JP6021830B2 - リニア超音波モータ - Google Patents

Description

本発明は超音波モータ、特に光学機器に組み込み可能なリニア超音波モータユニットに関する。

従来からこの種のリニア超音波モータにおいて、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動子を摺動部材に加圧接触することで摺動部材を駆動する技術が知られている。

特開２００６−１８７１１４号公報

しかしながら上述の特許文献１に開示された従来技術では、光学機器の鏡筒部へ直接構成部品を組み込むため、実負荷状態での特性しか保証できず、リニア超音波モータユニットの無負荷特性等を確認することが出来ない。このため品質上の問題が発生する可能性が高い。

そこで本発明の目的は、単品による性能が保証され、安定した品質のリニア振動型モータを実現することである。

上記目的を達成するために本発明によるリニア振動型モータは、光学機器の鏡筒部に駆動力を付与するリニア振動型モータであって、振動が励起される振動子と、その振動子と接触する被接触部材であって、前記振動子は前記振動により前記被接触部材に対して前記駆動力の方向に移動する被接触部材と、前記鏡筒部に固定され、前記振動子を保持する振動子支持体と、前記振動子を前記被接触部材に押圧する加圧部材と、前記駆動力の方向に延在する開口部を有するユニットカバー部材と、前記被接触部材と前記ユニットカバー部材とを固定するユニット地板とを備え、前記加圧部材は前記開口部を介して前記振動子支持体に着脱可能であることを特徴としている。

本発明によれば、単品による性能が保証され、安定した品質のリニア振動型モータを実現できる。

（Ａ）は本発明によるリニア超音波モータの上面図、（Ｂ）は正面図である。 （Ａ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明によるリニア超音波モータが組み込まれたレンズ鏡筒の要部断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、光学機器、例えばレンズの鏡筒部のフォーカス駆動源として駆動力を付与する、本発明によるリニア超音波モータ１の外観を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。

図２はそのリニア超音波モータ１の要部断面図であり、（Ａ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図としての鏡筒部への駆動力の方向に対する直角断面を示し、（Ｂ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図を示し、振動子、連結部材、振動子支持部材、移動板以外の部材は不図示としている。

図３はそのリニア超音波モータ１の要部断面図であり、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図としての鏡筒部への駆動力の方向に対する断面を示す。

１０１は振動子であり、被接合部１０１ａと圧接部１０１ｂと振動板１０１ｃとを備える。被接合部１０１ａは、矩形の枠形状である連結部材１０２の接合部１０２ａに対して溶接などにより固定される（図２（Ｂ）参照）。なお、連結部材１０２の形状は振動子１０１が固定されればその形状は限定されない。また振動子１０１には圧電素子１０３が公知の接着剤などにより固着されている。圧電素子１０３は高周波駆動電圧としての高周波電圧が印加されると超音波振動が励起され、振動子１０１の振動板１０１ｃが鏡筒部への駆動力の方向に一致する長手方向と、その駆動力の方向と直交する方向に一致する短手方向とに、それぞれ共振を起こすように設定されている。その結果、図３に示すように、振動子１０１に形成された圧接部１０１ｂの先端が図に示すような楕円運動Ｒを起こす。この圧電素子１０３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Ｒの回転方向や楕円比を適宜変化させて楕円運動Ｒの所望の動きを発生させる。よって振動子１０１の相手部品である被接触部材（図中、１０４）との摩擦力により鏡筒部への駆動力を発生させる。つまり、被接触部材は鏡筒部への駆動力の方向に延在し、その振動子自身を鏡筒部の光軸(図２（Ａ）の紙面直行方向、図３の紙面左右方向)に沿って鏡筒部への駆動力の方向に進退させることが可能となる。

図中、１０５は振動子支持部材であり、前述振動子１０１が固定された連結部材１０２のねじ止め部１０２ｂがネジ１０６により取り付け位置に固定される。本発明においては、振動子支持部材１０５、連結部材１０２、及びネジ１０６により振動子支持体が構成される。１０７は加圧板であり後述のように弾性部材１０８を挟んで、前述圧電素子１０３を加圧して保持するように構成されている。

１１１は加圧バネである。加圧バネ１１１は、バネ保持部材１１２およびバネ地板１１７との間に組み込まれている。そして、加圧バネ１１１は、バネ保持部材１１２および加圧部材取付け部であるバネ地板１１７と共に加圧部材である加圧バネユニット１１０を構成する。この時バネ保持部材１１２の先端径大部１１２ａはバネ地板１１７の嵌合部１１７ａに軽圧入で組み込まれるので、組み立て後は加圧バネ１１１のバネ力に抗してユニット状態を維持できる。バネ地板１１７の外径部には、円周方向の数か所にバヨネット突部１１７ｂが形成されている。このバヨネット突部１１７ｂは組み込み状態において、振動子支持部材１０５に形成されたバヨネット係合部１０５ｂにより加圧方向の位置が規定される。この時バネ保持部材１１２の先端押圧部１１２ｂは加圧バネ１１１の加圧力により前述加圧板１０７および弾性部材１０８を介して振動子１０１を被接触部材１０４に押圧する押圧力を発生する。

