JP6643288B2 - 振動波モータ及び振動波モータを有したレンズ駆動装置 - Google Patents

振動波モータ及び振動波モータを有したレンズ駆動装置 Download PDF

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Description

本発明は振動波モータに係り、特に弾性体が板状のリニア用振動波モータとリニア用振動波モータを用いてレンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動装置に関するものである。
従来から小型軽量、高速駆動、かつ、静音駆動を特徴とする超音波モータは撮像装置のレンズ鏡筒等のアクチュエータに採用されている。様々な形態の超音波モータが存在するが、中でもリニア駆動用の超音波モータが特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された超音波モータは、圧電素子及び振動板で構成された振動子と、振動子に加圧接触する比較的厚くかつ均一な厚さを有する摩擦部材(スライダ)と、振動子を摩擦部材に対して加圧する加圧バネとで構成される。振動子に高周波振動を生成し、振動子上に形成された突起部の先端に楕円運動を生成することで、振動体が摩擦部材と相対移動できる。
特開2016−82802号公報
特許文献1に開示された超音波モータでは、摩擦部材に生じる振動を振動吸収部材によって抑制している。そして、更なる小型化やコストダウンを目的として、摩擦部材の薄型化が求められている。しかしながら、摩擦部材を薄型化すると、共振周波数の間隔が狭くなるため、駆動周波数帯域近傍での共振が発生しやすくなる。この共振により摩擦部材に不要振動が発生して、超音波モータの特性が低下し、また異音を生じるといった問題があった。
本発明の目的は、摩擦部材の不要振動の低減を図るために減衰部材を設け、摩擦部材の不要振動に起因する振動波モータの異音を抑制し、小型化及びコストダウンを達成した振動波モータを提供することである。
上記の課題を解決するために、圧電素子を有する振動体と、振動体と摩擦接触する摩擦部材と、前記振動体を前記摩擦部材に加圧する加圧部材と、前記摩擦部材を固定するベース部材と、前記摩擦部材に発生する振動を減衰する衰部材と、を有し、前記振動体と前記摩擦部材とが相対移動する振動波モータにおいて、前記摩擦部材は、前記振動体と当接する第1の領域を有する第1の面と、前記第1の面の裏面であって前記ベース部材と当接する第2の領域を有する第2の面とを備え、前記第1の面と前記第2の面の少なくともどちらか一方は、前記減衰部材と接する第3の領域を有し、前記加圧部材の加圧方向における前記第1の領域及び前記第3の領域の位置は、それぞれ異なり、前記振動体は突起部と平板部とを備え、前記第2の面は、前記第3の領域を有し、前記加圧方向において前記第3の領域は前記第1の領域よりも前記平板部に近いことを特徴とする。

本発明によれば、摩擦部材の不要振動の低減を図るために減衰部材を設け、摩擦部材の不要振動に起因する振動波モータの異音を抑制し、小型化及びコストダウンを達成した振動波モータを提供することができる。
(A)、(B)第1の実施例の振動体10の構成を示す図である。 (A)、(B)第1の実施例の振動波モータ110の構成を示す断面図である。 (A)〜(C)第1の実施例の摩擦部材13と減衰部材15の構成を示す図である。 (A)、(B)第1の実施例の摩擦部材13の構成を示す斜視図である。 第2の実施例の振動波モータ120の構成を示す断面図である。 (A)、(B)第2の実施例の摩擦部材23の構成を示す斜視図である。 第3の実施例の振動波モータ130の構成を示す断面図である。 (A)、(B)第3の実施例の摩擦部材33の構成を示す斜視図である。 (A)、(B)第3の実施例の摩擦部材33の共振周波数fの特性を示す図である。 第4の実施例の振動波モータ140の構成を示す断面図である。 (A)、(B)第4の実施例の摩擦部材43の構成を示す斜視図である。 (A)、(B)第5の実施例の振動波モータ150の構成を示す断面図である。 (A)、(B)第5の実施例の摩擦部材53の構成を示す斜視図である。 第5の実施例の摩擦部材53の共振による振動を示す模式図である。 図12(A)の部分拡大図である。 (A)本発明の適用例のレンズ駆動装置200を示す正面図である。(B)同断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための実施形態について説明する。図面において、同一符号は同一部材を示している。本明細書中において、後述する振動体10と後述する摩擦部材13とが相対移動する相対移動方向をX方向、振動体10を摩擦部材13に対して加圧する加圧方向をZ方向とする。Z方向において、振動体10から摩擦部材13への向きを+Z方向、摩擦部材13から振動体10への向きを−Z方向と定義する。また、X方向及びZ方向と直交する直交方向をY方向とする。
図1(A)は、本発明の実施形態の振動体10の正面図、図1(B)は振動体10の底面図である。振動体10は、振動板11及び圧電素子12によって構成されている。振動板11は、矩形状の平板部11bと平板部11b上に設けられた突起部11aを有する。振動板11には、高周波振動する圧電素子12が固定されている。
圧電素子12に超音波領域の周波数fを有する高周波の駆動電圧を印加することによって、振動体10は高周波振動(超音波振動)し、長手方向であるX方向と短手方向であるY方向にそれぞれの固有振動モードで共振する。この共振によって突起部11aの先端には楕円運動が生じる。振動体10は、後述の摩擦部材13(接触部材)に対して加圧されており、突起部11aと平板部11bとを備えた振動体10と摩擦部材13が接触(摩擦接触)した状態で前述の楕円運動を生じさせることで、摩擦力を介して駆動力を得ることができる。この駆動力により、振動体10は摩擦部材13に対して相対移動することができる。更に振動板11には、振動体10を後述の保持部材6に固定するための保持部11cが設けられている。
