JP2019103371A - 振動波モータ及び振動波モータを用いたレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被駆動部材の質量が大きい場合でも平均駆動速度を維持することが可能な振動波モータを提供する。【解決手段】振動波モータ１００は、圧電素子１１と突起部１０ａとを備えた振動子１と、振動子１を保持する第１の保持部材と、第１の保持部材とは異なる第２の保持部材と、第１の保持部材と第２の保持部材とを連結する弾性連結部材１４と、振動子１と摩擦接触する摩擦部材２１と、振動子１を摩擦部材に加圧する加圧手段３とを有し、振動子１の振動によって振動子１と摩擦部材２１とは相対移動し、弾性連結部材１４は、第１の保持部材と連結する第１の連結部１４ｄと、第２の保持部材と連結する第２の連結部１４ａとを有し、第１の連結部１４ｄ又は第２の連結部１４ａのどちらか一方は、相対移動の方向と略平行かつ加圧手段３による加圧重心Ｃを通る直線上に設けられ、他方は相対移動の方向と略直交かつ加圧重心Ｃを通る直線上に設けられる。【選択図】 図２

Description

本発明は、振動波モータと当該振動波モータを用いたレンズ駆動装置に関する。

小型軽量、高駆動力、広い速度レンジ、静音駆動を特徴とする超音波モータは、光学装置のレンズ鏡筒等に採用されている。特許文献１に開示された超音波モータでは、振動子が固定された基台と振動子保持部材とは、その両者の間に板バネが設けられ、相対移動方向に付勢されることでガタなく連結されている。また、特許文献２に開示された超音波モータでは、駆動部の重量が大きい場合などに対して、複数の振動子を用いてより大きな駆動力を発生させて駆動することが記載されている。

特開２０１５−１２６６９２号公報 特開２０１６−１０１０２２号公報

被駆動部材の質量が大きい場合、特許文献１の超音波モータでは、板バネのバネ荷重を大きくする必要があるが、バネ荷重の増加は組立性の悪化を招くので一定のバネ荷重に制限する必要がある。しかしながら、バネ荷重の制限のために加減速時の加速度を抑える必要があり、平均駆動速度が遅くなるという課題がある。また、特許文献２の超音波モータでは、複数の振動子を用いると各々の振動子が加圧部を必要とし、部品数が増えるという課題がある。

そこで本発明では、被駆動部材の質量が大きい場合でも平均駆動速度を維持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。

上記課題を解決するために、本発明の振動波モータは、圧電素子と突起部とを備えた振動子と、該振動子を保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材とは異なる第２の保持部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを連結する弾性連結部材と、前記振動子と摩擦接触する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、を有し、前記振動子の振動によって前記振動子と前記摩擦部材とは相対移動し、前記弾性連結部材は、前記第１の保持部材と連結する第１の連結部と前記第２の保持部材と連結する第２の連結部とを有し、前記第１の連結部又は前記第２の連結部のどちらか一方は、前記相対移動の方向と略平行かつ前記加圧手段による加圧重心を通る直線上に設けられ、他方は前記相対移動の方向と略直交かつ加圧重心を通る直線上に設けられることを特徴としている。

本発明によれば、被駆動部材の質量が大きい場合でも平均駆動速度を維持することが可能な振動波モータを提供することを可能にする。

（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態の振動波モータ１００の断面図である。 本発明の実施形態の弾性連結部材１４による連結を示す平面図である。 本発明の実施形態の弾性連結部材１４による連結を示す分解斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施形態の振動波モータ１００の動作を示す図である。 本発明の実施形態のレンズ駆動装置２１０の構成を示す図である。 本発明の実施形態の撮像装置の構成を示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための実施形態について説明する。図面において、同一符号は同一部材を示している。また、本明細書中において、後述する振動子１と摩擦部材２１が相対移動する方向をＸ方向と定義する。また、後述する加圧手段３による加圧方向をＹ方向とする。更に、Ｘ方向とＹ方向に垂直な方向をＺ方向と定義する。

まず、本発明の実施形態である振動波モータ１００（超音波モータ）の構成について、図１（Ａ）、（Ｂ）及び図３を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の振動波モータ１００のＹＺ平面における断面図であって、図１（Ｂ）の断面線ＩＡ−ＩＡに沿った断面図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）の断面線ＩＢ−ＩＢに沿った断面図である。また、図３は弾性連結部材１４による連結を示す分解斜視図である。

