JP7169851B2 - 振動波モータ及び振動波モータを使用したレンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動子と摩擦部材とを相対移動させる振動波モータと、その振動波モータを使用したレンズ装置に関する。

従来の振動波モータユニットは、例えば特許文献１に開示されるように、固定されたガイド部材の案内壁と可動する可動部材の直進ガイド溝との間に転動部材を挟持し、移動部を直進ガイドする構成を有している。

特開２０１７－２００４００号公報

しかしながら、特許文献１の振動波モータユニットでは、可動部材の移動量が大きくなると、ガイド部材の案内壁を駆動方向に長くすることが必要となり、振動波モータユニットの大型化を招いてしまう。

本発明の目的は、移動量を大きくした場合でも大型化しない振動波モータを提供することである。

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、加圧手段の加圧力によって前記振動子と加圧接触すると共に、前記振動子と相対移動する摩擦部材と、前記加圧接触する接触面の反対側に配置され、前記相対移動をガイドするガイド手段と、前記摩擦部材と前記ガイド手段とを保持する固定部材と、を備え、前記ガイド手段は、ガイド溝部と前記固定部材に保持される被保持部とを有し、前記ガイド溝部は、前記加圧手段による加圧方向から見た場合に前記摩擦部材と重なる位置に配置され、前記被保持部は、前記振動子と前記摩擦部材の相対移動端部の近傍において、前記加圧方向から見た場合に前記ガイド溝部を挟んだ両側に配置されることを特徴とする。

移動量を大きくした場合でも大型化しない振動波モータを提供することができる。

本発明の振動波モータ１００の展開図である。 本発明の振動波モータ１００を示す底面図である。 図２の断面線ＩＩＩＡ－ＩＩＩＡにおける本発明の振動波モータ１００の断面図である。 図２の断面線ＩＩＩＢ－ＩＩＩＢにおける本発明の振動波モータ１００の断面図である。 図２の断面線ＩＩＩＣ－ＩＩＩＣにおける本発明の振動波モータ１００の断面図である。 図２の断面線ＩＩＩＤ－ＩＩＩＤにおける本発明の振動波モータ１００の断面図である。 本発明の振動波モータ１００を適用した撮像装置を示す図である。

（実施例）
以下に、本発明の好ましい実施の形態である実施例を図１と図２を用いて説明する。図面において、後述する振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動方向をＸ方向、後述するバネ１１０によって振動子１０４を摩擦部材１０１に加圧接触する加圧方向をＺ方向、Ｘ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向と定義する。

図１は、本発明の実施例の振動波モータ１００（超音波モータ）の展開図を示している。本実施例における振動波モータ１００は、主に振動子１０４、摩擦部材１０１、ガイド手段、固定手段、加圧手段等により構成されている。

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。圧電素子１０３は、公知の接着剤等により振動板１０２に固着されている。圧電素子１０３には、フレキシブル基板１０５が接合部１０５ａで圧着されており、フレキシブル基板１０５を介して圧電素子１０３に高周波の電圧を印加することにより、振動子１０４に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、振動子保持部材である第１の保持部材１０６により保持されている。振動子１０４は、第１の保持部材１０６に公知の接着剤等により固定されているが、固定されればその方法は限定されない。第１の保持部材１０６は、第２の保持部材１０７に後述する転動体（第１のローラ１０８ａ、第２のローラ１０８ｂ）と板バネ１０９を介して連結されている。

振動子１０４は、摩擦部材１０１に加圧接触し、超音波振動によって摩擦部材１０１に対して相対移動する。この相対移動は、固定ガイド部材１１５と可動ガイド部材１１７等から構成されるガイド手段により、振動子１０４がＸ方向にガイドされることにより実現される。ガイド手段は、振動子１０４が摩擦部材１０１に加圧接触する接触面１０１ａの反対側に配置されている。第２の保持部材１０７と可動ガイド部材１１７は、不図示のネジ等で固定されるが、固定されればその方法は限定されない。固定ガイド部材１１５と可動ガイド部材１１７の間には、転動ボールの形態の複数の転動部材１１６が設けられている。

振動子１０４は、摩擦部材１０１に対して相対移動するが、摩擦部材１０１は、第１のベース部材１１４にビス１１８により固定されている。更にビス１１９により固定ガイド部材１１５も、第１のベース部材１１４に固定されている。そして、第１のベース部材１１４、ビス１１８、ビス１１９は、摩擦部材１０１とガイド手段を保持する固定手段を構成する。なお、請求項中の固定部材の記載は、第１のベース部材１１４に対応する。

