JP6808345B2 - 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、レンズ鏡筒、撮像装置 - Google Patents

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の超音波モータは、超音波モータが振動子と、摩擦部材と、振動子を摩擦部材に圧接するための加圧機構を備え、振動子が固定された基台と基台を保持する振動子支持部材との間を加圧方向には移動自在で駆動方向にはガタなく保持する。そのため、特許文献１の超音波モータは、振動子を駆動方向に対してガタを発生させることなく保持し、振動子支持部材の送り精度を向上することができる。

特開２０１５−１２６６９２号公報

しかしながら、特許文献１の超音波モータは、振動子を摩擦部材に圧接するための加圧機構を振動子の加圧方向に積み重ねるため、厚さ方向に大型化してしまう。また、加圧方向には移動自在で駆動方向にはガタなく保持する機構は、駆動方向に大型化してしまう。そのため、加圧機構と加圧方向には移動自在で駆動方向にはガタなく保持する機構を設けた上で、超音波モータユニット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、振動子を摩擦部材に加圧する加圧機構と、加圧方向には移動自在で駆動方向にはガタなく保持する機構を設けた上で、小型化することが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に対して前記振動子を加圧するための複数の加圧手段と、前記加圧手段による加圧力を前記振動子に伝達する伝達部材と、前記振動子を保持する第１の保持部材と、前記伝達部材を保持する第２の保持部材と、前記第１および第２の保持部材を連結する連結手段と、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、前記振動子は、前記伝達部材側の面と反対側の面に設けられた突出部を備え、前記複数の加圧手段は、前記突出部を囲むように離間して配置され、前記連結手段は、前記複数の加圧手段よりも前記突出部に近い位置に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、振動子を摩擦部材に加圧する加圧機構と、加圧方向には移動自在で駆動方向にはガタなく保持する機構を設けた上で、小型化することが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の超音波モータの上面図である。 図５のＤ−Ｄ断面の部分断面図である。 実施例２の超音波モータの要部拡大図である。

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。また、超音波モータ１は、レンズを光軸Ｏと平行に移動させるためではなく、振れ補正レンズを光軸Ｏと直交する方向へ移動させるために用いてもよい。

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

摩擦部材（摺動部材、接触部材）１０４とガイド支持部材１１３は、ネジ等により地板１１５に固定される。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と駆動力伝達部材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の損傷を防止するために圧電素子１０３と加圧部１１０ａが直接接触しないよう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、振動板１０１に接着剤などにより固着された圧電素子１０３を備える。振動板１０１は、振動子保持部材１０２に対して溶接や接着剤などにより固定される。圧電素子１０３は、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、振動子１００に共振現象が起こる。すなわち、振動子１００は、高周波電圧が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に形成された圧接部１００ａの先端に略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が摩擦部材１０４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。これにより、ローラー１０６ａ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。これにより、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。

駆動力伝達部材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。駆動力伝達部材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。ガイド支持部材１１３は、摩擦部材１０４の下部に配置される。摩擦部材１０４およびガイド支持部材１１３は、ネジ等により地板１１５に固定される。ガイド支持部材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、駆動力伝達部材１１２に形成される移動側案内部と、ガイド支持部材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、ｘ軸（光軸Ｏ）に沿って進退可能に支持される。なお、ガイド支持部材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１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を囲うように離間して複数配置している。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、図５に示されるように、超音波モータ１をＸＹ平面に対して平面視した場合に、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。

図６は、図５のＤ−Ｄ断面の部分断面図である。ｚ軸に平行な方向において、加圧バネ１１１を連結保持する加圧力伝達部材１１０の連結保持部、加圧力伝達部材１１０の加圧部１１０ａ、および連結手段１１６のそれぞれの位置は、図中の破線Ｅ上の同一の位置となっている。なお、厳密には同一である必要はなく、数ｍｍ程度ずれていても実質的に同一（略同一）とみなされる。振動子１００が加圧される方向（矢印Ａ方向）において、これらの部品を破線Ｅ上の位置に設けることで、連結手段１１６を構成するローラー１０６ａ、１０６ｂや板バネ１０７に加圧による悪影響を与えない。そのため、振動子１００の移動方向に傾きが生じにくくなり、駆動性能の安定化を実現することができる。

以上の構成により、本発実施例の超音波モータ１では、振動子を摩擦部材に加圧する加圧機構と、加圧方向には移動自在で駆動方向にはガタなく保持する機構を設けた上で小型化を実現することができる。

図７は、本実施例の超音波モータ１の要部拡大図である。本実施例では、実施例１と同一の部品については同一の参照番号を付し、実施例１から変更した部材については新たな参照番号を付している。

連結手段２１６は、ローラー（転動部材）２０６と板バネ（付勢部材）２０７を備える。
ローラー２０６は、実施例１のローラー１０６ａに比べてｙ軸に平行な方向（長手方向）の長さを長い。ローラー２０６を付勢する板バネ２０７は、実施例１の板バネ１０７に比べてｙ軸に平行な方向（長手方向）の長さを長くしている。板バネ２０７の長手方向の長さが長くするほど、板バネ２０７の設計難易度を下げることができる。

また、ローラー２０６と板バネ２０７を備える連結手段２１６は、ｙ軸に平行な方向（長手方向）で加圧力伝達部材１１０と接触する。すなわち、実施例１では保持筐体１０５が連結手段１１６の長手方向の位置決めを行っているが、本実施例では加圧力伝達部材１１０が連結手段２１６の長手方向の位置決めを行う。