次に、本発明の実施形態の振動波モータ110の構成について説明する。図2(A)は、実施形態の振動波モータ110の加圧部材16の中心を通るX−Z平面における断面図、図2(B)は、同加圧部材16の中心を通るY−Z平面における断面図である。
振動体10は、振動板11の保持部11cの端部に設けられた保持孔11dを保持部材6の保持軸6aに係合させることで保持部材6に固定されている。加圧部材16は、振動体10を摩擦部材13に加圧するための部材であって、可動部材3と加圧板5に作用する。加圧板5は、加圧部材16によって生じた加圧力を、緩衝部材4を介して振動体10に与える。加圧板5を介して加圧することで加圧力を圧電素子12の面に均一に与えることができる。また、緩衝部材4を介して加圧することで振動体10の振動の減衰を抑えつつ、振動体10を加圧することができる。
可動部材3は、後述のレンズ201に振動波モータ110の駆動力を伝達するための部材であり、レンズ201と振動波モータ110を連結するための連結部3aを有する。そして、保持部材6と可動部材3は、転動部材7を介して連結されているため、保持部材6が相対移動方向に移動する際、可動部材3は保持部材6と一体的に移動することができる。また、転動部材7が転動することによって、保持部材6と可動部材3は加圧方向に相対的に移動することができる。このような構成のため、部品の寸法誤差や組立誤差等が生じた際でも、安定して加圧部材16の加圧力により振動体10を摩擦部材13に対して加圧することができる。
ベース部材14は、摩擦部材13が固定される部材である。更に、カバー部材9が図示されていないねじ等によってベース部材14に固定されている。可動部材3とカバー部材9との間には、ボール部材8が設けられており、可動部材3が相対移動方向に移動する際、ボール部材8が転動することで加圧部材16の加圧反力によって生じる摺動負荷が低減されている。
上述のとおり、高周波振動により生じる駆動力により、振動体10は摩擦部材13に対して相対移動することができる。このような駆動力により、振動体10、保持部材6及び可動部材3を一体的に相対移動方向に移動させることができる。
次に、摩擦部材13の形状及び固定方法について説明する。図3(A)〜(C)は摩擦部材13と減衰部材15の構成を示す図であって、摩擦部材13、ベース部材14、減衰部材15のみを示した平面図である。図4(A)、(B)は、それぞれ異なる角度から摩擦部材13を見た斜視図である。摩擦部材13は、薄型化された板状の部材から構成されており、振動板11側の面であって振動体10と当接する第1の面を画定する摺動側面13f1、及び第1の面の裏面であってベース部材14と当接する第2の面を画定する固定側面13f2を有する。第1の面には、振動体10と当接する摺動領域13a(第1の領域)が相対移動方向に延在して設けられている。第2の面には、ベース部材14と当接し、摩擦部材13を固定するための固定領域13b(第2の領域)が設けられている。
減衰部材15は摩擦部材13に接し、摩擦部材13に発生する不要振動を減衰する部材である。図3(A)及び図4(A)に示す実施形態では、第1の面には、減衰部材15と接する減衰領域13c(第3の領域)が更に設けられており、減衰部材15が第1の面に接している。しかしながら、減衰部材15と接する第3の領域が第2の面に設けられた別の形態も実施可能である。すなわち、第1の面と第2の面の少なくともどちらか一方に第3の領域が備えられることにより、減衰部材15により摩擦部材13に発生する不要振動が低減される。
更に、摩擦部材13は均一な厚さを有する平板ではないため、加圧方向において、第1の領域と第3の領域をそれぞれ異なる位置とすることができる。このような構成とすることで、減衰部材15が第1の領域を干渉するのを防ぐとともに、装置の小型化及びコストダウンをすることが可能となる。
(第1の実施例)
本発明の第1の実施例について、図2(B)、図4(A)、(B)を参照して説明する。第1の実施例の振動波モータ110に用いられている摩擦部材13は、摺動側面13f1と固定側面13f2を有しており、摺動側面13f1の裏側の面に固定側面13f2が設けられている。摺動側面13f1側には、振動体10の突起部11aと当接する摺動領域13a及び減衰部材15と接する減衰領域13cが設けられている。一方、固定側面13f2には、ベース部材14の固定面14aと当接し摩擦部材13を固定する固定領域13bが設けられている。減衰領域13cは相対移動方向に延在し、摺動領域13aの両外側に分割されて、かつ摺動領域13aに対して直交方向(Y方向)に隣接して設けられているため、摺動領域13aに対して相対移動方向ではなく直交方向に減衰部材15が設けられている。そして、固定領域13bは、固定側面13f2の全面に広がっている。なお、摺動側面13f1、固定側面13f2、摺動領域13a、固定領域13b及び減衰領域13cは、それぞれ請求項の記載の第1の面、第2の面、第1の領域、第2の領域、第3の領域に相当する。
第1の実施例の摩擦部材13は、均一な厚さを有する平板ではなく、2つの減衰領域13cにおける厚さが摺動領域13aにおけるZ方向の厚さよりも薄くなっている、薄型化された平板であって、その断面が凸形状である。言い換えると、摺動領域13aは2つの減衰領域13cよりも振動体10側に突出しており、減衰領域13cは摺動領域13aに対して+Z方向に位置するため、加圧部材16の加圧方向において減衰領域13cは摺動領域13aよりも振動体10から離れている。すなわち、加圧部材16の加圧方向における摺動領域13aと減衰領域13cの位置が異なっている。更に、減衰領域13cの面粗さが摺動領域13aの面粗さよりも粗くなっている。
