JP6806472B2 - 振動波モータ及び振動波モータを適用した光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動波モータ及び振動波モータを適用した光学機器に関するものである。

従来、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摺動部材に圧接させることで、振動子と摺動部材とを相対的に移動させることができる構成を有する。特許文献１には、振動子がバネの加圧力により接触基礎部材に付勢されている構成のリニア超音波モータが開示されている。そして、加圧力に対する加圧反力は、振動子支持部材に取り付けられた移動板の可動案内部と、カバープレートのカバー案内部との間に転動部材を挟持することで受け止められている。

特開２０１４−２１２６８２号公報

しかしながら、従来のような構成においては、振動子の加圧反力の受け部としての転動部材を移動方向に沿って振動子の両側に二列設ける必要があるので、リニア超音波モータの小型化が難しいという問題がある。

本発明にかかる振動波モータは、圧電素子を有する振動子と、加圧力を受けて該振動子が加圧接触する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に対して相対移動の方向にガイドするガイド部材と、カバー部材と、を有する振動波モータにおいて、前記ガイド部材は、一端部に外部からの力を受入れる入力部と、前記一端部の反対側に位置する他端部に前記加圧力を前記振動子に付与する加圧部とを有し、前記入力部と前記加圧部との間には、前記相対移動の方向に沿って延在する第一のガイド部が形成されていて、前記カバー部材には、前記第一のガイド部に対向して位置する第二のガイド部が形成され、前記第一のガイド部及び前記第二のガイド部が協働することにより前記外部からの力に応じて前記加圧力が働くことを特徴とする。

本発明によれば、振動子の加圧反力の受け部としての転動部材を相対移動の方向に沿って、振動子の片側のみに配置することができるので振動波モータを小型化することができる。また、加圧ガイド部材が振動子の加圧と保持とを担っているので、部材を減らすことが可能となり、振動波モータを小型化することができる。

本発明の実施形態を示す振動波モータ１の要部断面図である。 本発明の実施形態を示す振動波モータ１の図１の断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 本発明の振動波モータ１の加圧ガイド部材１０５の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態の変形形態を示す振動波モータ１の要部断面図である。 本発明の振動波モータ１を鏡筒部に組込んだ適用例を示す要部断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態の概要を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態を示す振動波モータ１（超音波モータ）の相対移動の方向Ａ（図２参照）に直交する面における要部断面図、図２は図１の断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図であって、相対移動の方向Ａにおける断面図である。図３は、加圧ガイド部材１０５に係合する部材の構成を示した分解斜視図である。また本実施形態は、直動型の振動波モータ１を例に説明するが、回転型やその他のタイプへの応用も可能である。

振動板１０１には、圧電素子１０２が公知の接着剤などにより固着されている。圧電素子１０２に高周波駆動電圧が印加されると、超音波領域の周波数の振動が発生し、振動板１０１が長手方向、短手方向のそれぞれに共振を起こすように設定されている。振動板１０１と圧電素子１０２とによって振動子１００が構成されている。

圧電素子１０２に超音波領域の周波数の振動が発生すると、振動板１０１に形成された圧接部１０１ａは図２に示すような楕円運動Ｍを起こす。圧電素子１０２に印加する高周波駆動電圧の周波数や位相を変えることで、楕円運動Ｍの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。そして、振動板１０１の圧接部１０１ａを相手部品である摩擦部材１０３に加圧接触させることにより、振動子１００と摩擦部材１０３とを相対的に移動させる駆動力を発生させることができる。そして、光軸方向（図１中紙面直交方向、図２中、左右方向）を相対移動の方向Ａとして、振動子１００を駆動することができる。摩擦部材１０３は、筐体１０４にネジ等、公知の締結手段によって固定される。

加圧ガイド部材１０５は、後述するように、一端部１０５−１に外部からの力（付勢力Ｆａ）を受入れる入力部１０５ａ、その一端部１０５−１（図３参照）の反対側に位置する他端部１０５−２に加圧板１０６を加圧する加圧部１０５ｂが構成されている。また、加圧ガイド部材１０５は、加圧板１０６を加圧する加圧力Ｆｂによって振動子１００を保持する機能も有している。そして、入力部１０５ａと加圧部１０５ｂとの間には、振動子１００の相対移動の方向Ａに沿って延在する複数の第一のガイド部１０５ｃが略一列に形成されている。

