JP2017200355A - 振動波モータおよび振動波モータが搭載された電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動効率の向上と小型化の両立が可能な振動波モータを提供すること。
【解決手段】振動子と、振動子と接触する摺動部材に対して振動子を加圧するための加圧手段と、加圧手段による加圧力を振動子に伝達する伝達部材と、振動子を保持する第１の保持部材と、伝達部材を保持する第２の保持部材と、第１および第２の保持部材を連結する連結手段と、を有し、振動子に発生する振動により振動子と摺動部材が相対的に移動する振動波モータであって、連結手段は、第１および第２の保持部材を加圧手段の加圧方向へ相対移動させる転動部材と、振動子と摺動部材の相対移動方向と平行に第１および第２の保持部材を付勢する付勢部材を備え、付勢部材は、第２の保持部材に保持され、転動部材は、第１および第２の保持部材により挟持され、振動子と摺動部材の相対移動方向において振動子の中央側で前記第１の保持部材と当接する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動波モータに関する。

高トルク出力、高い位置決め精度、静粛性などの特徴を活かしてカメラやレンズの駆動源として広く利用されている振動波モータ（超音波モータ）は、駆動効率の向上と小型化の両立が求められている。特許文献１では、駆動効率を向上させるために、超音波振動子が固定される振動子保持部材と加圧機構保持部材との間を、加圧方向には移動自在であり、移動方向にはガタなく連結する連結手段を有する超音波モータが開示されている。

特開２０１５−１２６６９２号公報

しかしながら、特許文献１の超音波モータは、駆動効率を向上させることはできるが、連結手段を構成する転動部材と板バネによって平面視した際の外形サイズが肥大化し、小型化することが難しい。

このような課題に鑑みて、本発明は、駆動効率の向上と小型化の両立が可能な振動波モータ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、前記振動子と接触する摺動部材に対して前記振動子を加圧するための加圧手段と、前記加圧手段による加圧力を前記振動子に伝達する伝達部材と、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記伝達部材を保持する第２の保持部材と、前記第１および第２の保持部材を連結する連結手段と、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摺動部材が相対的に移動する振動波モータであって、前記連結手段は、前記第１および第２の保持部材を前記加圧手段の加圧方向へ相対移動させる転動部材と、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向と平行に前記第１および第２の保持部材を付勢する付勢部材を備え、前記付勢部材は、前記第２の保持部材に保持され、前記転動部材は、前記第１および第２の保持部材により挟持され、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向において前記振動子の中央側で前記第１の保持部材と当接することを特徴とする。

本発明によれば、駆動効率の向上と小型化の両立が可能となる振動波モータを提供することができる。

本発明の実施形態に係る超音波モータを備える撮像装置の断面図である。 超音波モータの構成図である。 超音波モータの部分拡大図である。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る振動波モータである超音波モータを備える電子機器である撮像装置の断面図である。本実施形態の撮像装置は、撮像レンズ部１およびカメラボディ２を備える。撮像レンズ部１の内部には、超音波モータ３と超音波モータ３に取り付けられた合焦レンズ４が配置されている。カメラボディ２の内部には、撮像素子５が配置されている。合焦レンズ４は、撮影時に超音波モータ３により光軸Ｏと平行に移動する。被写体像は撮像素子５の位置で結像し、撮像素子５は合焦した像を生成する。なお、本実施形態では超音波モータ３は撮像装置に搭載されているが、本発明はこれに限定されない。超音波モータ３は、撮像装置とは異なる電子機器、例えば撮像装置に着脱可能なレンズ鏡筒などに搭載されてもよい。また、超音波モータ１は、合焦レンズ４を光軸Ｏと平行に移動させるためではなく、振れ補正レンズを光軸Ｏと直交する方向へ移動させるために用いてもよい。

図２は、超音波モータ３の構成図である。図２（ａ）〜図２（ｄ）はそれぞれ、超音波モータ３の斜視図、分解斜視図、正面図、側面断面図である。図３は、超音波モータ３の部分拡大図である。図３（ａ）は図２（ｃ）の部分拡大図、図３（ｂ）は図２（ｄ）の部分拡大図である。

