JP2024000619A - 振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異音の発生を抑制可能な振動波駆動装置を提供すること。
【解決手段】振動波駆動装置は、電気－機械エネルギ変換素子により振動が励起される振動子と該振動子と接触面で接触する摩擦部材とを第１方向へ相対移動させる振動波駆動装置であって、振動子を保持する保持部材と、振動子を接触面に直交する第２方向へ加圧する加圧部材と、保持部材を、第１方向における変位を制限しつつ第２方向において変位可能に支持する支持部材と、第２方向において保持部材と支持部材との間に配置される粘弾性部材とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動波駆動装置に関する。

圧電素子の圧電効果による変形を駆動源とする摩擦駆動型の振動波駆動装置（超音波モータ）を駆動する場合、圧電素子が接着されている振動子が振動する。振動子は摩擦部材と摩擦接触するため、振動子には圧電素子の振動以外に摩擦接触により引き起こされる振動が伝達される。この振動が振動子を保持する保持部材まで伝達されると、保持部材の振動により異音が発生し、静粛性が保たれなくなる。特許文献１には、保持部材の加圧方向への振動を抑制するために、加圧方向から見て保持部材、保持部材保持枠、及び加圧部材の複数の部材に重ならない位置に配置されると共に、複数の部材に接触する振動減衰部材を有する構成が開示されている。特許文献２には、保持部材の加圧方向に直交する方向の振動を抑制するために、保持部材と保持部材保持枠の加圧方向に直交する方向の面の間に振動減衰部材を設ける構成が開示されている。

特開２０２１―２９６７号公報 特開２０１９―１２６２２０号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、撓み方向の減衰力だけで減衰を行うので、振動抑制効果は低く異音が発生する恐れがある。また、特許文献２の構成では、主に異音を発生させるモードである加圧方向へ振動するモードに対しての減衰効果は低く、異音が発生する恐れがある。

本発明は、異音の発生を抑制可能な振動波駆動装置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駆動装置は、電気－機械エネルギ変換素子により振動が励起される振動子と該振動子と接触面で接触する摩擦部材とを第１方向へ相対移動させる振動波駆動装置であって、振動子を保持する保持部材と、振動子を接触面に直交する第２方向へ加圧する加圧部材と、保持部材を、第１方向における変位を制限しつつ第２方向において変位可能に支持する支持部材と、第２方向において保持部材と支持部材との間に配置される粘弾性部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、異音の発生を抑制可能な振動波駆動装置を提供することができる。

実施例１の振動波駆動装置の斜視図である。 実施例１の振動波駆動装置の駆動力取り出し部の断面図である。 実施例１の振動波駆動装置の分解斜視図である。 実施例１の振動波駆動装置のＸ軸方向の断面図である。 実施例１の保持部材、保持部材保持枠、及び粘弾性部材の説明図である。 実施例１の保持部材と保持部材保持枠の斜視図である。 実施例１の振動波駆動装置をＹ軸の正の方向から見た図である。 実施例２の保部材、保持部材保持枠、及び粘弾性部材の説明図である。 実施例２の保持部材と保持部材保持枠の斜視図である。 実施例２の保持部材と保持部材保持枠に設けられた凸部の斜視図である。 実施例３の保持部材、保持部材保持枠、及び粘弾性部材の説明図である。 実施例３の保持部材と保持部材保持枠の斜視図である。 実施例４の保持部材、保持部材保持枠、及び粘弾性部材の説明図である。 実施例４の保持部材と保持部材保持枠の斜視図である。

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。

各実施例の振動波駆動装置は、例えばレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、レンズ交換式のデジタルビデオカメラ等に好適なものである。

各実施例では、振動子及び摩擦部材の相対的な移動方向をＸ軸方向（駆動方向、第１方向）、Ｘ軸に直交し、振動子を摩擦部材に対して加圧する方向（加圧方向）をＹ軸方向（第２方向）、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。Ｙ軸方向は、摩擦部材の振動子との接触面に直交する。また、各軸において矢印方向を正の方向、矢印方向と反対方向を負の方向とする。各実施例では、加圧方向はＹ軸の正の方向である。なお、各実施例の座標系は説明の便宜上のものであって、本発明はこれに限定されない。

