超音波モータ及びそれを有するレンズ装置
【課題】超音波モータにおいて、製造誤差等や板バネの変形が生じた場合であっても、振動子と被駆動部の間の加圧接触状態が良好な状態で保持する必要があった。
【解決手段】超音波モータは、接触面を有する被駆動部と、前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部を有し、圧電素子が固定された振動子であって、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、前記振動子を保持する保持部と、前記少なくとも１つの接触部に対し、前記被駆動部に向かって押圧力を付勢するように、弾性部材を備えた加圧手段とを有する超音波モータであって、前記保持部は、前記弾性部材からの前記押圧力を受け、前記加圧手段と線接触する線接触部を有する当接部を備え、前記当接部は円筒の一部からなる形状を有し、前記円筒の中心軸は、前記少なくとも１つの接触部に平行かつ前記被駆動部の駆動方向に直交する構成とした。
【解決手段】超音波モータは、接触面を有する被駆動部と、前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部を有し、圧電素子が固定された振動子であって、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、前記振動子を保持する保持部と、前記少なくとも１つの接触部に対し、前記被駆動部に向かって押圧力を付勢するように、弾性部材を備えた加圧手段とを有する超音波モータであって、前記保持部は、前記弾性部材からの前記押圧力を受け、前記加圧手段と線接触する線接触部を有する当接部を備え、前記当接部は円筒の一部からなる形状を有し、前記円筒の中心軸は、前記少なくとも１つの接触部に平行かつ前記被駆動部の駆動方向に直交する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押圧された振動子に楕円振動を発生させることにより被駆動部を駆動する超音波モータと、その超音波モータを使用したレンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献１に開示された超音波モータは、回転軸を有する円環状の被駆動部と、当該被駆動部と接触する接触部を備える複数の振動子とから構成されている。振動子は被駆動部に押圧された状態で保持されており、振動子の接触部が被駆動部に対して加圧されて接触している状態、所謂、加圧接触状態となっている。その加圧接触状態下で当該振動子に超音波振動が励起されると、振動子の接触部に楕円運動が生じ、被駆動部が被駆動部の回転軸を中心に回転駆動される。振動子の被駆動部への加圧接触状態は、押圧用凸部を有する板バネで当該振動子を被駆動体に対し付勢することで得られる。板バネに形成された押圧用凸部で当該振動子の中心付近を押圧付勢することで、振動子の接触部が良好な状態で被駆動部と加圧接触するような構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５８０５２号公報
【特許文献２】特開２００４−３０４８８７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においては、製造誤差や板バネの変形により、振動子の接触部が良好な状態で被駆動部と加圧接触できなくなる問題があった。
【０００５】
また、特許文献１で開示されている超音波モータでは、押圧用凸部が板バネに形成されており、部品間の誤差、組み立て誤差、製造誤差や、加圧時の板バネの変形により、押圧用凸部と振動子の接触部との位置関係が一定に保たれず、ずれやすい。そのため、板バネによる押圧の方向がずれてしまい、振動子の接触部と被駆動部の間で一定の接触状態が維持されず、場合によっては、接触外れ等が生じる問題があった。
【０００６】
また、振動子の接触部は被駆動体の駆動方向に並んでいるため、振動子は、当該駆動方向よりも、当該駆動方向と直交し且つ振動子の接触部と平行な方向に対して、より傾きやすかった。振動子が傾くと、接触部に片当たりが発生し、良好な状態で被駆動部と加圧接触できない問題があった。
【０００７】
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、振動子の接触部が被駆動部との良好な加圧接触状態が得られる超音波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】
【０００８】
超音波モータは、接触面を有する被駆動部と、前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部を有し、圧電素子が固定された振動子であって、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、前記振動子を保持する保持部と、前記少なくとも１つの接触部に対し、前記被駆動部に向かって押圧力を付勢するように、弾性部材を備えた加圧手段とを有する超音波モータであって、前記保持部は、前記弾性部材からの前記押圧力を受け、前記加圧手段と線接触する線接触部を有する当接部を備え、前記当接部は円筒の一部からなる形状を有し、前記円筒の中心軸は、前記少なくとも１つの接触部に平行かつ前記被駆動部の駆動方向に直交することを特徴とする、超音波モータ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動子に発生する超音波振動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、振動子の接触部が被駆動部との良好な加圧接触状態が得られる超音波モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１における超音波モータの分解斜視図である。
【図２】図１に示される各部材を組込んだ状態の斜視図である。
【図３】振動子と小基台の接合状態を示す拡大斜視図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。（Ｃ）は、（Ｂ）のＡ部の拡大詳細図であり、弾性部材の押圧力の成分ベクトルを示す。
【図５】（Ａ）は、円筒の一部から構成される小基台の当接部の説明図であり、（Ｂ）は、ロータ及びリング基台が相対的に傾いた場合を示し、（Ｃ）は、当接部を形成する円筒の中心軸と、当接部と加圧部材間の線接触部との位置関係を示す概略図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の円筒の中心軸が、図５の位置からずれた場合を示す。
【図７】本発明の実施例２における超音波モータの分解斜視図である。
【図８】図７に示される各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
以下、図を用いて本発明の実施例について説明する。なお、本実施例の超音波モータは、デジタルカメラ用のレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した回転駆動型モータを例に説明するが、使用用途はこれに限られたものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例である超音波モータの分解斜視図である。なお、図において同一部材は同一記号で図示される。１０１は被駆動部であるロータで、後述する振動子１０９が加圧接触する接触面１０１ａを備える。１０２は、接触面１０１ａに押圧を伴う加圧接触状態で接触する振動板であり、１０３は、振動板１０２に接着剤などにより圧着されている圧電素子である。そして、振動板１０２に圧電素子１０３が圧着された状態で、圧電素子１０３に電圧を印加することにより超音波振動を発生させ、振動板１０２に楕円運動を発生させることができる。振動板１０２と圧電素子１０３とで振動子１０９を構成している。そして、本実施例では３か所の振動子１０９でロータ１０１を回転駆動する。１０４は、振動子１０９を保持するための保持部としての小基台である。１０５は、固定部としてのリング基台であり、小基台１０４と、後述する加圧部材１０６及び板バネ１０７を保持する。１０６は、リング基台１０５の貫通穴部１０５ｂに嵌合する加圧部材であり、ロータ１０１の接触面１０１ａに対して概ね垂直な方向にのみ移動可能に保持され、後述する板バネ１０７からの押圧力により小基台１０４を介して振動子１０９をロータ１０１に加圧接触させる。１０７は、弾性部材であるところの板バネであり、両端部はビス１０８にてリング基台１０５へ固定され、そして板バネの押圧力により振動子と被駆動部を加圧接触させる。そして、この加圧部材１０６と板バネ１０７が、本発明の加圧手段となる。
【００１３】
以上のように、上述した各部材が組込まれ、超音波モータとしてユニット化される。
図２は、図１の各部材を組込んだ状態の斜視図である。なお、図２において、振動子１０９まわりの構成は３か所とも全て同一であり、図の煩雑さを防ぐため、図中の手前側にだけ番号を付している。図に示すようにリング基台１０５の３か所において、それぞれ２つのビス１０８で固定された板バネ１０７により、加圧部材１０６と小基台１０４を介して振動子１０９に押圧力が付勢され、その結果、振動子１０９とロータ１０１の接触面１０１ａが加圧接触する。なお、実際のレンズ鏡筒などに組み込まれる際には、ロータ１０１をフォーカス機構やズーム機構に連結して駆動する。
