JP6700834B2 - 振動型モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動型モータを駆動源として含む駆動装置に関する。

振動型モータは、電気−機械エネルギ変換素子（圧電素子）によって振動が励起される振動体（弾性体）と、該振動体に接触することで回転するロータとを有する。振動型モータでは、振動体とロータとの摩擦によって熱が発生し、この熱によって駆動特性が変動する。

特許文献１には、摩擦により発生した熱を効果的に放熱するために、圧電素子と振動型モータのケースとの間にこれらに接触する放熱部材を設けたリング型の振動型モータが開示されている。

一方、振動型モータには、特許文献２にて開示されているような、いわゆる棒型の振動型モータがある。

特開平０５−０１５１７４号公報 特開２００６−１８０５８９号公報

棒型の振動型モータでは、振動体およびこれを保持するシャフトに複数の方向に順に曲げ振動が生じることで、振動体およびシャフトの端部が円運動するように変位する。このため、特許文献１にて開示されたようなリング型の振動型モータに用いられる放熱部材をそのまま棒型の振動型モータに用いると、放熱部材によって振動体およびシャフトの端部の円運動が阻害され、振動型モータの駆動特性に悪影響を与える。

本発明は、特に棒形の振動型モータの駆動特性に影響を与えることなく該モータにおいて発生した熱を効率良く放熱することができるようにした振動型モータ駆動装置を提供する。

本発明の一側面としての振動型モータ駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子によって振動が励起される振動体と、該振動体を保持するシャフトと、振動体に接触することで回転する回転体とを有し、振動体の振動に応じてシャフトの第１の端部が変位する振動型モータと、該振動型モータを収容する筐体と、シャフトの第１の端部に接触し、該第１の端部が振動する方向に変形可能であって、シャフトの熱を筐体または該筐体の内側における他の部材に伝達する第１の弾性部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、振動体の振動に応じて変位するシャフトの第１の端部に、該第１の端部が変位する方向に変形可能な第１の伝熱部材を設け、該第１の伝熱部材を介して放熱を行う。これにより、振動型モータの駆動特性に影響を与えることなく該モータにおいて発生した熱を効率良く放熱することができる。

本発明の実施例１である振動型モータ駆動装置（レンズドライブアダプタ）に用いられる振動型モータの断面図。 実施例１の振動型モータ駆動装置におけるモータギアユニットの一部の断面図。 実施例１のモータギアユニットの他の断面図。 実施例のモータギアユニットの斜視図。 振動型モータの温度変化を示すグラフ図。 比較例としてのモータギアユニットの断面図。 本発明の実施例２である振動型モータ駆動装置におけるモータギアユニットの一部の断面図。 実施例２のモータギアユニットの断面図。 実施例２のモータギアユニットの斜視図。 実施例１または実施例２のモータギアユニットを用いたレンズドライブアダプタを示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である振動型モータ駆動装置に用いられる棒型の振動型モータＶＭを後述するシャフトの中心軸に沿って切断したときの断面を示している。

振動型モータＶＭは、第１の弾性体１と、金属材料により形成された第２の弾性体２と、該第１および第２の弾性体１，２の間に挟まれた積層圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）３とを有する。第１の弾性体１、第２の弾性体２および積層圧電素子３の中心に形成された穴部にはシャフト４が貫通している。シャフト４の軸方向の一端部（第１の端部）の外周には第１のナット５が取り付けられている。また、積層圧電素子３には、該積層圧電素子３に互いに位相が異なる２相の周波電圧信号を印加するフレキシブルプリント基板６が取り付けられている。第１の弾性体１、第２の弾性体２および積層圧電素子３（フレキシブルプリント基板６）は、シャフト４の軸方向中間部に設けられたスラスト位置ストッパ４ａと第１のナット５とによって所定の加圧力で挟持され、振動体を構成している。

また、振動型モータＶＭは、ロータ本体７と、該ロータ本体７の振動体側の端部に接着により固定された接触部材８と、ロータ本体７における振動体側とは反対側の端部にロータ本体７と一体回転可能に結合されたモータギア９とを有する。接触部材８は、ステンレス板をプレス成型して作られた部材であり、その周縁部には振動体側に突出する摩擦接触部８ａを有する。これらロータ本体７、接触部材８およびモータギア９によりロータ（回転体）が構成される。

