(57)【要約】【課題】円環構造を有し、モータ効率が改善され、配置スペ−スの制約も少ない超音波モータを提供する。【解決手段】本超音波モータ４０は、レンズ鏡筒の駆動源として組み込まれ、ステータ１５と、環状のロータ１６と、一対の振動子４１と、振動子４１を支持する振動子ホルダ２２と、振動子４１の支持軸４６を支持する振動子押さえ２３と、振動子押さえ２３を介して摺動自在に振動子をロータ側に付勢する押さえバネ２４と、ステータ１５とロータ１６の嵌合部に転動可能に挿入されるボール２１とを有してなり、一対の振動子４１は、ステータ１５の凹部１５ｂに振動子ホルダ２２等を介して装着されており、振動子４１の駆動子４４は、ロータ１６の外周面と内周面とを常時押圧する状態で挟持している。振動子４１が励起され、駆動子４４が楕円振動を行うと、ロータ１６が回転駆動される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波楕円振動を発生する少なくとも２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移動される円環状ロータと、
上記ロータを回転可能に支持し、さらに、少なくとも２つの上記振動子を上記ロータの回転軸方向及び周方向における位置を規制するように支持し、且つ、少なくとも２つの上記振動子を上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とに接触可能に対向させて上記ロータの径方向に移動自在に支持するステータと、
少なくとも２つの上記振動子が上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とに常時圧接するように、少なくとも２つの上記振動子を上記ロータの径方向に付勢する付勢手段と、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
屈曲定在波振動と縦振動との合成による超音波楕円振動を発生する一対の振動子と、
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移動される円環状ロータと、
上記ロータを回転可能に支持するステータと、
上記ステータに固定されるように設けられ、上記一対の振動子を合成振動の中立軸部分で上記ロータの回転軸方向及び周方向の位置を規制し、上記ロータの径方向に移動自在に支持する振動子ホルダと、
上記振動子ホルダに対して上記一対の振動子を合成振動の中立軸部分を支持する振動子押え部材と、
上記振動子押え部材を介して、上記ロータの径方向で互いに近接する方向に上記一対の振動子を付勢する付勢手段と、
を具備し、上記一対の振動子が上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とを常時接触して押圧するように挟み込むような構造にしたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
上記ロータを回転可能に、上記ステータとで回転軸方向で挟持するように、上記ステータに取り付けられるロータ押さえ部材を有することを特徴とする請求項１、または、２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
上記ロータと上記ステータとの径方向の間に、双方に接触するように円周に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１、または、２に記載の超音波モータ。
【請求項５】
上記ステータ及び上記ロータは、上記転動体が接触する部分が上記ロータの回転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４に記載の超音波モータ。
【請求項６】
超音波楕円振動を発生する一対の振動子と、
上記一対の振動子によって径方向で挟持されるように配置されて、上記振動子の楕円振動の作用を受けて、上記振動子に対して相対的に回転移動される円環状ロータと、
上記ロータを回転可能に支持するステータと、
上記ステータに固設されて、上記一対の振動子を作用面が対向するようにして互いに接近するように上記ロータの径方向に移動自在に支持する振動子ホルダと、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】
屈曲定在波振動と縦振動との合成による超音波楕円振動を発生する複数の振動子と、
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移動される円環状ロータと、
上記ロータを回転可能に支持するステータと、
上記ステータに固定されるように設けられ、上記複数の振動子を合成振動の中立軸部分で上記ロータの回転軸方向及び周方向の位置を規制し、上記ロータの径方向に移動自在に支持する振動子ホルダと、
上記振動子ホルダに対して上記複数の振動子を合成振動の中立軸部分を支持する振動子押さえ部材と、
