JP2016101023A - 振動波モータ及びそれを有する光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動子の姿勢に傾きがある場合でも、振動子に安定した加圧を行うことが可能な薄型でコンパクトな振動波モータが望まれている。
【解決手段】本発明の振動波モータは、突起部を有する振動子と、突起部が摩擦接触する摩擦接触面を有する摺動部材と、振動子を保持する振動子保持部材と、振動子を摺動部材に加圧する加圧部とを備え、振動子に振動を発生させることにより振動子と摺動部材とが相対移動し、振動子と摺動部材が相対移動する方向と加圧部による加圧方向とに直交する方向の軸線まわりに回動可能なように、加圧部が振動子保持部材に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は振動波モータに関し、特に振動子に発生する超音波振動によって、振動子と振動子に摩擦接触する摺動部材とが相対移動する超音波モータに関する。

近年、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影装置では、フォーカシングやズーミングの駆動源として、電磁型モータよりも優れる振動波モータとしての超音波モータが用いられている。

超音波モータは、圧電素子を有する振動子において超音波振動を励振させ、この振動子を摺動部材に加圧して接触させることで、両者間に発生する摩擦力による駆動力を得るモータである。このように超音波モータは摩擦力による駆動力を得るため、安定した加圧下における安定した摩擦力を得ることが重要となる。しかしながら、安定した加圧を行う為には、複雑な加圧機構と、そのためのスペースが必要となり、超音波モータが大型化してしまう問題がある。それに対して、従来から安定した加圧を小型な機構で実現するための超音波モータの例が提案されている。

例えば、特許文献１では、加圧ばねを板ばねとし、その両端部をケース部材で保持し、板ばねの中央部で振動子の中央の突起部を加圧する構成を用いて小型化を実現している。特許文献２では、振動子の定在波の節に対応する位置の振動子の両端面に支持軸を設け、コイルばねで付勢される加圧板がこの支持軸を加圧する構成を用いて小型化を実現している。上記特許文献１、特許文献２は共に振動子の中心に向けて加圧を行うことで、安定した加圧を実現している。

特開２００９−２６８２３６号公報 特開平９−２１５３５０号公報

上述の特許文献１や特許文献２に開示された従来技術による超音波モータでは、製造誤差等何らかの要因により振動子の姿勢に傾きがある場合に、加圧の方向が、振動子の中央位置に向かう方向からずれてしまい、安定した摩擦力を得ることが出来なくなる。

そこで、本発明の目的は、振動子の姿勢に傾きがある場合でも、振動子に安定した加圧を行うことが可能なコンパクトな構成の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、本発明では、突起部を有する振動子と、突起部が摩擦接触する摩擦接触面を有する摺動部材と、振動子を保持する振動子保持部材と、振動子を摺動部材に加圧する加圧部とを備え、振動子に振動を発生させることにより振動子と摺動部材とが相対移動する振動波モータにおいて、振動子と摺動部材が相対移動する方向と加圧部による加圧方向とに直交する方向の軸線まわりに回動可能なように、加圧部が振動子保持部材に取り付けられている構成とした。

本発明により、振動子の姿勢に傾きがある場合でも、振動子に安定した加圧を行うことが可能なコンパクトな構成の振動波モータを得ることができる。

本発明の実施例１における超音波モータの構成を示す駆動方向の断面図である。 本発明の実施例１における超音波モータの構成を示す駆動方向に対し直交する方向の断面図であり、図１のＡ−Ａ矢視での断面図である。 本発明の実施例１における超音波モータの加圧部の斜視図である。 本発明の実施例１における超音波モータの振動子保持部材の斜視図である。 本発明の実施例１における超音波モータの振動子保持部材に振動子が取り付けられた状態を示す斜視図である。 本発明の実施例１における超音波モータが使用されたレンズ鏡筒の構成を示す側部断面図である。 本発明の実施例１における超音波モータにおいて、振動子が傾いた状態を示す断面図である。 本発明の実施例２における超音波モータの構成を示す駆動方向の断面図である。 本発明の実施例２における超音波モータの構成を示す駆動方向に対し直交する方向の断面図であり、図８のＢ−Ｂ矢視での断面図である。 本発明の実施例２における超音波モータの振動子の製作誤差により振動子が傾いた状態を示す断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。また、以下の各実施例の説明において図面との関連において理解を容易ならしめるべく、振動子と摺動部材との相対移動方向を「Ｘ軸」と規定し、説明を行う。また、超音波モータの振動子製造誤差等の何らかの要因による傾きが無い場合に加圧ばねにより振動子が摺動部材に対して加圧される方向を「Ｚ軸」、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方向を「Ｙ軸」と規定し、説明を行う。