【００１４】
次に、超音波モータの構成部材の詳細について説明する。図３は、図１及び図２における振動板１０２と小基台１０４の接合状態を説明するための拡大斜視図で、ロータ１０１側から見た図である。図において振動板１０２の中央の平板部１０２ａには、２か所の突起部が形成される。１０２ｂは、当該突起部の上端面に形成された、接触部としての突起接触面であり、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接する面である。２か所の突起接触面は同一平面上に形成され、ロータ１０１の接触面１０１ａとの当接状態を良好にするため、製造工程時には研磨などにより均一な面に仕上げられる。
【００１５】
一方、図３に示す平板部１０２ａの裏面側（２か所の突起部が形成されている面と反対の面側）には圧電素子１０３が接着剤などにより圧着されている。なお、平板部１０２ａの裏面と圧電素子１０３の圧着は、圧着されればその方法は限定されない。この圧電素子１０３は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そして、この積層された圧電素子１０３に所望の交流電圧を印加することで励振させ、圧電素子１０３が圧着された振動板１０２に２つの振動モードを励起する。このとき２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起接触面１０２ｂには、図３の矢印で示すような楕円運動が発生する。この楕円運動を図１及び図２に示すような３か所の振動子１０９で発生させ、ロータ１０１の接触面１０１ａに伝達することで、ロータ１０１を回転駆動させることが可能となる。なお、前述の圧電素子の積層構造や振動モードに関する詳細は、特許文献２に記載されている内容と同様であるため、それらの説明は省略する。
【００１６】
次に、振動板１０２の両端には、小基台１０４の両側に形成された一段高い上面部１０４ａと接合するための２か所の接合部１０２ｃが形成されている。そして、振動板１０２は小基台１０４に、この接合部１０２ｃにおいて溶接や接着などにより接合されるが、振動板１０２と小基台１０４が接合されれば、その方法は限定されない。２か所の接合部１０２ｃと平板部１０２ａとの間には２か所の腕部１０２ｄが形成され、この腕部１０２ｄを介して、圧電素子１０３が圧着された平板部１０２ａは小基台１０４に固定される。この腕部１０２ｄは、平板部１０２ａに発生する振動を接合部１０２ｃに伝達しにくい構成とするため、図３に示すように平板部１０２ａや接合部１０２ｃに対して細い形状となっている。逆に言い換えると、剛体である小基台１０４が平板部１０２ａに発生する振動を阻害しないような連結の構成を、当該腕部１０２ｄによって実現している。また、小基台１０４の中央付近の平面部１０４ｂと、圧電素子１０３の平面部１０４ｂと対向する面（不図示）の間には所定の隙間２０３が形成されている。
【００１７】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図でロータ１０１を上側とした図になっており、図２のおける３か所の振動子１０９のうち１か所の周囲のみを拡大している。なお、残りの２か所に関しては同様の構成を有するため説明は省略する。
【００１８】
図４（Ａ）は、ロータ１０１の駆動方向に平行で、ロータ１０１の接触面１０１ａと接触する２つの突起接触面１０２ｂを含む全突起接触面の重心と、当該重心を起点とするロータ１０１の接触面１０１ａの法線を含む面を切断面としている。
【００１９】
図４（Ｂ）は、図３における振動板１０２において、接触面１０１ａと接触する全突起接触面の重心と接触面１０１ａの法線を含み、且つ図４（Ａ）に直交する面を切断面としている。
【００２０】
ただし、全突起接触面とは、全ての突起接触面１０２ｂを含んだものであり、ここでは２つの突起接触面１０２ｂを含んでいる。また、全突起接触面の重心（全接触重心部とも記す）は、後述する中心線２０１と接触面１０１ａの交点も含んでいる。
【００２１】
図４（Ａ）、（Ｂ）の２０１は、振動板１０２の接触面１０１ａと接触する全突起接触面の重心を通過し、当該接触面１０１ａの法線を含む中心線である。
【００２２】
突起接触面１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接し、加圧接触状態にある。また、振動板１０２は、両端の接合部１０２ｃが２か所の上面部１０４ａで小基台１０４と接合されている。そして、圧電素子１０３と小基台１０４の平面部１０４ｂの間には所定の隙間２０３が形成されている。
【００２３】
小基台１０４の下面側には穴部１０４ｃと長穴部１０４ｄが設けられ、リング基台１０５に形成された２か所の軸部１０５ａが嵌合している。小基台１０４の下側中央には当接部１０４ｅが設けられている。この当接部１０４ｅは、図４（Ａ）の断面において円弧形状を有し、紙面奥行方向（図４（Ｂ）においては左右方向）に延在する円筒の一部からなる形状を有する。そして、この当接部１０４ｅには加圧部材１０６の上端面１０６ａが線接触部１０６ｃにて接している。この上端面１０６ａは平面で形成されているため、当接部１０４ｅとの線接触部１０６ｃは、図４（Ａ）の紙面奥行方向（図４（Ｂ）においては左右方向）に長さを有する線接触となる。なお、本実施例では当接部１０４ｅが前述のように円弧形状を有する円筒からなる形状の一部としたが、当該当接部１０４ｅの形状は、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照した後述で詳細に説明する。
【００２４】
リング基台１０５は、図１に示されるような板バネと対向する面に貫通穴部１０５ｂを有し、加圧部材１０６は、当該貫通穴部１０５ｂに嵌合して板バネと接触することで、板バネと協働することができる。なお、貫通穴部１０５ｂ及び加圧部材１０６の中心軸は、中心線２０１、すなわち接触面１０１ａに対して垂直な軸方向と概ね一致している。そして、図４（Ａ）、（Ｂ）の加圧部材１０６の下側の球面部１０６ｂには、板バネ１０７が変形して弾性力により加圧部材１０６を小基台１０４方向に付勢した状態で接触している。
【００２５】
板バネ１０７は、変形量の変化による押圧力のばらつきを低減するため、ある程度バネ定数を小さくする必要がある。従って、板バネは極力厚みを薄くし、長さもできるだけ長い方がよい。本実施例の板バネ１０７は、薄板を用い、長さについては、円環状の超音波モータ内でできるだけ長いバネ長とするため、円弧形状で形成されている。そうすることで、加圧部材１０６の押圧方向の変位量に多少の変化が生じても押圧力のばらつきを小さく抑えることができる。以上のような構成で、振動子１０９は、小基台１０４と加圧部材１０６を介して板バネ１０７により、ロータ１０１に対して押圧されている。
【００２６】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照し、板バネ１０７による押圧力の伝達構成について説明する。以下の説明において、押圧力ベクトルとは、各図の断面において押圧力の方向及び大きさを含む力のベクトルである。
【００２７】
まず、図４（Ａ）において、小基台１０４は、当接部１０４ｅで加圧部材１０６と線接触部１０６ｃで接触している。また小基台１０４は、２か所の突起部の突起接触面１０２ｂでロータ１０１に接触しており、各突起接触面の重心は、中心線２０１からロータの駆動方向において等しい距離にある。一方、板バネ１０７と加圧部材１０６の接触に関し、本実施例では板バネ１０７が円弧形状で形成されているため、板バネ１０７の両端の支持部と押圧力の入力点（板バネ１０７と加圧部材１０６の接触点）が一直線上に存在しない。従って、押圧力を発生させる際の板バネ１０７の断面は、図４（Ｂ）で示されるような、傾きを持つ状態となることがある。その場合には、結果として、板バネ１０７によって加圧部材１０６に入力される押圧力のベクトルは矢印２０６ａとして図示することができる。加圧部材１０６と板バネ１０７の接触点は、中心線２０１上には存在せず、図４（Ｂ）においては中心線の右側２０５にずれてしまう。
【００２８】
図４（Ｃ）に、図４（Ｂ）のＡ部の点２０５まわりの拡大詳細図を示す。板バネ１０７が加圧部材１０６に付与する押圧力はベクトル２０６ａで表され、中心線２０１に対して傾いている。従って、当該押圧力ベクトル２０６ａは、中心線２０１と平行な方向の成分ベクトル２０６ｂと、中心線２０１と垂直な方向の成分ベクトル２０６ｃを有する。
【００２９】
加圧部材１０６は、図４（Ａ）、（Ｂ）で示されるように、中心線２０１と概ね平行な方向にのみ自由度を持ってリング基台１０５に保持されている。すなわち、加圧部材１０６は、ロータ１０１の接触面１０１ａに対し概ね垂直な方向に移動可能である一方、当該ロータ１０１の接触面１０１ａに対し概ね平行な方向への移動が規制されている。このため、板バネ１０７が加圧部材１０６を押圧する押圧力（ベクトル２０６ａ）のうち、中心線２０１方向の成分（ベクトル２０６ｂ）に対応する力（ベクトル２０４ａ）が小基台１０４に伝達される。
