JP5773900B2

JP5773900B2 - モータ

Info

Publication number: JP5773900B2
Application number: JP2012017136A
Authority: JP
Inventors: 山▲崎▼　亮; 亮山▲崎▼; 真追川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: CN103227585A; TWI472143B; KR101607079B1; KR20130088063A; US20130193803A1; US9000654B2; US9812994B2; TW201334391A; US20140300977A1; US20170272007A1; US10972019B2; JP2013158151A; CN103227585B

Description

本発明は、振動子に振動を発生させ、被駆動体に加圧した振動子を駆動するモータに関するものである。

従来から無音動作、低速から高速までの駆動が可能、高トルク出力などの特徴をいかして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献１に開示された超音波モータは、回転軸を有する円環状の被駆動体と複数の振動子とから構成され、振動子は被駆動体に加圧された摩擦接触状態で、円環状の被駆動体上に所定の間隔を隔てて配置される。その摩擦接触状態で上記振動子に超音波振動が励起されると、振動子の被駆動体と接している部分に楕円運動が生じ、被駆動体が回転軸を中心に回転駆動される。上記振動子の被駆動体への加圧力は、振動子の中央付近に設定された振動の節にあたる中立軸付近をホルダ部材、押圧部材を介して板バネにより付勢することで得られる。そして、その加圧力の調節は、上記板バネの固定部近傍に設けられたビスと調整ワッシャーによってなされる。

特許第４６６７８３９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された上記超音波モータにおける上記振動子の保持機構は、構成部品が多く複雑であった。特に、振動子を被駆動体に対して安定した加圧状態で保持するために支持軸を振動子の中立軸付近に設ける必要があり、部品点数が多く、組立も複雑であった。また、大型の圧電素子を用いているためコストが高い構成となっていた。

（発明の目的）
本発明の目的は、振動子に発生する振動により被駆動体を駆動するモータにおいて、簡単な構成で振動子を被駆動体に対して安定して加圧することが可能なモータを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のモータは、振動を発生する振動子と、前記振動子により駆動される被駆動体と、前記振動子を保持する保持手段と、前記振動子を前記被駆動体に加圧する加圧手段と、前記保持手段および前記加圧手段を保持する基台とを備え、前記保持手段は、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記振動子を前記被駆動体に対して加圧する第２の保持部材とで構成され、前記第１の保持部材は、前記基台に対して相対的に傾斜可能であり、前記第２の保持部材は、前記振動子と前記被駆動体の接触面に垂直な方向において、相対的に移動可能であることを特徴とするものである。
また、本発明のモータは、振動を発生する振動子と、前記振動子により駆動される被駆動体と、前記振動子を保持する保持手段と、前記振動子を前記被駆動体に加圧する加圧手段と、前記保持手段および前記加圧手段を保持する基台とを備え、前記保持手段は、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記振動子を前記被駆動体に対して加圧する第２の保持部材とで構成され、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材は、前記振動子と前記被駆動体の接触面に垂直な方向において、前記基台に対してそれぞれ相対的に移動可能であることを特徴とするものである。

本発明によれば、振動子に発生する振動により被駆動体を駆動するモータにおいて、簡単な構成で振動子を被駆動体に対して安定して加圧することが可能である。

本発明の実施例１である超音波モータ全体を示す斜視図である。実施例１の超音波モータを分解した状態を示す斜視図である。実施例１における振動板１０２と第１の保持部材１０４の連結状態を説明するための拡大斜視図である。実施例１の各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。実施例１のロータ１０１が傾いた状態を示す拡大断面図である。本発明の実施例２の各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例１および２に記載される通りである。

以下、図１ないし図５を用いて本発明の実施例１について説明する。なお、本実施例１の超音波モータは、デジタルカメラ用のレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した回転駆動型モータの例である。

図１、図２は、本発明の実施例１である超音波モータを示す図である。図１は超音波モータ全体を示す斜視図、図２は図１の超音波モータを分解した状態を示す斜視図を示す。なお、それぞれの図において同一部材は同一符号で図示される。

