JP6869751B2 - 振動波モータ及び振動波モータを有する光学装置 - Google Patents
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Description
本発明は、振動波モータ、特に直動型振動波モータの小型化に関する。
従来、直動型超音波モータは、圧電素子に高周波電圧を印加することで圧電素子が固定された振動子を振動させており、振動子の振動により振動子に押圧された摩擦部材と振動子とが相対移動をする。直動型超音波モータは駆動効率、駆動出力が高く、高い駆動出力を維持したまま、装置の小型化が考えられている。例えば、特許文献１に開示された直動型超音波モータは、圧電素子を有する振動子と該振動子を摩擦部材に加圧接触させる加圧部とを含む可動部と、摩擦部材を固定する固定部材と、可動部の可動方向に延在する３つの転動部と案内部とで構成されている。
しかしながら、特許文献１に開示された直動型超音波モータにおいては、可動部が可動方向の可動範囲の限界である可動端に位置する際に、可動方向に延在する案内部が可動部を越えて可動方向の外方に位置する。そのため、摩擦部材を固定する固定部材が可動範囲よりも外方になるように構成されている。この構成のため、可動方向における摩擦部材及び摩擦部材を固定する固定部材の全長寸法が大きくなってしまうという問題があった。
本発明の目的は、上述の問題を解決するためになされたものであり、出力、駆動効率、及び駆動量を減少させることなく、被駆動部材の駆動方向におけるユニットの全長寸法を大きくする必要がないコンパクトな直動型振動波モータを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は、圧電素子及び振動板からなる振動子と、該振動子に接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、該摩擦部材が配置される凹部を有する固定部材と、前記凹部に充填された摩擦部材固定材と、前記振動子を前記摩擦部材に対して加圧する加圧手段と、を備え、前記振動子に発生する振動を用いて前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動する振動波モータであって、前記摩擦部材は、前記摩擦接触面の反対側の面における第１の領域が前記固定部材に接触し、前記反対側の面における前記第１の領域の周囲の領域である第２の領域が前記摩擦部材固定材に接触した状態で固定されることを特徴とする。
本発明によれば、駆動出力、駆動効率及び駆動量を減少させることなく、被駆動部材の駆動方向におけるユニットの全長寸法を大きくする必要がないコンパクトな直動型振動波モータを得ることができる。
（実施例）
以下、本発明の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、デジタルカメラのレンズ鏡筒などを駆動するアクチュエータとしてユニット化された直動型振動波モータ１００（以下、「振動波モータ１００」と記載する。）を例に説明する。しかし、本発明の使用用途はこれに限られたものではない。また、本明細書中において、後述する振動子１０３が駆動される駆動方向をＸ方向、振動子１０３を摩擦部材１１０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、摩擦部材１１０から振動子１０３への向きを＋Ｚ方向、その逆の向きを−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。
以下、本発明の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、デジタルカメラのレンズ鏡筒などを駆動するアクチュエータとしてユニット化された直動型振動波モータ１００（以下、「振動波モータ１００」と記載する。）を例に説明する。しかし、本発明の使用用途はこれに限られたものではない。また、本明細書中において、後述する振動子１０３が駆動される駆動方向をＸ方向、振動子１０３を摩擦部材１１０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、摩擦部材１１０から振動子１０３への向きを＋Ｚ方向、その逆の向きを−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は、本発明の実施例である振動波モータ１００をＸ方向に沿って切断した断面を示す断面図である。また、図２（Ａ）は振動波モータ１００をＹ方向に沿って切断した断面を示す断面図である。本実施例における振動波モータ１００は駆動方向に長軸を有し、以下に述べる各部材により構成されている。
振動子１０３は、振動板１０１と圧電素子１０２とにより構成されている。振動板１０１には、圧電素子１０２が公知の接着剤等により固定されているが、振動板１０１と圧電素子１０２との接着は、接着されればその方法は限定されない。振動板１０１はさらに摩擦接触部１０１ａを備え、摩擦接触部１０１ａは摩擦部材１１０に押圧を伴う加圧接触状態で接触している。
振動板１０１と圧電素子１０２とが接着された状態において、圧電素子１０２に電圧を印加すると超音波領域の周波数の振動（超音波振動）が発生し、振動子１０３に共振現象が起こる。その結果、振動板１０１の摩擦接触部１０１ａに楕円運動が発生する。圧電素子１０２に印加される電圧の周波数や位相を変えることによって、当該楕円運動の回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを得ることができる。