【００３０】
一方、小基台１０４に伝達された押圧力（ベクトル２０４ａ）は、２つの突起部の突起接触面１０２ｂにロータの接触面１０１ａに対する押圧力として伝達され、それぞれの突起接触面１０２ｂが接触面１０１ａを押圧する力は押圧力ベクトル２０４ａの半分の大きさの押圧力（ベクトル２０４ｂ）となる。
【００３１】
なお、突起接触面１０２ｂと接触面１０１ａとの接触は面接触であるため、実際にはその面内で均一に分布した押圧力を呈するが、理解を容易にするため、面内の重心位置に働く力のベクトルとして表現している。また、加圧部材１０６と当接部１０４ｅの線接触部１０６ｃは線接触であるため、実際にはその線接触する直線上で均一に分布した押圧力を呈するが、これも直線上の重心位置に働く力のベクトルとして表現している。以後、面接触や線接触の場合も重心位置における力のベクトルで表現する。
【００３２】
また、加圧部材１０６にはその側面部において、板バネ１０７によって、加圧部材１０６に入力される押圧力ベクトル２０６ａの中心線２０１と垂直な方向の成分ベクトル２０６ｃによる摩擦力が発生する。一方、軸部１０５ａでの嵌合においても摩擦力が発生する。これらの摩擦力は押圧力に対して十分に小さいため無視している。実際、この側面の仕上げをある程度滑らかにすれば、摩擦力の影響は無視できる程度に小さくできる。
【００３３】
本実施例では前述のように、加圧部材１０６がリング基台１０５に対して、概して、中心線２０１方向のみ自由度を有した状態で保持される構成となっている。従って、加圧部材１０６が小基台１０４へ与える押圧力ベクトル２０４ａは、中心線２０１と概ね一致させることができる。このとき、押圧力ベクトル２０４ａの大きさは、板バネ２０７による押圧力ベクトル２０６ａの中心線２０１と平行な方向の成分ベクトル２０６ｂと概ね等しくなる。これは、押圧力ベクトル２０６ａの成分ベクトル２０６ｂに対応する力が押圧力ベクトル２０４ａとなるためである。押圧力ベクトル２０６ａの中心線２０１と垂直な方向の成分ベクトル２０６ｃは、加圧部材１０６の側面部における摩擦力に影響する。なお、加圧部材１０６の側面と貫通穴部１０５ｂの内面は、滑らかに仕上げることで、生じる摩擦力は押圧力に比べて十分に小さく、加圧部材１０６のスムーズな進退を阻害することもない。このように、図４（Ａ）、（Ｂ）で示したように、入力される押圧力ベクトル２０６ａの力点は中心線２０１からずれてしまい、またその方向は中心線２０１と平行ではないが、２つの突起接触面１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａに対して良好な加圧接触状態を保つことが可能となる。
【００３４】
ところで、小基台１０４は当接部１０４ｅの直線上の線接触部を介して押圧される。従って、詳細に後述するが、図４（Ａ）における断面においては、小基台１０４が傾き可能な構成となっており、仮に製造時の寸法誤差や組み立て誤差、また外乱による部材の傾きが生じても、良好な加圧接触状態を保つことができる。
【００３５】
次に図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照し、加圧部材１０６から押圧力が与えられる小基台１０４の当接部１０４ｅの形状について説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、共に図４（Ａ）と同じ断面の部分を示している。
【００３６】
小基台１０４の当接部１０４ｅは、図５（Ａ）の断面に垂直な方向に対称軸（中心軸）を有して延在する円筒２０５ａの一部からなる形状の円弧側面部となっている。円筒２０５ａの中心軸２０５ｂは、図５（Ａ）では、ロータ１０１の接触面１０１ａと中心線２０１が交わる点、すなわち、全突起接触面の重心を通る。そして当接部１０４ｅは、加圧部材１０６と線接触部１０６ｃで互いに接している。図５（Ａ）において、線接触部１０６ｃは、中心線２０１と互いに交差している。以上の構造により、２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に均等な押圧力を付与することができるため、良好な加圧接触状態を保つことができる。
【００３７】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態と比較してロータ１０１とリング基台１０５の間に相対的な傾きが生じた場合を示している。また、図５（Ｃ）は、当該傾きが生じた場合の、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂと線接触部１０６ｃの位置関係を示すため、傾斜角を誇張して記載した拡大図である。図５（Ｂ）の場合、加圧部材１０６の接触面１０６ａと小基台１０４の当接部１０４ｅが接する線接触部１０６ｃは、図５（Ｃ）に示されるように、図５（Ａ）の場合の中心線２０１と交差する位置から移動する。しかし、当接部１０４ｅを介して全突起接触面に与えられる押圧力は、常に全突起接触面の重心方向に向けられる。従って、ロータ１０１とリング基台１０５に相対的な傾きが生じた場合であっても、２つの突起接触面１０２ｂの間にモーメントが発生することがなく、２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に均等な押圧力を付与することができるため、良好な加圧接触状態を保つことができる。なお、小基台１０４とリング基台１０５は、穴部１０４ｃ及び長穴部１０４ｄと軸部１０５ｄで嵌合しているが、嵌合ガタ、すなわち嵌合隙間が設けられているため傾くことができる。
【００３８】
当該傾きに必要な嵌合隙間の量は、部品間の誤差、製造時の寸法誤差、組み立て誤差、また外乱等による部材の傾きに対して必要な最大傾き角度をもとに、あらかじめ設定することができる。そして、点線で示す当接部１０４ｅを構成する円筒２０５ａの中心軸２０５ｂは、２か所の突起接触面１０２ｂの重心間の中点、すなわち、前述の全突起接触面の重心に一致するように設定されている。そうすることにより、線接触部１０６ｃにおける加圧部材１０６の接触面１０６ａの法線は常に円筒２０５ａの中心軸２０５ｂの方向を向く。結果として、加圧部材１０６と小基台１０４の接触位置における接触面１０６ａの法線の方向（押圧力の方向）は、ロータの接触面１０１ａ上における２か所の突起接触面１０２ｂの中点に常に向けることができ、２か所の突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間の押圧力を均等にすることが可能となる。
【００３９】
よって、ロータ１０１やリング基台１０５の部品間の誤差、製造時の寸法誤差、組み立て誤差等で傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により部材に傾きが生じた場合でも、傾きに対する２か所の突起接触面１０２ｂとロータの接触面１０１ａの当接部１０４ｅを介する加圧部材１０６からの押圧力が常に円筒２０５ａの中心軸２０５ｂに向けられているため、２か所の突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間において、安定した加圧接触状態を保つことが可能となる。
【００４０】
一方、図４（Ｂ）に示す断面では、小基台１０４の当接部１０４ｅと加圧部材１０６の接触を一直線の線接触とすることで、図４（Ｂ）の左右方向へ小基台１０４と加圧部材１０６が互いに傾かない構成とした。
【００４１】
更に、図４（Ｂ）に示す断面の突起接触面１０２ｂの幅が、図４（Ａ）に示す断面の２つの突起接触面１０２ｂにおいて、ロータ１０１の駆動方向の端部間の幅に比べて十分に短いため、回転駆動中に振動子１０２が図４（Ｂ）の左右方向へ不用意に傾きやすく、加圧接触状態を悪化させてしまう恐れがある。そのため、本実施例では、図４（Ｂ）の断面における加圧部材１０６と小基台１０４の当接部１０４ｅが当接する線接触部１０６ａの長さを、図４（Ｂ）の断面における突起接触面１０２ｂの幅よりも長く設定して支持することで、傾きにくい構成とした。
【００４２】
次に図６（Ａ）、（Ｂ）は、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂが、２か所の突起接触面１０２ｂの重心間の中点、すなわち、全突起接触面の重心を通過せず、その近傍を通過する場合を説明するものである。図６（Ａ）、（Ｂ）は、共に図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と同じ断面の部分を示している。
【００４３】
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂが全突起接触面の重心を通過するように構成していた。しかし円筒２０５ａの中心軸２０５ｂは、製造や組み立て等における様々な制約条件により、全突起接触面の重心を通過させることが困難な場合がある。この場合には、図６（Ａ）に示すように、当該中点の近傍にある２か所の突起接触面１０２ｂにおいて、ロータ１０１の駆動方向の端部を結ぶ線分の内分点２０５ｃを中心軸２０５ｂが通過するよう構成することで、２か所の突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に対し、加圧部材１０６からの押圧力を一定の比率で分配して付勢する状態を保持することができる。図６（Ａ）の構成において、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示されるようなロータ１０１とリング基台１０５に相対的な傾きが生じた場合であっても、加圧部材１０６からの押圧力は常に円筒２０５ａの中心軸２０５ｂに向けられている。従って、加圧部材１０６からの押圧力は、常に２か所の突起接触面１０２ｂの間で一定の比率で分配して付勢される状態を維持することが可能となる。
