JP2019221072A - 振動波モータ及び振動波モータを備えた駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化した振動波モータを提供する。【解決手段】本発明の振動波モータ３は、圧電素子１０３と振動板１０２とからなる振動子１０４と、該振動子１０４と摩擦接触する摩擦部材１０１と、振動子１０４を摩擦部材１０１に加圧付勢する加圧手段１０９と、該摩擦部材１０１を保持する保持部材１１２と、を備え、振動子１０４と摩擦部材１０１とが相対移動し、加圧手段１０９は、相対移動の方向に沿って延在する回動軸１１１ａを有する回動部材１１１と該回動部材１１１を回動方向に付勢するための弾性部材１１０とにより構成され、保持部材１１２は、摩擦部材１０１の相対移動の方向の両端部の近傍で摩擦部材１０１を保持する。【選択図】 図２

Description

本発明は振動波モータ及び振動波モータを備えた駆動装置に関する。

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摩擦部材に加圧し接触することで駆動力を得ていた。このような超音波モータでは、振動子と摩擦部材との圧接部を所定の値で一定に加圧することで所望の駆動力を発生している。特許文献１においては、摩擦部材に対して振動子が接触する背面に振動子の加圧部材を配置し、振動子を摩擦部材へと加圧していた。

特開２０１５−１２６６９２号公報

しかしながら、特許文献１においては各部材が積み重なるように配置されるため、ユニットの厚み方向の小型化が難しかった。

本発明の目的は、小型化した振動波モータを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の振動波モータは、圧電素子と振動板とからなる振動子と、該振動子と摩擦接触する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に加圧付勢する加圧手段と、該摩擦部材を保持する保持部材と、を備え、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動し、前記加圧手段は、前記相対移動の方向に沿って延在する回動軸を有する回動部材と該回動部材を回動方向に付勢するための弾性部材とにより構成され、前記保持部材は、前記摩擦部材の前記相対移動の方向の両端部の近傍で前記摩擦部材を保持することを特徴とする。

本発明によれば、小型化した振動波モータを提供することができる。

（Ａ）本発明の振動波モータ３の平面図である。（Ｂ）、（Ｃ）同断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）本発明の振動波モータ３の可動部１１７が端部に位置する場合を示す図である。（Ｃ）比較例を示す図である。 本発明の振動波モータ３を備えた駆動装置を示す断面図である。

（実施例）
以下に、本発明の好ましい実施例を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面において、後述の振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動の方向をＸ軸方向、加圧手段１０９の加圧方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向と定義する。本実施例における振動波モータ３（超音波モータ）は、以下に述べる各部材により構成されている。

図１（Ａ）は、本発明の振動波モータ３の平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の断面線ＩＢ−ＩＢにおける振動波モータ３の断面図、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の断面線ＩＣ−ＩＣにおける振動波モータ３の断面図をそれぞれ示している。

振動子１０４は、弾性を有する振動体である振動板１０２と圧電素子１０３により構成されている。振動板１０２と圧電素子１０３は、公知の接着材等により固着されており、圧電素子１０３は、電圧を印加することにより超音波領域の周波数の振動（超音波振動）を励振する。

振動子１０４は、振動子保持部材１０５に公知の接着剤等によって固定されている。振動子保持部材１０５は、薄板板金１０８を介して可動枠体１０７と連結されている。薄板板金１０８によって連結されることで、振動子保持部材１０５と可動枠体１０７はＹ軸方向及びＸ軸方向にはガタなく連結されながら、Ｚ軸方向には負荷なく相対移動することができる。なお、可動枠体１０７は可動側レール部材１１５に固定されている。以上、振動子１０４、振動子保持部材１０５、可動枠体１０７、薄板板金１０８、可動側レール部材１１５により可動部１１７が構成される。

引張りバネ等で構成される弾性部材１１０は、回動部材１１１と可動側レール部材１１５を連結し、振動子１０４を摩擦部材１０１へ摩擦接触させるＺ軸方向の加圧力を付与している。回動部材１１１は、相対移動の方向に直交するＹ軸方向の一方の側面（第１側面）の側に回動軸１１１ａを備え、一方の側面と対向する他方の側面（第２側面）の側に弾性部材１１０が係合している。回動軸１１１ａは、相対移動の方向に沿って延在し、可動側レール部材１１５が有する回動接続部１１５ａが回動軸１１１ａに係合し、回動軸１１１ａを回転中心として回動部材１１１が回動可能に構成されている。すなわち、回動軸１１１ａと回動接続部１１５ａは、ヒンジ構造を形成しており、本発明ではヒンジ構造が相対移動の方向において回動部材１１１の長さより短くなっている。また図１（Ａ）において、弾性部材１１０は２つ設けられているが、回動軸１１１ａ又は弾性部材１１０のいずれかは、振動波モータ３の相対移動の方向の略中央に１つのみに配置されていてもよい。回動部材１１１は、さらに相対移動の方向の略中央に加圧部を構成する球状突起部１１１ｂを備えており、この球状突起部１１１ｂを介して緩衝部材１０６と接触し加圧力を伝達している。緩衝部材１０６は回動部材１１１の加圧部と圧電素子１０３の直接接触を防ぎ、圧電素子１０３の損傷を防止している。弾性部材１１０と回動部材１１１により加圧手段１０９が構成される。