（実施例１）
以下、図１から図５を用いて、本発明の振動波モータとしての超音波モータの実施例１の構成を説明する。

図１は本発明の実施例１における超音波モータの構成を示しており、振動子と摺動部材との相対移動方向における断面図（ＸＺ断面）である。図２は本発明の実施例１における超音波モータの構成を示しており、振動子と摺動部材との相対移動方向に対し直交する方向の断面図（ＹＺ断面）である。図３は本発明の実施例１における超音波モータの加圧部の斜視図である。図４は本発明の実施例１における超音波モータの振動子保持部材の斜視図である。図５は本発明の実施例１における超音波モータの振動子保持部材に振動子が取り付けられた状態を示す斜視図である。

図１および図２において、８は超音波モータユニット全体を支えるユニットベースである。ユニットベース８には、Ｚ軸方向の下側に摺動部材３が固定され、Ｚ軸方向の上側にカバー部材としての天板９が固定される。そして、天板９には４つの転動部材６が組み込まれている。転動部材６は天板９と振動子保持部材５とに設けられたガイド溝により挟持された状態で転動することにより、振動子保持部材５が図１における移動方向６a（Ｘ軸方向）に移動可能となっている。

図４に示すように、振動子保持部材５には４つのガイド溝５ｂが設けられ、天板９にもガイド溝５ｂと対向する位置に同様の４つのガイド溝が設けられ（不図示）、これらのガイド溝に転動部材６が挟持されて組み込まれている。

図５に示すように、振動子保持部材５には、振動子保持部材５の駆動時に高周波駆動電圧が印加されて励振する圧電素子２と、圧電素子２により超音波振動が励起される振動板１とからなる振動子１０１が取り付けられている。Ｘ軸方向に二か所設けられた振動子保持部材５の取付け部において、振動子１０１が接着剤などで振動子保持部材５に取り付けられている。なお、圧電素子２と振動板１は接着剤で貼り付けられて振動子１０１を構成している。振動板１には先端が球形状の突起部１ａが駆動方向であるＸ軸方向に並んで２つ形成されている。

図３に示すように、振動子１０１を摺動部材３に加圧力により付勢するための薄板状の板ばねである加圧部材１１が２つのブラケット１０に取り付けられている。本実施例においては、支持部材としての２つのブラケット１０と加圧部材１１とにより加圧部を構成している。

図１及び図２に示すように、この加圧部材１１からの加圧力を、球面を有する突起部７ａで受ける加圧ベース７が、振動子１０１において、圧電素子２の振動板１が貼り付けられている側とは逆側の圧電素子２に固定されている。そして、加圧ベース７の上方に配置された加圧部材１１からの加圧力を加圧ベース７が受け、加圧ベース７が振動子１０１を摺動部材３に対して加圧することで、突起部１ａが摺動部材３の摩擦接触面３ａに摩擦接触する。

図４に示すように、振動子保持部材５には、加圧部材１１とブラケット１０とから成る加圧部を回転自在に保持する支承軸５ａが設けられている。支承軸５ａは、振動子１０１と摺動部材３が相対移動する方向６ａ（Ｘ軸方向）と加圧部材１１による加圧方向（Ｚ軸方向）とに直交する方向、すなわち、振動子保持部材５を横断する方向であるＹ軸方向において離間し対向して設けられている。ここで、支承軸５ａは、振動子１０１の２つの突起部１ａと摺動部材３とが接触する摩擦接触面３ａの近傍に位置するように配置される。また、支承軸５ａは、振動子保持部材５を横断する方向における両縁部から互いに向き合うように内方に突出するように設けられている。

