JP2023135439A - 振動波モータ、駆動装置、レンズ装置、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要振動による異音の発生を抑制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（１）は、振動子（２）と、振動子を摩擦接触させる摩擦部材（７）と、振動子を摩擦部材に当接させる第１方向の加圧力を振動子に与える第１加圧手段（９、１０、１１）と、振動子を保持する第１保持部材（８）と、第１保持部材を保持する第２保持部材（１２）と、振動子と摩擦部材とが発生推力により相対変位する第２方向の加圧力を第１保持部材に与える第２加圧手段（１８）とを有し、第１保持部材と第２保持部材は、第２加圧手段の加圧力により第２方向において当接し、第１保持部材と第２保持部材は、第１加圧手段の加圧力により第１方向に相対移動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動波モータ、駆動装置、レンズ装置、および撮像装置に関する。

従来、圧電体と弾性体を接着等で一体化させた振動子を加圧手段により摩擦部材に加圧接触させ、振動子を可聴周波数域より高い周波数の所望の変形モードで振動させることで推力を発生させる振動波モータが知られている。また、振動波モータにおいて、振動子を所定の周波数で振動させると、異音が発生することが知られている。このような異音が発生すると、振動波モータとしての品質が損なわれる。特許文献１には、振動子を所定の周波数で振動させることで生じた異音の発生を抑制する振動波モータが開示されている。

特開２０２１－２９６７号公報

特許文献１に開示された振動波モータは、不要振動に対して制振材が撓むことにより異音の発生を抑制するが、種々の固有振動モードに基づく異音の発生については考慮されていないため、異音の発生を十分に抑制することができない。

そこで本発明は、不要振動による異音の発生を抑制することが可能な振動波モータ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モータは、振動子と、前記振動子を摩擦接触させる摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に当接させる第１方向の加圧力を前記振動子に与える第１加圧手段と、前記振動子を保持する第１保持部材と、前記第１保持部材を保持する第２保持部材と、前記振動子と前記摩擦部材とが発生推力により相対変位する第２方向の加圧力を前記第１保持部材に与える第２加圧手段とを有し、前記第１保持部材と前記第２保持部材は、前記第２加圧手段の加圧力により前記第２方向において当接し、前記第１保持部材と前記第２保持部材は、前記第１加圧手段の加圧力により前記第１方向に相対移動可能である。

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、不要振動による異音の発生を抑制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。

本実施形態における振動波モータの斜視図である。 本実施形態における振動波モータの分解斜視図である。 本実施形態における振動波モータの平面図および断面図である。 本実施形態における振動子の説明図である。 本実施形態における振動子保持枠と可動部外枠との関係の説明図である。 本実施形態における振動子保持枠と可動部外枠との関係の説明図である。 本実施形態における振動子保持枠と可動部外枠との関係の説明図である。 本実施形態における振動子保持枠と可動部外枠との関係の説明図である。 本実施形態における不要振動の抑制作用の説明図である。 本実施形態における振動波モータを備えた撮像装置の概略図である。

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。

まず、図１（Ａ）、（Ｂ）乃至図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して、本実施形態における振動波モータ１について説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は振動波モータ１の斜視図であり、図１（Ａ）は振動波モータ１を表面側から見た図、図１（Ｂ）は裏面側から見た図をそれぞれ示す。図２は、振動波モータ１の分解斜視図である。図３（Ａ）～（Ｃ）は、振動波モータ１の平面図および断面図であり、図３（Ａ）はｙ軸正方向から見た平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中のｘ－ｘ断面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）中のｚ－ｚ断面図をそれぞれ示す。

本実施形態では、図１（Ａ）に示されるように座標軸を定義する。ｘ軸は、振動波モータ１の推力発生方向の軸であり、振動子２と摩擦部材７とが相対変位する方向（第２方向）の軸である。ｙ軸は、振動子２を摩擦部材７に当接させる方向（第１方向）の軸である。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸とに直交する軸である。各軸回りの回転の自由度を、ｘ軸回りをｒｏｌｌ、ｙ軸回りをｙａｗ、ｚ軸回りをｐｉｔｃｈとする。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の状態からｚ軸回りに１８０度回転させた振動波モータ１の裏面側から見た斜視図を示す。