１０１は本発明の被駆動体に相当するロータで、後述する振動子が摩擦接触する接触面１０１ａを備える。１０２は、接触面１０１ａに摩擦接触状態で加圧保持される振動板で、１０３は、振動板１０２に接着剤などにより圧着された圧電素子である。そして、振動板１０２と圧電素子１０３が圧着された状態で、電圧を印加することにより楕円運動を発生させることができる。なお、振動子は振動板１０２と圧電素子１０３により構成される。そして、本実施例１では３組の振動子でロータ１０１を回転駆動する。なお、図１においては、図の煩雑さを防ぐため３組のうち１組のみに符号を付す。１０４は、振動子を後述するリング部材１０７に対して保持する第１の保持部材である。１０５は、圧電素子１０３の振動を吸収する緩衝材で、例えばフェルトにより構成される。１０６は、緩衝材１０５を介して振動子をロータ１０１へ加圧する第２の保持部材である。第２の保持部材１０６は、第１の保持部材１０４の中央部に形成された開口部１０４ｂ（図４）内に配置される。１０７は本発明の基台に相当するリング部材で、第１の保持部材１０４、第２の保持部材１０６、および、後述する加圧軸１０８、板バネ１０９などを保持する。

１０８は、リング部材１０７の穴部１０７ａに取り付けられる加圧軸で、接触面１０１ａに垂直な方向にのみ移動可能に保持され、後述する板バネ１０９により緩衝材１０５と第２の保持部材１０６を介して振動子をロータ１０１の接触面１０１ａへ加圧する。１０９は板バネで、両端部を２本のビス１１０にてリング部材１０７に固定し、加圧力を発生させる。そして、この加圧軸１０８と板バネ１０９が、加圧手段に対応している。

以上のように、上述した各部材が組み立てられ、超音波モータとしてユニット化される。なお、実際のレンズ鏡筒などに組み込まれる際には、ロータ１０１をフォーカスやズーム機構に連結して駆動する。

次に、超音波モータの構成部材の詳細について説明する。図３は図１および２における振動板１０２と第１の保持部材１０４の連結状態を説明するための拡大斜視図で、ロータ１０１側から見た図、つまり上下を逆にした図である。図において振動板１０２の中央の平板部１０２ａには、２か所の突起部１０２ｂが形成される。突起部１０２ｂの下端面、すなわち、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接する２つの面は同一面で形成され、接触面１０１ａとの当接状態を良好にするため、製造時には研磨工程などにより均一な面に仕上げられる。

一方、平板部１０２ａの裏面側には圧電素子１０３が接着剤などにより圧着されている。この圧電素子１０３は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そして、この圧電素子１０３に接合されたフレキシブルプリント基板（不図示）を介して、所望の交流電圧を印加し、振動板１０２に２つの振動モードを励起する。このとき２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起部１０２ｂには、図の矢印で示すような楕円振動が発生する。この楕円振動を図１、２に示すような３か所の振動子で発生させ、ロータ１０１の接触面１０１ａに伝達することで、ロータ１０１を回転駆動させることが可能となる。なお、上記圧電素子１０３の積層構造や振動モードに関する詳細は、特開２００４−３０４８８７号公報に記載されている内容と同様であるため、詳細な説明は省略する。

次に、振動板１０２の両端近傍には、第１の保持部材１０４の両端に形成された、一段高い平面部１０４ａと接合するための２か所の接合部１０２ｃが形成されている。そして、振動板１０２は第１の保持部材１０４に、この接合部１０２ｃにおいて溶接や接着などにより接合される。

