JP2021058031A - 回転型の振動波駆動装置、光学機器、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は異音を抑え、安定化した性能を備えた回転型の振動波駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】 本発明の回転型の振動波駆動装置は、円環状の弾性体及び電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と接する円環状の接触体と、を備え、前記接触体は、本体部、前記本体部と接合層を介して接合される平面部、前記平面部の一端に設けられた前記振動体との接触端を有し、前記一端から他端に向けて前記接合層の厚みが厚い部位が設けられている。【選択図】 図５

Description

本発明は、振動体と接触体とを有し前記接触体を駆動する超音波モータに関するものである。

一般的に、超音波モータは駆動振動が形成される振動体と、振動体に加圧接触する接触体とを有し、振動体と接触体とを駆動振動により相対的に移動させる。振動体と接触体との接触部に適度な弾性を持たせることで異音の発生を抑制し、かつ力伝達が適正になされるため摺動効率を改善させることが可能となる。接触部の形状として、例えば特許文献１、２のような形状が提案されている。

特許文献１では接触部を窒化処理が施されたステンレス鋼板で作成し、接触部の一部をエッチング加工で除去することによりばね部を形成することで弾性を持たせている。このステンレス鋼板を別部材に接合させることで接触体を形成している。しかし、エッチング処理は加工に要する時間が長くなり加工コストが高くなってしまう課題があった。

特許文献２では、振動体と接触体との接触を担う接触部において接触体側の接触部にプレス加工等による曲げ加工を行い、断面がＣ型となるように形成されたリングを別部材の本体部に接着剤、金属ろう付け、溶接等の手段で接合する例が記載されている。このように構成することで、切削加工よりも工数の小さい曲げ加工を採用できるため、加工コストを大幅に低減することが可能となる。しかし、このように薄板の一部を曲げ加工した部材は反り等の影響により平面度が悪化し周方向の場所によってリングと本体部との接触状態が変化する。そのため、接触部の剛性が周方向の位置によって差が生じてしまい、接触体と振動体との接触状態にムラができるため異音が発生したり、接触部の摺動効率が低下し性能が低下したりするという課題があった。

特開２００６−２１１７５５ 特開２０１０−２６３７６９

本発明は異音を抑え、安定化した性能を備えた回転型の振動波駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の回転型の振動波駆動装置は、円環状の弾性体及び電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、
前記振動体と接する円環状の接触体と、を備え、前記接触体は、本体部、前記本体部と接合層を介して接合される平面部、前記平面部の一端に設けられた前記振動体との接触端を有し、前記一端から他端に向けて前記接合層の厚みが厚い部位が設けられている。

本発明によれば、接触部の静剛性の不均一性が緩和され、接触体と振動体との安定した接触状態を実現し、異音の発生を抑制する回転型の振動波駆動装置を提供する。

本発明の実施例１における回転型の振動波駆動装置の断面図を示す図である。 本発明の実施例１における回転型の振動波駆動装置の接触部の構造を示す図である。 本発明の実施例１における回転型の振動波駆動装置の効果を説明する図である。 本発明の実施例１における回転型の振動波駆動装置の接触部のその他の構造を示す図である。 本発明の実施例２における回転型の振動波駆動装置の接触部の構造を示す図である。 本発明の実施例２における回転型の振動波駆動装置の接触部のその他の構造を示す図である。 本発明の実施例２における回転型の振動波駆動装置の接触部のその他の構造を示す図である。

本発明の回転型の振動波駆動装置は、円環状の弾性体及び電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、
振動体と接する円環状の接触体と、を備え、接触体は、本体部、前記本体部と接合層を介して接合される平面部、平面部の一端に設けられた前記振動体との接触端を有する。そして前記一端から他端に向けて前記接合層の厚みが厚い部位が設けられている。以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１における回転型の振動波駆動装置の断面図を示す。円環状の弾性体と電気−機械エネルギー変換素子１０を有する振動体１は、不図示の電極によって交流電流を印可することにより進行波振動を励振させるようになっている。電気−機械エネルギー変換素子は圧電素子や電歪素子で構成でき、圧電素子を採用する場合は、圧電素子を構成する圧電材料としてＰＺＴ、あるいはチタン酸バリウム系材料など鉛を使わない圧電材料を用いてよい。