ロータは、シャフト４の他端部（第２の端部）に第２のナット１０によって固定されたフランジ１１により軸方向への移動が阻止されている。また、ロータ本体７とモータギア９との間には圧縮コイルばね１２がチャージされた状態で配置されている。圧縮コイルばね１２が発生する弾性力によって接触部材８の摩擦接触部８ａが第２の弾性体２に加圧接触する。

積層圧電素子３は、その電極が２つの電極群にグループ化されており、不図示の電源からフレキシブル基板６を通してそれぞれの電極群に上述した２相の周波電圧信号（例えば、パルス信号）が印加される。２つの電極群に２相の周波電圧信号を印加することで、振動体およびシャフト４は図１にＭ１で示す図の紙面に平行な第１の方向での曲げ振動Ｍ１と、これに直交する第２の方向（図１の紙面に垂直な方向）での曲げ振動（図示せず）の２つの曲げ振動が励起される。周波電圧信号の位相を調整することによって、上記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る。この結果、振動体の曲げ振動の方向がシャフト４の中心軸回りにて４方向に順次変化（つまりは回転）する。これにより、第２の弾性体２における接触部材８の摩擦接触部８ａの接触面に楕円運動が発生する。そして、この楕円運動によって摩擦接触部８ａを介して接触部材８、さらにはロータ全体がシャフト４回りで回転駆動される。

このように構成された振動型モータＶＭは、図２〜図４に示すモータギアユニットＭＧに組み込まれる。図２はモータギアユニットＭＧの断面を示している。また、図３は該モータギアユニットＭＧの別の断面を示し、図４は該モータギアユニットＭＧの外観を示している。

振動型モータＶＭは、モータギアユニットＭＧの筐体を構成する第１のギアボックス１３と第２のギアボックス１４の内側に収容され、フランジ１１が第１のギアボックス１３にビス２３により固定される。このため、振動型モータＶＭは、フランジ１１側が固定端で第１のナット５側が自由端となるように片持ち保持されている。これにより、上述した２つの曲げ振動が励起された際に、フランジ１１側を支点として第１のナット５側が円運動するように変位する。例えば、振動体に図１に示した曲げ振動Ｍ１が励起された際には、上部ナット５側は図１の左右方向であるＭ２方向に変位する。以下の説明において、第１のナット５側が円運動するように変位する方向を、単に第１のナット５側の変位方向という。

振動型モータＶＭのモータギア９は、第１のギアボックス１３と第２のギアボックス１４により回転可能に保持された出力取出しギア１５と噛み合ってこれを回転させる。出力取り出しギア１５にはパルス板１６が一体に設けられている。パルス板１６と不図示のフォトインタラプタとを用いて出力取り出しギア１５、つまりは振動型モータＶＭの回転量を検出することができる。出力取出しギア１５の回転は、３つのアイドラギア２６〜２８を介して駆動ギア（被駆動部材）２５に伝達され、これを回転させる。ここでいう被駆動部材とは、振動型モータＶＭからの駆動力によって駆動される部材という意味である。

このように構成されたモータギアユニットＭＧは、第１および第２のギアボックス１３，１４が図１０に示す振動型モータ駆動装置としてのレンズドライブアダプタＡのハウジング（筐体）３０にビスにより固定されることで、該ハウジング３０内にて保持される。

レンズドライブアダプタＡは、カメラ５０に装着された交換レンズ（光学機器）５２のレンズ鏡筒５１に取り外し可能に装着される。レンズ鏡筒５１の外周には、ユーザがズーム操作やフォーカス操作を行うために手動操作して回転させるマニュアルリング（操作部材）５５が設けられている。交換レンズ５２に装着されたレンズドライブアダプタＡの駆動ギア２５は、マニュアルリング５５の外周の一部に設けられたギア部（図示せず）に噛み合う。これにより、振動型モータＶＭからの回転駆動力が駆動ギア２５を介してマニュアルリング５５に伝達され、該マニュアルリング５５を回転駆動する。こうして、電動ズームや電動フォーカスが可能となる。

図１から図３において、接触部材８（摩擦接触部８ａ）と第２の弾性体２とが摺動しながらロータが回転駆動される際にはこの摺動面にて摩擦熱が発生する。また、接触部材８と第２の弾性体２は共に金属により形成されているため、金属同士が摺動することでより摩擦熱が発生し易い。そして、この発生した熱によって摺動面の温度が上昇したり該熱が積層圧電素子３に伝わってその温度を上昇させたりすることにより、振動型モータＶＭの駆動特性が変化（劣化）する。具体的には、同じ２相の周波電圧信号を印加しても発生トルクや回転数が変動する。このため、振動型モータＶＭの安定的な駆動特性を維持することができない。

