JP2017195712A - 振動波モータ及び振動波モータが搭載された光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ユニット全体を小型化した振動波モータを提供する。
【解決手段】印加される高周波電圧により振動する振動子１００と、振動子１００が固定される振動子基台１０２と、該振動子基台１０２を保持する枠部材１０５と、振動子基台１０２と枠部材１０５とを連結するための連結手段１２１とを有し、振動により振動子１００と振動子１００と摩擦接触する摺動部材１１５とが相対移動する振動波モータ３であって、連結手段１２１は、１つの転動部材１０６と磁力部材１０７とにより構成され、振動子基台１０２と枠部材１０５とは、転動部材１０６を介して磁力部材１０７が発生する磁力により付勢されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、振動波モータに関する。

従来、超音波モータでは、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動子を摺動部材に加圧し接触させることで摺動部材を駆動していた。特許文献１において、振動子は保持される枠部材に対して、加圧される方向には自由に相対的に可動であり、摺動部材と隙間なく接触され、相対移動方向には付勢されると共にガタなく連結される構成となっている。

特開２０１５−１２６６９２号公報

しかしながら、特許文献１においては、上記連結の手段を構成する付勢部材に金属板バネが用いられているため、ユニットの小型化に伴い金属板バネも同時に小型化されると、付勢部材が所望の付勢力を発生するための弾性変位領域を確保することが困難となる。そのため付勢力が不足する、もしくは付勢部材が少ない変位量で塑性変形するのでガタの吸収領域がきわめて少なくなる。このため、従来の金属板バネを用いた付勢手段では、連結手段をさらに小型化することが困難であった。

本発明の目的は、ユニット全体を小型化した振動波モータを提供することである。

上記の目的を達成するために本発明における振動波モータは、印加される高周波電圧により振動する振動子と、前記振動子が固定される振動子基台と、該振動子基台を保持する枠部材と、前記振動子基台と前記枠部材とを前記連結するための連結手段とを有し、前記振動により前記振動子と前記振動子と摩擦接触する摺動部材とが相対移動する振動波モータであって、前記連結手段は、１つの転動部材と磁力部材とにより構成され、前記振動子基台と前記枠部材とは、前記転動部材を介して前記磁力部材が発生する磁力により付勢されることを特徴とする。

本発明によれば、ユニット全体を小型化した振動波モータを提供することができる。

本発明の振動波モータ３のＹ軸方向の断面図である。 （Ａ）本発明の振動波モータ３のＸ軸方向の断面図である。（Ｂ）拡大図である。 （Ａ）従来の構成の連結手段を示す分解斜視図である。（Ｂ）本発明の連結手段１２１を示す分解斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本発明の振動子１００と振動子基台１０２との相対的動作を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）本発明の振動波モータ３の実施例１及び実施例２を示す図である。 本発明の振動波モータ３を光学機器のレンズ鏡筒２に適用した適用例を示す断面図である。

以下、図１から図４を参照して、本発明の実施形態の振動波モータ３（超音波モータ）について説明する。まず初めに本発明の概要を説明する。本発明においては、省スペース化により一方向の長さが確保できないような場合でも、連結手段１２１の構成に磁力を用いることにより、幅と厚さの積である体積空間（スペース）が確保されれば付勢力を得ることができる。また、磁力を発生する部材と磁性部材との距離を一定に保つことにより安定した付勢力が得られ、弾性変形の心配もない。

以下に、本発明の実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図面において同一部分は同一符号で示されている。また、振動波モータ３の振動子１００の移動方向をＸ軸方向、振動子１００が加圧される加圧方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向共に直交する方向をＹ軸方向と定義する。図１は、本発明の実施形態を示す振動波モータ３の要部断面図（移動方向に対して直角方向における断面図）であり、図２（Ａ）は、本発明の実施形態を表す振動波モータ３の移動方向における要部断面図である。図２（Ｂ）は、後述の連結手段１２１を構成する部分の拡大図である。また、本実施形態は直動型（リニア型）の振動波モータ３を例に説明するが、該振動波モータ３は、回転型やその他のタイプへの応用も可能である。

振動波モータ３は、振動板１０１を備えている。振動板１０１は振動子１００を保持する振動子基台１０２に対して接着などにより固定される。この振動子基台１０２は枠形状に構成されると共に、振動板１０１の厚さよりも厚い樹脂又は金属で構成される。

