JP2022114998A

JP2022114998A - 振動波駆動装置

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Publication number: JP2022114998A
Application number: JP2021011537A
Authority: JP
Inventors: 耕平唐澤; Kohei Karasawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-08-08
Also published as: US20220239237A1

Abstract

【課題】振動子を保持する保持部材の振動を抑制しつつ、良好な駆動特性を維持可能な振動波駆動装置を提供すること。【解決手段】振動波駆動装置は、振動子と、振動子を加圧する加圧手段と、加圧手段による加圧力を振動子に伝達する伝達部材と、振動子を保持する保持部材と、保持部材と伝達部材とを連結する粘弾性部材とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、振動波駆動装置に関し、レンズ交換式のデジタル一眼レフカメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、レンズ交換式のデジタルビデオカメラ等に好適なものである。

圧電素子の変形を駆動源とする振動波駆動装置（超音波モータ）が駆動する際、振動子が摩擦部材に摩擦接触することで発生する振動が振動子を保持する保持部材に伝達され、保持部材がロッキング振動を起こし異音が発生することがある。特許文献１には、振動子と保持部材との間に緩衝部材を設ける振動波駆動装置が開示されている。また、特許文献２には、振動子からの不要な振動を抑制するための振動抑制部材を設ける振動波駆動装置が開示されている。

特開２０１６－１９３５４号公報特開２０１０―１５８１２７号公報

しかしながら、特許文献１の振動波駆動装置では、保持部材が直接加圧されるため、圧電素子が振動子から剥離し、駆動特性が損なわれる可能性がある。また、特許文献２の振動波駆動装置では、保持部材の振動を抑制することができないため、異音が発生する可能性がある。

本発明は、振動子を保持する保持部材の振動を抑制しつつ、良好な駆動特性を維持可能な振動波駆動装置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波駆動装置は、振動子と、振動子を加圧する加圧手段と、加圧手段による加圧力を振動子に伝達する伝達部材と、振動子を保持する保持部材と、保持部材と伝達部材とを連結する粘弾性部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、振動子を保持する保持部材の振動を抑制しつつ、良好な駆動特性を維持可能な振動波駆動装置を提供することができる。

実施例１の保持部材とその周辺部材の説明図である。実施例１の保持部材と従来例の保持部材との比較図である。実施例１の伝達部材と従来例の伝達部材との比較図である。振動子の振動モードの説明図である。実施例１の振動波駆動装置の断面図である。実施例１の粘弾性部材の位置を示す図である実施例２の保持部材とその周辺部材の説明図である。実施例２の保持部材と従来例の保持部材との比較図である。実施例２の伝達部材と従来例の伝達部材との比較図である。実施例２の振動波駆動装置の断面図である。実施例３の撮像装置の断面図である。従来例の振動波駆動装置の斜視図である。従来例の振動波駆動装置の駆動力取り出し部の断面図である。従来例の振動波駆動装置の分解斜視図である。従来例の振動波駆動装置の断面図である。

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。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

各実施例では、振動子及び摩擦部材の相対的な移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸に直交し、振動子を摩擦部材に対して加圧する方向（加圧方向）をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。なお、各実施例の座標系は説明の便宜上のものであって、本発明はこれに限定されない。

図１２乃至図１５を参照して、従来の振動波駆動装置の問題点について説明する。図１２乃至図１５はそれぞれ、従来例の振動波駆動装置１０００の、斜視図、駆動力取り出し部の断面図、分解斜視図、及びＸ軸方向の断面図である。

振動波駆動装置１０００は、直動タイプのリニアアクチュエータで、Ｘ軸方向への駆動力を発生させる。被駆動部１７に設けられた連結用突起部１７ａは、ムーブプレート１６に設けられた溝形状の駆動力取り出し部１６ａに挿入される。これにより、振動波駆動装置１０００は、被駆動部１７に連結され、被駆動部１７をＸ軸方向へ駆動することができる。