ベース部材５は、振動波モータ１の固定部である。フレキシブル基板６は、振動子２に二相の高周波電圧を印加するために設けられており、異方性導電ペースト等で圧電体４に機械的および電気的に接続されている。摩擦部材７は、二本のビス７ａでベース部材５に固定される。振動子保持枠（第１保持部材）８は、振動子２の固定腕部２ｃ、２ｄを接着等で固定し、振動子２と一体化されている。加圧仲介部材９は、振動子２と直接接触するフェルト９ａと、加圧力を直接受ける高剛性部材９ｂとを有する。フェルト９ａは、振動子２に励起される振動を阻害せずに加圧力を伝える。四本の引張りコイルバネ１０は、加圧力を発生させる。加圧板１１は、四本の引張りコイルバネ１０の力を受ける。加圧板１１は基準長穴１１ａを有し、加圧仲介部材９は基準長穴１１ａと係合する基準ピン９ｃとその両側に当接円筒面９ｄを有し、加圧板１１の裏面は当接円筒面９ｄと接触している。その当接位置は、後述の図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、振動子２の前後対称面内Ｃに位置している。

可動部外枠（第２保持部材）１２は、振動子保持枠８を保持する。ガイド部材１３は、四本のビス１５にてベース部材５に固定される。可動部材１４は、四本の引張りコイルバネ１０の加圧力を受ける。可動部材１４には、ｘ軸方向の二本の直進ガイド溝１４ａが設けられている。ガイド部材１３には、二本の直進ガイド溝１４ａに対応するガイド溝１３ａが設けられている。二本の直進ガイド溝１４ａとガイド溝１３ａとの間には、二個の転動ボール１７が挟み込まれて四本の引張りコイルバネ１０による加圧力を受けている。可動部材１４と可動部外枠１２は、二本のビス１６にて一体化されている。この構成により、可動部外枠１２は、ｘ軸方向（第２方向）に直動案内されている。

付勢板バネ（第２加圧手段）１８は、可動部外枠１２と一体化され、発生推力方向（第２方向）において振動子保持枠８に加圧力を与えている。連結部材１９は、被駆動体に振動波モータ１の推力を伝える。可動部材１４には、コの字部１４ｃとＶ字面を有する長溝部１４ｂが設けられている。連結部材１９には、球面突起１９ａが設けられている。圧縮コイルばね２０により球面突起１９ａと長溝部１４ｂのＶ字面とが当接することで、可動部材１４と連結部材１９は係合している。連結部材１９は、図示しない公知の直動案内機構により支持された被駆動体にビス等で位置決め固定されている。

前述のように、二本のビス１６にて一体化された可動部材１４と可動部外枠１２は、ガイド溝１３ａに二個の転動ボール１７を介して二本の直進ガイド溝１４ａが四本の引張りコイルバネ１０により当接させられている。したがって、第２方向に相対移動可能であって、かつ球面突起１９ａと長溝部１４ｂのＶ字面との係合により直進ガイドを中心とする回転が規制されることで、ｙｚ平面内での姿勢が決定される。また、ｙｚ平面内での姿勢が決定されている可動部材１４に係合する四本の引張りコイルバネ１０が加圧板１１と加圧仲介部材９とを介して振動子２を摩擦部材７に当接させている。このように、加圧仲介部材９、引張りコイルバネ１０、および加圧板１１により、振動子２に第１方向の加圧力を与える加圧手段（第１加圧手段）が構成される。振動子２を摩擦部材７に所望の加圧力で確実に当接させることで、振動波モータ１の安定した駆動が可能となる。

次に、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して、振動子２の構成について説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）は振動子２の説明図であり、図４（Ａ）は振動子２をｙ軸負方向から見た平面図、図４（Ｂ）は振動子２の側面図をそれぞれ示す。振動子２は、振動板（弾性体）３と圧電体４とが接着剤等により固着されて構成されている。図４（Ａ）中の矩形Ａ×Ｂの領域は、駆動力発生部分に相当する。駆動突起２ａ、２ｂは、圧電体４に印加される二相の高周波電圧により、図４（Ｂ）に示されるようにその先端にｘｙ平面内に沿った楕円運動が励起される。駆動突起２ａ、２ｂに摩擦部材７が加圧接触されると、ｘ軸方向の推力が発生する。固定腕部２ｃ、２ｄは、振動子２を固定するために設けられている。Ｃは駆動突起２ａ、２ｂを含む駆動力発生部分Ａ×Ｂの駆動方向ｘ軸に直交する前後対称面、Ｄは左右対称面をそれぞれ示す。

