JP6539037B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学機器などに使用される駆動装置に関する。より詳細には、超音波モータに関する。

従来、この種の駆動装置の一例として超音波モータがある。超音波モータは、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動子を摩擦部材に圧接することで摺動部材を相対的に駆動する技術が知られている。さらに、駆動部の重量が重い場合などには複数の振動子を用いることで、より大きな駆動力を発生させて駆動する技術が知られている。

特開２００６−０６７７１２号公報

上述の特許文献１に開示された従来技術では、摩擦部材の上下それぞれに振動子を配置し、摩擦部材の端部から駆動力を取り出すピンを介して、駆動させたいレンズ鏡筒に動力を伝達する構成となっている。

しかしながら上述の構成によると、駆動力の発生部（振動子の摩擦接触面）と取出し部の位置のずれが大きくなる。駆動力の取り出し部の位置が振動子の摩擦接触面から離れると駆動対象（レンズ）の重さによるモーメントが振動子に発生する。そうすると振動子の摩擦接触状態が変化する。そのため駆動が不安定になり安定した駆動力の取り出しができない。

そこで、本発明の目的は、複数の振動子から１つの駆動力を取り出す駆動装置において、安定した駆動力の取り出しを行うことが可能な駆動装置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駆動装置は、
印加される高周波電圧により振動する複数の振動子と、該振動子と摩擦接触する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に圧接し摩擦接触させる加圧部と、を備え、前記加圧部の加圧方向と直交する方向に前記複数の振動子を並べて配置し、前記複数の振動子を前記摩擦部材に対して相対移動方向に移動させ１つの駆動力を取り出す駆動装置において、前記駆動力の取り出し位置は、前記複数の振動子の並び方向において前記複数の振動子がそれぞれ配置される位置の間の位置であることを特徴とする。

本発明によれば、複数の振動子から１つの駆動力を取り出す駆動装置において、安定した駆動力の取り出しを行うことが可能な駆動装置を提供することが可能となる。

本発明の実施例における超音波モータの機構を示す要部断面図である。 本発明の実施例における超音波モータの機構を示す正面断面図である。 振動子と摩擦部材、高周波電圧を印加した際の振動子圧接部の楕円振動を示す要部拡大図である。 本発明の実施例における超音波モータを駆動源として光学レンズを直線駆動する駆動装置を示す分解斜視図である。 複数の振動子に対して共通して使用する摩擦部材の形状を示す図である。 左右の幅を変えた摩擦部材を示す図である。 左右の厚さを変えた摩擦部材を示す図である。 振動子を直列に配置した機構を示す要部断面図である。 振動子を直列に配置した機構を示す正面断面図である。

以下に、本発明の各実施例を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図面において同一部分は同一符号で示してある。また、以下説明する各実施例は、本発明を例示するものであり、限定するものでないことは言うまでもない。更に、駆動装置として超音波モータを例示しているが、その他の形式の駆動装置を除外するものではない。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１における駆動装置を構成する超音波モータの機構を示す要部断面図である。また、図２は本発明の実施例１における超音波モータの機構を正面から見た要部断面図である。超音波モータ１００は、連結部材１０２に対して溶接や公知の接着剤により固定される振動板１０１を備えている。

図３は振動子、摩擦部材及び高周波電圧を印加した際の振動子の圧接部の楕円振動を示す超音波モータ１００の要部拡大図である。振動板１０１には圧電素子１０３が公知の接着剤により固着されており、振動板１０１と圧電素子１０３とで振動子２００を形成する。圧電素子１０３に高周波電圧が印加されることで（超音波）振動する振動子２００が共振を起こすように設定されている。その結果、振動子２００に形成された圧接部２００ａの先端が図３に示す楕円振動を起こす。

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、回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを発生させることができる。よって、振動子２００を相手部品である摩擦部材１０４に圧接させ摩擦接触させることにより駆動力を発生させ、振動子２００自身を摩擦部材１０４に対して図１に矢印３００で示した相対移動方向に進退させることが可能となる。本発明においては、図２に矢印５００で示した並び方向に振動子２００を２個並列で並べて配置している。

