JP2005328628A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦ロスが少なく、モータ効率のよい回転体の駆動源である超音波モータを提供する。
【解決手段】本超音波モータ４０は、環状のステータ１５と、ロータ１６と、直方体の積層圧電体，支持軸，駆動子をもつ３組の振動子４１と、振動子４１を弾性板２２を介して保持するホルダ２３と、該ホルダを付勢する付勢板バネ２４とを有してなり、振動子４１を有するホルダ２３は、ホルダ背面部を付勢用板バネ２３で付勢された状態でステータ１５の外周３分割位置に配される振動子取り付け穴１５ｂに挿入される。振動子４１の駆動子は、ステータ１５の内周側のロータ外周に固着される耐摩耗リング１７に付勢用板バネ２３の付勢力で当接する。振動子４１が駆動され、駆動子４４に屈曲定在波振動，縦振動の合成による楕円運動が励起されると、ロータ１６がステータ１５に対して相対的に回転駆動される。
【選択図】図２

Description

本発明は、屈曲定在波振動と縦振動との合成による楕円運動を励起させる振動子を利用する超音波モータに関する。

従来、振動子を利用した超音波モータに関して特許文献１、あるいは、特許文献２に記載の超音波モータは、屈曲定在波振動と縦振動との合成楕円運動を励起させる圧電素子よりなる振動子を弾性体に付勢接触させて被駆動体を相対移動させるリニアタイプの超音波モータである。このようなリニアタイプの超音波モータでは、保持トルクの確保が困難であり、停止位置の分解能の向上が難しいなどの問題があった。

そこで、回転体を駆動する超音波モータとして特許文献３に提案された超音波アクチュエータは、円転型であり、積層圧電体，弾性体，摺動部材からなる一組の振動子である超音波アクチュエータ本体と、上記アクチュエータを挟持し、後述するロータを支持するフレームと、軸部を有する上記ロータとを有してなる。この超音波アクチュエータにおいては、上記超音波アクチュエータ本体に楕円振動を発生させ、摺動部材を介して上記ロータが回転駆動される。
特許文献１は、特許公報第２８７１７６８号である。 特許文献２は、特許公開公報平８−１８２３６５号である。 特許文献３は、特許公報第３４０１０９７号である。

上述した特許文献３に記載されている円環型超音波アクチュエータにおいては、上記ロータに中心軸が設けられていることから、レンズ鏡筒等で中心部に大きな空間を必要とする装置への適用は困難である。また、上記フレームが付勢バネとしても機能することからフレームの剛性確保が困難であり、振動子，ロータの安定した付勢が難しい。振動子の中立軸まわりの位置規制がなく、この点からも安定した付勢が困難である。また、適用される振動子が一つである場合は、ロータ軸に付勢力が直接作用することになり、摩擦損失が大きくなる可能性がある。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、摩擦ロスが少なく、モータ効率がよく、円環形状の駆動源として好適な構造を有する超音波モータを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の超音波モータは、屈曲定在波振動と縦振動との合成による楕円振動を励起させる、少なくとも１つの振動子と、円周上の所定箇所に配置された上記振動子の楕円振動の作用を受け、上記振動子に対して相対的に回転中心軸周りに回転可能な回転体と、上記振動子を上記回転中心軸に沿う方向及び円周方向への移動を規制すると共に、上記回転体の回転中心軸へ向かって移動自在に支持する支持部材と、上記支持部材に配設されていて、上記回転中心軸に向かって移動自在な上記振動子を上記回転体の外周に常時接触状態とさせるように、上記振動子を上記回転体の上記回転中心軸へ向けて付勢する付勢部材とを具備する。

本発明の請求項２記載の超音波モータは、請求項１記載の超音波モータにおいて、上記回転体の軸方向位置を規制するように、上記支持部材と共に、上記回転体を軸方向で挟持する押さえ部材を具備する。

本発明の請求項３記載の超音波モータは、請求項１記載の超音波モータにおいて、上記振動子と上記回転体との接触する部分は、上記回転体の軸方向位置を所定位置に規制するように形成されている。

本発明の請求項４記載の超音波モータは、請求項３記載の超音波モータにおいて、上記振動子には上記回転体との接触部の先端がクサビ形状、又は、円弧形状に形成されていて、さらに、上記回転体には上記振動子の接触部先端が略嵌合する凹形状部が形成されている。

本発明の請求項５記載の超音波モータは、請求項１記載の超音波モータにおいて、上記回転中心軸へ向かう径方向における上記支持部材と上記回転体との間に双方に接触するように円周に沿って配設され、上記回転体の回動摩擦力を軽減する複数の転動体を具備する。

