JP6869727B2 - 振動波モータ - Google Patents

Description

本発明は、振動波モータに関する。

従来、高トルク出力、高い位置決め精度および静粛性などの特徴を活かして、カメラやレンズの駆動源として、振動波モータが広く採用されている。近年、多群のズーム構成においても、比較的簡単な構造で小型に構成することが望まれており、振動波モータのユニットも同様に更なる小型化が求められている。特許文献１には、振動子の振動を阻害しないように動力を取りだすことが可能な超音波モータが開示されている。

特開２０１５−１２６６９２号公報

しかしながら、特許文献１の超音波モータでは、駆動効率を向上させることはできるが、振動子を加圧するための加圧手段を振動子に積み重ねるように配置するため高さ方向へ大型化してしまう。振動子の周囲を囲うように配置された複数の加圧手段によって摩擦部材と振動子を挟み込むことで、モータを薄型化することは可能である。しかしながら、組立て性を確保するために、加圧手段には一定の長さが必要である。すなわち、加圧手段の組立て性を損なわずに、更なる薄型化を達成することは難しい。

このような課題に鑑みて、本発明は、加圧手段の組立て性を損なわずに薄型化可能な振動波モータを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての振動波モータは、振動子と、前記振動子と接触する接触部材に対して前記振動子を加圧する複数の加圧手段と、前記振動子の移動を案内する案内部と、前記加圧手段を支持する第１の固定部を備え、前記加圧手段により発生する加圧力を振動子に伝達する付勢部材と、前記加圧手段を支持する第２の固定部を備え、前記振動子とともに移動可能な可動部材と、を有し、前記振動子に発生する振動により前記振動子と前記接触部材が相対移動する振動波モータであって、前記第１および第２の固定部の少なくともいずれかは、前記加圧手段の前記振動子に対する加圧方向と、前記振動子および前記接触部材の相対的な移動方向と、に直交する方向から見て、前記案内部に重なるように配置されており、前記第１および第２の固定部のうち前記案内部からより離れている一方は、前記加圧方向および前記移動方向に直交する方向または前記移動方向から見て、他方よりも内側に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、加圧手段の組立て性を損なわずに薄型化可能な振動波モータを提供することができる。

本発明の実施形態に係る振動波モータユニットを備える撮像装置の断面図である。 振動波モータの斜視図である。 振動波モータの分解斜視図である。 振動波モータの（ａ）平面図、（ｂ）正面図および（ｃ）図４（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 レンズ鏡筒に実装された振動波モータを示す図である。 別の実施形態の振動波モータの（ａ）正面図および（ｂ）図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る振動波モータユニット（超音波モータユニット。以下、モータユニットという）１０００を備える撮像装置（光学機器）の断面図である。本実施形態の撮像装置は、撮像レンズ部２０００およびカメラボディ３０００を備える。撮像レンズ部２０００の内部には、モータユニット１０００およびモータユニット１０００に取り付けられた合焦レンズ４０００が配置されている。カメラボディ３０００の内部には、撮像素子５０００が配置されている。合焦レンズ４０００は、撮影時にモータユニット１０００により光軸Ｏに沿って移動する。被写体像は撮像素子５０００の位置で結像し、撮像素子５０００は合焦した像を生成する。なお、本実施形態ではモータユニット１０００は撮像装置に搭載されているが、本発明はこれに限定されない。モータユニット１０００は、例えば、レンズユニット等の他の光学機器に搭載されてもよいし、光学機器とは異なる装置に搭載されてもよい。また、本実施形態では撮像レンズ部２０００およびカメラボディ３０００は一体的に構成されているが、本発明はこれに限定されない。撮像レンズ部２０００は、カメラボディ３０００に着脱可能に取り付けられてもよい。つまり、本発明でいうところの装置とは、後述する振動波モータと、この振動波モータからの駆動力によって駆動する部材とを有する装置のことをいう。

以下、図２から図４を参照して、振動波モータ（超音波モータ）１の構成について説明する。図２および図３はそれぞれ、振動波モータ１の斜視図および分解斜視図である。また、図４（ａ）から図４（ｃ）はそれぞれ、振動波モータ１の平面図、正面図および図４（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。

