(57)【要約】【課題】振動型アクチュエータの安定した駆動を実現することができる駆動装置を提供する。【解決手段】振動子と、振動子と摩擦接触する摩擦部材とを有する超音波モータ１００と、超音波モータ１００を制御することで、被駆動部材を駆動する制御部２０１とを備える駆動装置を設ける。制御部２０１が、検出された被駆動部材の位置に基づいて、超音波モータが起動位置および端位置を通過した回数をカウントし、上記カウントされた回数に応じて起動位置および端位置を変更する。【選択図】図５
2016116352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、前記振動子と摩擦接触する摩擦部材とを有する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータを制御することで、被駆動部材を駆動する制御手段とを備え、
前記制御手段は、検出された前記被駆動部材の位置に基づいて、前記振動型アクチュエータが当該振動型アクチュエータの起動位置および端位置を通過した回数をカウントし、前記カウントされた回数に応じて前記起動位置および前記端位置を変更する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記カウントされた回数と前記振動子と前記摩擦部材の接触長さとに基づいて、前記起動位置および前記端位置の変更量を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記振動子に電圧を印加して前記振動子に楕円運動を発生させて前記振動子と前記摩擦部材とを相対移動させることで、前記被駆動部材を駆動し、
前記端位置は、前記振動子と前記摩擦部材とが相対移動可能な最大移動範囲より内側に設けられる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御手段は、予め記憶手段に記憶された前記起動位置および前記端位置と、前記検出された前記被駆動部材の位置とに基づいて、前記振動型アクチュエータが前記起動位置および端位置を通過した回数をカウントする
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項の駆動装置を有する撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置が備える振動型アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の振動型アクチュエータとして機能する超音波モータ。
【請求項８】
振動子と、前記振動子と摩擦接触する摩擦部材とを有する振動型アクチュエータを備える駆動装置の制御方法であって、
前記振動型アクチュエータを制御することで、被駆動部材を駆動する制御工程を有し、
前記制御工程では、検出された前記被駆動部材の位置に基づいて、前記振動型アクチュエータが当該振動型アクチュエータの起動位置および端位置を通過した回数をカウントし、前記カウントされた回数に応じて前記起動位置および前記端位置を変更する
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置、撮像装置、振動型アクチュエータ、超音波モータおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無音動作、低速から高速までの駆動が可能、高トルク出力などの特徴を有し、カメラやレンズの駆動源となる振動型アクチュエータとして超音波モータが提案されている。特許文献１は、レンズ駆動用のリニアアクチュエータとして機能する超音波モータを開示している。特許文献１が開示する超音波モータでは、振動子が被駆動部材に摩擦接触するよう加圧した状態で保持され、振動子に発生する楕円運動でレンズを駆動する。そして、振動子と被駆動部材の摺動による摩耗分を除去する機構が、摩耗分が発生しても、その摩耗分を除去することで超音波モータの性能低下を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６５９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された超音波モータでは、摩擦接触による摩耗分を除去することはできるが、振動子が摩擦接触する部材に、摩耗により特定の位置に摩耗痕が発生してしまう。摩耗痕が発生すると、振動子がその摩耗痕を通過する際に速度ムラが発生し、制御特性が低下し、安定した駆動ができない。特に、超音波モータの起動位置や端位置においては、駆動回数が増すごとに摩耗痕の発生が顕著であり、駆動が安定しない。