１１３は振動子支持部材１０５の当接部１０５ａに接着やねじ止め等公知の方法で固定されるガイド部材の一部を構成する移動板である。その移動板１１３には転動部材である転動ボール１１４が嵌入し前述振動子支持部材１０５を光軸方向（図４参照）にガイドする複数のＶ溝部１１３ａ（第１のガイド部である第１の溝部）が形成されている。１１５はユニットカバー部材で、ユニット地板であるユニット支持部材１１６に公知のネジ１１５ｃ等により固定される。そのユニットカバー部材１１５も前述ガイド部の一部を構成しており、上述移動板１１３のＶ溝部１１３ａに対向する位置に設けられたＶ溝部１１５ａ（第２のガイド部である第２の溝部）によって、前述の転動ボール１１４を挟持することで、振動子支持部材１０５を鏡筒部への駆動力の方向に沿って進退可能に支持することを可能としている。なお、Ｖ溝部とはＶ字型断面を有する溝であり、例えば、表面から深さが増すにつれ、溝の幅が狭くなるような斜面を有する溝をいう。

上述の構成において、加圧バネユニット１１０は公知のバヨネット構造を有しているので、リニア超音波モータ１の組み立て完了後に加圧バネユニット１１０の着脱が可能である。この時ユニットカバー部材１１５に鏡筒部への駆動力の方向に延在して形成された開口部１１５ｂを通して振動子支持部材１０５が移動可能範囲内のどこにあっても着脱可能となるように前記開口部１１５ｂが形成されている。すなわち、開口部１１５ｂは、開口部１１５ｂに平行であって鏡筒部への駆動力の方向に直角な方向の幅が、加圧バネユニット１１０のバネ地板１１７の最大長さよりも大きく、移動可能な全ての領域で加圧バネを付けかえて加圧力を調整することができる。その為に移動領域のどの領域でリニア超音波モータの性能ばらつきが生じても、その領域にて適切な加圧力を設定可能になる。

図１（Ａ）の本発明のリニア超音波モータの平面図において、上述構成部品と重複する部分は同一符号が記してある。上述のようにユニットカバー部材１１５には振動子支持部材１０５が移動可能な範囲において上述加圧バネユニット１１０の組み込みを可能とする開口１１５ｂは設けられている様子がわかる。

また組み込み状態において振動子支持部材１０５および一体に構成された移動板１１３には図２（Ａ）に示すようにユニット支持部材１１６およびユニットカバー部材１１５との間に次に示す隙間が存在する。まず上部においては移動板１１４とユニットカバー部材１１５との間に生じる隙間Ａが存在し、下部においては振動子支持体の前記ネジ１０６とユニット支持部材との間に生じる隙間Ｂが存在する。隙間Ａは、移動板１１３とユニットカバー部材１１５との間における、加圧部材１１０による押圧の方向の最大隙間である。また隙間Ｂは、振動子支持体とユニット支持部材１１６又は被接触部材１０４との間における、加圧部材１１０による押圧の方向の最大隙間である。本実施例においては、この隙間Ａ及び隙間Ｂと前記転動ボール１１４の直径Ｄとの関係が下記を満たすように設定されている。
直径Ｄ＞（隙間Ａ＋隙間Ｂ）

前述の加圧バネユニット１１０が取り外された状態において、振動子支持部材１０５は前述の隙間Ｂだけ図２（Ａ）中で下方に移動可能である。この状態になった時、移動板１１３とユニットカバー部材１１５との間に生ずる隙間の幅は隙間Ａ＋隙間Ｂの合計の値と等しくなる。この（隙間Ａ＋隙間Ｂ）の幅と転動ボールの直径Ｄとの関係は上述のように、直径Ｄ＞（隙間Ａ＋隙間Ｂ）となるように決められている。よって、転動ボール１１４は、加圧バネユニット１１０が取り外された状態においても前述のＶ溝部１１３ａ、１１５ａから脱落することなくモータユニットとして必要な構成を維持できる。その結果、加圧バネユニットの着脱状態にかかわらずモータユニットとしての必要構成を維持できる。そして、組み立て作業中に転動ボールがユニットから脱落し再度ユニットカバー部材を外して転動ボールを組みなおさなければならないと言う問題は発生しなくなる。従って、上述のように加圧バネの組み換えが必要となった時等、リニア超音波モータとしての構成を維持出来るので、組み立て作業が飛躍的に改善されることとなる。