また、振動板１０１には圧電素子１０３が接着剤などにより固着されている。圧電素子１０３は高周波電圧が印加されると、振動板１０１が長手方向と短手方向のそれぞれの方向で共振を起こすように設定されている。なお、振動板１０１と圧電素子１０３とで振動子１００を構成する。振動子１００は高周波電圧が印加されることで超音波領域の周波数の振動を起こすように構成されている。

その結果、図２（Ａ）に示すように、振動板１０１に形成された圧接部１０１ａの先端が楕円運動を起こす。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動きを発生させることができる。これにより相手部品である摺動部材としてのスライダ１１５と摩擦接触することにより相対的に移動させる駆動力を発生させ、振動子１００を矢印Ｘに示す相対移動方向（図１において紙面垂直方向、図２（Ａ）において左右方向）に駆動することが可能となる。なお、この相対移動方向は後述する振動波モータ３が組み込まれる鏡筒においては、光軸ＯＬ方向に相当する。スライダ１１５は、後述するユニット支持部材１１７に締結手段（ネジ）によって固定されている。なお、本実施形態では振動子１００が移動してスライダ１１５が移動しない構成であるが、振動子１００が移動せずスライダ１１５が移動する構成でもよい。また、スライダ１１５を振動波モータ３の構成要件に含まず、振動波モータ３以外の部材の一部を摺動部材として用いてもよい。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、枠部材１０５は、振動子１００が固定された振動子基台１０２と連結手段１２１によって連結される。図２（Ａ）において転動部材である円筒形のローラ１０６は、振動板１０１の圧接部１０１ａの位置より外側である場所の片側１か所に設けられている。すなわち、振動子１００の移動方向の１か所にローラ１０６が設けられている。

図２（Ｂ）における破線の円で囲われた図は、連結手段１２１の拡大断面図である。枠部材１０５には下方に延設された延設部１０５ａが形成され、振動子基台１０２の連結部１０２ｂと延設部１０５ａとの間に磁力部材１０７を構成する磁石１０７ａと磁性部材である２つの磁性板金１０７ｂ１、１０７ｂ２及びローラ１０６が組み込まれる。所定の磁力を有する磁石１０７ａは、一方である右側の磁性板金１０７ｂ１と共に振動子基台１０２の連結部１０２ｂに固定される。そして、他方である左側の磁性板金１０７ｂ２は枠部材１０５の延設部１０５ａに固定される。この時、磁石１０７ａと左側の磁性板金１０７ｂ２との間に発生する磁力により、振動子基台１０２と枠部材１０５とは、ローラ１０６を挟持して図２（Ａ）の左右方向に連結され、加圧方向Ｚには移動自在である。このように、ローラ１０６及び磁力部材１０７により、本発明の連結手段１２１が構成される。

このときの磁力は、後述する振動子１００の加圧方向Ｚに対して直交する方向（相対移動方向と等しい方向）に印加される。以上のように構成することで、相対移動方向にはガタの発生が無く、加圧方向Ｚ（図２（Ａ）において上下方向）には、ローラ１０６の作用により摺動抵抗が殆ど発生しない連結手段１２１を実現することができる。この時、磁石１０７ａの付勢力は、枠部材１０５及び後述する被駆動部（図６におけるフォーカスレンズ保持枠１５及びフォーカスレンズＧ２）の作動開始時及び停止時に発生する加減速による慣性力よりも大きくなるように設定される。この設定により振動子基台１０２及び振動子１００と枠部材１０５とは、駆動時の慣性力による移動方向の相対変位が発生せず安定した駆動制御を実現することができる。

加圧板１０８は、後述の可撓性を有する弾性部材１０９を挟んで、圧電素子１０３を押圧保持するように構成されている。加圧バネ１１０は、バネ保持部材１１１及びバネ地板１１２との間に組み込まれ、加圧バネユニットとして構成される。この時、バネ保持部材１１１の先端に設けられた大径部１１１ａは、バネ地板１１２の嵌合部１１２ａに遊嵌の状態で組み込まれるので、組み込み後は加圧バネ１１０のバネ力に抗してユニット状態を維持できる。