次に、図５（Ａ）～図５（Ｄ）を参照して、振動子保持枠８と可動部外枠１２との関係について説明する。図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、振動子保持枠８と可動部外枠１２との関係の説明図である。

図５（Ａ）は、振動波モータ１として動作可能な状態での振動子保持枠８と可動部外枠１２と付勢板バネ１８との組み合わせ状態を示す斜視図である。図５（Ａ）において、関連する部材以外は不図示としており、座標軸も同一の方向を向いている。付勢板バネ１８は、可動部外枠１２への引掛け部１８ａと、撓むことで付勢力を発生しているバネ部１８ｂと、全体の強度を保つための連結部１８ｃと、取り付けの基準部１８ｄとからなる。

図５（Ｂ）は、可動部外枠１２単体の斜視図を示す。出張り部１２ａには、付勢板バネ１８の引掛け部１８ａが取りつく。基準突起部１２ｄには、付勢板バネ１８の基準部１８ｄが係合する。基準面１２ｅは、振動子保持枠８のｘ軸方向の位置の基準となる面（可動部外枠１２の第２基準面）であり、ｙ軸方向に所定の長さを有する平面部である。

図５（Ｃ）は、振動子保持枠８と付勢板バネ１８の斜視図を示す。付勢板バネ１８は、可動部外枠１２に取りついた状態である。なお図５（Ｃ）では、形状の理解を明瞭にするため、全体の強度を保つための連結部１８ｃを省略している。図５（Ｃ）の斜視図の方向は座標軸に示される。突起部８ｂは、付勢板バネ１８のｘ軸方向の加圧力を受ける。基準面８ｅは、振動子保持枠８のｘ軸方向の位置の基準となる面（振動子保持枠８の第１基準面）であり、ｚ軸方向に軸を持ち所定の長さを有する円筒面部である。

図５（Ｄ）は、振動子２を保持する振動子保持枠８と可動部外枠１２と付勢板バネ１８のｙ軸負方向から見た平面図であり、図４（Ａ）と同一方向視の図を示す。図５（Ｄ）において、二点鎖線Ｄ（推力発生位置に対して第２方向における線）は、推力を発生させる駆動突起２ａ、２ｂを含む左右対称面である。基準面８ｅは、振動子保持枠８のｚ軸方向に軸を持ち所定の長さを有する円筒面部８ｅ１、８ｅ２を有する。基準面１２ｅは、可動部外枠１２のｙ軸方向に所定の長さを有する平面部１２ｅ１、１２ｅ２を有する。円筒面部８ｅ１、８ｅ２と、平面部１２ｅ１、１２ｅ２とはそれぞれ、二点鎖線Ｄに対して対称（線対称）の二つの位置で当接するように配置されている。付勢板バネ１８の二つのバネ部１８ｂの合力は、二点鎖線Ｄ上で振動子保持枠８の突起部８ｂに加圧力を加えることで、振動子保持枠８と可動部外枠１２はｘ軸方向に一体化されている。

次に、図６（Ａ）～（Ｃ）を参照して、不要振動の抑制作用について説明する。図６（Ａ）～（Ｃ）は、不要振動の抑制作用の説明図である。なお図６（Ａ）～（Ｃ）では、図５（Ａ）と同様に説明に関連する部材以外は省略している。前述のように、可動部外枠１２は、可動部材１４を介してｙｚ平面内での姿勢が決定され安定している。