２か所の接合部１０２ｃと平板部１０２ａとの間には２か所の腕部１０２ｄが形成され、この腕部１０２ｄを介して、振動子が第１の保持部材１０４に固定される。この腕部１０２ｄは、図のように平板部１０２ａや接合部１０２ｃに対しては十分に細い形状となっており、平板部１０２ａに発生する振動を接合部１０２ｃに伝達しにくい構成となっている。換言すると、第１の保持部材１０４が、平板部１０２ａに発生する振動を阻害しないように連結するための役割を担っている。そして、第１の保持部材１０４の圧電素子１０３と対向する部分には開口部１０４ｂ（図４）が形成され、緩衝材１０５を介して第２の保持部材１０６によって加圧力が伝わる構成となっている。詳細を図４の断面図を用いて説明する。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図で、３か所の振動子のうち１か所のみを拡大している。なお、残りの２か所についても同様の構成であるため説明は省略する。図４（Ａ）は、図３における振動板１０２の２か所の突起部１０２ｂの中心を結ぶ線を含む面を切断面とした断面図となっている。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に直交し、中心を通過する断面図となっている。

図において、２０１は、振動板１０２の２か所の突起部１０２ｂからの距離が等しく、ロータ１０１に直交する中心線である。また、２０２は、突起部１０２ｂの中心を通過しロータ１０１に直交する中心線である。

突起部１０２ｂの下端面はロータ１０１の接触面１０１ａと当接し、摩擦接触状態にある。振動板１０２には、圧電素子１０３が接合され、また、両端の接合部１０２ｃにおいて、２か所の平面部１０４ａで第１の保持部材１０４と接合されている。そして、第１の保持部材１０４の中央付近には開口部１０４ｂが形成され、緩衝材１０５、第２の保持部材１０６が、この開口部１０４ｂ内に入り込むように配置されている。第１の保持部材１０４の軸部１０４ｃと第２の保持部材１０６の軸部１０６ｂは、リング部材１０７の穴部１０７ｂ、１０７ｃにそれぞれ嵌合して位置決めされ、中心線２０１方向にそれぞれ移動可能な構成となっている。したがって、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６の間には、図に示すようにわずかな隙間が形成され、接触しない構成となっている。

第２の保持部材１０６の上側中央付近には、図中２０３で示す円を紙面奥行方向に押し出した円筒形状の一部の面で形成された凸部１０６ｅが設けられている。そして、この凸部１０６ｅには加圧軸１０８の下端平面部が接触している。したがって、図４（Ａ）においては、凸部１０４ｅと加圧軸１０８の接触は点接触となり、円２０３の中心を回転中心として傾斜可能構成となっている。しかしながら、第２の保持部材１０６の軸部１０６ｂはリング部材１０７の穴部１０７ｃに嵌合して位置決めされているため、嵌合ガタの範囲でわずかに傾斜可能な構成となっている。なお、図４（Ｂ）においては、凸部１０６ｅが円筒面で形成されているため、凸部１０６ｅと加圧軸１０８の接触は線接触となり、傾斜できない構成となっている。

次に、加圧軸１０８は、リング部材１０７の中央付近に形成された穴部１０７ａに嵌合し、中心線２０１方向にのみ移動可能に保持される。加圧軸１０８の上側の凸部には、板バネ１０９が加圧変形した状態で接触している。板バネ１０９は、その両端部をビス１１０によってリング部材１０７に固定される。そして、この板バネ１０９の変形による加圧力を、加圧軸１０８、第２の保持部材１０６、緩衝材１０５を介して、圧電素子１０３と一体化された振動板１０２へ伝達し、ロータ１０１へ加圧することが可能となっている。なお、板バネ１０９は、形状を円弧に沿うような形とし、できるだけ長く薄い板材で形成し、バネ定数を小さくするようにしている。そうすることで、部品の誤差が生じた場合でも、加圧力のばらつきを小さく抑えることが可能となる。