図３に示すように、２つのブラケット１０のそれぞれには穴部１０ａが形成されている。それぞれの穴部１０ａに振動子保持部材５のそれぞれの支承軸５ａが受け入れられるように取り付けられる。図３に示す加圧部材１１とブラケット１０とから成る加圧部を振動子保持部材５に組み込む際には、薄板状の加圧部材１１を弾性変形させることで、容易にそれらを組み込むことが可能である。なお、ブラケット１０と加圧部材１１から成る加圧部は、振動子保持部材５の支承軸５ａのまわりに回動可能に保持される。すなわち、図１及び図２に示すように、加圧部は、振動子１０１と摺動部材８が相対移動する方向（Ｘ軸方向）と加圧部による加圧方向（Ｚ軸方向）とに直交する方向（Ｙ軸方向）の軸線５４まわりに回動可能なように、振動子保持部材に取り付けられる。好適には、この軸線５４が摩擦接触面上３ａまたはその近傍に位置するように、振動子１０１を摺動部材３に対して安定して加圧することが可能となる。詳細については後述する。

また、図２に示すように、移動方向に直交する方向（Ｙ軸方向）において、加圧部材１１及びブラケット１０から成る加圧部は振動子１０１を跨ぐように配置されている。このように、加圧部のブラケット１０を振動子１０１の両側に配置して振動子保持部材５に装着されるように構成することで、超音波モータをコンパクトに薄型化することが可能となり、かつ、安定した加圧をコンパクトな構成で実現している。

本実施例においては、振動子保持部材５に支承軸５ａを設け、加圧部のブラケット１０に穴部１０ａを設けているが、振動子保持部材５に穴部を設け、ブラケット１０に支承軸を設けるものであってもよい。すなわち、振動子保持部材５が支承軸と穴部とのいずれか一方を有し、加圧部が支承軸と穴部のいずれか他方を有する構成でもよい。また、加圧部材を支持する支持部材と振動子保持部材の双方に穴部を設け、これら穴部に別体の支持軸を挿入するような構成でもよい。

以上のような構成で本発明の振動波モータとしての超音波モータは構成される。図１及び図２に示すように、加圧部材１１は、振動子１０１を摺動部材３に対して矢印の方向１１ａ（Ｚ軸方向）に加圧力を付与している。すなわち、加圧力は、振動板１の二つの突起部１ａの間の、振動子１０１の中心線５２と一致する方向１１ａに向けて付与される。そして、振動子１０１に超音波振動を発生させることにより突起部１ａと摺動部材３の間での摩擦による駆動力が生じ、振動子１０１が摺動部材３に対し移動方向６ａ（Ｘ軸方向）に相対移動する。なお、本実施例では振動子１０１が移動し、摺動部材３が固定される構成としたが、振動子１０１を固定し、摺動部材３が移動する構成でもよい。

次に、図６において、レンズ鏡筒のフォーカシングの駆動源に、本発明の超音波モータを用いたレンズ鏡筒の構成を説明する。

図６は本発明の実施例１における超音波モータが使用されたレンズ鏡筒の構成を示す側部断面図である。図６において、光学装置であるレンズ鏡筒の光軸方向と、超音波モータの振動子１０１が摺動部材３に対し移動する方向６ａ（Ｘ軸方向）とは一致する。

レンズ鏡筒２１の撮像光学系は被写体側から１群レンズ２２及び２群レンズ２３を有している。そして、これらのレンズは１−２群レンズ鏡筒２７により保持される。次いで、フォーカスレンズ２４が配置され、フォーカスレンズ２４はレンズ移動枠２８により保持される。次いで、４群レンズ２５、５群レンズ２６が配置されており、これらは４−５群レンズ鏡筒２９により保持される。１群レンズ２２、２群レンズ２３、４群レンズ２５、５群レンズ２６は、固定レンズである。また、絞りユニット駆動モータ３２により絞りが駆動される絞りユニット３３が、２群レンズ２３とフォーカスレンズ２４との間に設けられている。

そして、レンズ移動枠２８を光軸４１の方向において案内して前後移動させるための２つのメインガイドバー３０が、レンズ鏡筒２１の鏡筒内壁において光軸４１に平行に延在するように取り付けられている。また、レンズ鏡筒２１の鏡筒内部には、振動子保持部材５が光軸４１の方向に移動可能となるようにユニットベース８が取り付けられている。振動子保持部材５とレンズ移動枠２８とは連結部材３１で連結され、振動子１０１の駆動力をレンズ移動枠２８へ伝達することで、フォーカスレンズ２４を光軸４１の方向に移動させることが可能となる。

