JP6882036B2

JP6882036B2 - 振動波モータ及び振動波モータを有する撮像装置

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Publication number: JP6882036B2
Application number: JP2017069716A
Authority: JP
Inventors: 晴滋山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018174616A; US11101749B2; US20180287513A1

Description

本発明は、光学機器などに適用される振動波モータ及び振動波モータを有する撮像装置に関する。

従来この種の超音波モータは、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動子を摺動部材に圧接することで摺動部材を駆動するものであり、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１６−１４０１２７号公報

特許文献１に開示された従来技術では、フレキシブル基板が振動子の一方の側部において移動方向に沿って延伸する根元部、振動子の外側にＵ字型に曲げられた屈曲部及び再び延伸する地板側固定部を有する。この構成により振動子の外側にフレキシブル基板が延伸するための収納スペースが必要となり、装置が大型化するという問題がある。

そこで本発明の目的は、振動子に電力を供給するフレキシブルプリント基板の収納スペースを無くし、小型化した振動波モータを提供することである。

上記目的を達成するために本発明による振動波モータは、振動板と前記振動板に固定された圧電素子とを有し、前記圧電素子に印加される駆動電圧により振動する振動子と、前記圧電素子に前記駆動電圧を供給するフレキシブルプリント基板と、前記振動子を接触部材に対して加圧する加圧手段と、を備え、前記圧電素子に前記駆動電圧を供給することで前記振動子と前記接触部材とが前記加圧手段の加圧方向と直交する方向に相対移動する振動波モータにおいて、前記フレキシブルプリント基板は、前記加圧方向と交差する前記圧電素子の面に固定されていて、前記振動子の側部から前記振動子と前記接触部材との相対移動方向に平行な第１の方向に沿って延伸してから前記振動子側に曲がり、更に前記第１の方向の逆方向である第２の方向に延伸することを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブルプリント基板の収納スペースを無くし、小型化した振動波モータを提供することができる。

本発明の実施形態の振動波モータの移動方向の断面図である。本発明の実施形態の振動波モータの移動方向に直交する方向の断面図である。本発明の実施形態の振動波モータの要部分解斜視図である。（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態の振動波モータの平面図である。本発明の振動波モータを鏡筒部に組み込んだ状態の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態を示す振動波モータの移動方向における断面図、図２は移動方向に直交する方向の断面図である。図３は振動波モータの要部分解斜視図である。本発明の振動波モータは以下に説明する部材により構成されている。

図１に示すように、振動波モータ（超音波モータ）は振動板１０１と圧電素子１０２とによって構成されている振動子１００を備える。振動板１０１には電極部１０２ａ（図３参照）を備えた圧電素子１０２が公知の接着剤などにより固定されている。圧電素子１０２の電極部１０２ａには、電力を供給するためのフレキシブルプリント基板２００（図３参照）が固定されている。フレキシブルプリント基板２００から圧電素子１０２に高周波駆動電圧が印加されると、振動板１０１が長手方向及び短手方向にそれぞれ共振を起こす。振動子１００は、高周波駆動電圧が印加されることで超音波領域の周波数の振動（超音波振動）を起こすように構成されている。

超音波振動による共振により、振動板１０１に形成された２つの圧接部１０１ｂが楕円運動を起こす。圧電素子１０２に印加する高周波駆動電圧の周波数や位相を変えることで、楕円運動の回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを発生させることができる。よって、振動板１０１の相手部品であるスライダー１０４（接触部材）と圧接部１０１ｂとが摩擦接触することにより、振動板１０１とスライダー１０４とを相対移動させる駆動力が発生する。そして、光軸ＯＬ（図１における左右方向）を相対移動方向として、振動子１００自身を駆動することが可能となる。スライダー１０４は、後述のユニット支持部材１１６にネジ等の公知の締結手段によって固定される。

振動板１０１は、移動方向の両端部に被接合部１０１ａを備え、被接合部１０１ａに基台１０３の接合凸部１０３ａが接着などの手段により固定される。基台１０３は、平面視でロの字型をした枠体で構成され（図３参照）、接合凸部１０３ａは、移動方向の両端部に備えられる。振動子１００が固定された基台１０３は、後述の連結手段によって振動子支持部材１０５に連結される。