引っ張りコイルバネ７は、加圧プレート８をＹ軸方向へ付勢する。伝達部材６は、Ｙ軸方向において加圧プレート８から圧電素子１の側に加圧力を受け、フェルト５を介して振動子３に加圧力を伝達する。

ここで、振動波駆動装置１０００が駆動力を発生させるメカニズムについて説明する。振動波駆動装置１０００は、接着剤等により互いに固着された圧電素子１及びボスプレート２から構成される振動子３を有する。フレキシブル基板１２は、異方性導電ペースト等で機械的及び電気的に圧電素子１に接続される。圧電素子１には、２つの電極が設けられている。２つの電極にそれぞれ位相の異なる２相の高周波電圧を印加すると、振動子３には図４（ａ），（ｂ）に示される２つの振動モードが発生する。図４（ａ）は、振動子３がＹ軸方向へ曲げ振動する突き上げ振動モードにおける振動子３の変形状態を示している。色の濃淡は、Ｙ軸方向の変化を表している。突き上げ振動モードでは、振動子３は圧電素子１との接合部である中央の矩形部の短辺方向において１次の曲げ変形をし（２つの振動の節を有し）、長辺方向において変形しない（振動の節を有しない）。図４（ｂ）は、振動子３が矩形部の長辺方向において２次の曲げ変形をし（３つの振動の節を有し）、短辺方向において変形しない（振動の節を有しない）送り振動モードにおける振動子３の変形状態を示している。圧電素子１に設けられた２つの電極に時間的な位相差π／２をもって電圧を印加すると、２つの振動モードが時間的にズレて重なり合うため、ボスプレート２の突起部（凸部）２ａには楕円運動が発生する。圧電素子１に印加する高周波電圧の周波数や位相を変えることで、楕円運動の回転方向や楕円比を適宜変化させ、振動子３に所望の動きをさせることができる。振動子３は、ベース部材１３に固定された摩擦部材１４に摩擦接触することで、摩擦部材１４に対して相対的に移動する駆動力を発生させることができる。すなわち、振動子３は、摩擦部材１４に対して、Ｘ軸方向へ相対的に移動可能となる。ボールベース１５は、摩擦部材１４に対して振動子３と反対側に配置されている。ボールベース１５とムーブプレート１６との間には、３つの転動ボール（不図示）が配置されている。

以下、振動子３を保持する保持部材４と保持部材保持枠１１の連結について説明する。ボスプレート２には、Ｘ軸方向へ離間した２つの穴部２ｂが設けられている。保持部材４は、２つの穴部２ｂに対向する固定用のピン４ａを有する。ピン４ａは、穴部２ｂに挿入された後、接着剤等によって固定される。保持部材保持枠１１は、ネジによりムーブプレート１６に連結されると共に、保持部材４に係合する。

保持部材４のＸ軸方向の各端部において、ローラー部材９を挟んで内側に保持部材４、外側に保持部材保持枠１１が配置されている。板バネ１０は、接着等により保持部材保持枠１１に固定され、ローラー部材９を介して保持部材４をＸ軸方向へ付勢する。すなわち、保持部材４は、ローラー部材９を介して保持部材保持枠１１に付勢される。保持部材４は、Ｘ軸方向へ付勢されるだけでなく、ローラー部材９の転動によってＹ軸方向へ移動可能である。すなわち、保持部材保持枠１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へイコライズ可能である。

以上説明した構成により、保持部材４と保持部材保持枠１１の連結では、駆動方向であるＸ軸方向においてガタの発生がなく、Ｙ軸方向においてローラー部材９の転動作用により摺動抵抗がほとんど発生しない。

しかしながら、従来例の振動波駆動装置１０００では、保持部材４にはＹ軸方向において摺動抵抗がほとんど発生しないため、他の部材からの振動等により励振が起こると、保持部材４の図１５の矢印方向のロッキング振動が起こりやすい。

図１は、本実施例の保持部材とその周辺部材の説明図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）はそれぞれ、保持部材とその周辺部材の斜視図及び分解斜視図である。本実施例では、従来例の構成と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