２は振動体１と接する円環状の接触体であり、付勢部材３により振動体１と接触体２とは加圧した状態で接触している。そして振動体１に励起する周方向に進行する進行波振動により、接触体２と振動体１とが周方向に相対的に移動可能に構成されている。また、付勢部材３と電気−機械エネルギー変換素子１０との間には、加圧伝達部材１１及び加圧受け部材１２を介しており、付勢部材３の付勢力が均等に加わるようになっている。付勢部材３として、本実施例では円環状の板バネを複数重ねたものを用いているが、ウェーブワッシャや複数のコイルバネ等を用いてもよい。また、加圧伝達部材１１としてはフェルトのほか、ゴムを用いることもできる。

振動体１は不図示の回転防止部材により、ベース部材４に対して相対的に回転しないように支持されている。図１中の上方に描かれた、接触体２における振動体１と接する部位と反対側の部位にはゴム部材６を介して錘５が取り付けられている。ゴム部材６の材質としてブチルゴムのほか、シリコンゴム等を用いることができる。また、本実施例では接触体２と錘５とを接合する手段としてゴム部材６を用いているが、ゴムを使わずに接着やねじ締結等の手段で固定してもよい。錘５はシャフト８と一体的に回転するようにシャフト８に支持されている。シャフト８はベース部材４に二つの回転軸受け７ａ、７ｂを介して相対的に回転可能に支持されている。回転軸受け７ｂはシャフト８からの抜け防止のため、抜け防止部材９によって図１中の紙面上下方向への変位が規制されるように位置決めされている。このため、振動体１と接触体２とは所定の回転軸を中心に相対的に回転移動するようになっている。また、回転軸受け７の代わりに滑り軸受けやスラストベアリング等の別形態の軸受けを用いてもよい。

図２を用いて接触体２の構成を説明する。図２は図１に示した断面図から、振動体１と接触体２とが互いに接する部分を拡大した図である。図２において、接触体２は接触部である平面部２０１と本体部２０２と、両者を接合する接合層２０３を備えている。平面部２０１には、この平面部２０１の一端を構成する振動体１と接する接触端がある。

接合層２０３としては２液性エポキシ接着剤や嫌気性接着剤等の接着剤や、ＵＶ硬化性接着剤、接着性のある樹脂等を用いることができる。接合層はそれら材料を含有していればよい。すなわち嫌気性およびＵＶ硬化性を兼ね備えた材料、あるいは嫌気性接着剤およびＵＶ硬化性接着剤の混合物であってもよい。
平面部２０１はＳＵＳ材で形成されており、プレス加工で母材から打ち抜くことで作成される。本体部２０２は黄銅等の切削性に優れた金属材料を切削加工として形成される。

接触体２は振動体１に対して摩擦接触した状態となるため、高耐久性を実現させるためには耐摩耗性に優れた材料が必要であり、接触部である平面部２０１はＳＵＳ材等で構成されることが望ましい。しかしながら、耐摩耗性に優れた材料は切削性に乏しく、本実施例の接触体２と同一の形状を全て切削加工で一体的に成型すると加工コストが大幅に上がってしまう。しかし、本実施例のようにプレス加工で形成した平面部２０１と快削性に優れた材料を切削加工してなる本体部２０２とを接合することで加工コストを大幅に低減することができる。

しかしながら、平面部２０１をプレス加工で成形すると、プレス時や平面部２０１の表面硬度を上げるための焼き入れ・焼きなまし加工等で反りが生じてしまうという課題がある。以下、この課題について説明する。

振動波アクチュエータにおいては、振動体１と接触体２との接触を担う接触部にはある程度の弾性があることが望ましい。弾性があることにより、接触部における不要振動の発生を抑制し異音の発生を抑制することが可能となる。この時、接触部において周方向の静剛性に差があると場所によって接触部の変形形状に差が生じてしまう。これにより、接触状態に差が生じてしまい、振動体で発生した進行波振動が均一に伝わらず異音が発生したり、駆動効率が低下したりするなどの問題が生じる。特に接触体として本実施例の弾性部と本環部のように複数の部材からなるものを用いた場合、弾性に反りがあったり、平面度が悪かったりすると接合層厚さにムラが生じてしまう。その結果、接合層の剛性の影響を大きく受けて静剛性の分布にばらつきが生じてしまうことになる。

以上の問題を解決するため、図２に示すように平面部２０１を円環状の振動体１における円の中心から円環状の接触体２における円の中心へ向かう方向に反りを生じさせた形状とする。さらには、本体部２０２の内周側の縁Ａと平面部２０１とが接した状態で、平面部２０１と本体部２０２とを接合層２０３を介して接合している。このため、接合層２０３は内周側から外周側に向けて傾斜した状態となり、それにより内周側よりも外周側の厚みが大きくなっている。本実施例では反りの大きさはとしては０．１ｍｍ〜０．２ｍｍを想定し、反りを傾斜角度で表現すれば水平方向を基準として１°〜４°の範囲を想定しているが、この範囲に限定されるものではない。