次に図７を用いて、振動子の製造誤差等の何らかの要因により振動子の姿勢に傾きがある場合について説明する。

図７は本発明の実施例１における超音波モータにおいて、振動子の製作誤差その他何らかの要因により振動子が傾いた状態を示す断面図である。なお、図７に示す断面図は図１のそれと同方向に見た図である。

図７に示すように、振動板１の製造誤差その他何らかの要因により、左側突起部１ｂのＺ軸方向における寸法Ｘに対して右側突起部１ｃのＺ軸方向における寸法Ｙが小さい場合，振動子１０１は矢印５１で示す方向に傾いてしまう。振動子１０１は振動子保持部材５の振動子取付け部に固定されているが、その取付け部の剛性は然程大きくないため振動子１０１は傾いてしまう。加圧部材１１から加圧力が付与される加圧ベース７も振動子１０１の傾斜に合わせて傾く。加圧部のブラケット１０はその穴部１０ａにおいて、振動子保持部材５の支承軸５ａに対して回動可能に取り付けられているため、緊密に加圧ベース７を付勢している加圧部材１１を有する加圧部も振動子１０１及び加圧ベース７に合わせて傾斜する。従って、振動子１０１が中心線５２から中心線５３に傾斜した場合、加圧部材１１からの加圧力も中心線５２から傾斜した中心線５３に沿って振動子１０１に付与されることとなる。この際、加圧部材１１は加圧ベース７の球面状の曲面を有する突起部７ａに点接触で付勢する構成とされているため、好適にバランスよく加圧ベース７を介して振動子１０１に加圧力が付与されることとなる。

また、加圧部材１１からの加圧力は、好適には、振動板１の二つの突起部１ａの間の、振動子１０１の中心線５２と一致する矢印の方向１１ａに向けて付与される。更に、加圧部が回動中心とする軸線５４が、摩擦部材３の摩擦接触面上３ａまたはその近傍に位置するように、加圧部が振動子保持部材５に好適に取り付けられている。これにより、振動子１０１が傾斜した場合であっても、加圧部材１１からの加圧力は振動子１０１の２つの突起部１ａ間の中心に向けバランス良く２つの突起部１ａに対して付与されることとなる。そのため、振動子１０１を安定して加圧することが可能となる。

（実施例２）
次に、図８から図１０を用いて、超音波モータの薄型化を図りつつ、振動子１０１を摺動部材３に対して安定して加圧することが可能な、本発明の振動波モータとしての超音波モータの実施例２の構成を説明する。基本構成は実施例１と同様であり、ここでは相違点のみを説明する。

図８は本発明の実施例２における超音波モータの構成を示しており、振動子と摺動部材との相対移動方向における断面図（ＸＺ断面）である。図９は本発明の実施例２における超音波モータの構成を示しており、振動子と摺動部材との相対移動方向に対し直交する方向の断面図（ＹＺ断面）である。図１０は本発明の実施例２における超音波モータにおいて、製作誤差その他何らかの要因により振動子が傾いた状態を示す図８と同様な方向で見た断面図である。

振動子保持部材５を移動方向６ａ（Ｘ軸方向）へ案内するため、本実施例の超音波モータでは、転動部材６のガイド部を摺動部材３に設けている。摺動部材３の摩擦接触面の、相対移動方向と直交する方向（Ｙ軸方向）の両側の各側面に、それぞれＶ字形状の断面を有するガイド溝３ｂが相対移動方向（Ｘ軸方向）に延在するように形成されている。摺動部材３の側面に設けられたガイド溝３ｂに対向するようにして、振動子保持部材５にもＶ字形状の断面を有するガイド溝５ｂが、好適には片側２箇所ずつ形成されている。摺動部材３の側面に設けられたガイド溝３ｂと振動子保持部材５に設けられたガイド溝５ｂとの間に転動部材６が挟持されている。

転動部材６を天板９と振動子保持部材５との間に挟持させて振動子保持部材５を相対移動方向に案内する実施例１の構成に対し、実施例２では上述の如く構成しているため、ユニットベース８と天板９を省くことが出来る。これにより、超音波モータを更に薄型化したコンパクトな構成を実現している。なお、他の構成は実施例１と同様である。