本発明の振動波モータ１００には、２つの振動子１が備えられている。これら振動子１は、交流電圧を印加することで伸縮する圧電素子１１と、圧電素子１１に接着された板状の弾性体１０とにより構成される。圧電素子１１は矩形状のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されており、弾性体１０はステンレス鋼の板材で構成されている。ただし、これらの部材はそのような素材に限定されるものではない。振動子１に所定の交流電圧を印加すると、圧電素子１１の伸縮により振動子１は超音波領域の周波数の高周波振動（超音波振動）を励起し、弾性体１０に設けられた突起部１０ａの先端に楕円振動を生じさせることができる。

各々の振動子１は、樹脂で形成された枠形状の保持部材１２（第１の保持部材）により保持されている。保持部材１２は、減衰材として機能するとともに、振動子１の超音波振動が外部に伝達することによる駆動性能の低下や騒音発生を抑制している。そして、振動子１を保持する保持部材１２は、弾性連結部材１４を介して固定部材１３（第２の保持部材）に連結されている。保持部材１２と弾性連結部材１４の接続部分及び固定部材１３と弾性連結部材１４の接続部分は、接着剤等の公知の固定方法により固定されているが、固定方法はこの方法に限定されるものではない。固定部材１３は振動波モータ１００のベース部となる不図示の固定部に対して固定されている。

各々の振動子１の突起部１０ａと摩擦接触する摩擦部材２１がＺ方向に並んで、かつ相対移動の方向に延在して２つ備えられている。２つの摩擦部材２１の間には、移動側レール部材２２が備えられている。移動側レール部材２２は、ネジ等の公知の固定方法により移動側枠部材２３に固定されている。移動側枠部材２３は、振動波モータ１００の駆動力を出力するために被駆動部材に接続される。移動部２は、２つの摩擦部材２１と、移動側レール部材２２及び移動側枠部材２３により構成されている。

各々の振動子１は、加圧手段３により摩擦部材２１に対して加圧されている。加圧手段３は、弾性部材１６、上側加圧プレート１７、下側加圧プレート１８及び加圧バネ１９によって構成されている。各々の圧電素子１１の弾性体１０が固定されている面の反対側の面には、弾性部材１６がそれぞれ配置されている。更に、弾性部材１６が圧電素子１１に接する面の反対側の面には、１つの下側加圧プレート１８が備えられている。すなわち、弾性部材１６は、下側加圧プレート１８と圧電素子１１との間に設けられ、圧電素子１１の損傷を防止している。１つの下側加圧プレート１８は、２つの振動子１を跨ぐように各々の振動子１に配置された弾性部材１６と接するとともに、Ｙ方向に突出する２つの突起部１８ｐをＸ方向に沿って備えている。そして、２つの突起部１８ｐと対峙するように上側加圧プレート１７が備えられている。

上側加圧プレート１７のＺ方向の一端側は、固定部材１３が有する２つのフック部１３ａを回転中心として固定部材１３と係合し、上側加圧プレート１７は下側加圧プレート１８の突起部１８ｐと接触する。更に、上側加圧プレート１７のＺ方向の他端側は、加圧バネ１９と係合する。そして、加圧バネ１９のＹ方向の一端部が上側加圧プレート１７に作用し、Ｙ方向の他端部が固定側レール部材１５に作用することにより、振動子１の摩擦部材２１に対する加圧力が生じる。この加圧力によって突起部１０ａは摩擦部材２１と摩擦接触し、突起部１０ａ先端の楕円運動により摩擦部材２１は振動子１に対してＸ方向に相対移動する。

固定部材１３と固定側レール部材１５とは、不図示のネジ等の公知の固定方法により固定されるが、固定されればその方法は限定されない。固定側レール部材１５は、Ｖ溝形状の固定側案内部１５ａをＸ方向に沿って備えており、この固定側案内部１５ａには２つの転動ボール２０が配置されている。一方、移動側レール部材２２においても、Ｘ方向に沿って溝形状の移動側案内部２２ａが２箇所備えられている。これら移動側レール部材２２が有する移動側案内部２２ａと、固定側レール部材１５が有する固定側案内部１５ａにより転動ボール２０が挟持されている。この構成により、固定側レール部材１５に対して移動部２は、転動ボール２０の中心を通るＸ方向の軸を中心に回転して２つの振動子１と摩擦部材２１の当接点のＹ方向のずれが吸収されるとともに、Ｘ方向に直進可能な案内機構が形成される。また、Ｖ溝形状の固定側案内部１５ａと移動側案内部２２ａ及び転動ボール２０は、２つの振動子１のＺ方向におけるほぼ中央に配置されている。

