JP7098438B2 - 振動波モータ及び振動波モータを用いた駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は振動波モータ、特にリニア用の振動波モータとリニア用の振動波モータを用いた駆動装置に関する。

従来から小型軽量、高速駆動、かつ静音駆動を特徴とする振動波モータは撮像装置のレンズ鏡筒等のアクチュエータに採用されている。特許文献１に開示されたモータユニットでは、４つの引張コイルバネを用いて振動子を摩擦部材に加圧することにより厚み方向の小型化を実現している。

特開２０１７－２００４００号公報

しかしながら、特許文献１のモータユニットでは、振動子に給電するためのフレキシブル基板の屈曲部が可動部材とベース部材に当接している。このベース部材の当接領域は、可動部材の固定部を避けて外側に設ける必要があるため、この構成によってモータユニットが大型化してしまうという課題がある。

本発明の目的は、小型化した振動波モータを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の振動波モータは、高周波振動する振動子と、振動子と加圧接触して相対移動する摩擦部材と、振動子を摩擦部材に加圧するための加圧手段と、摩擦部材が固定されるベース部材と、振動子に給電するためのフレキシブル基板と、を備え、フレキシブル基板は屈曲部を有し、屈曲部は相対移動に伴って移動し、ベース部材は、屈曲部が当接する当接領域と、当接領域に隣接し相対移動の方向にずれた位置に設けられた切り欠き部と、切り欠き部に対して相対移動の方向と直交する方向にずれた位置にフレキシブル基板を位置決めするための第１の位置決め部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、小型化した振動波モータを提供することができる。

（Ａ）本発明の振動波モータ１０の斜視図である。（Ｂ）同断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）本発明の振動波モータ１０の分解斜視図である。 （Ａ）～（Ｃ）本発明の振動波モータ１０のフレキシブル基板１０８の振舞いを示す正面図である。 本発明の振動波モータ１０の平面図である。 （Ａ）本発明の振動波モータ１０を搭載したレンズ駆動装置１の構成を示す斜視図である。（Ｂ）、（Ｃ）同断面図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための実施形態について説明する。図面において、同一符号は同一部材を示している。

以下、本発明の実施形態について説明する。本明細書中において、後述する振動子１００と摩擦部材１０３が相対移動する方向をＸ方向、振動子１００を摩擦部材１０３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、振動子１００から摩擦部材１０３への向きを＋Ｚ方向、その逆向きを－Ｚ方向とする。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。

まず、本発明の振動波モータ１０（超音波モータ）の構成について説明する。図１（Ａ）は本発明の振動波モータ１０の斜視図、図１（Ｂ）は振動子１００の中心を通るＸ－Ｚ平面における断面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ本発明の振動波モータ１０を異なる方向から見た場合の分解斜視図である。

振動子１００は、２つの突起部を有する振動板１０１と高周波振動する圧電素子１０２によって構成されている。圧電素子１０２は、フレキシブル基板１０８によって給電されることにより、超音波領域の周波数の高周波振動（超音波振動）をする。圧電素子１０２は、振動板１０１に対して接着等の手段により固定されており、圧電素子１０２の高周波振動により振動子１００全体に高周波振動が励振されるとともに、突起部には楕円運動が発生する。

摩擦部材１０３は、振動子１００と当接する部材であり、摩擦部材１０３を保持するベース部材１１０に対して固定ネジ１１４によって固定されている。そして、振動子１００は、後述の加圧部材１０４によって摩擦部材１０３に対して加圧されるとともに、摩擦部材１０３に加圧接触し、突起部の楕円運動によって振動子１００と摩擦部材１０３とは相対移動する。