圧電素子１０２の一方の面には上述のように振動板１０１が接するが、他方の面には、弾性部材１０９が備えられている。そして、弾性部材１０９の圧電素子１０２と接する面の反対側の面には加圧板１０８が備えられている。すなわち加圧板１０８は、弾性部材１０９を挟んで圧電素子１０２を押圧保持している。また、弾性部材１０９は、圧電素子１０２で発生する超音波振動を減衰させることなく、後述の加圧力Ｆを振動子１００に伝える役割を有する。

加圧板１０８は、バネ保持部材１１１の一方に形成された先端押圧部１１１ａを介して加圧バネ１１０により発生する加圧力Ｆを図１に示す加圧方向に受ける。バネ保持部材１１１は、上述の先端押圧部１１１ａと、先端押圧部１１１ａから延出する軸部１１１ｂと、軸部１１１ｂの直径より大きい直径を有する先端径大部１１１ｃとにより構成されている。加圧バネ１１０は、バネ保持部材１１１の先端押圧部１１１ａとバネ地板１１２の間に組み込まれ、加圧バネユニットとして構成される。バネ保持部材１１１の先端径大部１１１ｃは、バネ地板１１２の嵌合部１１２ａに軽圧入によって組み込まれるので、組み立て後は加圧バネ１１０の加圧力Ｆに抗してユニット状態を維持できる。

バネ地板１１２の円周方向の外径部には、数か所にバヨネット突部１１２ｂが形成されている。このバヨネット突部１１２ｂは、振動子支持部材１０５に形成されたバヨネット係合部１０５ｃに係合し、加圧方向の位置が規定される。

バネ保持部材１１１の先端押圧部１１１ａには、加圧バネ１１０の付勢力により加圧力Ｆが発生する。この加圧力Ｆにより加圧板１０８及び弾性部材１０９を介して振動子１００がスライダー１０４に加圧され、振動子１００とスライダー１０４とが摩擦接触することが可能となる。なお、加圧バネ１１０、バネ保持部材１１１、バネ地板１１２で加圧手段１２０が構成される。そして、該加圧手段１２０及び振動子１００を構成要素とする駆動部３００が構成される。

次に、振動子支持部材１０５と基台１０３とを連結する連結手段について説明する。振動子支持部材１０５には、加圧方向に延設された２つの連結突部１０５ａ、１０５ｂが移動方向に離間して形成され、これら連結突部１０５ａ、１０５ｂに対峙する基台１０３との間には、転動部材であるコロ軸１０６ａ、１０６ｂがそれぞれ配設されている。すなわち、転動部材は振動板１０１の圧接部１０１ｂを挟んで両側に且つ、振動子１００の移動方向の前後２か所に設けられている。更に、一方の連結突部１０５ａと基台１０３の連結部１０３ｂとの間（図１の左側）には、一方のコロ軸１０６ａが組み込まれる。そして、他方の連結突部１０５ｂと基台１０３の連結部１０３ｂとの間（図１の右側）には、他方のコロ軸１０６ｂ及び弾性付勢部材である板バネ１０７が組み込まれる。

板バネ１０７と他方のコロ軸１０６ｂとが共に組み込まれた状態において、振動子支持部材１０５は、板バネ１０７の付勢力により他方のコロ軸１０６ｂを介して図１の左方向に付勢されるとともに基台１０３は、図１の右方向に付勢される。板バネ１０７の付勢力は、上述の振動子１００の加圧方向に対して直角方向に及ぼす。

そして、一方のコロ軸１０６ａも振動子支持部材１０５の一方の連結突部１０５ａと基台１０３のもう一方の連結部１０３ｂとの間で挟持される。この構成によって、移動方向にはガタの発生が無く、加圧方向には転動部材の作用により摺動抵抗が殆ど発生しない連結手段を実現することができる。この時、板バネ１０７の付勢力は、振動子支持部材１０５及び被駆動部の作動開始及び停止時に発生する加減速による慣性力よりも大きくなるように設定されている。この設定により基台１０３及び振動子１００と振動子支持部材１０５とは、駆動時の慣性力による移動方向の相対変位が発生せず安定した駆動制御を実現することができる。

移動板１１３は、振動子支持部材１０５の当接部１０５ｄに接着やネジ止め等公知の方法で固定されるとともにガイド部の一部を構成する。すなわち移動板１１３には、ボール１１４が嵌入し転動する複数のＶ溝部１１３ａが形成されており、ボール１１４が転動することで振動子支持部材１０５が移動方向にガイドされる。

