(57)【要約】【課題】振動モータにおいて、振動体を適切に保持して、振動体に安定した振動を発生可能な振動体保持機構及びこの振動体保持機構を備える振動モータを提供することを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するため、振動モータにおいて、一端に突形状の出力部を有し、振動により当該出力部に所望の運動を発生させる振動体と、当該振動体を保持して収容する保持部材と、弾性材料からなり、当該振動体と保持部材との間に配置される緩衝部材とを備え、当該緩衝部材は、保持部材と当接する第１面が、振動体と当接する第２面に比べて面積が大きく、且つ、当該第１面及び第２面を通る中心線における断面形状が軸対称であり、当該振動体と保持部材との間に少なくとも一つの緩衝部材を配置して当該保持部材に当該振動体を収容し、当該振動体を所望の振動が可能な状態で保持することを特徴とする振動体保持機構を採用した。【選択図】図１
2012151924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体を振動させることにより生じる運動を当該振動体に当接させる被駆動体へ伝えて駆動力とする振動モータにおいて、
一端に突形状の出力部を有し、振動により当該出力部に所望の運動を発生させる振動体と、
当該振動体を保持して収容する保持部材と、
弾性材料からなり、当該振動体と保持部材との間に配置される緩衝部材とを備え、
当該緩衝部材は、保持部材と当接する第１面が、振動体と当接する第２面に比べて面積が大きく、且つ、当該第１面及び第２面を通る中心線における断面形状が軸対称であり、
当該振動体と保持部材との間に少なくとも一つの緩衝部材を配置して当該保持部材に当該振動体を収容し、当該振動体を所望の振動が可能な状態で保持することを特徴とする振動体保持機構。
【請求項２】
振動体は、略立方体の振動体本体と、当該振動体本体の一端側の側面に突した出力部とを有し、
出力部に発生させる運動の中心点を通る線を基準線Ｌとし、
前記緩衝部材は、当該基準線に対して前記中心線が９０度となる位置に配置される請求項１に記載の振動体保持機構。
【請求項３】
前記緩衝部材が略円錐台形状である請求項１又は請求項２に記載の振動体保持機構。
【請求項４】
前記緩衝部材の第１面の面積Ｓ１と第２面の面積Ｓ２との比がＳ１／Ｓ２＝１．５〜４である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の振動体保持機構。
【請求項５】
前記緩衝部材が円錐コイルバネである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の振動体保持機構。
【請求項６】
前記緩衝部材の第１面を、弾性樹脂成分で保持部材に固定させる請求項１〜請求項５のいずれかに記載の振動体保持機構。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の振動体保持機構を備えることを特徴とする振動モータ。
【請求項８】
請求項７に記載の振動モータをレンズ移動の駆動源として用いることを特徴とするレンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、振動モータにおける振動体を保持する振動体保持機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動モータは、出力部を有する振動体を振動させて、出力部において楕円等の回転運動を発生させ、当該出力部を被駆動体に接触させ、両者間の摩擦力により被駆動体へ動力を伝達するものである。振動モータの中でも超音波モータは、低速高トルクを実現可能であり、静粛性に優れ、小型軽量化に適しているといった特徴があり、例えば、カメラのオートフォーカス機能や、走査型電子顕微鏡等、精密な位置決めが要求される可動機構の駆動源として用いられている。
【０００３】