本発明は、振動型アクチュエータの安定した駆動を実現する駆動装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態の駆動装置は、振動子と、前記振動子と摩擦接触する摩擦部材とを有する振動型アクチュエータと、前記振動型アクチュエータを制御することで、被駆動部材を駆動する制御手段とを備える。前記制御手段は、検出された前記被駆動部材の位置に基づいて、前記振動型アクチュエータが当該振動型アクチュエータの起動位置および端位置を通過した回数をカウントし、前記カウントされた回数に応じて前記起動位置および前記端位置を変更する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の駆動装置によれば、振動型アクチュエータの安定した駆動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【図２】超音波モータの斜視図である。
【図３】超音波モータの側面図である。
【図４】撮像装置の中央断面図である。
【図５】撮像装置の機能ブロック図である。
【図６】摩擦部材の振動子と接触する面に生じる摩耗痕を示す図である。
【図７】超音波モータの駆動位置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本実施形態の駆動装置が備える振動型アクチュエータの分解斜視図である。図１に示す振動型アクチュエータは、デジタルカメラなどの撮像装置のレンズ鏡筒を駆動する駆動装置を構成するアクチュエータとしてユニット化されたリニア超音波モータ（以下、単に「超音波モータ」と記述する）１００である。超音波モータ１００には、レンズ保持枠が連結されている。図２は、超音波モータの斜視図である。図３は、超音波モータの側面図である。
【０００９】
超音波モータ１００の構造とその動きを明確にするために、図中の同一部材は同一記号で図示する。また、後述する可動部の基礎部に対する可動方向をＸ軸として定義し、可動部に含まれる振動板の接触部の法線方向をＺ軸として定義する。また、Ｘ軸とＺ軸とに垂直な方向をＹ軸として定義する。
【００１０】
超音波モータ１００は、Ｘ軸方向に長軸を有し、以下に述べる各部材により形成されている。振動板１０１は、圧電素子１０２が公知の接着剤等により固定されており、振動板１０１と圧電素子１０２で振動子１０３を形成する。振動板１０１は、さらに対の接触部１０１ａ、１０１ｂを備える。接触部１０１ａ、１０１ｂは後述する摩擦部材１１５に加圧された状態で摩擦接触している。
【００１１】
駆動装置が備える制御部（図５参照）が、圧電素子１０２に所定の周波数の電圧を印加することにより、振動子１０３が励振する。その結果、振動板１０１の接触部１０１ａ、１０１ｂに楕円運動が発生する。制御部が、圧電素子１０２に印加される電圧の周波数や位相を変えることで、当該楕円運動の回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の駆動を行うことができる。
【００１２】
振動子保持部材１０４は、振動子１０３とシート部材１０６、加圧板１０５を保持する。シート部材は、振動を減衰させる効果を有し、振動子１０３で発生した不要振動を加圧板１０５側へ伝達させないための機能を有する。加圧板１０５は、２つの突起部を有し、この２つの突起部は振動子保持部材１０４に設けられた孔にそれぞれ受け入れられる。この構造により加圧板１０５のＺ軸方向以外の移動が制限され、加圧力が効率的に伝達される。
【００１３】
また、振動子保持部材１０４は、バネ１０８とバネ保持部材１０７、バネ押え板１０９とを受け入れるための貫通孔と、後述するピボット部材１１９と係合する伝達部１０４ａとを備えている。バネ保持部材１０７は、バネ１０８の一方の端部を受けて保持するための面を有し、その面の裏側で加圧板１０５と接触している。バネの他方の端部は、バネ押え板１０９と接触している。バネ押え板１０９は、振動子保持部材１０４の貫通孔に固定される。貫通孔において、バネ１０８はバネ保持部材１０７とバネ押え板１０９とによって狭まれた状態で保持される。バネ押え板１０９が固定端であるので、Ｚ軸のマイナス方向に加圧力を付与している。
【００１４】
