JP6525801B2 - 振動型モータ、レンズ鏡筒、撮像装置及び駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動子と摺動部材とを当接させ、振動子に励起した振動によって振動子と摺動部材とを相対的に移動させる振動型モータ、振動型モータを備える装置に関する。

圧電素子等の振動を利用した振動型モータ（振動波モータ或いは振動型アクチュエータとも称呼される）は、小型で大きな駆動力が得られ、広い速度レンジに対応することができ、また、低騒音であり、電磁ノイズを発生させない等の特徴を有する。また、振動型モータは、振動子により摩擦駆動される摺動部材を摩擦力によって保持するため、摺動部材を保持するための別の機構が不要となり、これにより、部品点数を減らしてコストダウンを図ると共に小型化を図ることができるという利点を有する。

振動型モータには、様々な原理を用いた様々な形状のものが知られており、その１つに突起部を有する振動子に複数の共振モードを同時に励起するものがある（特許文献１参照）。突起部を有する振動子を用いた振動型モータでは、振動子に励起された共振モードにより突起部の先端に楕円運動を発生させ、突起部が当接している摺動部材に摩擦駆動力が与えられることで、振動子と摺動部材とを相対的に移動させる。

突起部を有する振動子を用いた振動型モータは、例えば、撮像装置のレンズ鏡筒内でのレンズの駆動に用いられており、このような用途では、振動子と摺動部材との相対的な移動に極めて高い精度が要求される。そこで、振動子を含む駆動体とレンズが連結された被駆動体とを連結し、これらを摺動部材に対して移動させる構成において、駆動体と被駆動体との連結部において寸法誤差等により生じる相対的な位置ずれを吸収する機構が提案されている（特許文献２参照）。この機構では、駆動体と被駆動体との連結部において、駆動体と被駆動体とは駆動軸方向ではバネ付勢によってがたつきが生じることなく連結しており、駆動軸方向以外の方向には相対的な移動が可能となっている。即ち、駆動体と被駆動体との相対的な位置ずれの吸収は、駆動体と被駆動体が駆動軸方向以外の方向に移動することで実現される。

特開２００９−２６８２３７号公報 特開２００５−９９５４９号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載された構成では、駆動体と被駆動体の連結部にバネ付勢による摩擦力が働き、駆動軸方向以外の方向への移動がスムーズに行われない。そのため、駆動体の移動方向と被駆動体の移動方向とにねじれが生じる等して駆動体と被駆動体の相対位置が大きく変動した場合には、その相対位置の変動をスムーズに吸収できずに大きな駆動負荷が生じることがある。

本発明は、駆動体と被駆動体とが連結された振動型モータにおいて、駆動体と被駆動体との相対位置が変動したときの駆動負荷の増加を抑制することができる振動型モータを提供することを目的とする。

本発明に係る振動型モータは、振動子と、前記振動子と当接する摺動部材と、を有し、前記振動子の振動により前記振動子と前記摺動部材とを相対的に移動させる振動型モータであって、前記振動子の振動により移動する可動部は、被駆動体と連結されていて、前記振動子の振動により移動しない固定部に対して前記可動部の移動方向と平行な軸を回転軸として回転可能であり、前記回転軸の軸回りの前記固定部と可動部の相対角度が前記被駆動体により規制されていることを特徴とする。

本発明によれば、駆動体と被駆動体とが連結された振動型モータにおいて、駆動体と被駆動体との相対位置が変動したときの駆動負荷の増加を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動型モータと、振動型モータに連結された被駆動体の概略構成を示す断面図である。 図１の振動型モータを構成する振動子、摺動部材及び保持部材の保持構造を説明する断面図である。 図１の振動型モータにおいて、被駆動体が案内される方向と振動型モータの駆動軸が傾いた状態を示す断面図である。 図１の振動型モータ１において、保持部材の回転に影響を与える摩擦力について説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る振動型モータと、振動型モータに連結された被駆動体の概略構成を示す断面図である。 図５の振動型モータにおいて、被駆動体が案内される方向と振動型モータの駆動軸が傾いた状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動型モータと、振動型モータに連結された被駆動体の概略構成を示す断面図である。 図７の振動型モータを構成する振動子、摺動部材及び保持部材の保持構造を説明する断面図である。 図７の振動型モータにおいて、被駆動体が案内される方向と振動型モータの駆動軸が傾いた状態を示す断面図である。 レンズ駆動装置を備えるレンズ鏡筒を有する撮像装置の概略構成を示す断面図である。 図１の振動型モータを用いたレンズ駆動装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る振動型モータ１と、振動型モータ１に連結された被駆動体１４の概略構成を、振動型モータ１を駆動軸方向から見て示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す矢視Ａ−Ａの断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂの断面図である。説明の便宜上、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、互いに直交するＤ１方向とＤ２方向を定めることとし、Ｄ１方向を振動型モータ１の駆動軸方向（以下「駆動軸Ｄ１方向」という）とする。

振動型モータ１は、大略的に、駆動体１０と、摺動部材１２とから構成される。一般的に、振動型モータは、振動子を含む駆動体と、振動子による摩擦駆動力を受ける摺動部材のうちの一方を固定部とし、他方を可動部として、振動子に励起した振動により、固定部に対して可動部を相対的に移動させる。振動型モータ１では、以下に説明する通り、駆動体１０を可動部とし、摺動部材１２を固定部とした構造を有する。

駆動体１０は、摺動部材１２に対して相対的に且つ一体的に移動する部材から構成されており、振動子１１、保持部材１３、加圧部材１５、加圧板１６、転動ボール１７及び保持板１８を有する。駆動体１０には、被駆動体１４が連結されている。被駆動体１４は、後述するように、摺動部材１２に対して駆動体１０と一体的に移動するが、駆動体１０には含まれず、駆動体１０による駆動対象物であると定義する。そして、振動子１１による摩擦駆動力を受ける部材を、摺動部材１２と定義する。