本発明の請求項６記載の超音波モータは、請求項１記載の超音波モータにおいて、上記振動子は、上記回転体の回転中心軸に対して略平行方向の軸周りに回動可能に支持されている。

本発明の請求項７記載の超音波モータは、請求項１記載の超音波モータにおいて、上記回転体は、上記支持部材に対して、中心軸方向への求心力を生じさせられ、且つ、中心軸に沿う方向位置を規制されている。

本発明の請求項８記載の超音波モータは、請求項７記載の超音波モータにおいて、上記回転中心軸へ向かう径方向における上記支持部材と上記回転体との間に、双方に接触するように円周沿って配設された複数の転動体を有する。

本発明の請求項９記載の超音波モータは、屈曲定在波振動と縦振動との合成による楕円振動を励起させる、少なくとも１つの振動子と、円周上の所定箇所に配置された上記振動子の楕円振動の作用を受け、上記振動子に対して相対的に回転中心軸回りに回転可能な回転体と、上記振動子を上記回転体の回転中心軸に対して略垂平行方向の軸周りに回動自在に、合成による楕円振動の中立点である節の部分で支持する振動子ホルダと、上記振動子ホルダを上記回転体の回転中心軸へ向かう方向に移動可能に位置規制して支持する支持部材と、上記支持部材に配設されていて、上記回転中心軸に向かって移動自在な上記振動子を上記回転体の外周に常時接触状態とさせるように、上記振動子ホルダを上記回転体の上記回転中心軸へ向けて付勢する付勢部材とを具備する。

本発明の請求項１０記載の超音波モータは、請求項９記載の超音波モータにおいて、上記振動子は、楕円振動の中立点である節の部分である上記軸周りにのみ回動自在に、支持されている。

本発明の請求項１１記載の超音波モータは、請求項９記載の超音波モータにおいて、上記回転体の回転中心軸へ向かう方向における上記振動子ホルダと上記振動子との隙間に挟持される弾性体を有し、合成による楕円振動を阻害しないで、上記振動子の軸周りに回動を規制する。

本発明の請求項１２記載の超音波モータは、請求項１、または、９記載の超音波モータにおいて、上記振動子は、上記回転体の円周方向に略均等の間隔となるように複数配置されている。

本発明によれば、摩擦ロスが少なく、モータ効率がよく、円環形状の駆動源として好適な構造を有する超音波モータを提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態である超音波モータが組み込まれたレンズ鏡筒の光軸を含む縦断面図である。図２は、上記超音波モータの分解斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３のＧ部拡大図であって、上記超音波モータの振動子装着状態を示す。図５は、図３、または、図４のＢ−Ｂ部分拡大断面図であって、振動子まわりを示す。図６は、図３のＣ−Ｃ部分拡大断面図であって、ボールベアリングまわりを示す。図７は、上記レンズ鏡筒の磁気センサ部まわりの拡大断面を示す。図８は、上記超音波モータの振動子と振動子ホルダの外観を示す斜視図である。図９は、上記振動子と振動子ホルダの分解斜視図である。

なお、以下の説明において、第一群〜第四群レンズからなる撮影レンズ光軸を光軸Ｏとし、光軸Ｏと平行な方向をＺ方向とし、その被写体側を＋，結像側を−とする。光軸Ｏに対するラジアル方向をＲ方向とし、光軸Ｏの周方向の接線方向をＴ方向とする。なお、光軸Ｏは、後述するステータ，ロータ等の回転軸心と略一致する。

本実施形態のレンズ鏡筒１は、図１に示すように固定枠２と、固定枠２の外周部に支持されるカム環３と、カム環３の外周に嵌入さるズーム環４と、第一群レンズ３５を保持する第一群レンズ枠５と、第一群レンズ枠５の後方にあって、第二群レンズ３６を保持する第二群レンズ枠６と、第二群レンズ枠６の後方にあって、第三群レンズ３７を保持する第三群レンズ枠７と、第三群レンズ枠７の後方にあって、フォーカスレンズである第四群レンズ３８を保持する第四群レンズ枠８と、駆動源としての超音波モータ部（超音波モータ）４０とを有してなる。

固定枠２は、環状枠部材であって、その環状部に円周ガイド溝２ｃと、Ｚ方向に沿った直進ガイド溝２ａと、Ｚ方向に対して斜行するカム溝２ｂとを有し、さらに、後端部にステータ固着嵌合用の外周部２ｄ，フォーカス駆動アーム挿通用切り欠き２ｆが設けられる。そして、固定枠２は、後端面部にてエンドプレート３１およびマウント３３とビス５５によって一体化される。エンドプレート３１には、外枠３２が固着されている。