図１乃至図４はそれぞれ、本実施例の振動波駆動装置１００の斜視図、駆動力取り出し部の断面図、分解斜視図、及びＸ軸方向の断面図である。

振動波駆動装置１００は、直動タイプのリニアアクチュエータで、Ｘ軸方向への駆動力を発生させる。図２に示される突起形状の駆動力取り出し部１６ａには、被駆動部１７に設けられた連結用溝部１７ａが図示しないばねにより付勢された状態で連結されている。振動波駆動装置１００は、被駆動部１７をＸ軸方向へ移動させることができる。

まず、振動波駆動装置１００が駆動力を発生させるメカニズムについて説明する。図３に示されるように、振動波駆動装置１００は、接着剤等により互いに固着された圧電素子（電気－機械エネルギ変換素子）１及びボスプレート２から構成され、圧電素子１により振動が励起される振動子３を有する。フレキシブル基板１２は、異方性導電ペースト等で機械的及び電気的に圧電素子１に接続される。圧電素子１には、２つの分割された電極が設けられている。２つの電極にそれぞれ時間的な位相差π／２を持つ２相の高周波電圧を印加することで、図４に示されるボスプレート２の突起部２ａには楕円運動が発生する。この際、圧電素子１に印加する高周波電圧の周波数や位相差を変えることで、楕円の回転方向や楕円比を適宜変化させることができる。このため、振動子３は、加圧プレート８からの加圧力により、ベース部材１３に固定された摩擦部材１４に摩擦接触し楕円運動を行うことで、摩擦部材１４に対して相対的に移動する駆動力を発生させる。すなわち、振動子３は、摩擦部材１４に対して、Ｘ軸方向へ相対移動する。

次に、加圧プレート８から振動子３に加圧力を伝達する構造について説明する。加圧力は、加圧プレート８、引っ張りコイルバネ７、フェルト５、伝達部材６、及びムーブプレート１６により発生する。引っ張りコイルバネ７は、引き伸ばされた状態で第１端がムーブプレート１６、第２端が加圧プレート８に接続され、縮む方向へ加圧力を発生する。発生した加圧力は、フェルト５と伝達部材６を介して振動子３に作用する。

次に、振動子３、振動子３を保持する保持部材４、及び保持部材保持枠（支持部材）１１の連結について説明する。図３及び図４に示されるように、ボスプレート２には、Ｘ軸方向へ離間した２つの穴部２ｂが形成されている。保持部材４は、２つの穴部２ｂに挿入される固定用のピン４ａを備える。ピン４ａは、穴部２ｂに挿入された後、接着剤等によって固定される。保持部材保持枠１１は、ビス２０によりムーブプレート１６に連結されると共に、保持部材４に係合する。保持部材保持枠１１は、保持部材４を、Ｘ軸方向における変位を制限しつつＹ軸方向において変位可能に支持する。

保持部材４のＸ軸方向の各端部では、ローラー部材９を挟んで内側には保持部材４、外側には保持部材保持枠１１が配置されている。板バネ１０は、接着等により保持部材保持枠１１に固定され、ローラー部材９を介して、保持部材４をＸ軸方向へ付勢する。これにより、ローラー部材９は、保持部材４をＸ軸方向へ弾性付勢する。すなわち、保持部材４は、ローラー部材９を介して保持部材保持枠１１に付勢される。保持部材４は、保持部材保持枠１１に対してＸ軸方向へ付勢されるだけでなく、ローラー部材９の転動によってＹ軸方向へ移動可能である。このような構成により、保持部材４は保持部材保持枠１１に対してＹ軸方向への移動の自由度と、Ｚ軸周りに傾く自由度を有する。

以上の構成により、保持部材４と保持部材保持枠１１は、駆動方向であるＸ軸方向にはガタの発生がなく、Ｙ軸方向にはローラー部材９の転動作用により摺動抵抗がほとんど発生しない連結を実現することができる。