摩擦部材１０１の両端部の近傍は、保持部材１１２の連結部１１２ａに保持される。保持部材１１２はさらに固定側レール部材１１３も保持しており、保持部材１１２、摩擦部材１０１、固定側レール部材１１３により固定部１１６が構成される。

可動側レール部材１１５は、可動側案内部であるＸ軸方向へと延在する不図示の２つの溝を備えており、それぞれの溝に転動ボール１１４が配置されている。一方、可動側レール部材１１５に対向して配置される固定側レール部材１１３にも、固定側案内部であるＸ軸方向へと延在する不図示の２つの溝が備えられている。固定側レール部材１１３が有する固定側案内部と、可動側レール部材１１５が有する可動側案内部により転動ボール１１４が挟持されており、この構成により可動部１１７がＸ軸方向へ直進案内される。

振動板１０２は接触部１０２ａを備え、接触部１０２ａは摩擦部材１０１に弾性部材１１０の加圧力により加圧付勢された状態で接触している。圧電素子１０３に駆動電圧が印加されると超音波振動が励振され、振動子１０４に共振現象が起こる。この時、振動子１０４には２種類の定在波が発生し、振動板１０２の接触部１０２ａに略楕円運動が起こる。振動板１０２の接触部１０２ａと摩擦部材１０１の加圧接触状態において、接触部１０２ａに発生した楕円運動が効率的に摩擦部材１０１へと伝達される。その結果、固定部１１６に対し可動部１１７はＸ軸方向に移動する。

図１（Ｂ）には、摩擦部材１０１の加圧方向の厚さＴ１、振動子１０４の加圧方向の厚さＴ２及び弾性部材１１０の加圧方向の厚さＴ３がそれぞれ示されている。従来の構成では、各部材が積み重なるように配置されているので、装置全体の加圧方向の小型化が難しかった。本発明では、回動接続部１１５ａを中心として回動可能に回動部材１１１を構成し、弾性部材１１０により回動部材１１１を回動方向に付勢する構成をとっている。そのため、弾性部材１１０を摩擦部材１０１及び振動子１０４に積み重ならないように配置することが可能となり、ユニットの加圧方向の小型化が実現できる。ここで、厚さＴ３の加圧方向の位置が厚さＴ１及び厚さＴ２の両方に重複する配置になっているが、厚さＴ１又は厚さＴ２のどちらか一方だけに重複しても本発明の効果を得ることができるため、そのような配置であっても構わない。

また、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回動部材１１１は、加圧方向から見た振動子１０４の投影面の略中心において、球状突起部１１１ｂで緩衝部材１０６と接触し加圧力を伝達している。この構成により、回動部材１１１の回動軸１１１ａと可動側レール部材１１５の回動接続部１１５ａにおける回動角度がＺ軸と直交する角度から傾いた状態においても、常に安定して加圧力が緩衝部材１０６へ伝達される。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の振動波モータ３が相対移動の方向の駆動端に位置している状態を示しており、可動部１１７は固定部１１６との相対移動の方向において、振動波モータ３のユニット内での駆動端に位置している。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の断面線ＩＩＡ−ＩＩＡにおける断面図を示している。すなわち、振動子１０４が相対移動の方向において摩擦部材１０１の端に位置している。この時、弾性部材１１０と保持部材１１２の連結部１１２ａは、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動の方向と直交するＹ軸方向から見て重複している。この構成により、加圧方向の小型化だけでなく相対移動の方向の小型化も可能となる。

次に図２（Ｂ）及び（Ｃ）を用いて、相対移動の方向への小型化をより具体的に説明する。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に対しての比較例を示している。図２（Ｂ）には、保持部材１１２の連結部１１２ａの相対移動の方向の寸法を長さＬ１、可動部１１７の相対移動の方向の寸法を長さＬ２、振動波モータ３の相対移動の方向の寸法を長さＬ３とする寸法がそれぞれ示されている。本発明の振動波モータ３の構成では、弾性部材１１０と連結部１１２ａがＹ軸方向で重複するため、可動部１１７の駆動範囲Ｒにおいて、可動部１１７は相対移動の方向にストロークＳだけ駆動が可能である。