カム環３は、環状枠部材であって、固定枠２の外周に回動自在に嵌入し、内周側突部３ｃが固定枠２の円周ガイド溝２ｃに嵌入して支持されており、固定枠２に対してＺ方向に規制された状態で回動自在に支持される。円環部には、Ｚ方向に対して斜行する２つのカム溝３ａ，３ｂが設けられる。

ズーム環４は、環状枠部材であって、カム環３の外周に嵌入し、Ｚ方向，回転方向ともに一体化されている。ズーム環４の外周部には操作用ゴムリング４ａが固着されている。

第一群レンズ枠５は、固定枠２の前端部に固着して支持される。

第二，三群レンズ枠６，７は、固定枠２の内周に嵌入して支持され、外周にそれぞれカムフォロア１１，１２が固着されている。カムフォロア１１，１２は、固定枠２の直進ガイド溝２ａを直進ガイド状態で挿通し、カム環３のカム溝３ａ，３ｂに摺動自在に嵌入する。従って、ズーム環４のズーム回動操作によってカム環３が回動駆動されると、カム溝３ａ，３ｂによってカムフォロア１１，１２を介して第二，三群レンズ枠６，７がＺ方向に駆動され、光軸Ｏ方向の各ズーム位置に移動する。

第四群レンズ枠８は、固定枠２の内周に嵌入して支持され、外周にカムフォロア１３が固着されている。カムフォロア１３は、固定枠２のカム溝２ｂに対して摺動自在に嵌入する。この第四群レンズ枠８には、Ｚ方向に沿ったガイド溝８ａが設けられており、ガイド溝８ａには超音波モータ部４０側のロータ１６に固着されるフォーカス駆動アーム９の先端部が摺動自在に嵌入する。後述するようにフォーカス駆動時に超音波モータ部４０のロータ１６が回動駆動されると、フォーカス駆動アーム９を介して第四群レンズ枠８が固定枠２に対して相対的に回動駆動される。その回動によってカムフォロア１３がカム溝２ｂ上を摺動移動するので、第四群レンズ枠８は、回転しながらＺ方向（光軸Ｏ方向）のフォーカス位置に移動する。

超音波モータ部４０は、第四群レンズ枠８を進退駆動するフォーカス駆動用アクチュエータであって、図１，２に示すように支持部材であるステータ１５と、耐摩耗リング１７が外周に固着される回転体としてのロータ１６と、ロータ押さえ板１８と、屈曲定在波振動と縦振動との合成による楕円運動を励起させ、本モータ部の駆動源となる３組の振動子４１と、ステータ・ロータ径方向受け機構用の転動体である６つのベアリング用ボール２１と、付勢部材である付勢用板バネ２４と、センサ支持板２７，磁気センサ２８からなる磁気センサ部等を有してなる。

ロータ１６は、図２に示すように環状部材であって、その外周面には、耐摩耗性のよい材料、例えば、セラミックス等で形成される耐摩耗リング１７が嵌入接着され、さらに、−Ｚ側端面にポリエステルフィルムで保護された磁気センサ用磁気テープ１９が貼付されている。なお、ロータ１６の内周は、固定枠２の外周部２ｄに対して隙間のある状態で挿入されるものとする。

ステータ１５は、図２に示すように円環形状の部材であって、内周側フランジ部１５ａと、周３等分した３箇所に振動子取り付け用の貫通穴部１５ｂと、＋Ｚ端面側内周部上の各貫通穴部１５ｂの両側位置に２つずつのボール挿入切り欠き１５ｃと、センサ支持板取り付け凹部１５ｆが設けられる。ステータ１５は、フランジ部１５ａを固定枠２の後端外周部２ｄにロータ１６の後方側から嵌入させて、固着される。

ボール２１は、ステータとロータの回動摩擦を軽減させるためのステータ・ロータ径方向受け機構を構成する部材であって、図３に示すようステータ１５のボール挿入切り欠き１５ｃに嵌入される。そのボール外径は、ステータ１５の内周側に極めて僅かに突出しており、ステータ１５をロータ１６の外周部に嵌入させた状態では、ボール２１を介在した状態でロータ１６とステータ１５とが相対回動可能である。なお、実際は、後述するようにロータ１６外周には耐摩耗リング１７が接着固定されており、ボール２１は、耐摩耗リング１７に接触する。なお、ボール２１に代えてローラ状の転動体を適用してもよい。

上記磁気センサ部である磁気センサ２８を有するセンサ支持板２７は、ステータ１５の凹部１５ｆにビス５４によって固着される。上記取り付け状態で磁気センサ２８は、ロータ側の磁気テープ１９に摺接し、ロータ１６の回転量を検出する（図７）。