カバー部材１０７は、筐体１０４に公知のネジなどにより固定されている。該カバー部材１０７には、二つの第一のガイド部１０５ｃの対向する位置に第二のガイド部１０７ａが二つ形成されている。そして、これら第一のガイド部１０５ｃと対応する第二のガイド部１０７ａとの間には、それぞれ転動部材１０８が組み込まれ、これらの転動部材１０８は後述の挟持力Ｆｃにより挟持される。

レンズ保持部材１１２は、不図示の撮影レンズを保持しており、光軸方向（図１中紙面直交方向、図２中、左右方向）に沿って、ガイドバー１１０によって摺動自在に保持されている。ラック１１１は、レンズ保持部材１１２に対して中心軸Ｂ（図１中紙面直交方向、図２中、左右方向）を回転中心として回転可能に保持される。そして、ラック１１１には、トーションバネ１１３の回転付勢力により時計方向の回転力Ｆｒが付与される。この回転力Ｆｒは、係合球体１１４を介して加圧ガイド部材１０５の一端部１０５−１に設けられた入力部１０５ａに外部からの力（付勢力Ｆａ）として受入れられる。

以上説明した構成において、振動子１００、摩擦部材１０３、筐体１０４、加圧ガイド部材１０５、加圧板１０６、カバー部材１０７、転動部材１０８により振動波モータ１が構成されている。

次に、本発明の実施形態における振動子１００の加圧方法及び加圧ガイド部材１０５の相対移動におけるガイド機構について詳述する。上述の概要のとおり、レンズ保持部材１１２に取りつけられたラック１１１には、トーションバネ１１３により回転力Ｆｒが図１に示すように時計方向へ付与されている。この回転力Ｆｒは、組み込み状態において、係合球体１１４を介して加圧ガイド部材１０５の一端部１０５−１に設けられた入力部１０５ａを図１の上方向に付勢する付勢力Ｆａとして作用する。

まず、振動子１００の加圧方法について以下に説明する。付勢力Ｆａが加圧ガイド部材１０５の一端部１０５−１に設けられた入力部１０５ａへ作用すると、加圧ガイド部材１０５には、転動部材１０８の球芯を中心として反時計方向へ回転しようとする力が発生する。そして、この付勢力Ｆａは、第一のガイド部１０５ｃ、転動部材１０８及び固定端である第二のガイド部１０７ａが協働することにより、一端部１０５−１の反対側に位置する他端部１０５−２に設けられた加圧部１０５ｂへ加圧力Ｆｂとして働く。加圧力Ｆｂは、加圧板１０６を介して振動子１００を摩擦部材１０３に対して加圧し、振動子１００と摩擦部材１０３とを摩擦接触させる。加圧力Ｆｂの方向は、振動子１００が摩擦部材１０３の摺動面に対して垂直となる方向に倣うことが好ましい。

振動子１００が加圧力Ｆｂにより加圧される際、第一のガイド部１０５ｃには、入力部１０５ａの付勢力Ｆａ及び加圧力Ｆｂの加圧反力Ｆｂ’が働き、これらの力が転動部材１０８を介して第二のガイド部１０７ａに伝わる。そして、第二のガイド部１０７ａに伝わるこれらの力に対向する力が挟持力Ｆｃとして転動部材１０８に働き、結果として転動部材１０８は、第一のガイド部１０５ｃと第二のガイド部１０７ａとの間に挟持される。この挟持力Ｆｃにより転動部材１０８は、第一のガイド部１０５ｃ及び第二のガイド部１０７ａの間で相対移動の方向Ａに転動自在に、且つガタなく保持される。

上述のように本発明の振動波モータ１の振動子１００には、加圧ガイド部材１０５により加圧力Ｆｂが与えられると同時に、加圧ガイド部材１０５により振動子１００が保持される。従来のような構成では、振動子を支持する支持部材、振動子を加圧するバネ部材及びバネ部材を保持するバネ保持部材等が別部材として必要であったが、本発明の実施形態では、振動子１００の加圧と保持を１つの部材である加圧ガイド部材１０５が担っている。このような構成とすることで、部材を減らすことが可能となり、装置の小型化が可能となる。

摩擦部材１０３は、筐体１０４に公知のネジなどにより固定され、第二のガイド部１０７ａを有するカバー部材１０７も同じく公知のネジなどにより筐体１０４に固定されている。さらに、振動波モータ１は、レンズ保持部材１１２を保持する不図示の鏡筒にネジなど公知の手段により固定されている。