摩擦部材（接触部材）１０１およびレールプレート１０９は、ネジ等により地板１０８に固定されている。４つの加圧バネ（加圧手段）１１０はそれぞれ、付勢部材１１１の第１バネ掛け部（第１の加圧手段固定部）１１２および可動プレート１１５の第２バネ掛け部（第２の加圧手段固定部）１１６に掛けられる。付勢部材１１１と可動プレート１１５との間には引っ張りバネ力（加圧力）が生じ、付勢部材１１１は引っ張りバネ力により矢印Ｂ方向へ引き込まれ、振動子１０４を摩擦部材１０１に摩擦接触させる加圧力を伝達している。弾性部材１０６は、圧電素子１０３および付勢部材１１１が直接接触しないようにこれらの部材の間に配置される。弾性部材１０６をこのように配置することで、圧電素子１０３の損傷を防止することができる。

なお、本実施例では加圧バネ１１０は４つの位置で振動子１０４に対して加圧するが、複数の加圧手段が異なる位置で振動子１０４に対して加圧可能であれば、本発明はこれに限定されない。また、本実施例では加圧手段としてバネを使用しているが、振動子１０４を摩擦部材１０１に対して加圧可能であれば、本発明はこれに限定されない。

振動子１０４は、振動板１０２および振動板１０２に接着剤などにより固着された圧電素子１０３を備える。振動板１０２は、付勢部材１１１から付与される加圧力により加圧された状態で摩擦部材１０１に接触している。振動板１０２は、振動子保持部材１０５に対して溶接や接着剤などにより固定される。圧電素子１０３は、高周波電圧を印加されることで超音波振動を励振する。振動板１０２と圧電素子１０３が接着された状態で圧電素子１０３に超音波振動を励振させることで、振動子１０４に共振現象が起こる。すなわち、振動子１０４は、高周波電圧が印加されることで超音波振動を起こす。その結果、振動板１０２の摩擦部材１０１との接触部に略楕円振動が発生する。

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振動を発生させることができる。よって、振動子１０４が摩擦部材１０１に圧接することで相対的に移動させる駆動力を発生させ、振動子１０４を摩擦部材１０１に対してＸ軸に沿って移動させることが可能となる。なお、振動子１０４の相対移動方向は、加圧バネ１１０による加圧方向と直交する。

振動子保持部材１０５は、振動子１０４の超音波振動を阻害しないように加圧機構保持部材１０７と連結されている。可動プレート(可動部材)１１５は、例えば、接着やネジ止めなどにより、振動子１０４とともに移動可能に、加圧機構保持部材１０７に固定されている。可動プレート１１５には、それぞれ転動ボール１１４ａ〜１１４ｃが嵌入し、加圧機構保持部材１０７をＸ軸に沿ってガイドする３つの案内部が形成されている。レールプレート１０９には、３つの溝状の案内部１１３が形成されている。転動ボール１１４ａ〜１１４ｃは、可動プレート１１５に形成された案内部と、レールプレート１０９に形成された案内部１１３により挟持される。これらの部材によって、加圧機構保持部材１０７は、Ｘ軸に沿って進退可能に支持される。なお、レールプレート１０９に形成される３つの案内部１１３は、本実施例では、２つはＶ溝、１つは有底の平面溝であるが、転動ボール１１４ａ〜１１４ｃが転動可能な溝であればよい。

本実施形態では、前述したように、振動板１０２の摩擦部材１０１との接触部に略楕円振動が発生する。その結果、振動子１０４、振動子保持部材１０５、弾性部材１０６、加圧機構保持部材１０７、加圧バネ１１０、付勢部材１１１、および可動プレート１１５で構成される移動部１２０は、Ｘ軸に沿って摩擦部材１０１に対して相対的に移動する。

また、本実施形態では、振動波モータ１をＺ軸方向において薄型化するために、加圧バネ１１０を振動子１０４の上部に積み重ねるのではなく、振動子１０４の周囲を囲むように離間して複数配置している。また、複数の加圧バネ１１０を用いて加圧力を発生させることで、各加圧バネを小さくすることができる。なお、振動子１０４は、摩擦部材１０１に対して均一に加圧されることが好ましい。

