JP2017200366A - 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】振動子に給電するフレキシブル基板を折り返して配置する構成を設けた上で、小型化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と、振動子に接続されるフレキシブル基板と、摺動部材の振動子と接触する接触面の反対側の面側に配置され、振動子とともに移動する移動部材と、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、フレキシブル基板は、折り返すことで形成され、振動子の移動に応じて振動子の移動方向に沿って形成される位置が変化する屈曲部を備え、屈曲部は、摺動部材と移動部材の間に形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、振動波モータに関する。

従来、高周波電圧を印加することで周期的に振動する振動子を摺動部材に圧接させ、摺動部材を相対的に駆動する振動波モータ（超音波モータ）が知られている。特許文献１では、振動子を円滑に直進駆動させるために、振動子に給電するフレキシブル基板を折り返して配置する超音波モータが開示されている。

特許第４３３１５３１号公報

しかしながら、特許文献１の超音波モータは、フレキシブル基板を配置するための専用の部材やスペースを設ける必要があり、大型化してしまう。そのため、超音波モータを小型化することは困難である。

このような課題に鑑みて、本発明は、振動子に給電するフレキシブル基板を折り返して配置する構成を設けた上で、小型化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と、前記振動子に接続されるフレキシブル基板と、前記摺動部材の前記振動子と接触する接触面の反対側の面側に配置され、前記振動子とともに移動する移動部材と、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、前記フレキシブル基板は、折り返すことで形成され、前記振動子の移動に応じて前記振動子の移動方向に沿って形成される位置が変化する屈曲部を備え、前記屈曲部は、前記摺動部材と前記移動部材の間に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、振動子に給電するフレキシブル基板を折り返して配置する構成を設けた上で、小型化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電子機器の要部断面図である。 実施例１の超音波モータの斜視図である。 実施例１の超音波モータの分解斜視図である。 実施例１の超音波モータの要部断面図である。 実施例１の超音波モータの正面断面図である。 フレキシブル基板の配置方法の説明図である。 実施例２の超音波モータの要部断面図である。 実施例２の超音波モータの正面断面図である。

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１を備える電子機器の一例であるレンズ鏡筒の要部断面図である。なお、レンズ鏡筒は略回転対称形であるため、図１では上側半分のみを図示している。また、図１には、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１を備えた電子機器の例として撮像装置に着脱可能なレンジ鏡筒を示しているが、別の電子機器の例としてレンズ鏡筒が一体化された撮像装置が挙げられる。

カメラ本体（撮像装置）２にはマウント５を介してレンズ鏡筒３が着脱可能に取り付けられ、カメラ本体２の内部には撮像素子４が設けられる。レンズ鏡筒３の固定筒６には、レンズＧ１を保持する前鏡筒７とレンズＧ３を保持する後鏡筒８が固定される。レンズ保持枠９は、レンズＧ２を保持し、前鏡筒７と後鏡筒８に保持されるガイドバー１０によって直進移動可能に保持される。超音波モータ１の地板１１５には、後鏡筒８にビス等で固定されるフランジ部（不図示）が形成されている。

超音波モータ１の振動子保持部材１０２を含む可動部が駆動すると、超音波モータ１の駆動力は振動子保持部材１０２を介してレンズ保持枠９に伝達され、レンズ保持枠９はガイドバー１０により光軸Ｏ（ｘ軸）と平行に直進移動する。

なお、本実施形態では超音波モータ１は電子機器であるレンズ鏡筒３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１は、レンズ鏡筒や撮像装置とは異なる電子機器に搭載されてもよい。

図２〜図５はそれぞれ、本実施例の超音波モータ１Ａの斜視図、分解斜視図、要部断面図および上面図である。

加圧バネ（加圧手段）１１１は、４つの位置で加圧力伝達部材（伝達部材）１１０と駆動力伝達部材である移動部材１１２をそれぞれが備える連結保持部を介して連結する。加圧力伝達部材１１０と移動部材１１２の間には引っ張りバネ力が生じ、加圧力伝達部材１１０は引っ張りバネ力により矢印Ａ方向へ引き込まれる。加圧力伝達部材１１０は略半球状の突起で形成される加圧部１１０ａを備え、弾性部材１０９は圧電素子１０３と加圧部１１０ａが直接接触して圧電素子１０３が損傷することを防止するためにこれらの部材の間に配置される。加圧バネ１１１は、これらの部材を介して矢印Ａ方向へ振動子１００を加圧する。加圧バネ１１１が振動子１００を加圧することで、振動子１００の加圧力伝達部材１１０側の面と反対側の面に設けられた突出部である圧接部１００ａは摩擦部材（摺動部材）１０４に摩擦接触する。なお、本実施例では加圧バネ１１１は４つの位置で振動子１００に対して加圧するが、複数の加圧部材が異なる位置で振動子１００に対して加圧可能であれば、本発明はこれに限定されない。また、本実施例では加圧手段としてバネを使用しているが、振動子１００を摩擦部材１０４に対して加圧する手段であれば、本発明はこれに限定されない。