振動子支持部材１０４は、その内部に加圧力を発生するバネ１０５（加圧手段）を備え、バネ１０５の加圧力により振動子１０３は摩擦部材１１０に対してＺ方向に加圧される。そして、振動子支持部材１０４は、振動子１０３の加圧方向であるＺ方向以外の移動を制限するとともに、振動子１０３をＸ方向とＹ方向に対して保持している。
振動子支持部材１０４は、転動部材１０６を介して保持部材１０７によりＸ方向に移動可能に保持される。転動部材１０６は、振動子支持部材１０４のＺ方向上面と保持部材１０７のＺ方向下面との間に挟持され、バネ１０５の加圧力による振動子支持部材１０４からの付勢力と振動子１０３の駆動力とを受ける。なお、転動部材１０６は例えばコロの形状をしており、転動することにより振動子支持部材１０４をＸ方向に移動可能にしている。保持部材１０７は、後述の固定部材１０８にネジ１０９等により固定されるが、固定されればその方法は限定されない。
固定部材１０８は、底部１０８ａと底部１０８ａからＺ方向に延出する４つの柱部１０８ｂとから構成されている。４つの柱部１０８ｂの頂部には、保持部材１０７がネジ１０９で固定されている。底部１０８ａには、凹部１０８ｃが形成されており、凹部１０８ｃに摩擦部材１１０が配置されている。凹部１０８ｃはＹ方向に沿った断面において、固定部材１０８の中央部が凹んだ形状をしているとともに、Ｘ方向に沿った断面においても固定部材１０８の中央部が凹んだ形状をしている。そして、固定部材１０８は、当該凹部１０８ｃにおいて、摩擦部材１１０の摩擦接触面１１０ａと反対側の面に接触する、相対移動の方向に平行な支持面１０８ｄを有しており、バネ１０５の加圧力に対して該支持面１０８ｄにて摩擦部材１１０を支持している。
支持面１０８ｄは、Ｚ方向に隆起しＹ方向において矩形の断面形状をしている。支持面１０８ｄのＺ方向における投影面積は、摩擦部材１１０の投影面積よりも小さい。すなわち、図１におけるＸ方向に沿った断面では、支持面１０８ｄのＸ方向の長さは摩擦部材１１０の長さより短く、図２（Ａ）におけるＹ方向に沿った断面では、支持面１０８ｄのＹ方向の長さは摩擦部材１１０の長さより短い。そして、凹部１０８ｃにおける摩擦部材１１０と固定部材１０８との空間には、スライダ固定材１１１が備えられ、スライダ固定材１１１により摩擦部材１１０は、固定部材１０８に固定される。特に、摩擦部材１１０が固定部材１０８に接触する支持面１０８ｄ以外（支持面１０８ｄを除く領域）の包囲された空隙は、スライダ固定材１１１で隙間なく充填される。
スライダ固定材１１１は、弾性体で構成されており、摩擦接触部１０１ａから摩擦部材１１０に伝搬される振動を吸収し、共鳴を抑制することで、駆動時の振動板１０１の摩擦接触部１０１ａから発生する騒音を防止する。また、スライダ固定材１１１は粘着性を有しており、摩擦部材１１０と振動板１０１の摩擦接触部１０１ａとの接触で発生する摩耗粉を吸着し、該摩耗粉の飛散を防止する。なお、スライダ固定材１１１は、ゲル状物質であっても良い。上述した各部材が組み込まれ、振動波モータ１００としてユニット化されている。
図２（Ｂ）は、本発明の変形例１の断面図を示す。変形例１では、凹部１０８ｃに略半円筒形の断面形状をした支持部１０８ｅが形成されている。また、図２（Ｃ）は、本発明の変形例２の断面図を示す。変形例２では、凹部１０８ｃに略三角形の断面形状をした支持部１０８ｆが形成されている。これら変形例１、２では、摩擦部材１１０のＹ方向における傾動が許容されるように摩擦部材１１０が支承されている。
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の振動波モータ１００と従来の直動型超音波モータ２００とにおけるＸ方向の大きさについて述べる。図３（Ａ）は、図１と同様な振動波モータ１００の断面図であり、振動子支持部材１０４を含む可動部がＸ方向の可動範囲の限界である可動端に位置している状態を示している。振動子支持部材１０４と固定部材１０８には、可動端で可動部の移動を規制する不図示の当接部が設けられている。振動板１０１の摩擦接触部１０１ａは摩擦部材１１０の駆動方向端部１１０ｂより内方に位置するものの、振動子支持部材１０４は摩擦部材１１０の駆動方向端部１１０ｂより外方に延出している。また、固定部材１０８の凹部１０８ｃを形成する側壁部と振動板１０１の摩擦接触部１０１ａ近傍とは隔絶されている。
図３（Ｂ）は、従来の直動型超音波モータ２００の断面図であり、振動子支持部材２０４を含む可動部がＸ方向の可動範囲の限界である可動端に位置している状態を示している。振動子支持部材２０４の当接部２０４ａと固定部材２０８の当接部２０８ａとの当接により、振動子支持部材２０４を含む可動部の移動が規制されている。摩擦部材２１０は固定部材２０８に摩擦部材固定ネジ２１２で固定されるため、当接部２０８ａよりＸ方向の外方に位置する必要がある。
本発明による振動波モータ１００と従来の直動型超音波モータ２００の駆動量は同等であるが、従来の直動型超音波モータ２００は摩擦部材２１０がＸ方向の外方に位置するためユニット全体が大きくなっている。一方、本発明による振動波モータ１００では、摩擦部材１１０がＸ方向の内方に位置するため、矢印１１４に示す寸法を小さくすることができる。同様に−Ｘ方向においても矢印１１４に示す寸法を小さくすることができる。
