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、振動子を被駆動部に対して良好な加圧接触状態で保持するためには構成が複雑であり、部品点数が多く、組立ても容易ではなかった。
【解決手段】超音波モータは、接触面１０１ａを有する被駆動部１０１と、圧電素子１０３によって励振された超音波振動によって被駆動部１０１を駆動する振動子１０９と、振動子１０９を保持する保持部１０４と、接触面１０１ａを被駆動部１０１に押圧するために、保持部１０４を被駆動部１０１に向かって付勢する加圧手段１０６とを備え、保持部１０４と加圧手段１０６の一方は凸部を有する当接部を備え、もう一方は溝部を備え、当接部と前記溝部は互いに係合している。
【解決手段】超音波モータは、接触面１０１ａを有する被駆動部１０１と、圧電素子１０３によって励振された超音波振動によって被駆動部１０１を駆動する振動子１０９と、振動子１０９を保持する保持部１０４と、接触面１０１ａを被駆動部１０１に押圧するために、保持部１０４を被駆動部１０１に向かって付勢する加圧手段１０６とを備え、保持部１０４と加圧手段１０６の一方は凸部を有する当接部を備え、もう一方は溝部を備え、当接部と前記溝部は互いに係合している。
【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、所謂、加圧接触状態で保持されており、円環状の被駆動部上に所定の間隔を隔てて配置されている。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、振動子の被駆動部と接している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。当該振動子の被駆動部への加圧接触状態は、振動子の中央付近に設定された振動の節にあたる部分を板バネにより付勢することで得られる。そして、その押圧力の調節は、当該板バネの固定部近傍に設けられたビスと調節ワッシャーによってなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６６７８３９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】
しかしながら、特許文献１に開示された超音波モータにおいては、振動子に付勢される押圧力の保持機構は構成部品が多く複雑であった。特に、振動子と被駆動部の間を良好な加圧接触状態で保持するために支持軸を振動子の中央付近に設ける必要があり、部品点数が多く、組立ても複雑で、コストがかかる構成となっていた。
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、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、簡単な構成により振動子と被駆動部の間で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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の超音波モータは以下のような構成としている。
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、前記接触面を前記被駆動部に押圧するために、前記保持部を前記被駆動部に向かって付勢する加圧手段とを備え、前記保持部と前記加圧手段の一方は凸部を有する当接部を備え、もう一方は溝部を備え、前記当接部と前記溝部は互いに係合している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動体を駆動する超音波モータにおいて、簡単な構成により振動子と被駆動部の間で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】
【０００７】
【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】（Ａ）は、実施例１における振動子と小基台の接合状態を示す拡大斜視図であり、（Ｂ）は、小基台を当接部側から見た拡大斜視図である。
【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、加圧部材が有する溝部の拡大斜視図であり、（Ｄ）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）及び（Ｂ）は、実施例１におけるロータが傾いた状態を示す拡大断面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）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７】本発明の実施例３における小基台を当接部側から見た拡大斜視図である。
【図８】本発明の実施例３における加圧部材が有する溝部の拡大斜視図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３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。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［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。
【０００９】
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。なお、振動子１０９は振動板１０２と圧電素子１０３により構成される。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、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１０９とロータ１０１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。
【００１０】
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るが、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に付勢力が付勢され、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。
【００１１】
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（Ａ）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１０２ｂが形成される。突起部の上端面、すなわち、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接する面は同一平面上に形成され、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。