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。例えば、各実施例では、超音波モータ１の振動子１００が移動し摩擦部材１０４は移動しない構成を説明したが、振動子１００は移動せず摩擦部材１０４が移動する構成でもよい。また、各実施例の超音波モータ１は、移動しない固定部として摩擦部材１０４を備えているが、振動子１００を超音波モータ１以外の部材（例えば、レンズ保持枠の一部）に摩擦接触させてもよく、超音波モータ１は、摩擦部材１０４を備えていなくてもよい。

１ 超音波モータ（振動波モータ）
１００ 振動子
１００ａ 圧接部
１０２ 振動子保持部材（第１の保持部材）
１０４ 摩擦部材（摺動保持部材）
１０５ 保持筐体（第２の保持部材）
１１０ 加圧力伝達部材（伝達部材）
１１１ 加圧手段
１１６ 連結手段
２１６ 連結手段

Claims (20)

1. 振動子と、
   前記振動子と接触する摺動部材に対して前記振動子を加圧する複数の加圧手段と、
   前記加圧手段による加圧力を前記振動子に伝達する伝達部材と、
   前記振動子を保持する第１の保持部材と、
   前記伝達部材を保持する第２の保持部材と、
   前記第１および第２の保持部材を連結する連結手段と、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、
   前記振動子は、前記伝達部材側の面と反対側の面に設けられた突出部を備え、
   前記複数の加圧手段は、前記突出部を囲むように離間して配置され、
   前記連結手段は、前記複数の加圧手段よりも前記突出部に近い位置に配置されることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記連結手段は、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向、並びに前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向および前記加圧手段の加圧方向に直交する方向において、前記複数の加圧手段よりも前記突出部に近い位置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. 前記伝達部材は、前記振動子に前記加圧力を伝達する加圧部と、前記複数の加圧手段のそれぞれを連結保持する連結保持部を備え、
   前記連結手段は、前記加圧手段の加圧方向において、前記加圧部および前記連結保持部と同一の位置に配置さ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. 前記伝達部材は、前記連結手段の前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向および前記加圧手段の加圧方向に直交する方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波モータ。
5. 前記連結手段は、前記第１および第２の保持部材を前記加圧手段の加圧方向へ相対移動させる転動部材と、前記振動子と前記摺動部材の相対移動方向と平行な方向に前記第１および第２の保持部材を付勢する付勢部材を備えることを特徴とする請求項１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. 振動子を振動させることにより、前記振動子と前記振動子に接触する接触部材とが相対的に移動可能な振動波モータであって、
   複数の弾性部材と、複数の前記弾性部材による力を前記振動子に伝達する伝達部材と、を有し、前記接触部材に対して前記振動子を加圧する加圧機構と、
   前記振動子を保持する第１の部材と、
   前記第１の部材とは異なる第２の部材と、
   前記第１の部材と前記第２の部材とを加圧方向に相対的に移動可能なように、前記第１および第２の部材を連結する連結部と、を有し、
   複数の前記弾性部材は、前記加圧機構による前記加圧方向と直交する平面において前記振動子の周囲に配置され、
   前記連結部の少なくとも一部は、前記振動子と前記接触部材の相対的な移動方向、または前記加圧方向および前記移動方向に直交する方向の少なくとも一方において複数の前記弾性部材よりも前記振動子に近い位置に配置されることを特徴とする振動波モータ。
8. 複数の前記弾性部材は、前記加圧機構による前記加圧方向と直交する平面において前記振動子を囲むように配置されることを特徴とする請求項７に記載の振動波モータ。
9. 前記伝達部材は、前記加圧方向において前記振動子と重なる位置に設けられた突出部と、前記突出部よりも前記振動子と前記接触部材の相対的な移動方向に延伸しており複数の前記弾性部材のそれぞれを保持する複数の保持部と、を有することを特徴とする請求項７または８に記載の振動波モータ。
10. 前記弾性部材は引張バネであって、
    前記加圧機構は、前記引張バネの一方の端を保持するバネ保持部材を有し、前記引張バネの他方の端を前記保持部で保持することを特徴とする請求項９に記載の振動波モータ。
11. 前記連結部は、第１の転動部材と第２の転動部材を有し、
    前記第１の転動部材および前記第２の転動部材は、前記振動子と前記接触部材の相対的な移動方向において前記振動子を挟む位置に配置されることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の振動波モータ。
12. 前記連結部は、前記第１の転動部材および前記第２の転動部材の一方を前記振動子と前記接触部材との移動方向に付勢する付勢部材を有することを特徴とする請求項１１に記載の振動波モータ。
13. 前記第１の転動部材および前記第２の転動部材のうち前記付勢部材に付勢される転動部材のほうが前記付勢部材に付勢されない転動部材よりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載の振動波モータ。
14. 前記第１の転動部材および前記第２の転動部材は、回転軸が前記振動子と前記接触部材との移動方向および前記加圧方向と直交する方向となるように配置されたローラであることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の振動波モータ。
15. 前記連結部は、板バネを含むことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の振動波モータ。
16. 前記加圧機構は、複数の前記弾性部材と連結され、前記第２の部材に保持される部材を含むことを特徴とする請求項７から１５のいずれか１項に記載の振動波モータ。
17. 請求項１から１６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。
18. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の振動波モータと、
    レンズと、を有し、
    前記振動波モータによって、前記レンズを前記レンズの光軸と平行な方向または前記レンズの光軸と直交する方向に移動させることを特徴とするレンズ鏡筒。
19. 前記レンズ鏡筒は、撮像装置に着脱可能であることを特徴とする請求項１８に記載のレンズ鏡筒。
20. 請求項１８に記載のレンズ鏡筒を備えることを特徴とする撮像装置。