部材124とのy方向およびz方向への相対的移動を吸収することができる。
121は、摩擦部材101と振動子104との間の摺動摩擦によって発生した摩耗粉を吸着するための粘着部材121である。粘着部材121は、その表面に粘着性を有しており、摩耗粉を吸着しやすい構成となっている。粘着部材121は、摩擦部材101に貼られている(摩擦部材101の摺動面101aに設けられている)。123は、摩擦部材101の振動を減衰させるための減衰部材である。減衰部材123は、固定ガイド部材113の摩擦部材101側の面に貼られており、摩擦部材101と固定ガイド部材113との間に押しつぶされた状態で保持されている。
次に、図3(a)乃至図3(d)を参照して、振動型モータ100の要部の構造および効果について説明する。図3(a)乃至図3(d)は、振動型モータ100の構成図である。
図3(a)は、振動型モータ100の斜視図を示す。111は付勢部材111であり、4か所にバネ110がかかっている。振動子104を保持している第1の保持部材105は、薄板部材108を介して第2の保持部材107に連結されている。摩擦部材101には粘着性を有する粘着部材121が貼られており、摩擦部材101と振動子104との間の摺動摩擦で発生した摩耗粉を吸着できるように構成されている。振動型モータ100において、摩擦部材101は固定され、振動子104、第1の保持部材105、第2の保持部材107、薄板部材108、バネ110、および付勢部材111はそれぞれx方向に移動する、所謂振動子可動方式の振動型モータである。
図3(b)は、振動型モータ100を+Z方向から見た図を示す。A−Aは摩擦部材101のy方向の中央位置、B−Bは摩擦部材101のx方向の中央位置に相当する。図3(c)は、図3(b)中のA−A断面図である。可動ガイド部材115には、転動ボール114をX方向に転動ガイドする可動ガイド部溝部115aが形成されている。113は、固定ガイド部材である。固定ガイド部材113には、転動ボール114をX方向に転動ガイドするガイド溝部113aが形成されている。転動ボール114がバネ110の加圧力によってガイド溝部113aと第2のガイド溝部部115aに挟持された状態で転動することで、可動ガイド部材115は、固定ガイド部材113に対して低負荷を保ったままX方向に直進移動することができる。
112は、固定ガイド部材113と摩擦部材101とを保持するベース部材である。固定ガイド部材113は、ビス118でベース部材112に固定される。固定ガイド部材113の+Z方向には、摩擦部材101が配置されている。105は第1の保持部材、117はフレキシブル基板である。第1の保持部材105は、固定部105aで振動子104と固定される。フレキシブル基板117は、+X方向に延伸するフレキシブル基板117を−X方向に折り返すUターン部117aを有する。第2の保持部材107は、Uターン部117aによってZ方向に発生するフレキシブル基板117からの折り曲げ反力をUターン受け部107bで受けている。
本実施形態において、振動子104、第1の保持部材105、薄板部材108、第2の保持部材107、緩衝部材106a、基材プレート106b、バネ110、付勢部材111、および可動ガイド部材115が一体化されて可動部が構成される。圧電素子103に駆動電圧が印加されると、固定されている摩擦部材101およびベース部材112に対して、可動部がX方向または−X方向に移動する。
図3(d)は、図3(b)中のB−B断面図を示す。バネ110の加圧力は、基材プレート106bと緩衝部材106aとを介し、振動子104を摩擦部材101にZ方向に加圧する力となる。そして、振動板102の接触部102bは、摩擦部材101に対し加圧された状態で接触する。摩擦部材101の摺動面(接触面)101aには、粘着性を有する粘着部材121が貼られている。これにより、振動子104と摩擦部材101との摺動摩擦によって発生した摩耗粉を粘着部材121で吸着することができる。
フレキシブル基板117は、Uターン部117aで−X方向から+X方向に折り返している。フレキシブル基板117は、Uターン部117aで折り返しているため、Z方向に折り返し反力が発生する。第2の保持部材107には、この折り返し反力を受けるためのUターン受け部107bが設けられている。フレキシブル基板117がUターン受け部107bと当接することで、Uターン部117aで−X方向から+X方向に折り返す形状を保つことができる。可動ガイド部材115は、突起部115dを備え、ガタ寄せバネ125を保持している。可動ガイド部材115は、ガタ寄せバネ125でx方向にガタ寄せされた状態で連結部材124に連結されている。
次に、図4を参照して、粘着部材121と摩擦部材101との関係について説明する。図4は、粘着部材121と摩擦部材101との関係の説明図である。
101bは、振動板102の接触部102bの移動範囲(相対移動範囲)である。なお本実施形態において、振動板102の接触部102bは一つであるが、複数の接触部を有していてもよい。粘着部材121には、接触部102bの移動範囲101bを避ける開口部121aが形成されている。接触部102bの移動範囲101bを粘着部材121で囲うことで、摩擦部材101と接触部102bとの摺動摩擦により発生した摩耗粉は、開口部121aの内部に留まりやすくなる。これにより、摩耗粉が振動型モータ100の外へ出ることを防ぐことができる。また、開口部121aのx方向両端には、切り欠き部121cが形成されている。これにより、固定部105aが粘着部材121と接触することを防ぐことができる。