振動子２００を支持する支持部材１０５は、前述の振動子２００が固定された連結部材１０２と共に取り付け位置に固定される。このとき、１つの支持部材１０５で複数の振動子２００を支持することで、複数の振動子２００によって生じる駆動力を１つのモータとして駆動部に伝達することを可能とする。また、振動子２００を摩擦部材１０４に圧接させる加圧板１０８は、弾性部材１０９を介して圧電素子１０３を押圧保持する。

加圧板１０８に振動子２００を摩擦部材１０４に圧接させる付勢力を与えるため、加圧バネ１１１、加圧バネ１１１を保持する保持部材１１０、加圧バネ地板１１２が設けられている。保持部材１１０と加圧バネ地板１１２は、その間に加圧バネ１１１を挟んだ状態で、加圧方向に伸縮自在となるように構成されている。

加圧板１０８、弾性部材１０９、保持部材１１０、加圧バネ１１１、加圧バネ地板１１２の要素で加圧部を構成している。これによって、振動子２００が摩擦部材１０４に圧接されることになる。加圧方向は図１及び図２において矢印４００で示されている。

移動板１１３は、ネジ１１４によって支持部材１０５に固定されている。移動板１１３は、振動子２００が相対移動方向３００に沿って進退する際の駆動をガイドするガイド部の一部を構成する。

移動板１１３には転動部材であるボール１１５が嵌入するためのＶ字型の溝部（不図示）が形成されている。ガイド部の一部を構成するカバープレート１１６は、ネジ１１８でベース部材１１７に固定される。カバープレート１１６は、移動板１１３の溝部に対向する位置にＶ字型の溝部（不図示）が設けられている。移動板１１３の溝部とカバープレート１１６の溝部とでボール１１５を挟持することで、支持部材１０５を相対移動方向３００に沿って進退可能に支持することを可能としている。ベース部材１１７には摩擦部材１０４がネジ１１９で固定される。

前述した支持部材１０５、移動板１１３、カバープレート１１６、ベース１１７はそれぞれ１つずつで構成する。複数の振動子２００に対して共通に使用する。これによって、２個の振動子２００から得られるそれぞれの駆動力を、共通の支持部材１０５を介して１つの駆動力として取り出すことを可能とする。駆動力の取り出しについての詳細は後述する。

ここまでの構成により、本発明における駆動装置である、複数の振動子２００を用いた超音波モータ１００が完成する。

駆動力を取り出すため、支持部材１０５に図１及び図２に示すような突起部１０５ａを設ける。突起部１０５ａには連結部材１２０を連結する。突起部１０５ａに生じる駆動力は連結部材１２０を介して光学レンズを保持するユニットなどに伝達される。突起部１０５ａは相対移動方向３００においては振動子２００の中央位置、すなわち駆動力発生部の中央に位置するように形成される。

また、突起部１０５ａは２つの振動子２００の並び方向５００においては２つの振動子２００の間の中央に配置されるように形成される。更に、突起部１０５ａは加圧方向４００においては連結部材１２０との連結位置が、振動子２００に形成された圧接部２００ａと摩擦部材１０４との摩擦接触位置と同位置または近傍になるように形成される。それぞれ同形状の振動子２００を２つ以上の複数個設けることもできる。

このように、駆動力の取り出し位置を相対移動方向３００における振動子２００の中央位置とする。更に、駆動力の取り出し位置を振動子の並び方向５００における２つの振動子２００の間の中央位置、加圧方向４００における振動子２００の圧接部２００ａと摩擦部材１０４との摩擦接触位置と同位置または近傍に配置する。このようにすることで、駆動力発生部の中央から駆動力を取り出すことができる。これによって、超音波モータ１００には駆動対象（レンズ）の重さによるモーメントが発生せず、駆動が安定するため、安定した駆動力の取り出しを行うことができる。

