JP6053576B2 - 振動型駆動装置、および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動型駆動装置（例えば振動波モータ）に関し、特に、圧電体によって振動する振動子を有し、該振動子にはネジ部が形成され、ネジ部に係合し該振動子に励振される振動によって摩擦駆動されるロータからなる振動型駆動装置に関する。

一般に、振動型駆動装置は、カメラレンズやステージの駆動用などに製品応用がなされている。
振動型駆動装置には、ねじ部を介して互いに嵌合している振動子と移動体、および前記振動子を加振する圧電素子を有するものがある。
以下に、従来のネジ駆動型の振動型駆動装置について説明する（例えば、特許文献１参照）。
回転軸を持つねじ付きシャフトと、これに係合するナットを備えている。ナットには圧電素子が固定されており、この圧電素子によってナットに、回転軸の方向に１次の曲げ振動を励振する。
±９０度の位相シフトで直行する曲げモードを励起させることによって円軌道を描かせ、ナットを軌道方向に動かしている。
これにより前記ねじ付きシャフトを回転させると同時に軸方向へ移動させることができる。

特許第４８４１４３２号公報

ところで、従来例の特許文献１のようなネジ駆動型の振動型駆動装置において、所望の駆動トルクを得るためには前記ナットのような振動子と、前記シャフトのような移動体との間に適切な摩擦力が生じる必要があるため、与圧を与えなければならない。
しかしながら、このような従来例の構成では駆動体または移動体をバネ部品などにより加圧した場合、移動体が軸方向に移動した時に、その移動距離に伴って加圧力が変化してしまうという課題を有している。

本発明は、上記課題に鑑み、駆動中において加圧力を変化させることなく、安定した駆動トルクを得ることが可能となる振動型駆動装置を提供することを目的とするものである。

本発明の振動型駆動装置は、電気−機械エネルギー変換素子と、シャフトによって支持された弾性部を有し、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号を印加することにより前記弾性部に楕円運動を発生させる振動子を備え、
前記振動子における弾性部の前記楕円運動によってロータを前記振動子に対して相対駆動するように構成された振動型駆動装置であって、
前記ロータは、前記弾性部に形成された第１のネジ部に係合するネジ部を備えた第１のロータと、前記シャフトに形成された第２のネジ部に係合するネジ部を備えた第２のロータと、を有し、
前記第１のロータと前記第２のロータとが、該第１と第２のロータの間に設けられたバ
ネ部材を介して、一体となって駆動可能に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、駆動中において加圧力を変化させることなく、安定した駆動トルクを得ることが可能となる振動型駆動装置を実現することができる。

本発明の実施例における振動型駆動装置の構成例を説明する断面図。 本発明の実施例における振動型駆動装置を説明する図であり、（ａ）は振動子の断面図、（ｂ）振動子の振動モードを示す図。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。

実施例として、本発明を適用した振動型駆動装置の構成例について、図１を用いて説明する。
本実施例の振動型駆動装置は、電気−機械エネルギー変換素子と、シャフトによって支持された弾性部を有し、該電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号を印加することにより前記弾性部に楕円運動を発生させる振動子を備えている。
具体的には、図１において１は第１の弾性体、２は第２の弾性体、３は圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）、４はシャフト、５はナットである。
第１の弾性体１、第２の弾性体２は、積層圧電素子３を介してシャフト４及び下部ナット５によって、所定の挟持力が付与されるように締め付けられている。
第１の弾性体１、第２の弾性体２、圧電素子３、シャフト４及び下部ナット５は棒状の振動子９を構成している。

第１の弾性体１の紙面上部の外径側には雄ネジ１０（第１のネジ部）が形成されている。
また、シャフト４の紙面上部の外径側には雄ネジ１１（第２のネジ部）が形成されている。シャフト４の上部は不図示の別部品に固定されている。
６は第１のロータ（移動体）であり、内径の側面に雌ネジ１２が形成されており、第１の弾性体１の雄ネジ１０と係合している。雄ネジ１０と雌ネジ１２のピッチは等しい。
７は第２のロータであり、内径の側面に雌ネジ１３が形成されており、シャフト４の雄ネジ１１と係合している。雄ネジ１１と雌ネジ１３のピッチは等しい。
第１のロータ６と第２のロータ７の間にはバネ部材である加圧バネ８が設置されており、軸方向に所定の加圧力が付与されている。
本実施例では、バネ部材として加圧バネを用いて説明するが、引張りバネを用いることで軸方向に加圧力を付与することも可能である。
圧電素子３には、それぞれが２つの電極からなる電極群が含まれ、不図示の電源から、それぞれの電極群に位相の異なる交流電界が印加されると、上記した棒状の振動子９に、直交する２つの曲げ振動が励振される。

図２の（ａ）は振動子９の断面図、（ｂ）は振動子９の振動モードにおける振動振幅の大きさを示している。図２（ｂ）は、２つの曲げ振動のうちの一方を図示し、他方は、紙面に垂直な方向に発生する。この印加交流電界の位相を調整することにより、２つの曲げ振動間に、９０度の時間的な位相差を与えることができ、その結果、振動子９の曲げ振動がシャフト４の軸周りに回転する。
この結果、第１の弾性体１の雄ネジ１０に楕円運動が形成され、雄ネジ１０に押圧された第１のロータ６が摩擦駆動される。
これによって、第１のロータ６と第２のロータ７がネジ山に沿って、加圧バネ８が一体になってシャフト４の軸周りに回転しながら、軸方向に移動することになる。

