JP2017200357A - 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】小型化と信頼性の向上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、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、前記振動子の移動範囲を制限する制限部材と、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、前記伝達部材は、第１の当接部を備え、前記制限部材は、前記第１の当接部と当接する第２の当接部を備え、前記伝達部材は、前記振動子が移動して前記第１の当接部と前記第２の当接部が衝突することで回動する。【選択図】図３

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、小型化および信頼性の向上の両立が求められている。特許文献１では、振動子にストッパを設けて移動範囲を規制することで小型化が可能な超音波モータが公開されている。

特開２０１５−１２６６９２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、モータユニットに衝撃が加わった場合、振動子と摩擦部材の間で摩耗や損傷が起こりやすいという課題が生じる。

このような課題に鑑みて本発明は、小型化と信頼性の向上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、前記振動子の移動範囲を制限する制限部材と、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、前記伝達部材は、第１の当接部を備え、前記制限部材は、前記第１の当接部と当接する第２の当接部を備え、前記伝達部材は、前記振動子が移動して前記第１の当接部と前記第２の当接部が衝突することで回動することを特徴とする。

本発明によれば、小型化と信頼性の向上の両立が可能な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。 超音波モータの移動範囲の制限方法の説明図である。

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。

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。基台１１２は、後述する移動部１２１の移動範囲を制限する第２の当接部１１８および第４の当接部１２０を備える。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をそれぞれが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。加圧力伝達部材１１１は、第１の当接部１１７を備える。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１２１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）および第３の当接部１１９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の回動中心部１１６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。加圧力伝達部材１１１は、加圧バネ１１０により回動中心部１１６を中心に回動可能に支持されている。加圧バネ１１０が回動中心部１１６を加圧点として弾性部材１０６を介し振動子１０４を摩擦部材１０１に矢印Ｄ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１２１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について説明する。連結手段は、ローラー１０８ａ、１０８ｂと板バネ１０９で構成される。図２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Ｂ方向へ付勢し、加圧機構保持部材１０７を矢印Ｃ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１２１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１２１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。

なお、本実施形態では連結手段を構成する転動部材としてローラー１０８ａ、１０８ｂを使用しているが、Ｚ軸に沿って移動可能であ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を構成する付勢部材として板バネ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。

次に、移動部１２１の移動範囲を制限する場合に発生する負荷について説明する。移動部１２１は所定の移動範囲内を移動するが、振動や外力により移動部１２１に衝撃が加えられた場合に移動部１２１の移動範囲を規制するために、移動部１２１や非駆動体（不図示）と当接する当接部が必要となる。しかしながら、移動部１２１が非駆動体に衝突した際に、被駆動体の重量が重い場合や外力等によって移動部１２１に強い衝撃が加えられた場合、振動子１０４と摩擦部材１０１の間に摩耗や損傷が発生し、振動板１０２と圧電素子１０３の接着が剥離してしまう。そのため、振動子１０４に加えられる衝撃力を低減する必要がある。本実施形態では、加圧機構保持部材１０７の第３の当接部１１９が基台１１２の第４の当接部１２０と当接することで、移動部１２１の移動範囲を制限することは可能である。しかしながら、前述したように、振動子１０４は加圧機構保持部材１０７とガタがない状態で連結しているため、加圧機構保持部材１０７に衝撃が加えられた場合、衝撃力は低減されないまま振動子１０４に伝達されてしまう。そのため、振動子１０４と摩擦部材１０１の間に摩耗や損傷が発生しやすく、十分な信頼性を得られない。

次に、図３を参照して、本実施形態の移動部１２１の移動範囲の制限方法について説明する。図３は、移動部１２１の移動範囲の制限方法の説明図である。図３（ａ）は、加圧力伝達部材１１１の第１の当接部１１７が基台１１２の第２の当接部１１８と当接する状態を示す図である。図３（ｂ）は、加圧力伝達部材１１１が回動中心部１１６を支点に回動する状態を示す図である。図３（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、説明を容易にするために、図３（ａ）、（ｂ）から構成部品の一部を省略した図である。

前述したように、移動部１２１は、振動子１０４の略楕円運動により光軸Ｏ（Ｘ軸）と平行に摩擦部材１０１に対して相対的に移動することが可能である。図３（ａ）に示されるように、移動部１２１が移動範囲の制限位置まで移動した場合、加圧力伝達部材１１１の第１の当接部１１７が基台１１２の第２の当接部１１８と当接する。このとき、図３（ｂ）に示されるように、加圧力伝達部材１１１は、回動中心部１１６を支点とし、図２（ｃ）の軸Ａ−Ａ回りに矢印Ｅ方向へ回動する。軸Ａ−Ａは、加圧バネ１１０の加圧力の加圧方向（矢印Ｄ方向）および移動部１２１の移動方向に直交する。なお、厳密には直交である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に直交（略直交）とみなされる。また、加圧バネ１１０は、加圧力伝達部材１１１の回動によって伸縮する。なお、本実施形態では加圧手段として加圧バネ１１０を使用しているが、振動子１０４を加圧するとともに、加圧力伝達部材１１１を回動させることが可能であれば本発明はこれに限定されない。例えば、加圧バネ１１０とは異なる弾性部材であってもよい。