第1の実施例のベース部材14には、摩擦部材13の固定領域13b及び減衰部材15に当接する固定面14aが平面として設けられている。
第1の実施例の減衰部材15は接着剤であり、摩擦部材13の固定領域13bとベース部材14の固定面14aが接した状態で、減衰領域13cに減衰部材15が充填される。そして、減衰部材15を硬化させることで摩擦部材13がベース部材14上に接着固定される。液状の接着剤を硬化させて減衰部材15が形成されるため、減衰領域13cにはばらつきが生じやすく、減衰部材15が摺動領域13aにまで及んでしまうと突起部11aが減衰部材15と接触し、駆動特性が低下してしまう。しかしながら、第1の実施例では、摺動領域13aが減衰部材15の設けられる減衰領域13cよりも−Z方向に高くなっているため、減衰部材15がばらついた際でも、減衰部材15が摺動領域13aにまで及ぶことがない。また、図3(A)に示すように、接着剤である減衰部材15の充填面積が大きいと接着剤硬化時の収縮量が大きくなり、残留応力が大きくなる。しかしながら、図3(B)に示すように、減衰部材15の充填領域を分割することで収縮量を小さくし、残留応力を減らすとともに接着強度を向上させることができる。更に、図3(C)に示すように、減衰部材15を全域ではなく固有振動モードの腹ANの箇所に部分的に充填することで、減衰部材15の量を減らしコストダウンを図るとともに、上記腹ANを上から押さえることで振動を抑制することができる。
次に、比較のため従来例の構成について説明する。特許文献1の図1は、従来例の超音波モータの構成を示す図である。従来例の超音波モータでは、比較的厚くかつ均一な厚さを有するスライダが用いられており、スライダは、ねじによってベース部材に固定されている。超音波モータのベース部材がモータ保持部材に固定される際に、スライダに生じる振動を吸収する振動吸収部材が組み込まれる。そして、超音波モータの駆動の際は、振動子の高周波振動がスライダに伝達されてスライダには共振が発生するものの、振動吸収部材が振動子の影響による不要な振動を低減している。しかしながら、超音波モータの更なる小型化やコストダウンのためにスライダを薄型化すると、共振周波数の間隔が狭くなるため、駆動周波数帯域近傍での共振が発生しやすくなる。この共振によりスライダには不要振動が発生し、振動子の振動が阻害されて超音波モータの特性が低下する、またスライダに異音が生じるといった問題があった。
次に、従来例の構成に対して、第1の実施例の構成によって得られる効果について説明する。第1の実施例の振動波モータ110では、薄型化された摩擦部材13が用いられている。このような薄型化された摩擦部材13であっても、摺動領域13aと減衰領域13cの厚さが異なるため、減衰領域13cに充填された減衰部材15が摺動領域13aにまで及ぶことがない。すなわち、減衰部材15と突起部11aが接触しないため駆動特性が低下しない。そして、この摩擦部材13の摺動側面13f1の減衰領域13cに減衰部材15が設けられており、減衰部材15が摩擦部材13に接するように構成されている。すなわち、摩擦部材13をベース部材14に対して押さえ付けるように固定することで、薄型化された摩擦部材13に生じる不要振動(面外振動)を減衰させることができる。更に、突起部11aが摺動領域13aを摺動する範囲よりも減衰部材15と接する減衰領域13cの範囲の方が広くなっており、減衰効果が大きくなる。減衰領域13cの面粗さが摺動領域13aの面粗さよりも粗くなっているため、相対移動方向に位置ずれが発生しにくい。減衰部材15を設けて摩擦部材13の不要振動を低減することにより、結果として、振動波モータ110の特性低下及び異音の抑制を達成することができる。更に、摺動領域13aに対して相対移動方向ではなく直交方向に減衰部材15が設けられているため、振動波モータ110全体が相対移動方向に大型化しない。
第1の実施例では、減衰部材15が接着剤であり摩擦部材13の固定と減衰を兼ねているが、減衰部材15が接着剤以外の例えばシリコンゴムやゲル状素材といった減衰効果のある材料であってもよい。例えば、摩擦部材13の固定側面13f2とベース部材14の固定面14aをねじや接着剤等の別の固定手段で完全に固定し、シリコンゴムやゲル状素材等の減衰効果のある材料を摩擦部材13の周りに充填してもよい。すなわち、減衰効果のある材料が減衰領域13cに接するような構成とすることで、摩擦部材13に発生する不要振動を減衰させることができる。
(第2の実施例)
次に、本発明の第2の実施例について、図5、図6(A)、(B)を参照して説明する。第1の実施例では、摩擦部材13の固定側面13f2の全面が固定領域13bであってベース部材14の固定面14aに接し、減衰部材15が接する減衰領域13cが摺動側面13f1側のみに設けられた構成であった。第2の実施例では、薄型化された摩擦部材23の減衰領域23cが摺動側面23f1だけでなく固定側面23f2にも設けられるとともに、ベース部材24に凹部24bが設けられている。これらの構成が第1の実施例と異なっている。なお、第1の実施例と異なる構成について詳説する。
図5は、第2の実施例の振動波モータ120の構成を示す断面図であり、図2(B)に対応している。図6(A)、(B)は、第2の実施例の振動波モータ120に用いられている摩擦部材23をそれぞれ異なる角度から見た斜視図である。摩擦部材23の摺動側面23f1側には、振動体20の突起部21aと当接する摺動領域23a及び減衰部材25と接する減衰領域23cが設けられている。一方、固定側面23f2には、ベース部材24の固定面24aと当接し摩擦部材23を固定する固定領域23bと、固定領域23bの両外側かつ固定領域23bに対して直交方向(Y方向)に隣接して減衰部材25と接する減衰領域23cが設けられている。すなわち、第2の実施例の摩擦部材23には、減衰部材25が接する減衰領域23cが摺動側面23f1と固定側面23f2のそれぞれ両方に分割されて設けられている。なお、摺動側面23f1、固定側面23f2、摺動領域23a、固定領域23b及び減衰領域23cは、それぞれ請求項の記載の第1の面、第2の面、第1の領域、第2の領域及び第3の領域に相当する。