ロータ押さえ板１８は、リング形状を有し、ビス挿通穴１８ａを有している。ステータ１５の＋Ｚ側端面にビス５１によって固着される。

３組の振動子４１は、図４，図８，９等に示すように積層圧電体４２と、駆動子４４と、中立軸としての支持軸４６と、積層圧電体４２を保持する振動子ホルダ２３と、積層圧電体４２と振動子ホルダ２３間に挟持され、厚み方向に弾性変形可能な弾性体である弾性板２２等を有してなる。

支持軸４６は、積層圧電体４２の振動の節（中立位置）を積層方向（取り付け状態でＺ方向）に貫通して接着固定され、軸両端が積層圧電体４２から突出している。

駆動子４４は、支持軸４６と直交する方向の積層圧電体４２の長手方向（取り付け状態でＴ方向）に一方側端面に固定される一対の突起よりなり、長手方向の端部位置に配置される。

振動子ホルダ２３は、図８，９に示すようにＺ方向の両折り曲げ部２３ａとＴ方向の両折り曲げ部２３ｂを有している。また、両面折り返し部２３ａには、支持軸４６が回動可能となるように支持軸４６の段付き部４６ａに嵌入する軸支持切り欠き２３ｃを有している。この振動子ホルダ２３は、ステータ１５の振動子取り付け用のＲ方向の貫通穴部１５ｂに振動子ホルダ２３の折り曲げ部２３ａ，２３ｂが嵌合することによりＴ方向，Ｚ方向にガタなく、Ｒ方向には摺動可能に支持される。

弾性板２２は、厚み方向に圧縮弾性変形可能な板部材であって、積層圧電体４２と振動子ホルダ２３との間に挿入され、振動子４１の振動を阻害することなく振動子４１が支持軸４６まわりに傾斜するのを防止する。

３組の振動子４１は、図４，５に示すように振動子ホルダ２３に装着した状態でそれぞれステータ１５の振動子取り付け用貫通穴部１５ｂに外周側から挿入し、外面を付勢用板バネ２４で押圧した状態でステータ１５に装着される。上記３組の振動子４１は、ステータ１５の軸心に対して角度１２０°で３等分割された円周上の位置に配される（図３）。

上記ステータに取り付けられた振動子４１は、振動子ホルダ２３を介してステータ１５に対してＺ方向，Ｔ方向にガタのない状態で保持される。支持軸まわりには、振動子ホルダ２３にて回動可能に支持されているが、振動子４１の上面部が弾性板２２を介して該ホルダ２３の外面側から付勢用板バネ２４の２つの押さえ部２４ａで押さえ込まれる。その付勢力Ｆ0 は、支持軸４６を介して振動子４１に伝達される。振動子４１の駆動子４４がロータ１６の耐摩耗リング１７に当接し、弾性板２２によって傾きが規制されることによって、傾くことなく安定した状態で保持される。これによって、ロータ１６は、ステータ１５に対して光軸Ｏ方向に求心力を生じさせられる。

なお、上述したように振動子４１の支持軸４６は、Ｚ方向に沿って支持され、２つの駆動子４４は、Ｔ方向に沿って配置される。そして、駆動子４４は、ステータ１５の内周面より僅かに内側に突出している。その微小突出量は、各ボール２１の微小突出量と略同一となる。

なお、上記振動子４１のさらなる詳細な構成および作用は、後で説明する。

ロータ１６は、フォーカス駆動アーム９が固着された状態で固定枠２の後方外周部２ｄに隙間のある状態で挿入される。そして、上述のように振動子４１，振動子ホルダ２３，付勢用板バネ２４，ボール２１等が組み込まれたステータ１５は、ロータ１６の後方の固定枠２の外周部２ｄに−Ｚ側から嵌入され、固着される。ステータ１５とロータ１６とは、ボール２１を介して径方向に隙間なく回転自在に嵌合される。そして、ロータ押さえ板１８をビス挿通穴１８ａを挿通させたビス５１をステータ１５の＋Ｚ側端面に固着し、ロータ１６、および、ボール２１のＺ方向の位置規制がなされる（図５，６）。フォーカス駆動アーム９は、ロータ１６の＋Ｚ側端面にビス５３によって固着されており、その先端は、第四群レンズ枠８のガイド溝８ａに摺動自在に嵌入する。

上述のようにレンズ鏡筒１に組み込まれた超音波モータ部４０においては、ステータ１５は、固定枠２に対して固着され、ロータ１６は、ステータ１５の内周部にてＺ方向が規制された状態にて固定枠２に回動自在に支持され、かつ、ステータ１５に対してベアリング用ボール２１を介して回動自在に支持される。ステータを１５に装着された振動子４１の駆動子４４は、付勢用板バネ２４の付勢力Ｆ0 を受けてロータ１６側の耐摩耗板１７に当接する。振動子４１が駆動され、駆動子４４の楕円振動すると、駆動子４４に当接している耐摩耗板１７を介してロータ１６がステータ１５に対して回動駆動される。その回動によって、第四群レンズ枠８が回動駆動され、固定枠２のカム溝２ｂによって光軸Ｏ方向に進退する。