保持部材１０５は、振動子１００を保持する部材であり、振動子１００は接着等の手段により保持部材１０５に固定されている。この固定は、接着等に限られず、固定されれば方法は限定されない。可動部材１０６は保持部材１０５を保持する部材であり、可動部材１０６と保持部材１０５は、相対移動の方向（Ｘ方向）に一体的に移動する。すなわち、振動子１００の高周波振動により、振動子１００、保持部材１０５、可動部材１０６は摩擦部材１０３に対して一体的に相対移動する。また、保持部材１０５と可動部材１０６とは、加圧方向（Ｚ方向）には自由に移動できるように保持されている。この構成により、部材のばらつきや組立誤差などが生じた際にも、保持部材１０５に保持された振動子１００は自由に加圧方向に移動できるため、安定して摩擦部材１０３に対して加圧接触することができる。なお、可動部材１０６は、本発明における第１の可動部材に相当する。

加圧部材１０４は４つの引張バネで構成されており、振動子１００を摩擦部材１０３に対して加圧するための部材である。加圧部材１０４は、加圧板金１１２と可動板金１０７とに作用し、加圧板金１１２から緩衝部材１１３を介して振動子１００に加圧部材１０４からの加圧力が与えられる。緩衝部材１１３が加圧板金１１２と振動子１００との間に設けられることにより、加圧板金１１２が振動子１００に直接接触することによる、振動子１００の高周波振動の減衰を防いでいる。なお、加圧部材１０４は、本発明における加圧手段に相当する。

可動部材１０６は、連結ネジ１１５によって可動板金１０７に固定されており、可動板金１０７は、可動部材１０６と連結して一体的に移動する部材である。固定板金１０９は、ベース部材１１０に対して固定ネジ１１４によって固定される。可動板金１０７と固定板金１０９との間には、複数の転動部材１１１が挟持されており、加圧部材１０４が可動板金１０７に作用することにより、可動板金１０７は複数の転動部材１１１を介して固定板金１０９に対して付勢される。

そして、可動板金１０７が振動子１００の高周波振動によって移動する際に、転動部材１１１が転動することによって可動板金１０７と固定板金１０９との摺動負荷が低減され、可動板金１０７が滑らかに移動することができる。また、相対移動の方向に並んで可動板金１０７に設けられた２列のＶ字状の溝のそれぞれに、転動部材１１１が係合することにより可動板金１０７が固定板金１０９に対して直進移動するように案内されている。なお、可動板金１０７は、本発明における第２の可動部材に相当する。

図３（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の振動波モータ１０のフレキシブル基板１０８の振舞いを示す正面図であり、図３（Ａ）は可動部材１０６が移動範囲の中央に位置する状態、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、可動部材１０６が移動範囲の端部に位置する状態を示す。フレキシブル基板１０８は、圧電素子１０２に固定された箇所から相対移動の方向に対して直交方向（Ｙ方向）に引き出された後、再び相対移動の方向に引き出される。その後、フレキシブル基板１０８は、屈曲して折り返した後にベース部材１１０と当接し、ベース部材１１０上のフレキシブル基板位置決め部１１０ｃで位置決めされて固定される。フレキシブル基板１０８は、可動部材１０６とベース部材１１０との間に屈曲部１０８ａが挟まれた状態で保持される。そして、振動子１００と摩擦部材１０３との相対移動によって可動部材１０６も相対移動の方向に移動するが、この可動部材１０６の移動に伴い、屈曲部１０８ａも共に移動し、フレキシブル基板１０８とベース部材１１０の当接する領域も変化する。可動部材１０６が移動する範囲内において、屈曲部１０８ａが移動した際にフレキシブル基板１０８がベース部材１１０と当接する領域を当接領域１１０ｂとする。なお、フレキシブル基板位置決め部１１０ｃは、本発明における第１の位置決め部に相当する。

