JP6929165B2

JP6929165B2 - 振動波モータおよび駆動装置

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Publication number: JP6929165B2
Application number: JP2017160688A
Authority: JP
Inventors: かおり戸村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP2019039997A

Description

本発明は、振動波モータおよび光学機器等に組込まれる駆動装置に関する。

従来、高周波電圧を印加すると周期的に振動する振動子を接触部材に圧接させることで、振動子および接触部材が相対的に移動する振動波モータ（超音波モータ）が知られている。特許文献１は、印加される高周波駆動電圧により超音波振動する振動子、振動子に摩擦接触する接触部材、および振動子を接触部材に対して加圧する加圧手段を有し、超音波振動により振動子と接触部材が相対的に移動する超音波モータを開示している。

可動部は、急加減速運動等で加速度の影響を受けると、移動方向に対してピッチ方向のモーメントを発生させる場合がある。その結果、可動部のガイド機構を構成するＶ溝とＶ溝に付勢されたボールとの間に隙間が生じ、その隙間の中でボールがＶ溝を叩くことで可動部が振動し騒音が発生してしまう。特許文献１の超音波モータでは、この隙間の発生を抑制し、可動部の振動を減衰させるために、振動子保持部材と移動板との間に振動減衰部材が配置されている。

特開２０１５−１０４１４４号公報

しかしながら、特許文献１の超音波モータでは、振動減衰部材の厚みだけ可動部の厚みが増加し、小型化および薄型化の妨げになる。また、特許文献１の超音波モータでは、振動子に対する加圧方向に沿って、加圧手段、振動子、および摩擦部材が直列に配置されているため、そもそも加圧方向の小型化および薄型化が困難である。

本発明は、振動子に対する加圧方向において小型化および薄型化可能であるとともに、騒音源となる振動を減衰可能な振動波モータおよび駆動装置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、前記振動子に摩擦接触する接触部材と、前記振動子への加圧力を発生させる加圧手段と、前記加圧力を前記振動子に伝達する伝達手段と、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的に移動する振動波モータであって、前記伝達手段は、前記振動子に対する加圧方向に平行に突出した凸部と、前記凸部の周囲に配置された振動減衰部材と、を備え、前記加圧力は、前記凸部および前記振動減衰部材を介して前記振動子に伝達され、前記凸部が伝達する第１の加圧力は、前記振動減衰部材が伝達する第２の加圧力よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、振動子に対する加圧方向において小型化および薄型化可能であるとともに、騒音源となる振動を減衰可能な振動波モータおよび駆動装置を提供することができる。

実施例１の振動波モータの斜視図である。実施例１の振動波モータの分解斜視図である。実施例１の振動波モータの上面図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。図３のＢ−Ｂ線断面図である。実施例１の振動減衰部材の形状を説明する図である。実施例１の振動減衰部材周辺の概略図である。実施例２の振動減衰部材周辺の概略図である。実施例３の振動減衰部材周辺の概略図である。実施例４のレンズ駆動装置の斜視図である。実施例４のレンズユニットの斜視図である。

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。各実施例では、振動子および接触部材の相対的な移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸に直交し、振動子を接触部材に対して加圧する方向(加圧方向)をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。なお、各実施例の座標系は説明の便宜上のものであって、本発明はこれに限定されない。

図１から図３はそれぞれ、振動波モータ１００の斜視図、分解斜視図、および上面図である。図４および図５はそれぞれ、図３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図である。図６は、振動減衰部材の形状を説明する図である。

振動波モータ１００は、直動タイプのリニアアクチュエータで、Ｘ軸方向への駆動力を発生させる。振動波モータ１００は、図２に示される溝形状の駆動力取り出し部１６ａに、被駆動部に設けられた連結用突起部を挿入することで被駆動部に連結され、被駆動部をＸ軸方向へ駆動させることができる。

まず、振動波モータ１００が駆動力を発生させるメカニズムについて説明する。図２に示されるように、振動波モータ１００は、接着剤等により互いに固着された圧電素子１および振動板（弾性板）２から構成される振動子３を有する。フレキシブル基板１９は、異方性導電ペースト等で機械的および電気的に圧電素子１に接続され、圧電素子１に２相の高周波電圧を印加する。圧電素子１は、高周波電圧を印加されると、超音波域の周期的な振動を発生させる。このとき、振動板２は、長手方向（Ｘ軸方向）および短手方向（Ｙ軸方向）のそれぞれの方向で共振を起こし、振動板２に設けられた２つの突起部（凸部）２ａはｘｙ平面上で楕円運動を行う。圧電素子１に印加する高周波電圧の周波数や位相を変えることで、楕円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。振動子３は、ベース部材１２に固定されたスライダー（接触部材）４に摩擦接触することで、スライダー４に対して相対的に移動する駆動力を発生させることができる。すなわち、振動子３は、スライダー４に対して、Ｘ軸方向へ相対的に移動可能となる。