振動子１１は、電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１１１と、圧電素子１１１に接着された弾性体１１２とを有する。圧電素子１１１に用いられる圧電材料は、例えば、矩形板状のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である、弾性体１１２には、ステンレス等の鋼板材が用いられる。弾性体１１２において圧電素子１１１が接着されている面の反対側の面には、突起部１１２ａが２カ所に、駆動軸Ｄ１方向に所定の間隔で設けられている。例えば、振動子１１に一次と二次の面外曲げ振動が同時に所定の位相差で励起されるように圧電素子１１１に所定の交流電圧を印加することにより、突起部１１２ａの先端に楕円運動が生じ、突起部１１２ａから摺動部材１２へ摩擦駆動力が加えられる。

摺動部材１２は、振動子１１の突起部１１２ａと当接（加圧接触）する部材であり、不図示の固定手段に固定される。摺動部材１２は、突起部１１２ａの先端に励起された楕円運動により繰り返して摩擦駆動力を受ける。その際に、本実施形態では摺動部材１２が固定されているため、駆動体１０は、摩擦駆動力の反力によって摺動部材１２に対して駆動軸Ｄ１方向に直線的に移動する。

駆動体１０の滑らかな動きと十分な耐久性を得るために、摺動部材１２において突起部１１２ａと当接する摺動面１２１ａは、平滑性が高く、高硬度であることが望ましい。そのため、摺動部材１２は、焼き入れ処理等の硬化処理が施されたステンレス鋼板１２１を有しており、ステンレス鋼板１２１において研磨処理が施された表面が摺動部材１２の摺動面１２１ａとなっている。摺動部材１２において、ステンレス鋼板１２１は、基材１２２に固定されている。基材１２２は、例えば、樹脂材料からなり、ステンレス鋼板１２１が固定された面の反対側の面には、転動ボール１７が配置される案内溝１２２ａが設けられている。

保持部材１３は、保持板１８を介して振動子１１を保持する、例えば、樹脂製の枠体である。保持板１８は、例えば、薄板状の金属部材（薄肉板金）であり、振動子１１（の弾性体１１２）に溶接により固定されると共に、保持部材１３とは接着等により固定される。加圧部材１５は、例えば、板ばねであり、付勢力が生じるように変形（湾曲）させた状態で保持部材１３と加圧板１６の間に組み込まれている。なお、加圧板１６と圧電素子１１１との間には、圧電素子１１１へ所定の交流電圧を印加するための不図示のフレキシブルプリント基板が配置される。保持部材１３には、摺動部材１２に設けられた案内溝１２２ａと対向する位置に、転動ボール１７が配置される溝部１３ｂが設けられている。

加圧部材１５の変形による付勢力は、加圧板１６を介して振動子１１に伝達される。こうして、突起部１１２ａが所定の加圧力で摺動面１２１ａに押し当てられる。加圧板１６は、振動子１１に対して加圧力を均等に分散させる部材であり、例えば、樹脂製の板状部材である。なお、本実施形態では、保持板１８に薄肉板金を用いているため、加圧部材１５による加圧力の方向であるＤ２方向での剛性は小さいが、駆動軸Ｄ１方向での剛性は大きい。そのため、加圧部材１５による付勢力を阻害することなく、振動子１１と保持部材１３とは、駆動軸Ｄ１方向において、がたつきが生じることなく連結されている。

振動型モータ１による駆動対象物である被駆動体１４は、図１にはその一部のみが示されている。被駆動体１４は、不図示の案内機構により、振動型モータ１の駆動軸Ｄ１方向と略平行な方向にのみ移動可能な状態に配設されている。保持部材１３には、被駆動体１４との連結のために連結部１３ａが設けられており、被駆動体１４には、連結部１３ａと連結される被連結部１４ａが設けられている。

連結部１３ａは、本実施形態では、保持部材１３に設けられた球状体である。被連結部１４ａは、連結部１３ａに当接するように被駆動体１４に設けられた案内溝１４ｂと、案内溝１４ｂに対して連結部１３ａを付勢する付勢部材である板ばね１４１とによって構成される。板ばね１４１の付勢により連結部１３ａが被駆動体１４の案内溝１４ｂに付勢されることで、連結部１３ａと被連結部１４ａは、駆動軸Ｄ１方向にがたつきが生じることなく連結される。

なお、仮に被駆動体１４が駆動軸Ｄ１方向と略平行な方向以外の方向に自由度を有する場合、連結部１３ａと被連結部１４ａの連結位置が一意に定まらないため、安定した連結ができず、振動型モータ１の駆動中に連結が外れてしまう可能性がある。これに対して、本実施形態では、被駆動体１４を駆動Ｄ１軸と略平行な方向にのみ移動可能にのみ保持し、後述の通りに軸Ｌ１を回転軸とした軸回りの摺動部材１２と保持部材１３の相対角度θを規制する。これにより、連結部１３ａと被連結部１４ａとを安定して連結することができる。

振動型モータ１の駆動時には、前述の通り、駆動体１０が摺動部材１２に対して駆動軸Ｄ１方向に直線的に移動する。したがって、保持部材１３に対して連結部１３ａと被連結部１４ａを介して連結されている被駆動体１４もまた、駆動体１０と共に駆動軸Ｄ１方向に直線的に移動する。

次に、図２を参照して、振動子１１、摺動部材１２及び保持部材１３の構造的な関係（保持構造）について説明する。図２（ａ）は、摺動部材１２に対して駆動体１０が駆動軸Ｄ１方向に移動した状態を、図１（ｂ）と同様に示した断面図である。

摺動部材１２に設けられた案内溝１２２ａと保持部材１３に設けられた溝部１３ｂの間には、転動部材である２つの転動ボール１７が配置されている。振動子１１の突起部１１２ａに矢印Ｍ０で示す楕円運動を生じさせると、転動ボール１７が矢印Ｍ１で示す方向に転動し、保持部材１３は、駆動軸Ｄ１方向において、摺動部材１２に対して矢印Ｍ２の向きに移動する。振動子１１は、保持部材１３に固定されているため、摺動部材１２に対して保持部材１３と同期して駆動軸Ｄ１方向に移動する。つまり、駆動体１０が、摺動部材１２に対して駆動軸Ｄ１方向に移動する。