次に、本発明の振動波モータ１０のベース部材１１０に設けられた切り欠き部１１０ａ、当接領域１１０ｂ、フレキシブル基板位置決め部１１０ｃの位置関係について説明する。図４は、本発明の振動波モータ１０の可動板金１０７が特定の位置に位置する状態を示す平面図である。図４において、可動部材１０６の図示は省略されており、当接領域１１０ｂは点線にて示されている。可動部材１０６は、可動板金１０７に対して第１の固定部１０７ａ、第２の固定部１０７ｂの２箇所で連結ネジ１１５によって固定されている。例えば、第２の固定部１０７ｂのみで可動部材１０６を固定した場合、可動部材１０６または可動板金１０７の変形により可動部材１０６と可動板金１０７とが一体的に移動できなくなり、振動波モータ１０の特性が低下することがわかっている。本発明の振動波モータ１０では、可動板金１０７が摩擦部材１０３を囲うように設けられており、直交方向において振動子１００を挟んだ両側に第１の固定部１０７ａ、第２の固定部１０７ｂが設けられている。この構成により、可動部材１０６または可動板金１０７の変形を抑制して、振動波モータ１０の特性低下を防止している。可動板金１０７には、可動部材１０６を位置決めするための２つの可動部材位置決め穴１０７ｃが設けられており、この２つの可動部材位置決め穴１０７ｃに対応するように可動部材１０６には、図示されていない２つの位置決めボスが設けられている。これらがそれぞれ嵌合することによって、可動部材１０６は可動板金１０７に対して位置決めされる。なお、２つの可動部材位置決め穴１０７ｃは、第１の固定部１０７ａ、第２の固定部１０７ｂのうち第２の固定部１０７ｂのみに設けられている。また、２つの可動部材位置決め穴１０７ｃのうちの一方は、相対移動の方向へ延在する長穴であり、他方は、丸い穴となっている。なお、可動部材位置決め穴１０７ｃは、本発明における第２の位置決め部に相当する。

ベース部材１１０には、相対移動の方向において、切り欠き部１１０ａが当接領域１１０ｂに隣接して設けられている。また、可動板金１０７が特定の位置に位置する状態において、加圧方向から見た際に、切り欠き部１１０ａは可動板金１０７の第１の固定部１０７ａと重複するように設けられている。可動板金１０７をベース部材１１０に対して組み込む際に、可動板金１０７はベース部材１１０に対して－Ｚ方向から組み込まれる。この際に、もし第１の固定部１０７ａがベース部材１１０に干渉すると組立性が悪化してしまうが、本発明のベース部材１１０に切り欠き部１１０ａを設けることにより組立性を損なわない構成となっている。フレキシブル基板位置決め部１１０ｃは、切り欠き部１１０ａに対して相対移動の方向と直交する直交方向（Ｙ方向）のずれた位置に設けられている。

以下に、従来の構成について説明する。特許文献１の図１４（Ａ）は、従来のモータユニットの平面図を示している。従来のモータユニットでは、可動部外枠材を片側で固定している。しかしながら、片側のみの固定では可動部外枠材の剛性不足により制御性が悪化してしまう恐れがあった。

次に、本発明の振動波モータ１０によって得られる効果について説明する。本発明の振動波モータ１０では、可動部材１０６を第１の固定部１０７ａ、第２の固定部１０７ｂの２つにより可動部材１０６の両側から固定しているので、十分な剛性が得られる。また、第１の固定部１０７ａがフレキシブル基板１０８と干渉しないように第２の固定部１０７ｂに対して、相対移動の方向にオフセットされている。更に、ベース部材１１０に設けられた切り欠き部１１０ａと当接領域１１０ｂが、相対移動の方向に隣接して並び、切り欠き部１１０ａとフレキシブル基板位置決め部１１０ｃが直交方向において重複するように構成されている。また、当接領域１１０ｂ及びフレキシブル基板位置決め部１１０ｃは、可動板金１０７の第１の固定部１０７ａに対して直交方向にずれた位置に設けられている。

以上の構成により、可動板金１０７を－Ｚ方向からベース部材１１０に組み込む際に、第１の固定部１０７ａとベース部材１１０とが干渉しないので、組立性が損なわれない。それ故、組立性を確保するために、ベース部材１１０内に無駄な空間を確保する必要がないので、ベース部材１１０が大型化することが無い。また、図４におけるベース部材１１０の梁の寸法Ｌ１を細くして無駄な空間を作る必要がないので、ベース部材１１０の剛性を保つことが可能となる。その結果、直交方向の寸法Ｌ２を更に小さくすることが可能となるため、従来のモータユニットに対して更なる小型化と組立性の両立を実現している。