上記振動子押さえ部材を介して、上記ロータの径方向で互いに近接する方向に上記複数の振動子を付勢する付勢手段と、
を具備し、上記複数の振動子が上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とを常時接触して押圧するように挟み込むような構造にしたことを特徴とする超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波楕円運動を励起させる振動子を用いた超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屈曲定在波振動と縦振動との合成による超音波楕円振動を発生する振動子と該振動子と付勢接触する被駆動体とを相対移動させる超音波モータの実装構造として特許文献１、または、２等に開示されたものがある。これらの超音波モータは、リニア型の駆動方式のものである。
【０００３】
また、特許文献３にて開示された超音波モータは、超音波楕円振動を発生する振動子を適用した回転型超音波モータであって、中心を通る回転軸部を有するロータを適用するものである。
【特許文献１】特許文献１は、特許公報第２８７１７６８号である。
【特許文献２】特許文献２は、特許公開公報平８−１８２３６５号である。
【特許文献３】特許文献３は、特許公報第３４０１０９７号である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２等に開示されているリニア型の超音波モータは、円環型の超音波モータに比較して保持トルクの確保が困難であり、また、停止位置の分解能の向上が難しい等の課題を有している。
【０００５】
一方、特許文献３に開示されている超音波モータは、回転型であるが、中心部を通る中心軸が必要であり、例えば、レンズ鏡筒などで中心部の大きな空間を必要とするものへの適用が困難である。また、振動子を固定している枠体自体が付勢バネ機能を有しているために上記枠体の剛性上の問題点があり、ロータと振動子との安定した付勢が難しかった。さらに、振動子を付勢する付勢力による摩擦損失を抑えるために振動子をロータの外側で複数対向させて配置する必要があり、振動子の配置位置の制約が生じ、また、電気配線も複雑化する。
【０００６】
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、超音波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おいて、円環構造を有し、モータ効率が改善され、配置スペ−スの制約も少ない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】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の超音波モータは、超音波楕円振動を発生する少なくとも２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移動される円環状ロータと、上記ロータを回転可能に支持し、さらに、少なくとも２つの上記振動子を上記ロータの回転軸方向及び周方向における位置を規制するように支持し、且つ、少なくとも２つの上記振動子を上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とに接触可能に対向させて上記ロータの径方向に移動自在に支持するステータと、少なくとも２つの上記振動子が上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とに常時圧接するように、少なくとも２つの上記振動子を上記ロータの径方向に付勢する付勢手段とを具備する。
【０００８】
本発明の請求項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による超音波楕円振動を発生する一対の振動子と、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移動される円環状ロータと、上記ロータを回転可能に支持するステータと、上記ステータに固定されるように設けられ、上記一対の振動子を合成振動の中立軸部分で上記ロータの回転軸方向及び周方向の位置を規制し、上記ロータの径方向に移動自在に支持する振動子ホルダと、上記振動子ホルダに対して上記一対の振動子を合成振動の中立軸部分を支持する振動子押え部材と、上記振動子押え部材を介して、上記ロータの径方向で互いに近接する方向に上記一対の振動子を付勢する付勢手段とを具備し、上記一対の振動子が上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とを常時接触して押圧するように挟み込むような構造を有する。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の超音波モータは、請求項１、または、２に記載の超音波モータにおいて、上記ロータを回転可能に、上記ステータとで回転軸方向で挟持するように、上記ステータに取り付けられるロータ押さえ部材を有する。