図２（ｂ）は、駆動体１０が駆動軸Ｄ１方向と平行な軸Ｌ１を回転軸として、摺動部材１２に対して所定角度だけ回転した状態を、図１（ａ）と同様に示した断面図である。軸Ｌ１は、２つの転動ボール１７を通る。つまり、転動ボール１７は、駆動軸Ｄ１方向と平行な軸Ｌ１上に配置されている。そのため、摺動部材１２から見て、駆動体１０は、軸Ｌ１を回転軸として矢印Ｍ３で示す方向に回転可能である。本実施形態では摺動部材１２が固定されているため、図２（ｂ）（及び図１（ａ））に示すように、軸Ｌ１を通る水平面と、軸Ｌ１と連結部１３ａとを通る平面とがなす角を相対角度θとして定義している。

摺動部材１２に対して保持部材１３が軸Ｌ１回りに回転する際に、振動子１１の突起部１１２ａと摺動部材１２の摺動面１２１ａとが機械的に干渉することを避ける必要がある。これは、振動子１１の突起部１１２ａと摺動部材１２とが機械的に干渉すると、摺動部材１２に対する保持部材１３の軸Ｌ１回りの回転が阻害されてしまうからである。

ここで、振動型モータ１が通常状態（正常状態）にあるときには、図１（ａ）に示すように、摺動面１２１ａと突起部１１２ａとの当接部Ｐにおいて摺動面１２１ａと接する突起部１１２ａの平面Ｓ１は、軸Ｌ１と当接部Ｐを通る平面Ｓ２と略直交する。よって、図２（ｂ）に示すように、軸Ｌ１回りの回転角度が小さければ、突起部１１２ａは、矢印Ｍ４の方向に摺動面１２１ａに沿って移動し、突起部１１２ａと摺動面１２１ａが機械的に干渉することは避けられる。また、このときに生じる振動子１１の保持部材１３に対する微小な移動は、加圧部材１５と保持板１８の変形によって吸収される。即ち、平面Ｓ１と平面Ｓ２とを略直交させることにより、駆動体１０と被駆動体１４の相対位置の変動をスムーズに吸収する効果を高めることができる。

ところで、上述した通り、保持部材１３には被駆動体１４が連結されており、被駆動体１４は、不図示の案内機構により駆動軸Ｄ１方向と略平行な方向にのみ移動可能である。したがって、摺動部材１２に対する保持部材１３の軸Ｌ１回りの回転角度は被駆動体１４によって規制され、保持部材１３は自由に回転することはない。しかし、連結部１３ａは球状に構成されており、被連結部１４ａにおいて案内溝１４ｂと板ばね１４１によって挟持されている。そのため、連結部１３ａは、案内溝１４ｂと板ばね１４１に挟持された状態で、案内溝１４ｂ及び板ばね１４１との間に作用する摩擦力に抗して一定の角度範囲で回転することができる。つまり、振動型モータ１は、摺動部材１２に対して一定の角度で保持部材１３が傾いても、連結部１３ａと被連結部１４ａによる保持部材１３と被駆動体１４の連結状態を維持することができる構造となっている。

このことは、被駆動体１４に外力が作用する等して被連結部１４ａの位置が変化した場合には、連結部１３ａが被連結部１４ａにおいて適切に回転して相対角度θが適切に変化することで、保持部材１３と被駆動体１４との連結状態が維持されることを示している。また、駆動体１０、摺動部材１２及び被駆動体１４の寸法誤差や組み付け精度等によってこれらが理想的な配置からずれた場合でも、相対角度θが適切に変化することで、保持部材１３と被駆動体１４は適切に連結された状態で摺動部材１２に対して配置される。

そこで次に、図３を参照して、保持部材１３と被駆動体１４の連結状態と相対角度θとの関係について説明する。図３（ａ）は、被駆動体１４が案内されるＤ３方向に対して振動型モータ１の駆動軸Ｄ１方向が傾いた状態を、図１（ｂ）と同様に示した断面図である。図３（ａ）に示すように、駆動体１０の移動方向（摺動部材１２の長さ方向）である駆動軸Ｄ１方向と、被駆動体１４が不図示の案内機構により案内されるＤ３方向とがねじれた状態は、例えば、部品の寸法誤差や組み付け精度等が原因で生じ得る。なお、図３（ａ）では、被駆動体１４が案内されるＤ３方向に対する駆動軸Ｄ１方向のずれを誇張して表しているが、このずれは、実際には僅か（微小）である。

図３（ｂ）は、図３（ａ）中の矢印Ｍ５方向に駆動体１０が移動した状態を、図１（ａ）と同様に示した断面図である。駆動体１０が矢印Ｍ５方向に移動すると、被駆動体１４は相対的に矢印Ｍ７方向に動く。ここで、保持部材１３は摺動部材１２に対して軸Ｌ１回りに回転可能であるが、軸Ｌ１回りの摺動部材１２と保持部材１３の相対角度θは、連結部１３ａと被連結部１４ａの連結により規制されている。そのため、被駆動体１４が矢印Ｍ７方向に動くときには、矢印Ｍ９で示すように、保持部材１３が回転し、連結部１３ａが回転しながら被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って移動する。

図３（ｃ）は、図３（ａ）中の矢印Ｍ６方向に駆動体１０が移動した状態を、図１（ａ）と同様に示した断面図である。駆動体１０が矢印Ｍ６方向に移動すると、被駆動体１４は相対的に矢印Ｍ８方向に動く。図３（ｂ）について説明した理由と同様の理由で、被駆動体１４が矢印Ｍ８方向に動くときには、矢印Ｍ１０で示すように保持部材１３が回転し、連結部１３ａが回転しながら被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って移動する。

こうして、駆動体１０が駆動軸Ｄ１方向の矢印Ｍ５，Ｍ６のどちらの方向に移動しても、連結部１３ａと被連結部１４ａとの連結状態は維持される。即ち、振動型モータ１は、保持部材１３が軸Ｌ１回りに回転することで、連結部１３ａが回転しながら被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って移動するように構成されている。これにより、部品の加工精度や組み付け精度等に起因する駆動体１０と被駆動体１４の相対位置の変動を吸収することができる。