具体的には、振動モータは、出力部を有する振動体に１つの固有振動又は異なる２つの固有振動を所定の周波数及びタイミングで発生させることにより、出力部において、楕円等の回転運動や往復運動を発生させる。例えば、振動体に曲げ振動と縦振動とを生じさせ、その曲げ振動及び縦振動の固有振動数を一致させ、且つ、それぞれ所定のタイミングで励起させることにより出力部において楕円等の回転運動が生じる。この出力部に被駆動体を接触させて、両者間の摩擦力により出力部の回転運動を被駆動体に伝達して、駆動させる。
【０００４】
そのため、振動モータの振動体は、微振動が可能な状態で振動モータの基材等に保持される。例えば、本件出願人が提案した特許文献１に開示の振動モータユニットでは、ベース部材とは別に備える振動子ホルダで振動子を保持する構成を採用している。この特許文献１に開示した振動子ホルダは、振動子の振動を伝達する突起部及びその対向する側面が振動子ホルダから露出するように形成された溝状の収容部に振動子を収容する枠体で構成したものである。
【０００５】
また、特許文献２では、ベース部材の一部を９０度折り曲げて設けられ、互いに対向する二つの突設部の間に、振動子を保持する構成が開示されている。具体的には、対向する二つの突設部の間に、コの字型の縦断面形状を有する支持部材、振動子及びがた寄せばねが、この順で配置され、がた寄せばねが発生するばね力により振動子が支持部材に当接して保持される構成を採用している。さらに、特許文献３には、超音波モータの超音波振動子を保持するホルダに形成された溝に案内ピンを挿入することによって、ホルダに対する超音波振動子の移動が制限される構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２０６９０７号公報
【特許文献２】特許４１８２５８８号公報
【特許文献３】特開２００８−１７８２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
振動体の振動は、出力部における所望の運動のみに変換できることが望まれるが、実際は、所望の運動以外の運動がわずかに発生する。また、部品精度のバラツキ等により、振動体ホルダ等の保持部材と振動体との間に僅かな隙間が生じる場合がある。これらが振動体の振動に影響を与え、出力部の運動に誤差が生じたり、出力効率が低下して消費電力量が増加する。
【０００８】
特許文献１及び特許文献２では、扁平な略直方体あるいは矩形平板状の振動子の側面のうち、面積の広い側面が保持されていないため、振動子の屈曲振動時の振動ムラが抑制されず、上記課題を解決できない。また、特許文献３に開示の振動モータの場合、振動子を被駆動部材側に押圧する面と同じ面に案内ピン等の保持機構を配置し、その他の面はホルダとの間に隙間があり、押圧する面のみが保持される構成となっている。このような従来の振動モータにおける振動体の保持方法では、振動子の縦振動時の振動ムラが抑制されず、上記課題を解決できない。
【０００９】
そこで、本件発明は、振動モータにおいて、振動体を適切に保持して、振動体に安定した振動を発生可能な振動体保持機構及びこの振動体保持機構を備える振動モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の振動体保持機構、振動モータ及びレンズ駆動装置を採用することで上記目的を達成するに到った。
【００１１】
本件発明に係る振動体保持機構は、振動体を振動させることにより生じる運動を当該振動体に当接させる被駆動体へ伝えて駆動力とする振動モータにおいて、一端に突形状の出力部を有し、振動により当該出力部に所望の運動を発生させる振動体と、当該振動体を保持して収容する保持部材と、弾性材料からなり、当該振動体と保持部材との間に配置される緩衝部材とを備え、当該緩衝部材は、保持部材と当接する第１面が、振動体と当接する第２面に比べて面積が大きく、且つ、当該第１面及び第２面を通る中心線における断面形状が軸対称であり、当該振動体と保持部材との間に少なくとも一つの緩衝部材を配置して当該保持部材に当該振動体を収容し、当該振動体を所望の振動が可能な状態で保持することを特徴とする。
【００１２】