図４は、本発明における超音波モータ１００を駆動源として光学レンズを直線駆動する駆動装置を示す分解斜視図である。図４において、１２１はモータ保持部材であり、前述した超音波モータ１００や、後述する光学レンズ、ガイドバーなどを保持する。レンズ保持部材１２２の嵌合部には、光学レンズ１２３が固定及び保持されている。

レンズ保持部材１２２はガイドバー１２４と相対的に摺動自在に嵌合する嵌合穴に嵌合している。これによって、レンズ保持部材１２２が図４に示した光軸Ｘの方向（相対移動方向）への進退が可能となる。レンズ保持部材１２２には、連結部材１２０を保持するための連結保持部が形成され、連結部材１２０が組み込まれている。超音波モータ１００はモータ保持部材１２１とネジ１２６により締結される。

なお、組み込み状態においては、連結部材１２０の先端係合部を支持部材１０５に形成された突起部１０５ａに係合するように組み込むことで、超音波モータ１００が発生する駆動力は連結部材１２０を介してレンズ保持部材１２２に伝達される。これによって、レンズ保持部材１２２の光軸Ｘの方向（相対移動方向）への直線駆動を可能とする。

上述のように、駆動力の取り出し位置を駆動力発生源の各軸の中心位置に配置することで、駆動力発生部の中央から駆動力を取り出すことができる。これによって、超音波モータ１００に不要なモーメントがかからず、ガタやたわみを生じることなく安定した駆動力の取り出しを可能としている。駆動させたいレンズ保持部材１２２は安定した駆動によって相対移動方向に進退可能となった。

（実施例２）
以下、本発明に係る実施例２を説明する。本発明においては、駆動力発生源である振動子を複数用いて１つの超音波モータ１００を構成している。そのため、複数の振動子に対して共通して使える部材は共通化することで部品点数の削減や組立工数の削減、組立性向上につながる。また、用いる複数の振動子は同形状にすることで部品コストの面や部品管理の面で非常に有利となる。

図５ａは、複数の振動子２００に対して１つの摩擦部材でモータ駆動を成立させるための摩擦部材５０４の形状を表した図である。前述のとおり、並び方向５００に沿って並列に２個並べた振動子２００の間から駆動力の取り出しを行うため、共通化する摩擦部材５０４には連結部材１２０を支持部材１０５の突起部１０５ａに連結させうるための逃げ形状が必要となる。

実施例２においては、図５ａに示したように、摩擦部材５０４の中央に穴部５０５を設け、連結部材１２０を配置する際の逃げ形状としている。

同形状の振動子を複数用いる場合、それぞれの振動子を駆動させるための駆動周波数はほとんど同じ値になる。そのため、共通の摩擦部材に圧接させて駆動させるには、１つの振動子の駆動によって摩擦部材に生じる振動が、もう１つの振動子の駆動に悪影響を与えてしまう。例えば、図５ａに示したように摩擦部材５０４の穴部５０５を中心として左右対称の形状にした場合、摩擦部材５０４は左側と右側で部品の共振点が同じになるため、同じ周波数で複数の振動子を駆動させると、互いに悪影響を与えてしまう。

この問題を解決するために、摩擦部材５０４の穴部５０５を中心とした際の左右の形状に変化をつける。図５ｂでは摩擦部材５０４に穴部５０５を中心として左右の幅を変えた摩擦部材５０４ｂを示す。摩擦部材５０４ｂの左側の幅ｈ１と右側の幅ｈ２を意図的に変える（ここではｈ１＜ｈ２）ことで、摩擦部材５０４ｂの左側の共振点と右側の共振点をずらす。これによって、２つの同形状の振動子を同じ駆動周波数で駆動させても、互いに悪影響を与えることがない。

また、図５ｃでは左右の厚さｔ１とｔ２（ここではｔ１＜ｔ２）を変えた摩擦部材５０４ｃを示している。穴部５０５の両側に位置する左部分５０７と右部分５０６とでその厚さを変えることによって、同様に摩擦部材５０４ｃの左側の共振点と右側の共振点をずらしている。

ここでは摩擦部材５０４の左右の幅、厚さを変える例を示したが、その他、摩擦部材５０４の左右の長さを変更して左右の共振点をずらすこともできる。また、それらのうちの複数の方法を同時に用いることで左右の共振点をずらすことも可能である。