【００１２】
一方、図３（Ａ）に示す平板部１０２ａの裏面側（２か所の突起部１０２ｂ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１０２ｂ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、突起部１０２ｂには、図３（Ａ）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。
【００１３】
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。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。
【００１４】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に対し小基台１０４を下側から、すなわち、振動板１０２ｂを接合する面の反対の面側を見た図である。小基台１０４の中央付近には凸部を有する当接部１０４ｅが設けられている。当接部１０４ｅは、トーラス形状の一部から構成されている。当該トーラス形状は、詳細に後述するが、ロータ１０１の駆動方向、及びロータ１０１の駆動方向と垂直な方向の２つの断面内に、それぞれ円弧の形状を有している。
【００１５】
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における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。
【００１６】
図４（Ａ）は、ロータの駆動方向に平行で、振動板１０２の２つの突起部１０２ｂにおいて、ロータ１０１の接触面１０１ａと接触する２つの突起部１０２ｂの上端面を含む全上端面の重心と、当該重心を起点とするロータ１０１の法線を含む面を切断面としている。
【００１７】
図４（Ｂ）は、図３における振動板１０２の突起部１０２ｂにおいて、接触面１０１ａと接触する全上端面の重心と接触面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。
ただし、全上端面とは、全ての突起部１０２ｂの上端面を含んだものであり、この実施例では２つの上端面である。
【００１８】
図４（Ａ）、（Ｂ）の２０１は、振動板１０２の突起部１０２ｂの全上端面の重心を通過し、ロータ１０１の接触面１０１ａの法線を含む中心線である。
突起部１０２ｂの上端面はロータ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。
【００１９】
一方、小基台１０４の下側中央付近には、図３（Ｂ）に示されるようなトーラス形状の一部を有する当接部１０４ｅが設けられている。当該当接部１０４ｅは、加圧部材１０６に形成された溝部１０６ａと係合している。図４（Ａ）、（Ｂ）では、当接部１０４ｅと溝部１０６ａは互いに接触していないように見えるが、これは紙面に垂直な方向の前後で接触しているためであり、以下に図を用いて構成を説明する。
【００２０】
トーラス形状は、図４（Ａ）の断面で示される当接部１０４ｅの第１の円弧２０７ａを、図４（Ｂ）の断面で示される当接部１０４ｅの第２の円弧２０７ｂの中心を通り、図４（Ｂ）の紙面に垂直な線を回転軸として回転させた際に形成される。
【００２１】
本実施例においては、第１の円弧２０７ａの半径より第２の円弧２０７ｂの半径の方が大きく、すなわち、第１の円弧２０７ａの曲率よりも第２の円弧２０７ｂの曲率の方が小さく設定した。これは、図４（Ａ）の断面のロータ１０１の駆動方向における２つの突起部１０２ｂの端部間の幅よりも、図４（Ｂ）の断面における突起部１０２ｂの幅の方が小さいため、図４（Ｂ）の左右方向に振動子１０２がより倒れ易いためである。従って、図４（Ｂ）の断面における第２の円弧２０７ｂの半径をできるだけ大きく、すなわち、曲率を小さくすることで、後述する所定の傾きに対しては許容しながら、倒れ易さを低減している。
【００２２】
なお、本実施例では、円弧を回転させることで得られるトーラス形状を用いて説明したが、円弧に限定されることなく、円弧のような滑らかな曲線を有するものであれば良い。
【００２３】
図４（Ｃ）は、加圧部材１０６を溝部１０６ａの側から見た斜視図である。溝部１０６ａは、図４（Ａ）の断面に一致する第１の溝部１０６ｂと、図４（Ｂ）の断面に一致する第２の溝部１０６ｃを有している。それぞれの断面の溝部の最深部は両断面が交差する直線上に、すなわち、中心線２０１上に存在しており、四角錐でくりぬかれた形状となっている。そして、図３（Ｂ）の当接部１０４ｅと４点で接触することで、当接部１０４ｅと溝部１０６ａが係合する構成となっている。従って、第１の円弧２０７ａの中心を回転中心とした図４（Ａ）の紙面左右方向の傾きと、第２の円弧２０７ｂの中心を回転中心とした図４（Ｂ）の紙面左右方向の傾きとを許容することが可能となる。
【００２４】
リング基台１０５は、図１に示されるような板バネ１０７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１０７と接触することで、板バネ１０７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、すなわちロータ１０１の接触面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１０６ｄには、板バネ１０７が変形して、その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。
【００２６】
以上のような構成で、ロータ１０１に対して振動子は、小基台１０４と加圧部材１０６を介して板バネ１０７により押圧されている。従って、従来例のような押圧力に対する押圧力の調節機構や位置決め機構を必要せず、低コストかつ簡単な構成で振動子１０９をロータ１０１に対して安定して押圧することができる。
【００２７】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）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、各断面図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。
【００２８】
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４点で接触している。また小基台１０４は、２か所の突起部１０２ｂでロータに接触しており、各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場合がある。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。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２０１の右側の点２０５にずれてしまう。