ところで、振動型モータ１において、保持部材１３の軸Ｌ１回りの回転を阻害する力のうち最も大きなものは、振動子１１の突起部１１２ａと摺動面１２１ａの間に働く、図３（ｂ）に示す摩擦力Ｆ１と、図３（ｃ）に示す摩擦力Ｆ２である。ここで、接触と離間を高速で繰り返す物体の間では、スクイーズ膜効果と呼ばれる、摩擦力が著しく低下する効果が生じることが確認されている。振動型モータ１においても、突起部１１２ａと摺動面１２１ａとの間に働く摩擦力Ｆ１，Ｆ２は、スクイーズ膜効果によって十分小さく、総じて保持部材１３の回転を阻害する力は小さくなる。そのため、連結部１３ａと被連結部１４ａの相対位置の変動に対して、保持部材１３は小さい摩擦抵抗で回転して移動することができ、結果として、連結部１３ａと被連結部１４ａの相対位置の変動をスムーズに吸収することができる。

ここで、保持部材１３の軸Ｌ１回りの回転を阻害する摩擦力Ｆ１について、図４を参照して詳細に説明する。図４は、振動型モータ１において保持部材１３が矢印Ｍ９（図３（ｂ）参照）で示すように軸Ｌ１回りに回転する際に、摩擦力Ｆ１が保持部材１３の回転に与える影響を説明する図である。摩擦力Ｆ１は、スクイーズ膜効果により十分小さいが、摩擦力Ｆ１が保持部材１３の回転に与える影響は可能な限り小さく、連結部１３ａが低摩擦で移動可能なことが望ましい。

そこで、図４に示すように振動型モータ１は、軸Ｌ１から摺動面１２１ａまでの距離Ｒ１よりも軸Ｌ１から連結部１３ａまでの距離Ｒ２の方が長くなるように構成されている。この場合、摩擦力Ｆ１が生じる軸Ｌ１回りの回転力により、連結部１３ａに生じる摩擦力は低減され、連結部１３ａが軸Ｌ１回りに滑らかに回転することができ、駆動体と被駆動体の相対位置の変動をスムーズに吸収する効果をより大きく得ることができる。

以上の説明の通り、振動型モータ１では、駆動体１０と被駆動体１４の相対位置の変動をスムーズに吸収することができる。これにより、駆動体１０と被駆動体１４との相対位置の変動による駆動負荷の増加を抑制しつつ、駆動体１０と被駆動体１４とが連結された状態を維持することができる。

＜第２実施形態＞
図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る振動型モータ２と、振動型モータ２に連結された被駆動体１４とを駆動軸Ｄ１方向から見た断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す矢視Ａ−Ａの断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂの断面図である。なお、振動型モータ２の構成要素のうち、第１実施形態で説明した振動型モータ１の構成要素と同じものについては、同じ符号を付して、説明を省略する。

振動型モータ２は、大略的に、駆動体２０と、摺動部材２２とから構成される。駆動体２０は、振動子１１、保持部材２３、加圧部材１５、加圧板１６、転動ボール１７及び保持板１８を有する。振動子１１は、圧電素子１１１と、圧電素子１１１に接着された弾性体１１２と、弾性体１１２において圧電素子１１１が接着されている面の反対側の面に設けられた２つの突起部１１２ａとを有する。

駆動体２０が振動型モータ１の駆動体１０と異なる点は、振動型モータ１を構成する保持部材１３に代えて、保持部材２３を有する点である。保持部材２３は、摺動部材２２に設けられた連結部２２２ｂを外部へ取り出すための開口部が設けられている点で振動型モータ１を構成する保持部材１３と異なっているが、その他の構成は同じである。

摺動部材２２は、第１実施形態で説明した摺動部材１２と比較すると、摺動部材２２に対して連結部２２２ｂが設けられている点で異なっているが、その他の構成は同じである。摺動部材２２は、ステンレス鋼板２２１と基材２２２により構成されている。ステンレス鋼板２２１の上面は、突起部２１２ａと当接する摺動面となっている。基材２２２においてステンレス鋼板１２１が固定された面の反対側の面には、転動ボール１７が配置される案内溝２２２ａが設けられている。なお、保持部材２３には、摺動部材２２に設けられた案内溝２２２ａと対向する位置に、転動ボール１７が配置される案内溝２３ａが設けられている。

基材２２２には、保持部材２３に設けられた開口部から突出する球状の連結部２２２ｂが設けられている。連結部２２２ｂと連結される被駆動体１４は、不図示の案内機構により振動型モータ２の駆動軸Ｄ１方向と略平行な方向にのみ移動可能な状態に配設されている点も含めて、第１実施形態で説明したものと同じである。そのため、被駆動体１４についても、図５において同じ符号を付して、ここでの説明を省略する。

振動型モータ２では、保持部材２３は、不図示の固定手段によって固定されている。よって、振動子１１に所定の振動を励起して突起部１１２ａに楕円運動を生じさせると、突起部１１２ａから受ける摩擦駆動力によって、摺動部材２２が駆動軸Ｄ１方向に移動する。そして、被駆動体１４が、摺動部材２２と一体的に駆動軸Ｄ１方向に移動する。

摺動部材２２と被駆動体１４の連結状態と相対角度θとの関係について説明する。相対角度θは、第１実施形態と同様に、軸Ｌ１を通る水平面と軸Ｌ１と連結部２２２ｂを通る平面とがなす角として定義される。駆動体２０に対して、摺動部材２２は、駆動軸Ｄ１方向に移動可能であり、且つ、駆動軸Ｄ１方向と平行な軸Ｌ１を中心として回転可能である。第１実施形態と同様に、摺動部材２２の摺動面と振動子１１の突起部１１２ａとの当接部Ｐにおいて、摺動部材２２の摺動面と接する突起部１１２ａの平面Ｓ１は、軸Ｌ１と当接部Ｐを通る平面Ｓ２と略直交する。また、摺動部材２２に設けられた連結部２２２ｂと被駆動体１４に設けられた被連結部１４ａが連結されることにより、軸Ｌ１回りの摺動部材２２と保持部材２３との相対角度θは規制されている。

