JP7112250B2 - 振動波モータ及び駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動波モータ及び駆動装置に関する。

直動型の振動波モータは駆動効率が高く、高出力を維持したまま小型化するための様々な工夫が考えられている。例えば、特許文献１の直動型の超音波モータは、振動子と、摩擦部材と、振動子を保持し移動する振動子保持部材と、振動子保持部材の移動を案内する転動ボールと、振動子を摩擦部材に押圧させる押圧手段とによって構成されている。

特開２０１５－２２０９１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された直動型の超音波モータでは、振動子を押圧する加圧方向に各個別部品が積層されて配置されている。そのため、薄型化の実現には、各個別部品を薄型化することが考えられるが、各個別部品の薄型化により各個別部品の剛性が低くなると、振動子の振動に励振されて鳴きや騒音が発生してしまうため、加圧方向の厚さの低減には限界があった。

本発明の目的は、薄型でコンパクトな振動波モータを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の振動波モータは、圧電素子と振動板とからなる振動子と、該振動子と接触する摩擦接触面を有する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に押圧する加圧手段と、前記振動子と前記摩擦部材との相対移動を案内する転動部材を有する案内機構と、を備え、前記振動子が発生する振動により前記振動子と前記摩擦部材とは相対移動し、前記案内機構は、前記相対移動の方向に連続して設けられた溝部を備え、該溝部は、前記相対移動の方向において前記転動部材が転動する転動範囲より外方まで連続して設けられることを特徴とする。

本発明によれば、薄型でコンパクトな振動波モータを提供することができる。

本発明による振動波モータ１００の平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）本発明による振動波モータ１００の断面図である。 本発明による振動波モータ１００の可動部の断面図である。 （Ａ）本発明による振動波モータ１００の断面図である。（Ｂ）第１の案内部材１１１の底面図である。（Ｃ）同側面図である。 本発明による第１の案内部材１１１の共振を示す斜視図である。 本発明による案内機構１１０の組み付け方法を示す分解斜視図である。 本発明による振動波モータ１００を搭載したレンズ鏡筒２０とカメラ本体１０の断面図である。

（実施例）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図面において、同一符号は同一部材を示している。本明細書中において、後述する振動子１０１と後述する摩擦部材１０４が相対移動する方向をＸ軸方向、振動子１０１を摩擦部材１０４に対して押圧する加圧方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向において、振動子１０１から摩擦部材１０４への向きを－Ｚ軸方向、摩擦部材１０４から振動子１０１への向きを＋Ｚ軸方向と定義する。また、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。なお、以下の説明では、後述のデジタルカメラのレンズ鏡筒２０等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（超音波モータ）を例に説明する。しかしながら、本発明の使用用途はこれに限られたものではない。

図１は、本発明の実施例である直動型振動波モータ（以下、「振動波モータ１００」とする。）の平面図である。図２（Ａ）は、図１の断面線ＩＩＡ－ＩＩＡにおける振動波モータ１００の断面図、図２（Ｂ）は、図１の断面線ＩＩＢ－ＩＩＢにおける振動波モータ１００の断面図、図３は、図１の断面線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける振動波モータ１００の可動部の断面図である。本実施例における振動波モータ１００はＸ軸方向に長軸を有し、以下に説明する各部材により構成されている。

図１から図６を参照して、本実施例における振動波モータ１００の構成を説明する。振動子１０１は、圧電素子１０２と振動板１０３により構成されている。圧電素子１０２は、振動板１０３に公知の接着剤等により固定されているが、圧電素子１０２と振動板１０３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１０３は、圧電素子１０２が固定された面の反対側の面に摩擦接触部１０３ａを備え、摩擦接触部１０３ａは摩擦部材１０４の摩擦接触面１０４ａに押圧を伴う加圧接触状態で接触している。圧電素子１０２に高周波電圧を印加す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）が励振される。