なお、本実施例１では振動板１０２を位置決め保持する第１の保持部材１０４と、加圧保持する第２の保持部材１０６がそれぞれ別個に設けられており、ロータ１０１に直交する方向にのみそれぞれが移動可能な構成となっている。したがって、振動板１０２を振動に対する影響が少ない両端近傍の接合部１０２ｃで保持しながら、振動板１０２の上面側中央付近を圧電素子１０３と緩衝材１０５を介して加圧することが可能となる。また、圧電素子１０３や緩衝材１０５の厚み個体差が生じた場合でも、第２の保持部材１０６の進退機構により吸収することができ、量産性の高い構成となっている。さらに、落下や衝撃でロータ１０１とリング部材１０７の間隔が小さくなるような力が働いた場合にも、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６の進退機構により吸収することができるので、振動板１０２に無理な力が加わらず、破壊を防ぐ効果がある。さらには、このような力を第２の保持部材１０６で緩衝材１０５を介し直接受けることができるため、振動板１０２や圧電素子１０３を破壊することがない。

本実施例１において、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６は、プラスティック樹脂などで形成されているが、第１の保持部材１０４は、振動板１０２と直接接合されているため、振動に対してより減衰の大きい材料を用いている。

一般的に、金属のように剛性が高い材料では振動に対する減衰が小さく、ゴムのように剛性が低い材料では振動に対する減衰が大きく、振動をはやく止めることができる。しかしながら、近年、剛性を維持しながらも振動に対する減衰が大きいプラスティック樹脂として様々なものが開発されている。一方、超音波振動においては、振動子を保持する周りの部品が振動の影響を受け、可聴域での異音を発生することがある。

しかしながら、本実施例１では、第１の保持部材１０４に上記のような減衰の大きな材料を用いることで、振動板１０２からもれ出た振動を第１の保持部材１０４内で吸収することが可能となる。したがって、第１の保持部材１０４自体が異音発生源となることを防ぐことができる。また、連結しているリング部材１０７などの他の部材に振動を伝達することもないため、他の部材が異音発生源となることを防止することができる。

なお、第２の保持部材１０６は、減衰に対する吸収が非常に大きい緩衝材１０５を介して圧電素子１０３と接触しているため、ほとんどの振動は緩衝材１０５内で減衰してしまい、第２の保持部材１０６に伝達される振動は少ない。したがって、第２の保持部材１０６は、加圧力を直接受ける構成となっているため、より強度の高い材料を用いている。

以上のような構成で、従来例のように複雑調整機構や位置決め機構を必要せず、低コストかつ簡単な構成で振動子を被駆動体に対して安定して加圧することができる。

図５は、図４（Ａ）に対応した断面図で、ロータ１０１が傾いた状態を示す。図において、振動板１０２の突起部１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａに追従し、摩擦接触状態を保つことができている。

これは、ロータ１０１の傾斜に合わせて、振動板１０２と圧電素子１０３からなる振動子が傾斜し、それに連結された第１の保持部材１０４が傾斜する。さらに、第２の保持部材１０６は、円筒面で形成された凸部１０６ｅの円筒中心を回転中心として、振動子の傾きに追従し、緩衝材１０５を介して傾斜する。

よって、各部材の寸法誤差や組立誤差で傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により傾きが生じた場合でも、２か所の突起部１０２ｂにおける安定した摩擦接触状態を保つことが可能となる。すなわち、ロータ１０１に対する振動子のイコライズ性を向上させることが可能となっている。なお、図５の説明では、傾いた状態を分かりやすく説明するため傾き量を誇張して表示している。実際の傾き量は、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６のリング部材１０７に対する嵌合ガタの分だけである。

以上のように、本実施例１では、振動板１０２を保持する第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６を別個に設ける構成としたので、簡単な構成で振動子を被駆動体に対して安定して加圧することが可能となる。

なお、本実施例１では、圧電素子１０３の中央付近の広い面積を緩衝材１０５を介して加圧する構成としたが、振動の節に対応した部分にのみ第２の保持部材１０６に突起を設け、節部付近のみを加圧する構成としてもよい。そうした方が圧電素子１０３の振動をより阻害しないため、消費電力を抑止する効果が期待される。また、第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６は、それぞれ強度と制振を考慮したプラスティック樹脂を用いる構成とした。しかしながら、これらの保持部材により剛性の高い金属などの材料を用いる場合には、部材の厚みや長さ、断面形状を最適化する形状的な工夫を行い、振動子の駆動周波数近傍に共振点を持たないようにすることで、振動による異音発生を低減することができる。