本実施例の振動波駆動装置１００は、従来例の保持部材４及び伝達部材６とは異なる形状の保持部材４１及び伝達部材６１を有する。また、本実施例の振動波駆動装置１００は、粘弾性部材１８を有する。

伝達部材６１は、加圧力を圧電素子１に直接伝達する。粘弾性部材１８は、保持部材４１と伝達部材６１とを連結する。ここで、粘弾性部材１８は、高減衰性を有する部材であり、例えば主成分にエラストマー系を用いる接着剤やブチルゴム等である。

図２は、本実施例の保持部材４１と従来例の保持部材４との比較図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）はそれぞれ、本実施例の保持部材４１及び従来例の保持部材４を示している。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、上図は斜視図、下図は側面図である。図３は、本実施例の伝達部材６１と従来例の伝達部材６との比較図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）はそれぞれ、本実施例の伝達部材６１及び従来例の伝達部材６を示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、上図はＹ軸方向の＋側から見た図、下図はＹ軸方向の－側から見た図である。

保持部材４１には、Ｘ軸方向（第１の方向）から見て凹形状である切り欠き部（連結部）４１ａが設けられている。伝達部材６１には、切り欠き部４１ａにある程度の隙間をもって嵌る腕部６１ａが設けられている。また、伝達部材６１の圧電素子１側の面には、振動子３に当接する４つの凸部６１ｂが設けられている。

以下、図４を参照して、凸部６１ｂの位置について説明する。図４（ｃ）は、振動子３の２つの振動モードにおいて振動子３に励振される複数の定在波振動におけるそれぞれの節が互いに交差し重なり合う共通の節を示している。図４（ａ）において、振動子３の中央は曲げ振動の変位が最も大きい（振動振幅が最も大きい）部分（振動の腹）である。また、図４（ａ）のＬ１，Ｌ２で示される部分は、曲げ振動の変位がほとんどゼロの部分（振動の節）である。これらの節が点で存在する場合は節点とも呼ぶ。なお、本実施例のように矩形板の振動では、節が点で存在するのではなく線状に形成されるので、本発明ではこれらの節を特に節線と呼ぶ（振動板が円板の場合、半径方向に形成される節線は、同心円状になるので、この場合は節円と呼ぶ）。また、図４（ｂ）の節線Ｌ３～Ｌ５は、節線Ｌ１，Ｌ２と直交する方向に沿って形成される。図４（ｃ）には、２つの振動モードの節線Ｌ１～Ｌ５が示されている。節線Ｌ１，Ｌ２と節線Ｌ３～Ｌ５との交点、すなわち２つの振動モードの共通の節が共通節点Ｑ１～Ｑ６である。凸部６１ｂは、共通節点Ｑ１～Ｑ６の何れかの位置に設けられる。本実施例では、凸部６１ｂは、共通節点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６の位置に設けられている。

以下、図１及び図５を参照して、本実施例の構成の効果について説明する。図５は、振動波駆動装置１００の断面図である。本実施例では、伝達部材６１は、振動子３の２つの振動モードの共通節点のうち、振動子３の支持部分と異なる共通節点を直接加圧する。すなわち、伝達部材６１は、Ｙ軸方向において加圧プレート８から圧電素子１の側に加圧力を受け、凸部６１ｂを介して圧電素子１に加圧力を伝達する。このとき、凸部６１ｂは振動子３の共通節点に当接しているため、伝達部材６１は振動の影響を受けずに振動子３を加圧することができる。これにより、伝達部材６１を安定させることができる。また、本実施例では、振動子３の両側の共通節点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６、すなわち振動子３の短手方向の中心線に対して対称に配置された共通節点を加圧する。これにより、伝達部材６１が振動子３の全域にわたり加圧力を伝達することができるため、駆動特性の悪化を抑制することが可能である。

以上説明したように、伝達部材６１は実質的に振動子３と一体化し、駆動中も安定するため、粘弾性部材１８と共にダンパーとして機能する。これにより、保持部材４１のロッキング振動を抑制し、異音の発生を抑制することが可能である。