圧電素子１０２に超音波振動が発生することで、圧電素子１０２と振動板１０３により構成された振動子１０１に共振現象が起こり、振動板１０３の摩擦接触部１０３ａに楕円運動が発生する。圧電素子１０２に印加される高周波電圧の周波数や位相を変えることで、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１０５は、振動子１０１を上記の共振現象を阻害しないように公知の方法で保持する。そして、相対駆動部材１０６は、振動子支持部材１０５を公知の方法により振動子１０１の加圧方向であるＺ軸方向に負荷なく揺動可能に保持し、Ｘ軸方向とＹ軸方向に対してはガタなく保持している。

加圧手段は、４つの引張コイルバネ１０７と押圧力伝達部材１０８と振動子押圧部材１０９により構成される。４つの引張コイルバネ１０７は、押圧力伝達部材１０８と後述の第２の案内部材１１２に掛止され、押圧力伝達部材１０８に－Ｚ軸方向の押圧力を付与する。振動子押圧部材１０９は、押圧力伝達部材１０８と振動子１０１に挟持され、押圧力伝達部材１０８からの押圧力を振動子１０１に伝達している。

案内機構１１０は、第１の案内部材１１１と第２の案内部材１１２と複数の転動部材１１３で構成され、振動子１０１と摩擦部材１０４とのＸ軸方向の相対移動を案内する。そして、複数の転動部材１１３は、第１の案内部材１１１と第２の案内部材１１２に挟持されている。第１の案内部材１１１は、図６に示すように抑え部材１１４及びネジ１１５により、第１の案内部材１１１のＸ軸方向の両方の端部１１１ｅが保持部材１１６に固定されている。さらに保持部材１１６は、摩擦部材１０４のＸ軸方向の両端部をネジ１１７により固定し、保持している。第２の案内部材１１２は、図３に示すようにネジ１１８により相対駆動部材１０６に固定され、振動子１０１の駆動力を受けてＸ軸方向に相対移動する。なお、本実施例では第１の案内部材１１１、第２の案内部材１１２、摩擦部材１０４はネジにより固定されているが、固定されればその方法は限定されない。

図３を参照すると、第１の案内部材１１１は、相対移動の方向であるＸ軸方向に連続した、Ｖ曲げ構造による断面がＶ字型の溝部１１１ｃを備えており、図４（Ｂ）及び図６には、溝部１１１ｃを形成する一方の面１１１ａが網掛けで示されている。そして、第２の案内部材１１２は、溝部１１２ａ、１１２ｂを備え、溝部１１２ａは第１の案内部材１１１の溝部１１１ｃと対向しており、溝部１１１ｃと溝部１１２ａとの間には、２つの転動部材１１３が狭持されている。また、溝部１１２ｂは、第１の案内部材１１１の平面部１１１ｄと対向し、溝部１１２ｂと平面部１１１ｄとの間には、１つの転動部材１１３が狭持されている。これらの転動部材１１３が転動することで、振動子１０１と摩擦部材１０４の相対移動がＸ軸方向に直進案内される。

次に、第２の案内部材１１２が有するストッパー機能について述べる。第２の案内部材１１２には、ストッパー機能としてのストッパー１１２ｃ、１１２ｄが備えられている。もし、振動波モータ１００に外部から振動や衝撃が加わって、第１の案内部材１１１及び第２の案内部材１１２がＺ軸方向へ互いに離れた際に、ストッパー１１２ｃ、１１２ｄが第１の案内部材１１１に当接する。そして、第１の案内部材１１１と第２の案内部材１１２とのＺ軸方向の距離を規制することができる。この構成により第１の案内部材１１１及び第２の案内部材１１２に狭持されている転動部材１１３が溝部１１２ａ、１１２ｂから脱落するのを防止することができる。

上記の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。なお、振動子１０１、振動子支持部材１０５、相対駆動部材１０６、加圧手段及び第２の案内部材１１２は、一体化して可動であるので本発明の振動波モータ１００における可動部を構成する。