このように、摩擦部材５０４の穴部５０５を中心として左右の共振点を変えることが可能となり、同形状の複数の振動子に対する摩擦部材５０４を共通化する際の悪影響を除くことができる。これによって、部品点数の削減や組み込み工数の削減、組込み性の向上および部品コストの削減を可能とした。

（実施例３）
以下、本発明に係る実施例３を説明する。図６は、本発明において、複数の振動子を相対移動方向３００に対して直列に配置した場合を示す要部断面図である。振動子２００を相対移動方向３００に対して直列に配置することで、超音波モータ１００の幅方向のサイズを小さくすることができる。そのため、特にレンズ鏡筒などに搭載する際に径方向の省スペース化になり鏡筒の小型化を実現することができる。この場合の相対移動方向３００は複数の振動子の並び方向でもある。

相対移動方向３００に沿って前後に配置した複数の振動子２００それぞれの駆動範囲が狭くて済む場合は、摩擦部材１０４と振動子２００の圧接部が摩擦接触しない領域が生じる場合がある。この時、図６のように摩擦部材１０４と振動子２００の圧接部が摩擦接触しない領域において、摩擦部材１０４を前後に分割するか、穴などの逃げを設けることで、加圧方向４００において、摩擦接触面から駆動力を取り出すことを可能とする。

相対移動方向３００に沿って前後に配置したそれぞれの振動子２００の駆動範囲がオーバーラップする場合の駆動力の取り出しにおいては、摩擦部材１０４の中央部は振動子２００の圧接部が圧接しながら駆動するため、単純に穴形状を設けることができない。そこで、図７に示すように支持部材１０５の両側に突起部１０５ａを設ける構成にする。両側に形成された突起部１０５ａから連結部材１２０を連結させることで、加圧方向４００において摩擦接触面から駆動力を取り出すことを可能とし、不要なモーメントを生じないように組み込むことができる。

以上、本発明に係る各実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求項に記載の範囲に示したものであればどのような形態を取ることも可能である。

１００ 超音波モータ
１０１ 振動板
１０２ 連結部材
１０３ 圧電素子
１０４、４０４、５０４、５０４ｂ、５０４ｃ 摩擦部材
１０５ 支持部材
１０８ 加圧板
１０９ 弾性部材
１１０ 保持部材
１１１ 加圧バネ
１１２ 加圧バネ地板
１１３ 移動板
１１４、１１８、１１９、１２６ ネジ
１１５ ボール
１１６ カバープレート
１１７ ベース部材
１２０ 連結部材
１２１ モータ保持部材
１２２ レンズ保持部材
１２３ 光学レンズ
１２４ ガイドバー
２００ 振動子
Ｘ 光軸

Claims (14)