【００２９】
図４（Ｄ）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に分解することができる。
【００３０】
加圧部材１０６は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、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、突起部１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａとが接触する面に対し概ね垂直な方向に移動可能である一方、当該接触する面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。
【００３１】
一方、小基台１０４の当接部１０４ｅは、図４（Ｃ）の加圧部材１０６の溝部１０６ａと係合し、４点で接触している。すなわち溝部１０６ａの各面の１点と一様に接触することにより、板バネ１０７が加圧部材１０６を押圧する押圧力ベクトル２０６ａは、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）で小基台１０４に伝達される。
【００３２】
また、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１０２ｂによって接触面１０１ａに伝達され、それぞれの突起部１０２ｂが接触面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。従って、２か所の突起部１０２ｂにおける押圧力を安定して均等に保つことが可能となる。
【００３３】
なお、突起部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と小基台１０４は、溝部１０６ａと当接部１０４ｅが４点で均一に接しているため、４点の接触部を頂点として形成される四角形の重心、すなわち、図４（Ａ）、（Ｂ）では中心線２０１上の点に全ての押圧力が働くとして表現している。以後、面接触や線接触の場合も各重心位置における力のベクトルで表現する。
【００３４】
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。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なる。
【００３５】
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１０７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と等しくなる。これは、押圧力ベクトル２０６ａの成分ベクトル２０６ｂのみが押圧力ベクトル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。そして、１か所の突起部１０２ｂが接触面１０１ａに与える押圧力ベクトルは２０４ｂとなり、その大きさは押圧力ベクトル２０４ａの半分となる。これは、本実施例では図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるような構成によって、突起部１０２ｂが２か所存在するためである。このように、図４（Ａ）、（Ｂ）の断面図を参照することにより、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つの突起部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。
【００３６】
ところで、小基台１０４は当接部１０４ｅの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）、（Ｂ）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。
【００３７】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）が示すのと同じ断面における断面図であり、図４（Ａ）の状態と比較してロータ１０１とリング基台１０５に、小基台１０４の当接部１０４ｅを回転中心として相対的な傾きが生じた場合を示している。図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）が示すのと同じ断面における断面図であり、図４（Ｂ）の状態と比較してロータ１０１とリング基台１０５に、小基台１０４の当接部１０４ｅを回転中心として相対的な傾きが生じた場合を示している。図５（Ａ）、（Ｂ）のどちらの場合においも、振動板１０２の突起部１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａに追従し、良好な加圧接触状態を保っている。よって、仮にロータ１０１やリング基台１０５に製造時の寸法誤差や組立て誤差で傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により傾きが生じた場合でも、２か所の突起部１０２ｂにおける接触面１０１ａへの良好な押圧が可能となる。すなわち、ロータ１０１に対する振動子１０２のイコライズ性を向上させている。ここでイコライズとは、加圧接触状態における押圧力の不均一を緩和することである。
【００３８】
以上のように、本実施例では、小基台１０４の当接部１０４ｅと加圧部材１０６の溝部１０６ａを４点で接触させて係合させることで、製造時の寸法誤差や組立て誤差、また外乱による部材の傾きに影響されず、良好な加圧接触状態を保つことが可能となる。
【００３９】
さらに小基台１０４の当接部１０４ｅをトーラス形状の一部で構成し、加圧部材１０６の溝部１０６ａをトーラス形状と４点で接触が可能である形状とすることで、ロータ１０１に対する小基台１０４のずれも規制することもでき、低コストかつ簡単な構成で、位置決めとイコライズ性の向上の両立を実現している。
なお、本実施例では、振動子を小基台１０４により保持し、小基台１０４を介して押圧する構成としたが、従来例のように振動の節が振動子の中央にある場合は、小基台１０４を介さず、この中央付近を直接押圧する構成としてもよい。
【００４０】
［実施例２］
実施例２は、実施例１の変形型であり、実施例１の小基台１０４の当接部１０４ｅと加圧部材１０６の溝部１０６ａを入れ替えた例である。なお、小基台１０４と加圧部材１０６の形状以外は、実施例１と同様な構成である。
【００４１】
図６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図であり、図６（Ａ）が実施例１の図４（Ａ）の断面図に対応し、図６（Ｂ）が実施例１の図４（Ｂ）の断面図に対応している。