次に、本発明の振動波モータ１０を用いたレンズ駆動装置１の構成について説明する。図５（Ａ）はレンズ駆動装置１の斜視図、図５（Ｂ）は振動波モータ１０のＹ－Ｚ平面における断面図、図５（Ｃ）はレンズ駆動装置１の正面図である。振動波モータ１０は不図示の部材に対してネジ等の手段によって固定されている。レンズ２はレンズ保持部材３によって保持されており、レンズ保持部材３と係合する２つのガイドバー４によって光軸方向（Ｘ方向）に直進案内される。レンズ保持部材３には連結部３ａが設けられており、可動部材１０６に設けられた連結軸１０６ａと係合することによって、可動部材１０６とレンズ保持部材３とが連結されて光軸方向（Ｘ方向）に一体的に移動する。振動子１００と摩擦部材１０３との相対移動によって、可動部材１０６とレンズ保持部材３とを光軸方向に移動することができ、すなわちレンズ２を光軸方向に移動することができる。これら振動波モータ１０、レンズ２、レンズ保持部材３、ガイドバー４によって本発明のレンズ駆動装置１が構成される。

次に、本発明の振動波モータ１０をレンズ駆動装置１に用いた際の効果を説明する。本発明の振動波モータ１０においては、図５（Ｂ）を参照すると、屈曲部１０８ａ及び当接領域１１０ｂは、直交方向（Ｙ方向）において第１の固定部１０７ａと重複する位置に設けられている。更に、加圧方向においてフレキシブル基板位置決め部１１０ｃは、第１の固定部１０７ａよりも摩擦部材１０３に近い位置に設けられている。また、加圧方向においてフレキシブル基板位置決め部１１０ｃは、第１の固定部１０７ａよりもレンズ２に近い位置に設けられている。すなわち、加圧方向において、レンズ２に対してフレキシブル基板位置決め部１１０ｃよりも離れた位置に設けられる第１の固定部１０７ａが、直交方向（Ｙ方向）においてレンズ２に対してフレキシブル基板位置決め部１１０ｃよりも近い位置に設けられている。以上のような構成を取ることにより、フレキシブル基板１０８の振動子１００の固定部から可動部材１０６の固定部までの距離Ｌ３は、従来のモータユニットと比較して小さくすることができる。このため、振動波モータ１０をレンズ駆動装置１に用いた際のレンズ２の中心Ｏからの最外径寸法Ｄ１を小さくすることができる。すなわち、本発明の構成を取ることによってレンズ駆動装置１を小型化することができる。

以上説明したとおり、本発明では、振動波モータ１０の特性が低下しないように固定部を２箇所に設けながらも、相対移動の方向においてベース部材１１０の当接領域１１０ｂに隣接させて並べた切り欠き部１１０ａを設けている。この結果、フレキシブル基板１０８の屈曲部１０８ａ及びベース部材１１０の当接領域１１０ｂを振動子１００に近い位置に設けることで直交方向（Ｙ方向）に小型化でき、振動波モータ１０の特性を低下させることなく小型化を達成することができる。

また、本発明の振動波モータ１０における２つの可動部材位置決め穴１０７ｃは、第１の固定部１０７ａ、第２の固定部１０７ｂのうちの第２の固定部１０７ｂのみに設けられている。可動部材位置決め穴１０７ｃを第２の固定部１０７ｂのみに設けることにより第１の固定部１０７ａを小さくすることができ、これによりベース部材１１０に設ける切り欠き部１１０ａを小さくすることができる。このため、切り欠き部１１０ａを設けることによるベース部材１１０の剛性低下を抑えることができる。

更に、本発明の振動波モータ１０においてフレキシブル基板位置決め部１１０ｃが当接領域１１０ｂに対して直交方向（Ｙ方向）にずれた位置に設けられている。フレキシブル基板位置決め部１１０ｃを当接領域１１０ｂと隣接して相対移動の方向にずれた位置に設けた場合には、屈曲部１０８ａが移動する範囲を確保するために全体が相対移動の方向に大型化してしまう。これに対してフレキシブル基板位置決め部１１０ｃが当接領域１１０ｂに対して直交方向（Ｙ方向）にずれた位置に設けることにより相対移動の方向に大型化しないように構成されている。