1. 印加される高周波電圧により振動する複数の振動子と、
   該振動子と摩擦接触する摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に圧接し摩擦接触させる加圧部と、を備え、
   前記加圧部の加圧方向と直交する方向に前記複数の振動子を並べて配置し、前記複数の振動子を前記摩擦部材に対して相対移動方向に移動させ１つの駆動力を取り出す駆動装置において、
   前記駆動力の取り出し位置は、前記複数の振動子の並び方向において前記複数の振動子がそれぞれ配置される位置の間の位置である
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置において、
   前記複数の振動子は前記相対移動方向に対して並列に並べて配置し、
   前記摩擦部材は、前記複数の振動子に対して１つの共通した部材で構成されるとともに、前記駆動力を取り出すための穴部が前記複数の振動子の間の位置に形成されていることを特徴とする駆動装置。
3. 請求項２に記載の駆動装置において、前記摩擦部材は前記穴部の側方の幅、厚み、長さのうちの少なくとも１つが互いに異なることを特徴とする駆動装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置は振動波モータであることを特徴とする駆動装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置において、前記振動子は、振動板と圧電素子とを備えることを特徴とする駆動装置。
6. 前記振動波モータは、前記振動子が超音波振動する超音波モータであることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
7. 第１の振動子と、
   前記第１の振動子と並ぶように配置される第２の振動子と、
   前記第１の振動子と前記第２の振動子とを支持する支持部材と、を有する駆動装置において、
   前記支持部材は、前記第１の振動子と前記第２の振動子とが振動することによって、所定の方向に移動可能であり、
   前記支持部材は、前記第１の振動子及び前記第２の振動子による駆動力を駆動対象に伝達するための他の部材と連結可能な連結部を有しており、
   前記連結部は、前記第１の振動子と前記第２の振動子とが並ぶ方向において、前記第１の振動子が配置されている位置と前記第２の振動子が配置されている位置の間の位置に配置されることを特徴とする駆動装置。
8. 請求項７に記載の駆動装置において、前記第１の振動子と前記第２の振動子とは、前記所定の方向と直交する方向に並ぶように配置されていることを特徴とする駆動装置。
9. 請求項７に記載の駆動装置において、前記第１の振動子と前記第２の振動子とは、前記所定の方向と平行な方向に並ぶように配置されていることを特徴とする駆動装置。
10. 請求項７乃至９のいずれか１項に記載の駆動装置は、前記第１の振動子に加える圧力を生み出す第１の加圧部と、前記第１の振動子に加える圧力を生み出す第２の加圧部とをさらに有し、
    前記第１の加圧部と前記第２の加圧部とは、前記第１の振動子と前記第２の振動子とが並ぶ方向に並ぶように配置され、
    前記連結部は、前記第１の加圧部と前記第２の加圧部とが並ぶ方向において、前記第１の加圧部が配置されている位置と前記第２の加圧部が配置されている位置の間の位置に配置されることを特徴とする駆動装置。
11. 駆動装置と、
    前記駆動装置により移動可能な駆動対象と、を有する光学機器であって、
    前記駆動装置は、
    印加される高周波電圧により振動する複数の振動子と、
    該振動子と摩擦接触する摩擦部材と、
    前記振動子を前記摩擦部材に圧接し摩擦接触させる加圧部と、を備え、
    前記加圧部の加圧方向と直交する方向に前記複数の振動子は並べて配置され、前記複数の振動子を前記摩擦部材に対して相対移動方向に移動させ１つの駆動力を取り出す前記駆動装置において、
    前記駆動力の取り出し位置は、前記複数の振動子の並び方向において前記複数の振動子がそれぞれ配置される位置の間の位置であることを特徴とする光学機器。
12. 駆動装置と、
    前記駆動装置により移動可能な駆動対象と、を有する光学機器であって、
    前記駆動装置は
    第１の振動子と、
    前記第１の振動子と並ぶように配置される第２の振動子と、
    前記第１の振動子と前記第２の振動子を支持する支持部材と、を有し、
    前記支持部材は、前記第１の振動子と前記第２の振動子が振動することによって、所定の方向に移動可能であり、
    前記支持部材は、前記第１の振動子及び前記第２の振動子による駆動力を前記駆動対象に伝達するための他の部材と連結可能な連結部を有しており、
    前記連結部は、前記第１の振動子と前記第２の振動子とが並ぶ方向において、前記第１の振動子が配置されている位置と前記第２の振動子が配置されている位置の間の位置に配置されることを特徴とする光学機器。
13. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置において、
    前記駆動力の取り出し位置は、前記複数の振動子の並び方向における前記複数の振動子中央位置、かつ、前記加圧方向において前記振動子が前記摩擦部材と摩擦接触する端と逆の端の位置及び前記摩擦部材が前記振動子と摩擦接触する端と逆の端の位置の間の位置であることを特徴とする駆動装置。
14. 請求項１１に記載の光学機器において、
    前記駆動力の取り出し位置は、前記複数の振動子の並び方向における前記複数の振動子中央位置、かつ、前記加圧方向において前記振動子が前記摩擦部材と摩擦接触する端と逆の端の位置及び前記摩擦部材が前記振動子と摩擦接触する端と逆の端の位置の間の位置であることを特徴とする光学機器。

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