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の超音波モータは、請求項１、または、２に記載の超音波モータにおいて、上記ロータと上記ステータとの径方向の間に、双方に接触するように円周に沿って配設された複数の転動体を有する。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の超音波モータは、請求項４に記載の超音波モータにおいて、上記ステータ及び上記ロータは、上記転動体が接触する部分が上記ロータの回転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。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の超音波モータは、超音波楕円振動を発生する一対の振動子と、上記一対の振動子によって径方向で挟持されるように配置されて、上記振動子の楕円振動の作用を受けて、上記振動子に対して相対的に回転移動される円環状ロータと、上記ロータを回転可能に支持するステータと、上記ステータに固設されて、上記一対の振動子を作用面が対向するようにして互いに接近するように上記ロータの径方向に移動自在に支持する振動子ホルダとを具備する。
【００１３】
本発明の請求項７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による超音波楕円振動を発生する複数の振動子と、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移動される円環状ロータと、上記ロータを回転可能に支持するステータと、上記ステータに固定されるように設けられ、上記複数の振動子を合成振動の中立軸部分で上記ロータの回転軸方向及び周方向の位置を規制し、上記ロータの径方向に移動自在に支持する振動子ホルダと、上記振動子ホルダに対して上記複数の振動子を合成振動の中立軸部分を支持する振動子押さえ部材と、上記振動子押さえ部材を介して、上記ロータの径方向で互いに近接する方向に上記複数の振動子を付勢する付勢手段とを具備し、上記複数の振動子が上記ロータの回転軸に対して垂直な径方向におけるロータの外壁面と内壁面とを常時接触して押圧するように挟み込むような構造を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、超音波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おいて、円環構造を有し、少なくとも２つの振動子をロータ径方向に圧接することによって、モータ効率が改善され、配置スペ−スの制約も少ない超音波モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、上記超音波モータ部の分解斜視図である。但し、光軸方向結像側からみた斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３のＢ部拡大図であって、上記超音波モータ部の振動子装着状態を示す。図５は、上記振動子を振動子ホルダに組み込んだ状態の振動子ブロックの斜視図である。図６は、上記振動子ブロックの分解斜視図である。図７は、図３のＣ−Ｃ断面拡大図であって、振動子装着状態を示す。図８は、上記超音波モータの磁気センサ部まわりの拡大断面図である。
【００１６】
なお、以下の説明において、上記レンズ鏡筒の第一群〜第四群レンズからなる撮影レンズ光軸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。
【００１７】
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４０とを有してなる。
【００１８】
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、後方部にステータ固着用端面部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の後端部には、エンドプレート３１およびマウント３３とがビス５５によって固着される。さらに、エンドプレート３１には、外枠３２が固着されている。
【００１９】
カム環３は、環状枠部材であって、固定枠２の外周に嵌入し、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組のカム溝３ａ，３ｂが設けられる。
【００２０】
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が装着されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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、さらに、カム環３のカム溝３ａ，３ｂに摺動自在に嵌入している。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。