図１０に示すように、振動子１０１が製作誤差その他何らかの要因により、矢印５１で示す方向に傾いて姿勢が変化した場合でも、実施例１において説明したように、加圧力を二つの突起部１ａにバランスよく付与することができる。即ち、実施例２による薄型構成の超音波モータにおいても、加圧部材１１による矢印の方向１１ａの加圧力は、傾斜した振動子１０１の中心線５３に沿って２つの突起部１ａの中心の位置の方向に付与される。これにより、２つの突起部１ａに加圧力をバランスよく付与させることができる。

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。

１ 振動板
１０１ 振動子
１ａ 突起部
１ｂ 左側突起部
１ｃ 右側突起部
２ 圧電素子
３ 摺動部材
３ａ 摩擦接触面
３ｂ ガイド溝
５ 振動子保持部材
５ａ 支承軸
５ｂ ガイド溝
６ 転動部材
６ａ 移動方向
７ 加圧ベース
７ａ 突起部
８ ユニットベース
９ 天板
１０ ブラケット
１０ａ 穴部
１１ 加圧部材
１１ａ 矢印
２１ レンズ鏡筒
２２ １群レンズ
２３ ２群レンズ
２４ フォーカスレンズ
２５ ４群レンズ
２６ ５群レンズ
２７ １−２群レンズ鏡筒
２８ レンズ移動枠
２９ ４−５群レンズ鏡筒
３０ メインガイドバー
３１ 連結部材
３２ 絞りユニット駆動モータ
３３ 絞りユニット
４１ 光軸
５１ 矢印
５２ 中心線
５３ 中心線
５４ 軸線

Claims (10)

1. 突起部を有する振動子と、
   前記突起部が摩擦接触する摩擦接触面を有する摺動部材と、
   前記振動子を保持する振動子保持部材と、
   前記振動子を前記摺動部材に加圧する加圧部と、
   を備え、前記振動子に振動を発生させることにより前記振動子と前記摺動部材とが相対移動する振動波モータにおいて、
   前記振動子と前記摺動部材が相対移動する方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する方向の軸線まわりに回動可能なように、前記加圧部が前記振動子保持部材に取り付けられていることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記振動子と前記摺動部材が相対移動する方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する方向の前記軸線は、前記摺動部材の前記摩擦接触面の近傍に位置することを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記加圧部は前記振動子を跨ぐようにして前記振動子保持部材に取り付けら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. 前記振動子保持部材は支承軸又は穴部のいずれか一方を有し、前記加圧部は前記支承軸又は前記穴部の他方を有し、前記支承軸が前記穴部に受け入れられることにより、前記加圧部が前記振動子保持部材に取り付けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の振動波モータ。
5. 前記加圧部は、前記振動子を加圧する加圧部材と、前記加圧部材を前記振動子保持部材に取り付ける支持部材とを有し、前記加圧部材は板ばねから成ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の振動波モータ。
6. 前記板ばねと前記振動子との間に曲面を有する突起部を備え、前記板ばねは前記突起部の前記曲面を加圧するようにして前記振動子を加圧することを特徴とする請求項５に記載の振動波モータ。
7. 前記振動子は二つの突起部を有し、前記振動子と前記摺動部材が相対移動する方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する方向の前記軸線は、前記振動子の前記二つの突起部の間に位置し、前記加圧部による前記振動子への加圧力が前記振動子の前記二つの突起部の間に向けて付与されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の振動波モータ。
8. 前記摺動部材は、前記相対移動方向と平行な側面を前記摩擦接触面の両側に有し、前記側面には前記相対移動方向に延在する溝が設けられており、前記振動子保持部材は前記摺動部材の前記側面の溝に対向して溝が形成されており、転動部材が前記摺動部材の側面の溝と前記振動子保持部材の溝との間に挟持されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の振動波モータ。
9. 振動波モータは、前記振動子が超音波振動を発生する超音波モータであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の振動波モータ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の振動波モータと、
    レンズを保持し、前記振動波モータの前記振動子保持部材に連結するレンズ移動枠と、
    前記レンズの光軸方向に延在し、前記レンズ移動枠を前記光軸方向に移動可能に案内するガイドバーと、
    を備え、
    前記振動波モータの駆動力により前記レンズ移動枠が前記ガイドバーに沿って前記光軸方向に移動することを特徴とする光学装置。

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