図６（ａ）は、被駆動体１４が案内されるＤ３方向に対して振動型モータ２の駆動軸Ｄ１方向が傾いた状態を、図５（ｂ）と同様に示した断面図である。図６（ａ）に示すように、摺動部材２２の移動方向である駆動軸Ｄ１方向と、被駆動体１４が不図示の案内機構により案内されるＤ３方向とにねじれが生じた状態は、例えば、部品の寸法誤差や組み付け精度等が原因で生じ得る。図６（ａ）は、被駆動体１４が案内されるＤ３方向に対する駆動軸Ｄ１方向のずれを誇張して表しているが、このずれは、実際には微小である。

図６（ｂ）は、図６（ａ）中の矢印Ｍ５方向に摺動部材２２が移動した状態を、図５（ａ）と同様に示した断面図である。摺動部材２２が矢印Ｍ５方向に移動すると、被駆動体１４が振動型モータ２に対して相対的に矢印Ｍ７方向に動き、軸Ｌ１回りの矢印Ｍ９方向に摺動部材２２が回転し、連結部２２２ｂが被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って回転しながら移動する。

図６（ｃ）は、図６（ａ）中の矢印Ｍ６方向に摺動部材２２が移動した状態を、図５（ａ）と同様に示した断面図である。摺動部材２２が矢印Ｍ６方向に移動すると、被駆動体１４が振動型モータ２に対して相対的に矢印Ｍ８方向に動き、軸Ｌ１回りの矢印Ｍ１０方向に摺動部材２２が回転し、連結部２２２ｂが被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って回転しながら移動する。

こうして、振動型モータ２でも、摺動部材２２が駆動軸Ｄ１方向の矢印Ｍ５，Ｍ６のどちらの方向に移動しても、連結部２２２ｂと被連結部１４ａとの連結状態が維持される。即ち、振動型モータ２では、摺動部材２２が回転し、連結部２２２ｂが回転しながら被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って移動可能な構成とすることで、摺動部材２２と被駆動体１４の相対位置の変動を吸収することができる。

このとき、第１実施形態と同様に、振動子１１の突起部１１２ａと摺動部材２２の摺動面の間に働く摩擦力Ｆ１，Ｆ２（図６（ｂ），（ｃ））は、スクイーズ膜効果により十分小さく、総じて、摺動部材２２の回転を阻害する力は小さい。そのため、連結部２２２ｂと被連結部１４ａとの相対位置の変動に対して摺動部材２２は小さい摩擦抵抗で回転、移動することができ、結果として、連結部２２２ｂと被連結部１４ａの相対位置の変動をスムーズに吸収することができる。

なお、被駆動体１４は駆動軸Ｄ１方向と略平行な方向に移動可能にのみ保持され、軸Ｌ１回りの摺動部材２２と保持部材２３との相対角度θを規制した構成とすることにより安定した連結が可能となることは、第１実施形態と同様である。また、軸Ｌ１から摺動部材２２の摺動面までの距離よりも連結部２２２ｂまでの距離を長くすることで、摺動部材２２と被駆動体１４との相対位置の変動をスムーズに吸収する効果がより大きく得られることも、第１実施形態と同様である。更に、振動型モータ２でも、振動型モータ１と同様に、摺動部材２２の摺動面と突起部１１２ａとの当接部Ｐにおいて摺動部材２２の摺動面と接する突起部１１２ａの平面が軸Ｌ１と当接部Ｐを通る平面Ｓ２と略直交する構成とすることが望ましい。これにより、摺動部材２２と被駆動体１４との相対位置の変動をスムーズに吸収する効果をより大きく得ることができる。

以上の説明の通り、振動型モータ２でも、摺動部材２２と被駆動体１４の相対位置の変動をスムーズに吸収することができる。これにより、摺動部材２２と被駆動体１４との相対位置の変動による駆動負荷の増加を抑制しつつ、摺動部材２２と被駆動体１４とが連結された状態を維持することができる。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る振動型モータ３と、振動型モータ３に連結された被駆動体１４の概略構成を示す断面図である。具体的には、図７（ａ）は、振動型モータ３を駆動軸Ｄ１方向から見た断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す矢視Ａ−Ａの断面図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂの断面図である。なお、振動型モータ３の構成要素のうち、第１実施形態で説明した振動型モータ１の構成要素と同じものについては、同じ符号を付して、説明を省略することとする。

振動型モータ３は、駆動体３０、摺動部材３２及び転動ボール３７を有する。駆動体３０は、振動子１１、保持部材３３、加圧部材１５、加圧板１６及び保持板１８を有する。振動子２１は、圧電素子１１１と、圧電素子１１１に接着された弾性体１１２と、弾性体１１２において圧電素子１１１が接着されている面の反対側の面に設けられた２つの突起部１１２ａとを有する。

駆動体３０が振動型モータ１の駆動体１０と異なる点は、振動型モータ１を構成する保持部材１３に代えて、保持部材３３を有する点である。保持部材３３は、摺動部材３２を支持する４つの転動ボール３７を配置するために、その底部に凹形状部３３ｂが設けられている点で、振動型モータ１を構成する保持部材１３と異なっている。また、振動型モータ１を構成する保持部材１３に形成されている溝部１３ｂは、保持部材３３には必要がないために形成されていない。

保持部材３３に設けられた連結部３３ａは、保持部材１３に設けられた連結部１３ａと同じである。連結部３３ａと連結される被駆動体１４は、不図示の案内機構により振動型モータ３の駆動軸Ｄ１方向と略平行な方向にのみ移動可能な状態に配設されている点も含めて、第１実施形態で説明したものと同じである。そのため、被駆動体１４については、図７において同じ符号を付して、ここでの説明を省略する。