次に、本発明の振動波モータ１００における可動部と溝部１１１ｃのＸ軸方向の位置について述べる。図４（Ａ）は、図１の断面線ＩＶＡ－ＩＶＡにおける振動波モータ１００の断面図であり、図２（Ｂ）の断面図とは反対方向から見た図ある。図４（Ａ）では、図２（Ｂ）の状態と異なり、可動部が＋Ｘ軸方向に移動し、相対駆動部材１０６と保持部材１１６が接触した状態、すなわち可動範囲の限界である＋Ｘ軸方向の可動端に位置する状態を示している。このとき２つの転動部材１１３は、＋Ｘ軸方向へ所定の位置まで溝部１１１ｃと溝部１１２ａの間を転動する。同様に可動部が－Ｘ軸方向に移動し、－Ｘ軸方向の可動端に位置しているとき、２つの転動部材１１３は、－Ｘ軸方向へ所定の位置（図面の破線の位置）まで溝部１１１ｃと溝部１１２ａの間を転動する。この２つの転動部材１１３の両可動端の間の転動範囲１１９が矢印で示されている。

図４（Ｂ）は、第１の案内部材１１１の底面図であり、図４（Ｃ）は、第１の案内部材１１１の側面図である。連続したＶ曲げ構造による溝部１１１ｃは、一方の面１１１ａと他方の面１１１ｂの２つの面により構成されている。そして、溝部１１１ｃは、Ｘ軸方向において転動部材１１３の転動範囲１１９より外方まで連続して設けられており、図４（Ｂ）には溝部１１１ｃの設置範囲１２０が示されている。さらに、溝部１１１ｃの一方の面１１１ａは、第１の案内部材１１１のＸ軸方向の端部１１１ｅまで連続して設けられている。また、第１の案内部材１１１は、取り付け面１１１ｆを有し、溝部１１１ｃの一方の面１１１ａは、取り付け面１１１ｆまで延在している。このように溝部１１１ｃの一方の面１１１ａを延在させることにより、第１の案内部材１１１の剛性を高める効果がある。

次に、図５を参照して、第１の案内部材１１１の共振について述べる。図５は第１の案内部材１１１の屈曲振動Ｍ１を示す斜視図である。摩擦部材１０４と第１の案内部材１１１は、保持部材１１６を介してそれぞれの両端部の近傍で隣接している。このため、振動子１０１の超音波振動が摩擦部材１０４を介して保持部材１１６及び第１の案内部材１１１まで伝達し、第１の案内部材１１１に共振が誘発される懸念がある。第１の案内部材１１１のような板状の部材で最も発生しやすい振動としては、第１の案内部材１１１のＸ軸方向の端部１１１ｅが特に大きく振動する屈曲振動Ｍ１がある。

図６に示すように、溝部１１１ｃの一方の面１１１ａの近傍に位置する取り付け面１１１ｆをネジ１１５により保持部材１１６に固定できるため、第１の案内部材１１１のＸ軸方向の両方の端部１１１ｅの大きな振動を抑えることができる。この構成によって、励振による騒音や鳴きがより発生しにくくなる。

また、第１の案内部材１１１の剛性が低いと励振による騒音や鳴きが発生する。剛性を高めるには、第１の案内部材１１１のＺ軸方向の厚さを厚くすることが考えられるが、その場合、振動波モータ１００のユニット全体も厚くなってしまう。一方、本発明の第１の案内部材１１１は、溝部１１１ｃのＶ曲げ構造を有し、さらに溝部１１１ｃの一方の面１１１ａがＸ軸方向の両方の端部１１１ｅまで延在しているため、より高い屈曲剛性が得られる。このため励振による騒音や鳴きが発生しにくい。すなわち、第１の案内部材１１１の厚さを厚くすることなく、薄型のまま剛性を高めることができる。

次に、第１の案内部材１１１の組み付け方法について述べる。図６は、第１の案内部材１１１及び第２の案内部材１１２を保持部材１１６に組み付ける方法を示した分解斜視図である。第２の案内部材１１２には、ストッパー１１２ｃ、１１２ｄが備えられているため第２の案内部材１１２をＺ軸方向から第１の案内部材１１１に組み付けることは困難である。そのため、第２の案内部材１１２を組み付けるには、まずＸ軸方向から第２の案内部材１１２を第１の案内部材１１１に差し込み、第１の案内部材１１１を保持部材１１６に固定する必要がある。ここで第１の案内部材１１１の溝部１１１ｃがＸ軸方向に連続した溝であるため、転動部材１１３をＸ軸方向に摺動させながら第２の案内部材１１２を横から差し込むことが可能である。また、第１の案内部材１１１は、第２の案内部材１１２が差し込まれる側に保持部材１１６への固定部（取り付け面１１１ｆ）を有していないため、抑え部材１１４を介してネジ１１５にて保持部材１１６に固定する。上記のような構成により、ストッパー１１２ｃ、１１２ｄを設けた状態での第２の案内部材１１２の組み付けが容易に可能となる。