なお、本実施例では、４つの凸部６１ｂが設けられているが、本発明はこれに限定されない。ただし、伝達部材６１を安定させることができる数、すなわち少なくとも３つ以上の凸部６１ｂを設けることが好ましい。また、本実施例では、共通節点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６を加圧するが、本発明はこれに限定されない。ただし、振動子３の全域にわたり加圧力を伝達するために、振動子３の短手方向の中心線に対して対称に配置された共通節点を加圧することが好ましい。また、このような共通節点に振動子３の長手方向における両側に近い共通節点が含まれていることがより好ましい。

以下、粘弾性部材１８で保持部材４１と伝達部材６１とを連結する位置について説明する。粘弾性部材１８は、伝達部材６１の腕部６１ａの側面と保持部材４１の切り欠き部４１ａの側面とを連結する。すなわち、粘弾性部材１８は、Ｚ軸方向（第２の方向）において、保持部材４１と伝達部材６１との間に配置される。これにより、粘弾性部材１８として例えばシリコーン樹脂系接着剤等の塗布後に収縮する部材を使用した場合でも、収縮による力は側面に働き、保持部材４１のピン４１ｂとボスプレート２の穴部２ｂには力が働かない。そのため、圧電素子１とボスプレート２の剥がれ等による駆動特性の悪化を抑制することができる。また、粘弾性部材１８は、保持部材４１と加圧プレート８とを連結するように設けられていることが好ましい。これにより、保持部材４１の振動をより抑制することが可能である。

本実施例では、各部材を組み立てた後、図６の矢印が示す位置に粘弾性部材１８を配置する。すなわち、伝達部材６１が加圧力を受けて安定していることを確認した後、粘弾性部材１８で保持部材４１と伝達部材６１とを連結する。これにより、伝達部材６１が傾いた状態で連結する等の駆動特性を悪化させる要因を取り除くことが可能である。

図７は、本実施例の保持部材４２とその周辺部材の説明図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）はそれぞれ、保持部材４２とその周辺部材の斜視図及び分解斜視図である。本実施例では、実施例１との変更点について説明する。また、本実施例では、従来例及び実施例１の構成と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

本実施例の振動波駆動装置１００は、実施例１の保持部材４１、伝達部材６１、及び粘弾性部材１８とは異なる形状の保持部材４２、伝達部材６２、及び粘弾性部材１８２を有する。

図８は、本実施例の保持部材４２と従来例の保持部材４との比較図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）はそれぞれ、本実施例の保持部材４２及び従来例の保持部材４を示している。図９は、本実施例の伝達部材６２と従来例の伝達部材６との比較図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）はそれぞれ、本実施例の伝達部材６２及び従来例の伝達部材６を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）において、上図はＹ軸方向の＋側から見た図、下図はＹ軸方向の－側から見た図である。

保持部材４２には、Ｚ軸方向に沿ってＹ軸方向に直交するＸ－Ｚ平面に粘弾性部材１８２を配置可能な形状の溝部（連結部）４２ａが設けられている。伝達部材６２には、溝部４２ａにある程度の隙間をもって嵌る矩形部６２ａが設けられている。また、伝達部材６２の圧電素子１の側の面には、３つの凸部６２ｂが設けられている。本実施例では、凸部６２ｂは、図４（ｃ）に示される共通節点Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５を加圧する。