第2の実施例の摩擦部材23の形状は、第1の実施例の摩擦部材13と同様な形状であるためその説明を省略する。
第2の実施例のベース部材24には、摩擦部材23の固定領域23bに当接する固定面24aと、固定面24aの両外側かつ固定面24aに対して直交方向(Y方向)に隣接して凹部24bが設けられている。固定面24aと凹部24bはいずれも相対移動方向に延在している。この凹部24bには、減衰部材25が充填される。
第2の実施例の減衰部材25は接着剤であり、摩擦部材23の固定領域23bとベース部材24の固定面24aが接した状態で、凹部24bに減衰部材25が充填される。そして、摺動側面23f1と固定側面23f2のそれぞれの減衰領域23cに減衰部材25が接するまで減衰部材25が充填される。そして、減衰部材25を硬化させることで摩擦部材23がベース部材24上に接着固定される。第2の実施例では、第1の実施例と同様、摺動領域23aが減衰部材25の設けられる摺動側面23f1の減衰領域23cよりも−Z方向に高くなっているため、減衰部材25がばらついた際でも、減衰部材25が摺動領域23aにまで及ぶことがない。
次に、第2の実施例の構成によって得られる効果について説明する。第2の実施例の振動波モータ120では、薄型化された摩擦部材23が用いられている。このような薄型化された摩擦部材23であっても、摺動領域23aと摺動側面23f1の減衰領域23cの厚さが異なるため、減衰領域23cに充填された減衰部材25が摺動領域23aにまで及ぶことがない。すなわち、減衰部材25と突起部21aが接触しないため駆動特性が低下しない。そして、この摩擦部材23の摺動側面23f1と固定側面23f2の両方の減衰領域23cに減衰部材25が設けられており、減衰部材25が摩擦部材23に接するように構成されている。すなわち、摩擦部材23をベース部材24に対して押さえ付けるように固定することで、薄型化された摩擦部材23に生じる不要振動(面外振動)を減衰させることができる。更に、突起部21aが摺動領域23aを摺動する範囲よりも減衰部材25と接する減衰領域23cの範囲の方が広くなっており、減衰効果が大きくなる。減衰領域23cの面粗さが摺動領域23aの面粗さよりも粗くなっているため、相対移動方向に位置ずれが発生しにくい。減衰部材25を設けて摩擦部材23の不要振動を低減することにより、結果として、振動波モータ120の特性低下及び異音の抑制を達成することができる。更に、摺動領域23aに対して相対移動方向ではなく直交方向に減衰部材25が設けられているため、振動波モータ120全体が相対移動方向に大型化しない。
第2の実施例では、摩擦部材23の両側の面に減衰領域23cが設けられており、減衰部材25と摩擦部材23との接触面積が大きいため、減衰部材25による減衰効果がより大きくなるというメリットがある。また、固定領域23bは加圧部材26により振動体20が摩擦部材23に対して加圧される加圧力の延長線上に設けられている。このため、加圧力が摩擦部材23に与えられた際に摩擦部材23が塑性変形するといった問題が生じない。また、減衰部材25は接着剤であるが、接着剤以外の例えばシリコンゴムやゲル状素材といった減衰効果のある材料であってもよいことは第1の実施例と同様である。
(第3の実施例)
次に、本発明の第3の実施例について図7乃至図9(A)、(B)を参照して説明する。第2の実施例では、摩擦部材23は断面が凸形状であり、摺動領域23aを減衰領域23cよりも振動体20側に突出させることで減衰部材25が摺動領域23aまで及ばないようにした構成であった。第3の実施例では、均一な厚さの薄板状の摩擦部材33を折り曲げることで、摺動領域33aが減衰領域33cよりも振動体30側に突出した構成となっている。すなわち、摩擦部材33の断面が凸形状でない構成が第2の実施例と異なっている。なお、第2の実施例と異なる構成について詳説する。
図7は、第3の実施例の振動波モータ130の構成を示す断面図であり、図2(B)に対応している。図8(A)、(B)は、第3の実施例の振動波モータ130に用いられている摩擦部材33をそれぞれ異なる角度から見た斜視図である。摩擦部材33の摺動側面33f1側には、振動体30の突起部31aに当接する摺動領域33a及び減衰部材35と接する減衰領域33cが設けられている。一方、固定側面33f2には、ベース部材34の固定面34aと当接し摩擦部材33を固定する固定領域33bと、固定領域33bの両外側かつ固定領域33bに対して直交方向(Y方向)に隣接して減衰部材35と接する減衰領域33cが設けられている。すなわち、第3の実施例の摩擦部材33には、減衰部材35が接する減衰領域33cが摺動側面33f1と固定側面33f2のそれぞれ両方に分割されて設けられている。なお、摺動側面33f1、固定側面33f2、摺動領域33a、固定領域33b及び減衰領域33cは、それぞれ請求項の記載の第1の面、第2の面、第1の領域、第2の領域及び第3の領域に相当する。
第3の実施例の摩擦部材33の形状は、第2の実施例とは異なり、均一な厚さの薄板状の部材から構成されている。振動体30と摩擦部材33は相対移動方向に相対移動するため、摺動領域33aは相対移動方向に長くなっている。摩擦部材33は、摺動領域33aの両外側でベース部材34側に折り曲げられている。摩擦部材33の折り曲げられた部分の摺動側面33f1と固定側面33f2の両方に減衰領域33cが設けられており、摩擦部材33がベース部材34の凹部34bに充填された減衰部材35と接するように構成されている。
第3の実施例のベース部材34には、減衰部材35が充填される凹部34bが備えられており、ベース部材34の形状は第2の実施例のベース部材24と同様であるためその説明を省略する。