摺動部材３２は、円柱状のステンレス棒材（丸棒材）であり、その表面が突起部１１２ａから摩擦駆動力を受ける摺動面となっている。凹形状部３３ｂに配置された転動ボール３７は、振動子１１から加圧力を受けている摺動部材３２を支持すると共に、保持部材３３を摺動部材３２に対して駆動軸Ｄ１方向に移動可能としている。なお、摺動部材３２にステンレスからなる丸棒材を用いることにより、滑らかで高硬度な摺動面を低コストで実現することができる。

振動型モータ３では、摺動部材３２が不図示の固定手段によって固定されているものとする。よって、振動子１１に所定の振動を励起して突起部１１２ａに楕円運動を生じさせると、突起部１１２ａが摺動部材３２に与える摩擦駆動力の反力によって、駆動軸Ｄ１方向に移動し、駆動体３０と一体的に被駆動体１４が駆動軸Ｄ１方向に移動する。

次に、図８を参照して、振動子１１、摺動部材３２及び保持部材３３の構造的な関係（保持構造）について説明する。図８（ａ）は、摺動部材３２に対して駆動体３０が駆動軸Ｄ１方向に移動した状態を、図７（ｂ）と同様に示した断面図である。

振動子１１の突起部１１２ａに矢印Ｍ０で示す楕円運動を生じさせると、摺動部材３２と保持部材３３に設けられた凹形状部３３ｂの間に配置された転動部材である転動ボール３７は、矢印Ｍ１で示す方向に転動する。これにより、保持部材３３は、駆動軸Ｄ１方向において、摺動部材３２に対して矢印Ｍ２の向きに移動する。振動子１１は、保持部材３３に固定されているため、摺動部材３２に対して保持部材３３と同期して駆動軸Ｄ１方向に移動する。つまり、駆動体３０が、摺動部材１２に対して駆動軸Ｄ１方向に移動する。このとき、保持部材３３に対して連結部３３ａと被連結部１４ａを介して連結されている被駆動体１４もまた、駆動体３０と共に駆動軸Ｄ１方向に直線的に移動する。この原理は、第１実施形態での駆動体１０と被駆動体１４の移動の原理と同じである。

図８（ｂ）は、駆動体３０が駆動軸Ｄ１方向と平行な軸Ｌ１を回転軸として、摺動部材３２に対して所定角度だけ回転した状態を、図７（ａ）と同様に示した断面図である。軸Ｌ１は、摺動部材３２の中心を通り、摺動部材３２の長さ方向（駆動軸Ｄ１方向）と平行な軸である。４つの転動ボール３７は、摺動部材３２の外周面である曲面に沿って配置されているため、摺動部材３２から見て、駆動体３０は、軸Ｌ１を回転軸として矢印Ｍ３で示す方向に回転可能である。

このとき、摺動部材３２の摺動面が摺動部材３２の外周面であり、且つ、振動子１１と保持部材３３が摺動部材３２の中心軸である軸Ｌ１回りに回転するため、突起部１１２ａと摺動面１２１ａの機械的干渉は生じない。そのため、図８（ｂ）に示す通り、振動子１１の突起部１１２ａは、矢印Ｍ４で示すように摺動部材３２の摺動面に沿って移動し、その際に軸Ｌ１回りの駆動体３０の回転を阻害することはない。このように、振動型モータ３では、摺動部材３２に対して駆動体３０が軸Ｌ１回りに回転可能となっている。

次に、摺動部材３２と被駆動体１４の連結状態と相対角度θとの関係について説明する。相対角度θは、第１実施形態と同様に、軸Ｌ１を通る水平面と、軸Ｌ１と連結部３３ａを通る平面とがなす角として定義される。そして、保持部材３３に設けられた連結部３３ａと被駆動体１４に設けられた被連結部１４ａとが連結されることで、軸Ｌ１回りの摺動部材３２と保持部材３３との相対角度θは規制される。

図９（ａ）は、被駆動体１４が案内されるＤ３方向に対して振動型モータ３の駆動軸Ｄ１方向が傾いた状態を、図７（ｂ）と同様に示した断面図である。図９（ａ）に示すように、駆動体３０の移動方向（摺動部材３２の長さ方向）である駆動軸Ｄ１方向と、被駆動体１４が不図示の案内機構により案内されるＤ３方向とがねじれた状態は、例えば、部品の寸法誤差や組み付け精度等が原因で生じ得る。図９（ａ）は、被駆動体１４が案内されるＤ３方向に対する駆動軸Ｄ１方向のずれを誇張して表しているが、このずれは、実際には微小である。

図９（ｂ）は、図９（ａ）中の矢印Ｍ５方向に駆動体３０が移動した状態を、図７（ａ）と同様に示した断面図である。駆動体３０が矢印Ｍ５方向に移動すると、被駆動体１４は相対的に矢印Ｍ７方向に動く。摺動部材３２に対して保持部材３３は軸Ｌ１回りに回転可能であり、被駆動体１４が矢印Ｍ７方向に動くときには、矢印Ｍ９で示すように、保持部材３３が回転し、連結部３３ａが回転しながら被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って移動する。

図９（ｃ）は、図９（ａ）中の矢印Ｍ６方向に駆動体３０が移動した状態を、図７（ａ）と同様に示した断面図である。駆動体３０が矢印Ｍ６方向に移動すると、被駆動体１４は相対的に矢印Ｍ８方向に動く。図９（ｂ）について説明した理由と同様の理由で、被駆動体１４が矢印Ｍ８方向に動くときには、矢印Ｍ１０で示すように、保持部材３３が回転し、連結部３３ａが回転しながら被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って移動する。

こうして、駆動体３０が駆動軸Ｄ１方向の矢印Ｍ５，Ｍ６のどちらの方向に移動しても、連結部３３ａと被連結部１４ａとの連結状態は維持される。即ち、振動型モータ３では、保持部材３３が回転して連結部３３ａが被連結部１４ａの案内溝１４ｂに沿って回転、移動可能な構成とすることで、部品の加工精度や組み付け精度等に起因する駆動体３０と被駆動体１４の相対位置の変動を吸収することができる。