バネ地板１１２の外径部には、円周方向の数か所にバヨネット突部１１２ｂが形成されている。このバヨネット突部１１２ｂは組み込み状態において、枠部材１０５に形成されたバヨネット係合部１０５ｃにより加圧方向Ｚの位置が規定される。この時、バネ保持部材１１１の先端に設けられた押圧部１１１ｂは、加圧バネ１１０の付勢力により加圧板１０８及び弾性部材１０９を介して振動子１００をスライダ１１５に押圧する。よって、振動子１００とスライダ１１５とが摩擦接触することが可能となる。なお、加圧バネ１１０、バネ保持部材１１１、バネ地板１１２により加圧手段１２０が構成される。

ガイド部の一部を構成する移動板１１３は、枠部材１０５の当接部１０５ｂに接着やネジ止めで固定されている。移動板１１３には、枠部材１０５を光軸方向にガイドする複数のＶ字型の断面を有する溝部１１３ａが形成されており、この溝部１１３ａにボール１１４が配置されている。カバープレート１１６は、ユニット支持部材１１７にネジにより固定される。

カバープレート１１６も前述のガイド部の一部を構成しており、カバープレート１１６には移動板１１３の溝部１１３ａに対向する位置にＶ字型の断面を有する溝部１１６ａが設けられており、溝部１１３ａと溝部１１６ａとによってボール１１４が挟持される。このような構成によって、枠部材１０５を移動方向（図１において紙面垂直方向、図２（Ａ）において左右方向）に沿って進退可能に支持することを可能としている。以上の構成により本発明の実施形態の直動型の振動波モータ３が完成する。

図３（Ａ）は、従来技術における振動子２００の連結手段の構成を示す分解斜視図であり、図３（Ｂ）は、本発明の振動子１００の連結手段１２１の構成を示す分解斜視図である。従来技術の構成の場合、振動子基台２０２を枠部材２０５へ相対移動方向に付勢するために板バネ２０７が用いられ、２つのローラ２０６ａ、２０６ｂが必要とされる。板バネ２０７は、振動子基台２０２へ不図示の接着手段などにより固定され、連結部２０２ａを端として、ローラ２０６ａを介して枠部材２０５を図３（Ａ）のＸ軸マイナス方向へ付勢する。そして、枠部材２０５は、図３（Ａ）の紙面右側においてローラ２０６ｂを介して、振動子基台２０２の連結部２０２ｂへ付勢される。この時、付勢による振動子基台２０２の可動規制は、本発明の構成と同様のものである。

ここで、振動波モータ３は、後述する光学機器の鏡筒部等に組み込まれる都合上、図３（Ａ）におけるＹ軸方向にはスペースの制限がある。従来技術の構成において、Ｙ軸方向の寸法を短くすると、板バネ２０７の梁の長さＬが短くなるため、付勢力を得る弾性変位領域を確保することが困難となる。つまり、従来技術の構成ではＹ軸方向の寸法を短くすることは非常に困難である。

一方、図３（Ｂ）に示す本発明の連結手段１２１の構成において、磁石１０７ａが発生する磁力は、厚さとなるＸ軸方向の寸法と幅となるＺ軸方向の寸法とＹの軸方向の寸法との積である体積により決定される。すなわち、図３（Ａ）におけるＹ軸方向の寸法が短い場合においても、上記体積を得ることができれば、本発明の要件を満たす付勢力を得ることが可能である。また、図３（Ｂ）において、磁石１０７ａとローラ１０６とは常に接する構成となっており、その距離が一定であるため安定した付勢力を得ることができる。このような構成から、振動子１００を枠部材１０５に対して加圧方向Ｚに相対的に可動かつ相対移動方向にガタがなく連結するための連結手段１２１を小型化することが実現でき、ユニット全体を小型化した振動波モータ３を提供することができる。

次に図４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、本発明の連結手段１２１で実現される、振動子１００を含む振動子基台１０２と枠部材１０５との相対的動作について説明する。各図における破線の円で囲われた図は、連結手段１２１の拡大断面図を示す。図４（Ａ）は、ローラ１０６がローラ１０６の左端の接触点１０６ａで枠部材１０５側の磁性板金１０７ｂ２と接し、同様に右端の接触点１０６ｂで磁石１０７ａのＺ軸方向のほぼ中央部と接している状態を示している。そして、Ｘ軸方向と平行な破線で示された基準線３００上に振動板１０１の二つの圧接部１０１ａが位置する、いわゆる通常状態における振動子基台１０２と枠部材１０５との位置関係が示されている。