摩擦部材（摺動部材）１０１とガイド支持部材（レールプレート）１１３は、ネジ等により地板（基台）１１２に固定される。加圧バネ（加圧手段）１１０は、４つの位置で加圧力伝達部材（伝達部材）１１１と駆動力伝達部材（可動プレート）１１５がそれぞれ備えるバネ掛け部を介して連結し、振動子１０４を摩擦部材１０１に摩擦接触させる加圧力を印加する。なお、本実施形態では加圧バネ１１０は４つの位置で振動子１０４に対して加圧力を印加するが、複数の加圧手段が異なる位置で振動子１０４に対して加圧力を印加可能であれば、本発明はこれに限定されない。また、加圧バネ１１０による加圧力は、後述する移動部１２０の相対移動方向に対して直交する。

振動子１０４は、振動板１０２と圧電素子１０３を備える。振動板１０２と圧電素子１０３は接着材等により固定される。振動板１０２は、加圧力伝達部材１１１側の面と反対側の面に設けられた突出部である接触部を備え、接触部は加圧バネ１１０の加圧力により加圧された状態で摩擦部材１０１に接触する。圧電素子１０３は、電圧を印加することで超音波振動を励振する。振動板１０２と圧電素子１０３が接着された状態で圧電素子１０３に超音波振動を励振させることで、振動子１０４に共振現象が起こる。このとき、振動子１０４には２種の定在波が発生し、振動板１０２の接触部に略楕円運動が発生する。

振動子保持部材（第１の保持部材）１０５は、接着剤等により振動子１０４を保持する。加圧力伝達部材１１１を保持する保持筐体である加圧機構保持部材（第２の保持部材）１０７は、円筒形のローラー（転動部材）１０８ａ、１０８ｂと板バネ（付勢部材）１０９を介して振動子保持部材１０５と連結される。加圧機構保持部材１０７は、被駆動体と連結される動力取り出し部（不図示）を備える。

弾性部材１０６は、圧電素子１０３と加圧力伝達部材１１１の間に配置される。弾性部材１０６は、圧電素子１０３の損傷を防止するために、加圧力伝達部材１１１が備える加圧部と圧電素子１０３が直接接触することを防いでいる。

加圧機構保持部材１０７と可動プレート１１５は、ネジ等で固定される。可動プレート１１５には、３つのＶ溝の移動案内部が形成され、移動案内部にはそれぞれ転動ボール１１４ａ〜１１４ｃが嵌入されている。レールプレート１１３には、３つの溝状の固定側案内部が形成される。転動ボール１１４は、可動プレート１１５に形成される移動側案内部と、レールプレート１１３に形成される固定側案内部により挟持される。なお、レールプレート１１３に形成される３つの固定側案内部は、本実施形態では２つはＶ溝、１つは有底の平面溝であるが、転動ボール１１４が転動可能な溝であればよい。

本実施形態では、超音波モータ３をＺ軸方向において薄型化するために、加圧バネ１１０を振動子１０４の上部に積み重ねるのではなく、振動子１０４を囲うように離間して複数配置している。本実施形態では、複数の加圧バネ１１０により加圧力を発生させることで、加圧バネ１１０を小さくすることができる。加圧バネ１１０が弾性部材１０６を介して振動子１０４を摩擦部材１０１に矢印Ｃ方向（加圧方向）へ加圧することで、振動板１０２の接触部は加圧バネ１１０の加圧力により加圧された状態で摩擦部材１０１に接触する。この状態で圧電素子１０３に電圧が印加されると、振動子１０４に発生する略楕円運動が効率的に摩擦部材１０１に伝達される。このとき、振動子１０４、振動子保持部材１０５、弾性部材１０６、加圧機構保持部材１０７、加圧バネ１１０、加圧力伝達部材１１１および可動プレート１１５で構成される移動部１２０は、光軸Ｏ（Ｘ軸）と平行に摩擦部材１０１に対して相対的に移動可能となる。

次に、振動子保持部材１０５と加圧機構保持部材１０７を連結する連結手段１１６について説明する。連結手段１１６は、ローラー１０８ａ、１０８ｂと板バネ１０９で構成される。図２と図３に示されるように、ローラー１０８ａ、１０８ｂは、Ｚ軸に沿って移動可能に振動子保持部材１０５と加圧機構保持部材１０７の間に配置される。板バネ１０９は、加圧機構保持部材１０７とローラー（第２の転動部材）１０８ｂの間に配置され、Ｘ軸に平行な付勢力を有する。板バネ１０９は、ローラー１０８ｂを介して振動子保持部材１０５を矢印Ａ方向へ付勢し、加圧機構保持部材１０７を矢印Ｂ方向へ付勢する。これにより、ローラー（第１の転動部材）１０８ａは、振動子保持部材１０５と加圧機構保持部材１０７の間で挟持される。