振動子１０４を摩擦部材１０１に加圧接触させるための加圧力は、バネ１１０によりもたらされる。バネ１１０は、４か所において付勢部材１１１と可動ガイド部材１１７を連結し、この複数のバネ１１０の加圧力によって振動子１０４を摩擦部材１０１へと加圧接触させている。付勢部材１１１は－Ｚ方向に突起部１１１ａを備え、この突起部１１１ａが基材プレート１１２に当接することにより加圧力が伝達される。基材プレート１１２が付勢部材１１１に当接する面の反対側には、基材プレート１１２に貼付された緩衝部材１１３が配置されている。基材プレート１１２と緩衝部材１１３は、付勢部材１１１と圧電素子１０３の直接接触を妨げ、圧電素子１０３の損傷を防止するため、圧電素子１０３と付勢部材１１１の間に配置されている。バネ１１０、付勢部材１１１、基材プレート１１２、緩衝部材１１３等は、加圧手段を構成するが、請求項中の加圧手段の記載は、バネ１１０に対応する。

本発明の振動波モータ１００では、振動子１０４、第１の保持部材１０６、第２の保持部材１０７、バネ１１０、付勢部材１１１、基材プレート１１２、緩衝部材１１３、可動ガイド部材１１７は、移動部１２１を構成する（図３（Ａ）参照）。移動部１２１は、摩擦部材１０１に対してＸ方向に相対的に移動することができる。なお、移動部１２１が固定され、摩擦部材１０１が移動する構成も可能である。

次に、図２、図３（Ａ）～（Ｄ）を参照して本発明の振動波モータ１００の構成を説明する。図２は、－Ｚ方向から見た振動波モータ１００の底面図である。図３（Ａ）は図２の断面線ＩＩＩＡ－ＩＩＩＡにおける断面図、図３（Ｂ）は断面線ＩＩＩＢ－ＩＩＩＢにおける断面図、図３（Ｃ）は断面線ＩＩＩＣ－ＩＩＩＣにおける断面図、図３（Ｄ）は断面線ＩＩＩＤ－ＩＩＩＤにおける断面図である。

まず、図２を参照して振動波モータ１００の構成を説明する。可動ガイド部材１１７には、バネ１１０を係合するためのバネかけ部１１７ｂが４カ所備えられており、バネかけ部１１７ｂにバネ１１０がかかっている。可動ガイド部材１１７には、転動部材１１６をＸ方向に転動ガイドする可動ガイド溝部１１７ａが備えられている。同様に固定ガイド部材１１５には、転動部材１１６をＸ方向に転動ガイドする固定ガイド溝部１１５ａが備えられている。転動部材１１６がバネ１１０の加圧力によって固定ガイド溝部１１５ａと可動ガイド溝部１１７ａに挟持された状態で転動することで、可動ガイド部材１１７は固定ガイド部材１１５に対して低負荷を保ったままＸ方向に直進移動することができる。

第１のベース部材１１４は、固定ガイド部材１１５と摩擦部材１０１を保持する。固定ガイド部材１１５は、４カ所の被保持部１１５ｂを有し、この被保持部１１５ｂで第１のベース部材１１４に固定される。固定ガイド部材１１５の＋Ｚ方向には、摩擦部材１０１が配置されている。－Ｚ方向から見た場合に、固定ガイド部材１１５の固定ガイド溝部１１５ａは摩擦部材１０１と重なる位置に配置される。

また、その固定ガイド溝部１１５ａのＸ方向端部の近傍に設けられた被保持部１１５ｂは、Ｙ方向において固定ガイド溝部１１５ａを挟んだ両側に配置される。このような位置に固定ガイド溝部１１５ａを配置することで、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を増やすために固定ガイド溝部１１５ａの長さを伸ばした場合でも、固定ガイド溝部１１５ａと被保持部１１５ｂは干渉しない。そのため振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を増やす場合でも、固定ガイド溝部１１５ａをＺ方向やＹ方向に避けるように構成する必要がない。この構成により、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を増やす場合でも、大型化しない振動波モータ１００を提供することができる。

フレキシブル基板１０５は、－Ｘ方向に伸延する伸延部１０５ｂと、伸延するフレキシブル基板１０５を＋Ｘ方向に折り返す屈曲部１０５ｃを有する。第２の保持部材１０７は、屈曲部１０５ｃによってＺ方向に発生するフレキシブル基板１０５からの折り曲げ反力をフレキシブル基板当接部１０７ａ（Ｕターンフレキ受け部）で受けている。