以下、第１バネ掛け部１１２、第２バネ掛け部１１６および案内部１１３の位置関係について説明する。図５は、レンズ鏡筒に実装された振動波モータを示す図であり、光軸方向（Ｘ軸方向）から見た場合の状態を示している。

図５（ａ）は、レンズ鏡筒に実装された従来の振動波モータを示している。図５（ａ）では、第２バネ掛け部１１６は、案内部１１３の上部に配置されている。すなわち、第１バネ掛け部１１２、第２バネ掛け部１１６および案内部１１３は、Ｚ軸方向において積み重なるように配置されている。この場合、振動波モータ１を更に薄型化するためには、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６を可動プレート１１５側に更に移動させる、または第１バネ掛け部１１２のみを可動プレート１１５側に更に移動させる必要がある。

しかしながら、Ｚ軸方向において、第２バネ掛け部１１６は案内部１１３に近接しているため、第２バネ掛け部１１６を可動プレート１１５側に更に移動させることは困難である。また、加圧バネ１１０のバネ定数は組立て性を確保するために所定の範囲内に収める必要があるため、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６の間隔は所定の距離だけ離間させておく必要がある。したがって、第１バネ掛け部１１２のみを案内部１１３側に更に移動させると、加圧バネ１１０の組立て性を低下させてしまう。

そこで、本実施形態では、図４（ｂ）に示されるように、第２バネ掛け部１１６は、振動波モータ１をＹ軸方向から見た場合、案内部１１３と重なるように配置する。このように配置することで、組み立て性を低下させることなく、振動波モータ１を更に薄型化することができる。

また、図４（ｃ）に示されるように、摩擦部材１０１は、振動波モータ１をＸ軸方向から見た場合、Ｙ軸方向において、案内部１１３同士の間に配置されている。そのため、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６はそれぞれ、案内部１１３の外側に設けることが望ましい。

上記構成により、第２バネ掛け部１１６と案内部１１３とのクリアランスを確保したまま、第１バネ掛け部１１２および第１バネ掛け部１１６を可動プレート１１５側に移動させることができる。そのため、振動波モータ１を更に薄型化することができる。また、加圧バネ１１０の長さを確保できるため、組立て性を損なわない。さらに、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６がＺ軸方向において移動プレート１１５側に移動した分、破線で示される空間１３０が形成されるため、別の部材を配置することができる。

図５（ｂ）は、レンズ鏡筒に実装された本実施形態の振動波モータ１を示している。図中の曲線１５０および一点鎖線１５１は、光軸を中心とし第１バネ掛け部１１２を結ぶ円弧を表している。本実施形態では、第２バネ掛け部１１６がＹ軸方向において案内部１１３と重なるように配置されているため、一点鎖線１５１は曲線１５０に比べて光軸側となっている。すなわち、本実施形態の振動波モータ１は、従来の振動波モータに比べてＺ軸方向において薄型化できている。

図２から図４では、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６は、Ｙ軸方向において案内部１１３の外側に配置されている。また、上述したように、バネ定数を所定の範囲内に収めるためには、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６の間隔を所定の距離だけ離間させておく必要がある。しかしながら、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６はＹ軸方向において振動子１０４の中央部（図４（ａ）の一点鎖線の交点）から略同一距離だけ離れているため、加圧バネ１１０の長さはＺ軸方向だけで稼ぐ必要がある。すなわち、加圧バネ１１０の長さを確保するために、薄型化可能な量が小さくなってしまう。

図６は、第１バネ掛け部１１２が第２バネ掛け部１１６よりも内側に配置されている振動波モータ１を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）はそれぞれ、振動波モータ１の正面図および図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

図６（ｂ）に示されるように、第１バネ掛け部１１２がＹ軸方向において第２バネ掛け部１１６よりも内側に配置されることで、加圧バネ１１０の長さはＹ軸方向においても稼ぐことができる。また、振動子１０４を摩擦部材１０１に付勢する力を発生させるために必要な力を確保できる範囲で、加圧バネ１１０を傾かせることができる。そのため、Ｚ軸方向において、第１バネ掛け部１１２および第２バネ掛け部１１６の間隔を狭めることができるので、振動波モータ１の更なる薄型化が可能となる。