【００４２】
図６（Ａ）、（Ｂ）においては、小基台１０４の下側に溝部１０４ｆが設けられ、加圧部材１０６の上側にはトーラス形状の一部で凸部が形成された当接部１０６ｅが設けられている。そして、小基台１０４の溝部１０４ｆと加圧部材１０６の当接部１０６ｅが、実施例１と同様な、４点の接触により係合することで、所定の傾きは許容しながらも、振動子１０２のずれや位置を規制することが可能となっている。
【００４３】
［実施例３］
実施例３は、実施例１において小基台１０４と加圧部材１０６の形状を変更したタイプであり、特に、実施例１の当接部１０４ｅが有するトーラス形状を円筒形状に変更した場合を示す。なお、小基台１０４と加圧部材１０６の形状以外は、実施例１と同様な構成である。
【００４４】
図７は、図３（Ｂ）と同じ方向から、本実施例の小基台１０４を見た斜視図である。小基台１０４の中央付近の両端部には２か所の支持部１０４ｇが形成され、当該支持部の間には当接溝部１０４ｈが設けられている。そして、当該当接溝部１０４ｈの内には、円筒２０７ｃの一部の凸部により形成された当接部１０４ｉが設けられている。
【００４５】
図８は、溝部の側より、加圧部材１０６を見た斜視図である。加圧部材１０６は、紙面手前側の面１０６ｈと紙面背面側の面１０６ｈ（不図示）の互いに平行な面で切り取られた軸部材、すなわち、平行な２面により面取りがされた軸部材であって、上部に面１０６ｆに対し垂直に交差する３面を有するＶ字型の溝部１０６ｇを備える。そして、小基台１０４の当接溝部１０４ｈ、すなわち、当接部１０４ｉに隣接する２つの支持部１０４ｇの間において、加圧部材１０６の２つの面１０６ｈと２つの支持部１０４ｇの互いに向かい合う面１０４ｊとが面接触により接し、さらに当接部１０４ｉと溝部１０６ｇが線接触により係合する。
【００４６】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図であり、図９（Ａ）が実施例１の図４（Ａ）の断面図に対応し、図９（Ｂ）が実施例１の図４（Ｂ）の断面図に対応している。図４（Ａ）、（Ｂ）と同様に図９（Ａ）、（Ｂ）も、１か所の振動子の周りのみを拡大している。なお、残りの２か所の振動子についても同様な構成であるため説明は省略する。
【００４７】
小基台１０４の当接部１０４ｉは、図９（Ａ）の断面に垂直な方向に中心軸を有して延在する円筒２０７ｃの一部からなる形状の円弧側面部となっている。当該円筒２０７ｃの中心軸は、図９（Ａ）においては、中心線２０１上に存在し、ロータ１０１の駆動部と垂直な方向を有する。また、小基台１０４で円筒２０７ｃの一部を有する当接部１０４ｉと加圧部材１０６の溝部１０６ｇは係合されており、溝部１０６ｇは、図９（Ａ）の紙面奥行方向（図９（Ｂ）においては左右方向）に長さを有する２つの線接触により当接部１０４ｉと接触するように形成されている。
【００４８】
従って、図５（Ａ）と同様に、駆動時の振動や外乱、もしくは製造時における部品の寸法誤差や組立て誤差などにより、図９（Ａ）の紙面左右方向にロータ１０１とリング基台１０５の間の相対的な傾きが生じた場合においても、小基台１０４と加圧部材１０６は、円筒２０７ｃの中心軸を回転中心として傾くことができる。よって、２か所の突起部１０２ｂとロータの接触面１０１ａの間において、良好な加圧接触状態を保つことができる。また、前述の線接触により、ロータ１０１に対する小基台１０４の、図９（Ａ）の紙面左右方向へのずれは規制される。
【００４９】
一方、図９（Ｂ）では、加圧部材１０６の面取りがされた２つの面１０６ｆは、小基台１０４の当接溝部１０４ｈにおいて、２つの面１０４ｊと面接触で接しており、図９（Ｂ）の左右方向への小基台１０４のずれを規制している。また、小基台１０４の当接部１０４ｉと加圧部材１０６の溝部１０６ｇは、図９（Ｂ）の紙面左右方向の長さを有する２つの線接触により接触している。従って、図９（Ｂ）の断面においては、実施例１の場合とは異なり紙面左右方向への傾きは規制されている。しかしながら、実施例１に比べ、小基台１０４と加圧部材１０６の係合の構成をより簡素にすることができるため、製造における組立性や部品の加工性が向上し、コストダウンの効果が望める。
【００５０】
以上のように、小基台１０４の円筒２０７ｃの一部を有する当接部１０４ｉと加圧部材１０６のＶ字型の溝部１０６ｇが線接触で接触して係合し、また加圧部材１０６の面取りされた面１０６ｈが小基台１０４の面１０４ｊと面接触で接している。その結果、図９（Ａ）の当接部１０４ｉを中心軸として回転した、ロータ１０１とリング基台１０５の間の相対的な傾きのみを許容することで、良好な加圧接触状態を保つことができる。
【００５１】
なお、実施例３においても、実施例１と実施例２の関係と同様に、加圧部材１０６が円筒の一部を有する当接部を備え、小基台１０４がＶ字型の溝部を備えることもできる。
【００５２】
［実施例４］
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、２又は３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。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
【００５５】
１０１ ロータ（被駆動部）
１０１ａ 接触面
１０２ 振動板
１０２ｂ 突起部
１０３ 圧電素子
１０４ 小基台（保持部）
１０４ｅ 当接部
１０４ｆ 溝部
１０４ｉ 当接部
１０４ｊ 面
１０５ リング基台（固定部）
１０６ 加圧部材
１０６ａ 溝部
１０６ｅ 当接部
１０６ｇ 溝部
１０７ 板バネ（弾性部材）
１０９ 振動子
【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、所謂、加圧接触状態で保持されており、円環状の被駆動部上に所定の間隔を隔てて配置されている。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、振動子の被駆動部と接している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。当該振動子の被駆動部への加圧接触状態は、振動子の中央付近に設定された振動の節にあたる部分を板バネにより付勢することで得られる。そして、その押圧力の調節は、当該板バネの固定部近傍に設けられたビスと調節ワッシャーによってなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６６７８３９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】
しかしながら、特許文献１に開示された超音波モータにおいては、振動子に付勢される押圧力の保持機構は構成部品が多く複雑であった。特に、振動子と被駆動部の間を良好な加圧接触状態で保持するために支持軸を振動子の中央付近に設ける必要があり、部品点数が多く、組立ても複雑で、コストがかかる構成となっていた。