本件発明に係る振動体保持機構では、振動体は、略立方体の振動体本体と、当該振動体本体の一端側の側面に突した出力部とを有し、出力部に発生させる運動の中心点を通る線を基準線Ｌとし、前記緩衝部材は、当該基準線に対して前記中心線が９０度となる位置に配置されることがより好ましい。
【００１３】
本件発明に係る振動体保持機構は、より好ましくは、前記緩衝部材が略円錐台形状である。
【００１４】
本件発明に係る振動体保持機構は、前記緩衝部材の第１面の面積Ｓ１と第２面の面積Ｓ２との比がＳ１／Ｓ２＝１．５〜４であると、より好ましい。
【００１５】
本件発明に係る振動体保持機構は、より好ましくは、前記緩衝部材が円錐コイルバネである。
【００１６】
本件発明に係る振動体保持機構は、前記緩衝部材の第１面を、弾性樹脂成分で保持部材に固定させることがより好ましい。
【００１７】
本件発明に係る振動モータは、上述の振動体保持機構を備えることを特徴とする。
【００１８】
本件発明に係るレンズ駆動装置は、上述の振動体保持機構を備える振動モータをレンズ移動の駆動源として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本件発明に係る振動体保持機構は、振動モータにおいて、振動体と保持部材との間に、上記のような特徴を有する緩衝部材を配置することにより、振動体の振動を適切な状態に保つことができる。そして、振動体の出力軸において発生する望まれない運動の影響を抑制し、出力軸における望まれない回転力が振動体の振動制御に悪影響を及ぼすことが無い。その結果、振動モータの駆動ムラを低減して駆動効率の最適化を図ることができる。また、部品精度のバラツキによる影響を排除することができる。
【００２０】
本件発明に係る振動モータは、適切な状態で振動可能に振動体を保持する振動体保持機構を備えるので、駆動ムラが無く、駆動効率の高い振動モータを提供できる。また、本件発明に係るレンズ駆動装置は、このような駆動効率の高い振動モータを備えるので、消費電力量を抑えるとともに、レンズ移動の際の制御を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本件発明に係る振動体保持機構の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】振動体の形状を示す模式図である。
【図３】緩衝部材の外形状を示す模式図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】本件発明に係る振動体保持機構の一実施の形態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本件発明に係る振動体保持機構、振動モータ及びレンズ駆動装置の好ましい実施の形態を説明する。
【００２３】
本件発明に係る振動体保持機構は振動モータに使用される。振動モータは、振動体を振動させることにより生じる運動を当該振動体に当接させる被駆動体へ伝えて駆動力とするものである。図１は、本件発明に係る振動体保持機構１の一実施の形態を示す平面図である。この図１は、本件発明に係る振動体保持機構１を備える振動モータ１０を撮像用レンズを移動させるレンズ駆動装置３０に使用し、レンズの外周側に配置した例である。本件発明に係る振動体保持機構１は、振動体２と、保持部材３と、緩衝部材４とを備え、振動体２と保持部材３との間に少なくとも一つの緩衝部材４を配置して当該保持部材３に振動体２を収容し、振動体２を所望の振動が可能な状態で保持することを特徴とする。
【００２４】
図２は振動体２の形状の一例を示す平面図である。振動体２は、振動体本体２１の一端側２１ａに突形状の出力部２２を有する。振動体２は、圧電素子に複数の電極（不図示）が接続される。各電極にそれぞれ所定の交流電圧を印加すると、振動体本体２１には、図２の矢印Ａ方向に伸縮する運動（一次縦振動）と、矢印Ｂ方向の屈曲振動が発生する。そして、各電極の周波数を揃え、位相を所定量異なるものとすることにより、一次縦振動と屈曲振動とが合成され、出力部２１に楕円運動や水平往復運動等、所望の運動を発生させることができる。本実施の形態では、振動体本体２１を略矩形平板状とし、一側面２１ａから突出して形成された出力部２２の点Ｐにおいて、楕円運動を発生させる例を示す。