また、上記実施例１は回転駆動を例に説明したが、これに限定されることはなく、例えば、直線駆動においても適用可能である。

実施例２は実施例１の変形例で、実施例１におけるリング部材１０７の穴部１０７ｃと嵌合している第２の保持部材１０６の軸部１０６ｂをなくした例である。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図で、図４（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ対応している。実施例１と同様の部材には同様の記号を付し、詳細な説明を省略する。図において、第２の保持部材３０１は、第１の保持部材１０４の中央付近に設けられた開口部１０４ｂに嵌合して配置されており、中心線２０１および中心線２０２方向にのみ移動可能な構成となっている。これ以外の構成は実施例１と同様であり、ロータ１０１の傾斜に合わせて傾斜可能な構成となっている。

第２の保持部材３０１は、実施例１に比べて軸部がなくなり、よりシンプルな構成となっている。したがって、製造の量産性が向上するため、材料としてはプラスティック樹脂のみならず、金属やセラミックなど幅広い材質から選択することが可能となる。

また、図５のように傾斜時において、実施例１では第１の保持部材１０４と第２の保持部材１０６が振動子を介して別個に傾斜する構造となっていた。しかしながら、実施例２では、第１の保持部材１０４に第２の保持部材３０１が嵌合しているため、第１の保持部材１０４の傾きに追従して第２の保持部材３０１が追従して傾斜することができるため、第１の保持部材１０４と第２の保持部材３０１が一体的に傾斜することが可能である。

１０１ロータ（被駆動体）
１０２振動板
１０３圧電素子
１０４第１の保持部材
１０５緩衝材
１０６第２の保持部材
１０７リング部材
１０８加圧軸
１０９板ばね
３０１第２の保持部材

Claims

振動を発生する振動子と、
前記振動子により駆動される被駆動体と、
前記振動子を保持する保持手段と、
前記振動子を前記被駆動体に加圧する加圧手段と、
前記保持手段および前記加圧手段を保持する基台とを備え、
前記保持手段は、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記振動子を前記被駆動体に対して加圧する第２の保持部材とで構成され、
前記第１の保持部材は、前記基台に対して相対的に傾斜可能であり、前記第２の保持部材は、前記振動子と前記被駆動体の接触面に垂直な方向において、相対的に移動可能であることを特徴とするモータ。
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材は、前記振動子と前記被駆動体の接触面に垂直な方向において、互いに移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記振動子と前記被駆動体の接触面に垂直な方向において、前記第２の保持部材は、前記第１の保持部材に対して相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
振動を発生する振動子と、
前記振動子により駆動される被駆動体と、
前記振動子を保持する保持手段と、
前記振動子を前記被駆動体に加圧する加圧手段と、
前記保持手段および前記加圧手段を保持する基台とを備え、
前記保持手段は、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記振動子を前記被駆動体に対して加圧する第２の保持部材とで構成され、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材は、前記振動子と前記被駆動体の接触面に垂直な方向において、前記基台に対してそれぞれ相対的に移動可能であることを特徴とするモータ。
前記第１の保持部材は前記振動子の両端近傍を保持し、前記第２の保持部材は前記振動子の中央付近を保持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
前記第１の保持部材は開口部を有し、前記開口部に前記第２の保持部材が配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ。
前記第２の保持部材より前記第１の保持部材の方が、前記振動子の振動に対する減衰が大きい材料により形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ。
前記第１の保持部材に比べて前記第２の保持部材が、より強度の高い材料により形成されることを特徴とする請求項７に記載のモータ。
前記モータは、超音波モータであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモータ。
前記振動子は、楕円運動を発生することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のモータ。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載されたモータにより駆動されるレンズを有するレンズ鏡筒。