【００４４】
また、図６（Ｂ）は、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂが、製造や組み立て等における様々な制約条件により、前述の２か所の突起接触面１０２ｂの重心間の中点、すなわち、全突起接触面の重心から紙面上下左右方向の何れかの方向にずれが生じた場合を示している。この場合、図６（Ｂ）の断面における線接触部１０６ｃと円筒２０５ａの中心軸２０５ｂとを含む直線が、２か所の突起接触面１０２ｂのロータ１０１の駆動方向の端部を結ぶ線分の内分点２０５ｄおいて、ロータ１０１の接触面１０１ａ上で交わるようにする。これにより、加圧部材からの押圧力を常に２つの突起接触面１０２ｂの間に付勢するため、当該２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に接触外れが発生せず、加圧接触を維持することが可能となる。また、図６（Ｂ）の構成においても、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示されるようなロータ１０１とリング基台１０５に相対的な傾きが生じた際は、ロータ１０１の接触面１０１ａ上で２か所の突起接触面１０２ｂのロータ１０１の駆動方向の端部を結ぶ線分の内分点２０５ｄで交わるようにしている。従って、加圧部材１０６からの押圧力は、常に２か所の突起接触面１０２ｂの間に付勢され、当該２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に接触外れが発生せず、加圧接触を維持することが可能となる。
【００４５】
以上のように、本実施例では、振動子１０９を保持する小基台１０４の押圧力の受け面である当接部１０４ｅを、２か所の突起接触面１０２ｂの間の中点近傍を通過する中心軸２０５ｂを中心とする円筒２０５ａの一部からなる形状から形成しているため、振動子１０９の突起接触面１０２ｂとロータの接触面が良好な加圧接触状態を保つことができる超音波モータを実現することが可能となる。
【００４６】
本実施例では、２つの突起接触面１０２ｂによりロータ１０１の接触面１０１ａとの加圧接触状態が構成されているとして説明したが、これに限定されることはない。
【００４７】
当該突起接触面１０２ｂは１つで構成されてもよい。１つの突起接触面により構成される場合、全突起接触面と当該１つの接触面が同一となる。そして当該１つの接触面の重心を中心線２０１上に概ね一致させる。これにより、良好な加圧接触状態を維持することが可能となる。また、突起接触面は３つ以上で構成されてもよい。３つ以上の突起接触面で構成する場合も、２つの突起接触面の場合と同様に、３つ以上の突起接触面の全突起接触面の重心を中心線２０１上に概ね一致させる。これにより、良好な加圧接触状態を維持することが可能となる。
【００４８】
また、複数の突起接触面で構成され、且つその形状が互いに異なる場合であっても、当該複数の接触面の全突起接触面の重心を中心線２０１上に概ね一致させる。これにより、良好な加圧接触状態を維持することが可能となり、本発明の効果を享受することができる。
【００４９】
［実施例２］
実施例２は、実施例１の変形例であり、３か所の加圧部材１０６に対応した３か所の板バネ１０７を一体化している。これにより、板バネ１０７やビス１０８を削減することが可能となり、コストダウンの効果がある。
【００５０】
図７は、本発明の実施例２における超音波モータの分解斜視図である。なお、図において同一部材は同一記号で図示され、実施例１と同一部材についても同一記号で図示される。３０１は、実施例２におけるリング基台で、小基台１０４を位置決めする軸部１０５ａと、加圧部材１０６と嵌合する貫通穴部１０５ｂのみを備える。３０２は、３か所の加圧部材１０６に当接するワッシャーである。３０３は、ワッシャー３０２を押圧するためのウェーブワッシャーである。このウェーブワッシャー３０３上部には固定部材（不図示）などが設けられ、この固定部材とワッシャー３０２の間にウェーブワッシャー３０３を挟み込み、ウェーブワッシャー３０３の波形形状を所定量だけ押しつぶすことで押圧力を発生させる。
【００５１】
図８は、実施例２における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。図において、ウェーブワッシャー３０３が所定量つぶされ、ワッシャー３０２を介して、加圧部材１０６に押圧力が伝わる。なお、以降の押圧力の伝達構成については、実施例１と同様である。
【００５２】
ところで、実施例１では、板バネ１０７がリング基台１０５に固定されているため、図４（Ａ）、（Ｂ）の中心線２０１方向におけるリング基台１０５の絶対位置は、板バネ１０７の変形量に依存して位置決めされていた。しかしながら、実施例２では、リング基台３０１は、小基台１０４及び加圧部材１０６を保持するためだけの役割であり、ウェーブワッシャーは固定されておらず、よって、中心線２０１方向の位置決めはされない。従って、実施例２の超音波モータをレンズ鏡筒などに組み込む際には、このリング基台３０１を鏡筒内の固定筒に対して所望の絶対位置となるように固定し、不用意に動かないようにすればよい。または、構成によっては固定筒と一体化することもできる。
【００５３】
従って、実施例２では３か所の加圧部材１０６に対して、押圧する弾性部材を１つのウェーブワッシャー３０３で兼用する構成としたので、板バネやビスを用いないため、コストダウンが可能である。
【００５４】
［実施例３］
フォーカスレンズやズームレンズ等を駆動するための駆動手段として実施例１又は２の超音波モータを有するレンズ装置を構成することによって、本発明の効果を享受することができるレンズ装置を実現することができる。
【００５５】
以上のように、振動子に発生する超音波振動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、小基台の当接部を形成する円筒の一部からなる形状の中心軸が全接触重心の近傍を通過することで、振動子の接触部が被接触部との良好な加圧接触が得られることが可能である。
【００５６】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０１ ロータ（被駆動部）
１０１ａ 接触面
１０２ 振動板
１０２ｂ 突起接触面（接触部）
１０３ 圧電素子
１０４ 小基台（保持部）
１０４ｅ 当接部
１０５ リング基台（固定部）
１０６ 加圧部材
１０６ｃ 線接触部
１０７ 板バネ（弾性部材）
１０９ 振動子
２０５ａ 円筒
２０５ｂ 中心軸
２０５ｃ 交点
３０１ リング基台
３０２ ワッシャー
３０３ ウェーブワッシャー（弾性部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押圧された振動子に楕円振動を発生させることにより被駆動部を駆動する超音波モータと、その超音波モータを使用したレンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献１に開示された超音波モータは、回転軸を有する円環状の被駆動部と、当該被駆動部と接触する接触部を備える複数の振動子とから構成されている。振動子は被駆動部に押圧された状態で保持されており、振動子の接触部が被駆動部に対して加圧されて接触している状態、所謂、加圧接触状態となっている。その加圧接触状態下で当該振動子に超音波振動が励起されると、振動子の接触部に楕円運動が生じ、被駆動部が被駆動部の回転軸を中心に回転駆動される。振動子の被駆動部への加圧接触状態は、押圧用凸部を有する板バネで当該振動子を被駆動体に対し付勢することで得られる。板バネに形成された押圧用凸部で当該振動子の中心付近を押圧付勢することで、振動子の接触部が良好な状態で被駆動部と加圧接触するような構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５８０５２号公報
【特許文献２】特開２００４−３０４８８７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においては、製造誤差や板バネの変形により、振動子の接触部が良好な状態で被駆動部と加圧接触できなくなる問題があった。
【０００５】
また、特許文献１で開示されている超音波モータでは、押圧用凸部が板バネに形成されており、部品間の誤差、組み立て誤差、製造誤差や、加圧時の板バネの変形により、押圧用凸部と振動子の接触部との位置関係が一定に保たれず、ずれやすい。そのため、板バネによる押圧の方向がずれてしまい、振動子の接触部と被駆動部の間で一定の接触状態が維持されず、場合によっては、接触外れ等が生じる問題があった。