次に、振動子３、振動子３を保持する基台１１および基台保持枠１５の連結について説明する。図２に示されるように、振動板２は、Ｘ軸方向へ離間した２か所に穴部２ｂを有する。基台１１は、２つの穴部２ｂに対向した位置に固定用のピン１１ａを有する。ピン１１ａは穴部２ｂに挿入された後、接着剤等によって固定される。基台保持枠１５は、ネジによりムーブプレート１６に連結されるとともに、基台１１に連結されている。

基台１１のＸ軸方向の各端部では、ローラー部材１３を挟んで内側には基台１１、外側には基台保持枠１５が配置されている。板バネ１４は、接着等により基台保持枠１５に固定され、ローラー部材１３に、Ｘ軸方向へ弾性付勢するように当接している。ローラー部材１３は、基台１１をＸ軸方向へ弾性付勢する。すなわち、基台１１は、ローラー部材１３を介して基台保持枠１５に付勢される。基台１１は、基台保持枠１５に対してＸ軸方向へ付勢されるだけでなく、ローラー部材１３の転動によってＹ軸方向へ移動可能である。すなわち、基台保持枠１５は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向へイコライズ可能な構成となっている。

以上の構成により、基台１１と基台保持枠１５は、駆動方向であるＸ軸方向にはガタの発生がなく、Ｙ軸方向にはローラー部材１３の転動作用により摺動抵抗がほとんど発生しない連結を実現することができる。

次に、振動子３をスライダー４に摩擦接触させる加圧構成について説明する。１つの加圧手段で振動子３をスライダー４に対して加圧する場合、振動子３の真上に加圧手段を配置する必要がある。この場合、振動波モータ１００の加圧方向の厚みが増加してしまう。

そこで、本実施例では、振動子３の周囲に配置された複数の加圧手段を用いて、振動子３をスライダー４に対して加圧する。具体的には、弾性部材である４本の引張コイルばね（加圧手段）６が加圧板金（第１伝達部材）５の４隅に配置され、それぞれの第１端は加圧板金５に掛けられ、第２端はムーブプレート１６に掛けられることで振動子３をスライダー４に対して加圧する。引張コイルばね６を加圧板金５の４隅に配置し、加圧力を分散させることで、小型化および薄型化を実現することができる。

加圧板金５は、引張コイルばね６の付勢方向（加圧方向）であるＹ軸方向に平行に突出し、板部材１０に当接する２つの凸部５ａを有する。２つの凸部５ａは、Ｚ軸に沿って配置されている。凸部５ａは、曲面形状を有し、板部材１０に当接部７で当接している。凸部５ａの周囲には、図６に示されるように、ブチルゴム（振動減衰部材）８が配置されている。

振動子３と板部材（第２伝達部材）１０との間には、可撓性を有する弾性部材としてフェルト９が配置されている。振動板２の２つの突起部２ａは、スライダー４に当接している。スライダー４は、ネジ２３，２４の締結によってベース部材１２に固定されている。ボールベース１７は、スライダー４に対して振動子３と反対側に配置されている。ボールベース１７とムーブプレート１６との間には、３つの転動ボール１８が配置されている。

以上説明したように、本実施例では、振動子３の周囲に配置された４本の引張コイルばね６を用いて振動子３をスライダー４に摩擦接触させるため、振動波モータ１００の小型化および薄型化を実現することができる。

加圧板金５は、４隅の引張コイルばね６でＹ軸方向へ弾性付勢されつつ、２つの凸部５ａは板部材１０に当接部７で当接しているため、図５および図６に示される、２箇所の当接部７を結んだ軸Ｃ周りに自由度を有する。すなわち、加圧板金５は、軸Ｃ周り（図４のＥ方向）にイコライズ駆動しながら、常時、当接部７で板部材１０を加圧することができる。

引張コイルばね６による加圧力は、加圧板金５の凸部５ａとブチルゴム８の両方を介して板部材１０に伝達され、さらにフェルト９を経由して振動子３に伝達される。可撓性を有するフェルト９が振動子３に当接することで、振動子３の駆動振動を阻害することなく、全体的に均一な力で振動子３の表面を押圧することができる。