保持部材４では、Ｙ軸方向の摺動抵抗がほとんど発生しないため、他の部材からの振動等の理由で励振が起こると、例えば図４に示される矢印方向のＺ軸周りの振動等の不要振動が起こりやすい。そこで、本実施例では、Ｙ軸方向において保持部材４と保持部材保持枠１１との間にゴム材やゲル材等の粘弾性部材１９を配置する。これにより、保持部材保持枠１１と粘弾性部材１９がダンパーの役割を果たし、保持部材４の不要振動を抑制することができる。

以下、粘弾性部材１９の配置箇所とその効果について説明する。

図５（ａ）と図５（ｂ）はそれぞれ、保持部材４、保持部材保持枠１１、及び粘弾性部材１９の分解斜視図とＸ軸の負の方向から見た図である。図６（ａ）と図６（ｂ）はそれぞれ、保持部材４と保持部材保持枠１１の斜視図である。保持部材４と保持部材保持枠１１はそれぞれ、互いに対向する面（第１面、第３面）４ｂと面（第２面、第４面）１１ａを備える。粘弾性部材１９は、面４ｂ，１１ａの間に配置される。

次に図７を参照して、保持部材４の振動抑制について説明する。図７は、本実施例の振動波駆動装置１００をＹ軸の正の方向から見た図である。保持部材保持枠１１は、ビス２０でムーブプレート１６に締結される。ムーブプレート１６は、３つのボール部材１８（転動部材）を介してボールベース１５に係合する。ボールベース１５は、ビス２１でベース部材１３に締結される。ベース部材１３は、不図示のビスで鏡筒に締結される。ビス２０で締結されるムーブプレート１６が３つのボール部材１８を介してボールベース１５に係合するため、保持部材保持枠１１はＹ軸方向とＺ軸周りの回転方向の自由度を拘束される。

上記構成により、保持部材４と保持部材保持枠１１との間に粘弾性部材１９を配置することで、保持部材４がＹ軸方向又はＺ軸周りの回転方向へ変位しようとした場合、保持部材保持枠１１と粘弾性部材１９がダンパーの役割を果たす。これにより、保持部材４の振動を抑制することができる。

特許文献１の構成では、Ｙ軸方向から見た場合、振動減衰部材と他の部材との接触領域が重ならない。このような構成では、例えば図４に示されるＺ軸周りの振動に対しては、振動減衰部材の配置箇所での撓みと、振動を抑制する力が小さいため減衰効果も小さく、効果的にＺ軸周りの振動を抑制することが困難である。一方、本実施例では、粘弾性部材１９は、図４と図５に示されるように、Ｙ軸方向において向かい合うように形成された面４ｂ，１１ａの間に配置される。すなわち、本実施例では、Ｙ軸方向から見た場合、保持部材４と粘弾性部材１９との当接箇所の少なくとも一部は、保持部材保持枠１１と粘弾性部材１９との当接箇所の少なくとも一部と重なる。面４ｂ，１１ａの間は、Ｘ軸方向において、保持部材４のＸ軸方向の両端の位置と同じ位置であり、Ｚ軸周りの振動変位が大きい位置である。これにより、Ｚ軸周りの振動変位が大きい位置で加圧方向の減衰を作用させることができるため、効果的にＺ軸周りの振動を抑制することができる。

なお、振動子３にＹ軸方向の不要な力が多く加わると、加圧プレート８から振動子３に伝達される加圧を阻害しやすくなり、駆動特性の悪化や、圧電素子１とボスプレート２の接着剥がれ等の問題が起こる可能性がある。そこで、粘弾性部材１９からのＹ軸方向の反力を低減するために、粘弾性部材１９には硬度の低い材料を使用することが好ましい。例えば、粘弾性部材１９として、ブチルゴム等を使用すればよい。

本実施例の振動波駆動装置は、実施例１の振動波駆動装置１００と基本的な構成は同じである。本実施例では、実施例１と異なる構成についてのみ説明し、同一の構成については説明を省略する。