振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を増やそうとすると、フレキシブル基板１０５の伸延部１０５ｂの長さを長くする必要がある。これに伴い、フレキシブル基板１０５の屈曲部１０５ｃの反力を受けるためのフレキシブル基板当接部１０７ａの長さも長くなる。移動部１２１が可動範囲の－Ｘ方向端部の近傍に位置する場合、フレキシブル基板当接部１０７ａは－Ｘ方向に最も突出する。従来の構成では、もし、この位置にあるフレキシブル基板当接部１０７ａを避けるように第１のベース部材１１４を－Ｘ方向に広げた形状に形成すると、被保持部１１５ｂがＸ方向に大きくなってしまう。

本発明の振動波モータ１００では、加圧方向から見た場合に、固定ガイド部材１１５の被保持部１１５ｂは、フレキシブル基板当接部１０７ａより摩擦部材１０１に近い位置に配置されている。もし、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を大きくしても、駆動方向に伸びたフレキシブル基板当接部１０７ａと被保持部１１５ｂが干渉することがない。この構成により被保持部１１５ｂをＸ方向の外側に形成する必要がなくなり、移動量を大きくした場合でも、大型化しない振動波モータ１００を提供することができる。

次に、図３（Ａ）を参照して振動波モータ１００の構成を説明する。バネ１１０は、振動子１０４を摩擦部材１０１に加圧接触させるために加圧力を発生させる。付勢部材１１１はバネかけ部１１１ｂを備え、また可動ガイド部材１１７もバネかけ部１１７ｂを備えており、バネかけ部１１１ｂ、１１７ｂにバネ１１０をかけることにより、それぞれが連結されている。バネ１１０の加圧力は、基材プレート１１２と緩衝部材１１３を介して、振動子１０４を摩擦部材１０１にＺ方向に加圧する付勢力となる。そして、振動板１０２の接触部１０２ａは摩擦部材１０１に対して加圧された状態で接触し、加圧接触状態となる。

この加圧接触状態において、圧電素子１０３に２相の駆動電圧が印加されると、振動板１０２に２相の超音波振動が励起され、接触部１０２ａに楕円運動が生じ、発生した楕円運動が効率的に摩擦部材１０１へ伝達される。その結果、移動部１２１は、固定側である摩擦部材１０１及び第１のベース部材１１４に対してＸ方向に相対的に移動することができる。

固定ガイド部材１１５は、摩擦部材１０１を挟んで振動子１０４の反対側に配置され、振動子１０４と摩擦部材１０１のＸ方向の相対的な移動をガイドしている。第１のベース部材１１４には、ガイド部材固定部１１４ａ（第１の固定部）が設けられており、固定ガイド部材１１５がビス１１９によって固定されている（図３（Ｄ）参照）。また、第１のベース部材１１４には摩擦部材固定部１１４ｃが設けられており、摩擦部材１０１がビス１１８によって固定されている。

次に、第１の保持部材１０６と第２の保持部材１０７の連結手段について説明する。転動体は、第１のローラ１０８ａ、第２のローラ１０８ｂで構成され、第１のローラ１０８ａと第２のローラ１０８ｂが第１の保持部材１０６と第２の保持部材１０７の間に配置されている。更に、振動子１０４の相対移動方向であるＸ方向に対して所定の付勢力を有する板バネ１０９が第２の保持部材１０７と第２のローラ１０８ｂの間に配置されている。そして、第１のローラ１０８ａ、第２のローラ１０８ｂは、バネ１１０による加圧方向（Ｚ方向）に対しては移動自在である。板バネ１０９の付勢力により、第１の保持部材１０６は第２のローラ１０８ｂを介して－Ｘ方向に付勢されると共に、第２の保持部材１０７は＋Ｘ方向に付勢される。この構成により、第１のローラ１０８ａは第１の保持部材１０６と第２の保持部材１０７の間で付勢され、落下することなく挟持される。

以上のように構成することにより、移動部１２１の移動方向であるＸ方向にはガタの発生が無く、また、バネ１１０による加圧方向には転動体の転動により移動自在となるため、駆動を阻害すること無く連結することが可能となる。なお、本発明においては、第１の保持部材１０６と第２の保持部材１０７との間の連結手段を構成する弾性部材として板バネ１０９を用いているが、ガタを無くすことができる部材で有れば構わない。

上述の板バネ１０９の付勢力は、振動子１０４の駆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。この構成により、振動子１０４と第２の保持部材１０７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。