図５（ｃ）は、レンズ鏡筒に実装された図６の振動波モータ１を示している。二点鎖線１５２は、光軸を中心とし第１バネ掛け部１１２を結ぶ円弧を表している。図５（ｂ）に示されるように、二点鎖線１５２は一点鎖線１５１に比べて光軸側となっている。すなわち、一方のバネ掛け部が他方のバネ掛け部よりも内側に配置された図６の振動波モータ１は、両方のバネ掛け部がＹ軸方向において振動子１０４の中央部から略同一距離にある図４の振動波モータ１に比べてＺ軸方向において薄型化できている。

また、可動プレート１１５の案内部の長さ、すなわち可動プレート１１５の部品としての大きさは、振動子１０４の総移動量によって決まる。そのため、Ｘ軸方向における第２バネ掛け部１１６の位置は、小型化に寄与しにくい。

本実施形態では、図６（ａ）に示されるように、第１バネ掛け部１１２がＸ軸方向において第２バネ掛け部１１６よりも内側に配置されている。第１バネ掛け部１１２をＹ軸方向において振動子１０４の中央部に寄せるだけでなく、Ｘ軸方向において振動子１０４の中央部に寄せることによって、新たに破線で示される空間１４０を形成することができる。空間１４０には、別の部材を配置することができる。また、加圧バネ１１０はＸ軸方向においても長さを稼ぐことができるため、組立て性を確保したまま振動波モータ１を更に薄型化することができる。

以上説明したように、本発明によれば、加圧手段の組立て性を損なわずに薄型化可能な振動波モータを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 振動波モータ
１０１ 摩擦部材（接触部材）
１０４ 振動子
１１０ 加圧バネ（加圧手段）
１１１ 付勢部材
１１２ 第１バネ掛け部（第１の固定部）
１１３ 案内部
１１５ 可動プレート（可動部材）
１１６ 第２バネ掛け部（第２の固定部）

Claims (7)

1. 振動子と、
   前記振動子と接触する接触部材に対して前記振動子を加圧する複数の加圧手段と、
   前記振動子の移動を案内する案内部と、
   前記加圧手段を支持する第１の固定部を備え、前記加圧手段により発生する加圧力を振動子に伝達する付勢部材と、
   前記加圧手段を支持する第２の固定部を備え、前記振動子とともに移動可能な可動部材と、を有し、
   前記振動子に発生する振動により前記振動子と前記接触部材が相対移動する振動波モータであって、
   前記第１および第２の固定部の少なくともいずれかは、前記加圧手段の前記振動子に対する加圧方向と、前記振動子および前記接触部材の相対的な移動方向と、に直交する方向から見て、前記案内部に重なるように配置されており、
   前記第１および第２の固定部のうち前記案内部からより離れている一方は、前記加圧方向および前記移動方向に直交する方向または前記移動方向から見て、他方よりも内側に配置されていることを特徴とする振動波モータ。
2. 振動子と、
   前記振動子と接触する接触部材に対して前記振動子を加圧する複数の加圧手段と、
   前記加圧手段を支持する第１の固定部を備え、前記加圧手段により発生する加圧力を振動子に伝達する第１の部材と、
   前記加圧手段を支持する第２の固定部を備え、前記第１の部材とは異なる第２の部材と、
   前記振動子に発生する振動により前記振動子と前記接触部材が相対移動するように案内する案内部と、を有する振動波モータであって、
   前記第１の部材と前記第２の部材の間に前記振動子が配置されており、
   前記第１の固定部と前記第２の固定部とが並ぶ方向は、前記第１の部材が前記加圧力を前記振動子に伝達する方向と平行ではないことを特徴とする振動波モータ。
3. 前記第１および第２の固定部の少なくともいずれかは、前記移動方向から見て、前記案内部よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動波モータ。
4. 前記複数の加圧手段は、前記振動子の周囲を囲むように離間して配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波モータ。
5. 前記振動子は、前記接触部材に接触する振動板と、電圧を印加されることで超音波振動を励振する圧電素子とを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波モータ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の振動波モータと、
   前記振動波モータからの駆動力によって駆動する部材と、を有することを特徴とする装置。
7. 前記装置は、レンズを備える光学装置であることを特徴とする請求項６に記載の光学機器。

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