上述の構成において、圧電素子１０２に高周波駆動電圧を印加し、超音波領域の周波数の振動を発生させることで、振動板１０１に形成された圧接部１０１ａに図２に示すような楕円運動Ｍを発生させる。そして、摩擦部材１０３と摩擦接触する振動子１００は、相対移動の方向Ａに沿って進退可能になり、加圧ガイド部材１０５及びラック１１１と連結されたレンズ保持部材１１２も振動子１００と一体となって光軸方向に沿って進退可能になる。

次に加圧ガイド部材１０５の相対移動におけるガイド機構について以下に説明する。加圧ガイド部材１０５が有する第一のガイド部１０５ｃは、図１に示すように断面がＶ字形状であって、図３に示すように相対移動の方向Ａに延在する溝となっており、ここに転動部材１０８が相対移動の方向Ａに転動自在に組み込まれている。さらにカバー部材１０７にも第一のガイド部１０５ｃと同様、断面がＶ字形状であって相対移動の方向Ａに延在する第二のガイド部１０７ａが形成されており、第一のガイド部１０５ｃと同様、転動部材１０８が相対移動の方向Ａに転動自在に組み込まれている。

図３は、本発明の振動波モータ１の加圧ガイド部材１０５に係合する部材の構成を示した分解斜視図である。加圧ガイド部材１０５は、相対移動の方向Ａに延在する延在部１０５−３に第一のガイド部１０５ｃを略一列に２か所備えている。そして、相対移動の方向Ａに略直交する方向において、加圧ガイド部材１０５の延在部１０５−３から一端部１０５−１と他端部１０５−２のそれぞれが延出している。すなわち、振動子１００を加圧して保持する部分である一端部１０５−１及び他端部１０５−２と、振動子１００を相対移動の方向Ａにガイドする部分である第一のガイド部１０５ｃを備えた延在部１０５−３とは、平面視において略十字形状の配置となっている。

これら二つの第一のガイド部１０５ｃは、入力部１０５ａを有する一端部１０５−１と加圧部１０５ｂを有する他端部１０５−２とを挟む構成となっている。このような構成により、加圧ガイド部材１０５は、加圧保持している振動子１００を光軸方向に沿って直線状に進退可能にガイドするガイド機構となっている。

ラック１１１には、図３に示すように係合球体１１４が嵌入することができる球体受け部１１１ａが相対移動の方向Ａに対して略直交する方向に複数形成されている。球体受け部１１１ａが複数設けられることにより、係合球体１１４が球体受け部１１１ａに嵌入する位置を変更することができる。これら係合球体１１４と球体受け部１１１ａとにより入力位置可変手段１１５が構成される。また、図１に示すように入力部１０５ａの形状は、相対移動の方向Ａに対して略直交する方向に断面がＶ字形状の溝となっており、入力位置可変手段１１５により変更された係合球体１１４の位置に対応できるようになっている。すなわち、入力位置可変手段１１５は、係合球体１１４の位置を変えることにより、加圧ガイド部材１０５の入力部１０５ａに受ける外部からの力（付勢力Ｆａ）の大きさを変更し、結果として振動子１００を加圧する加圧力Ｆｂを調整することができる。

さらに、本発明の振動波モータ１を異なる光学機器に組み込む際に、予めトーションバネ１１３等によるバネ力が既設定である場合がある。しかしながら、入力位置可変手段１１５によれば、係合球体１１４が球体受け部１１１ａに係合する位置を変えることができるので、加圧力Ｆｂを調整することができる。すなわち、入力位置可変手段１１５は、部材の交換をすること無しに、加圧力Ｆｂの調整を可能にすることができるので、振動波モータ１の異なる光学機器への適合性を高めることができる。

本発明の振動波モータ１によれば、振動子１００の加圧反力Ｆｂ’の受け部としての転動部材１０８を相対移動の方向Ａに沿って略一列に振動子１００の片側のみに配置している。この構成によって、転動部材１０８を相対移動の方向Ａに沿って振動子１００の両側部に二列に設ける（従来の構成）ためのスペースが不要となるため、装置の小型化が可能となる。

また、図４の変形形態に示すように、摩擦部材１０３を傾けて配置することによって、加圧力Ｆｂの方向を、第一のガイド部１０５ｃと加圧部１０５ｂとを結ぶ一点鎖線Ｃで示される直線に対して垂直となるようにすることができる。このようにすることで、振動子１００が摩擦部材１０３の摺動面に対して垂直に当接し、効率的に駆動力を発生することが可能となるとともに、さらなる装置の小型化に寄与している。