以上のように構成することで、振動子保持部材１０５および加圧機構保持部材１０７は、ローラー１０８ａ、１０８ｂの転動によりＺ軸に沿って移動可能である。そのため、振動子１０４に発生する超音波振動を阻害せずに振動子保持部材１０５と加圧機構保持部材１０７を連結することができる。また、振動子保持部材１０５と加圧機構保持部材１０７をＸ軸に平行な方向、すなわち移動部１２０の移動方向へのガタがない状態で連結できるため、ガタによる応答の遅れは発生しない。結果として、駆動効率を向上させることが可能となる。

また、板バネ１０９の付勢力は、振動子１０４の駆動開始および駆動停止時に発生する加減速による慣性力より大きくなるように設定されている。これにより、振動子１０４と振動子保持部材１０５には駆動時の慣性力による移動部１２０の移動方向に沿った相対変位が発生しないため、安定した駆動制御を実現することができる。

なお、本実施形態では、連結手段１１６は、ローラー１０８ａ、１０８ｂおよび板バネ１０９で構成されるが、転動部材および付勢部材を備えていれば本発明はこれに限定されない。例えば、ローラーの代わりにボールなどを使用してもよい。また、本実施形態では、連結手段１１６を構成する弾性部材として板バネ１０９を使用しているが、振動子保持部材１０５と加圧機構保持部材１０７の間のガタをなくすことができる付勢部材であれば本発明はこれに限定されない。

以下、ＸＹ平面に対して平面視した超音波モータ３の外形サイズの小型化について説明する。ＸＹ平面に対して平面視した超音波モータ３の外形サイズの小型化を実現するためには、複数の加圧バネ１１０はＸ軸とＹ軸の交点に位置する振動子１０４の中心に近づけて配置する必要がある。しかしながら、連結手段１１６にはローラー１０８ａ、１０８ｂの脱落防止構造が設けられ、板バネ１０９は上述した大きさの付勢力を有するためにある程度大きくする必要がある。そのため、連結手段１１６は、大型化してしまう。結果として、ＸＹ平面に対して平面視した超音波モータ３の外形サイズを小型化することができない。

次に、板バネ１０９とローラー１０８の位置関係について説明する。以降の説明では、Ｘ軸方向において、振動子１０４の中心に近づく側を中央側、振動子１０４の中心から遠ざかる側（中心側の反対側）を外側とする。振動子保持部材１０５がその外形内で板バネ１０９を保持する場合、振動子１０４の中央部に積み重ねて配置される別部品との干渉を避けるために連結手段１１６は大型化する。また、振動子保持部材１０５がその外形の外側で板バネ１０９を保持する場合、板バネ１０９は振動子保持部材１０５の外形に収まっていないため、加圧機構保持部材１０７を組み込むことができなくなる。

そこで、本実施形態では、ＸＹ平面に対して平面視した場合の超音波モータ３の外形サイズを小型化するために、加圧機構保持部材１０７が板バネ１０９を保持する。また、ローラー１０８ａは、中央側で振動子保持部材１０５と当接し、外側で加圧機構保持部材１０７と当接する。ローラー１０８ｂは、中央側で振動子保持部材１０５と当接し、外側で加圧機構保持部材１０７が保持する板バネ１０９と当接する。加圧機構保持部材１０７が板バネ１０９を保持することで、組立性を損なうことがなく、振動子１０４の中央部に積み重ねて配置される圧電素子１０３、弾性部材１０６、加圧力伝達部材１１１等の別部品との干渉を回避することができる。したがって、複数のバネ１１０を振動子１０４の中央部に近づけて配置することができ、ＸＹ平面に対して平面視した移動部１２０の外形サイズを小型化することが可能となる。