フレキシブル基板１０８は、圧電素子１０２に固定された箇所から直交方向（Ｙ方向）に引き出された後、相対移動の方向に引き出される。そして、振動子１００と摩擦部材１０３が相対移動する際に、フレキシブル基板１０８を通じて負荷が振動子１００に伝達されないように、フレキシブル基板１０８は可動部材１０６に対して固定されている。振動子１００には高周波振動が励振されているため、フレキシブル基板１０８にも振動子１００の固定部から可動部材１０６の固定部までの距離が長いと不要振動が生じることがある。しかしながら、本発明の振動波モータ１０では、フレキシブル基板１０８の振動子１００の固定部から可動部材１０６の固定部までの距離Ｌ３を従来と比較して短くすることができる。そのため、振動子１００の高周波振動によるフレキシブル基板１０８の不要振動の発生を抑えることができる。なお、上記の実施形態では、本発明の振動波モータ１０を駆動装置であるレンズ駆動装置１に用いた例を説明したが、振動波モータ１０により駆動される被駆動部材はレンズ保持枠に限定されない。例えば撮像素子やステージなどを振動波モータ１０により駆動される被駆動体とする駆動装置であってもよい。

１ レンズ駆動装置
２ レンズ
１０ 振動波モータ
１００ 振動子
１０３ 摩擦部材
１０４ 加圧部材（加圧手段）
１０６ 可動部材（第１の可動部材）
１０７ 可動板金（第２の可動部材）
１０７ａ 第１の固定部
１０７ｂ 第２の固定部
１０７ｃ 可動部材位置決め穴（第２の位置決め部）
１０８ フレキシブル基板
１０８ａ 屈曲部
１１０ ベース部材
１１０ａ 切り欠き部
１１０ｂ 当接領域
１１０ｃ フレキシブル基板位置決め部（第１の位置決め部）

Claims (8)

1. 高周波振動する振動子と、
   前記振動子と加圧接触して相対移動する摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に加圧するための加圧手段と、
   前記摩擦部材が固定されるベース部材と、
   前記振動子に給電するためのフレキシブル基板と、
   を備え、
   前記フレキシブル基板は屈曲部を有し、
   前記屈曲部は前記相対移動に伴って移動し、
   前記ベース部材は、前記屈曲部が当接する当接領域と、該当接領域に隣接し前記相対移動の方向にずれた位置に設けられた切り欠き部と、該切り欠き部に対して前記相対移動の方向と直交する方向にずれた位置に前記フレキシブル基板を位置決めするための第１の位置決め部と、を備えることを特徴とする、振動波モータ。
2. 前記振動子と一体的に移動する第１の可動部材と、
   前記第１の可動部材が固定される第２の可動部材と、
   を更に備え、
   前記第２の可動部材は、前記第１の可動部材を固定するための固定部を少なくとも２つ備え、前記第１の可動部材を前記第２の可動部材に位置決めするための第２の位置決め部が前記固定部のうちの１つのみに設けられることを特徴とする、請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記加圧手段による加圧方向において、前記第１の位置決め部が前記固定部よりも前記摩擦部材に近い位置に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の振動波モータ。
4. 前記相対移動の方向において、前記切り欠き部と前記固定部とが重複することを特徴とする、請求項２又は３に記載の振動波モータ。
5. 前記高周波振動は、超音波領域の周波数の振動であり、前記振動波モータは超音波モータであ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。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動波モータと、
   前記振動波モータにより駆動される被駆動部材と、を備えることを特徴とする、駆動装置。
7. 前記被駆動部材は、レンズであって、
   前記振動波モータによって、前記レンズが光軸方向に駆動されることを特徴とする、請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記加圧手段による加圧方向において、前記第１の位置決め部が前記振動子と一体的に移動する第１の可動部材を固定するための固定部よりも前記レンズに近い位置に設けられることを特徴とする、請求項７に記載の駆動装置。

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