次に、図３（Ｂ）を参照して振動波モータ１００の構成を説明する。フレキシブル基板１０５は接合部１０５ａで圧電素子１０３（不図示）と接合されている。伸延部１０５ｂは、接合部１０５ａから－Ｘ方向に沿って伸延する。屈曲部１０５ｃは、伸延部１０５ｂが－Ｘ方向から＋Ｘ方向に折り返して反転した際に形成される。フレキシブル基板１０５は、固定部１０５ｄにおいて、第１のベース部材１１４のフレキ固定部１１４ｄで固定される。移動部１２１がＸ方向に移動した際には、屈曲部１０５ｃの位置が移動することで、フレキ固定部１１４ｄとガイド部材固定部１１４ａの間の距離変動を吸収している。この構成により移動部１２１がＸ方向に移動しても、フレキ固定部１１４ｄとガイド部材固定部１１４ａに負荷がかかるのを軽減している。

フレキシブル基板１０５は、屈曲部１０５ｃで折り返されているため、Ｚ方向に折り返し反力が発生する。第２の保持部材１０７には、この折り返し反力を受けるためのフレキシブル基板当接部１０７ａが設けられている。フレキシブル基板１０５がフレキシブル基板当接部１０７ａと当接することで、屈曲部１０５ｃで－Ｘ方向から＋Ｘ方向に折り返す形状を保つことができる。フレキシブル基板当接部１０７ａは移動部１２１の中で－Ｘ方向に一番突出している箇所となっている。

次に、図３（Ｃ）を参照して振動波モータ１００の構成を説明する。Ｚ方向において、固定ガイド部材１１５と摩擦部材１０１が重なる位置に固定ガイド溝部１１５ａが形成され、可動ガイド部材１１７と摩擦部材１０１が重なる位置に可動ガイド溝部１１７ａが形成されている。固定ガイド溝部１１５ａと可動ガイド溝部１１７ａの間には、バネ１１０による加圧力によって転動部材１１６が挟持されている。この構成により固定ガイド部材１１５に対して可動ガイド部材１１７はＸ方向に直進ガイドされる。

第２の保持部材１０７には、球面突起部１０７ｂが形成されている。そして、被駆動部材（後述のフォーカスレンズ３）は、連結部材１２２を介して球面突起部１０７ｂに接続されるが、その際に、連結部材１２２は＋Ｚ方向の付勢力を付与して球面突起部１０７ｂと当接する。この構成により第２の保持部材１０７と被駆動部材がＸ方向に一体的に動くことが可能となる。

次に、図２と図３（Ｄ）を参照して振動波モータ１００の構成を説明する。第１のベース部材１１４は、４つのビス１２０によってベース部材固定部１１４ｂ（第２の固定部）で第２のベース部材１２３に固定される。そして、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動端部の近傍では、第２の保持部材１０７のフレキシブル基板当接部１０７ａは、第１のベース部材１１４のガイド部材固定部１１４ａとベース部材固定部１１４ｂの間に入り込む構成となっている。この構成により、第２の保持部材１０７のフレキシブル基板当接部１０７ａとの干渉を避けるために第１のベース部材１１４をＸ方向に大きくする必要がなくなり、大型化しない振動波モータ１００を提供することができる。

以上、本発明の振動波モータ１００では、加圧方向から見た場合に摩擦部材１０１と重なる位置に固定ガイド溝部１１５ａを設けている。その固定ガイド溝部１１５ａのＸ方向端部近傍に設けられた被保持部１１５ｂは、Ｙ方向において固定ガイド溝部１１５ａを挟んだ両側に配置されている。この構成により、固定ガイド溝部１１５ａとベース部材固定部１１４ｂの干渉を回避し、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を増やす場合にも、振動波モータ１００を小型化できる。

また加圧方向から見た場合に、固定ガイド部材１１５を固定するガイド部材固定部１１４ａは、フレキシブル基板当接部１０７ａより摩擦部材１０１に近い位置に配置した。これにより、フレキシブル基板当接部１０７ａとガイド部材固定部１１４ａの干渉を回避し、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を増やす場合にも、振動波モータ１００を小型化できる。

更に振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動範囲の端部近傍では、第２の保持部材１０７のフレキシブル基板当接部１０７ａは、第１のベース部材１１４のガイド部材固定部１１４ａとベース部材固定部１１４ｂの間に入り込む構成とした。この構成により、第２の保持部材１０７のフレキシブル基板当接部１０７ａとの干渉を回避し、振動子１０４と摩擦部材１０１の相対移動量を増やす場合にも、振動波モータ１００を小型化できる。