ここで、以上のように構成したときの効果を説明する。図３（ａ）は本実施例における接触体２の接触部付近に力Ｆが加わるときの概念を示した図である。図３（ａ）において、平面部２０１と不図示の振動体との接触部付近（接触端）に力Ｆが加わった時、平面部２０１と本体部２０２とは本体部２０２の内周側の縁Ａで接しているため、縁Ａを支点として平面部２０１を変位させるように力Ｆが作用する。そのため、平面部２０１が力Ｆを受けて変形するとき、縁Ａから平面部２０１の内周側縁までの範囲がバネとして作用する。それに対し、図３（ｂ）のように平面部２０１の反り方向が逆向きの時を考える。図３（ｂ）において、平面部２０１と不図示の振動体との接触部付近に力Ｆが加わった時、平面部２０１と本体部２０２とは平面部２０１の外周側の縁Ａで接しており、同様に縁Ａを支点として平面部２０１と接合層２０３を変位させるように力Ｆが作用する。すなわち、接触部付近（接触端）には平面部２０１の静剛性と接合層２０３の静剛性とを合成した静剛性が弾性部となり、バネとして作用する。すなわち、接合層２０３の厚さの影響が出てしまう。接合層２０３の厚さは平面部２０１の反りによって決定されるが、プレス加工で形成した平面部２０１の反りは周方向において一様ではない。そのため、図３（ｂ）の構成では接触部における接触体２の静剛性が周方向においてばらついてしまう。

以上説明したように、図３（ａ）のように構成することで接触体２の弾力として平面部２０１を支配的に作用させることができるようになり、接合層の影響を受けることなく安定した性能を発揮する回転型駆動装置を提供することが可能となる。図３（ａ）の構成を採用するにあたり一例を挙げれば、円環状の接触体の周方向において等間隔の３点に着目する。その際、円錐状の頂上部を切り欠いた形状に形成された平面部の一端に設けられた前記振動体との接触端を基準に、一端から他端に向かう方向に接合層の厚みが厚い部位が設けられていれば、効果を発揮する。

本実施例の他の構成として、図４に示すように本体部２０５において、中心から径方向に離れる方向に向けて肉厚が薄い部位を設けても同様の効果となる。本体部２０５の肉厚を径方向で変えることで平面部２０４にどのような反りが生じていたとしても反りの方向を気にすることなく接合することが可能となり、周方向位置による剛性の差を低減することができる。

図５は本実施例の第二実施形態における接触部付近の構成を示す図である。全体の基本的な構成は第一の実施例と同等であるため、説明は省略し第一の実施例と異なる部分についてのみ説明する。

本実施例においては振動体１３と接触体２２の形状が実施例１と異なっている。円環状の弾性体および電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体１３は、円環状の弾性体の径方向の断面が台形に近似した形状となっており、接触面が平面状に形成されているため実施例１よりも加工コストを低減することが可能となっている。なお、断面形状は台形に限らず、四角形であってもよい。接触体２２は本体部２０２と平面部２０７とで構成されており、平面部２０７の内径側の端部には立ち上げ部２０８が一体的に設けられている。平面部２０７に立ち上げ部２０８を設ける際にはプレス加工がコストの面から望ましいが、切削加工やエッチング加工等の手段で形成しても構わない。そして立ち上げ部２０８の端部が振動体１３と加圧接触し、振動体１３と接触体２２とが相対的に移動するように構成されている。

さらに、平面部２０７を、頂上部が円環状の弾性体の中心から円環状の接触体の中心へ向かって突出する円錐の、頂上部を切り欠いた形状とし、接合層２０９が内周側よりも外周側の厚みが大きくなるようにしている。

以上のように構成することで、振動体１３から付勢力Ｆが接触体２２に加わった時、平面部２０７全体が本体部２０２に押し付けられる。このとき、平面部２０７及び立ち上げ部２０８が本体部２０２から振動体１の中心軸の方向に突出している。そのため、本体部２０２と接着されていない平面部２０７の一部が弾性を持つバネとして作用し、本体部２０２の内周側の縁Ａを支点として平面部２０７の一部が弾性変形する。

実施例１と同様に接合層厚さの差は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍを想定しているが、十分な弾性が確保されれば差があればどのくらいの差であっても構わない。上述のように前記平面部は前記一端側で前記本体部と接する部位があることが重要である。