このため、本実施例では、図２および図３に示すように、シャフト４の一端面４ｂと第１のナット５とに可変形伝熱部材（第１の伝熱部材）１７を接触させている。可変形伝熱部材１７におけるシャフト４の一端面４ｂ側とは反対側の面は中間伝熱部材（第３の伝熱部材）１８と接触し、さらに中間伝熱部材１８は蓄熱伝熱部材（第２の伝熱部材）１９に接触している。蓄熱伝熱部材（筐体の内側の他の部材）１９は、可変形伝熱部材１７および中間伝熱部材１８よりも熱容量が大きい部材であり、伝熱作用だけでなく蓄熱作用も有する。蓄熱伝熱部材１９は、鉄、銅、アルミニウム等の金属部材により形成されている。さらに、蓄熱伝熱部材１９は、レンズドライブアダプタＡのハウジング３０に接触している。

このような放熱構造により、振動型モータＶＭの摺動面にて発生した摩擦熱を、振動型モータＶＭの中心を通って摺動面や積層圧電素子３に近いシャフト４、可変形伝熱部材１７および中間伝熱部材１８を介して蓄熱伝熱部材１９に伝えることができる。そして、熱は蓄熱伝熱部材１９にある程度蓄熱されながらレンズドライブアダプタＡのハウジング３０に伝わり、該ハウジング３０の外面から外部に放射される。

可変形伝熱部材１７は、振動型モータＶＭの駆動によって第１のナット部５側の変位方向に容易に変形可能な（つまりは剛性が低い）部材である。具体的には、可変形伝熱部材１７は、中間伝熱部材１８や蓄熱伝熱部材１９よりも剛性が低い部材である。可変形伝熱部材１７は、シリコン、アクリル等のゲル状材料を用いて形成されている。この可変形伝熱部材１７をシャフト４の一端面４ｂと第１のナット５とに接触させることで、振動型モータＶＭの駆動における振動体およびシャフト４の曲げ振動を阻害することなく、振動型モータＶＭの摺動面にて発生した摩擦熱を効率良く放熱することができる。

図５には、図１に示した振動型モータＶＭを連続的に駆動したときの駆動用モータＶＭの温度の変化（上昇）を示す実験データである。なお、図５において駆動用モータＶＭの温度は第１の弾性体１の温度を計測することで求めたが、もちろん他の部材の温度を計測してもよい。また、図６には、図２〜図４に示した本実施例のモータギアユニットＭＧに対する比較例を示している。比較例では、本実施例のモータギアユニットＭＧから可変形伝熱部材１７と中間伝熱部材１８が取り除かれている。また、比較例では、フランジ１１を第１のギアボックス１３に固定するビス２３に可変形伝熱部材１７と同じ材料により作られた可変形伝熱部材２１が接触しており、さらに可変形伝熱部材２１に中間伝熱部材２２が接触している。中間伝熱部材２２は、蓄熱伝熱部材１９に接触している。

図５中のＬ１は、可変形伝熱部材１７、中間伝熱部材１８および蓄熱伝熱部材１９のすべてが設けられていない従来例の振動型モータの温度を示す。Ｌ２は、図６に示した比較例における振動型モータの温度を示す。Ｌ３は、可変形伝熱部材１７、中間伝熱部材１８および蓄熱伝熱部材１９を有する本実施例における振動型モータの温度を示す。

図５から明らかなように、本実施例における振動型モータの温度（Ｌ３）の上昇は、従来例の振動型モータの温度（Ｌ１）および比較例における振動型モータの温度（Ｌ２）の上昇に比べて十分に抑えられている。

図７には、本発明の実施例２である振動型モータ駆動装置（図１０に示したレンズドライブアダプタＡ）の一部をシャフトの中心軸に沿って切断したときのモータギアユニットＭＧの断面を示している。また、図８は該モータギアユニットＭＧの別の断面を示し、図９は該モータギアユニットＭＧの外観を示している。

本実施例では、実施例１に示した可変形伝熱部材１７および蓄熱伝熱部材１９に加えて、図６にも示した可変形伝熱部材２１と、実施例１に示した中間伝熱部材１８に代わる中間伝熱部材（第３の伝熱部材）２４とを設けている。可変形伝熱部材（第４の伝熱部材）２１は、可変形伝熱部材１７と同じ材料により作られ、フランジ１１を支持部材としての第１のギアボックス１３に固定する固定部材としてのビス２３に接触している。この可変形伝熱部材２１には中間伝熱部材２４が接触している。中間伝熱部材２４は、振動型モータＶＭにおけるフランジ１１側から第１のナット５側に延びて可変形伝熱部材１７にも接触しており、さらに蓄熱伝熱部材１９まで延びてこれに接触している。