なお、被駆動体３４は駆動軸Ｄ１方向と略平行な方向に移動可能にのみ保持され、軸Ｌ１回りの摺動部材３２と保持部材３３の相対角度θを規制した構成とすることで安定した連結が可能となることは、第１実施形態と同様である。また、振動子１１の突起部１１２ａと摺動部材３２の摺動面との間に働く摩擦力Ｆ１，Ｆ２（図９（ｂ），（ｃ））は、スクイーズ膜効果により十分小さく、総じて保持部材３３の回転を阻害する力は小さい。そのため、連結部３３ａと被連結部１４ａの相対位置の変動に対して、保持部材３３は小さい摩擦抵抗で回転することができ、結果として駆動体３０と被駆動体１４の相対位置の変動をスムーズに吸収することができる。

ところで、第１実施形態では、振動子１１の突起部１１２ａと当接する摺動面１２１ａが平面状であり、この場合、保持部材１３が軸Ｌ１回りに回転すると、加圧部材１５と保持板１８が変形して、突起部１１２ａが摺動面１２１ａに沿って移動していた。この場合、保持部材１３が摺動部材１２に対して軸Ｌ１回りに回転できる許容角度は、加圧部材１５と保持板１８の変形可能な範囲に限定されている。

これに対して、本実施形態では、突起部１１２ａが当接する摺動部材３２の摺動面が円柱の外周面に相当する曲面となっており、摺動部材３２の中心軸が軸Ｌ１と略一致している。そのため、振動子１１が摺動部材３２の摺動面に沿って移動しても、加圧部材１５と保持板１８は変形しない。よって、振動子１１及び保持部材３３が摺動部材３２に対して軸Ｌ１回りに回転可能な角度（許容される回転角度）が、第１実施形態の場合よりも大きくなる。よって、駆動体３０と被駆動体１４の相対的な位置ずれが大きくなっても、そのずれ量を吸収することができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、上述した振動型モータ１〜３を用いたレンズ駆動装置について説明する。先ず、振動型モータを用いたレンズ駆動装置でのレンズ駆動原理について、図１０を参照して説明する。

図１０は、振動型モータ５５０を備えるレンズ鏡筒５１０を有する撮像装置５００の概略構成を示す断面図である。なお、レンズ鏡筒５１０は略回転対称な構造を有するため、図１０では、撮像装置５００の上側半分のみを示している。

撮像装置５００は、大略的に、レンズ鏡筒５１０と本体部５２０から構成されている。本体部５２０の内部には、撮像素子５２１が配置されている。レンズ鏡筒５１０を通過した光束は撮像素子５２１に結像し、撮像素子５２１に結像した光学像は、撮像素子５２１による光電変換によって撮像画像データに変換される。また、本体部５２０のレンズ鏡筒５１０側には、本体部５２０に対してレンズ鏡筒５１０をバヨネット係合により着脱自在とするためのマウント部が設けられている。

レンズ鏡筒５１０は、本体部５２０に設けられたマウント部と係合するマウント５１２を有する固定筒５１１を有し、固定筒５１１とマウント５１２とは不図示のビスによって固定されている。固定筒５１１は、レンズＧ１を保持する前鏡筒５１３とレンズＧ３を保持する後鏡筒５１４を保持している。レンズ鏡筒５１０は、レンズＧ２を保持するフォーカスレンズ保持枠５１６を備えている。フォーカスレンズ保持枠５１６は、前鏡筒５１３と後鏡筒５１４に保持されたガイドバー５１７によって、光軸方向に直進移動可能に保持されている。

フォーカスレンズ保持枠５１６には、振動型モータ５５０を構成する駆動体５５１が連結されている。また、駆動体５５１を構成する振動子が摩擦駆動力を与える摺動部材を含む地板５１５には、不図示のフランジ部が形成されており、地板５１５は後鏡筒５１４にビス等で固定されている。

振動型モータ５５０を構成する振動子が摺動部材に摩擦駆動力を与えると、その反力によって振動子を含む駆動体５５１が地板５１５に対して移動する。このとき、フォーカスレンズ保持枠５１６は駆動体５５１と連結されているため、フォーカスレンズ保持枠５１６と駆動体５５１とが一体的にガイドバー５１７に案内されて光軸方向に直線移動する。

続いて、第１実施形態に係る振動型モータ１を取り上げ、振動型モータ１を用いた具体的なレンズ駆動装置について、図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は、振動型モータ１を用いたレンズ駆動装置９を光軸方向から見た断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中の矢視Ｃ−Ｃの断面図である。

レンズ駆動装置９は、レンズ９１、レンズホルダ９２、ガイドバー９３ａ，９３ｂ、筐体９４、振動型モータ１を備える。筐体９４は、レンズ鏡筒を構成する複数の筒状部材の１つである。レンズ９１は、筐体９４の内部に配置されたレンズホルダ９２に保持されている。レンズホルダ９２には、光軸方向から見て重なる２つの丸穴９２ａが設けられており、また、光軸Ｏを挟んで丸穴９２ａと略対称となる位置には１つの長穴９２ｂが設けられている。ガイドバー９３ａ，９３ｂは、ガイドバー９３ａ，９３ｂのそれぞれの中心軸Ｌ３ａ，Ｌ３ｂが光軸Ｏと平行になるように筐体９４に固定されている。ガイドバー９３ａは、レンズホルダ９２の丸穴９２ａに挿通されており、ガイドバー９３ｂはレンズホルダ９２の長穴９２ｂに挿通されている。これにより、レンズ９１とレンズホルダ９２は、光軸Ｏ方向にのみ進退可能にガイドバー９３ａ，９３ｂにより案内される。

振動型モータ１は、摺動部材１２の長さ方向が光軸Ｏと平行となるように、筐体９４に取り付けられている。振動型モータ１の保持部材１３には、レンズホルダ９２が連結されている。保持部材１３とレンズホルダ９２の連結構造には、第１実施形態で説明した保持部材１３に設けられた連結部１３ａと被駆動体１４に設けられた被連結部１４ａによる連結構造が適用される。つまり、レンズホルダ９２が被駆動体１４に相当する。