【００２５】
振動体２は、出力部２２の点Ｐを当該出力部２２に発生させる運動の中心として設定し、出力部２２の中心点Ｐを通る線を基準線Ｌとし、基準線Ｌにおいて、振動体本体２１の縦振動及び屈曲振動が合成され、出力部２２の運動に変換される。
【００２６】
保持部材３は、振動体２が振動可能な状態に保持しながら振動体２を収容する。ここで、図１に示すように、振動体２の出力部２２は、与圧機構６により、振動体本体２１が被駆動体５側に押圧されて圧接される。そのため、保持部材３は、出力部２２及び当該出力部２２を有する側面２１ａ及び反対側の側面２１ｂを露出させた状態で振動体本体２１を収容する。図１の平面図に示す例では、振動体本体２１の出力部２２側の側面２１ａ及びその周辺と、出力部２２の反対側の側面２１ｂを露出させ、その他の面は、保持部材３で概ね覆われて、振動体２を保持する構成とした。
【００２７】
次に、緩衝部材４は、ゴム、バネ、弾性樹脂成分等の弾性材料からなり、図１に示すように、振動体２と保持部材３との間に配置され、保持部材３で保持される振動体２の振動を緩衝する部材である。図３は、緩衝部材４の形状を説明するための模式図である。緩衝部材４は、保持部材３と当接する第１面４１と、振動体２と当接する第２面４２とを備える。図３（ａ）に示すように、緩衝部材４は、第１面４１が第２面４２に比べて面積が大きく、且つ、第１面４１及び第２面４２を通る中心線４Ｌにおける断面形状が軸対称である。緩衝部材４の外形状は、例えば、円錐台形状、四角錐台形状等が考えられ、特に円錐台形状とすると、保持部材３で振動体２を安定して保持する効果が高いので好ましい。
【００２８】
さらに、緩衝部材４の第１面４１の面積Ｓ１と第２面４２の面積Ｓ２との比をＳ１／Ｓ２＝１．５〜４とすると、保持部材３で振動体２を安定して保持する効果が高いので好ましい。Ｓ１／Ｓ２が１．５未満の値であると、駆動効率を向上させる効果が発揮されない。一方、Ｓ１／Ｓ２が４を上回る値とすると、保持部材３と振動体２との間に適切に配置された状態を保持することが困難となる。
【００２９】
なお、緩衝部材４としてバネを採用した場合、その形状は、第１面４１及び第２面４２を通る中心線４Ｌにおける断面形状が軸対称であるという緩衝部材４の形状の条件を厳密には満たさない。しかし、本件発明にいう緩衝部材４の形状の条件は、外形寸法のことである。したがって、例えば、円錐バネを緩衝部材４として用いる場合、図３（ｂ）に仮想線で示した外形寸法において軸対称である。且つ、第１面４１及び第２面４２の大きさは、第１面４１及び第２面４２のバネ外周で特定するものである。
【００３０】
次に、本件発明に係る振動体保持機構１の構成を説明する。本件発明に係る振動体保持機構１は、振動体２と保持部材３との間に少なくとも一つの緩衝部材４を配置して、振動体２が所望の振動が可能な状態で当該保持部材３で保持する。図４は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図１及び図４に示す例では、振動体２の上面２１ｃに、円錐バネを用いた５つの緩衝部材４を配置した。また、緩衝部材４は、図１に示すように、基準線Ｌ上に直列に並ぶ位置であり、且つ、各緩衝部材４の中心線４Ｌが、基準線Ｌに対して９０度となるように配置される。このように、緩衝部材４は、振動体２と保持部材４との間であって、緩衝材４の中心線４Ｌが、基準線Ｌに対する角度が９０度となる位置に配置すると、振動体２の所望の振動を妨げずに保持することができる。
【００３１】
なお、図２に示すように、基準線Ｌ上における振動体２の出力軸２２側の端面２２ａからの距離ｍが、振動体２の全長２Ｌの１／３〜１／５となる範囲又は全長２Ｌの中心に、少なくとも１つの緩衝部材４のを配置すると、振動体２における不要な振動を抑制する効果が得られる。この場合、上記距離ｍまでの範囲に、緩衝部材４の中心線４Ｌがあれば良い。また、緩衝部材４は、振動体２に発生させる屈曲振動を妨げないために、その屈曲振動の節となる位置に配置する。