【０００６】
また、振動子の接触部は被駆動体の駆動方向に並んでいるため、振動子は、当該駆動方向よりも、当該駆動方向と直交し且つ振動子の接触部と平行な方向に対して、より傾きやすかった。振動子が傾くと、接触部に片当たりが発生し、良好な状態で被駆動部と加圧接触できない問題があった。
【０００７】
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、振動子の接触部が被駆動部との良好な加圧接触状態が得られる超音波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】
【０００８】
超音波モータは、接触面を有する被駆動部と、前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部を有し、圧電素子が固定された振動子であって、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、前記振動子を保持する保持部と、前記少なくとも１つの接触部に対し、前記被駆動部に向かって押圧力を付勢するように、弾性部材を備えた加圧手段とを有する超音波モータであって、前記保持部は、前記弾性部材からの前記押圧力を受け、前記加圧手段と線接触する線接触部を有する当接部を備え、前記当接部は円筒の一部からなる形状を有し、前記円筒の中心軸は、前記少なくとも１つの接触部に平行かつ前記被駆動部の駆動方向に直交することを特徴とする、超音波モータ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動子に発生する超音波振動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、振動子の接触部が被駆動部との良好な加圧接触状態が得られる超音波モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１における超音波モータの分解斜視図である。
【図２】図１に示される各部材を組込んだ状態の斜視図である。
【図３】振動子と小基台の接合状態を示す拡大斜視図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。（Ｃ）は、（Ｂ）のＡ部の拡大詳細図であり、弾性部材の押圧力の成分ベクトルを示す。
【図５】（Ａ）は、円筒の一部から構成される小基台の当接部の説明図であり、（Ｂ）は、ロータ及びリング基台が相対的に傾いた場合を示し、（Ｃ）は、当接部を形成する円筒の中心軸と、当接部と加圧部材間の線接触部との位置関係を示す概略図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の円筒の中心軸が、図５の位置からずれた場合を示す。
【図７】本発明の実施例２における超音波モータの分解斜視図である。
【図８】図７に示される各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
以下、図を用いて本発明の実施例について説明する。なお、本実施例の超音波モータは、デジタルカメラ用のレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した回転駆動型モータを例に説明するが、使用用途はこれに限られたものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例である超音波モータの分解斜視図である。なお、図において同一部材は同一記号で図示される。１０１は被駆動部であるロータで、後述する振動子１０９が加圧接触する接触面１０１ａを備える。１０２は、接触面１０１ａに押圧を伴う加圧接触状態で接触する振動板であり、１０３は、振動板１０２に接着剤などにより圧着されている圧電素子である。そして、振動板１０２に圧電素子１０３が圧着された状態で、圧電素子１０３に電圧を印加することにより超音波振動を発生させ、振動板１０２に楕円運動を発生させることができる。振動板１０２と圧電素子１０３とで振動子１０９を構成している。そして、本実施例では３か所の振動子１０９でロータ１０１を回転駆動する。１０４は、振動子１０９を保持するための保持部としての小基台である。１０５は、固定部としてのリング基台であり、小基台１０４と、後述する加圧部材１０６及び板バネ１０７を保持する。１０６は、リング基台１０５の貫通穴部１０５ｂに嵌合する加圧部材であり、ロータ１０１の接触面１０１ａに対して概ね垂直な方向にのみ移動可能に保持され、後述する板バネ１０７からの押圧力により小基台１０４を介して振動子１０９をロータ１０１に加圧接触させる。１０７は、弾性部材であるところの板バネであり、両端部はビス１０８にてリング基台１０５へ固定され、そして板バネの押圧力により振動子と被駆動部を加圧接触させる。そして、この加圧部材１０６と板バネ１０７が、本発明の加圧手段となる。
【００１３】
以上のように、上述した各部材が組込まれ、超音波モータとしてユニット化される。
図２は、図１の各部材を組込んだ状態の斜視図である。なお、図２において、振動子１０９まわりの構成は３か所とも全て同一であり、図の煩雑さを防ぐため、図中の手前側にだけ番号を付している。図に示すようにリング基台１０５の３か所において、それぞれ２つのビス１０８で固定された板バネ１０７により、加圧部材１０６と小基台１０４を介して振動子１０９に押圧力が付勢され、その結果、振動子１０９とロータ１０１の接触面１０１ａが加圧接触する。なお、実際のレンズ鏡筒などに組み込まれる際には、ロータ１０１をフォーカス機構やズーム機構に連結して駆動する。
【００１４】
次に、超音波モータの構成部材の詳細について説明する。図３は、図１及び図２における振動板１０２と小基台１０４の接合状態を説明するための拡大斜視図で、ロータ１０１側から見た図である。図において振動板１０２の中央の平板部１０２ａには、２か所の突起部が形成される。１０２ｂは、当該突起部の上端面に形成された、接触部としての突起接触面であり、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接する面である。２か所の突起接触面は同一平面上に形成され、ロータ１０１の接触面１０１ａとの当接状態を良好にするため、製造工程時には研磨などにより均一な面に仕上げられる。
【００１５】
一方、図３に示す平板部１０２ａの裏面側（２か所の突起部が形成されている面と反対の面側）には圧電素子１０３が接着剤などにより圧着されている。なお、平板部１０２ａの裏面と圧電素子１０３の圧着は、圧着されればその方法は限定されない。この圧電素子１０３は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そして、この積層された圧電素子１０３に所望の交流電圧を印加することで励振させ、圧電素子１０３が圧着された振動板１０２に２つの振動モードを励起する。このとき２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起接触面１０２ｂには、図３の矢印で示すような楕円運動が発生する。この楕円運動を図１及び図２に示すような３か所の振動子１０９で発生させ、ロータ１０１の接触面１０１ａに伝達することで、ロータ１０１を回転駆動させることが可能となる。なお、前述の圧電素子の積層構造や振動モードに関する詳細は、特許文献２に記載されている内容と同様であるため、それらの説明は省略する。
【００１６】
次に、振動板１０２の両端には、小基台１０４の両側に形成された一段高い上面部１０４ａと接合するための２か所の接合部１０２ｃが形成されている。そして、振動板１０２は小基台１０４に、この接合部１０２ｃにおいて溶接や接着などにより接合されるが、振動板１０２と小基台１０４が接合されれば、その方法は限定されない。２か所の接合部１０２ｃと平板部１０２ａとの間には２か所の腕部１０２ｄが形成され、この腕部１０２ｄを介して、圧電素子１０３が圧着された平板部１０２ａは小基台１０４に固定される。この腕部１０２ｄは、平板部１０２ａに発生する振動を接合部１０２ｃに伝達しにくい構成とするため、図３に示すように平板部１０２ａや接合部１０２ｃに対して細い形状となっている。逆に言い換えると、剛体である小基台１０４が平板部１０２ａに発生する振動を阻害しないような連結の構成を、当該腕部１０２ｄによって実現している。また、小基台１０４の中央付近の平面部１０４ｂと、圧電素子１０３の平面部１０４ｂと対向する面（不図示）の間には所定の隙間２０３が形成されている。
【００１７】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図でロータ１０１を上側とした図になっており、図２のおける３か所の振動子１０９のうち１か所の周囲のみを拡大している。なお、残りの２か所に関しては同様の構成を有するため説明は省略する。
【００１８】
図４（Ａ）は、ロータ１０１の駆動方向に平行で、ロータ１０１の接触面１０１ａと接触する２つの突起接触面１０２ｂを含む全突起接触面の重心と、当該重心を起点とするロータ１０１の接触面１０１ａの法線を含む面を切断面としている。
【００１９】
図４（Ｂ）は、図３における振動板１０２において、接触面１０１ａと接触する全突起接触面の重心と接触面１０１ａの法線を含み、且つ図４（Ａ）に直交する面を切断面としている。