第3の実施例の減衰部材35は接着剤であり、摩擦部材33の固定領域33bとベース部材34の固定面34aが接した状態で、凹部34bに減衰部材35が充填される。そして、摺動側面33f1と固定側面33f2のそれぞれの減衰領域33cに減衰部材35が接するまで減衰部材35が充填される。そして、減衰部材35を硬化させることで摩擦部材33がベース部材34上に接着固定される。第3の実施例では、第2の実施例と同様、摺動領域33aが減衰部材35の設けられる摺動側面33f1の減衰領域33cよりも−Z方向に高くなっているため、減衰部材35がばらついた際でも、減衰部材35が摺動領域33aにまで及ぶことがない。更に、突起部31aが摺動領域33aを摺動する範囲よりも減衰部材35と接する減衰領域33cの範囲の方が広くなっている。
次に、第3の実施例の構成によって得られる効果について説明する。第3の実施例の振動波モータ130では、均一な厚さの薄板状の摩擦部材33が用いられている。このような均一な厚さの薄板状の摩擦部材33の摺動領域33aの両外側部分がベース部材34側に折り曲げられているため、摺動側面33f1の減衰領域33cが摺動領域33aよりも振動体30から離れており、摺動領域33aが振動体30側に突出している。この構成により、減衰領域33cに充填された減衰部材35が摺動領域33aにまで及ぶことがない。すなわち、減衰部材35と突起部31aが接触しないため駆動特性が低下しない。そして、この摩擦部材33の摺動側面33f1及び固定側面33f2の両方の減衰領域33cに減衰部材35が設けられており、減衰部材35が摩擦部材33に接するように構成されている。すなわち、摩擦部材33をベース部材34に対して押さえ付けるように固定することで、均一な厚さの薄板状の摩擦部材33に生じる不要振動(面外振動)を減衰させることができる。更に、突起部31aが摺動領域33aを摺動する範囲よりも減衰部材35と接する減衰領域33cの範囲の方が広くなっており、減衰効果が大きくなる。減衰領域33cの面粗さが摺動領域33aの面粗さよりも粗くなっているため、相対移動方向に位置ずれが発生しにくい。減衰部材35を設けて摩擦部材33の不要振動を低減することにより、結果として、振動波モータ130の特性低下及び異音の抑制を達成できる。更に、摺動領域33aに対して相対移動方向ではなく直交方向に減衰部材35が設けられているため、振動波モータ130全体が相対移動方向に大型化しない。
第3の実施例では、均一な厚さの薄板状の摩擦部材33を折り曲げることで減衰部材35を作成することができるため、摩擦部材33の加工が容易であるというメリットがある。更に、摩擦部材33を相対移動方向に沿って折り曲げることにより、摩擦部材33の相対移動方向の剛性が高くなる。摩擦部材33は薄板状の部材であるため、特定の周波数fで共振する固有振動モードを有する。摩擦部材33は高周波振動する振動体30と当接しているため、振動体30の振動が摩擦部材33に伝達される。摩擦部材33が振動体30の高周波振動の周波数fで共振する固有振動モードを有する場合、振動体30の振動に起因して摩擦部材33が共振する。
次に、摩擦部材33に生じる振動モードの共振周波数fについて説明をする。図9(A)は、摩擦部材33の剛性が低い場合の共振周波数fnaを示すグラフ、図9(B)は摩擦部材33の剛性が高い場合の共振周波数fnbを示すグラフである。これらグラフは、横軸が周波数f、縦軸が振幅Aであり、それぞれ特定の周波数fで共振が生じることが示されている。振動波モータ130では、振動体30の高周波振動の周波数fを制御することで相対移動速度を制御するため、振動体30を所定の使用周波数領域で高周波振動させている。図9(A)に示すように剛性が低い場合には、共振周波数f1a、f2a、f3a、f4aの間隔が狭く、いずれかの共振周波数fnaが使用周波数領域に入ってしまうため摩擦部材33に不要振動が生じやすくなる。しかしながら、摩擦部材33の剛性が高いと、図9(B)に示すように共振周波数f1b、f2b、f3b、f4bの間隔が広くなる。そのため、それぞれの共振周波数fnbを使用周波数領域の外にすることができ、摩擦部材33に生じる不要振動を低減することができる。
(第4の実施例)
次に、本発明の第4の実施例について、図10、図11(A)、(B)を参照して説明する。第1の実施例では、減衰部材15が摩擦部材13の摺動側面13f1側にのみ設けられた構成であった。第4の実施例では、均一な厚さの薄板状の摩擦部材43の固定側面43f2に減衰部材45が設けられるとともに、摩擦部材43を折り曲げることで、減衰部材45が摺動領域43aまで及ばない構成としている。すなわち摩擦部材43の断面が凸形状でない構成が第1の実施例と異なっている。なお、第1の実施例と異なる構成について詳説する。
図10は、第4の実施例の振動波モータ140の構成を示す断面図であり、図2(B)に対応している。図11(A)、(B)は、第4の実施例の振動波モータ140に用いられている摩擦部材43をそれぞれ異なる角度から見た斜視図である。摩擦部材43の摺動側面43f1側には、振動体40の突起部41aと当接する摺動領域43aが設けられている。一方、固定側面43f2には、ベース部材44の固定面44aと当接し摩擦部材43を固定する固定領域43bが設けられている。更に、固定側面43f2には、固定領域43bの両外側に分割されて、かつ固定領域43bに対して直交方向(Y方向)に隣接して減衰部材45と接する減衰領域43cが設けられている。すなわち、第4の実施例の摩擦部材43には、減衰部材45が接する減衰領域43cが固定側面43f2にのみ設けられている。なお、摺動側面43f1、固定側面43f2、摺動領域43a、固定領域43b及び減衰領域43cは、それぞれ請求項の記載の第1の面、第2の面、第1の領域、第2の領域及び第3の領域に相当する。
