JP6257281B2 - 超音波アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラなどに適用される超音波モータを含む超音波アクチュエータ、特に、例えば、リニア超音波モータを含む超音波アクチュエータなどに関するものである。

従来、この種のリニア超音波モータを含む超音波アクチュエータにおいて、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材（振動子）を摺動部材に圧接し両者間に摩擦力を生じさせることで、摺動部材を駆動する技術が知られている。特許文献１は次の様な技術を開示している。これは、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材と、該振動部材の周期振動に伴って動かされる移動部材とを備えた超音波モータである。そして、振動部材と移動部材とを圧接させる押圧力を付与するバネ部材のみによって振動部材を支持し、バネ部材による振動部材の支持位置は、振動部材の振動の節部にあるように構成されている。

特開2001-292584号公報

しかしながら上述の特許文献１に開示された従来技術では、振動体（振動子）の振動節部を支持する機能と、振動体を加圧し振動体とレール（摺動部材）に摩擦力を生じさせる機能とを、一つのバネ部材と複数のゴムシートを用いて実行している。このバネ部材を固定板と振動体との間に、それぞれゴムシートを介して組み込んでいる。こうして振動子はレールに対して圧接され、振動体の超音波振動によりレールが摩擦駆動される。この際、レールの振動体がある面と逆の面には、ローラーが配置され、摺動抵抗を低減してレールを移動可能に支持している。このように、レールを振動体とローラーで挟持することにより上述の圧接力の発生構造は固定板とローラーとの間で閉じた構造となっている。

上記構成をとった時、固定板、ゴムシート、バネ部材、振動子、ローラー、で構成されレールを移動可能に挟持する構造部をハウジングと定義すると、ハウジングの位置は、振動子の加圧部が板バネの加圧力によりレールに押圧される位置によって規定される。このような状態において、例えばレールが固定されて上記ハウジングが駆動されるとき、高速往復移動を行うと、急減速、急加速運動による速度変化の影響を受けて振動子と一体に移動するハウジングには移動方向に対してピッチング方向の回転力が発生する。これはハウジングの重心と駆動力発生部との高さに差がある時に起きる現象である。この回転力により２つのローラーのうち一方はレールから離反する方向に力を受ける。そしてこの力が板バネによる加圧力を上回るとローラーには往復運動の折り返し地点近傍において浮き上がる現象が発生し、往復駆動時にローラーとレールとの間で離開と接触の繰り返しが発生して騒音を発生する。これは、例えば、光学機器の合焦動作において、合焦レンズを微小量、光軸方向の前後に駆動を行いながら被写体のコントラスト情報を元に合焦動作を行う所謂ウォブリング動作を行うときに生じる。これにより、記録音声に不要な騒音が記録されてしまうと言うことが起こり得る。

上記課題に鑑み、本発明の超音波アクチュエータは、印加される駆動電圧により超音波振動する振動子と、前記振動子との間で互いに圧接されて相対的に移動する相対摺動部材と、前記振動子または前記相対摺動部材である被駆動部を進退自在に保持する支持部材と、前記支持部材を前記被駆動部の移動方向にガイドするガイド部と、加圧により前記振動子と前記相対摺動部材とを互いに圧接させる加圧部と、を有する。そして、前記支持部材が前記被駆動部の加圧方向へ動こうとする動きを規制する規制部材が設けられている。前記ガイド部は第一のガイド部と第二のガイド部を備え、前記第一のガイド部は、前記支持部材に形成された溝部と、第一の転動部材と、前記溝部と対向する位置に形成された溝部を有する中間部材とで構成され、前記第二のガイド部は、第二の転動部材と、前記第二の転動部材を前記中間部材に対し押圧保持する押圧保持部材とで構成され、前記押圧保持部材は、前記第二の転動部材を前記中間部材との間で挟持するように前記支持部材に固定される。

本発明によれば、動画撮影時のウォブリング動作などにおける不要な騒音が軽減されて静音性の高い合焦レンズ駆動などを行うことができる超音波アクチュエータを実現することが可能となる。

フォーカス駆動源などとして利用される超音波アクチュエータの横断面図。 フォーカス駆動源などとして利用される超音波アクチュエータの縦断面図。 本発明の超音波アクチュエータを組込んだレンズ鏡筒の一例の断面図。 比較例の構造を説明するための縦断面図。

本発明では、振動子、または、振動子と互いに圧接されて相対的に移動する相対摺動部材である被駆動部を保持して進退自在に駆動する支持部材を移動方向にガイドするガイド部に対して、支持部材の被駆動部加圧方向への動きを規制する規制部材が設けられる。より具体的には、高速往復動作時などの騒音を軽減するために、被駆動部の加圧反力以上の外力や慣性力により被駆動部支持部材がガイド部であるＶ溝部などから浮き上がることを規制部材により抑制する。