【００２３】
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が設けられている。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）の各フォーカス位置に移動する。
【００２４】
超音波モータ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に示すようにステータ１５と、円環状のロータ１６と、ロータ押さえ部材であるロータ押さえ板１８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、振動子４１を含む後述の振動子ブロック（図５，６）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。
【００２５】
ロータ１６は、図２に示すように円環形状部材であって、耐摩耗性のよい材料で形成され、さらに、−Ｚ側端面にポリエステルフィルムで保護されたリング状の磁気センサ用磁気テープ１９が貼付されている。
【００２６】
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、−Ｚ側面に振動子取り付け用の凹部１５ｂと、−Ｚ側内周部にボール挿入切り欠き１５ｃと、＋Ｚ側面に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、そのフランジ部１５ａの＋Ｚ端面を固定枠２の端面部２ｄに当接させて固着される。
【００２７】
ロータ押さえ板１８は、切り欠き１８ａを有するリング形状を有し、ビス挿通穴１８ａを有している。ステータ１５の−Ｚ側端面のビス穴１５ｅにビス５１を螺着して固着される。切り欠き１８ａは、上記振動子ブロックの逃げ部となる。
【００２８】
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に転動可能に嵌入される。そのボール外径は、ステータ１５の内周側に僅かに突出しており、ロータ１６の外周面１６ａをステータ１５に挿入したとき、ボール２１を介在した状態でステータ１５とロータ１６とがガタなく相対回動可能な状態に支持される。また、ステータ嵌入状態のロータは、ステータ１５の内周側フランジ部１５ａとロータ押さえ板１８とによって挟持された状態でＺ方向の移動が規制される。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。
【００２９】
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。その摺接状態は、図８の断面図に示される。
【００３０】
上記振動子ブロックは、図２，３に示すようにステータ１５の振動子取り付け用の凹部１５ｂに装着されるブロックであって、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、駆動源となる一対の（２つの）振動子４１と、振動子４１を保持する振動子ホルダ２２と、振動子押さえ部材である一対の振動子押さえ２３と、振動子４１を付勢するための付勢手段である押さえバネ２４と、振動子駆動用プリント基板４８とからなる（図５，６）。
【００３１】
振動子４１は、図５，６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とを有してなる。
【００３２】
支持軸４６は、積層圧電体４２の振動の節（中立軸部）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。
【００３３】
駆動子４４は、支持軸４６と直交する方向の積層圧電体４２の一方端面に長手方向（取り付け状態でＴ方向）の端部の固定される一対の突起よりなる。
【００３４】
なお、振動子４１のさらなる詳細な構成および作用は、後で図９〜１５を用いて説明する。
【００３５】
振動子ホルダ２２は、２つの振動子４１が対向して摺動挿入可能であって、中央空間部を有する状態で分割して配置されるＲ方向に沿った２つの挿通穴２２ａと、Ｔ方向両端部にビス挿通穴２２ｄとを有している。挿通穴２２ａには、それぞれＲ方向に沿って振動子の支持軸４６がガタなく回動自在に挿入される切り欠き２２ｃが両Ｚ側面に設けられる。また、挿通穴２２ａのＺ方向開口幅は、支持軸４６の根元段部の軸方向がガタなく挟持される幅とする。
【００３６】
振動子押さえ２３は、Ｚ方向両側折り曲げ部２３ａとＴ方向両側折り曲げ部２３ｂを有している。また、折り曲げ部２３ａには、支持軸４６が嵌入する軸支持切り欠き２３ｃが設けられる。この振動子押さえ２３は、振動子ホルダ２２の挿通穴２２ａの外周部に折り曲げ部２３ａ，２３ｂを嵌合させた状態で装着可能である。
【００３７】
押さえバネ２４は、バネ用板材で形成され、Ｒ方向端部に対向する状態の弾性変形可能な凸状の押さえ部２４ａと、Ｔ方向両端部にビス挿通穴２４ｄを有している。