図６（Ａ）を参照して、ｙ軸に沿った上下方向に不要振動が生じた場合の抑制作用を説明する。ベクトルＦｎは、不要振動の最大の力のベクトルである。つまり、この瞬間に下向きの力が振動子２を保持する振動子保持枠８に働いているとする。このとき、摩擦力ｆ１は可動部外枠１２から振動子保持枠８が受ける摩擦力である。摩擦力ｆ２は付勢板バネ１８から振動子保持枠８が受ける摩擦力である。摩擦力ｆ１、ｆ２が最大静止摩擦力より大きくなければ、上下方向の不要振動は発生しない。一方、摩擦力ｆ１、ｆ２が最大静止摩擦力を越えた場合、滑りながらの動摩擦力が働き、上下方向の不要振動の振動エネルギーを減衰させることができるため、異音の発生を抑制することができる。

図６（Ｂ）を参照して、ｚ軸周りの回転であるｐｉｔｃｈ周りの不要振動について説明する。ベクトルＭｎは、不要振動の最大のモーメントのベクトルである。このモーメントに対して、摩擦力ｆ３は可動部外枠１２から振動子保持枠８が受ける摩擦力であり、摩擦力ｆ４は付勢板バネ１８から振動子保持枠８が受ける摩擦力である。摩擦力ｆ３、ｆ４は互いに逆の方向を向いている。図６（Ａ）と同様に、摩擦力ｆ３、ｆ４が最大静止摩擦力より大きくなければ、ｐｉｔｃｈ周りの不要振動は発生しない。一方、摩擦力ｆ３、ｆ４が最大静止摩擦力を越えた場合には、滑りながらの動摩擦力が働き、ｐｉｔｃｈ周りの不要振動の振動エネルギーを減衰させることができるため、異音の発生を抑制できる。

図６（Ｃ）を参照して、振動子２を摩擦部材７に当接させて安定した駆動を行うためのｙ軸方向の加圧力Ｆと振動子保持枠８にｘ軸方向に作用する付勢板バネ１８による加圧力で生じるｙ軸方向の摩擦力について説明する。ｆｍは可動部外枠１２と振動子保持枠８との最大静止摩擦力であり、ｆｍ′は付勢板バネ１８と振動子保持枠８との最大静止摩擦力である。仮に振動子２と摩擦部材７とが離間した場合、加圧力Ｆが最大静止摩擦力ｆｍ、ｆｍ′の和よりも大きければ、振動子２を保持する振動子保持枠８は可動部外枠１２に対して下向きに移動可能であり、振動子２と摩擦部材７との当接が維持される。

次に、図５（Ｄ）を参照して、ｙ軸周りの回転であるｙａｗ周りの不要振動について説明する。振動子保持枠８と可動部外枠１２は、二点鎖線Ｄに対して対称の二か所で当接している。付勢板バネ１８の二つのバネ部１８ｂの合力は二点鎖線Ｄ上で振動子保持枠８に加圧力を加えることで、二か所の当接面には均等な力が働いている。ｙａｗ周りの不要振動が発生するためには、当接面に働いている力に打ち勝つ不要振動のモーメントがなければならないが、当接位置を線対称に配置することで、効率よく不要振動を抑制することが可能となる。

以上のように、振動波モータ１は、振動子２、摩擦部材７、第１加圧手段（加圧仲介部材９、引張りコイルバネ１０、加圧板１１）、第１保持部材（振動子保持枠８）、第２保持部材（可動部外枠１２）、および第２加圧手段（付勢板バネ１８）を有する。振動子２は、圧電体と弾性体とからなる。摩擦部材７は、振動子２を摩擦接触させる。第１加圧手段は、振動子２を摩擦部材７に当接させる第１方向（ｙ軸方向）の加圧力を振動子２に与える。第１保持部材は振動子２を保持し、第２保持部材は第１保持部材を保持する。第２加圧手段は、振動子２と摩擦部材７とが発生推力により相対変位する第２方向（ｘ軸方向）の加圧力を第１保持部材に与える。第１保持部材と第２保持部材は、第２加圧手段の加圧力により第２方向において当接し、第１加圧手段の加圧力により第１方向に相対移動可能である。

好ましくは、第１保持部材は第１基準面（基準面８ｅ）を有し、第２保持部材は第２基準面（基準面１２ｅ）を有する。第１基準面と第２基準面は、第２加圧手段の加圧力により第２方向において当接している。より好ましくは、第１基準面と第２基準面はそれぞれ、第１方向に直交する面内で、第２方向における線（二点鎖線Ｄ）に対して線対称の二つの位置（二つの円筒面部８ｅ１、８ｅ２、二つの平面部１２ｅ１、１２ｅ２）で当接している。また好ましくは、第１保持部材は、二点鎖線Ｄの位置（合力の位置）で、第２加圧手段により加圧されている。