カバープレート１１５は、ユニット支持部材１１６に公知のネジ等により固定される。図２に示すように、カバープレート１１５もガイド部の一部を構成しており、移動板１１３のＶ溝部１１３ａに対向する位置に設けられたＶ溝部１１５ａによって、ボール１１４が挟持される。この構成によって、振動子支持部材１０５を移動方向に沿って進退可能に支持することを可能としている。以上の構成により本発明の直動型の振動波モータが完成する。

次に本発明の特徴的な構成である、フレキシブルプリント基板２００の這い回しについて説明する。図３は本発明の振動波モータに適用されるフレキシブルプリント基板２００の配設を示す要部分解斜視図である。上述の実施形態において説明した内容と同じ構成要素については同一符号を付しているが、加圧手段１２０を構成する部材等の記載は省略している。

フレキシブルプリント基板２００には、圧電素子１０２の電極部１０２ａに公知の導電性接着剤などにより固定される固定部２００ａが形成されている。更に、フレキシブルプリント基板２００には、固定部２００ａから順に繋がる引出部２００ｂ、曲り部２００ｃ、折返部２００ｄ、延伸部２００ｅ、Ｕターン部２００ｆ、延伸部２００ｇが形成されており、これらは配線部を構成する。以下、フレキシブルプリント基板２００の構成について詳細に説明する。

フレキシブルプリント基板２００の固定部２００ａから延伸する配線部は、移動方向に沿った圧電素子１０２の側部１０２ｂ側から引き出され、引出部２００ｂを形成する。引出部２００ｂが基台１０３に干渉しないように、基台１０３には配線逃げ部１０３ｃが振動子１００の移動方向に沿って形成されている。そして、引出部２００ｂからなる配線部には、固定部２００ａから離間する側に加圧力Ｆの加圧方向に略９０°曲げられた曲り部２００ｃが形成され、その後フレキシブルプリント基板２００は加圧方向に延伸する。

曲り部２００ｃから延伸したフレキシブルプリント基板２００には、更に加圧方向逆向きに略１８０°折り返された折返部２００ｄが形成され、フレキシブルプリント基板２００は加圧方向逆向きに延伸する。次に、折返部２００ｄから延伸したフレキシブルプリント基板２００の配線部は、振動子１００の移動方向に向きを変え、移動方向に沿って延伸し、延伸部２００ｅが形成される。

延伸部２００ｅは、加圧方向に略９０°曲げられた曲り部２００ｃ及び加圧方向逆向きに略１８０°に折り返された折返部２００ｄの構成により、加圧方向における高さを自由に調整することができる。このような折り曲げ構造とすることで、振動波モータ内の高さ方向のスペースを有効利用することができるので装置の小型化が可能となる。

次に、延伸部２００ｅからなる配線部には、加圧手段１２０と振動子１００によって構成される駆動部３００の移動方向における移動領域４００（図４（Ａ）参照）内で延伸する向きを変えるようにＵターン部２００ｆが形成される。フレキシブルプリント基板２００の配線部は、Ｕターン部２００ｆでその延伸方向が逆転された後、圧電素子１０２の側部１０２ｂに対向する他の側部１０２ｃ側に沿って延伸し、振動子１００の移動方向に延伸する延伸部２００ｇが形成される。すなわちＵターン部２００ｆは、振動子１００を囲むように延伸している。そして、フレキシブルプリント基板２００の配線部は、ユニット支持部材１１６に設けられた切り欠き部１１６ａから振動波モータの外部に引き出され、図外の電源へと接続される。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の振動波モータに適用されるフレキシブルプリント基板２００の這い回し状態を示す平面図であり、上述の実施形態において説明した内容と同じ構成要素については同一符号を付している。図４（Ａ）は、駆動部３００を内包する振動子支持部材１０５がユニット支持部材１１６の一方の端部に位置している状態を示す。図４（Ｂ）は、駆動部３００を内包する振動子支持部材１０５がユニット支持部材１１６の他方の端部に位置している状態を示す。

図４（Ａ）を参照すると、駆動部３００の移動領域４００内においてフレキシブルプリント基板２００には、延伸方向を変更するＵターン部２００ｆ（折り返した屈曲部）が形成されている。そして、駆動部３００を内包する振動子支持部材１０５がユニット支持部材１１６内を一方の端部から他方の端部に向かう移動に伴って、Ｕターン部２００ｆの位置が徐々に他方の端部側に変化する。すなわち振動子１００に対するフレキシブルプリント基板２００の屈曲部の相対位置が変化している。