加圧板１０５、バネ保持部材１０７、バネ１０８及びバネ押え板１０９により加圧部が構成されており、各構成要素の重心はＺ軸に平行な直線で結ぶことができる。さらに、振動子保持部材１０４は、移動板１１０を保持する。移動板１１０は、略長方形の中央穴部と、３つのＶ溝の可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとを備えており、移動板１１０の中央穴部に振動子保持部材１０４の中央突起部を挿入した状態で固定される。Ｖ溝の可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、Ｘ軸方向に所定の長さで延在する。
【００１５】
カバープレート１１２は、略長方形の中央穴部とＸ軸方向に所定の長さで延在する３つのＶ溝のカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとを備え、中央穴部に振動子保持部材１０４の中央突起部が挿入される。Ｖ溝のカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと、それぞれに対応するＶ溝の可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとの間に、転動部としての球状の転動部材１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが転動可能に挟持される。
【００１６】
カバープレート１１２は、筐体１１４に４本のビス１１３により固定される。筐体１１４は、ＸＺ平面に凹型を有し、Ｘ軸の両側に側壁でカバープレートを保持する。筐体１１４の底面部においては、摩擦部材１１５が、Ｚ軸下方側より不図示のビスにより固定されている。摩擦部材１１５は、加圧部による加圧力を受け、振動板１０１の接触部１０１ａ、１０１ｂと摩擦接触している。
【００１７】
以上のような構成で、移動板１１０が固定された振動子保持部材１０４は、可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、転動部材１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃによりＸ軸方向にガタなく相対移動可能である。そして、振動子１０３と摩擦部材１１５が摩擦接触した状態で、振動子１０３に楕円運動を発生させることにより、駆動力を発生させることができる。
【００１８】
次に、超音波モータ１００と、光学レンズを保持するレンズ保持枠との連結に関して説明する。図１および図２を参照すると、レンズＧ２は、被駆動部としてのレンズ保持枠１１６に固定され、レンズ保持枠１１６は、撮像装置のレンズユニットの一部を構成する。レンズ保持枠１１６は、ガイドバー１１７と移動可能に嵌合する嵌合穴１１６ａを有する。また、嵌合部１１６ｂは、振れ止めバー１１８と移動可能に嵌合し、レンズ保持枠１１６のガイドバー１１７周りでの回転を防止する。レンズ保持枠１１６には、さらに、回転可能に保持するためのピボット部材保持部１１６ｃが形成され、ピボット部材１１９が組み込まれている。ピボット部材１１９には、圧縮トーションバネ１２０が組み込まれている。組み込まれた圧縮トーションバネ１２０の作用により、レンズ保持枠１１６が回転付勢される。この回転付勢によって、レンズ保持枠１１６の嵌合穴１１６ａと１１６ｄにおける嵌合部のガタは、片寄せされ、ガタなくＸ軸方向に進退可能となっている。
【００１９】
ピボット部材１１９は、振動子保持部材１０４に対して回転付勢され、ピボット部材１１９先端近傍に設けられた不図示のＶ溝の係合部を、振動子保持部材１０４に一体形成され球面形状を有する伝達部１０４ａに係合する。回転付勢によりＶ溝が球面に係合するため、ガタは発生しない。したがって、振動子１０３で発生する駆動力をレンズ保持枠１１６にガタなく伝達することが可能となる。
【００２０】
図４は、超音波モータが組み込まれているレンズ鏡筒を有する撮像装置の中央断面図である。レンズ鏡筒は、略回転対称形であるため、上側半分のみを図示している。
撮像装置１には、レンズ鏡筒２が着脱自在に取り付けられ、撮像装置１内には撮像素子１ａが設けられている。撮像装置１のマウント１１には、レンズ鏡筒２を撮像装置１に取り付けるための不図示のバヨネット機構が設けられている。
【００２１】