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、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、簡単な構成により振動子と被駆動部の間で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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の超音波モータは以下のような構成としている。
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、前記接触面を前記被駆動部に押圧するために、前記保持部を前記被駆動部に向かって付勢する加圧手段とを備え、前記保持部と前記加圧手段の一方は凸部を有する当接部を備え、もう一方は溝部を備え、前記当接部と前記溝部は互いに係合している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、振動子に発生する超音波振動による楕円運動により被駆動体を駆動する超音波モータにおいて、簡単な構成により振動子と被駆動部の間で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】
【０００７】
【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】（Ａ）は、実施例１における振動子と小基台の接合状態を示す拡大斜視図であり、（Ｂ）は、小基台を当接部側から見た拡大斜視図である。
【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、加圧部材が有する溝部の拡大斜視図であり、（Ｄ）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）及び（Ｂ）は、実施例１におけるロータが傾いた状態を示す拡大断面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）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７】本発明の実施例３における小基台を当接部側から見た拡大斜視図である。
【図８】本発明の実施例３における加圧部材が有する溝部の拡大斜視図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３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。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［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。
【０００９】
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。なお、振動子１０９は振動板１０２と圧電素子１０３により構成される。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、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１０９とロータ１０１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。
【００１０】
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るが、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に付勢力が付勢され、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。
【００１１】
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（Ａ）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１０２ｂが形成される。突起部の上端面、すなわち、ロータ１０１の接触面１０１ａと当接する面は同一平面上に形成され、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。
【００１２】
一方、図３（Ａ）に示す平板部１０２ａの裏面側（２か所の突起部１０２ｂ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１０２ｂ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、突起部１０２ｂには、図３（Ａ）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。
【００１３】
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。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。
【００１４】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に対し小基台１０４を下側から、すなわち、振動板１０２ｂを接合する面の反対の面側を見た図である。小基台１０４の中央付近には凸部を有する当接部１０４ｅが設けられている。当接部１０４ｅは、トーラス形状の一部から構成されている。当該トーラス形状は、詳細に後述するが、ロータ１０１の駆動方向、及びロータ１０１の駆動方向と垂直な方向の２つの断面内に、それぞれ円弧の形状を有している。
【００１５】
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における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。
【００１６】
図４（Ａ）は、ロータの駆動方向に平行で、振動板１０２の２つの突起部１０２ｂにおいて、ロータ１０１の接触面１０１ａと接触する２つの突起部１０２ｂの上端面を含む全上端面の重心と、当該重心を起点とするロータ１０１の法線を含む面を切断面としている。
【００１７】
図４（Ｂ）は、図３における振動板１０２の突起部１０２ｂにおいて、接触面１０１ａと接触する全上端面の重心と接触面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。
ただし、全上端面とは、全ての突起部１０２ｂの上端面を含んだものであり、この実施例では２つの上端面である。
【００１８】
図４（Ａ）、（Ｂ）の２０１は、振動板１０２の突起部１０２ｂの全上端面の重心を通過し、ロータ１０１の接触面１０１ａの法線を含む中心線である。