第4の実施例の摩擦部材43の形状は、第1の実施例とは異なり、均一な厚さの薄板状の部材から構成されている。摩擦部材43は摺動領域43aで振動体40の突起部41aに当接し、固定領域43bでベース部材44の固定面44aに当接する。振動体40と摩擦部材43は相対移動方向に相対移動するため、摺動領域43aは相対移動方向に長くなっている。摩擦部材43は、摺動領域43aの両外側で振動体40側に略90度に折り曲げられている。摩擦部材43の折り曲げられた部分が更に摺動領域43aに対して外側にもう一度略90度に折り曲げられており、固定領域43bがベース部材44側に突出した形状となっている。摩擦部材43の折り曲げられた先の固定側面43f2側が減衰領域43cとなっており、摩擦部材43とベース部材44との間に充填された減衰部材45と接するように構成されている。すなわち、固定側面43f2は、固定領域43b及び減衰部材45と接する減衰領域43cを有する。また、加圧部材46の加圧方向における摺動領域43aと減衰領域43cの位置が異なる。更に、平板部41bから摺動領域43aまでの距離Lが平板部41bから減衰領域43cまでの距離Lよりも大きいため、加圧部材46の加圧方向において減衰領域43cは摺動領域43aよりも平板部41bに近い。
第4の実施例のベース部材44の形状は、第1の実施例のベース部材44と同様な形状であるためその説明を省略する。
第4の実施例の減衰部材45は接着剤であり、摩擦部材43の固定領域43bとベース部材44の固定面44aが接した状態で、固定側面43f2側の減衰領域43cと固定面44aとによって囲まれる空間に減衰部材45が充填される。そして、固定側面43f2の減衰領域43cに減衰部材45が接するまで減衰部材45が充填される。そして、減衰部材45を硬化させることで摩擦部材43がベース部材44上に接着固定される。第4の実施例では、摩擦部材43が振動体40側に折り曲げられており、減衰部材45が固定側面43f2とベース部材44との間に設けられた構成となっているため、減衰部材45がばらついた際でも、減衰部材45が摺動領域43aにまで及ぶことがない。
次に、第4の実施例の構成によって得られる効果について説明する。第4の実施例の振動波モータ140では、均一な厚さの薄板状の摩擦部材43が用いられている。このような均一な厚さの薄板状の摩擦部材43であっても、摩擦部材43が振動体40側に折り曲げられているため、固定側面43f2の減衰領域43cに充填された減衰部材45が摺動領域43aにまで及ぶことがない。すなわち、減衰部材45と突起部41aが接触しないため駆動特性が低下しない。そして、この摩擦部材43の固定側面43f2の減衰領域43cに減衰部材45が設けられており、減衰部材45が摩擦部材43に接するように構成されているため、均一な厚さの薄板状の摩擦部材43に生じる不要振動を減衰させることができる。更に、突起部41aが摺動領域43aを摺動する範囲よりも減衰部材45と接する減衰領域43cの範囲の方が広くなっており、減衰効果が大きくなる。減衰領域43cの面粗さが摺動領域43aの面粗さよりも粗くなっているため、相対移動方向に位置ずれが発生しにくい。減衰部材45を設けて摩擦部材43の不要振動を低減することにより、結果として、振動波モータ140の特性低下及び異音の抑制を達成できる。更に、摺動領域43aに対して相対移動方向ではなく直交方向に減衰部材45が設けられているため、振動波モータ140全体が相対移動方向に大型化しない。
第4の実施例では、均一な厚さの薄板状の摩擦部材43を振動体40側に折り曲げることで、減衰領域43cは摺動領域43aの外側かつ摺動領域43aに対して直交方向(Y方向)に設けられている。このような構成により、振動体40の突起部41aの両側の空いている空間に摩擦部材43と減衰部材45を配置することができるため、加圧方向に大型化することなく摩擦部材43の振動を減衰させることができるというメリットがある。
また、第4の実施例では、摩擦部材43を折り曲げているため摩擦部材43の相対移動方向の剛性が高くなっている。このため、第3の実施例と同様に、摩擦部材43が有する複数の共振周波数fnbを使用周波数の領域の外にすることができるという、摩擦部材43の剛性が高い際の効果が得られるとともに、摩擦部材43に生じる不要振動を低減できる。
(第5の実施例)
次に、本発明の第5の実施例について、図12(A)、(B)乃至図14を参照して説明する。第1の実施例では、摩擦部材13の固定側面13f2の全面が固定領域13bであってベース部材14の固定面14aに接し、減衰部材15が接する減衰領域13cが摺動側面13f1側のみに設けられた構成であった。第5の実施例では、薄型化された摩擦部材53は平板の形状であるとともに、減衰領域53cが固定側面53f2に相対移動方向に沿って配置されている。更にベース部材54には減衰部材55を充填する凹部54bが相対移動方向に沿って複数設けられている。これらの構成が第1の実施例と異なっている。なお、第1の実施例と異なる構成について詳説する。
図12(A)は、第5の実施例の振動波モータ150の加圧部材56の中心を通るX−Z平面における断面図、図12(B)は図12(A)の断面線XIIB−XIIBにおける断面図である。図13(A)、(B)は、第5の実施例の振動波モータ150に用いられている摩擦部材53をそれぞれ異なる角度から見た斜視図である。摩擦部材53の摺動側面53f1側には、振動体50の突起部51aと当接する摺動領域53aが設けられている。一方、固定側面53f2には、ベース部材54の固定面54aと当接し摩擦部材53を固定する複数の固定領域53bが相対移動方向ではなく直交方向(Y方向)に延在して設けられている。更に、固定領域53bに対して相対移動方向に隣接して減衰部材55と接する減衰領域53cが分割して複数設けられており、減衰領域53cは固定領域53bと同一平面に位置する。なお、摺動側面53f1、固定側面53f2、摺動領域53a、固定領域53b及び減衰領域53cは、それぞれ請求項の記載の第1の面、第2の面、第1の領域、第2の領域及び第3の領域に相当する。