上述したように、フレキシブルプリント基板２００の這い回しを最適化することで、従来技術のように圧電素子１０２の側部１０２ｂにおいてＵターンするために必要なスペースが不要となり、装置の小型化を実現することができる。

図５は、本発明の振動波モータが撮像装置のレンズ装置（鏡筒部）に組み込まれた適用例を示す断面図である。第一レンズ保持部材５０１は第一のレンズ５０２を保持し、第三レンズ保持部材５０３は第三のレンズ５０４を保持する。第三レンズ保持部材５０３の外周部は筒状部５０３ａを有しており、第一レンズ保持部材５０１は筒状部５０３ａの先端部５０３ｂにて公知のネジなどにより締結される。筒状部５０３ａの外径部の一部には、上述の振動波モータが固定されるユニット受け部５０３ｃが設けられており、公知のネジなどにより着脱自在に固定される。

また筒状部５０３ａの内径部には、第二のレンズ５０６を保持する第二レンズ保持部材５０５が配置される。第二のレンズ５０６は合焦レンズとして本発明の振動波モータにより光軸ＯＬに沿って移動する。この際、第二レンズ保持部材５０５は公知のガイドバー５０７と軸受け部５０５ａとが相対摺動可能に嵌合しているので、第二のレンズ５０６を光軸ＯＬに沿って移動させることが可能である。

第二レンズ保持部材５０５と振動子支持部材１０５との連結は、例えば振動子支持部材１０５に設けられた係合ピン１０５ｅと第二レンズ保持部材５０５に設けられた被係合部５０５ｂとの係合によってなされてもよい。また、公知のラックとピンによって連結を行ってもよい。

以上説明したように、本発明では、振動子１００に高周波駆動電圧を供給するフレキシブルプリント基板２００のＵターン部２００ｆを駆動部３００の移動領域内において行うように構成した。このような構成とすることで、これまで振動子１００の外側にフレキシブルプリント基板２００を収納するスペースが不要となり、装置の小型化を実現することが可能となった。

以上、本発明に係る振動波モータのフレキシブルプリント基板２００の這い回しに関してその具体例を詳述したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲に示したものであればどのような形態をとることも可能である。

１００振動子
１０１ｂ圧接部
１０２ａ電極部
１０２ｂ側部
１０２ｃ側部
１０４スライダー（接触部材）
１２０加圧手段
２００フレキシブルプリント基板
２００ｆＵターン部
３００駆動部
４００移動領域

Claims

振動板と前記振動板に固定された圧電素子とを有し、前記圧電素子に印加される駆動電圧により振動する振動子と、
前記圧電素子に前記駆動電圧を供給するフレキシブルプリント基板と、
前記振動子を接触部材に対して加圧する加圧手段と、
を備え、
前記圧電素子に前記駆動電圧を供給することで前記振動子と前記接触部材とが前記加圧手段の加圧方向と直交する方向に相対移動する振動波モータにおいて、
前記フレキシブルプリント基板は、前記加圧方向と交差する前記圧電素子の面に固定されており、前記振動子の側部から前記振動子と前記接触部材との相対移動方向に平行な第１の方向に沿って延伸してから前記振動子側に曲がり、更に前記第１の方向の逆方向である第２の方向に延伸することを特徴とする振動波モータ。
前記側部は、前記振動子の前記相対移動方向に沿った側部であることを特徴とする、請求項１に記載の振動波モータ。
前記フレキシブルプリント基板は、前記振動子及び前記加圧手段とで構成される駆動部の移動領域内の一部において延伸の方向を前記第１の方向から前記第２の方向に変更するように曲が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。
前記振動子の側部から延伸する前記フレキシブルプリント基板は、前記加圧方向に略９０°に曲がり、前記相対移動方向に沿って延伸することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動波モータ。
前記振動子の側部から延伸する前記フレキシブルプリント基板は、前記加圧方向に略９０°に曲がり、延伸し、略１８０°に折り返して前記加圧方向の逆向きに延伸し、前記相対移動方向に沿って延伸することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動波モータ。
前記振動波モータは、超音波領域の周波数の振動を用いた超音波モータであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動波モータ。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動波モータと、
前記振動波モータにより移動するレンズと、を有するレンズ装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動波モータと、
前記振動波モータにより移動するレンズと、を有する撮像装置。