次に弾性連結部材１４の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は振動波モータ１００の平面図であるが、説明のため加圧手段３を構成する部材が取り除かれた状態を示す。弾性連結部材１４は、Ｘ方向における弾性変形による機械的応答遅れが極めて小さく抑えられ、かつＹ方向には弾性変形することが可能な状態で保持部材１２と固定部材１３とを連結する部材である。

保持部材１２には、Ｙ方向に突出する突起部１２ｐがＸ方向に沿って２つ設けられている。また、固定部材１３には、Ｙ方向に突出する突起部１３ｐがＺ方向に沿って３つ設けられている。そして、弾性連結部材１４には、保持部材１２の突起部１２ｐと連結する複数の保持部材連結部１４ｄ（第１の連結部）及び固定部材１３の突起部１３ｐと連結する複数の固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ（第２の連結部）が設けられている。更に、弾性連結部材１４には、Ｘ方向で折り返すように延在する複数の腕部１４ａｒが設けられるとともに、２つの対峙する第１の連結部と２つの対峙する第２の連結部（１４ａと１４ｃ及び１４ｂと１４ｃ）とに囲まれる空間が開口部１４ｈとなっている。これら保持部材連結部１４ｄ、固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び腕部１４ａｒは、Ｙ方向と直交する同一平面上に設けられている。腕部１４ａｒは、加圧手段３による加圧力の加圧重心Ｃを通るＺ方向の軸に対して対称に形成されている。また、開口部１４ｈは、加圧手段３による加圧方向と直交する面であるＸＺ平面において、加圧手段３による加圧力が振動子１と摩擦部材２１の当接点に対して均等に与えられるような加圧重心Ｃを含んでいる。このような構成により、加圧手段３の各構成部材は弾性連結部材１４と干渉することなく、圧電素子１１の加圧重心Ｃを含む面に荷重を加え、安定した加圧力を付与することができる。

保持部材連結部１４ｄは、Ｘ方向と略平行かつ加圧重心Ｃを通る直線Ｘｎ上に設けられ、固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃは振動子１をＸ方向と略直交かつ加圧重心Ｃを通る直線Ｚｍ上に設けられている。更に各々の保持部材連結部１４ｄは加圧重心ＣからＸ方向に等距離ｍだけ離隔して設けられており、各々の固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃは加圧重心ＣからＺ方向に等距離ｎだけ離隔して設けられている。また固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃは弾性連結部材１４に、２つの振動子１が同一平面上に配置される方向（Ｚ方向）と略平行に設けられる。この構成により２つの振動子１の間の固定部材連結部１４ｃは、２つの振動子１に対して共通化されるとともに、弾性連結部材１４を一体化することができるため、２つの振動子１を配置する方向（Ｚ方向）の小型化が可能となる。本発明の実施形態では、保持部材連結部１４ｄと固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃは上記のような配置となっているが、固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃがＸ方向と略平行となる配置であってもよい。すなわち、保持部材連結部１４ｄ又は固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのいずれか一方がＸ方向と略平行かつ加圧重心Ｃを通る直線上に設けられ、他方がＸ方向と略直交かつ加圧重心Ｃを通る直線上に設けられていてもよい。

圧電素子１１は、振動子１の弾性体１０に設けられた突起部１０ａと弾性連結部材１４の間に設けられている。そして、弾性体１０には、Ｘ方向の両端部に保持部材１２と連結する連結部１０ｃが備えられている。上記のように保持部材１２には、Ｙ方向に突出する突起部１２ｐがＸ方向に沿って２つ設けられているが、この突起部１２ｐの反対側の面には、この連結部１０ｃと連結するための振動子連結部１２ｃが備えられている。すなわち、保持部材１２には、一方の面に突起部１２ｐが備えられ、他方の面に振動子連結部１２ｃが備えられている。このような構成により、保持部材１２は、一方の面に保持部材連結部１４ｄを接続し、他方の面（反対側の面）に振動子１を保持することができるため、保持部材連結部１４ｄをＸ方向において加圧重心Ｃの側に設けることができる。更に弾性連結部材１４の腕部１４ａｒを固定部材１３の上面内にまで延設することで、保持部材連結部１４ｄをＸ方向において加圧重心Ｃの側に設けることが可能となり、Ｘ方向に更に小型化することを可能にしている。

本発明の実施形態は、振動子１と摩擦部材２１の組み合わせを２組有している。この２組の振動子１及び摩擦部材２１は、Ｘ方向と略直交する方向（Ｚ方向）に並べて配置されている。しかしながら、この２組の振動子１及び摩擦部材２１をＸ方向と略平行な方向に並べて配置してもよい。また、本実施形態においては、振動子１及び摩擦部材２１を２組備えた場合について説明しているが、少なくとも１組あればよく、本発明の実施形態を限定するものではない。更に、本発明の実施形態では、振動子１を固定し摩擦部材２１を移動部２として相対移動させているが、摩擦部材２１を固定し振動子１を移動させてもよい。