摩擦部材101は、振動板102の振動により振動板102に対して移動する。本実施形態において、振動板102は圧電素子103により超音波振動が励起され、摩擦部材101は超音波振動により振動板102に対して移動する。摩擦部材101は、接触部102bの移動範囲101bの領域においてy方向の幅が狭く、この領域を第1の領域101cと称する。第1の領域101cには、摩擦部材101のy方向外側において、図5を参照して後述する規制部113bを設ける必要がある。このため、第1の領域101cではy方向の幅が狭くなっている。
第1の領域101cのx方向両端には、y方向の幅が広い第2の領域101dが形成されている。第2の領域101dには、摩擦部材101は第2の領域101dにてベース部材112に固定される。このため、第2の領域101dには固定穴を形成する必要があり、第2の領域101dは第1の領域101cに対してy方向の幅が広くなっている。
第1の領域101cは、y方向の幅が狭いため、第2の領域101dに比べて剛性が弱い。このため、振動子104の振動によって共振振動が発生しやすい。摩擦部材101は金属、粘着部材121は樹脂基材の両面テープで構成されるため、摩擦部材101に比べて粘着部材121のほうが減衰性が高い。そこで、第1の領域101cに減衰性の高い粘着部材121を貼ることにより、共振振動を抑制することができる。
121dは、粘着部材121のX方向長さである。X方向長さ121dは、第1の領域101cよりも長い。本実施形態の振動型モータ100は、粘着部材121を第1の領域101cよりも大きくすることで、共振振動が発生しやすい第1の領域101cの減衰性を高くし、共振振動を抑制することができる。
次に、図5を参照して、粘着部材121と振動板102と規制機構122との関係について説明する。図5は、粘着部材121と振動板102と規制機構122との関係の説明図である。
まず、振動板102の部位について説明する。振動板102は、圧電素子103と反対側の−z方向に向けて突出する突起部102aを備える。突起部102aは、接触部102bと平坦部102cと側壁部102dとからなる。接触部102bは、摩擦部材101の摺動面101aと接触する。平坦部102cは、接触部102bと側壁部102dとの間に形成されている。
126は、摩擦部材101の摺動面101aと振動板102の接触部102bとの間の摺動摩擦により発生する摩耗粉である。摩耗粉126は、接触部102bで発生し、摺動面101aと平坦部102cとの間を通って外側に出てくる。摩耗粉126は、摺動面101aと平坦部102cとの間を通る過程において、z方向の高さがある程度抑えられた状態で出てくるため、摺動面101aから平坦部102cまでの高さと略同じ高さとなる。
121は、表面に粘着性を有する粘着部材(吸着シートなど)である。121aは、接触部102bの移動範囲101bを避けるための開口部である。接触部102bは、開口部121aで囲まれている。このため、摩擦部材101と接触部102bとの摺動摩擦により発生した摩耗粉126は、開口部121aの内部に留まりやすくなる。また、粘着部材121の高さは、摺動面101aから平坦部102cまでの高さよりも厚くなるように設定されている。摺動面101aと平坦部102cとの間を通って出てきた摩耗粉126よりも、粘着部材121のほうがz方向の高さが高い。このため、摩耗粉126が粘着部材121を乗り越えて振動型モータ100の外へ出る確率を下げることができる。
107aは、第2の保持部材107に設けられた当接部107aである。113bは、固定ガイド部材113に設けられた規制部である。当接部107aと規制部113bとにより、摩擦部材101の方向への振動板102の移動を規制する規制機構122が構成される。規制機構122は、振動板102よりも外側に設けられている。当接部107aと規制部113bとの間には、所定量の隙間が設けられている。振動板102が所定量の隙間以上に摩擦部材101のほうへ移動しようとすると、当接部107aと規制部113bとが当接することにより、振動板102が摩擦部材101にそれ以上近づかないように構成されている。これにより、衝撃などにより振動板102が摩擦部材101に近づき過ぎて、振動子104や薄板部材108が破損することや、転動ボール114がガイド溝部113aと可動ガイド溝部115aとの間から脱落することを防ぐことができる。
粘着部材121の開口部121aは、振動板102の側壁部102dよりも外側に設けられている。また、粘着部材121の端部121bは、規制機構122よりも内側に設けられている。振動板102は、突起部102aが摩擦部材101の方向に突出した形状となっている。このため、z方向で摩擦部材101と振動板102とに挟まれ、y方向で側壁部102dと規制機構122とに挟まれた空間は何も部材が存在せず、スペースが空いている。そこで本実施形態の振動型モータ100は、粘着部材121を側壁部102dと規制機構122とに挟まれた領域に配置することにより、空いたスペースを有効活用して振動型モータ100を大型化することなく摩耗粉126を吸着することを可能としている。