突起部１０２ｂの上端面はロータ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。
【００１９】
一方、小基台１０４の下側中央付近には、図３（Ｂ）に示されるようなトーラス形状の一部を有する当接部１０４ｅが設けられている。当該当接部１０４ｅは、加圧部材１０６に形成された溝部１０６ａと係合している。図４（Ａ）、（Ｂ）では、当接部１０４ｅと溝部１０６ａは互いに接触していないように見えるが、これは紙面に垂直な方向の前後で接触しているためであり、以下に図を用いて構成を説明する。
【００２０】
トーラス形状は、図４（Ａ）の断面で示される当接部１０４ｅの第１の円弧２０７ａを、図４（Ｂ）の断面で示される当接部１０４ｅの第２の円弧２０７ｂの中心を通り、図４（Ｂ）の紙面に垂直な線を回転軸として回転させた際に形成される。
【００２１】
本実施例においては、第１の円弧２０７ａの半径より第２の円弧２０７ｂの半径の方が大きく、すなわち、第１の円弧２０７ａの曲率よりも第２の円弧２０７ｂの曲率の方が小さく設定した。これは、図４（Ａ）の断面のロータ１０１の駆動方向における２つの突起部１０２ｂの端部間の幅よりも、図４（Ｂ）の断面における突起部１０２ｂの幅の方が小さいため、図４（Ｂ）の左右方向に振動子１０２がより倒れ易いためである。従って、図４（Ｂ）の断面における第２の円弧２０７ｂの半径をできるだけ大きく、すなわち、曲率を小さくすることで、後述する所定の傾きに対しては許容しながら、倒れ易さを低減している。
【００２２】
なお、本実施例では、円弧を回転させることで得られるトーラス形状を用いて説明したが、円弧に限定されることなく、円弧のような滑らかな曲線を有するものであれば良い。
【００２３】
図４（Ｃ）は、加圧部材１０６を溝部１０６ａの側から見た斜視図である。溝部１０６ａは、図４（Ａ）の断面に一致する第１の溝部１０６ｂと、図４（Ｂ）の断面に一致する第２の溝部１０６ｃを有している。それぞれの断面の溝部の最深部は両断面が交差する直線上に、すなわち、中心線２０１上に存在しており、四角錐でくりぬかれた形状となっている。そして、図３（Ｂ）の当接部１０４ｅと４点で接触することで、当接部１０４ｅと溝部１０６ａが係合する構成となっている。従って、第１の円弧２０７ａの中心を回転中心とした図４（Ａ）の紙面左右方向の傾きと、第２の円弧２０７ｂの中心を回転中心とした図４（Ｂ）の紙面左右方向の傾きとを許容することが可能となる。
【００２４】
リング基台１０５は、図１に示されるような板バネ１０７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１０７と接触することで、板バネ１０７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、すなわちロータ１０１の接触面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１０６ｄには、板バネ１０７が変形して、その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。
【００２６】
以上のような構成で、ロータ１０１に対して振動子は、小基台１０４と加圧部材１０６を介して板バネ１０７により押圧されている。従って、従来例のような押圧力に対する押圧力の調節機構や位置決め機構を必要せず、低コストかつ簡単な構成で振動子１０９をロータ１０１に対して安定して押圧することができる。
【００２７】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）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、各断面図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。
【００２８】
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４点で接触している。また小基台１０４は、２か所の突起部１０２ｂでロータに接触しており、各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場合がある。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。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２０１の右側の点２０５にずれてしまう。
【００２９】
図４（Ｄ）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に分解することができる。
【００３０】
加圧部材１０６は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、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、突起部１０２ｂとロータ１０１の接触面１０１ａとが接触する面に対し概ね垂直な方向に移動可能である一方、当該接触する面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。
【００３１】
一方、小基台１０４の当接部１０４ｅは、図４（Ｃ）の加圧部材１０６の溝部１０６ａと係合し、４点で接触している。すなわち溝部１０６ａの各面の１点と一様に接触することにより、板バネ１０７が加圧部材１０６を押圧する押圧力ベクトル２０６ａは、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）で小基台１０４に伝達される。
【００３２】
また、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１０２ｂによって接触面１０１ａに伝達され、それぞれの突起部１０２ｂが接触面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。従って、２か所の突起部１０２ｂにおける押圧力を安定して均等に保つことが可能となる。
【００３３】
なお、突起部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と小基台１０４は、溝部１０６ａと当接部１０４ｅが４点で均一に接しているため、４点の接触部を頂点として形成される四角形の重心、すなわち、図４（Ａ）、（Ｂ）では中心線２０１上の点に全ての押圧力が働くとして表現している。以後、面接触や線接触の場合も各重心位置における力のベクトルで表現する。
【００３４】
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。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なる。
【００３５】