次に、図７を参照して、本実施形態における振動波モータ１を備えた撮像装置１００について説明する。図７は、振動波モータ１を備えた撮像装置１００の概略図である。なお本実施形態では、振動波モータ１を備えたレンズ装置１０１がカメラ本体１０２に搭載された場合について説明するが、これに限定されるものではない。また本実施形態では、レンズ装置１０１とカメラ本体１０２とが一体となっている撮像装置１００について説明するが、レンズ装置１０１はカメラ本体１０２に対して着脱可能な交換レンズであってもよい。

撮像装置１００は、レンズ装置１０１とカメラ本体１０２とにより構成されている。レンズ装置１０１の内部において、被駆動体としての光学レンズ１０３は、振動波モータ１の連結部材１９と連結されており、振動波モータ１の振動子２が移動することにより、光学レンズ１０３は光軸ＯＡと略平行な方向に移動可能となる。光学レンズ１０３が合焦レンズである場合、撮像時に合焦レンズが光軸ＯＡと略平行な方向に移動し、被写体像は撮像素子１０４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。 なお本実施形態は、光学レンズ１０３を被駆動体として振動波モータ１を適用しているが、これに限定されるものではない。例えば、撮像素子１０４などの他の部材を被駆動体として振動波モータ１を適用してもよい。振動波モータ１と被駆動体とにより駆動装置が構成される。

本実施形態によれば、不要振動による異音の発生を抑制することが可能な振動波モータ、駆動装置、レンズ装置、および撮像装置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。

例えば、振動子保持枠８と可動部外枠１２との当接位置は二か所に限定されるものではなく、付勢板バネ１８の付勢位置も一か所に限定されるものではない。

１ 振動波モータ
２ 振動子
７ 摩擦部材
８ 振動子保持枠（第１保持部材）
９ 加圧仲介部材（第１加圧手段）
１０ 引張りコイルバネ（第１加圧手段）
１１ 加圧板（第１加圧手段）
１２ 可動部外枠（第２保持部材）
１８ 付勢板バネ（第２加圧手段）

Claims (8)

1. 振動子と、
   前記振動子を摩擦接触させる摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に当接させる第１方向の加圧力を前記振動子に与える第１加圧手段と、
   前記振動子を保持する第１保持部材と、
   前記第１保持部材を保持する第２保持部材と、
   前記振動子と前記摩擦部材とが発生推力により相対変位する第２方向の加圧力を前記第１保持部材に与える第２加圧手段と、を有し、
   前記第１保持部材と前記第２保持部材は、前記第２加圧手段の加圧力により前記第２方向において当接し、
   前記第１保持部材と前記第２保持部材は、前記第１加圧手段の加圧力により前記第１方向に相対移動可能であることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記第１保持部材は、第１基準面を有し、
   前記第２保持部材は、第２基準面を有し、
   前記第１基準面と前記第２基準面は、前記第２加圧手段の前記加圧力により前記第２方向において当接していることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記第１基準面と前記第２基準面はそれぞれ、前記第１方向に直交する面内で、前記第２方向における線に対して線対称の二つの位置で当接していることを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ。
4. 前記第１保持部材は、前記線の位置で、前記第２加圧手段により加圧されていることを特徴とする請求項３に記載の振動波モータ。
5. 前記第１基準面は、二つの円筒面部を有し、
   前記第２基準面は、二つの平面部を有し、
   前記二つの円筒面部と前記二つの平面部はそれぞれ、前記二つの位置で当接していることを特徴とする請求項３または４に記載の振動波モータ。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動波モータと、
   前記振動波モータにより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。
7. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動波モータと、
   前記振動波モータにより駆動されるレンズと、を有することを特徴とするレンズ装置。
8. カメラ本体と、
   前記カメラ本体に対して着脱可能な請求項７に記載のレンズ装置と、を有することを特徴とする撮像装置。