本実施例では、振動波駆動装置１００の組み立て方法が実施例１と異なる。以下、図７及び図１０を参照して、本実施例の振動波駆動装置１００の組み立て方法について説明する。図１０は、本実施例の振動波駆動装置１００の断面図である。本実施例では、粘弾性部材１８２は、Ｙ軸方向において、保持部材４２と伝達部材６２との間に配置される。本実施例では、粘弾性部材１８２は、例えばウレタンゴム等の高減衰性と収縮しない特性を有し、Ｙ軸方向の厚みを調整可能な材料である。そのため、伝達部材６２の凸部６２ｂが圧電素子１に確実に接触するように、粘弾性部材１８２の厚みをコントロールすれば、組み立ての最後に粘弾性部材１８２を保持部材４２と伝達部材６２との間に配置する必要はない。すなわち、保持部材４２の溝部４２ａに粘弾性部材１８２を事前に配置することができるため、組み立て性を向上させることが可能である。また、収縮しない粘弾性部材１８２を使用することで、不要な力が保持部材４２のピン４２ｂ及びボスプレート２の穴部２ｂに加わらないので、圧電素子１とボスプレート２との剥がれ等による駆動特性の悪化を抑制することができる。

図１１は、実施例１又は実施例２の振動波駆動装置１００を備える撮像装置（光学機器）の断面図である。本実施例の撮像装置は、撮像レンズ部２００及びカメラボディ３００を備える。撮像レンズ部２００の内部には、振動波駆動装置１００と、振動波駆動装置１００に取り付けられた合焦レンズ４００が配置されている。カメラボディ３００の内部には、撮像素子５００が配置されている。合焦レンズ４００は、撮影時に振動波駆動装置１００により光軸Ｏに沿って移動する。被写体像は撮像素子５００の位置で結像し、撮像素子５００は合焦した像を生成する。なお、本実施例では振動波駆動装置１００は撮像装置に搭載されているが、本発明はこれに限定されない。振動波駆動装置１００は、例えば、レンズユニット等の他の光学機器に搭載されてもよいし、光学機器とは異なる装置に搭載されてもよい。また、本実施例では撮像レンズ部２００及びカメラボディ３００は一体的に構成されているが、本発明はこれに限定されない。撮像レンズ部２００は、カメラボディ３００に着脱可能に取り付けられてもよい。つまり、本発明でいうところの装置とは、各実施例の振動波駆動装置１００と、振動波駆動装置１００からの駆動力によって駆動する被駆動部材とを有する装置のことをいう。

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組合せ、変形及び変更が可能である。

３振動子
４１，４２保持部材
８加圧プレート（加圧手段）
１８，１８２粘弾性部材
６１，６２伝達部材
１００振動波駆動装置

Claims

振動子と、
前記振動子を加圧する加圧手段と、
前記加圧手段による加圧力を前記振動子に伝達する伝達部材と、
前記振動子を保持する保持部材と、
前記保持部材と前記伝達部材とを連結する粘弾性部材とを有することを特徴とする振動波駆動装置。
前記粘弾性部材は、前記保持部材と前記加圧手段とを連結することを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
前記伝達部材は、前記振動子に当接する少なくとも３つの凸部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
前記少なくとも３つの凸部は、前記振動子に励振される複数の定在波振動におけるそれぞれの節が互いに交差し重なり合う共通の節のうち、前記振動子の支持部分と異なる節に当接することを特徴とする請求項３に記載の振動波駆動装置。
前記少なくとも３つの凸部は、前記振動子の短手方向の中心線に対して対称に配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の振動波駆動装置。
前記保持部材は、前記粘弾性部材と連結するための連結部を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の振動波駆動装置。
前記連結部は、前記振動子を加圧する加圧方向に直交する第１の方向から見て凹形状であることを特徴とする請求項６に記載の振動波駆動装置。
前記粘弾性部材は、前記加圧方向及び前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記保持部材と前記伝達部材との間に配置されることを特徴とする請求項７に記載の振動波駆動装置。
前記連結部は、前記振動子を加圧する加圧方向に直交する方向に沿って前記加圧方向に直交する面に前記粘弾性部材を配置可能な形状であることを特徴とする請求項６に記載の振動波駆動装置。
前記粘弾性部材は、前記加圧方向において、前記保持部材と前記伝達部材との間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の振動波駆動装置。
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の振動波駆動装置と、
前記振動波駆動装置からの駆動力によって駆動する被駆動部材とを有することを特徴とする装置。
前記装置は、レンズを備える光学機器であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。