【００３２】
また、図５に、緩衝部材４の別の配置例を示す。図５は、振動体本体２１の上面に３つの緩衝部材４を配置するとともに、振動体本体２１の側面にも、緩衝部材４の中心線４Ｌが基準線Ｌに直交する方向となる位置に２つの緩衝部材４を配置した例である。
【００３３】
なお、緩衝部材４は、保持部材３と振動体２との隙間において、ある程度圧縮された状態で配置されるのでずれ難い。しかし、組み立て時や、不慮の振動、衝撃により緩衝部材４の位置がずれると製品不良となる。そこで、図４に示すように、保持部材３に、緩衝部材４の第１面４１の形状に合わせた緩衝部材収容部３１ａを設け、この緩衝部材収容部３１ａに緩衝部材４の第１面４１を配置すると、緩衝部材４の取付が行いやすく、且つ、緩衝部材４の位置をずれ難くすることができる。
【００３４】
また、緩衝部材４の第１面４１を、シリコン系、ゴム系、アクリルウレタン系のいずれかからなる弾性樹脂成分を用いて、保持部材３に固定させても良い。弾性樹脂成分は、振動体保持機構１の使用時において、保持部材３との粘着性が高く、且つ振動をある程度吸収するものであれば良い。例えば、接着剤のように組み立て時は流動性が高く、その後、保持部材３及び緩衝材４に密着した状態で固化が進む弾性樹脂成分が考えられる。弾性樹脂成分を用いることにより、緩衝部材４の第２面４２と振動体２とが安定して接触した状態が保たれ、駆動効率をより高くすることができる。
【００３５】
次に、本件発明に係る振動モータ１０について説明する。本件発明に係る振動モータ１０は、上述の本件発明に係る振動体保持機構１を備えることを特徴とする。図１は、本件発明に係る振動モータ１０を撮像用レンズを移動させるレンズ駆動装置３０に使用した例である。
【００３６】
図１及び図４に示すように、振動モータ１０の振動体２は、その一方側の側面２１ａに有する出力部２２が被駆動体５に当接する位置に配置され、他方の側面２１ｂには与圧機構６が当接配置される。被駆動体５及び与圧機構６は、それぞれベース部材９に取り付けられ、振動体２は、ベース部材９に取り付けられた保持部材３に保持される。
【００３７】
保持部材３は、振動体本体２１における基準線Ｌと平行な３つの側面を囲む第１部材３１と、この第１部材３１に配置された振動体２の残りの１面を覆う第２部材３２とからなる。第２部材３２は、図４に示すように、振動体２と対向する面に、緩衝部材収容部３２ａが複数設けられる。この緩衝部材収容部３２ａは、緩衝部材４の高さより浅く、緩衝部材４の第１面４１に併せた円柱形状の溝で形成される。保持部材３の第１部材３１に振動体２が配置され、第２部材３２の緩衝部材収容部３２ａにそれぞれ円錐バネ４を挿入配置された状態で、保持部材３の第２部材３２がベース部材９に固定される。ここで、緩衝部材４は振動体２と当接し、保持部材３の第２部材３２は振動体２と僅かに離間する。図１に示すように、この振動体２は、基準線Ｌ上において、出力部２２及び被駆動体５の固定軸５２の中心を通り、被駆動体３の駆動伝達部３１の外周面に当接して配置され、保持部材３に保持される。
【００３８】
被駆動体５は、振動体２の出力部２２から伝達された運動に基づき駆動される可動部材である。図１及び図４に示す例では、外形状が略円柱状の駆動伝達部５１が固定軸５２を中心に回転可能にベース部材９に取り付けられる。この駆動伝達部５１に、振動体２の出力部２２が圧接され、出力部２２が所定の運動をすると、出力部２２と駆動伝達部５１との摩擦力により、駆動伝達部５１が回転する。駆動伝達部５１に付随して回転する駆動力出力部５３に、図示しないレンズ駆動機構が接続されることによりレンズ移動装置の駆動源として作用する。なお、被駆動体５は、振動モータ１０から直接駆動される駆動対象物自体であってもよいし、駆動対象物に駆動力を伝達する間接部材であっても良い。
【００３９】