第5の実施例の摩擦部材53の形状は、第1の実施例とは異なり、薄型化された板状の形状であり、相対移動方向の両端部には、摩擦部材53をベース部材54に固定するためのねじ孔53dが設けられている。摩擦部材53は高周波振動する振動体50と当接しているため、振動体50の振動が伝達される。摩擦部材53は、振動体50の高周波振動の周波数fの近傍で共振する固有振動モードを有するため、振動体50の振動に起因して摩擦部材53が共振する。
第5の実施例のベース部材54には、摩擦部材53の固定領域53bに当接する固定面54aと、固定面54aに隣接して配置される複数の凹部54bが相対移動方向に沿って交互に、且つ加圧部材56の加圧方向に設けられている。固定面54aと凹部54bはいずれも相対移動方向ではなく直交方向(Y方向)に延在している。この凹部54bには、減衰部材55が充填される。
第5の実施例の減衰部材55は、接着剤であり、摩擦部材53の固定領域53bとベース部材54の固定面54aが接した状態で、凹部54bに減衰部材55が充填される。そして、減衰部材55を硬化させることで摩擦部材53がベース部材54上に接着固定される。接着剤は硬化の際に収縮するため、硬化後には接着剤内部には硬化収縮による収縮応力が蓄積されている。この収縮応力が大きい場合には接着強度の低下などの問題を生じる。しかしながら、第5の実施例では減衰部材55が相対移動方向に分割されているため、硬化収縮による収縮応力が小さくなり、接着強度を向上させることができる。
図14は、摩擦部材53の共振による振動を模式的に示しており、点線は振動体50の高周波振動の周波数fで共振する摩擦部材53の固有振動モードの腹ANを示す。第5の実施例では、減衰部材55は相対移動方向に少なくとも複数分割され、この摩擦部材53の固有振動モードの腹AN上(若しくは腹近傍)に減衰部材55が接している。なお、上記の説明では腹ANが4つある4次の固有振動モードを例にして説明したが、振動体50の高周波振動の周波数fや摩擦部材53の形状によって生じる固有振動モードは異なる。
図15は図12(A)の一部を拡大した図であり、振動体50、摩擦部材53、ベース部材54、減衰部材55のみを示し、それ以外の記載は省略している。振動体50は突起部51aを複数備え、相対移動方向における各突起部51aの間隔をd2とする。そして、1つの減衰部材55(若しくは凹部54b)の相対移動方向の長さをd1とすると、長さd1は、間隔d2より短くなっている。また、凹部54bの相対移動方向の中心は、摩擦部材53が有する共振モードの腹ANと略一致する。
次に、第5の実施例の構成によって得られる効果について説明する。第5の実施例では、薄型化された板状の摩擦部材53が用いられている。このような薄型化された板状の摩擦部材53であっても、摺動領域53aと減衰領域53cが隣接しないため、凹部54bに充填された減衰部材55が摺動領域53aにまで及ぶことがない。すなわち、減衰部材55と突起部51aが接触しないため駆動特性が低下しない。また摩擦部材53の固有振動モードの腹ANの近傍に減衰部材55が設けられているため、薄型化された板状の摩擦部材53に生じる不要振動を積極的に減衰させることができる。減衰部材55を設けて摩擦部材53の不要振動を低減することにより、結果として、振動波モータ150の特性低下及び異音の抑制を達成できる。更に、減衰部材55が相対移動方向ではなく、その直交方向(Y方向)でもなく、加圧方向に設けられているため、振動波モータ150のY方向の大きさを小型化することが可能である。
第5の実施例では、減衰部材55が接着剤であり摩擦部材53の固定と減衰を兼ねているが、減衰部材55が接着剤以外の例えばシリコンゴムやゲル状素材といったベース部材54と比較して剛性の低い材料であってもよい。この場合、摩擦部材53、ベース部材54、減衰部材55を含む固定部の剛性が、従来例と比較して低くなる。固定部の剛性が低いと振動体50の突起部51aの先端の楕円運動を効率的に駆動力に変換することができず、駆動性能が低下する。第5の実施例では減衰部材55を相対移動方向(X方向)に複数分割し、摩擦部材53の減衰領域53c以外を固定領域53bとしてベース部材54で支持することで、固定部の剛性の低下を抑制し、駆動性能の低下を抑えることができる。更に減衰部材55の相対移動方向の長さd1が、突起部51aの間隔d2より大きい場合、加圧部材56による加圧力によって、摩擦部材53が塑性変形、あるいは脆性破壊する可能性がある。しかしながら、第5の実施例では減衰部材55の相対移動方向の長さd1を、突起部51aの間隔d2未満としているため、反りや脆性破壊を抑制することができる。
減衰部材55としてシリコンゴムやゲル状素材を用いる場合、摩擦部材53の相対移動方向の端部をねじ57や接着剤等の別の固定手段で完全に固定し、固定側面53f2とベース部材54の固定面54aを当接させる。端部を完全固定することによって、摩擦部材53の共振周波数fを固定することができる。または、摩擦部材53をモールドと一体のインサート成形によって構成してもよい。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
(適用例)
以下に、本発明の振動波モータ110を例示的に適用したレンズ駆動装置200の構成について説明する。図16(A)はレンズ駆動装置200の正面図であり、図16(B)は図16(A)のXVIB−XVIB断面図である。
レンズ201はレンズ保持部材202に固定されている。レンズ保持部材202は貫通孔202aとU溝部202bでそれぞれガイドバー203a、ガイドバー203bと係合しており、レンズ201及びレンズ保持部材202は光軸I方向に直進案内されている。係合部202cは振動波モータ110の可動部材3に設けられた連結部3aに係合しており、可動部材3とレンズ保持部材202は一体的に移動する。