次に、駆動方向へ直進ガイドするための構成について説明する。ボールベース１７は、押さえ板金２０を介して、ネジ２５によってベース部材１２に固定されている。ボールベース１７とムーブプレート１６には、３つの転動ボール１８を駆動方向であるＸ軸方向に転動させるためのＶ字状の溝が形成されている。本実施例では、ムーブプレート１６には３つのＶ字状の溝が形成され、ボールベース１７には２つのＶ字状の溝が形成されている。

本実施例では、４つの引張コイルばね６で振動子３がスライダー４に対して押圧されつつ、ムーブプレート１６が３つの転動ボール１８を介してボールベース１７に付勢されている。振動子３がＸ軸方向へ駆動力を発生させると、３つの転動ボール１８がＸ軸上に延びるＶ字状の溝に沿って転動し、ムーブプレート１６がＸ軸方向へスムーズにガイドされる。

ムーブプレート１６は、ネジ２１，２２によって基台保持枠１５に固定されている。ムーブプレート１６は、駆動方向に直交するＺ軸方向に延びる溝形状の駆動力取り出し部１６ａを有する。ムーブプレート１６は、基台１１と基台保持枠１５を経由した振動子３で発生した駆動力によりＸ軸方向へガイドされる。駆動力取り出し部１６ａに被駆動部に設けられた連結用突起部を挿入することで、振動波モータ１００の駆動力を被駆動部に伝達することが可能である。

次に、図４と図７を参照して、可動部である加圧板金５の振動について説明する。図７（ａ）は、図４の概略図で、ブチルゴム８の周辺を簡易的に示している。図７（ｂ）は、駆動時における振動板２の固有振動の挙動を簡易的に示している。駆動時、圧電素子１に高周波電圧を印加することで振動子３は振動し、加圧板金５は駆動力を発生させる。振動子３は、フェルト９と板部材１０を介して、スライダー４に押圧されている。振動子３の振動は、フェルト９と板部材１０によって減衰されるため、加圧板金５に伝わりにくくなっている。しかしながら、振動子３の駆動時の振動を完全に減衰させることは難しい。そのため、減衰しきれなかった振動子３からの振動は、当接部７から加圧板金５に伝達され、加圧板金５を励振させてしまう。この励振によって加圧板金５が固有振動を発生させると、騒音の原因となってしまう場合がある。

本実施例では、加圧板金５の励振を抑制するために、ブチルゴム８を加圧板金５の凸部５ａの周囲に配置している。ブチルゴム８は、加圧方向であるＹ軸方向において板部材１０と加圧板金５との間で密着して挟持されているため、加圧板金５の振動を減衰させることができる。また、板部材１０の振動も減衰させることができるため、当接部７から加圧板金５に伝達される振動を抑制することができる。また、ブチルゴム８は、加圧板金５と板部材１０との間に形成された空間に配置されるため、加圧方向の厚みを増加させることはない。

加圧板金５の励振を更に抑制するために、本実施例では、加圧板金５の凸部５ａは、加圧方向であるＹ軸方向において、振動の節２ｃと重なる位置に配置されている。この構成により、加圧板金５は振動板２からの振動が伝わりにくい箇所で板部材１０に当接し、加圧板金５に振動が伝達されることを抑制することができる。

また、ブチルゴム８は、加圧方向であるＹ軸方向において、振動板２の突起部２ａと重なる位置に配置されている。この構成により、駆動時にスライダー４に摺動する突起部２ａから伝わる振動をより減衰させることができ、加圧板金５の励振を抑制することができる。

加圧板金５の主な役割は、振動子３が安定した駆動力を発生させるために、所望の加圧力によって振動子３を常にスライダー４に押圧することである。したがって、加圧板金５が振動子３を確実にスライダー４に押圧できることを前提とした上で、加圧板金５の振動を減衰させる必要がある。そこで、本実施例では、凸部５ａが振動子３に伝達する加圧力Ｆ１は、ブチルゴム８が振動子３に伝達する加圧力Ｆ２（加圧力Ｆ２ａと加圧力Ｆ２ｂの合力）よりも大きくなるように設定している。このように設定することで、加圧板金５の軸Ｃ周りのイコライズ駆動を阻害しない構成を実現している。