以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本発明の一実施例を表す、光学機器のフォーカス駆動源などとして利用されるリニア超音波モータを含む超音波アクチュエータの要部横断面図（駆動方向直角断面図）、図２はその縦断面図（駆動方向断面図）である。

図において、１０１は、印加される駆動電圧により超音波振動する振動子であり、被接合部１０１ａが連結部材１０２の接合部１０２ａに対して溶接などにより固定される（図２参照）。また、振動子１０１には圧電素子１０３が公知の接着剤などにより固着されている。圧電素子１０３は高周波電圧が印加されると、振動子１０１が長手方向及び短手方向に、それぞれ共振を起こすように設定されている。その結果、図２に示すように、振動子１０１に形成された圧接部１０１ｂの先端が楕円運動を起こす。この圧電素子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動きを発生させることができるように成してある。よって、相手部品である相対摺動部材であるところのスライダー（図１中、１０４）との摩擦力により駆動力を発生させ、本実施例では、該振動子自身を光軸方向（図１中、紙面垂直方向、図２中、左右方向）に沿って進退させることが可能となる。振動子の側を固定して、スライダー１０４を進退させることが可能な構成とすることもできる。

図１中、１０５は振動子支持部材で、振動子１０１が固定された連結部材１０２のねじ止め部１０２ｂがネジ１０６により取り付け位置に固定される。１０７は加圧板であり、後述のように弾性部材１０８を挟んで、圧電素子１０３を押圧保持するように構成されている。１１１は、加圧部である加圧バネであり、組み込まれた状態で、振動子１０１をスライダー１０４に押圧する押圧力を発生する。１１３は、振動子支持部材１０５の当接部１０５ａに接着やねじ止め等公知の方法で固定されるガイド部の一部を構成する移動板である。移動板１１３は振動子支持部材１０５と一体的に形成されてもよい。該移動板には、転動部材であるボール１１４が嵌入し振動子支持部材１０５を光軸方向（駆動方向）にガイドする複数のＶ溝部１１３ａが形成されている。つまりここでは、支持部材のＶ溝部は、支持部材の本体部に固定された別部品である移動板に形成されている。ガイド部の構成としては、例えば、移動板が板バネ部材であり、これの湾曲部などが後述のカバープレートの平面またはＶ溝部の中の転動部材に摺接して振動子支持部材１０５を駆動方向にガイドする構成になっていてもよい。

１１５は、中間部材であるカバープレートで、ユニット支持部材１１６に公知のネジ等により固定される。該カバープレート１１５も前述のガイド部の一部を構成している。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、第一の転動部材であるボール１１４を挟持することで、振動子支持部材１０５を駆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。該カバープレートにはさらに複数のＶ溝部１１５ｃが形成されている。以上の如く、本実施例は、次のようなガイド部の構成を備える。すなわち、ガイド部は第一のガイド部と第二のガイド部を備える。第一のガイド部は、支持部材に形成されたＶ溝部と、第一の転動部材と、前記Ｖ溝部と対向する位置に形成されたＶ溝部を有する中間部材とで構成される。第二のガイド部は、後述の第二の転動部材と、第二の転動部材を中間部材に対し押圧保持する後述の挟持板である押圧保持部材とで構成され、押圧保持部材は、第二の転動部材を中間部材との間で挟持するように支持部材に固定される。

１５０は挟持板であり、該挟持板にはカバープレート１１５に形成されたＶ溝部１１５ｃの対向部に平面部が位置するように外形が形成されている。そして、挟持板１５０は組み立て時、図外のネジ穴を介して、ネジにより振動子支持部材１０５に締結されるが、このとき、カバープレート上のＶ溝部１１５ｃと該挟持板との間には第二の転動部材である複数のボール１５２が挟持される。よって、カバープレート１１５が移動板１１３と挟持板１５０との間でボール１１４、１５２を介してガタなく挟持され得るように、各寸法が適宜設定されている。挟持板１５０の一部１５０ｃは弾性変形するようになっていて、規制部材を構成している。すなわち、ここでは押圧保持部材と第二の転動部材が規制部材を兼ねている。該一部１５０ｃが板バネ部材となっていて、これの湾曲部などがカバープレート１１５の上部平面またはＶ溝部の中の転動部材に摺接して振動子支持部材１０５を駆動方向にガイドするような構成になっていてもよい。また、押圧保持部材にＶ溝部が形成されていて、この中に第二の転動部材が嵌まり込んでいる構造としてもよい。以上の如く、第二の転動部材は、中間部材に形成されたＶ溝部もしくは平面部と、前記押圧保持部材に形成された平面部もしくはＶ溝部とによって挟持される。