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１０７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と等しくなる。これは、押圧力ベクトル２０６ａの成分ベクトル２０６ｂのみが押圧力ベクトル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。そして、１か所の突起部１０２ｂが接触面１０１ａに与える押圧力ベクトルは２０４ｂとなり、その大きさは押圧力ベクトル２０４ａの半分となる。これは、本実施例では図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるような構成によって、突起部１０２ｂが２か所存在するためである。このように、図４（Ａ）、（Ｂ）の断面図を参照することにより、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つの突起部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。
【００３６】
ところで、小基台１０４は当接部１０４ｅの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）、（Ｂ）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。
【００３７】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）が示すのと同じ断面における断面図であり、図４（Ａ）の状態と比較してロータ１０１とリング基台１０５に、小基台１０４の当接部１０４ｅを回転中心として相対的な傾きが生じた場合を示している。図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）が示すのと同じ断面における断面図であり、図４（Ｂ）の状態と比較してロータ１０１とリング基台１０５に、小基台１０４の当接部１０４ｅを回転中心として相対的な傾きが生じた場合を示している。図５（Ａ）、（Ｂ）のどちらの場合においも、振動板１０２の突起部１０２ｂは、ロータ１０１の接触面１０１ａに追従し、良好な加圧接触状態を保っている。よって、仮にロータ１０１やリング基台１０５に製造時の寸法誤差や組立て誤差で傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により傾きが生じた場合でも、２か所の突起部１０２ｂにおける接触面１０１ａへの良好な押圧が可能となる。すなわち、ロータ１０１に対する振動子１０２のイコライズ性を向上させている。ここでイコライズとは、加圧接触状態における押圧力の不均一を緩和することである。
【００３８】
以上のように、本実施例では、小基台１０４の当接部１０４ｅと加圧部材１０６の溝部１０６ａを４点で接触させて係合させることで、製造時の寸法誤差や組立て誤差、また外乱による部材の傾きに影響されず、良好な加圧接触状態を保つことが可能となる。
【００３９】
さらに小基台１０４の当接部１０４ｅをトーラス形状の一部で構成し、加圧部材１０６の溝部１０６ａをトーラス形状と４点で接触が可能である形状とすることで、ロータ１０１に対する小基台１０４のずれも規制することもでき、低コストかつ簡単な構成で、位置決めとイコライズ性の向上の両立を実現している。
なお、本実施例では、振動子を小基台１０４により保持し、小基台１０４を介して押圧する構成としたが、従来例のように振動の節が振動子の中央にある場合は、小基台１０４を介さず、この中央付近を直接押圧する構成としてもよい。
【００４０】
［実施例２］
実施例２は、実施例１の変形型であり、実施例１の小基台１０４の当接部１０４ｅと加圧部材１０６の溝部１０６ａを入れ替えた例である。なお、小基台１０４と加圧部材１０６の形状以外は、実施例１と同様な構成である。
【００４１】
図６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図であり、図６（Ａ）が実施例１の図４（Ａ）の断面図に対応し、図６（Ｂ）が実施例１の図４（Ｂ）の断面図に対応している。
【００４２】
図６（Ａ）、（Ｂ）においては、小基台１０４の下側に溝部１０４ｆが設けられ、加圧部材１０６の上側にはトーラス形状の一部で凸部が形成された当接部１０６ｅが設けられている。そして、小基台１０４の溝部１０４ｆと加圧部材１０６の当接部１０６ｅが、実施例１と同様な、４点の接触により係合することで、所定の傾きは許容しながらも、振動子１０２のずれや位置を規制することが可能となっている。
【００４３】
［実施例３］
実施例３は、実施例１において小基台１０４と加圧部材１０６の形状を変更したタイプであり、特に、実施例１の当接部１０４ｅが有するトーラス形状を円筒形状に変更した場合を示す。なお、小基台１０４と加圧部材１０６の形状以外は、実施例１と同様な構成である。
【００４４】
図７は、図３（Ｂ）と同じ方向から、本実施例の小基台１０４を見た斜視図である。小基台１０４の中央付近の両端部には２か所の支持部１０４ｇが形成され、当該支持部の間には当接溝部１０４ｈが設けられている。そして、当該当接溝部１０４ｈの内には、円筒２０７ｃの一部の凸部により形成された当接部１０４ｉが設けられている。
【００４５】
図８は、溝部の側より、加圧部材１０６を見た斜視図である。加圧部材１０６は、紙面手前側の面１０６ｈと紙面背面側の面１０６ｈ（不図示）の互いに平行な面で切り取られた軸部材、すなわち、平行な２面により面取りがされた軸部材であって、上部に面１０６ｆに対し垂直に交差する３面を有するＶ字型の溝部１０６ｇを備える。そして、小基台１０４の当接溝部１０４ｈ、すなわち、当接部１０４ｉに隣接する２つの支持部１０４ｇの間において、加圧部材１０６の２つの面１０６ｈと２つの支持部１０４ｇの互いに向かい合う面１０４ｊとが面接触により接し、さらに当接部１０４ｉと溝部１０６ｇが線接触により係合する。
【００４６】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図であり、図９（Ａ）が実施例１の図４（Ａ）の断面図に対応し、図９（Ｂ）が実施例１の図４（Ｂ）の断面図に対応している。図４（Ａ）、（Ｂ）と同様に図９（Ａ）、（Ｂ）も、１か所の振動子の周りのみを拡大している。なお、残りの２か所の振動子についても同様な構成であるため説明は省略する。
【００４７】
小基台１０４の当接部１０４ｉは、図９（Ａ）の断面に垂直な方向に中心軸を有して延在する円筒２０７ｃの一部からなる形状の円弧側面部となっている。当該円筒２０７ｃの中心軸は、図９（Ａ）においては、中心線２０１上に存在し、ロータ１０１の駆動部と垂直な方向を有する。また、小基台１０４で円筒２０７ｃの一部を有する当接部１０４ｉと加圧部材１０６の溝部１０６ｇは係合されており、溝部１０６ｇは、図９（Ａ）の紙面奥行方向（図９（Ｂ）においては左右方向）に長さを有する２つの線接触により当接部１０４ｉと接触するように形成されている。