次に、図５から図７を参照して、加圧板金５が安定して振動子３を加圧する構成について説明する。２つの凸部５ａの当接部７を結ぶ軸Ｃは、凸部５ａによる加圧力Ｆ１が作用する位置を通っている。加圧力Ｆ１が作用する中心位置は、図６に示される位置Ｄである。また、ブチルゴム８による加圧力Ｆ２は加圧力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの合力であり、加圧力Ｆ２が作用する中心位置も位置Ｄである。すなわち、ＸＺ平面内において、加圧力Ｆ１の中心は、加圧力Ｆ２の中心に重なっている。このような加圧力Ｆ１，Ｆ２の位置関係により、ブチルゴム８によって加圧板金５の軸Ｃ周りのイコライズ駆動が阻害されない。そのため、ブチルゴム８を配置しても２つの凸部５ａが板部材１０に常に当接し、加圧板金５が振動子３を安定して加圧することができる。

図８を参照して、本実施例の振動波モータ１０１について説明する。本実施例の振動波モータ１０１は、実施例１の振動波モータ１００の板部材１０とは異なる形状の板部材１０ａを有する。他の構成は、実施例１の振動波モータ１００と同様であるため、説明を省略する。

図８は、図７（ａ）に対応する図であり、振動波モータ１０１のブチルゴム８の周辺を簡潔に示している。板部材１０ａは、ＸＹ平面上で傾斜面１０ａ１，１０ａ２を有する。ブチルゴム８がＹ軸方向へ一様の厚みを有する形状である場合、傾斜面１０ａ１，１０ａ２によってブチルゴム８のチャージ量が実施例１と異なり、凸部５ａからＸ軸方向へ離れるにつれて、チャージ量が小さくなる。すなわち、傾斜面１０ａ１，１０ａ２によって、振動波モータ１０１の移動方向であるＸ軸方向において、加圧力Ｆ２が凸部５ａから離間するにつれて小さくなる。

以上の構成により、加圧板金５の矢印Ｅ方向へ回転するイコライズ駆動において負荷が小さくなるため、回転しやすくなる。すなわち、更にスムーズなイコライズ駆動が可能となり、駆動ロスを減らすことができるため、駆動効率の良い振動波モータ１０１を提供することが可能となる。

図９を参照して、本実施例の振動波モータ１０２について説明する。本実施例の振動波モータ１０２は、実施例１の振動波モータ１００の加圧板金５とは異なる形状の加圧板金５０を有する。他の構成は、実施例１の振動波モータ１００と同様であるため、説明を省略する。

図９は、図７（ａ）に対応する図であり、振動波モータ１０２のブチルゴム８の周辺を簡潔に示している。加圧板金５０は、ＸＹ平面上で傾斜面５０ａ，５０ｂを有する。ブチルゴム８がＹ軸方向へ一様の厚みを有する形状である場合、傾斜面５０ａ，５０ｂによってブチルゴム８のチャージ量が実施例１と異なり、凸部５ａからＸ軸方向へ離れるにつれて、チャージ量が小さくなる。すなわち、傾斜面５０ａ，５０ｂによって、実施例２と同様に、振動波モータ１０２の移動方向であるＸ軸方向において、加圧力Ｆ２が凸部５ａから離間するにつれて小さくなる。

以上の構成により、加圧板金５０の矢印Ｅ方向へ回転するイコライズ駆動において負荷が小さくなるため、回転しやすくなる。すなわち、更にスムーズなイコライズ駆動が可能となり、駆動ロスを減らすことができるため、駆動効率の良い振動波モータ１０２を提供することが可能となる。

なお、各実施例において、当接部７は、加圧板金に設けられた凸部と、該凸部に当接する板部材に設けられた平面部とにより構成されているが、板部材１０に設けられた凸部と、該凸部に当接する加圧板金５に設けられた平面部とにより構成されていてもよい。すなわち、加圧板金と板部材の一方が凸部を有し、他方が凸部に当接する平面図を有していればよい。

また、各実施例において、加圧板金５は、フェルト９および板部材１０を介して振動子３を加圧している。振動波モータが振動子３の駆動振動を阻害することなく加圧板金５の凸部５ａが振動子３を加圧可能であり、かつブチルゴム８を間に介すだけで振動子３からの振動を十分に減衰可能であれば、フェルト９および板部材１０を構成部品から削除してもよい。この場合、振動波モータを更に薄型化することが可能である。

また、各実施例では、振動減衰部材としてブチルゴムを使用しているが、各実施例で説明した効果を実現可能であれば他の防振ゴム（防振部材）を使用してもよい。防振ゴムとしては、例えば、ニトリルゴム、クロロブレンゴム、エチレンプロピレンゴムなどがある。