ここで、振動子４１の構成および作用について、図１０〜１６を用いて説明する。◎ 図１０は、上記振動子にフレキシブルプリント基板４８を固着した状態を支持軸方向からみた図である。図１１は、図１０のＤ矢視図である。図１２は、図１０の振動子からフレキシブルプリント基板４８を外した状態を支持軸方向から見た図である。図１３は、図１２のＥ矢視図である。図１４は、図１２のＦ矢視図である。図１５は、上記振動子を構成する圧電素子部と絶縁板の焼き付け処理前の分解斜視図である。図１６は、上記振動子の屈曲定在波振動と縦振動との合成振動状態を拡大して示した図であって、振動子が図１６（Ａ）の屈曲状態から図１６（Ｂ）の伸張状態、図１６（Ｃ）の屈曲状態、図１６（Ｄ）の収縮状態の順に変形する様子を示している。

上記超音波モータ部４０を構成する振動子４１は、図１２，１５等に示すように複数の２種類の圧電シート４２Ｘ，４２Ｙと２枚の絶縁板４３Ａ，４３Ｂからなる積層圧電体４２と、導電性銀ペーストからなる電極４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ，４７ａ′，４７ｂ′と、１本の支持軸４６と、一対の駆動子４４とを有してなる。

２種類の圧電シート４２Ｘ，４２Ｙは、それぞれ厚さ１００μｍ程度の矩形の圧電素子からなる。圧電シート４２Ｘには、その前面に厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された第一内部電極４２Ｘａ，４２Ｘｃ，４２Ｘｃ′，４２Ｘａ′が絶縁された４つの領域に分割されて配置されている。圧電素子の長手方向（Ｔ方向）の端面位置まで上記各内部電極の上側端部が伸びている（図１５）。

一方、圧電シート４２Ｙには、その前面に厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された第二内部電極４２Ｙｂ，４２Ｙｄ，４２Ｙｄ′，４２Ｙｂ′が絶縁された４つの領域に分割されて配置されている。圧電素子の長手方向（Ｔ方向）の端面位置まで上記内部電極の下側端部が伸びている（図１５）。

互いに隣接する上記圧電シート４２Ｘ，４２Ｙ同士の第一内部電極４２Ｘａ，４２Ｘｃ，４２Ｘｃ′，４２Ｘａ′と第二内部電極４２Ｙｂ，４２Ｙｄ，４２Ｙｄ′，４２Ｙｂ′とは形状が同じで、電極端部が上下が逆になり、積層されたときに矩形電極面が互いに重なる位置に配置されている。このような内部電極が施された２種類の圧電シート４２Ｘ，４２Ｙを交互に４０層程度積層される。

図１５に示すように積層された圧電素子の左側端面には、第一内部電極４２Ｘａ，４２Ｘｃおよび第二内部電極４２Ｙｂ，４２Ｙｄの端部が積層状態で露呈した内部電極露呈部が形成されている（図示せず）。積層された圧電素子の右側端面には、第一内部電極４２Ｘｃ′，４２Ｘａ′および第二内部電極４２Ｙｄ′，４２Ｙｂ′の端部が積層状態で端面に露呈し、内部電極露呈部が形成される（図示せず）。さらに、上記内部電極露呈部上にそれぞれ導電性銀ペーストからなる各４つの独立した外部電極が両側面部に形成され、該内部電極と導通するようになっている（図１３）。

上記積層された圧電素子の前後面に圧電シート４２Ｘ，４２Ｙと同一矩形形状の絶縁板４３Ａ，４３Ｂが配され、積層圧電体４２が形成される。前面側の絶縁板４３Ａの表面には図１２に示される導電銀ペーストからなる電極４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ，４７ａ′，４７ｂ′が形成される。

上記絶縁板４３Ａ上の電極４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ，４７ａ′，４７ｂ′は、上記各積層された圧電シート毎の両側に露呈した積層状態の両側面内部電極にそれぞれにより電気接続される。すなわち、電極４７ａには、第一内部電極４２Ｘａが電気接続される。電極４７ｂは、第二内部電極４２Ｙｂと電気接続される。電極４７ｃには、第一内部電極４２Ｘｃおよび第一内部電極４２Ｘｃ′が電気接続される。電極４７ｄには、第二内部電極４２Ｙｄおよび第二内部電極４２Ｙｄ′が電気接続される。電極４７ａ′には、第一内部電極４２Ｘａ′が電気接続される。電極４７ｂ′には、第二内部電極４２Ｙｂ′が電気接続される。