【００２０】
ただし、全突起接触面とは、全ての突起接触面１０２ｂを含んだものであり、ここでは２つの突起接触面１０２ｂを含んでいる。また、全突起接触面の重心（全接触重心部とも記す）は、後述する中心線２０１と接触面１０１ａの交点も含んでいる。
【００２１】
図４（Ａ）、（Ｂ）の２０１は、振動板１０２の接触面１０１ａと接触する全突起接触面の重心を通過し、当該接触面１０１ａの法線を含む中心線である。
【００２２】
突起接触面１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接し、加圧接触状態にある。また、振動板１０２は、両端の接合部１０２ｃが２か所の上面部１０４ａで小基台１０４と接合されている。そして、圧電素子１０３と小基台１０４の平面部１０４ｂの間には所定の隙間２０３が形成されている。
【００２３】
小基台１０４の下面側には穴部１０４ｃと長穴部１０４ｄが設けられ、リング基台１０５に形成された２か所の軸部１０５ａが嵌合している。小基台１０４の下側中央には当接部１０４ｅが設けられている。この当接部１０４ｅは、図４（Ａ）の断面において円弧形状を有し、紙面奥行方向（図４（Ｂ）においては左右方向）に延在する円筒の一部からなる形状を有する。そして、この当接部１０４ｅには加圧部材１０６の上端面１０６ａが線接触部１０６ｃにて接している。この上端面１０６ａは平面で形成されているため、当接部１０４ｅとの線接触部１０６ｃは、図４（Ａ）の紙面奥行方向（図４（Ｂ）においては左右方向）に長さを有する線接触となる。なお、本実施例では当接部１０４ｅが前述のように円弧形状を有する円筒からなる形状の一部としたが、当該当接部１０４ｅの形状は、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照した後述で詳細に説明する。
【００２４】
リング基台１０５は、図１に示されるような板バネと対向する面に貫通穴部１０５ｂを有し、加圧部材１０６は、当該貫通穴部１０５ｂに嵌合して板バネと接触することで、板バネと協働することができる。なお、貫通穴部１０５ｂ及び加圧部材１０６の中心軸は、中心線２０１、すなわち接触面１０１ａに対して垂直な軸方向と概ね一致している。そして、図４（Ａ）、（Ｂ）の加圧部材１０６の下側の球面部１０６ｂには、板バネ１０７が変形して弾性力により加圧部材１０６を小基台１０４方向に付勢した状態で接触している。
【００２５】
板バネ１０７は、変形量の変化による押圧力のばらつきを低減するため、ある程度バネ定数を小さくする必要がある。従って、板バネは極力厚みを薄くし、長さもできるだけ長い方がよい。本実施例の板バネ１０７は、薄板を用い、長さについては、円環状の超音波モータ内でできるだけ長いバネ長とするため、円弧形状で形成されている。そうすることで、加圧部材１０６の押圧方向の変位量に多少の変化が生じても押圧力のばらつきを小さく抑えることができる。以上のような構成で、振動子１０９は、小基台１０４と加圧部材１０６を介して板バネ１０７により、ロータ１０１に対して押圧されている。
【００２６】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照し、板バネ１０７による押圧力の伝達構成について説明する。以下の説明において、押圧力ベクトルとは、各図の断面において押圧力の方向及び大きさを含む力のベクトルである。
【００２７】
まず、図４（Ａ）において、小基台１０４は、当接部１０４ｅで加圧部材１０６と線接触部１０６ｃで接触している。また小基台１０４は、２か所の突起部の突起接触面１０２ｂでロータ１０１に接触しており、各突起接触面の重心は、中心線２０１からロータの駆動方向において等しい距離にある。一方、板バネ１０７と加圧部材１０６の接触に関し、本実施例では板バネ１０７が円弧形状で形成されているため、板バネ１０７の両端の支持部と押圧力の入力点（板バネ１０７と加圧部材１０６の接触点）が一直線上に存在しない。従って、押圧力を発生させる際の板バネ１０７の断面は、図４（Ｂ）で示されるような、傾きを持つ状態となることがある。その場合には、結果として、板バネ１０７によって加圧部材１０６に入力される押圧力のベクトルは矢印２０６ａとして図示することができる。加圧部材１０６と板バネ１０７の接触点は、中心線２０１上には存在せず、図４（Ｂ）においては中心線の右側２０５にずれてしまう。
【００２８】
図４（Ｃ）に、図４（Ｂ）のＡ部の点２０５まわりの拡大詳細図を示す。板バネ１０７が加圧部材１０６に付与する押圧力はベクトル２０６ａで表され、中心線２０１に対して傾いている。従って、当該押圧力ベクトル２０６ａは、中心線２０１と平行な方向の成分ベクトル２０６ｂと、中心線２０１と垂直な方向の成分ベクトル２０６ｃを有する。
【００２９】
加圧部材１０６は、図４（Ａ）、（Ｂ）で示されるように、中心線２０１と概ね平行な方向にのみ自由度を持ってリング基台１０５に保持されている。すなわち、加圧部材１０６は、ロータ１０１の接触面１０１ａに対し概ね垂直な方向に移動可能である一方、当該ロータ１０１の接触面１０１ａに対し概ね平行な方向への移動が規制されている。このため、板バネ１０７が加圧部材１０６を押圧する押圧力（ベクトル２０６ａ）のうち、中心線２０１方向の成分（ベクトル２０６ｂ）に対応する力（ベクトル２０４ａ）が小基台１０４に伝達される。
【００３０】
一方、小基台１０４に伝達された押圧力（ベクトル２０４ａ）は、２つの突起部の突起接触面１０２ｂにロータの接触面１０１ａに対する押圧力として伝達され、それぞれの突起接触面１０２ｂが接触面１０１ａを押圧する力は押圧力ベクトル２０４ａの半分の大きさの押圧力（ベクトル２０４ｂ）となる。
【００３１】
なお、突起接触面１０２ｂと接触面１０１ａとの接触は面接触であるため、実際にはその面内で均一に分布した押圧力を呈するが、理解を容易にするため、面内の重心位置に働く力のベクトルとして表現している。また、加圧部材１０６と当接部１０４ｅの線接触部１０６ｃは線接触であるため、実際にはその線接触する直線上で均一に分布した押圧力を呈するが、これも直線上の重心位置に働く力のベクトルとして表現している。以後、面接触や線接触の場合も重心位置における力のベクトルで表現する。
【００３２】
また、加圧部材１０６にはその側面部において、板バネ１０７によって、加圧部材１０６に入力される押圧力ベクトル２０６ａの中心線２０１と垂直な方向の成分ベクトル２０６ｃによる摩擦力が発生する。一方、軸部１０５ａでの嵌合においても摩擦力が発生する。これらの摩擦力は押圧力に対して十分に小さいため無視している。実際、この側面の仕上げをある程度滑らかにすれば、摩擦力の影響は無視できる程度に小さくできる。
【００３３】
本実施例では前述のように、加圧部材１０６がリング基台１０５に対して、概して、中心線２０１方向のみ自由度を有した状態で保持される構成となっている。従って、加圧部材１０６が小基台１０４へ与える押圧力ベクトル２０４ａは、中心線２０１と概ね一致させることができる。このとき、押圧力ベクトル２０４ａの大きさは、板バネ２０７による押圧力ベクトル２０６ａの中心線２０１と平行な方向の成分ベクトル２０６ｂと概ね等しくなる。これは、押圧力ベクトル２０６ａの成分ベクトル２０６ｂに対応する力が押圧力ベクトル２０４ａとなるためである。押圧力ベクトル２０６ａの中心線２０１と垂直な方向の成分ベクトル２０６ｃは、加圧部材１０６の側面部における摩擦力に影響する。なお、加圧部材１０６の側面と貫通穴部１０５ｂの内面は、滑らかに仕上げることで、生じる摩擦力は押圧力に比べて十分に小さく、加圧部材１０６のスムーズな進退を阻害することもない。このように、図４（Ａ）、（Ｂ）で示したように、入力される押圧力ベクトル２０６ａの力点は中心線２０１からずれてしまい、またその方向は中心線２０１と平行ではないが、２つの突起接触面１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａに対して良好な加圧接触状態を保つことが可能となる。
【００３４】
ところで、小基台１０４は当接部１０４ｅの直線上の線接触部を介して押圧される。従って、詳細に後述するが、図４（Ａ）における断面においては、小基台１０４が傾き可能な構成となっており、仮に製造時の寸法誤差や組み立て誤差、また外乱による部材の傾きが生じても、良好な加圧接触状態を保つことができる。
【００３５】
次に図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照し、加圧部材１０６から押圧力が与えられる小基台１０４の当接部１０４ｅの形状について説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、共に図４（Ａ）と同じ断面の部分を示している。
【００３６】
小基台１０４の当接部１０４ｅは、図５（Ａ）の断面に垂直な方向に対称軸（中心軸）を有して延在する円筒２０５ａの一部からなる形状の円弧側面部となっている。円筒２０５ａの中心軸２０５ｂは、図５（Ａ）では、ロータ１０１の接触面１０１ａと中心線２０１が交わる点、すなわち、全突起接触面の重心を通る。そして当接部１０４ｅは、加圧部材１０６と線接触部１０６ｃで互いに接している。図５（Ａ）において、線接触部１０６ｃは、中心線２０１と互いに交差している。以上の構造により、２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に均等な押圧力を付与することができるため、良好な加圧接触状態を保つことができる。