（適用例）
図５は、本発明の振動波モータ１を、例えば光学機器の鏡筒部に組み込んだ適用例を示す要部断面図である。上述の実施形態と重複する構成部材に関しては、同一符号が記されている。

第一のレンズ保持部材１１は、第一のレンズ１４を保持し、第三のレンズ保持部材１３は第三のレンズ１６を保持している。該第三のレンズ保持部材１３の外周部は、筒状部１３ａを有しており、その先端部１３ｂにおいて、第一のレンズ保持部材１１と不図示のネジなどにより締結される。筒状部１３ａの外径部の一部には、振動波モータ１が固定されるユニット受け部１３ｃが設けられており、公知のネジなどにより着脱自在に固定される。また筒状部１３ａの内径部には、第二のレンズ１５を保持する第二のレンズ保持部材１２が配置される。

第二のレンズ１５は、合焦レンズとして本発明の振動波モータ１により相対移動の方向Ａ（光軸方向）に沿って移動する。この際、第二のレンズ保持部材１２は、軸受け部１２ａにおいて、公知のガイドバー１０と相対的に摺動可能に嵌合しているので、第二のレンズ１５を光軸方向に沿って移動させることを可能としている。第二のレンズ保持部材１２は、ラック１１１を介して加圧ガイド部材１０５の入力部１０５ａ（不図示）に接続されている。

上述したように本発明は、従来の構成のような振動子１００の加圧反力Ｆｂ’の受け部としての転動部材１０８を相対移動の方向Ａに沿って振動子１００の両側に二列設ける構成を必要としないので、装置の小型化が可能となる。以上、本発明に関わる振動波モータ１を組み込んだ光学機器の鏡筒部に関して、その適用例を詳述したが、本発明は上述の適用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とることも可能である。

光学機器などに組み込まれる振動波モータの小型化を実現した。

１ 振動波モータ
１００ 振動子
１０２ 圧電素子
１０３ 摩擦部材
１０４ 筐体
１０５ 加圧ガイド部材（ガイド部材）
１０５−１ 一端部
１０５−２ 他端部
１０５ａ 入力部
１０５ｂ 加圧部
１０５ｃ 第一のガイド部
１０７ カバー部材
１０７ａ 第二のガイド部
１０８ 転動部材
Ａ 相対移動の方向
Ｆａ 付勢力（外部からの力）
Ｆｂ 加圧力

Claims (9)

1. 圧電素子を有する振動子と、
   加圧力を受けて該振動子が加圧接触する摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に対して相対移動の方向にガイドするガイド部材と、
   カバー部材と、を有する振動波モータにおいて、
   前記ガイド部材は、一端部に外部からの力を受入れる入力部と、前記一端部の反対側に位置する他端部に前記加圧力を前記振動子に付与する加圧部とを有し、
   前記入力部と前記加圧部との間には、前記相対移動の方向に沿って延在する第一のガイド部が形成されていて、
   前記カバー部材には、前記第一のガイド部に対向して位置する第二のガイド部が形成され、前記第一のガイド部及び前記第二のガイド部が協働することにより前記外部からの力に応じて前記加圧力が働くことを特徴とする振動波モータ。
2. 前記ガイド部材における、前記振動子を加圧して保持する部分と、前記振動子を前記相対移動の方向に前記ガイドする部分とは、略十字形状の配置であることを特徴とする、請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記摩擦部材は、振動波モータの筐体に固定されてい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. 前記第一のガイド部と前記第二のガイド部との間に転動部材が挟持されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動波モータ。
5. 前記転動部材は、前記相対移動の方向に沿って二か所に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の振動波モータ。
6. 前記外部からの力を受入れる前記入力部の位置を変更することにより、前記加圧力を変更することができることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動波モータ。
7. 前記加圧力の方向は、前記振動子が前記摩擦部材の摺動面に対して垂直となるように、前記第一のガイド部と前記加圧部とを結ぶ直線に対して垂直であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動波モータ。
8. 前記振動波モータは、超音波領域の周波数の振動を発生する超音波モータであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動波モータ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動波モータと、
   前記振動波モータの駆動力によって移動する移動体と、を有することを特徴とする光学機器。

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