レンズ鏡筒２は、固定筒１２を有しており、マウント１１のフランジ部と当接している。固定筒１２とマウント１１とは、ビスにより固定されている。固定筒１２には、さらに、レンズＧ１を保持する前鏡筒１３とレンズＧ３を保持する後鏡筒１４とが固定される。レンズ鏡筒２は、さらにレンズ保持枠１１６を備え、レンズＧ２を保持している。レンズ保持枠１１６は、さらに、前鏡筒１３と後鏡筒１４に保持されたガイドバー１１７によって直進移動可能に保持されている。超音波モータ１００の筐体１１４には、不図示のフランジ部が形成されており、後鏡筒１４にビス等で固定されている。
【００２２】
上記のような構成で、超音波モータ１００の振動子１０３を含む振動子保持部材１０４が駆動すると、超音波モータ１００の駆動力が、ピボット部材１１９を介してレンズ保持枠１１６に伝達される。レンズ保持枠１１６は、ガイドバー１１７によって直線移動する。
【００２３】
図５は、図４に示す撮像装置の機能ブロック図である。
撮像装置１は、制御部２０１、駆動回路２０２、超音波モータ１００、可動レンズ２０３、位置検出手段２０４を備える。なお、制御部２０１、駆動回路２０２、超音波モータ１００は、本実施形態の駆動装置を構成する。
【００２４】
制御部２０１は、撮像装置１の各種動作制御を実行する。制御部２０１には、超音波モータ１００を駆動するための駆動回路２０２が連結されている。駆動回路２０２は、制御部２０１の指示にしたがって、超音波モータ１００の圧電素子１０２を駆動するための駆動信号や電圧を生成する。
【００２５】
超音波モータ１００には、被駆動部材である可動レンズ２０３が連結される。なお、可動レンズ２０３は、図４に示すレンズ保持枠１１６とレンズＧ２により構成される。位置検出手段２０４は、可動レンズ２０３の位置を検出して、制御部２０１に入力する。以上のような構成で、制御部２０１からの指示により超音波モータ１００および可動レンズ２０３が駆動され、駆動された後の位置が位置検出手段２０４により検出されることにより、所望の駆動が可能となる。
【００２６】
超音波モータ１００は、振動子１０３が摩擦部材１１５に摩擦接触した状態で振動子１０３に楕円運動を発生させることで、Ｘ軸方向に駆動力を発生させる。したがって、振動子１０３と摩擦部材１１５の間には、駆動回数が増すごとに、摩耗による摩耗粉や摩耗痕が発生する。摩耗粉については、公知技術により除去することができる。しかし、摩耗痕については除去することができない。特に、摩擦部材１１５上には起動位置や駆動端など特徴的な位置に摩耗痕が生じ、振動子１０３がその摩耗痕を通過する際に速度ムラが発生し、制御特性が低下し、安定した駆動ができない。
【００２７】
図６は、摩擦部材の振動子と接触する面に生じる摩耗痕を示す図である。
摩擦部材１１５には、摩耗痕３０１ａと３０１ｂ、摩耗痕３０２ａと３０２ｂ、摩耗痕３０３ａと３０３ｂといった、対の摩耗痕が発生している。それぞれの対の摩耗痕は、対の突起部１０１ａと１０１ｂにそれぞれ対応し、摩耗痕３０１ａと３０１ｂが超音波モータ１００の起動位置となる。
【００２８】
また、摩耗痕３０２ａと３０２ｂは、超音波モータ１００の２つの端位置のうちの一方の端位置に、摩耗痕３０３ａと３０３ｂは他方の端位置に対応している。これらの摩耗痕は、摩擦部材１１５の他の部分に比べて紙面奥行き方向に凹形状となり、また表面状態も異なるので、摩擦係数が異なっている。したがって、これらの摩耗痕を振動子１０１の突起部１０１ａ、１０１ｂが通過する際に駆動特性が変化してしまう。そこで、本実施形態の駆動装置は、超音波モータ１００の起動位置および端位置を変更する制御を実行することで、摩耗痕の発生を低減し、安定した駆動を実現する。
【００２９】
図７は、超音波モータの駆動位置を説明する図である。
図７では、超音波モータを図３と同じ方向から見た状態を示す。点線で示す４００は振動子１０３の突起部１０１ａおよび１０１ｂを示す。振動子１０３の突起部は、実際には対の突起部であるが、説明の便宜上、１つの突起部で代表して図示している。
【００３０】
４０１は摩擦部材１１５の振動子１０３と摩擦接触する接触面を示す。突起部４００と接触面４０１は、接触長さＡ’で摩擦接触する。接触面４０１の両端には、移動範囲を規制する規制部材４０２、４０３が設けられている。規制部材４０２、４０３は、実際には図１の筐体１１４により形成され、この部分で突起部４００は規制部材４０２、４０３と接触するように構成されるので、矢印Ｃの範囲が最大移動範囲となる。なお、実際には図１の振動子保持部材１０４が筐体１１４に接触することにより移動範囲が規制されるが、図７においては、移動範囲と振動子１０３の関係をより理解しやすく表現するために、突起部４００と規制部材４０２、４０３が接触すると仮定する。