本実施形態では、図３（ｃ）に示されるように、Ｚ軸方向において、回動中心部１１６の頂点の位置、すなわち加圧力伝達部材１１１と弾性部材１０６の接触点の位置と、第１の当接部１１７の位置を所定の距離ΔＺだけずらしている。このような配置とすることで、加圧力伝達部材１１１は、容易に回動することができる。

また、本実施形態では、第２の当接部１１８の第１の当接部１１７と当接する当接面は、Ｘ軸に対して所定の角度を有する斜面として形成されている。このように形成することで、加圧力伝達部材１１１は、容易に回動することができる。なお、第２の当接部１１８の当接面は、曲面であってもよい。すなわち、第２の当接部１１８の当接面は、斜面と曲面のいずれか一方であればよい。

本実施形態では、移動部１２１の移動範囲を制限する場合、加圧力伝達部材１１１が回動することで加圧バネ１１０が伸縮するため、移動部１２１に加えられる衝撃エネルギーを加圧バネ１１０の弾性エネルギーに変換することができる。そのため、振動子１０４に加えられる衝撃負荷を低減することが可能となる。

上述のエネルギー変換は、以下の式（１）で簡易的に表される。

ここで、Ｍは移動部１２１の質量をＭ、Ｖは加圧力伝達部材１１１が基台１１２に当接する前の移動部１２１の速度、ｋは加圧バネ１１０のバネ定数、ΔＬは加圧バネ１１０の伸縮量、ｖは加圧バネ１１０の伸縮後の移動部１２１の速度である。

式（１）から第１の当接部１１７が第２の当接部１１８に当接すると、加圧バネ１１０の伸縮により移動部１２１の移動速度は低下するが、移動部１２１は慣性により移動を続ける。移動部１２１の停止時の位置や姿勢は、再現性が高く、次の駆動開始時に復旧可能な状態であることが求められる。そこで、本実施形態では、図３（ｂ）で示される状態の後、加圧機構保持部材１０７の第３の当接部１１９が、基台１１２の第４の当接部１２０と当接する。第２の当接部１１８とは異なり、第３の当接部１１９および第４の当接部１２０はＸ軸に対して直交するように形成されている。なお、厳密には直交である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に直交（略直交）とみなされる。したがって、第３の当接部１１９が第４の当接部１２０と当接することで、移動部１２１の姿勢を矯正し、所望の位置で移動部１２１の移動範囲を制限することが可能となる。このように構成することで、バネ１１０の伸縮によって移動部１２１の移動速度が低下した状態で、所望の位置で移動部１２１の移動範囲を制限することができるため、移動範囲の制限時には振動子１０４に加えられる衝撃力を低減することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、小型化と信頼性の向上の両立が可能な振動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及び変更が可能である。例えば、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。また、本実施形態では、摩擦部材１０１を保持する基台１１２に第２の当接部１１８および第４の当接部１２０を設けているが、基台１１２とは異なる部材を振動子１０４や移動部１２１の移動範囲を制限する制限部材として使用してもよい。すなわち、基台１１２とは異なる部材に当接部を設けて、基台１１２の第２の当接部１１８および第４の当接部１２０の位置に、基台１１２の第２の当接部１１８および第４の当接部１２０に代えて、基台１１２とは異なる部材の当接部を配置すればよい。

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
１１０ 加圧バネ（加圧手段）
１１１ 加圧力伝達部材（伝達部材）
１１２ 基台（制限部材）
１１７ 第１の当接部
１１８ 第２の当接部

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、
   前記振動子の移動範囲を制限する制限部材と、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、
   前記伝達部材は、第１の当接部を備え、
   前記制限部材は、前記第１の当接部と当接する第２の当接部を備え、
   前記伝達部材は、前記振動子が移動して前記第１の当接部と前記第２の当接部が衝突することで回動することを特徴とする振動波モータ。
2. 前記伝達部材は、前記加圧手段により回動可能に支持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. 前記伝達部材は、前記加圧手段の加圧方向および前記振動子の移動方向に直交する軸を中心として回動す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. 前記第１の当接部の位置は、前記加圧手段の加圧方向において、前記伝達部材の回動中心の位置と異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。
5. 前記第２の当接部の前記第１の当接部と当接する面は、斜面または曲面のいずれか一方であ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. 前記加圧手段および前記伝達部材を保持する保持部材を更に有し、
   前記保持部材は、第３の当接部を備え、
   前記制限部材は、前記第３の当接部に当接する第４の当接部を備え、
   前記第３の当接部は、前記第１の当接部が前記第２の当接部に当接した後、前記第４の当接部に当接す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. 前記伝達部材は、前記加圧手段が伸縮することで回動す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。
8. 前記加圧手段は、弾性部材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. 前記加圧手段は、バネ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項に記載の超音波モータを有することを特徴とする電子機器。