【００３８】
上記振動子ブロックにおいて、２つの振動子４１は、図５，６に示すように振動子ホルダ２２の挿通穴２２ａにそれぞれの駆動子４４を対向させた状態でＲ方向の上下外側から挿入し、支持軸４６を振動子ホルダ２２の切り欠き２２ｃに嵌入させて振動子ホルダ２２内に収納される。そして、振動子押さえ２３を上記振動子４１のＲ方向背面側（反駆動子側）に被せ、振動子ホルダ２２の挿通穴２２ａの外形部に嵌め込む。そのとき、支持軸４６は、振動子押さえ２３の軸支持切り欠き２３ｃに嵌入させる。さらに、押さえバネ２４の押さえ部２４ａを振動子押さえ２３の上下両外側に当接させる（図５の状態）。
【００３９】
上記組み込み状態の振動子ブロックは、レンズ鏡筒側に固着されているステータ１５の内周にボール２１を介して嵌入されたロータ１６をラジアル方向で挟むようにステータ１５に組み付けられる。すなわち、ロータ１６の外壁面である外周面１６ａに一方の振動子４１の駆動子４４を当接させ、かつ、ロータ１６の内壁面である内周面１６ｂに他方の振動子４１の駆動子４４を当接させた状態で上記振動子ブロックをステータ１５の凹部１５ｂに挿入する。ビス５２をビス挿通穴２４ｄ，２２ｄに挿通させ、ステータ１５側のビス穴１５ｄに螺着することにより上記振動子ブロックがステータ１５に装着される。
【００４０】
上記装着状態では、一対の振動子４１の支持軸４６がＺ方向に沿った状態でステータ１５側に固定支持される振動子押さえ２３と振動子ホルダ２２との切り欠き部で支持され、かつ、一対の振動子４１のそれぞれの２つの駆動子４４がロータ１６の外周面１６ａおよび内周面１６ｂにそれぞれ常時圧接し、Ｒ方向（径方向）に挟持する状態となる。その圧接力は、押さえバネ２４の押圧により振動子押さえ２３の軸支持切り欠き２３ｃ（底部）と振動子４１の支持軸４６とが当接して駆動子４４側に伝達される。
【００４１】
上述のように上記振動子ブロックをステータ１５，ロータ１６に装着することにより超音波モータ４０がレンズ鏡筒１に組み込まれた状態となる。
【００４２】
ここで、振動子４１の構成および作用について、図９〜１５を用いて説明する。  
図９は、上記振動子にフレキシブル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は、図９のＤ矢視図である。図１１は、図９の振動子からフレキシブル基板を外した状態を支持軸方向から見た図である。図１２は、図１１のＥ矢視図である。図１３は、図１１のＦ矢視図である。図１４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１５（Ａ）〜（Ｄ）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１５（Ａ）の屈曲状態から図１５（Ｂ）の伸張状態、図１５（Ｃ）の屈曲状態、図１５（Ｄ）の収縮状態の順に変形する様子を示している。
【００４３】
上記超音波モータ部４０を構成する振動子４１は、図１１，１４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。
【００４４】
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１４）。
【００４５】
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１４）。
【００４６】
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。
【００４７】
図１４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１２）。
【００４８】
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、直方体形状の積層圧電体４２が形成される。前面側の絶縁板４３Ａの表面には図１１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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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中立軸としての支持軸４６がＺ方向に貫通して接着固定されている（図１２）。
【００５３】
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フレキシブル基板４８が各電極と電気接続された状態で装着される。フレキシブル基板４８は、振動子駆動回路を有するプリント基板４９に接続される。
【００５４】
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。
【００５５】