上記電極接続状態の積層された圧電シート４２Ｘ，４２Ｙに絶縁板４３Ａ，４３Ｂを重ねた状態の積層圧電体４２を焼き付け処理し、上記各電極を利用して分極を行うと振動子４１となる。

振動子４１のＲ方向（積層方向と直交する方向）端面部には、一対の駆動子４４がＴ方向端位置に接着固着される。なお、該駆動子４４は、高分子材料にアルミナを分散して形成されている。

さらに、振動子４１の略中央部、すなわち、振動子の振動中立点である節となる位置には積層方向（Ｚ方向）に貫通穴が穿設されており、該貫通穴には、ステンレス材等よりなる支持軸４６がＺ方向に貫通して接着固定されている（図１３）。

振動子４１の絶縁板４３Ａに設けられた各電極４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ，４７ａ′，４７ｂ′上には、接続パターンを有する接続基板４８が各電極と電気接続された状態で装着される。上記接続パターンには、駆動電圧印加用のリード線４９が接続される（図１０）。リード線４９は、プリント基板５０を介して振動子駆動回路に接続される。

なお、上記振動子駆動回路は、発振回路部，移相回路部，駆動回路部等を有してなり、駆動回路部を介して位相制御された駆動電圧が振動子４１に印加される。

リード線４９を経て駆動電圧が印加された振動子４１は、図１６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す屈曲定在波振動と縦振動が合成された振動が生じ、駆動子４４の先端に位相のずれた楕円振動（図１０に示す軌跡Ｅ1 ，Ｅ2 の楕円振動）を発生させる。駆動子４４の先端には被駆動体であるロータ１６の耐摩耗リング１７が押圧されているので、楕円振動の回転方向に駆動子４４を介してロータ１６が相対回転駆動される。

上述した構成を有する本実施形態のレンズ鏡筒１において、フォーカシング駆動がなされる場合、振動子４１が振動子駆動回路により駆動され、駆動子４４が楕円軌跡に沿って振動駆動されると、ロータ１６がステータ１５，固定枠２に対して何れかの方向に回動駆動される。上記ロータの回動によりフォーカス駆動アーム９を介して第四群レンズ枠８が回動駆動され、固定枠２のカム溝２ｂに沿ってフォーカス位置に移動する。

上述した本実施形態のレンズ鏡筒１に組み込まれた超音波モータ４０によれば、摩擦ロスが少なく、モータ効率がよい回転体の駆動源として好適な構造を有している。すなわち、上述したようにステータ１５の周方向３等分位置に３つの振動子４１が配置されており、３方向から光軸Ｏに向けた付勢用板バネ２４の付勢力Ｆ0 が各振動子４１に作用する。従って、各振動子４１の駆動子４４が均等にロータ１６に当接し、ロータ１６は、アンバランスな力を受けることなく、さらに、上記付勢力Ｆ0 による摩擦損失が発生しにくい状態で回動駆動される。

また、振動子ホルダ２３に保持された振動子４１がステータ１５の振動子取り付け用の貫通穴部１５ｂにガタなく嵌入される。従って、振動子４１は、Ｚ方向とＴ方向にガタない状態で保持され、かつ、駆動子４４が配されるＲ方向にのみ移動可能に支持されるので、精度のよいロータ１６の回動駆動がなされる。さらに、振動子４１と振動子ホルダ２３との間に弾性板２２を介在させていることから、振動子４１がロータ１６の周面に対する傾きが規制され、駆動動作が安定する。

なお、上述した実施形態では、ステータ１５に対して３つの振動子４１を周方向３等分位置に配置する構成を採用したが、これに限らず、３つ以外の数の振動子を周方向等分割位置に配置するように構成してもよい。さらに、複数等分された位置の少なくとも１箇所に振動子を配置し、他の箇所にローラ、または、ボール等からなる介在部材を配置した構成を採用してもよい。また、上記ステータ・ロータ径方向受け機構に適用した転動体であるボール２１は、ローラに代えることもできる。

次に、上記第一実施形態の超音波モータ４０のステータ・ロータ径方向受け機構の変形例について、図１７の該径方向受け機構部の拡大断面図を用いて説明する。

本変形例は、ステータ・ロータ径方向受け機構におけるステータとロータの間の嵌合部に配されるボールの支持構造のみが前述の実施形態と異なっている。すなわち、図１７に示すようにステータ１５′の前面には、リング形状の押さえ板１８′が装着可能であり、ステータ１５′と押さえ板１８′の接合部には、周方向に沿ってカット面１５ｇ，１８ｇが設けられる。また、ロータ１６′側には、上記接合部に対向してＶ溝部１６ｇが周方向に沿って配されている。転動体であるベアリング用ボール２１をロータ１６′のＶ溝１６ｇに挿入した状態のロータ１６′をステータ１５′の内周部に挿入する。そして、押さえ板１８′をステータ１５′前面にビス５１により固着すると、ボール２１は、Ｖ溝１６ｇとカット面１５ｇ，１８ｇとで支持される状態となる。なお、ボール２１は、周方向に複数個配置されており、図示しないリテーナで保持されている。