振動型モータ１を駆動すると、第１実施形態で説明したように、駆動体１０が摺動部材１２に対して移動する。摺動部材１２は光軸Ｏと平行に配置されているため、駆動体１０は光軸方向に移動し、駆動体１０の光軸方向への進退に伴ってレンズホルダ９２も光軸方向に進退する。例えば、レンズ９１が撮像装置のフォーカスレンズである場合には、レンズ９１の光軸方向での進退により、フォーカス位置を調整することができる。また、レンズ９１が撮像装置のズームレンズである場合には、レンズ９１の光軸方向での進退により、ズーム倍率を変化させることができる。

レンズ駆動装置９では、振動型モータ１の摺動部材１２の摺動面１２１ａとガイドバー９３ａ，９３ｂの中心軸Ｌ３ａ，Ｌ３ｂは光軸方向と平行になるように設計される。しかし、実際には、部品間の寸法誤差の積み重ね等により、摺動面１２１ａ及び中心軸Ｌ３ａ，Ｌ３ｂの少なくとも１つが光軸方向に対して僅かな角度を持ってしまう。しかし、本発明の実施形態に係る振動型モータ１を用いることにより、振動型モータ１の駆動によって駆動体１０と被駆動体であるレンズホルダ９２との相対位置が変動しても、この変動は保持部材１３の回転によってスムーズに吸収される。また、このとき、駆動体１０と被駆動体であるレンズホルダ９２との連結状態もがたつきを生じることなく、維持することができる。よって、レンズ駆動装置９では、駆動負荷が小さく抑えられ、滑らかなレンズ駆動が可能となる。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、上述した振動型モータ１〜３の構成は一例であり、振動型モータ１〜３の各部の構成や振動子１１の駆動原理は上記のものに限定されるものではない。

また、例えば、第１実施形態では、保持部材１３に設けた連結部１３ａを、被駆動体１４に設けられた案内溝１４ｂに対して板ばね１４１により付勢することで被連結部１４ａに対して連結させた。しかし、連結部１３ａと被連結部１４ａとの連結方法は、板ばね１４１を用いる方法に限定されず、例えば、連結部１３ａと被連結部１４ａとの連結には、係合や磁石による磁力吸着等の手法を用いてもよい。

更に、摺動部材１２では、突起部１１２ａと当接する摺動面１２１ａを平面としたが、ステンレス鋼板１２１の表面を、突起部１１２ａ側に凸な曲面（例えば、半円柱の外表面）に形成して、摺動面としてもよい。即ち、突起部１１２ａから摩擦駆動力を受ける摺動部材には、摺動部材３２のような丸棒材に限定されず、突起部１１２ａに向かって凸となる曲面を摺動面として有するものを用いることができる。

１，２，３ 振動型モータ
１０，２０，３０ 駆動体
１１ 振動子
１２，２２，３２ 摺動部材
１３，２３，３３ 保持部材
１３ａ，３３ａ，２２２ｂ 連結部
１４ 被駆動体
１４ａ 被連結部
１４ｂ 案内溝
１５ 加圧部材
１６ 加圧板
１７，３７ 転動ボール
１１１ 圧電素子
１１２ａ 突起部
５００ 撮像装置
５１０ レンズ鏡筒
５１１ 固定筒
５２１ 撮像素子
５５０ 振動型モータ

Claims (11)

1. 振動子と、
   前記振動子と当接する摺動部材と、を有し、
   前記振動子の振動により前記振動子と前記摺動部材とを相対的に移動させる振動型モータであって、
   前記振動子の振動により移動する可動部は、被駆動体と連結されていて、前記振動子の振動により移動しない固定部に対して前記可動部の移動方向と平行な軸を回転軸として回転可能であり、
   前記回転軸の軸回りの前記固定部と可動部の相対角度が前記被駆動体により規制されていることを特徴とする振動型モータ。
2. 前記被駆動体は前記可動部の移動方向と略平行な方向に支持され、
   前記可動部と前記被駆動体とは前記可動部の移動方向と平行な方向にがたつきが生じることなく連結されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型モータ。
3. 前記可動部に設けられた連結部と前記被駆動体に設けられた被連結部とによって、前記可動部と前記被駆動体とが連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型モータ。
4. 前記連結部は、球状体であり、
   前記被連結部は、前記連結部を挟持する案内溝と板ばねとを有し、
   前記可動部が前記回転軸を中心にして回転したときに、前記連結部が前記被連結部に設けられた前記案内溝に沿って移動することにより、前記連結部と前記被連結部との連結状態が維持されることを特徴とする請求項３に記載の振動型モータ。
5. 前記回転軸から前記連結部までの距離は、前記回転軸から前記摺動部材の前記振動子と当接する摺動面までの距離よりも長いことを特徴とする請求項３又は４に記載の振動型モータ。
6. 前記振動子は、前記摺動部材の前記摺動面と接する平面を有し、
   前記振動子の前記平面は、前記振動子と前記摺動面との当接部と前記回転軸とを通る平面と略直交することを特徴とする請求項５に記載の振動型モータ。
7. 前記摺動部材の前記摺動面は、前記振動子に向かって凸となる曲面であることを特徴とする請求項５又は６に記載の振動型モータ。
8. 前記摺動部材は丸棒材であり、
   前記摺動部材の前記摺動面は、前記丸棒材の外周面であり、
   前記丸棒材の中心軸が前記回転軸と略一致することを特徴とする請求項７に記載の振動型モータ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型モータと、
   フォーカスレンズまたはズームレンズと、を備え、
   前記被駆動体は、前記フォーカスレンズまたは前記ズームレンズを保持するレンズ保持枠であり、前記振動子の駆動により前記フォーカスレンズまたは前記ズームレンズの光軸方向に移動することを特徴とするレンズ鏡筒。
10. 請求項９に記載のレンズ鏡筒と、
    前記レンズ鏡筒を通過した光束が結像した光学像を光電変換する撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型モータと、
    前記振動型モータにより駆動される被駆動体と、を備えることを特徴とする駆動装置。