振動子１００は、振動板１０１と圧電素子１０３を備える。振動板１０１は、溶接や接着剤などにより振動子保持部材１０２に固定される。圧電素子１０３は、接着剤などにより振動板１０１に固着する。圧電素子１０３には、電力を供給するためにフレキシブル基板１５０が固着されている。圧電素子１０３は、フレキシブル基板１５０を介して高周波電圧を印加されることで超音波振動を励振する。振動板１０１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、振動板１０１が共振する。すなわち、振動子１００は、フレキシブル基板１５０を介して高周波電圧を印加されることで超音波振動を起こす。その結果、振動子１００の圧接部１００ａの先端に楕円振動が発生する。

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振動を発生させることができる。よって、振動子１００の圧接部１００ａを摩擦部材１０４の摩擦接触面１０４ａに圧接することで相対的に移動させる駆動力を発生させ、振動子１００を摩擦部材１０４に対してｘ軸（光軸Ｏ）に沿って移動させることが可能となる。なお、振動子１００の相対移動方向は、加圧バネ１１１による加圧方向と直交する。

振動子保持部材１０２と、加圧力伝達部材１１０を保持する保持筐体１０５の間には、ローラー（転動部材）１０６ａ、１０６ｂおよび所定の弾性を有する板バネ（付勢部材）１０７から構成される連結手段１１６が組み込まれる。ローラー１０６ａは、矢印Ａ方向（加圧バネ１１１の加圧方向）へ移動可能に板バネ１０７と振動子保持部材１０２との間に挟持される。板バネ１０７は、保持筐体１０５とローラー１０６ａの間に配置され、ｘ軸に平行な付勢力を有する。すなわち、板バネ１０７は、ローラー１０６ａを介して振動子保持部材１０２を矢印Ｂ方向へ付勢し、保持筐体１０５を矢印Ｃ方向へ付勢する。そのため、ローラー１０６ｂは、振動子保持部材１０２と保持筐体１０５の間で挟持される。

以上のように構成することで、連結手段１１６は、ｘ軸に平行な方向（振動子１００の移動方向）にはガタを発生させず、矢印Ａ方向（加圧バネ１１１の加圧方向）にはローラー１０６ａ、１０６ｂの作用により摺動抵抗をほとんど発生させない。

また、板バネ１０７の付勢力は、保持筐体１０５および被駆動部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。このように設定することで、振動子１００、振動子保持部材１０２および保持筐体１０５には駆動時の慣性力による振動子１００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、本実施例では連結手段１１６を構成する転動部材としてローラー１０６ａ、１０６ｂを使用しているが、矢印Ａ方向へ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、本実施例では連結手段１１６を構成する付勢部材として板バネ１０７を使用しているが、振動子保持部材１０２と保持筐体１０５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。

移動部材１１２は、保持筐体１０５に接着やねじ止めなどで固定され、振動子１００で生じた駆動力を伝達する。すなわち、移動部材１１２は、振動子保持部材１０２および保持筺体１０５を介して振動子１００に連結されている。移動部材１１２には、フレキシブル基板１５０をガイドするガイド部１１２ａが形成されている。また、移動部材１１２には、それぞれ転動ボール（ガイド部材）１１４ａ〜１１４ｃが嵌入し、保持筐体１０５をｘ軸（光軸Ｏ）に沿ってガイドする３つのＶ溝（移動側案内部）が形成される。プレート部材（ガイド部材）１１３は、摩擦部材１０４の下部（摩擦部材１０４の摩擦接触面１０４ａとは反対側の面側）に配置される。摩擦部材１０４およびプレート部材１１３は、ネジ等により地板１１５に固定される。プレート部材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１１４ａ〜１１４ｃは、移動部材１１２に形成される移動側案内部と、プレート部材１１３に形成される固定側案内部により挟持される。これらの部材によって、保持筐体１０５は、振動子１００の移動に応じてｘ軸（光軸Ｏ）に沿って進退可能に支持される。このとき、移動部材１１２もｘ軸（光軸Ｏ）に沿って移動する。すなわち、移動部材１１２は、プレート部材１１３および転動ボール１１４ａ〜１１４ｃにより構成されるガイド部材により移動可能に保持される。なお、プレート部材１１３に形成される３つの固定側案内部は、本実施例では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。