さらにこのとき、移動板１１３は、上述のボールの転動機能によりカバープレート１１５に対して駆動方向（図１中、紙面垂直方向）には移動自在に構成されることとなる。ユニット支持部材１１６には前記スライダー１０４がネジ等で固定される。ここまでの構成により、本実施例にかかわるリニア超音波モータを含む超音波アクチュエータが完成する。

本実施例では、被駆動部は前記振動子であり、支持部材は振動子を保持する振動子支持部材であり、規制部材は、振動子支持部材が振動子の加圧方向へ動こうとする動きを規制している。つまり、本実施例では、圧電素子１０３や振動子１０１の側の構造が移動するが、前述したように、この構造の方を固定すれば、そのままの構成でスライダー１０４が移動する構成にすることができる。

図４は、規制部材を有さない比較例の構造を説明するための構成概略図である。図４中の付番は、上記実施例と同じ部分は図１、図２と同じ符号を付してある。加圧バネ１１１は、加圧板１０７及び弾性部材１０８を介して、圧電素子１０３が固定された振動子１０１をスライダー１０４に圧接している。

この結果、振動子とスライダーの圧接部で駆動力が発生し、Ｆなる力を受けて駆動方向に移動可能となる。このとき、上述の加圧バネ１１１、加圧板１０７、弾性部材１０８、圧電素子１０３、振動子１０１、連結部材１０２、振動子支持部材１０５、移動板１１３は振動子と一体となって駆動方向に沿って移動する。前述のような光学機器の合焦動作において、例えば合焦レンズを微小量、光軸方向前後に駆動を行いながら被写体のコントラスト情報を元に合焦動作を行ういわゆるウォブリング動作を行うとする。この際、駆動力発生部である振動子１０１とスライダー１０４との接触部の位置（図４中、Ｆの発生する部分）と、振動子と一体となって移動する駆動部の重心Ｇ（図４中に記載）との位置の差から移動方向に対してピッチング方向の回転力Ｐが発生する。そして、その力が前述の加圧力の反力を上回ると振動子支持部材１０５がピッチング方向に回転移動する。このとき、移動板１１３とカバープレート１１５に形成されたＶ溝部とボール１１４の間には隙間が発生することになる。この結果、ウォブリングの連続駆動により該Ｖ溝部とボールの間で衝突音が連続して発生し、撮影に必要な静音性が損なわれることとなる。

しかしながら、図１に示した実施例の加圧機構および振動子保持部材１０５の転動支持構成によれば、前述の通り振動子支持部材１０５には移動板１1３が固定されている。そして、加圧バネ１１１は、加圧板１０７及び弾性部材１０８を介して、圧電素子１０３が固定された振動子１０１をスライダー１０４に圧接する。このときの加圧反力は、振動子支持部材１０５を介し、移動板１１３を図１中上方に押圧する力を発生させる。このとき、移動板１１３に形成されたＶ溝部１１３ａとカバープレート１１５に形成されたＶ溝部１１５ａとの間には、ボール１１４が配置されて前記押圧力により挟持される。さらに、上記実施例の転動支持構成によれば、カバープレート１１５の上面側にはＶ溝部１１５ｃが形成されボール１５２を挟んで挟持板１５０がネジなど（不図示）により振動子支持部材１０５に固定される。この結果、移動板１１３は、挟持板１５０との間でボール１１４、１５２を介してカバープレート１１５を挟持する。このとき、例えば、挟持板１５０は、弾性を有する部材で構成され、前述のねじ止めなどの際にその一部１５０ｃが弾性変形するようにその高さ寸法（図１中、Ｈ）が設定されている。この結果、移動板１１３と挟持板１５０は、規制部材である挟持板１５０の弾性力によってカバープレート１１５をガタ無く挟持出来る。従って、前述のウォブリング動作などによる駆動において振動子支持部材１０５にピッチング方向の力が加わっても、前述の加圧力に関係なく、Ｖ溝部に対して最適な力をもって被駆動部（上記実施例では振動子支持部材１０５）を保持できる。よって、撮影時の静音化を実現することが出来る。

以上、本発明に関わる超音波モータを含む超音波アクチュエータに関して、その具体例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求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。

（実施例２）
図３は、本発明の超音波モータユニット（超音波アクチュエータ）１００を組込んだレンズ鏡筒に係る実施例２の断面図を示す。本実施例では、レンズ鏡筒を、カメラ本体に対して交換可能な交換レンズとして説明する。なお、レンズ鏡筒は光軸の回りでほぼ回転対称形であるため、上側半分のみを表示している。