次に、与圧機構６は、振動体２の他端側の側面２１ｂにおいて、振動体２を被駆動体５側に押圧する。本実施の形態では、与圧機構６は、図１及び図４に示すように、与圧源７と、与圧伝達部６１と、与圧補正部６２とを備え、振動体２の出力部２２とは反対の側面２１ｂ側に配置される。与圧源７はスプリングコイルからなり、振動体２とは離間し、コイルスプリングの伸縮方向が基準線Ｌと平行となる位置に配置され、一方の端部７１がベース部材９に固定され、他方の端部７２は与圧伝達部６１に接続される。
【００４０】
与圧機構６の与圧伝達部６１は、与圧源７の与圧力を振動体２側に伝達する部材である。本実施の形態では、与圧伝達部６１は、支軸８を介してベース部材９に取り付けられ、支軸８を中心に回動可能なアーム状の部材である。そして、与圧伝達部６１は、与圧源接続部６３で与圧源７と接続することにより、与圧源接続部６３には矢印Ｄ方向に力が作用して支軸８を中心に回動し、与圧伝達部６１の振動体２と対向する端部が振動体２に近付く方向に力が作用する。この結果、与圧機構６には、振動体２を被駆動体３側に押圧する力が生じる。
【００４１】
さらに、与圧機構６には、振動体２との当接位置に回動自在に設けられ、エンジニアリングプラスチックからなる与圧補正部６２を備える。図１及び図４に示すように、回転可能な与圧補正部６２を、与圧伝達部６１と振動体２の側面２ｂとの間に配置することにより、振動体２の側面２１ｂに対して、与圧伝達部６１の押圧力の角度を補正して振動体２に対して所定の角度で圧力を付与することができる。この結果、振動体２を被駆動体３側に適切な角度で安定して圧接させることができる。また、与圧伝達部５と振動体２との間の力に乱れが生じる場合の緩衝効果が得られる。
【００４２】
被駆動部材５は、振動体２の出力部２２から伝達された運動に基づき駆動される可動部材である。図１及び図４に示す例では、外形状が略円柱状の駆動伝達部５１が固定軸５２を中心に回転可能にベース部材９に取り付けられる。この駆動伝達部５１に、振動体２の出力部２２が圧接され、出力部２２が所定の運動をすると、出力部２２と駆動伝達部５１との摩擦力により駆動伝達部５１が回転する。駆動伝達部５１に付随して回転する駆動力出力部５３に、図示しないレンズ移動機構が接続されることによりレンズ移動機構の駆動源として作用する。なお、被駆動体５は、振動モータ１０から直接駆動される駆動対象物自体であってもよいし、駆動対象物に駆動力を伝達する間接部材であっても良い。
【００４３】
次に、本件発明に係るレンズ駆動装置３０について説明する。本件発明に係るレンズ駆動装置３０は、レンズを光軸方向に移動させる駆動源として、図１に示すように、上述の振動モータ１０を、レンズの外周側に備えることを特徴とする。このように、本件発明に係るレンズ駆動装置３０は、上述の振動体保持機構を有する振動モータ１０を用いるので、振動体２において適切な振動を発生させることができ、出力部２２に出力される運動にムラが無く、且つ駆動効率が良く、微調整の精度が求められるレンズ移動装置の駆動源として好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本件発明に係る振動体保持機構は、振動モータの振動体に不要な振動が発生しない状態で保持可能であり、駆動効率が高く、且つ、駆動制御能を高くすることができる。したがって、動画撮影用のカメラのように、ズーミングやフォーカシングの敏捷性が望まれるレンズ駆動装置においても効果を発揮する。また、駆動効率が良いことから、電池式のカメラ等のレンズ駆動装置に使用すれば、使用時間の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・振動体保持機構
２・・・振動体
３・・・保持部材
４・・・緩衝部材
５・・・被駆動体
１０・・振動モータ
２２・・出力部
３０・・レンズ駆動装置
４１・・第１面
４２・・第２面
Ｌ・・・基準線
４Ｌ・・中心線
【図１】
2012151924.tif 000003
【図２】
2012151924.tif 000004
【図３】
2012151924.tif 000005
【図４】
2012151924.tif 000006
【図５】
2012151924.tif 000007