一方、本発明の構成をとらない比較例では、図２（Ｃ）に示すように、弾性部材１１０と連結部１１２ａがＹ軸方向で重複しないので、弾性部材１１０が連結部１１２ａと干渉している。そのため、本発明と同様な駆動範囲ＲとストロークＳを確保するためには、２つの弾性部材１１０の相対移動の方向の長さＬ４を考慮することが必要であり、結果として装置の長手方向の寸法が長さＬ３’となり、振動波モータ３の長さＬ３より長くなってしまう。

本発明と比較例を比較すると、相対移動の方向のストロークＳが同じ場合、本発明の構成をとることで相対移動の方向の寸法を小型化することができる。もしくは、両方の場合において相対移動の方向の振動波モータ３の寸法を長さＬ３とした場合、本発明の構成をとることで駆動可能なストロークＳを長くすることができる。以上の構成により、振動波モータ３の厚さと長さを短くし、装置を小型化するとともに、安定した加圧を実現するこができる。

（適用例）
図３は、本発明を適用可能な撮像装置の構成を表している。なお、本説明において振動波モータ３を備えた駆動装置が撮像装置に搭載された場合について説明するが、本発明を限定するものではない。また、後述の撮像レンズ部１とカメラボディ２が一体となっている撮像装置について説明をするが、撮像レンズ部１は交換可能なレンズであっても構わない。

図３において、撮像レンズ部１と、カメラボディ２によって撮像装置本体が構成されている。撮像レンズ部１の内部において、光学レンズ４は振動波モータ３の可動部１１７と連結されており、振動波モータ３を構成する振動子１０４が移動することにより、光学レンズ４は光軸６（Ｘ軸方向）と略平行な方向に移動可能となる。これら光学レンズ４を含む鏡筒と振動波モータ３とにより、本発明の駆動装置が構成される。光学レンズ４が合焦レンズである駆動装置においては、撮像時に合焦レンズが光軸６と略平行な方向に移動し、被写体像は撮像素子５の位置で結像し、合焦した像を生成することが可能となる。なお、図３では、振動波モータ３により駆動される被駆動体が光学レンズ４である例を説明したが、振動波モータ３により駆動される被駆動体を有する駆動装置であれば、例えば被駆動体が撮像素子５やステージである駆動装置にも適用可能である。

３ 振動波モータ
４ 光学レンズ
１０１ 摩擦部材
１０２ 振動板
１０３ 圧電素子
１０４ 振動子
１０９ 加圧手段
１１０ 弾性部材
１１１ 回動部材
１１１ａ 回動軸（ヒンジ構造）
１１１ｂ 球状突起部
１１２ 保持部材
１１２ａ 連結部
１１５ａ 回動接続部（ヒンジ構造）

Claims (11)

1. 圧電素子と振動板とからなる振動子と、
   該振動子と摩擦接触する摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に加圧付勢する加圧手段と、
   該摩擦部材を保持する保持部材と、を備え、
   前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動し、
   前記加圧手段は、前記相対移動の方向に沿って延在する回動軸を有する回動部材と該回動部材を回動方向に付勢するための弾性部材とにより構成され、
   前記保持部材は、前記摩擦部材の前記相対移動の方向の両端部の近傍で前記摩擦部材を保持することを特徴とする振動波モータ。
2. 前記回動部材は、前記相対移動の方向に直交する方向の第１側面の側に前記回動軸を備え、前記第１側面と対向する第２側面の側に前記弾性部材が備えられ、前記弾性部材が前記回動部材を付勢し、前記回動部材が回動することにより前記振動子が加圧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. 前記保持部材は、前記摩擦部材の前記両端部の近傍で前記摩擦部材を保持するための連結部を備え、
   前記振動子と前記摩擦部材の前記相対移動の駆動端の位置において、前記相対移動の方向に直交する方向から見て、前記弾性部材と前記連結部とは、重複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. 前記弾性部材は、前記振動子を前記摩擦部材に前記加圧付勢する加圧方向の位置が、前記振動子もしくは前記摩擦部材と重複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. 前記回動部材は、前記加圧手段の加圧方向からみた前記振動子の投影面の略中心において、球状突起部を介して前記振動子へ加圧力を伝達す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. 前記回動軸はヒンジ構造を形成し、前記ヒンジ構造は前記相対移動の方向において前記回動部材の長さより短い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. 前記弾性部材は引張りバネで構成され、前記引張りバネは、前記相対移動の方向において１つ配置されてい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. 前記回動軸又は前記弾性部材のいずれかは、前記相対移動の方向の略中央のみに配置され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。
9. 前記振動子は、超音波領域の周波数の振動を発生し、前記振動波モータは超音波モータであ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. 前記振動波モータにより駆動される被駆動体を有す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を備えた駆動装置。
11. 前記被駆動体は、光学レンズであることを特徴とする請求項１０に記載の駆動装置。

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