【００４８】
従って、図５（Ａ）と同様に、駆動時の振動や外乱、もしくは製造時における部品の寸法誤差や組立て誤差などにより、図９（Ａ）の紙面左右方向にロータ１０１とリング基台１０５の間の相対的な傾きが生じた場合においても、小基台１０４と加圧部材１０６は、円筒２０７ｃの中心軸を回転中心として傾くことができる。よって、２か所の突起部１０２ｂとロータの接触面１０１ａの間において、良好な加圧接触状態を保つことができる。また、前述の線接触により、ロータ１０１に対する小基台１０４の、図９（Ａ）の紙面左右方向へのずれは規制される。
【００４９】
一方、図９（Ｂ）では、加圧部材１０６の面取りがされた２つの面１０６ｆは、小基台１０４の当接溝部１０４ｈにおいて、２つの面１０４ｊと面接触で接しており、図９（Ｂ）の左右方向への小基台１０４のずれを規制している。また、小基台１０４の当接部１０４ｉと加圧部材１０６の溝部１０６ｇは、図９（Ｂ）の紙面左右方向の長さを有する２つの線接触により接触している。従って、図９（Ｂ）の断面においては、実施例１の場合とは異なり紙面左右方向への傾きは規制されている。しかしながら、実施例１に比べ、小基台１０４と加圧部材１０６の係合の構成をより簡素にすることができるため、製造における組立性や部品の加工性が向上し、コストダウンの効果が望める。
【００５０】
以上のように、小基台１０４の円筒２０７ｃの一部を有する当接部１０４ｉと加圧部材１０６のＶ字型の溝部１０６ｇが線接触で接触して係合し、また加圧部材１０６の面取りされた面１０６ｈが小基台１０４の面１０４ｊと面接触で接している。その結果、図９（Ａ）の当接部１０４ｉを中心軸として回転した、ロータ１０１とリング基台１０５の間の相対的な傾きのみを許容することで、良好な加圧接触状態を保つことができる。
【００５１】
なお、実施例３においても、実施例１と実施例２の関係と同様に、加圧部材１０６が円筒の一部を有する当接部を備え、小基台１０４がＶ字型の溝部を備えることもできる。
【００５２】
［実施例４］
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、２又は３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。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
【００５５】
１０１ ロータ（被駆動部）
１０１ａ 接触面
１０２ 振動板
１０２ｂ 突起部
１０３ 圧電素子
１０４ 小基台（保持部）
１０４ｅ 当接部
１０４ｆ 溝部
１０４ｉ 当接部
１０４ｊ 面
１０５ リング基台（固定部）
１０６ 加圧部材
１０６ａ 溝部
１０６ｅ 当接部
１０６ｇ 溝部
１０７ 板バネ（弾性部材）
１０９ 振動子
【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、
前記接触面を前記被駆動部に押圧するために、前記保持部を前記被駆動部に向かって付勢する加圧手段と、
を備え、
前記保持部と前記加圧手段の一方は凸部を有する当接部を備え、もう一方は溝部を備え、
前記当接部と前記溝部は互いに係合する、
ことを特徴とする、超音波モータ。
【請求項２】
前記当接部は、前記駆動方向に垂直な断面と前記駆動方向に垂直な断面と直交する断面内に、それぞれ円弧を有するトーラス形状の一部を備え、
前記駆動方向に垂直な断面の円弧の曲率は、前記駆動方向に垂直な断面と直交する前記断面の円弧の曲率よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記溝部は四角錐であり、前記四角錐の各面は、前記トーラス形状と４点で接触する、ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記当接部は円筒形状の一部を備え、
前記円筒形状は、前記被駆動部の前記接触面に平行かつ前記駆動方向に直交する中心軸を有し、
前記溝部は前記円筒形状と係合する、ことを特徴とする請求項１の超音波モータ。
【請求項５】
前記溝部と前記円筒形状の係合は線接触である、ことを特徴とする請求項４の超音波モータ。
【請求項６】
前記保持部は、前記円筒形状に隣接し、前記駆動方向と垂直な方向への前記保持部のずれを規制している面を備える、ことを特徴とする請求項４又は５の超音波モータ。
【請求項７】
前記加圧手段は弾性部材を備え、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】
請求項１乃至請求項７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、
前記接触面を前記被駆動部に押圧するために、前記保持部を前記被駆動部に向かって付勢する加圧手段と、
を備え、
前記保持部と前記加圧手段の一方は凸部を有する当接部を備え、もう一方は溝部を備え、
前記当接部と前記溝部は互いに係合する、
ことを特徴とする、超音波モータ。
【請求項２】
前記当接部は、前記駆動方向に垂直な断面と前記駆動方向に垂直な断面と直交する断面内に、それぞれ円弧を有するトーラス形状の一部を備え、
前記駆動方向に垂直な断面の円弧の曲率は、前記駆動方向に垂直な断面と直交する前記断面の円弧の曲率よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記溝部は四角錐であり、前記四角錐の各面は、前記トーラス形状と４点で接触する、ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記当接部は円筒形状の一部を備え、
前記円筒形状は、前記被駆動部の前記接触面に平行かつ前記駆動方向に直交する中心軸を有し、
前記溝部は前記円筒形状と係合する、ことを特徴とする請求項１の超音波モータ。
【請求項５】
前記溝部と前記円筒形状の係合は線接触である、ことを特徴とする請求項４の超音波モータ。
【請求項６】
前記保持部は、前記円筒形状に隣接し、前記駆動方向と垂直な方向への前記保持部のずれを規制している面を備える、ことを特徴とする請求項４又は５の超音波モータ。
【請求項７】
前記加圧手段は弾性部材を備え、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】
請求項１乃至請求項７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９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７８２３０（Ｐ２０１３−７８２３０Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７６７７（Ｐ２０１１−２１７６７７）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]