【００３１】
４０５は超音波モータ１００の一方の端位置を示す。端位置４０５は、規制部材４０２から距離Ｂ隔てた位置に設けられる。４０６は他方の端位置を示す。端位置４０６は、規制部材４０３から距離Ｂ隔てた位置に設けられる。端位置４０５、４０６は、振動子と摩擦部材とが相対移動可能な最大移動範囲より内側に設けられている。端位置４０５と４０６とは、位置検出手段２０４による検出結果に基づき定義される。例えば、撮像装置１の製造工程時などにおいて、規制部材４０から距離Ｂ隔てた端位置４０５、４０６に対応する、位置検出手段２０４によって検出された位置が記憶手段（不図示）に書き込まれる。この例では、位置検出手段２０４によって検出された位置は、可動レンズ２０３の位置を示す。その後、撮像装置１を実際に使用する際には、制御部２０１が、位置検出手段２０４で検出された位置が記憶手段に書き込まれている位置と一致するかを判断する。位置検出手段２０４で検出された位置が記憶手段に書き込まれている位置と一致する場合、制御部２０１は、端位置に可動レンズ２０３が位置すると判断する。そして、制御部２０１が、端位置４０５、４０６より外側への駆動を規制する。なお、位置検出手段２０４が、端位置の物理的位置を検出できるようにしてもよい。
【００３２】
４０４は超音波モータ１００の起動位置を示す。起動位置４０４は、電源投入時やリセット時などに使用される位置である。製造工程時などにおいて、起動位置４０４に対応する、位置検出手段２０４によって検出された位置が、記憶手段（不図示）に書き込まれる。そして、例えば撮像装置１の電源投入時には、レンズＧ２がいずれの位置にいた場合にも、起動位置４０４まで駆動される。
【００３３】
このように、起動位置４０４は、接触面４０１の他の位置に比べて停止する回数が多い。また、端位置４０５、４０６も、この位置で方向が反転するので、実際にはごくわずかな時間ではあるが停止しており、接触面４０１の他の位置に比べて停止する回数も多い。停止する回数が多いと、その位置近傍で加減速駆動を繰り返し行っていることとなる。加減速を行うと、その位置近傍で突起部４００と接触面４０１の接触回数が多くなるので、摩耗が大きくなり、図６で説明したような摩耗痕の発生が生じる。
【００３４】
本実施形態の駆動装置は、摩耗痕の発生を低減するために、起動位置４０４と端位置４０５、４０６の位置を、通過した回数に応じて変更する。前述したように、記憶手段（不図示）には起動位置４０４と端位置４０５、４０６に対応する位置が記憶されている。そして、制御部２０１が、位置検出手段２０４が出力する検出結果に基づいて、超音波モータ１００が起動位置４０４と端位置４０５、４０６を通過したことを認識すると、制御部２０１が、通過回数をカウントして記憶する。通過回数をＮとして、最大通過回数をＮ’とすると、起動位置および端位置の変更量ΔＬは、以下の式（１）により算出される。
ΔＬ＝Ａ’×Ｎ／Ｎ’  （Ｎ≦Ｎ’）  （１）
【００３５】
制御部２０１が、ΔＬを起動位置４０４、端位置４０５と４０６に加算、もしくは減算して駆動を行うことで、超音波モータ１００は、毎回同じ位置で停止せず、駆動回数に応じて変更されるようになる。このとき変更量の最大値はＡ’となり、突起部４００の接触長さＡ’と同じになるように設定される。したがって、駆動回数に応じて起動位置４０４、端位置４０５、４０６は徐々に変更され、最大ではＡ’ずれた位置で停止（反転）、つまり初期で接触していた位置から外れた位置で停止（反転）することとなる。なお、端位置４０５と４０６においては、ずらし量ΔＬの影響で、規制部材４０２、４０３に突起部４００が衝突しないように、Ｂ＞Ａ’となるような寸法関係としてある。以上のような構成により、摩擦部材１１５に発生する摩耗痕を低減することが可能となる。したがって、安定した駆動が可能な超音波モータを提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０１  振動板
１０２  圧電素子
１０３  振動子
１０５  摩擦部材
【図１】
2016116352.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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