フレキシブル基板４８を経て駆動電圧が印加された振動子４１は、図１５（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９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の内，外周面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。
【００５６】
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、ズーミングを行う場合は、ズーム環４を回動操作することよりカム環３を回動させ、カムフォロア１１，１２を介して第二，三群群レンズ枠６，７を光軸Ｏ方向に進退させてズーミング駆動がなされる。一方，フォーカシング駆動が行われる場合は、一対の振動子４１がそれぞれ上記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。駆動子４４が楕円駆動されると、駆動子４４が当接するロータ１６がステータ１５に対して何れかの方向に相対回転駆動される。上記ロータ１６の回転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に沿って光軸Ｏ方向に移動してフォーカシングが行われる。
【００５７】
上述した本実施形態の超音波モータ４０が組み込まれたレンズ鏡筒１によれば、一対の振動子４１の駆動子４４がロータ１６の外内周面に対向した状態で当接し、かつ、上記振動子４１が振動子ホルダ２２によってロータ１６に対して径方向に微小移動可能に支持され、押さえバネ２４の付勢力で押圧されて保持されている。従って、駆動子４４の当接力がロータ１６に対して偏倚するような力とならないので、ロータが径方向に安定して支持され、回転駆動時の摩擦損失が抑えられる。
【００５８】
上記振動子ブロックがステータ１５上の一ヶ所にまとめて配置されることから該振動子ブロックの配置が容易であり、フレキシブル基板の配置も複雑化せず、レンズ鏡筒のコンパクト化が可能となる。
【００５９】
また、本実施形態の超音波モータ４０は、レンズ鏡筒以外の装置であってもロータ中心部に大きな中空スペ−スを必要とする回転機器に適用可能である。
【００６０】
次に、第一実施形態の超音波モータ４０のステータ・ロータ嵌合機構の変形例について、図１６のステータ・ロータ嵌合機構部の拡大断面図、および、図１７の振動子装着部拡大断面図を用いて説明する。
【００６１】
本変形例は、ステータ・ロータ嵌合機構にて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。なお、同一の構成部材に対しては、第一の実施形態のものと同一符号を付して説明する。
【００６２】
本変形例においては、図１６に示すようにステータ１５Ａの後面（−Ｚ側）には、リング形状の押さえ板２０が固着可能であり、ステータ１５Ａと押さえ板２０の接合部には、それぞれ周方向に沿ったカット面１５Ａｆ，２０ｆが設けられる。また、ロータ１６Ａ側には、上記接合部に対向してＶ溝部１６Ａｆが周方向に沿って配されている。組み付ける場合、転動体であるベアリング用ボール２１ＡをＶ溝１６Ａｆに挿入した状態のロータ１６Ａをステータ１５Ａの内周部に挿入する。そこで、押さえ板２０をステータ１５Ａの後面に当て付けビス５６により固着すると、ボール２１Ａは、Ｖ溝１６Ａｆとカット面１５Ａｆ，２０ｆとで支持される状態となり、ロータ１６Ａは、ステータ１５Ａに対してＺ方向位置が規制され、かつ、ガタなく回転可能に支持される。なお、ボール２１Ａ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。
【００６３】
なお、振動子ブロックは、第一の実施形態に適用したものと同様の構成を有しており、図１７に示すようにステータ１５Ａ，ロータ１６Ａに対して該実施形態の場合と同様な方法で組み付けられる。
【００６４】
上述したステータ・ロータ嵌合機構部の組み付け状態でロータ１６Ａは、ステータ１５Ａに対してボール２１Ａを介して回動可能に支持され、かつ、ロータ１６Ａのステータ１５Ａに対するＺ方向の位置がボール２１Ａによって規制されて支持される。従って、ロータ１６ＡのＺ方向の規制を第一実施形態で適用したロータ押さえ板１８を用いる必要はなく、図１６に示すようにロータ１６Ａのステータ１５Ａ側には隙間を設け、ロータ１６Ａの−Ｚ側（反ステータ側）を解放状態とすることができる。
【００６５】
本変形例によれば、ステータ１５Ａに対するロータ１６Ａのスラスト位置決めが転動するボール２１Ａによって規制され、回転負荷の少ない状態で回動可能となり、摩擦ロスが軽減され、変換効率がよく、さらに、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。また、ロータ１６Ａの側方に配されるのＺ方向位置規制用のロータ押さえ板が不要となる。
【００６６】
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１８，１９を用いて説明する。  