レンズ駆動装置200はレンズ201と、振動波モータ110を有しており、前述のとおり可動部材3は振動体10と一体的に移動するため、振動体10と摩擦部材13の相対移動によって、レンズ201を光軸方向に移動させることができる。
本発明は、小型軽量かつ広い駆動速度レンジが要求される電子機器、特にレンズ駆動装置等に利用可能である。
10、50 振動体
11a、51a 突起部
11b 平板部
12 圧電素子
13、53 摩擦部材
13a、53a 摺動領域(第1の領域)
13b、53b 固定領域(第2の領域)
13c、53c 減衰領域(第3の領域)
13f1、53f1 摺動側面(第1の面)
13f2、53f2 固定側面(第2の面)
14、54 ベース部材
15、55 減衰部材
16、56 加圧部材
54b 凹部
110〜150 振動波モータ
200 レンズ駆動装置
201 レンズ
AN 固有振動モードの腹
d1 相対移動方向の長さ
d2 間隔

Claims (15)

  1. 圧電素子を有する振動体と、
    該振動体と摩擦接触する摩擦部材と、
    前記振動体を前記摩擦部材に加圧する加圧部材と、
    前記摩擦部材を固定するベース部材と、
    前記摩擦部材に発生する振動を減衰する減衰部材と、
    を有し、
    前記振動体と前記摩擦部材とが相対移動する振動波モータにおいて、
    前記摩擦部材は、前記振動体と当接する第1の領域を有する第1の面と、前記第1の面の裏面であって前記ベース部材と当接する第2の領域を有する第2の面とを備え、
    前記第1の面と前記第2の面の少なくともどちらか一方は、前記減衰部材と接する第3の領域を有し、
    前記加圧部材の加圧方向における前記第1の領域及び前記第3の領域の位置は、それぞれ異なり、
    前記振動体は突起部と平板部を備え、前記第2の面は、前記第3の領域を有し、前記加圧方向において前記第3の領域は前記第1の領域よりも前記平板部に近いことを特徴とする振動波モータ。
  2. 前記第1の面は、前記第3の領域を有し、前記加圧方向において前記第3の領域は前記第1の領域よりも前記振動体から離れていることを特徴とする請求項1に記載の振動波モータ。
  3. 前記第1の面及び前記第2の面は、それぞれ前記第3の領域を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の振動波モータ。
  4. 前記第3の領域は、相対移動方向に延在し、前記第1の領域の外側かつ前記第1の領域に対して前記相対移動方向と直交する方向に隣接して設けられることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  5. 前記減衰部材は、前記第1の面又は前記第2の面と前記ベース部材との両方に接触していることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  6. 圧電素子を有する振動体と、
    該振動体と摩擦接触する摩擦部材と、
    前記振動体を前記摩擦部材に加圧する加圧部材と、
    前記摩擦部材を固定するベース部材と、
    前記摩擦部材に発生する振動を減衰する減衰部材と、
    を有し、
    前記振動体と前記摩擦部材とが相対移動する振動波モータにおいて、
    前記ベース部材は、前記摩擦部材と当接する面に凹部を有し、前記凹部は相対移動方向に沿って複数設けられており、前記凹部に前記減衰部材が充填されることを特徴とする振動波モータ。
  7. 前記摩擦部材は、前記振動体と当接する第1の領域を有する第1の面と、前記ベース部材と当接する第2の領域及び前記減衰部材と接する第3の領域を有する第2の面とを備え、前記第2の領域と前記第3の領域とは、同一平面において前記相対移動方向に交互に設けられることを特徴とする請求項に記載の振動波モータ。
  8. 前記振動体は、複数の突起部を備え、前記減衰部材の前記相対移動方向の長さは前記突起部の間隔より短いことを特徴とする請求項又はに記載の振動波モータ。
  9. 前記振動体に発生させる高周波振動の周波数で共振する前記摩擦部材の固有振動モードの腹近傍に前記減衰部材を設けることを特徴とする請求項乃至のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  10. 前記摩擦部材は、前記減衰部材により前記ベース部材の上に固定されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  11. 前記摩擦部材は、前記相対移動方向における端部を前記ベース部材にねじ又は接着剤で完全に固定されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  12. 前記減衰部材は、接着剤であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  13. 前記圧電素子に駆動電圧を印加することにより前記振動体に発生させる高周波振動は、超音波領域の周波数の振動であり、前記振動波モータは前記超音波領域の周波数の振動を用いた超音波モータであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  14. 前記減衰部材は、前記ベース部材よりも剛性が低いことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の振動波モータ。
  15. レンズを有し、前記振動体と前記摩擦部材の前記相対移動によって、前記レンズが光軸方向に移動することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の振動波モータを有したレンズ駆動装置。
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