また、連結手段１１６には、ローラー１０８ａ、１０８ｂの脱落防止のための脱落防止構造を設ける必要がある。本実施形態では、振動子保持部材１０５および加圧機構保持部材１０７には、ローラー１０８ａ、１０８ｂの矢印Ｃ方向への脱落防止構造が設けられている。また、ローラー１０８ａはＹ軸方向の長さを短くすることができるため、加圧機構保持部材１０７にローラー１０８ａ、１０８ｂのＹ軸方向への脱落防止構造を設けることが可能である。一方、板バネ１０９と当接するローラー１０８ｂは、板バネ１０９が上述した大きさの付勢力を有する大きさを必要とするため、Ｙ軸方向の長さを短くすることができない。そのため、加圧機構保持部材１０７にローラー１０８ｂのＹ軸方向への脱落防止構造を設けた場合、ＸＹ平面に対して平面視した超音波モータ３の外形サイズが大型化してしまう。そこで、本実施形態では、板バネ１０９にローラー１０８ｂのＹ軸方向への脱落防止構造として脱落防止部１３０を設ける。このように構成することで、ＸＹ平面に対して平面視した超音波モータ３の外形サイズを更に小型化することが可能となる。なお、本実施形態では、図３（ａ）に示されるように、板バネ１０９の両端を折り曲げることで脱落防止部１３０が設けられているが、ローラー１０８ｂのＹ軸方向への脱落が防止可能な構成であれば本発明はこれに限定されない。

以上説明したように、本実施形態では、駆動効率の向上と小型化の両立が可能な超音波モータを提供することができる。

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および変更が可能である。例えば、本実施形態では、超音波モータ３の振動子１０４が移動し摩擦部材１０１は移動しない構成を説明したが、振動子１０４は移動せず摩擦部材１０１が移動する構成でもよい。また、本実施形態の超音波モータ３は、移動しない固定部として摩擦部材１０１を備えているが、振動子１０４を超音波モータ３以外の部材（例えば、レンズ保持枠の一部）に摩擦接触させてもよく、超音波モータ３は、摩擦部材１０１を備えていなくてもよい。

３ 超音波モータ（振動波モータ）
１０１ 摩擦部材（摺動部材）
１０４ 振動子
１０５ 振動子保持部材（第１の保持部材）
１０７ 加圧機構保持部材（第２の保持部材）
１０８ ローラー（転動部材）
１０９ 板バネ（付勢部材）
１１０ 加圧バネ（加圧手段）
１１１ 加圧力伝達部材（伝達部材）
１１６ 連結手段

Claims (11)

1. 振動子と、
   前記振動子と接触する摺動部材に対して前記振動子を加圧する加圧手段と、
   前記加圧手段による加圧力を前記振動子に伝達する伝達部材と、
   前記振動子を保持する第１の保持部材と、
   前記伝達部材を保持する第２の保持部材と、
   前記第１および第２の保持部材を連結する連結手段と、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摺動部材が相対的に移動する振動波モータであって、
   前記連結手段は、前記第１および第２の保持部材を前記加圧手段の加圧方向へ相対移動させる転動部材と、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向と平行に前記第１および第２の保持部材を付勢する付勢部材を備え、
   前記付勢部材は、前記第２の保持部材に保持され、
   前記転動部材は、前記第１および第２の保持部材により挟持され、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向において前記振動子の中央側で前記第１の保持部材と当接することを特徴とする振動波モータ。
2. 前記付勢部材は、前記転動部材の脱落防止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。
3. 前記加圧手段は、前記振動子を囲むように離間して複数配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の振動波モータ。
4. 前記加圧方向は、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向に対して直交す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。
5. 前記付勢部材の付勢力は、前記振動子と前記摺動部材が相対的に移動する際に前記第１の保持部材に加わる慣性力より大きくなるように設定されてい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。
6. 前記転動部材は、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向において、前記振動子の中央側で前記第１の保持部材と当接し、前記振動子の中央側とは反対側で前記第２の保持部材と当接する第１の転動部材と、前記振動子の中央側で前記第１の保持部材と当接し、前記反対側で前記付勢部材と当接する第２の転動部材を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の振動波モータ。
7. 前記第１の転動部材の長さは、前記第２の転動部材の長さに比べて短いことを特徴とする請求項６に記載の振動波モータ。
8. 前記付勢部材は、板バネであ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。
9. 前記転動部材は、円筒形のローラーであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の振動波モータ。
10. 前記振動子は、前記摺動部材に接触する振動板と電圧を印加されることで超音波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９のいずれか１項に記載の振動波モータ。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の振動波モータを有することを特徴とする電子機器。