図５中のＬ４は、本実施例における振動型モータＶＭの温度を示している。実施例１では第１のナット５側からのみ熱を蓄熱伝熱部材１９およびハウジング３０に伝えたが、本実施例ではさらにビス２３側からも熱を蓄熱伝熱部材１９およびハウジング３０に伝える。これにより、実施例１（Ｌ３）に比べて、振動型モータＶＭの温度上昇をより効果的に抑えることができる。

なお、上記各実施例では、可変形伝熱部材１７をシャフト４の一端面４ｂと第１のナット５の両方に接触させる場合について説明したが、シャフト４の一端面４ｂにのみ接触させるようにしてもよい。また、上記各実施例では、可変形伝熱部材１７と蓄熱伝熱部材１９との間に中間伝熱部材１８，２２を配置する場合について説明した。中間伝熱部材１８，２２を設けることで、振動型モータＶＭとハウジング３０との間に大きなスペースが存在する場合でも、蓄熱伝熱部材１９をハウジング３０に接触させるとともに振動型モータＶＭの熱を蓄熱伝熱部材１９に効率良く伝えることができる。

さらに、上記各実施例では、振動型モータをレンズ鏡筒に装着されるレンズドライブアダプタの駆動源として用いる場合について説明した。しかし、上記各実施例で説明した放熱構造は、レンズドライブアダプタ以外の様々な振動型モータ駆動装置に適用することができる。

なお、上記各実施例では、図２等に示すように可変形伝熱部材１７は蓄熱伝熱部材１９よりも厚さが薄い部材であることが好ましい。これは可変形伝熱部材１７が中間伝熱部材１８等に熱を伝えやすくするためである。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

２ 第２の弾性体
３ 積層圧電素子
４ シャフト
７ ロータ本体
８ 接触部材
１７ 可変形伝熱部材
１８ 中間伝熱部材
１９ 蓄熱伝熱部材
ＶＭ 振動型モータ
Ａ レンズドライブアダプタ

Claims (10)

1. 電気−機械エネルギ変換素子によって振動が励起される振動体と、該振動体を保持するシャフトと、前記振動体に接触することで回転する回転体とを有し、前記振動体の振動に応じて前記シャフトの第１の端部が変位する振動型モータと、
   前記振動型モータを収容する筐体と、
   前記シャフトの前記第１の端部に接触し、該第１の端部が振動する方向に変形可能であって、前記シャフトの熱を前記筐体または該筐体の内側における他の部材に伝達する第１の弾性部材とを有することを特徴とする振動型モータ駆動装置。
2. 前記第１の弾性部材は、ゲル状材料を用いて形成された部材であることを特徴とする請求項１に記載の振動型モータ駆動装置。
3. 前記他の部材として、前記第１の弾性部材よりも大きい熱容量を有して前記筐体に熱を伝達する第２の弾性部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動型モータ駆動装置。
4. 前記第１の弾性部材は、前記第２の弾性部材よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項３に記載の振動型モータ駆動装置。
5. 前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に設けられ、前記第１の弾性部材から前記第２の弾性部材に熱を伝達する第３の弾性部材を有することを特徴とする請求項３または４に記載の振動型モータ駆動装置。
6. 前記振動型モータを支持する支持部材と、
   前記支持部材に前記振動型モータを固定する固定部材とを有し、
   前記第３の弾性部材は、前記シャフトにおける前記第１の端部とは反対側の第２の端部側において前記固定部材に接触していることを特徴とする請求項５に記載の振動型モータ駆動装置。
7. 前記固定部材と前記第３の弾性部材との間に配置され、前記第１の弾性部材と同じ材料を用いて作られた第４の弾性部材を有することを特徴とする請求項６に記載の振動型モータ駆動装置。
8. 前記振動型モータにおいて、前記シャフトの前記第１の端部は、前記振動体の曲げ振動に伴って円運動を行うように変位することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の振動型モータ駆動装置。
9. 前記回転体からの駆動力を用いて駆動される被駆動部材を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の振動型モータ駆動装置。
10. 光学機器に取り外し可能に装着され、
    前記光学機器に設けられた手動操作が可能な操作部材を、前記被駆動部材を介して駆動することを特徴する請求項９に記載の振動型モータ駆動装置。