図１８は、第一の実施形態の図３に対応する断面図であって、本実施形態の超音波モータの振動子装着状態を示す縦断面図である。図１９は、本実施形態における振動子ブロックの斜視図である。
【００６７】
本実施形態の超音波モータ４０Ｂ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に対して組み込まれる振動子の個数が異なるものである。すなわち、３つの振動子をロータ１６の外，内周部に当接させるように配置するものである。例えば、２つの振動子では駆動トルクが不足する様な場合に適用される。振動子を含む振動子ブロック以外の構成は、第一の実施形態の場合と略同様とであり、その同一構成部材には、同一符号を付して説明する。
【００６８】
本実施形態における超音波モータ４０Ｂの振動子ブロックは、図１８，１９に示すようにステータ１５の振動子取り付け用の凹部１５ｂに装着されるブロックであって、第一実施形態に適用したものと同様の振動子であって、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、駆動源となる３つの振動子４１と、３つの振動子４１を保持する振動子ホルダ２２Ｂと、振動子押さえ部材である３つの振動子押さえ２３と、３つの振動子４１を付勢するための付勢手段である押さえバネ２４Ｂと、振動子駆動用プリント基板４９とからなる。
【００６９】
振動子ホルダ２２Ｂは、それぞれ振動子４１が挿入可能な３つの挿通穴であってＲ方向上側の挿通穴２２Ｂa1，Ｒ方向下側の挿通穴２２Ｂa2，２２Ｂa3と、Ｔ方向端部にビス挿通穴２２Ｂｄを有している。上側の挿通穴２２Ｂa1と下側の挿通穴２２Ｂa2，２２Ｂa3との間には、周方向に沿ってロータ１６が挿入可能な空間部が形成されている。
【００７０】
挿通穴２２Ｂa1，a2，a3には、それぞれＲ方向に沿って振動子の支持軸４６がガタなく回動自在に挿入される切り欠き２２Ｂc1，２２Ｂc2，２２Ｂc3が両Ｚ側面上に設けられる。また、挿通穴２２Ｂa1，a2，a3のＺ方向開口幅は、それぞれ支持軸４６の根元段部がガタなく挟持される幅とする。
【００７１】
押さえバネ２４Ｂは、バネ用板材で形成され、挿通穴２２Ｂc1，c2，c3対応してＲ方向外，内端部に弾性変形可能な凸状の３つの押さえ部２４Ｂa1，a2，a2と、Ｔ方向端部にビス挿通穴を有している。なお、図１９にはこの押さえバネ２４Ｂは示されていない。
【００７２】
上記振動子ブロックにおいて、３つの振動子４１は、図１９に示すように振動子ホルダ２２Ｂの挿通穴２２Ｂa1，a2，a3にそれぞれの駆動子４４を対向させた状態でＲ方向の外側から挿入し、各支持軸４６を振動子ホルダ２２Ｂの切り欠き２２Ｂc1，２２Ｂc2，２２Ｂc3に嵌入させて振動子ホルダ２２Ｂ内に収納される。そして、３つの振動子押さえ２３を上記各振動子４１のＲ方向背面側（反駆動子側）に被せ、振動子ホルダの挿通穴２２Ｂa1，a2，a3の外形部に嵌め込む。そのとき、各支持軸４６は、振動子押さえ２３の軸支持切り欠き２３ｃに嵌入させる。さらに、押さえバネ２４の押さえ部２４Ｂa1，a2，a3を３つの振動子押さえ２３の外側に当接させる。
【００７３】
上記組み込み状態の振動子ブロックは、レンズ鏡筒側に固着されているステータ１５と該ステータ１５の内周にボール２１を介して嵌入されたロータ１６との間に組み付けられる。すなわち、ロータ１６の外周面１６ａに外径側の振動子４１の駆動子４４を当接させ、さらに、ロータ１６の内周面１６ｂに内径側の２つの振動子４１の駆動子４４を当接させた状態で上記振動子ブロックをステータ１５の凹部１５ｂに挿入する。ビスを振動子ホルダ２２Ｂと押さえバネ２４Ｂのビス挿通穴に挿通させ、ステータ１５側のビス穴１５ｄに螺着することにより上記振動子ブロックがステータ１５に装着される。
【００７４】
上記装着状態では、３つの振動子４１の各支持軸４６がＺ方向に沿った状態でステータ１５側に固定支持される振動子押さえ２３と振動子ホルダ２２Ｂとの切り欠き部で支持される。そして、外径側の１つの振動子４１の駆動子４４がロータ１６の外周面１６ａに、また、内径側の２つの振動子４１の各駆動子４４が内周面１６ｂの周方向に沿ってそれぞれ常時圧接し、ロータ１６をＲ方向（径方向）に挟持する状態となる。その圧接力は、押さえバネ２４Ｂの押圧により振動子押さえ２３の軸支持切り欠き２３ｃ（底部）と振動子４１の支持軸４６とが当接することによって駆動子４４側に伝達される。
【００７５】
上述のように上記振動子ブロックをステータ１５，ロータ１６に装着することにより超音波モータ４０Ｂがレンズ鏡筒１に組み込まれた状態となる。
【００７６】
上述した構成を有する本実施形態の超音波モータ４０Ｂが装着されたレンズ鏡筒において、フォーカシング駆動がなされる場合は、３つの振動子４１がそれぞれ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。駆動子４４が楕円駆動されると、駆動子４４が当接するロータ１６がステータ１５に対して何れかの方向に相対回転駆動される。なお、ロータ１６を駆動する場合、上記３つの振動子４１のうち、１つの外径側振動子４１と、２つの内径側振動子４１のそれぞれの駆動子４４の楕円振動の方向が互いに逆方向の軌跡に沿って振動するように相異なる電圧波形の駆動電圧を上記１つの振動子４１と２つの振動子４１とにそれぞれ供給する必要がある。