上述した組み付け状態でロータ１６′は、ステータ１５′に対してボール２１を転動可能に挟持した状態で回動可能に支持され、かつ、ロータ１６′のステータ１５′に対するＺ方向の位置がボール２１によって規制される。従って、ロータ１６′のＺ方向の規制を別部材で行う必要はなく、ロータ１６′の両端部には隙間を設けることができる。

本変形例によれば、ステータ１５′とロータ１６′とは、回転負荷の少ない状態で相対回動可能であり、ロータ１６′のＺ方向（軸方向）の位置決めがボール２１によってなされることから、ロータ１６′の外方でのＺ方向の位置規制を不要であり、摩擦ロスが軽減され、変換効率がよく、ロータの高精度の回動駆動が可能な超音波モータを提供できる。

次に、本発明の第二の実施形態の超音波モータについて、図１８の振動子まわりの拡大断面図を用いて説明する。
本実施形態の超音波モータ４０Ａは、前記第一の実施形態のレンズ鏡筒１に適用された超音波モータ４０に対して特にロータの位置規制構造が異なるものである。すなわち、振動子の駆動子が当接するロータ１６側の耐摩耗リングの断面形状が異なっており、他の構成は略同様とする。

超音波モータ４０Ａにおいては、図１８に示すようにロータ１６の外周部に固着される耐摩耗リング１７Ａの外周面に駆動子４４が嵌入する周方向凹部（溝部）１７Ａａが設けられる。上記凹部１７ＡａのＺ方向の幅は、駆動子４４がガタなく嵌入する幅とする。従って、ロータ１６は、振動子４１の駆動子４４によってＺ方向の位置が規制される。ロータ１６を別部材によってＺ方向に位置規制する必要がなく、ロータ１６のＺ方向両端部には隙間を設けることができる。なお、駆動子４４の先端部は、凹部１７Ａａの円周方向に沿った円弧形状を有していてもよい。

本実施形態の超音波モータ４０Ａによれば、ロータ外方部にＺ方向の位置規制部を設ける必要がなく、構成が簡単になるとともに、ロータ側方部におけるＺ方向の位置規制部による摩擦ロスがなくなり、効率のよい超音波モータを提供できる。

次に、上記第二の実施形態の超音波モータのロータ位置規制機構の変形例について図１９の振動子まわりの拡大断面図を用いて説明する。
本変形例の超音波モータ４０Ａ′は、上記第二の実施形態の超音波モータ４０Ａに対して振動子に設けられる駆動子の先端形状、および、上記駆動子が嵌入し、当接する耐摩耗リング１７Ａ′の形状が異なるものである。

本変形例の超音波モータ４０Ａ′においては、図１９に示すように振動子４１′の駆動子４４′は、楔状の先端を有している。ロータ１６の外周部に固着される耐摩耗リング１７Ａ′の駆動子４４′が当接する部分には、上記楔状先端に合わせた円周傾斜溝１７Ａａ′が設けられる。駆動子４４′の楔状の先端は、耐摩耗リング１７Ａ′の円周傾斜溝１７Ａａ′のガタなく嵌入し、所定の付勢力で当接する。振動子４４′が駆動された場合、駆動子４４′の楕円振動による駆動力は、円周傾斜溝１７Ａａを介してロータ１６側に伝達される。