次に、本発明の実施形態である振動波モータ１００の動作と得られる効果について図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１（Ｂ）において示される振動波モータ１００を更に簡略化して示した断面図である。図４（Ａ）は、それぞれの構成要素が設計上の中心にある状態を示す。図４（Ｂ）は、振動子１の突起部１０ａと摩擦部材２１の当接点が公差範囲内で設計上の中心から矢印で示すようにＹ方向に平行にずれたときの状態を示す。図４（Ｃ）は、摩擦部材２１が公差範囲内で設計上の中心から矢印で示すように傾いたときの状態を示す。

Ｘ方向において折り返すように延在する腕部１４ａｒに設けられた保持部材連結部１４ｄは、固定部材１３に固定されている固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対して、加圧方向であるＹ方向に自在に可動である。この構成により、もし突起部１０ａと摩擦部材２１の当接点が設計上の中心からＹ方向にずれた場合においても、腕部１４ａｒが変形することにより、そのＹ方向のずれが吸収され、所定の加圧力を振動子１に付与することができる。更に、弾性連結部材１４に保持部材連結部１４ｄと固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃが加圧重心Ｃを通る直線上に、加圧重心Ｃからそれぞれ等距離ｎ、ｍに設けられることにより、振動子１は加圧重心Ｃを通るＺ方向に略平行な直線を軸に回転可能となる。そして、摩擦部材２１が中心から傾いた場合（２つの突起部１０ａの摩擦部材２１に当接する当接点がＹ方向に異なる場合）でも、Ｙ方向のずれを吸収し振動子１を均一に加圧することができ、突起部１０ａの楕円振動を効率的に駆動力に変換することができる。また、保持部材連結部１４ｄと固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃが加圧重心Ｃを通る直線上に設けられることで、上記の振動子１を均一に加圧する機能を備えながら、部品数を削減するとともに組立性を確保することが可能である。

腕部１４ａｒをＸ方向に折り返すように構成し、更に保持部材連結部１４ｄと固定部材連結部１４ａ、１４ｂ、１４ｃをＹ方向と直交する同一平面上に設けることで、Ｘ方向の剛性を高くすることができる。弾性連結部材１４の剛性は、材質、厚さ、腕部１４ａｒの幅と長さによって決めることができ、慣性力に対して弾性連結部材１４の剛性が十分大きくなるように設定することができる。これによって被駆動部材の質量が大きい場合も、弾性連結部材１４のＸ方向における弾性変形による機械的応答遅れを極めて小さく抑えることができる。よって本発明では、被駆動部材の質量が大きい場合も、制御性能を確保しつつ、加減速時の加速度を下げることなく平均駆動速度を維持することが可能な振動波モータ１００を提供することができる。特に振動波モータ１００は、リニア用として提供することができる。

（適用例１）
次に、本発明の振動波モータ１００を適用した適用例１であるレンズ駆動装置２１０の構成及び動作について図５を用いて説明する。図５は、振動波モータ１００が組み込まれているレンズ駆動装置２１０を光軸方向（Ｘ方向）から見た図である。

振動波モータ１００の移動側枠部材２３は、レンズホルダ２１１に備えられた接続部２１１ｃにおいて、レンズホルダ２１１と接続される。レンズホルダ２１１は、光学レンズ２１２を保持しており、レンズホルダ２１１に備えられたガイド部２１１ａにおいて第１のガイドバー２１３と嵌合することで、Ｘ方向に直進案内される。第１のガイドバー２１３は図中に“固定”と記載されるように、不図示の固定部に対して固定される。また、レンズホルダ２１１は、長穴２１１ｂをガイド部２１１ａと略対向する位置に備えており、長穴２１１ｂはレンズホルダ２１１の回転規制をする部材である第２のガイドバー２１４と嵌合している。第２のガイドバー２１４も同様に、図中に“固定”と記載されるように、不図示の固定部に対して固定される。これによりレンズホルダ２１１は回転が規制されるため、回転することなくＸ方向へ直進案内される。