図１に示すように、雄ネジ１０の外径は雄ネジ１１よりも大きいことが好ましい。
第１のロータ６が図１において上方に移動した場合も雄ネジ１１に接触することがなく、第１のロータの移動可能な距離を大きくすることができる。
雄ネジ１０のピッチと雄ネジ１１のピッチが一致していることが好ましい。一致していることによって、第１のロータが軸方向の上下に移動した際も、第１のロータ６と第２のロータ７の間隔が一定に保たれるので、それぞれのロータの加圧力を一定にすることができる。
雄ネジ１１と雌ネジ１３との間に働く摩擦力は振動型駆動装置の負荷となるために、これらの摩擦力はできるだけ小さいほうが好ましい。よって、シャフト４と第２のロータ７は摩擦係数の小さい材料で構成されることが好ましい。またはグリスなどの潤滑剤を塗布してもよい。
反対に、雄ネジ１０と雌ネジ１２については、振動子９の振動を、摩擦力を介して第１のロータ１に伝達、駆動しているために、ある程度の摩擦力が必要になると同時に、耐摩耗性も必要となる。そのため雄ネジ１０及び雌ネジ１２は耐摩耗性が高く、摩擦係数も高い材料であることが望ましい。
第１のロータ６の移動速度はネジのピッチと径、振動子の振動振幅と周波数によって適宜、調節が可能である。

本実施例では、振動子におけるシャフトの軸方向への移動を規制して、ロータを前記軸方向に駆動するようにした構成例を示した。
本発明は、このような構成に限定されるものではなく、前記ロータの前記シャフトの軸方向への移動を規制して、前記振動子を前記シャフトの軸方向に駆動可能にしてもよい。要するに、弾性体の楕円運動によってロータと振動子とが相対駆動することが可能にされているものであればよい。
例えば、ロータを固定することで振動子が回転し、軸方向に駆動することも可能である。また、ロータを回転自由で、かつ、軸方向に対して拘束することで振動子を軸方向に駆動することも可能である。
また、振動子を回転自由で、かつ、軸方向のみに固定にすることでロータを軸方向に駆動することも可能である。
回転自由で、かつ、軸方向に対しての拘束は、例えば転がり軸受等で実現可能である。
回転する振動子に対しての給電は例えばスリップリングを振動子と同軸上に配置することによって実現可能である。
本実施例においては、圧電素子３を第１の弾性部と該第１の弾性部とは別の第２の弾性部による２つの弾性部で挟持するランジュバン型の振動子で構成される実施例を示したが、特にこれに限定されるものではない。

本実施例で説明した振動型駆動装置は、例えば撮像装置のオートフォーカスレンズ駆動に用いることができる。また、顕微鏡等のステージの駆動に用いることができる。

１：第１の弾性体
２：第２の弾性体
３：圧電素子
４：シャフト
５：ナット
６：第１のロータ
７：第２のロータ
８：加圧バネ
９：振動子
１０：雄ネジ１
１１：雄ネジ２
１２：雌ネジ１
１３：雌ネジ２

Claims (14)

1. 電気−機械エネルギー変換素子と、シャフトによって支持された弾性部を有し、前記電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号を印加することにより前記弾性部に楕円運動を発生させる振動子を備え、
   前記振動子における弾性部の前記楕円運動によってロータを前記振動子に対して相対駆動するように構成された振動型駆動装置であって、
   前記ロータは、前記弾性部に形成された第１のネジ部に係合するネジ部を備えた第１のロータと、前記シャフトに形成された第２のネジ部に係合するネジ部を備えた第２のロータと、を有し、
   前記第１のロータと前記第２のロータとが、該第１と第２のロータの間に設けられたバネ部材を介して、一体となって駆動可能に構成されていることを特徴とする振動型駆動装置。
2. 前記第１のロータの内径が、前記弾性部の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
3. 前記電気−機械エネルギー変換素子は、前記シャフトによって支持された弾性部を構成する第１の弾性部と、該第１の弾性部とは別の第２の弾性部との間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
4. 前記第１のネジ部と、前記第２のネジ部のピッチが等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
5. 前記第１のネジ部の外径が、前記第２のネジ部の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
6. 前記第２のネジ部と該第２のネジ部と係合する前記第２のロータのネジ部は、摩擦係数の小さい材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
7. 前記第２のネジ部と、該第２のネジ部と係合する前記第２のロータのネジ部との間には潤滑剤が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
8. 前記第１のネジ部と該第１のネジ部と係合する前記第１のロータのネジ部は、耐摩耗性が高く、摩擦係数の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
9. 前記第１のロータの移動速度は、前記第１のネジ部におけるネジのピッチと径、前記振動子の振動振幅と前記駆動信号の周波数によって調節が可能に構成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
10. 前記振動子の前記シャフトの軸方向への移動を規制して、前記ロータを前記軸方向に駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
11. 前記ロータの前記シャフトの軸方向への移動を規制して、前記振動子を前記シャフトの軸方向に駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
12. 前記バネ部材は加圧バネであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
13. レンズと、
    前記レンズを駆動する請求項１から１２のいずれか１項の振動型駆動装置と、
    を備えた撮像装置。
14. ステージと、
    前記ステージを駆動する請求項１から１２のいずれか１項の振動型駆動装置と、
    を備えた装置。