図１０および図１１を参照して、本実施例のレンズ駆動装置３００について説明する。図１０はレンズ駆動装置３００の斜視図、図１１はレンズユニット２００の斜視図である。

レンズ駆動装置３００は、実施例１の振動波モータ１００をレンズユニット２００に搭載したレンズ駆動装置３００であるため、実施例１と同様の部分については説明を省略する。

レンズ駆動装置３００は、不図示のレンズ鏡筒内部に配置され、ズームレンズやフォーカスレンズといった移動レンズ群を光軸方向へ移動させるために用いられる。レンズ保持枠２０１は、不図示の移動レンズ群を保持している。ガイドバー２０３、ガイドバー２０４、および振動波モータ１００のベース部材１２は、不図示のレンズ鏡筒に固定されている。

レンズ保持枠２０１は、回動可能に取り付けられた連結部材２０２を有する。連結部材２０２は、ムーブプレート１６の駆動力取り出し部１６ａに連結するための連結用突起部２０２ａを有する。連結部材２０２は、弾性付勢部材である付勢バネ２０５によって、レンズ保持枠２０１に対してＸ軸に平行なＸ’−Ｘ”軸周りの回転方向Ｇ、およびＸ’−Ｘ”軸に平行なＨ方向へ弾性付勢されている。

したがって、連結用突起部２０２ａが溝形状の駆動力取り出し部１６ａに係合し、かつ連結部材２０２が上記のように弾性付勢されることで、レンズ保持枠２０１は連結部材２０２を介してムーブプレート１６に対してガタ付きなく付勢される。

以上の構成により、振動波モータ１００の基台保持枠１５を含む可動部が駆動すると、振動波モータ１００の駆動力は、駆動力取り出し部１６ａを介してレンズ保持枠２０１に伝達される。振動波モータ１００は、前述したように、加圧板金５の凸部５ａの周囲に配置されたブチルゴム８を有することで、加圧板金５に伝わる振動を減衰させ、騒音を抑制させることが可能である。したがって、レンズ駆動装置３００は、静音で、ガイドバー２０３，２０４に沿ってレンズ保持枠２０１を移動させることが可能である。

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。

３振動子
４スライダー（接触部材）
５加圧板金（伝達手段）
５ａ凸部
６引張コイルばね（加圧手段）
８ブチルゴム（伝達手段、振動減衰部材）
１０板部材（伝達手段）
１００−１０２振動波モータ

Claims

振動子と、
前記振動子に摩擦接触する接触部材と、
前記振動子への加圧力を発生させる加圧手段と、
前記加圧力を前記振動子に伝達する伝達手段と、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的に移動する振動波モータであって、
前記伝達手段は、前記振動子に対する加圧方向に平行に突出した凸部と、前記凸部の周囲に配置された振動減衰部材と、を備え、
前記加圧力は、前記凸部および前記振動減衰部材を介して前記振動子に伝達され、
前記凸部が伝達する第１の加圧力は、前記振動減衰部材が伝達する第２の加圧力よりも大きいことを特徴とする振動波モータ。
前記伝達手段は、前記加圧方向に沿って、第１伝達部材および第２伝達部材を備え、
前記第１伝達部材と前記第２伝達部材の一方が前記凸部を備え、他方が前記凸部に当接する平面部を備えることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
前記第２伝達部材と前記振動子との間に可撓性を有する弾性部材をさらに有し、
前記加圧力は、前記凸部および前記振動減衰部材を介して、前記第２伝達部材と前記弾性部材を経由して前記振動子に伝達されることを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ。
前記振動波モータの移動方向と、前記移動方向および前記加圧方向に直交する方向と、を含む平面内において、前記第２の加圧力の中心は、前記第１の加圧力の中心に重な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。
前記振動子は、前記接触部材に接触する振動板、および電圧を印加されることで振動を励振する圧電素子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。
前記振動板は、前記接触部材に摩擦接触する突起部を備え、
前記凸部は、前記加圧方向において、前記圧電素子に駆動振動を与えたときに生じる前記振動板の固有振動の節に重なる位置に配置され、
前記振動減衰部材は、前記加圧方向において、前記突起部に重なる位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の振動波モータ。
前記第２の加圧力が、前記振動波モータの移動方向において、前記凸部から離間するにつれて小さくなるように、前記振動減衰部材は、前記加圧方向において少なくとも一方の面が傾斜面で挟持されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の振動波モータ。
前記凸部は、曲面を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の振動波モータ。
請求項１から８のいずれか１項に記載の振動波モータと、
前記振動波モータから伝達された駆動力によって駆動される被駆動部と、を有することを特徴とする駆動装置。