【００３７】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態と比較してロータ１０１とリング基台１０５の間に相対的な傾きが生じた場合を示している。また、図５（Ｃ）は、当該傾きが生じた場合の、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂと線接触部１０６ｃの位置関係を示すため、傾斜角を誇張して記載した拡大図である。図５（Ｂ）の場合、加圧部材１０６の接触面１０６ａと小基台１０４の当接部１０４ｅが接する線接触部１０６ｃは、図５（Ｃ）に示されるように、図５（Ａ）の場合の中心線２０１と交差する位置から移動する。しかし、当接部１０４ｅを介して全突起接触面に与えられる押圧力は、常に全突起接触面の重心方向に向けられる。従って、ロータ１０１とリング基台１０５に相対的な傾きが生じた場合であっても、２つの突起接触面１０２ｂの間にモーメントが発生することがなく、２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に均等な押圧力を付与することができるため、良好な加圧接触状態を保つことができる。なお、小基台１０４とリング基台１０５は、穴部１０４ｃ及び長穴部１０４ｄと軸部１０５ｄで嵌合しているが、嵌合ガタ、すなわち嵌合隙間が設けられているため傾くことができる。
【００３８】
当該傾きに必要な嵌合隙間の量は、部品間の誤差、製造時の寸法誤差、組み立て誤差、また外乱等による部材の傾きに対して必要な最大傾き角度をもとに、あらかじめ設定することができる。そして、点線で示す当接部１０４ｅを構成する円筒２０５ａの中心軸２０５ｂは、２か所の突起接触面１０２ｂの重心間の中点、すなわち、前述の全突起接触面の重心に一致するように設定されている。そうすることにより、線接触部１０６ｃにおける加圧部材１０６の接触面１０６ａの法線は常に円筒２０５ａの中心軸２０５ｂの方向を向く。結果として、加圧部材１０６と小基台１０４の接触位置における接触面１０６ａの法線の方向（押圧力の方向）は、ロータの接触面１０１ａ上における２か所の突起接触面１０２ｂの中点に常に向けることができ、２か所の突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間の押圧力を均等にすることが可能となる。
【００３９】
よって、ロータ１０１やリング基台１０５の部品間の誤差、製造時の寸法誤差、組み立て誤差等で傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により部材に傾きが生じた場合でも、傾きに対する２か所の突起接触面１０２ｂとロータの接触面１０１ａの当接部１０４ｅを介する加圧部材１０６からの押圧力が常に円筒２０５ａの中心軸２０５ｂに向けられているため、２か所の突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間において、安定した加圧接触状態を保つことが可能となる。
【００４０】
一方、図４（Ｂ）に示す断面では、小基台１０４の当接部１０４ｅと加圧部材１０６の接触を一直線の線接触とすることで、図４（Ｂ）の左右方向へ小基台１０４と加圧部材１０６が互いに傾かない構成とした。
【００４１】
更に、図４（Ｂ）に示す断面の突起接触面１０２ｂの幅が、図４（Ａ）に示す断面の２つの突起接触面１０２ｂにおいて、ロータ１０１の駆動方向の端部間の幅に比べて十分に短いため、回転駆動中に振動子１０２が図４（Ｂ）の左右方向へ不用意に傾きやすく、加圧接触状態を悪化させてしまう恐れがある。そのため、本実施例では、図４（Ｂ）の断面における加圧部材１０６と小基台１０４の当接部１０４ｅが当接する線接触部１０６ａの長さを、図４（Ｂ）の断面における突起接触面１０２ｂの幅よりも長く設定して支持することで、傾きにくい構成とした。
【００４２】
次に図６（Ａ）、（Ｂ）は、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂが、２か所の突起接触面１０２ｂの重心間の中点、すなわち、全突起接触面の重心を通過せず、その近傍を通過する場合を説明するものである。図６（Ａ）、（Ｂ）は、共に図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と同じ断面の部分を示している。
【００４３】
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂが全突起接触面の重心を通過するように構成していた。しかし円筒２０５ａの中心軸２０５ｂは、製造や組み立て等における様々な制約条件により、全突起接触面の重心を通過させることが困難な場合がある。この場合には、図６（Ａ）に示すように、当該中点の近傍にある２か所の突起接触面１０２ｂにおいて、ロータ１０１の駆動方向の端部を結ぶ線分の内分点２０５ｃを中心軸２０５ｂが通過するよう構成することで、２か所の突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に対し、加圧部材１０６からの押圧力を一定の比率で分配して付勢する状態を保持することができる。図６（Ａ）の構成において、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示されるようなロータ１０１とリング基台１０５に相対的な傾きが生じた場合であっても、加圧部材１０６からの押圧力は常に円筒２０５ａの中心軸２０５ｂに向けられている。従って、加圧部材１０６からの押圧力は、常に２か所の突起接触面１０２ｂの間で一定の比率で分配して付勢される状態を維持することが可能となる。
【００４４】
また、図６（Ｂ）は、円筒２０５ａの中心軸２０５ｂが、製造や組み立て等における様々な制約条件により、前述の２か所の突起接触面１０２ｂの重心間の中点、すなわち、全突起接触面の重心から紙面上下左右方向の何れかの方向にずれが生じた場合を示している。この場合、図６（Ｂ）の断面における線接触部１０６ｃと円筒２０５ａの中心軸２０５ｂとを含む直線が、２か所の突起接触面１０２ｂのロータ１０１の駆動方向の端部を結ぶ線分の内分点２０５ｄおいて、ロータ１０１の接触面１０１ａ上で交わるようにする。これにより、加圧部材からの押圧力を常に２つの突起接触面１０２ｂの間に付勢するため、当該２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に接触外れが発生せず、加圧接触を維持することが可能となる。また、図６（Ｂ）の構成においても、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示されるようなロータ１０１とリング基台１０５に相対的な傾きが生じた際は、ロータ１０１の接触面１０１ａ上で２か所の突起接触面１０２ｂのロータ１０１の駆動方向の端部を結ぶ線分の内分点２０５ｄで交わるようにしている。従って、加圧部材１０６からの押圧力は、常に２か所の突起接触面１０２ｂの間に付勢され、当該２つの突起接触面１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａの間に接触外れが発生せず、加圧接触を維持することが可能となる。
【００４５】
以上のように、本実施例では、振動子１０９を保持する小基台１０４の押圧力の受け面である当接部１０４ｅを、２か所の突起接触面１０２ｂの間の中点近傍を通過する中心軸２０５ｂを中心とする円筒２０５ａの一部からなる形状から形成しているため、振動子１０９の突起接触面１０２ｂとロータの接触面が良好な加圧接触状態を保つことができる超音波モータを実現することが可能となる。
【００４６】
本実施例では、２つの突起接触面１０２ｂによりロータ１０１の接触面１０１ａとの加圧接触状態が構成されているとして説明したが、これに限定されることはない。
【００４７】
当該突起接触面１０２ｂは１つで構成されてもよい。１つの突起接触面により構成される場合、全突起接触面と当該１つの接触面が同一となる。そして当該１つの接触面の重心を中心線２０１上に概ね一致させる。これにより、良好な加圧接触状態を維持することが可能となる。また、突起接触面は３つ以上で構成されてもよい。３つ以上の突起接触面で構成する場合も、２つの突起接触面の場合と同様に、３つ以上の突起接触面の全突起接触面の重心を中心線２０１上に概ね一致させる。これにより、良好な加圧接触状態を維持することが可能となる。
【００４８】
また、複数の突起接触面で構成され、且つその形状が互いに異なる場合であっても、当該複数の接触面の全突起接触面の重心を中心線２０１上に概ね一致させる。これにより、良好な加圧接触状態を維持することが可能となり、本発明の効果を享受することができる。
【００４９】
［実施例２］
実施例２は、実施例１の変形例であり、３か所の加圧部材１０６に対応した３か所の板バネ１０７を一体化している。これにより、板バネ１０７やビス１０８を削減することが可能となり、コストダウンの効果がある。