また、図６に示すように中心から径方向にはなれる方向に向けて肉厚が薄い部位を設けた本体部２０５に平面部２１０及び平面部２１０と一体的に形成された立ち上げ部２１２を接合してもよい。このようにしても接合層２１１の厚みは外周側の方が大きくなるため、同様の効果を持つ円環型振動波駆動装置を提供することが可能となる。本体部２０５の肉厚を径方向で変えることで平面部２１０にどのような反りが生じていたとしても反りの方向を気にすることなく接合することが可能となり、周方向位置による剛性の差を低減することができる。

さらに、図７に示すように、平面部２１３の一方の端部に立ち上げ部２１４を、もう一方の端部に第二の平面部２１６を設けてもよい。このようにしても接合層２１１の厚みは外周側の方が大きくなるため、同様の効果を持つ円環型振動波駆動装置を提供することが可能となる。さらに、接触体２４の振動体１３との接触部である平面部２１３をプレス等による曲げ加工等で形成する際の具体的構成を考えると以下の有利な点がある。すなわち立ち上げ部２１４付近の反りの方向が振動子１３に向かう方向になったとしても第二の平面部２１６と平面部２１３との間に曲げ加工を施すことで方向を修正することができる。

以上のように構成することで、実施例１よりも接触面の幅が狭くなるため、接触面の平面度等の影響を受けにくく、より安定した性能を発揮することが可能となる。

また、円環状の弾性体の中心から前記円環状の接触体の中心へ向かう方向に反った屈曲部により前記接触端が構成されていてもよく、屈曲部を複数備えていてもよい。

また本願発明の適用例として、光学素子と、撮像素子と、前述の回転型の振動波駆動装置を有し、回転型の振動波駆動装置の駆動により前記光学素子と前記撮像素子との相対位置が変わるように構成された光学機器を構成してもよい。また光学機器に限らず、前述の回転型の振動波駆動装置と、この回転型の振動波駆動装置に連結された可動部を有し、回転型の振動波駆動装置の駆動により前記可動部が変位するよう構成された電子機器を構成してもよい。

本発明は超音波モータ等の振動型駆動装置に利用可能である。

１ 振動体
２ 接触体
３ 付勢部材
４ ベース部材
５ 錘
６ ゴム部材
７ 回転軸受け
８ シャフト
９ 抜け防止部材
１０ 電気−機械エネルギー変換素子
１１ 加圧伝達部材
１２ 加圧受け部材
１３ 振動体
２０１ 平面部
２０２ 本体部
２０３ 接合層
２０４ 平面部
２０５ 本体部
２０７ 平面部
２０８ 立ち上げ部
２０９ 接合層
２１０ 平面部
２１１ 接合層
２１２ 立ち上げ部
２１３ 平面部
２１４ 立ち上げ部
２１５ 接合層
２１６ 第二の平面部

Claims (13)

1. 円環状の弾性体及び電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、
   前記振動体と接する円環状の接触体と、を備え、
   前記接触体は、本体部、前記本体部と接合層を介して接合される平面部、前記平面部の一端に設けられた前記振動体との接触端を有し、
   前記一端から他端に向かう方向に前記接合層の厚みが厚い部位が設けられた回転型の振動波駆動装置。
2. 前記接触端は前記平面部の端部と一体に設けられた立ち上げ部であることを特徴とする請求項１に記載の回転型の振動波駆動装置。
3. 前記接合層は前記一端から他端に向けて傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の回転型の振動波駆動装置。
4. 前記平面部は前記一端側で前記本体部と接する部位があることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
5. 前記一端から他端に向かう方向は前記円環状の接触体の径方向である請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
6. 前記円環状の接触体の中心に向かって、前記円環状の接触体の径方向に、前記接触端は前記本体部より突出していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
7. 前記平面部は、頂上部が円環状の弾性体の中心から円環状の接触体の中心へ向かって突出する円錐の、頂上部を切り欠いた形状である請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
8. 前記円環状の弾性体の中心から前記円環状の接触体の中心へ向かう方向に反った屈曲部により前記接触端が構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
9. 前記屈曲部を複数備えた請求項８に記載の回転型の振動波駆動装置。
10. 前記平面部はＳＵＳ材で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
11. 前記接合層はエポキシ接着剤、嫌気性接着剤、ＵＶ硬化性接着剤、あるいは樹脂、を含有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
12. 前記本体部は、前記円環状の接触体の中心から、前記円環状の接触体の径方向に離れる方向に向けて、肉厚が薄い部位を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置。
13. 光学素子と、
    撮像素子と、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の回転型の振動波駆動装置を有し、
    前記回転型の振動波駆動装置の駆動により前記光学素子と前記撮像素子との相対位置が変わるように構成された光学機器。

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