本変形例の超音波モータ４０Ａ′によれば、上記第二の実施形態の場合と同様の効果を奏する。

本発明による超音波モータは、摩擦ロスが少なく、モータ効率がよい回転体の駆動源として利用可能である。

本発明の第一の実施形態である超音波モータが組み込まれたレンズ鏡筒の光軸を含む縦断面図である。 図１のレンズ鏡筒に組み込まれる超音波モータの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図３のＧ部拡大図である。 図２、または、図４のＢ−Ｂ部分拡大断面図である。 図２のＣ−Ｃ部分拡大断面図である。 図２の超音波モータにおける磁気センサ部まわりの拡大断面図である。 図２の超音波モータの振動子と振動子ホルダの外観を示す斜視図である。 図２の超音波モータの振動子と振動子ホルダの分解斜視図である。 図２の超音波モータの振動子にフレキシブルプリント基板を固着した状態を支持軸方向からみた図である。 図１０のＤ矢視図である。 図１０の振動子からフレキシブルプリント基板を外した状態を支持軸方向から見た図である。 図１２のＥ矢視図である。 図１３のＦ矢視図である。 図１２の振動子を構成する圧電素子部と絶縁板の焼き付け処理前の分解斜視図である。 図１２の振動子の屈曲定在波振動と縦振動との合成振動状態を拡大して示した図であって、振動子が図１６（Ａ）の屈曲状態から図１６（Ｂ）の伸張状態、図１６（Ｃ）の屈曲状態、図１６（Ｄ）の収縮状態の順に変形する様子を示している。 図２の第一実施形態の超音波モータのステータ・ロータ径方向受け機構の変形例における該径方向受け機構部の拡大断面図である。 本発明の第二の実施形態の超音波モータにおける振動子まわりの拡大断面図である。 図１８の第二の実施形態の超音波モータのロータ位置規制機構の変形例における振動子まわりの拡大断面図である。

符号の説明

１５，１５′
…ステータ（支持部材）
１６，１６′
…ロータ（回転体）
２１ …ボール（転動体）
２４ …付勢用板バネ（付勢部材）
４０，４０Ａ，４０Ａ′
…超音波モータ
４１，４１′
…振動子
Ｏ…光軸（回転中心軸）

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (12)

1. 屈曲定在波振動と縦振動との合成による楕円振動を励起させる、少なくとも１つの振動子と、
   円周上の所定箇所に配置された上記振動子の楕円振動の作用を受け、上記振動子に対して相対的に回転中心軸周りに回転可能な回転体と、
   上記振動子を上記回転中心軸に沿う方向及び円周方向への移動を規制すると共に、上記回転体の回転中心軸へ向かって移動自在に支持する支持部材と、
   上記支持部材に配設されていて、上記回転中心軸に向かって移動自在な上記振動子を上記回転体の外周に常時接触状態とさせるように、上記振動子を上記回転体の上記回転中心軸へ向けて付勢する付勢部材と、
   を具備することを特徴とする超音波モータ。
2. 上記回転体の軸方向位置を規制するように、上記支持部材と共に上記回転体を軸方向で挟持する押さえ部材を具備することを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
3. 上記振動子と上記回転体との接触する部分は、上記回転体の軸方向位置を所定位置に規制するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
4. 上記振動子は、上記回転体との接触部の先端が楔形状、又は、円弧形状に形成されていて、さらに、上記回転体は、上記振動子の接触部先端が略嵌合する凹形状部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の超音波モータ。
5. 上記回転中心軸へ向かう径方向における上記支持部材と上記回転体との間に双方に接触するように円周に沿って配設され、上記回転体の回動摩擦力を軽減する複数の転動体を具備することを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
6. 上記振動子は、上記回転体の回転中心軸に対して略平行方向の軸周りに回動可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
7. 上記回転体は、上記支持部材に対して、中心軸方向への求心力を生じさせられ、且つ、中心軸に沿う方向位置を規制されていることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
8. 上記回転中心軸へ向かう径方向における上記支持部材と上記回転体との間に、双方に接触するように円周沿って配設された複数の転動体を有することを特徴とする請求項７記載の超音波モータ。
9. 屈曲定在波振動と縦振動との合成による楕円振動を励起させる、少なくとも１つの振動子と、
   円周上の所定箇所に配置された上記振動子の楕円振動の作用を受け、上記振動子に対して相対的に回転中心軸回りに回転可能な回転体と、
   上記振動子を上記回転体の回転中心軸に対して略垂平行方向の軸周りに回動自在に、合成による楕円振動の中立点である節の部分で支持する振動子ホルダと、
   上記振動子ホルダを上記回転体の回転中心軸へ向かう方向に移動可能に位置規制して支持する支持部材と、
   上記支持部材に配設されていて、上記回転中心軸に向かって移動自在な上記振動子を上記回転体の外周に常時接触状態とさせるように、上記振動子ホルダを上記回転体の上記回転中心軸へ向けて付勢する付勢部材と、
   を具備することを特徴とする超音波モータ。
10. 上記振動子は、楕円振動の中立点である節の部分である上記軸周りにのみ回動自在に、支持されていることを特徴とする請求項９記載の超音波モータ。
11. 上記回転体の回転中心軸へ向かう方向における上記振動子ホルダと上記振動子との隙間に挟持される弾性体を有し、合成による楕円振動を阻害することなく上記振動子の軸周りの回動を規制することを特徴とする請求項９記載の超音波モータ。
12. 上記振動子は、上記回転体の円周方向に略均等の間隔となるように複数配置されていることを特徴とする請求項１、または、９記載の超音波モータ。

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