図８（ａ）と図８（ｂ）はそれぞれ、保持部材４２、保持部材保持枠（支持部材）１１２、及び粘弾性部材１９２の分解斜視図とＸＹ平面の断面図の一部を示す図である。保持部材４２と保持部材保持枠１１２はそれぞれ、互いに対向する面（第１面）４２ａと面（第２面）１１２ａを備える。面４２ａは、保持部材４２のＸ軸方向の両端に形成されている。粘弾性部材１９２は、面４２ａ，１１２ａの間に配置される。本実施例では、例えば、粘弾性部材１９として、ブチルゴム等が使用される。

図９（ａ）と図９（ｂ）はそれぞれ、保持部材４２と保持部材保持枠１１２の斜視図である。面４２ａには、先端が尖った形状の凸部（第１凸部）４２ｂが設けられている。面１１２ａには、先端が尖った形状の凸部（第２凸部）１１２ｂが設けられている。本実施例では、凸部４２ｂ，１１２ｂは、先端が円錐形状に形成される。凸部４２ｂ，１１２ｂは、粘弾性部材１９２に食い込むように設けられている。これにより、食い込んだ凸部１１２ｂと粘弾性部材１９２がダンパーの役割を果たし、保持部材４２の振動を抑制する。また、凸部４２ｂが粘弾性部材１９２に食い込んでいるため、Ｚ軸周りの振動のようなＹ軸方向の振動減衰だけでなく、Ｘ軸方向への並進振動に対しても減衰効果が発揮される。

本実施例では、保持部材４２と保持部材保持枠１１２は、凸部４２ｂ，１１２ｂが粘弾性部材１９２に当接するように構成されている。このため、面接触よりも粘弾性部材１９２から受けるＹ軸方向の反力を小さくすることができ、振動子３への加圧力を阻害しにくい。

凸部４２ｂは、図９に示されるようにＸ軸方向において２つの位置に設けられている。各位置において、凸部４２ｂは３個設けられている。凸部１１２ｂも同様である。図１０に示されるように、凸部４２ｂ，１１２ｂは、Ｙ軸方向から見た場合、重ならないように設けられている。これにより、部品公差で凸部４２ｂ，１１２ｂの食い込み量が変化したとしても、粘弾性部材１９２は変形部１９２ａとして面方向（Ｙ軸の正の方向及び負の方向）へ変形することができる。そのため、加圧力を分散し、反力を小さくすることができる。

本実施例の振動波駆動装置は、実施例１の振動波駆動装置１００と基本的な構成は同じである。本実施例では、実施例１と異なる構成についてのみ説明し、同一の構成については説明を省略する。

図１１（ａ）と図１１（ｂ）はそれぞれ、保持部材４３、保持部材保持枠（支持部材）１１３、及び粘弾性部材１９３の分解斜視図とＸＹ平面の断面図の一部を示す図である。保持部材４３と保持部材保持枠１１３はそれぞれ、互いに対向する面（第１面）４３ａと面（第２面）１１３ａを備える。粘弾性部材１９３は、面４３ａ，１１３ａの間に配置される。本実施例では、例えば、粘弾性部材１９３として、ゲル等の流動性が高く、化学反応により硬化する物質（素材）が使用される。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）はそれぞれ、保持部材４３と保持部材保持枠１１３の斜視図である。面４３ａは、保持部材４３に設けられた凹部４３ｂの底面である。粘弾性部材１９３は、凹部４３ｂに配置される。面１１３ａには、凸部１１３ｂが形成されている。本実施例では、凸部１１３ｂがＹ軸に対して斜め方向から粘弾性部材１９３に食い込む。Ｙ軸に対して垂直に食い込むように構成した場合、粘弾性部材１９３からの反力によりＹ軸方向への振動に対する減衰効果は大きいが、Ｘ軸方向の振動に対しては凸部１１３ｂと粘弾性部材１９３の摩擦力による減衰しか働かないため、効果が小さい。本実施例では、Ｙ軸に対して角度を持って粘弾性部材１９３に食い込むため、Ｘ軸方向の振動に対して粘弾性部材１９３からの反力が働き、減衰効果を大きくすることができる。これにより、食い込んだ凸部１１３ｂと粘弾性部材１９３がダンパーの役割を果たし、保持部材４３の振動を抑制することができる。また、凸部１１３ｂがＹ軸に対して斜め方向から粘弾性部材１９３に食い込んでいるため、Ｚ軸周りの振動のようなＹ軸方向の振動減衰だけでなく、Ｘ軸方向への並進振動に対しても減衰効果を発揮することができる。なお、保持部材４３に凸部を設け、保持部材保持枠１１３に凹部を設けてもよい。