また、粘着部材121の端部121bは、摩擦部材101よりも外側に形成されている。これにより、摩耗粉が摩擦部材101と固定ガイド部材113の隙間に入り込むことを低減することができる。また、摩擦部材101と固定ガイド部材113との間の隙間に入り込んだ摩耗粉126が外へ出てしまう確率を下げることができる。
以上、図1乃至図5を参照して説明したように、本実施形態の振動型モータ100には、摩擦部材101の摺動面101aにおいて、粘着性を有する粘着部材121が設けられている。粘着部材121には、接触部102bの移動範囲101bを囲うような開口形状を形成し、端部121bは摩擦部材101より外側に形成されている。これにより、摩耗粉が振動型モータの外へ出にくい振動型モータ100を実現することができる。
なお本実施形態では、フォーカスレンズ4を振動型モータ100により駆動させる駆動対象としたが、撮像装置10における光学系(フォーカスレンズ4などの撮像光学系の少なくとも一部)以外を駆動対象としてもよい。例えば、撮像素子5を駆動対象とし、撮像光学系の光軸6と直交する方向に撮像素子5を駆動させるために振動型モータ100を用いてもよい。その他、本発明が適用可能な電子機器は、撮像装置10に限定されず、撮像装置10以外の電子機器における構成部品を駆動対象として、この駆動対象を駆動させるために振動型モータ100を用いる構成でもよい。
本実施形態によれば、摩耗粉が外へ出にくい振動型モータ、レンズ装置、および、電子機器を提供することができる。
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。
100 振動型モータ
101 摩擦部材
101a 摺動面(接触面)
101b 接触部の移動範囲
102 振動板
102a 突起部
102b 接触部
102c 平坦部
102d 側壁部
103 圧電素子
121 粘着部材
121a 開口部
121b 端部

Claims (9)

  1. 圧電素子により振動する振動板と、
    前記振動板との接触面を有し、前記振動板の振動により前記振動板に対して移動する摩擦部材と、
    前記摩擦部材の前記接触面に設けられた粘着部材と、を有し、
    前記振動板は、前記圧電素子の反対側に向けて突出する突起部を有し、
    前記突起部は、側壁部と、前記接触面と接触する少なくとも一つの接触部と、前記接触部と前記側壁部との間に設けられた平坦部と、を有し、
    前記粘着部材には、前記接触部の移動範囲を避ける開口部が設けられ、
    前記粘着部材の前記開口部は、前記側壁部よりも外側に設けられ、
    前記粘着部材の端部は、前記摩擦部材よりも外側に設けられていることを特徴とする振動型モータ。
  2. 前記振動板よりも外側に設けられた、前記摩擦部材の方向への前記振動板の移動を規制する規制機構を更に有し、
    前記粘着部材の前記端部は、前記規制機構よりも内側に設けられ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. 前記接触面に前記接触部が接触した状態において、前記粘着部材は、前記接触面から前記平坦部までの長さよりも厚い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. 前記摩擦部材は、幅が狭い第1の領域と、前記第1の領域の両端に形成された幅が広い第2の領域と、を有し、
    前記粘着部材は、前記第1の領域よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の振動型モータ。
  5. 前記振動板は、前記圧電素子により超音波振動が励起され、
    前記摩擦部材は、前記超音波振動により前記振動板に対して移動することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の振動型モータ。
  6. 前記振動板の前記接触部は、前記粘着部材の前記開口部で囲まれていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の振動型モータ。
  7. 前記粘着部材は、前記摩擦部材の前記接触面と前記振動板の前記接触部との間の摺動摩擦により発生する摩耗粉を吸着することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の振動型モータ。
  8. 請求項1乃至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り駆動される光学系と、を有することを特徴とするレンズ装置。
  9. 請求項1乃至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り駆動される駆動対象と、を有することを特徴とする電子機器。
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