本実施例では、超音波モータ１Ａをｚ軸方向において薄型化するために、加圧バネ１１１を振動子１００の上部に積み重ねるのではなく、振動子１００を囲うように４つの位置に配置している。本実施例では、複数の加圧バネ１１１により加圧力を発生させることで、加圧バネ１１１を小さくすることができる。また、振動子１００は、摩擦部材１０４に対して均一に加圧されることが好ましい。そこで、本実施例では、超音波モータ１ＡをＸＹ平面に対して平面視した場合、加圧バネ１１１を振動子１００の圧接部１００ａを囲むように離間して配置している。

連結手段（ローラー１０６ａ、１０６ｂおよび板バネ１０７）１１６は、ｘ軸に平行な方向（振動子１００の移動方向）およびｙ軸に平行な方向において、加圧バネ１１１の間（加圧バネ１１１よりも圧接部１００ａに近い位置）に配置される。すなわち、加圧バネ１１１は、ｘ軸に平行な方向およびｙ軸に平行な方向において、振動子１００を中心に連結手段１１６より外側に配置される。ここで、ｙ軸に平行な方向とは、振動子１００の移動方向および加圧バネ１１１の加圧方向に直交する方向である。なお、厳密に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）しているとみなされる。

フレキシブル基板１５０は、振動子１００の摩擦部材１０４に対する相対的な移動を阻害しないように配置される必要がある。本実施例では、図４に示されるように、フレキシブル基板１５０は、折り返されて配置される。フレキシブル基板１５０は、折り返すことで形成される屈曲部１５０ａと、圧電素子１０３に接続される接続部１５０ｂを備える。また、フレキシブル基板１５０は、摩擦部材１０４と移動部材１１２の間にプレート部材１１３を挟むように配置されている。摩擦部材１０４と移動部材１１２の距離が近い場合、屈曲部１５０ａの半径が小さくなり、屈曲部１５０ａにダメージが加わることがある。屈曲部１５０ａにダメージが加わった場合、フレキシブル基板１５０が断線等を引き起こすおそれがある。そのため、屈曲部１５０ａの半径は、なるべく大きく設定することが好ましい。しかしながら、単純に摩擦部材１０４と移動部材１１２の距離を広げて配置すると、超音波モータ１Ａの大型化につながってしまう。そこで、本実施例では、図５に示されるように、摩擦部材１０４には、振動子１００の圧接部１００ａに摩擦接触する摩擦接触面１０４ａとは反対側の面に、フレキシブル基板１５０を配置可能な凹形状１０４ｂが形成されている。摩擦部材１０４に凹形状１０４ｂを形成することで、屈曲部１５０ａにかかる屈曲の力を低減させることができる。なお、本実施形態では摩擦部材１０４に凹形状１０４ｂを形成しているが、フレキシブル基板１５０を配置可能であれば本発明はこれに限定されない。

以下、図６を参照して、フレキシブル基板１５０の配置方法について説明する。図６は、フレキシブル基板１５０の配置方法の説明図である。なお、図６では、説明を明瞭にするために代表的な部材のみを図示している。

まず、フレキシブル基板１５０は、図６（ａ）に示されるように、接続部１５０ｂが圧電素子１０３に接続され、振動子１００の相対移動方向に直交する方向（ｙ軸に平行な方向）へ引き出される。次に、フレキシブル基板１５０は、図６（ａ）の破線Ｄで折り曲げられ、図６（ｂ）に示される状態になる。このとき、フレキシブル基板１５０は、転動ボール１１４ａ、１１４ｂの間を通るように配置される。なお、転動ボール１１４ａと１１４ｂは、振動子１００が移動する場合、ｘ軸（光軸Ｏ）に沿って移動するが、移動範囲においてフレキシブル基板１５０とは干渉しないように配置される。