図４は、本発明の振動波モータ１００が組み込まれているレンズ装置の一例として、レンズ鏡筒２０を示している。なお、当該レンズ鏡筒２０は略回転対称形であるため、上側半分のみを図示している。
撮像装置としてのカメラ本体１０には、レンズ鏡筒２０が着脱自在に取り付けられ、カメラ本体１０内には、撮像素子１ａが設けられている。カメラ本体１０のマウント１１には、レンズ鏡筒２０をカメラ本体１０に取り付けるためのバヨネット部が設けられている。レンズ鏡筒２０は、固定筒２１を有しており、固定筒２１がマウント１１のフランジ部に当接している。そして、固定筒２１とマウント１１とは不図示のビスに固定されている。固定筒２１にはさらに、レンズＧ１を保持する前鏡筒２２とレンズＧ３を保持する後鏡筒２３とが固定されている。レンズ鏡筒２０は、さらにフォーカスレンズ保持枠２５を備え、フォーカスレンズＧ２を保持している。フォーカスレンズ保持枠２５はさらに、前鏡筒２２と後鏡筒２３に保持されたガイドバー２６によって直進移動可能に保持されている。振動波モータ１００の固定部材１０８には、不図示のフランジ部が形成されており、後鏡筒２３にビス等で固定されている。
上記のような構成で、振動波モータ１００の振動子支持部材１０４を含む可動部が駆動されると、振動波モータ１００の駆動力は、振動子支持部材１０４を介してフォーカスレンズ保持枠２５に伝達される。フォーカスレンズ保持枠２５は、ガイドバー２６によって案内されて直線移動する。
以上のような構成で、振動波モータ１００により被駆動部材の駆動方向におけるユニットの全長寸法を大きくする必要がないコンパクトな振動波モータ１００を得ることができる。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求項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。
１００ 振動波モータ
１０１ 振動板
１０２ 圧電素子
１０３ 振動子
１０５ バネ（加圧手段）
１０８ 固定部材
１０８ｂ 支持面
１０８ｃ 凹部
１１０ 摩擦部材
１１０ａ 摩擦接触面
１１１ スライダ固定材
１０１ 振動板
１０２ 圧電素子
１０３ 振動子
１０５ バネ（加圧手段）
１０８ 固定部材
１０８ｂ 支持面
１０８ｃ 凹部
１１０ 摩擦部材
１１０ａ 摩擦接触面
１１１ スライダ固定材
Claims (11)
- 圧電素子及び振動板からなる振動子と、
該振動子に接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、
該摩擦部材が配置される凹部を有する固定部材と、
前記凹部に充填された摩擦部材固定材と、
前記振動子を前記摩擦部材に対して加圧する加圧手段と、
を備え、
前記振動子に発生する振動を用いて前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動する振動波モータであって、
前記摩擦部材は、前記摩擦接触面の反対側の面における第１の領域が前記固定部材に接触し、前記反対側の面における前記第１の領域の周囲の領域である第２の領域が前記摩擦部材固定材に接触した状態で固定されることを特徴とする、振動波モータ。 - 前記固定部材は前記摩擦部材と接触する支持部を有し、前記支持部は前記第１の領域と接触するとともに、前記加圧手段からの加圧力に対して前記摩擦部材を支持することを特徴とする、請求項１に記載の振動波モータ。
- 前記支持部は、前記第１の領域と前記相対移動の方向に線接触することを特徴とする、請求項２に記載の振動波モータ。
- 前記摩擦部材固定材は、前記凹部において前記支持部を除く領域に隙間なく充填されることを特徴とする、請求項２または３に記載の振動波モータ。
- 前記摩擦部材固定材は粘着性を有し、前記振動子と前記摩擦部材とが前記相対移動することで生じる摩耗粉を吸着することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波モータ。
- 前記摩擦部材固定材は、ゲル状物質であ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。
- 前記摩擦部材固定材は、弾性体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。
- 前記摩擦部材固定材は、前記摩擦部材が前記振動子から受ける振動を吸収す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。
- 前記振動波モータは、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８のいずれか１項に記載の振動波モータ。
- 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動波モータと、
前記振動波モータにより駆動されるレンズと、を有することを特徴とする、レンズ装置。 - 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動波モータと、
前記振動波モータにより駆動される被駆動部材と、を有することを特徴とする、光学装置。
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