【００５０】
図７は、本発明の実施例２における超音波モータの分解斜視図である。なお、図において同一部材は同一記号で図示され、実施例１と同一部材についても同一記号で図示される。３０１は、実施例２におけるリング基台で、小基台１０４を位置決めする軸部１０５ａと、加圧部材１０６と嵌合する貫通穴部１０５ｂのみを備える。３０２は、３か所の加圧部材１０６に当接するワッシャーである。３０３は、ワッシャー３０２を押圧するためのウェーブワッシャーである。このウェーブワッシャー３０３上部には固定部材（不図示）などが設けられ、この固定部材とワッシャー３０２の間にウェーブワッシャー３０３を挟み込み、ウェーブワッシャー３０３の波形形状を所定量だけ押しつぶすことで押圧力を発生させる。
【００５１】
図８は、実施例２における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。図において、ウェーブワッシャー３０３が所定量つぶされ、ワッシャー３０２を介して、加圧部材１０６に押圧力が伝わる。なお、以降の押圧力の伝達構成については、実施例１と同様である。
【００５２】
ところで、実施例１では、板バネ１０７がリング基台１０５に固定されているため、図４（Ａ）、（Ｂ）の中心線２０１方向におけるリング基台１０５の絶対位置は、板バネ１０７の変形量に依存して位置決めされていた。しかしながら、実施例２では、リング基台３０１は、小基台１０４及び加圧部材１０６を保持するためだけの役割であり、ウェーブワッシャーは固定されておらず、よって、中心線２０１方向の位置決めはされない。従って、実施例２の超音波モータをレンズ鏡筒などに組み込む際には、このリング基台３０１を鏡筒内の固定筒に対して所望の絶対位置となるように固定し、不用意に動かないようにすればよい。または、構成によっては固定筒と一体化することもできる。
【００５３】
従って、実施例２では３か所の加圧部材１０６に対して、押圧する弾性部材を１つのウェーブワッシャー３０３で兼用する構成としたので、板バネやビスを用いないため、コストダウンが可能である。
【００５４】
［実施例３］
フォーカスレンズやズームレンズ等を駆動するための駆動手段として実施例１又は２の超音波モータを有するレンズ装置を構成することによって、本発明の効果を享受することができるレンズ装置を実現することができる。
【００５５】
以上のように、振動子に発生する超音波振動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、小基台の当接部を形成する円筒の一部からなる形状の中心軸が全接触重心の近傍を通過することで、振動子の接触部が被接触部との良好な加圧接触が得られることが可能である。
【００５６】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０１ ロータ（被駆動部）
１０１ａ 接触面
１０２ 振動板
１０２ｂ 突起接触面（接触部）
１０３ 圧電素子
１０４ 小基台（保持部）
１０４ｅ 当接部
１０５ リング基台（固定部）
１０６ 加圧部材
１０６ｃ 線接触部
１０７ 板バネ（弾性部材）
１０９ 振動子
２０５ａ 円筒
２０５ｂ 中心軸
２０５ｃ 交点
３０１ リング基台
３０２ ワッシャー
３０３ ウェーブワッシャー（弾性部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータは、
接触面を有する被駆動部と、
前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部を有し、圧電素子が固定されており、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、
前記振動子を保持する保持部と、
前記少なくとも１つの接触部に対し、前記被駆動部に向かって押圧力を付与するように、弾性部材を備えた加圧手段と、
を有する超音波モータであって、
前記保持部は、前記弾性部材からの前記押圧力を受け、前記加圧手段と線接触する線接触部を有する当接部を備え、
前記当接部は円筒の一部からなる形状を有し、
前記円筒の中心軸は、前記少なくとも１つの接触部に平行かつ前記被駆動部の駆動方向に直交する、
ことを特徴とする、超音波モータ。
【請求項２】
前記被駆動部の駆動方向に平行であり、前記少なくとも1つの接触部の全接触重心部における前記接触面の法線を含む断面において、前記線接触部と前記中心軸を通る直線は、前記駆動方向における前記少なくとも１つの接触部の端部を結ぶ内分点を通過する、請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記中心軸は、前記駆動方向において、前記少なくとも１つの接触部の端部を結ぶ線分の内分点を通過する、請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記中心軸は、前記全接触重心部を通過する、請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記当接部の前記円弧形状の中心軸の方向において、前記線接触部の長さは、前記接触部の前記駆動方向に垂直な方向の幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記加圧手段は、
前記弾性部材からの前記押圧力を前記当接部に伝える加圧部材と、
前記加圧部材を、前記接触面に対し垂直な方向へ移動可能とし、前記接触面に対し平行な方向への移動は規制する固定部と、
を備える、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記弾性部材は板バネであることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記弾性部材はウェーブワッシャーであることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の超音波モータを備える、レンズ装置。
【請求項１】
超音波モータは、
接触面を有する被駆動部と、
前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部を有し、圧電素子が固定されており、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、
前記振動子を保持する保持部と、
前記少なくとも１つの接触部に対し、前記被駆動部に向かって押圧力を付与するように、弾性部材を備えた加圧手段と、
を有する超音波モータであって、
前記保持部は、前記弾性部材からの前記押圧力を受け、前記加圧手段と線接触する線接触部を有する当接部を備え、
前記当接部は円筒の一部からなる形状を有し、
前記円筒の中心軸は、前記少なくとも１つの接触部に平行かつ前記被駆動部の駆動方向に直交する、
ことを特徴とする、超音波モータ。
【請求項２】
前記被駆動部の駆動方向に平行であり、前記少なくとも1つの接触部の全接触重心部における前記接触面の法線を含む断面において、前記線接触部と前記中心軸を通る直線は、前記駆動方向における前記少なくとも１つの接触部の端部を結ぶ内分点を通過する、請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記中心軸は、前記駆動方向において、前記少なくとも１つの接触部の端部を結ぶ線分の内分点を通過する、請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記中心軸は、前記全接触重心部を通過する、請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記当接部の前記円弧形状の中心軸の方向において、前記線接触部の長さは、前記接触部の前記駆動方向に垂直な方向の幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記加圧手段は、
前記弾性部材からの前記押圧力を前記当接部に伝える加圧部材と、
前記加圧部材を、前記接触面に対し垂直な方向へ移動可能とし、前記接触面に対し平行な方向への移動は規制する固定部と、
を備える、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記弾性部材は板バネであることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記弾性部材はウェーブワッシャーであることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の超音波モータを備える、レンズ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６６３１７（Ｐ２０１３−６６３１７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４００２（Ｐ２０１１−２０４００２）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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