（適用例）
図７は、本発明の振動波モータ１００が組み込まれている駆動装置の適用例としてのレンズ鏡筒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の保持部材１１６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。連結部材２７は、公知の方法によりフォーカスレンズ保持枠２５と相対駆動部材１０６とをガタなく連結している。

上記のような構成で、振動波モータ１００の相対駆動部材１０６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、相対駆動部材１０６と連結部材２７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、薄型で剛性が高い案内機構１１０を有する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及び適用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。例えば、振動波モータ１００を備えた駆動装置は、振動波モータ１００の被駆動部をフォーカスレンズ保持枠２５としたレンズ鏡筒２０に限定されず、撮像装置の撮像素子１ａやステージ装置のステージ等を被駆動部としてもよい。

１００ 振動波モータ
１０１ 振動子
１０２ 圧電素子
１０３ 振動板
１０４ 摩擦部材
１０４ａ 摩擦接触面
１０７ コイルバネ（加圧手段）
１０８ 押圧力伝達部材（加圧手段）
１０９ 振動子押圧部材（加圧手段）
１１１ 第１の案内部材（案内機構）
１１１ａ 一方の面
１１１ｂ 他方の面
１１１ｃ 溝部
１１１ｅ 端部
１１１ｆ 取り付け面
１１２ 第２の案内部材（案内機構）
１１３ 転動部材（案内機構）
１１４ 抑え部材
１１６ 保持部材
１１９ 転動範囲
１２０ 設置範囲
Ｇ２ フォーカスレンズ（レンズ）

Claims (13)

1. 圧電素子と振動板とからなる振動子と、
   該振動子と接触する摩擦接触面を有し、前記振動子が発生する振動により前記振動子と相対移動する摩擦部材と、
   第１の案内部材と、第２の案内部材と、前記第１の案内部材と前記第２の案内部材との間に配置された転動部材とを含み、前記相対移動を案内する案内機構と、を備え、
   前記第１の案内部材は、前記転動部材と接触する第１の面及び第２の面が設けられた溝部を備え、
   前記相対移動の方向において、前記第１の面は前記第２の面よりも長いことを特徴とする、振動波モータ。
2. 前記第１の面は、前記相対移動の方向において前記第１の案内部材の端部まで連続して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. 前記第１の案内部材は、前記相対移動の方向において前記転動部材と接触する位置から離れた位置に取り付け面を有し、前記第１の面が前記相対移動の方向において前記取り付け面まで延在し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. 前記相対移動の方向において、前記取り付け面は、前記第２の面と並ぶ位置に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の振動波モータ。
5. 前記溝部は、断面がＶ字型であるＶ曲げ構造をしており、前記相対移動の直進案内を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。
6. 前記第１の案内部材を固定する保持部材を備え、
   前記第１の案内部材は、前記保持部材に対して前記相対移動の方向における一方の端部が抑え部材を介して前記保持部材に固定されてい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. 前記振動は、超音波領域の周波数の高周波振動であり、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６のいずれか１項に記載の振動波モータ。
8. 前記振動子と前記摩擦部材とを加圧接触させる力を付与する加圧手段をさらに備え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. 前記相対移動の方向及び前記加圧手段が付与する力の方向と直交する方向において、前記第１の面は前記第２の面よりも前記振動子に近いことを特徴とする請求項８に記載の振動波モータ。
10. 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、
    該振動波モータの駆動力が伝達される被駆動部とを有する駆動装置。
11. 前記被駆動部は、レンズ保持枠であることを特徴とする、請求項１０に記載の駆動装置。
12. 前記被駆動部は、撮像素子であることを特徴とする、請求項１０に記載の駆動装置。
13. 前記被駆動部は、ステージであることを特徴とする、請求項１０に記載の駆動装置。

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