図４は本発明のリニア超音波モータユニットが光学機器のレンズの鏡筒部４に組み込まれた時の様子を表す要部断面および側面図である。この図においても上述実施例と重複する構成部品に関しては同一符号が記してある。４０１は第１のレンズ４０２を保持する第１レンズ保持部材、４０３は第３のレンズ４０４を保持する第３レンズ保持部材である。その第３レンズ保持部材４０３の外周部は筒状部４０３ａを有しており、先端部４０３ｂで第１レンズ保持部材４０１と不図示のネジなどにより締結される。筒状部４０３あの外径部の一部には、上述リニア超音波モータユニットが固定されるユニット受け部４０３ｂが設けられており、公知のネジなどにより着脱自在に固定される。また筒状部４０３ａの内径部には第２のレンズ４０６を保持する第２レンズ保持部材４０５が配置される。その第２のレンズは合焦レンズとして本発明のリニア超音波モータ１により光軸Ｃ（図４参照）に沿って進退される。この時、第２レンズ保持部材４０５は公知のガイドバー４０７と軸受け部４０５ａが相対的に摺動可能に嵌合しているので、第２のレンズを光軸に沿って進退させることを可能にしている。第２レンズ保持部材４０５と前述の振動子支持部材１０５との連結は、例えば振動子支持部材１０５に設けられた係合ピン１０５ｃと振動子支持部材１０５に設けられた被係合部４０５ｂとの係合によってなされてもよいし、公知のラックと係合ピンによって連結を行ってもよい。

以上説明した様に本発明のリニア超音波モータにおいては、図１（Ａ）から図３の状態でリニア超音波モータ１がユニット化され、そのユニットが図４の光学機器の鏡筒部４に取り付けられている。その為、鏡筒部４に対するリニア超音波モータ１の取り付けに先だってリニア超音波モータ１のユニット単体で特性を評価することが可能になる。

これは先行技術文献に開示があった技術のようにレンズなど光学要素が組み込まれ、負荷のかかった状態でリニア超音波モータユニットの特性を評価し、その結果に基づいて性能を調整してゆくことに比べてはるかに安定した調整が可能な形態となる。

更に、本構成においてはリニア超音波モータの振動子１０１の可動範囲の全ての領域において加圧部材である加圧バネユニット１１０の着脱が可能である。その為に各領域に加圧力を変更してリニア超音波モータの特性を評価し、それら結果から最適な加圧力の調整が可能になる。これにより安定した特性のリニア超音波モータを実現できる。

この様に本発明のリニア超音波モータはユニットとして単品で性能保証された状態で光学機器の鏡筒部へ組み込まれるので、光学機器の鏡筒部の品質も安定する。

以上、本発明に関わるリニア超音波モータユニットおよびそれを組み込んだ光学機器の鏡筒部に関してその具体例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求項記載の範囲に示したものであればどのような形態をとることも可能である。

本発明はデジタルカメラ、デジタルビデオなどの光学機器に広く適用できる。

１、リニア超音波モータ
１０１、振動子
１０２、連結部材
１０３、圧電素子
１０４、被接触部材
１０５、振動子支持部材
１０６、ネジ
１０７、加圧板
１０８、弾性部材
１１０、加圧バネユニット
１１１、加圧バネ
１１２、バネ保持部材
１１３、移動板
１１４、ボール
１１５、カバープレート
１１６、ユニット支持部材
１１７、バネ地板
４、鏡筒部

Claims (6)

1. リニア振動型モータであって、
   振動が励起される振動子と、
   前記振動子と接触する被接触部材と、
   前記振動子を保持する振動子支持体と、
   前記振動子を前記被接触部材に押圧する加圧部材と、
   駆動力の方向に延在する開口部を有するユニットカバー部材と、
   前記ユニットカバー部材を固定するユニット地板と、
   を備え、
   前記振動子は前記振動により前記被接触部材に対して前記駆動力の方向に移動し、前記加圧部材は前記開口部を介して前記振動子支持体に着脱可能であることを特徴とするリニア振動型モータ。
2. 請求項１に記載のリニア振動型モータであって、
   前記振動子支持体は、前記駆動力の方向に延在する第１のガイド部を有する移動板を備え、
   前記ユニットカバー部材は、前記第１のガイド部に対向する位置で第２のガイド部を有し、
   前記第１のガイド部と前記第２のガイド部とにより転動部材が挟持されることを特徴とするリニア振動型モータ。
3. 請求項２に記載のリニア振動型モータであって、
   前記転動部材は転動ボールであり、
   その転動ボールの直径は、前記移動板と前記ユニットカバー部材との間の前記押圧の方向の最大隙間と、前記振動子支持体と前記ユニット地板又は前記被接触部材との間の前記押圧の方向の最大隙間との合計よりも大きいことを特徴とするリニア振動型モータ。
4. 請求項２または３に記載のリニア振動型モータであって、
   前記第１のガイド部と前記第２のガイド部とは、Ｖ字型断面を有するＶ溝部であることを特徴とするリニア振動型モータ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のリニア振動型モータであって、
   前記振動子が励起する前記振動は超音波振動であり、前記振動子が前記超音波振動により前記被接触部材に対して前記駆動力の方向に移動するリニア超音波モータであることを特徴とするリニア振動型モータ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のリニア振動型モータであって、
   前記振動子支持体は光学機器の鏡筒部に固定され、前記駆動力は前記鏡筒部に付与されることを特徴とするリニア振動型モータ。

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