本実施例では、粘弾性部材１９３は、実施例１の振動波駆動装置１００をモータ状態まで組み上げ、振動子３への加圧力が設定された後に外部から注入され、硬化する。これにより、凸部１１３ｂからの余分な加圧力が粘弾性部材１９３に作用しないため、粘弾性部材１９３からのＹ軸方向への反力が生じず、振動子３への加圧力を阻害しない。また、部品公差により寸法が変化したとしても、粘弾性部材１９３と凸部１１３ｂは安定してダンパーの役割を果たすので、保持部材４３の振動を減衰させることができる。なお、組み立て後に粘弾性部材１９３を注入してもよいが、予め粘弾性部材１９３を注入し、組み立て後に硬化させてもよい。

本実施例の振動波駆動装置は、実施例１の振動波駆動装置１００と基本的な構成は同じである。本実施例では、実施例１と異なる構成についてのみ説明し、同一の構成については説明を省略する。

粘弾性部材は、実施例１乃至３では保持部材の長手方向の端部に設けられるが、本実施例では保持部材の短手方向の端部に設けられる。

図１３（ａ）と図１３（ｂ）はそれぞれ、保持部材４４、保持部材保持枠（支持部材）１１４、及び粘弾性部材１９４の分解斜視図とＹＺ平面の断面図である。保持部材４４と保持部材保持枠１１４はそれぞれ、互いに対向する面（第１面）４４ａと面（第２面）１１４ａを備える。粘弾性部材１９４は、面４４ａ，１１４ａの間に配置される。本実施例では、例えば、粘弾性部材１９４として、ブチルゴム等が使用される。

図１４（ａ）と図１４（ｂ）はそれぞれ、保持部材４２と保持部材保持枠１１２の斜視図である。本実施例では、面４４ａは、保持部材４４のＸ軸方向と平行な２辺上に設けられる。粘弾性部材１９４は、保持部材４４のＸ軸方向と平行な２辺上に設けられる。これにより、保持部材保持枠１１４と粘弾性部材１９４がダンパーの役割を果たし、Ｙ軸方向の振動だけでなく、Ｘ軸周りの回転振動モードに対しても強い減衰効果を発揮することができる。