カメラ本体１には交換レンズ２が着脱自在に取り付けられ、カメラ本体１内には撮像素子１ａが設けられている。マウント１１は、交換レンズ２をカメラ本体１に取り付けるためのバヨネット部を有している。固定筒１２は、マウント１１のフランジ部と当接し、不図示のビスによってマウント１１を固定している。固定筒１２には、固定レンズＧ１を保持する前鏡筒１３と固定レンズＧ３を保持する後鏡筒１４が固定される。１５はフォーカスレンズＧ２を保持するフォーカスレンズ保持枠であり、前鏡筒１３と後鏡筒１４に保持された公知のガイドバー１６によって直進移動可能に保持されている。超音波モータユニット１００内の地板１６１には、フランジ部が形成されており（不図示）、後鏡筒１４にビスにて固定されている。

上記のような構成で、超音波モータユニット１００の被駆動部１６２が駆動されると、超音波モータユニット１００の駆動力は、駆動力伝達部１６３を介してフォーカスレンズ保持枠１５に伝達される。フォーカスレンズ保持枠１５は前述のガイドバー１６に沿って直線移動する。こうして、本発明の超音波アクチュエータの駆動力によりレンズ保持枠１５が駆動される。

１０１：振動子（被駆動部）、１０３：圧電素子、１０４：スライダー（相対摺動部材、被駆動部）、１０５：振動子支持部材、１１１：加圧バネ（加圧部）、１１３：移動板（ガイド部）、１１３ａ、１１５ａ、１１５ｃ：Ｖ溝部（ガイド部）、１１４：ボール（ガイド部）、１１５：カバープレート（ガイド部）、１５０：挟持板（規制部材）、１５２：ボール（規制部材）、

Claims (7)

1. 印加される駆動電圧により超音波振動する振動子と、
   前記振動子との間で互いに圧接されて相対的に移動する相対摺動部材と、
   前記振動子または前記相対摺動部材である被駆動部を進退自在に保持する支持部材と、
   前記支持部材を前記被駆動部の移動方向にガイドするガイド部と、
   加圧により前記振動子と前記相対摺動部材とを互いに圧接させる加圧部と、
   前記支持部材が前記被駆動部の加圧方向へ動こうとする動きを規制する規制部材と、を有し、
   前記ガイド部は第一のガイド部と第二のガイド部を備え、
   前記第一のガイド部は、前記支持部材に形成された溝部と、第一の転動部材と、前記溝部と対向する位置に形成された溝部を有する中間部材とで構成され、
   前記第二のガイド部は、第二の転動部材と、前記第二の転動部材を前記中間部材に対し押圧保持する押圧保持部材とで構成され、
   前記押圧保持部材は、前記第二の転動部材を前記中間部材との間で挟持するように前記支持部材に固定されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の超音波アクチュエータにおいて、
   前記押圧保持部材と前記第二の転動部材が前記規制部材を兼ねていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
3. 請求項１または２に記載の超音波アクチュエータにおいて、
   前記第二の転動部材は、前記中間部材に形成された溝部もしくは平面部と、前記押圧保持部材に形成された平面部もしくは溝部とによって挟持されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
   前記支持部材の溝部は、前記支持部材の本体部に固定された別部品に形成されていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
   前記被駆動部は前記振動子であり、
   前記支持部材は前記振動子を保持する振動子支持部材であり、
   前記規制部材は、前記振動子支持部材が前記振動子の加圧方向へ動こうとする動きを規制することを特徴とする超音波アクチュエータ。
6. 印加される駆動電圧により超音波振動する振動子と、
   前記振動子との間で互いに圧接されて相対的に移動する相対摺動部材と、
   前記振動子または前記相対摺動部材である被駆動部を進退自在に保持する支持部材と、
   前記支持部材を前記被駆動部の移動方向にガイドするガイド部と、
   加圧により前記振動子と前記相対摺動部材とを互いに圧接させる加圧部と、
   前記支持部材が前記被駆動部の加圧方向へ動こうとする動きを規制する規制部材と、を有し、
   前記ガイド部は、カバー部材と、前記加圧部の力によって前記カバー部材と加圧接触するボール部材と、を備え、
   前記規制部材は、前記加圧方向において、前記振動子と前記相対摺動部材の接触面に対して前記カバー部材よりも離れた位置に配置されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の超音波アクチュエータの駆動力によりレンズ保持枠が駆動されることを特徴とするレンズ鏡筒。