次に、フレキシブル基板１５０は、図６（ｂ）の破線Ｅで折り曲げられ、図６（ｃ）に示される状態になる。このとき、フレキシブル基板１５０は、移動部材１１２に形成されたガイド部１１２ａに沿って配置される。また、フレキシブル基板１５０の第１端である接続部１５０ｂとは異なる第２端は、矢印Ｆ方向へ伸びている。

次に、フレキシブル基板１５０は、図６（ｃ）の破線Ｇで屈曲部１５０ａが形成されるように折り返され、図６（ｄ）および図６（ｅ）に示されるＵターン形状になる。図６（ｅ）は、図６（ｄ）の状態の超音波モータ１Ａの正面図である。フレキシブル基板１５０の第２端は、矢印Ｈ方向へ伸びている。振動子１００が摩擦部材１０４に対して相対的に移動すると、屈曲部１５０ａが形成される位置も移動する。また、フレキシブル基板１５０は、転動ボール１１４ｂ、１１４ｃの間を通るように配置される。なお、転動ボール１１４ｂと１１４ｃは、振動子１００が移動する場合、ｘ軸（光軸Ｏ）に沿って移動するため、フレキシブル基板１５０とは干渉しない。

以上説明したように、フレキシブル基板１５０は、ｚ軸方向において摩擦部材１０４から移動部材１１２までの間に折り返して配置されることで、振動子１００の摩擦部材１０４に対する相対的な移動を阻害しない。また、このように既存のスペースにフレキシブル基板１５０を配置することで、超音波モータ１Ａを小型化することが可能となる。

図７および図８はそれぞれ、本実施例の超音波モータ１Ｂの要部断面図および正面断面図である。本実施例の超音波モータ１Ｂでは、摩擦部材（摺動部材）２０４とプレート部材（ガイド部材）２１３以外の部品については実施例１の超音波モータ１Ａと配置や形状など構成の変更はないため説明を省略する。各部品の参照番号についても、摩擦部材２０４とプレート部材２１３以外の部品については実施例１と同様としている。

図７に示されるように、本実施例では、摩擦部材２０４には凹形状は設けられていない。また、摩擦部材２０４とプレート部材２１３は、近接して配置されている。そのため、実施例１ではフレキシブル基板１５０は移動部材１１２と摩擦部材１０４の間にプレート部材１１３を挟むように配置されているが、本実施例ではフレキシブル基板１５０はプレート部材２１３と移動部材１１２の間に配置されている。すなわち、本実施例では、フレキシブル基板１５０の屈曲部１５０ａは、プレート部材２１３と移動部材１１２の間に配置される。このように、摩擦部材２０４と移動部材１１２の間に別の部材であるプレート部材２１３を配置した上で、フレキシブル基板１５０の屈曲部１５０ａをプレート部材２１３と移動部材１１２の間に配置することも可能である。

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、１Ａ、１Ｂ 超音波モータ（振動波モータ）
１００ 振動子
１０４ 摩擦部材（摺動部材）
１１２ 移動部材
１５０ フレキシブル基板
１５０ａ 屈曲部

Claims (8)

1. 振動子と、
   前記振動子と接触する摺動部材と、
   前記振動子に接続されるフレキシブル基板と、
   前記摺動部材の前記振動子と接触する接触面の反対側の面側に配置され、前記振動子とともに移動する移動部材と、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、
   前記フレキシブル基板は、折り返すことで形成され、前記振動子の移動に応じて前記振動子の移動方向に沿って形成される位置が変化する屈曲部を備え、
   前記屈曲部は、前記摺動部材と前記移動部材の間に形成されることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記摺動部材と前記移動部材の間に配置され、前記移動部材を前記振動子の移動方向に沿って移動可能に保持するガイド部材を更に有し、
   前記フレキシブル基板は、前記ガイド部材を挟むように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. 前記摺動部材の前記接触面の反対側の面には、前記フレキシブル基板を配置可能な凹形状が形成されることを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ。
4. 前記摺動部材と前記移動部材の間に配置され、前記移動部材を前記振動子の移動方向に沿って移動可能に保持するガイド部材を更に有し、
   前記屈曲部は、前記ガイド部材と前記移動部材の間に形成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。
5. 前記ガイド部材は、複数の転動部材を備え、
   前記フレキシブル基板は、前記複数の転動部材の間に配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の振動波モータ。
6. 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５のいずれか１項に記載の振動波モータ。
7. 前記フレキシブル基板は、前記圧電素子に接続される接続部を備えることを特徴とする請求項６に記載の振動波モータ。
8. 請求項１から７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。