図４（Ｂ）は、振動子基台１０２が枠部材１０５に対して相対的にＺ軸方向の下方向に下がった状態を示している。すなわち、通常状態よりも下がった状態つまり、振動板１０１の二つの圧接部１０１ａが基準線３００よりも下がっている。この時、ローラ１０６は時計回りに回転し、振動子基台１０２及び枠部材１０５との左右の接触点１０６ａ、１０６ｂは、ローラ１０６の円周上をそれぞれ逆方向に移り変わる。このようにして、紙面左右方向にガタがない状態を保ちながら摺動抵抗の少ない上下方向の相対的動作が可能になっている。また、振動板１０１と振動子基台１０２とが、枠部材１０５に対して相対的に上がる動作においても、ローラ１０６が逆回転することで、同様の動作が可能である。

図４（Ｃ）は、振動子基台１０２が枠部材１０５に対して相対的に時計回りに回動した状態を示している。この時、ローラ１０６は回転せず、振動子基台１０２側との接触点１０６ｂがＺ軸方向の下方向へと移り変わる。このようにして、紙面左右方向にガタがない状態を保ちながら摺動抵抗の少ない回動方向の相対的動作が可能になっている。また、振動子基台１０２が枠部材１０５に対して相対的に反時計に回る動作においても、接触点が逆方向である上方向へと移り変わることで同様の動作が可能である。

なお、振動子１００の二つの圧接部１０１ａがスライダ１１５に接触する２つの接触点を結ぶ直線を軸に、振動子１００とそれに接続する振動子基台１０２が回動することをローリングと呼ぶ。このローリングを防止するために、相対移動方向に直行する方向に振動子基台１０２と枠部材１０５とが接触又は摺動する摺動ガイド（不図示）を設けてもよい。この摺動ガイドは、壁の形状をしており、振動子基台１０２と枠部材１０５との関係がずれないようにガイドする役割を有する。

以上説明したように、枠部材１０５と振動子１００が固定された振動子基台１０２との連結をローラ１０６及び磁石１０７ａ、磁性板金１０７ｂ１、１０７ｂ２を介して行う構成とした。これにより相対移動方向にガタなく摺動抵抗の少ない連結手段１２１を狭いスペースに配置することが可能になっている。

（実施例１）
図５（Ａ）を用いて、本発明の実施例１について説明する。実施例１では、磁石１０７ａが極の中心３０１を有するように分極しており、磁性金属で形成されているローラ１０６は、磁力による付勢力と垂直な方向において、安定位置である磁石１０７ａの極の中心３０１に位置している。この安定位置を中心とする一定の近傍領域（安定領域）において、ローラ１０６は、紙面上下方向に大きな規制を受けることなく安定して自由に転動することができる。この時、前述の振動板１０１の楕円運動の加圧方向Ｚへの変位量は、この安定領域に対して十分に小さいため、磁力は転動抵抗にならない。

さらに磁力による付勢力がローラ１０６の中心を通るので、振動子基台１０２を回転させるようなモーメントは発生しにくい。すなわち、磁力による付勢力は、ローラ１０６を中立位置に定在させようとする力として働き、ローラ１０６を極の中心３０１に位置決めすることができる。そして、定在させようとする力は、枠部材１０５と振動子基台１０２との抜け止めの作用として機能する。また、磁力部材１０７による磁力線３０３は、磁石１０７ａの両脇を磁性板金１０７ｂ１、１０７ｂ２が挟むことにより閉磁路として形成される。よって、磁力部材１０７の外側への磁力の影響を抑えることができる。

（実施例２）
次に、図５（Ｂ）は、本発明の実施例２を示す。ローラ１０６は、付勢力と垂直な方向の前記以外のもう１つの安定位置である磁石１０７ａの極の中心３０２に位置している。この安定位置を中心とする一定の近傍領域（安定領域）において、ローラ１０６は、前述と同様に紙面上下に大きな規制をうけることなく安定して自由に転動することができる。このように、磁石１０７ａの分極状態に応じてローラ１０６の位置決めをすることがでる。また、実施例２においても同様に、磁石１０７ａは磁性板金１０７ｂ１、１０７ｂ２によって挟まれ閉磁路が形成されているため、磁力部材１０７の外側への磁力の影響を抑えることができる。