【００７７】
上述した本実施形態の超音波モータ４０Ｂによれば、前記第一の実施形態の超音波モータ４０の効果と同様の効果を奏するが、特に本実施形態では、３つの振動子を組み込むことができることから高駆動トルクを必要とするレンズ鏡筒等の装置に好適なものとなる。あるいは、より小型化の３つの振動子を用い、２つの振動子を適用するものと同等の駆動トルクが得られる駆動装置を提供することも可能である。なお、外径側振動子として複数のもの、内径側振動子として１つ、または、２つのものを組み込むことは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明による超音波モータは、超音波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おいて、円環構造を有し、モータ効率が改善され、配置スペ−スの制約も少ない超音波モータとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】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】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３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大図である。
【図５】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６】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７】図３のＣ−Ｃ部分拡大断面図である。
【図８】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９】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】図１０のＤ矢視図である。
【図１１】図９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】図１１のＥ矢視図である。
【図１３】図１１のＦ矢視図である。
【図１４】図１１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１５】図１１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１５（Ａ）の屈曲状態から図１５（Ｂ）の伸張状態、図１５（Ｃ）の屈曲状態、図１５（Ｄ）の収縮状態の順に変形する様子を示している。
【図１６】図２の超音波モータのステータ・ロータ嵌合機構に対する変形例のステータ・ロータ嵌合機構部拡大断面図である。
【図１７】図１６の変形例のステータ・ロータ嵌合機構部を適用した超音波モータにおける振動子ブロック装着部拡大断面図である。
【図１８】本発明の第二の実施形態の超音波モータの振動子装着状態を示す縦断面図である。
【図１９】図１８の超音波モータにおける振動子ブロックの斜視図である。
【符号の説明】
【００８０】
１５  …ステータ
１６  …ロータ（円環状ロータ）
１６ａ…ロータ外周面（外壁面）
１６ｂ…ロータ内周面（内壁面）
１８  …ロータ押さえ板（ロータ押さえ部材）
２１  …ボール（転動体）
２２  …振動子ホルダ
２３  …振動子押さえ（振動子押さえ部材）
２４  …押さえバネ（付勢手段）
４０，４０Ｂ
…超音波モータ
４１  …振動子
代理人      弁理士    伊  藤    進
【図１】
2006014512.tif 000003
【図２】
2006014512.tif 000004
【図３】
2006014512.tif 000005
【図４】
2006014512.tif 000006
【図５】
2006014512.tif 000007
【図６】
2006014512.tif 000008
【図７】
2006014512.tif 000009
【図８】
2006014512.tif 000010
【図９】
2006014512.tif 000011
【図１０】
2006014512.tif 000012
【図１１】
2006014512.tif 000013
【図１２】
2006014512.tif 000014
【図１３】
2006014512.tif 000015
【図１４】
2006014512.tif 000016
【図１５】
2006014512.tif 000017
【図１６】
2006014512.tif 000018
【図１７】
2006014512.tif 000019
【図１８】
2006014512.tif 000020
【図１９】
2006014512.tif 000021