次に、本発明の振動波モータ１００を用いたレンズ駆動装置２１０の機能及び効果について説明する。質量が大きい光学レンズ２１２を含む被駆動部材を加減速時の加速度を下げることなく駆動させるためには、Ｘ方向に弾性変形による機械的応答遅れのない構成を備えた振動波モータ１００が必要となる。質量が大きい光学レンズ２１２を含む被駆動部材であっても、本発明の振動波モータ１００を用いることで、制御性能を確保しつつ、加減速時の加速度を下げることなく平均駆動速度を維持することが可能なレンズ駆動装置２１０を提供することができる。

本発明の実施形態では、振動波モータ１００によって光学レンズ２１２を含む被駆動部材を駆動させるが、被駆動部材はこの限りではない。以上が本発明の実施形態である振動波モータ１００を適用したレンズ駆動装置２１０の説明である。

（適用例２）
次に、本発明の振動波モータ１００を備えたレンズ駆動装置２１０を適用した適用例２である撮像装置の構成について、図６を参照して説明する。図６において、撮像レンズ部２００と、カメラボディ３００によって撮像装置本体が構成されている。カメラボディ３００は撮像素子３１０を有し、撮像レンズ部２００にはレンズ駆動装置２１０が内蔵されている。そして、レンズ駆動装置２１０に備えられた振動波モータ１００が合焦レンズである光学レンズ２１２を光軸方向であるＸ方向に略平行に駆動させることができる。撮像時に合焦レンズである光学レンズ２１２を光軸と略平行な方向に移動し、被写体像は撮像素子３１０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。

本発明の実施形態の振動波モータ１００を備えたレンズ駆動装置２１０が撮像装置に搭載されているが、この構成は本発明を限定するものではない。また本発明の適用例２においては、撮像装置は撮像レンズ部２００とカメラボディ３００が一体となっているが、撮像レンズ部２００は交換可能なレンズであっても構わない。

１ 振動子
３ 加圧手段
１１ 圧電素子
１０ａ 突起部
１２ 保持部材（第１の保持部材）
１２ｃ 振動子連結部
１３ 固定部材（第２の保持部材）
１４ 弾性連結部材
１４ａｒ 腕部
１４ａ、ｂ、ｃ 固定部材連結部（第２の連結部）
１４ｄ 保持部材連結部（第１の連結部）
１４ｈ 開口部
２１ 摩擦部材
１００ 振動波モータ
２１０ レンズ駆動装置
２１２ 光学レンズ
Ｃ 加圧重心

Claims (12)

1. 圧電素子と突起部とを備えた振動子と、
   該振動子を保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材とは異なる第２の保持部材と、
   前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを連結する弾性連結部材と、
   前記振動子と摩擦接触する摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、を有し、
   前記振動子の振動によって前記振動子と前記摩擦部材とは相対移動し、
   前記弾性連結部材は、前記第１の保持部材と連結する第１の連結部と前記第２の保持部材と連結する第２の連結部とを有し、
   前記第１の連結部又は前記第２の連結部のどちらか一方は、前記相対移動の方向と略平行かつ前記加圧手段による加圧重心を通る直線上に設けられ、他方は前記相対移動の方向と略直交かつ前記加圧重心を通る直線上に設けられることを特徴とする振動波モータ。
2. 前記弾性連結部材は、更に前記相対移動の方向で折り返すように延在する腕部を有し、前記腕部と前記第１の連結部と前記第２の連結部とは、前記加圧の方向と直交する同一平面上に設けら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. 前記弾性連結部材は、更に開口部を有し、前記開口部は、前記加圧の方向と直交する面において前記加圧重心を含む領域に設けられてい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。
4. 前記圧電素子は、前記振動子の突起部と前記弾性連結部材との間に設けられることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動波モータ。
5. 前記加圧手段は１つ設けら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. 複数の前記第１の連結部と前記第２の連結部はそれぞれ前記加圧重心から等距離に設けられることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動波モータ。
7. 前記第１の連結部が前記相対移動の方向と略平行な直線上に設けられ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. 前記第１の保持部材は、前記振動子と連結する振動子連結部を有し、前記第１の連結部は前記振動子連結部より前記加圧重心の側に設けられることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動波モータ。
9. 前記弾性連結部材は、前記加圧の方向と直交する前記第２の保持部材の面内に設けられることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動波モータ。
10. 前記振動子は、前記相対移動の方向と略平行又は略直交する方向に沿って少なくとも１つ配置されており、前記第２の連結部は前記振動子の配置の方向と略平行に配置されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動波モータ。
11. 前記振動は、超音波領域の周波数の高周波振動であり、前記振動波モータは超音波モータであることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の振動波モータ。
12. 光学レンズを有し、
    前記振動子と前記摩擦部材との前記相対移動によって、前記光学レンズが光軸方向に移動することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の振動波モータを有するレンズ駆動装置。

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