（適用例）
図６は、本発明の振動波モータ３を光学機器であるレンズ鏡筒２に搭載した場合の適用例における断面図を示す。本適用例では、レンズ鏡筒２がカメラ本体１に対して交換可能な交換レンズである場合として説明する。なお、レンズ鏡筒２はほぼ軸対称の形状であるため、レンズ鏡筒２の上側半分のみが示されている。また、図６では、レンズ鏡筒２がカメラ本体１に着脱可能な構成であるが、光学機器である撮像装置が振動波モータ３を内蔵した構成でもよい。

カメラ本体１には、レンズ鏡筒２が着脱自在に取り付けられ、カメラ本体１内には撮像素子１ａが設けられている。マウント１１は、フランジ部及びレンズ鏡筒２をカメラ本体１に取り付けるためのバヨネット部を有している。固定筒１２は、マウント１１のフランジ部と当接し、不図示のビスによってマウント１１を固定している。固定筒１２には、第１のレンズＧ１を保持する前鏡筒１３と第３のレンズＧ３を保持する後鏡筒１４とが固定されている。

フォーカスレンズＧ２は、フォーカスレンズ保持枠１５により保持されている。フォーカスレンズ保持枠１５は、振動波モータ３の出力部（不図示）に接続されると共に、前鏡筒１３と後鏡筒１４とに保持された公知のガイドバー１６によって直進移動可能となっている。振動波モータ３のユニット支持部材１１７には、フランジ部が形成されており（不図示）、後鏡筒１４にビスにて固定されている。

上記のような構成で、振動波モータ３の駆動部である振動子１００が駆動されると、振動波モータ３の駆動力は、駆動力伝達部１０４を介してフォーカスレンズ保持枠１５に伝達される。フォーカスレンズ保持枠１５は、振動子１００の駆動力によって、ガイドバー１６上を直線移動する。なお、振動波モータ３は、フォーカスレンズを移動するために用いられるだけではなく、ズームレンズや像振れ補正レンズを移動するために用いられてもよい。

以上、本発明の実施形態及び実施例に関わる振動波モータ３及びそれを組み込んだ光学機器に関してその適用例を詳述したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱することなく様々な形態をとることができる。

２ レンズ鏡筒（光学機器）
３ 振動波モータ
１００ 振動子
１０２ 振動子基台
１０５ 枠部材
１０６ ローラ（転動部材）
１０７ 磁力部材
１０７ａ 磁石
１０７ｂ１、１０７ｂ２ 磁性板金（磁性部材）
１１５ スライダ（摺動部材）
１２０ 加圧手段
１２１ 連結手段
３０３ 磁力線

Claims (11)

1. 印加される高周波電圧により振動する振動子と、
   前記振動子が固定される振動子基台と、
   該振動子基台を保持する枠部材と、
   前記振動子基台と前記枠部材とを連結するための連結手段とを有し、
   前記振動により前記振動子と前記振動子と摩擦接触する摺動部材とが相対移動する振動波モータであって、
   前記連結手段は、１つの転動部材と磁力部材とにより構成され、前記振動子基台と前記枠部材とは、前記転動部材を介して前記磁力部材が発生する磁力により付勢されることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記転動部材と前記磁力部材とは、前記相対移動の方向に沿って配置さ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. 前記磁力部材は、磁石と二つの磁性部材から構成され、一方の磁性部材が前記振動子基台に、他方の磁性部材が前記枠部材に備えられており、前記連結手段は、前記転動部材を前記磁石と前記一方の磁性部材とにより挟持し、前記振動子基台と前記枠部材とを連結す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. 前記転動部材は磁性金属であり、前記磁力部材は、その分極状態により前記転動部材を前記相対移動の方向と垂直な方向に位置決めすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動波モータ。
5. 前記振動子基台と前記枠部材との間には、摺動ガイドが設けられてい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. 前記転動部材には、前記磁力部材が発生する磁力の中立位置に定在しようとする力が生じ、前記力は前記振動子基台と前記枠部材との抜け止めの作用とな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. 前記転動部材は磁性金属であり、前記磁力部材が発生する磁力による付勢力を強め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. 前記磁力部材が発生する磁力線は、前記連結手段を構成する部材の間で閉じられてい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. 前記振動子を前記摺動部材に対して加圧する加圧手段をさらに有す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。
10. 前記振動波モータは、超音波領域の周波数の振動をする超音波モータであることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動波モータ。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の振動波モータが搭載された光学機器。

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