また、面４４ａ，１１４ａを、実施例２や実施例３で示した形状にすることで粘弾性部材１９４からの反力の影響を抑えることができる。

本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
電気－機械エネルギ変換素子により振動が励起される振動子と該振動子と接触面で接触する摩擦部材とを第１方向へ相対移動させる振動波駆動装置であって、
前記振動子を保持する保持部材と、
前記振動子を前記接触面に直交する第２方向へ加圧する加圧部材と、
前記保持部材を、前記第１方向と前記第２方向において拘束する支持部材と、
前記第２方向において前記保持部材と前記支持部材との間に配置される粘弾性部材とを有することを特徴とする振動波駆動装置。
（構成２）
前記保持部材と前記支持部材はそれぞれ、互いに対向する第１面と第２面を備え、
前記粘弾性部材は、前記第１面と前記第２面との間に配置されることを特徴とする構成１に記載の振動波駆動装置。
（構成３）
前記保持部材と前記支持部材はそれぞれ、互いに対向する第３面と第４面を備え、
前記粘弾性部材は、前記第３面と前記第４面との間に配置されることを特徴とする構成２に記載の振動波駆動装置。
（構成４）
前記第２の方向から見た場合、前記保持部材と前記粘弾性部材との当接箇所の少なくとも一部は、前記支持部材と前記粘弾性部材との当接箇所の少なくとも一部と重なることを特徴とする構成１乃至３の何れか一つの構成に記載の振動波駆動装置。
（構成５）
前記保持部材と前記支持部材の少なくとも一方は、前記粘弾性部材に食い込む凸部を備えることを特徴とする構成１乃至３の何れか一つの構成に記載の振動波駆動装置。
（構成６）
前記凸部は、先端が円錐形状に形成されることを特徴とする構成５に記載の振動波駆動装置。
（構成７）
前記保持部材は、前記粘弾性部材に食い込む第１凸部を備え、
前記支持部材は、前記粘弾性部材に食い込む第２凸部を備え、
前記第２方向から見た場合、前記第１凸部と前記第２凸部は重ならないことを特徴とする構成１乃至６の何れか一つの構成に記載の振動波駆動装置。
（構成８）
前記凸部は、前記第２方向に対して角度を持つように形成されることを特徴とする構成５又は６に記載の振動波駆動装置。
（構成９）
前記粘弾性部材は、前記保持部材の長手方向の端部に配置されることを特徴とする構成１乃至８の何れか一つの構成に記載の振動波駆動装置。
（構成１０）
前記粘弾性部材は、前記保持部材の短手方向の端部に配置されることを特徴とする構成１乃至８の何れか一つの構成に記載の振動波駆動装置。
（構成１１）
前記粘弾性部材は、ゴム材であることを特徴とする構成１乃至１０の何れか一つの構成に記載の振動波駆動装置。
（構成１２）
前記粘弾性部材は、ゲル材であることを特徴とする構成１乃至１０の何れか一つの構成に記載の振動波駆動装置。

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 圧電素子（電気－機械エネルギ変換素子）
３ 振動子
４ 保持部材
８ 加圧プレート（加圧部材）
１１ 保持部材保持枠（支持部材）
１４ 摩擦部材
１９ 粘弾性部材
１００ 振動波駆動装置

Claims (12)

1. 電気－機械エネルギ変換素子により振動が励起される振動子と該振動子と接触面で接触する摩擦部材とを第１方向へ相対移動させる振動波駆動装置であって、
   前記振動子を保持する保持部材と、
   前記振動子を前記接触面に直交する第２方向へ加圧する加圧部材と、
   前記保持部材を、前記第１方向における変位を制限しつつ前記第２方向において変位可能に支持する支持部材と、
   前記第２方向において前記保持部材と前記支持部材との間に配置される粘弾性部材とを有することを特徴とする振動波駆動装置。
2. 前記保持部材と前記支持部材はそれぞれ、互いに対向する第１面と第２面を備え、
   前記粘弾性部材は、前記第１面と前記第２面との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
3. 前記保持部材と前記支持部材はそれぞれ、互いに対向する第３面と第４面を備え、
   前記粘弾性部材は、前記第３面と前記第４面との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の振動波駆動装置。
4. 前記第２の方向から見た場合、前記保持部材と前記粘弾性部材との当接箇所の少なくとも一部は、前記支持部材と前記粘弾性部材との当接箇所の少なくとも一部と重なることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
5. 前記保持部材と前記支持部材の少なくとも一方は、前記粘弾性部材に食い込む凸部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
6. 前記凸部は、先端が円錐形状に形成されることを特徴とする請求項５に記載の振動波駆動装置。
7. 前記保持部材は、前記粘弾性部材に食い込む第１凸部を備え、
   前記支持部材は、前記粘弾性部材に食い込む第２凸部を備え、
   前記第２方向から見た場合、前記第１凸部と前記第２凸部は重ならないことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
8. 前記凸部は、前記第２方向に対して角度を持つように形成されることを特徴とする請求項５に記載の振動波駆動装置。
9. 前記粘弾性部材は、前記保持部材の長手方向の端部に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
10. 前記粘弾性部材は、前記保持部材の短手方向の端部に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
11. 前記粘弾性部材は、ゴム材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
12. 前記粘弾性部材は、ゲル材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。