（適用例）
図４は、本発明の振動波モータ１００を適用した撮像装置の構成を示している。なお、本説明においては、振動波モータ１００が撮像装置に搭載された場合について説明するが、これは本発明を限定するものではない。また、撮像レンズ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１は交換可能なレンズであっても構わない。

図４に示すように、撮像装置本体は、撮像レンズ１とカメラボディ２によって構成されている。撮像レンズ１の内部において、振動波モータ１００は鏡筒（第２のベース部材１２３に相当）に固定されている。更に、フォーカスレンズ３は振動波モータ１００と連結されており、振動波モータ１００を構成する振動子１０４が移動することにより、フォーカスレンズ３は光軸５と略平行な方向に移動可能となる。撮像時にはフォーカスレンズ３が光軸５と略平行な方向に移動し、被写体像は撮像素子４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。

３ フォーカスレンズ（レンズ）
１００ 振動波モータ
１０１ 摩擦部材
１０１ａ 接触面
１０２ 振動板
１０３ 圧電素子
１０４ 振動子
１０５ フレキシブル基板
１０５ａ 接合部
１０５ｂ 伸延部
１０５ｃ 屈曲部
１０７ 第２の保持部材（保持部材）
１０７ａ フレキシブル基板当接部
１１０ バネ（加圧手段）
１１４ 第１のベース部材（固定部材）
１１４ａ ガイド部材固定部（第１の固定部）
１１４ｂ ベース部材固定部（第２の固定部）
１１５ 固定ガイド部材（ガイド手段）
１１５ａ 固定ガイド溝部（ガイド溝部）
１１５ｂ 被保持部
１１６ 転動部材（ガイド手段）
１１７ 可動ガイド部材（ガイド手段）
１２３ 第２のベース部材（鏡筒）

Claims (8)

1. 圧電素子と振動板とからなる振動子と、
   加圧手段の加圧力によって前記振動子と加圧接触すると共に、前記振動子と相対移動する摩擦部材と、
   前記加圧接触する接触面の反対側に配置され、前記相対移動をガイドするガイド手段と、
   前記摩擦部材と前記ガイド手段とを保持する固定部材と、を備え、
   前記ガイド手段は、ガイド溝部と前記固定部材に保持される被保持部とを有し、
   前記ガイド溝部は、前記加圧手段による加圧方向から見た場合に前記摩擦部材と重なる位置に配置され、
   前記被保持部は、前記振動子と前記摩擦部材の相対移動端部の近傍において、前記加圧方向から見た場合に前記ガイド溝部を挟んだ両側に配置されることを特徴とする振動波モータ。
2. フレキシブル基板と、
   前記振動子と前記フレキシブル基板とを保持する保持部材と、を更に備え、
   前記フレキシブル基板は、前記圧電素子に接合される接合部と、該接合部から前記相対移動の方向に沿って伸延する伸延部と、前記伸延部を反転して折り返す屈曲部と、を有し、
   前記保持部材は、前記伸延部及び前記屈曲部に当接するフレキシブル基板当接部を有し、
   前記被保持部は、前記加圧方向から見た場合に前記フレキシブル基板当接部より前記摩擦部材に近い位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動波モータ。
3. 前記固定部材は、前記ガイド手段を固定する第１の固定部と、前記固定部材を保持する第２のベース部材に固定するための第２の固定部と、を有し、
   前記加圧方向から見た場合に、前記第２の固定部は前記フレキシブル基板当接部より前記摩擦部材から遠い位置に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の振動波モータ。
4. 前記振動子が前記相対移動端部の近傍に位置する際、前記第１の固定部と前記第２の固定部との間に前記フレキシブル基板当接部が入り込むことを特徴とする、請求項３に記載の振動波モータ。
5. 前記ガイド手段は、固定ガイド部材と可動ガイド部材と転動部材とにより構成され、前記固定ガイド部材は前記固定部材に固定され、前記転動部材は前記ガイド溝部に保持されてい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. 前記振動子は、前記可動ガイド部材と一体的に動くことを特徴とする、請求項５に記載の振動波モータ。
7. 前記振動波モータは、超音波領域の周波数の振動をする超音波モータであ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. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動波モータと、
   前記振動波モータにより駆動されるレンズと、を備え、
   前記固定部材を保持する第２のベース部材は、鏡筒であることを特徴とする、撮像装置。

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