(57)【要約】【課題】超音波モーターを配線基板等に対して固定する際に、圧電素子に電気信号を印加することによる体積変化等を妨げず、且つ小型化及び省スペース化を図ることができる超音波モーターユニットを提供することを目的とする。【解決手段】被振動子である管状部材と当該管状部材の外周面に当接して配置される複数個の振動子である圧電素子とからなるステーターと、管状部材と螺合結合可能なローターとを備える超音波モーターと、超音波モーターを支持するホルダーとからなる超音波モーターユニットにおいて、ホルダーを構成するホルダー部材は、導電材料からなり、且つバネ性を有してステーターを保持する固定端と超音波モーターを固定すると共に電気信号を入力する接続端とが一体的に形成され、固定端をステーターに備わる圧電素子と直接接続することにより、ホルダー部材を通じて圧電素子に電気信号を伝えることを特徴とする超音波モーターユニットを採用した。【選択図】図２
2011010485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に雌ねじ山を備える被振動子である管状部材の外周面に複数個の振動子である圧電素子を当接して配置したステーターと、当該管状部材と螺合結合可能な雄ねじ山を外周に備えるローターとを備える超音波モーターと、当該超音波モーターを支持するホルダーとからなる超音波モーターユニットであって、
当該ホルダーを構成するホルダー部材は、導電材料からなり、且つ、バネ性を有してステーターを保持する固定端と、当該超音波モーターを固定すると共に電気信号を入力する接続端とが一体的に形成され、
当該固定端を、当該ステーターに備わる圧電素子と直接接続することにより、当該ホルダー部材を通じて当該圧電素子に電気信号を伝えることを特徴とする超音波モーターユニット。
【請求項２】
前記ホルダーは、一対の第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とからなり、
当該第１ホルダー部材と当該第２ホルダー部材とは、前記ステーターの長手方向に対する中央部を挟み両側にそれぞれ配置され、
当該第１ホルダー部材の固定端及び第２ホルダー部材の固定端は、当該ステーターが備える圧電素子の表面に沿い、且つ、それぞれ他方のホルダー部材側に向かって延出した保持部を複数備え、当該保持部でステーターを保持する請求項１に記載の超音波モーターユニット。
【請求項３】
前記ステーターが備える複数個の圧電素子には、前記第１ホルダー部材及び第２ホルダー部材を介して、２つの異なる位相の電気信号が印加される請求項２に記載の超音波モーターユニット。
【請求項４】
外周に、前記ローターの回転軸を挟んで対向する２つの圧電素子を一対とする２組で計４個からなる圧電素子が配置された前記ステーターと、
同一形状からなる前記第１ホルダー部材と前記第２ホルダー部材とを有し、
一方の一対の圧電素子と電気的に接続された当該第１ホルダー部材と、他方の一対の圧電素子と電気的に接続された当該第２ホルダー部材とに、位相の異なる電気信号が印加されることにより、隣接配置された圧電素子同士には、同等の振幅で、所定の角度の位相ずれを持った電気信号がそれぞれに印加され、対向配置された圧電素子同士には、同一位相の電気信号が印加される請求項３に記載の超音波モーターユニット。
【請求項５】
前記超音波モーターユニットは、さらにグランド用電気接続部材を有し、
当該グランド用電気接続部材は、前記ステーターが備える圧電素子と電気的に接続する固定端と、グランド接続される接続端とを有する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の超音波モーターユニット。
【請求項６】
前記グランド用電気接続部材の固定端が、圧電素子において電気的に接続する接続位置は、
前記第１ホルダー部材の固定端と前記第２ホルダー部材の固定端との位置関係において、どちらか一方の固定端の近傍であって、且つ、当該第１ホルダー部材又は当該第２ホルダー部材と当該グランド用電気接続部材とが干渉しない位置に配設される請求項５に記載の超音波モーターユニット。
【請求項７】
前記超音波モーターユニットは、前記ホルダー部材の接続端と電気的に接続すると共に、当該接続端と接続して超音波モーターを固定する配線基板を有する請求項１〜請求項６のいずれかに記載の超音波モーターユニット。
【請求項８】
前記ホルダー部材の固定端には、前記ステーターを固定する際に当該ステーターとの間に緩衝材を介在する請求項１〜請求項７のいずれかに記載の超音波モーターユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、超音波モーターユニットに関し、特にモーター駆動制御用回路に対する超音波モーターの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の撮像装置等において、超音波モーターは、例えばカメラのオートフォーカス等、レンズ群保持枠を駆動する機構等の利用に好適に用いられるようになっている。超音波モーターは、超音波振動を発生することによって動作するモーターであって、電気の磁気作用を原理とせず非磁性体で構成することが可能である。また、超音波モーターは、圧電素子を用い、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して移動子を動かすものであるため、広義において圧電アクチュエーターとも解釈することができるものである。超音波モーターの原理は、振動子の外周に複数の圧電素子を設け、この圧電素子に所定の位相差を有する電気信号を印加することで起こる振動子の形状変化を利用して移動子を回転運動等させるものである。
【０００３】
超音波モーターは、小型軽量化及び静粛性に優れ、低速でも高トルクを維持でき、停止中にも保持トルクがあり、優れた応答性を発揮し、制御性に優れる等の特徴を有する。近年、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付携帯電話機等の撮像機器は、小型化や高性能化が進み、これらの撮像機器の駆動源としてこの超音波モーターが注目されている。そして、これら撮像機器に使用される超音波モーターを含めたユニットにおいては、更なる小型化が求められている。
【０００４】
この超音波モーターの圧電素子に用いられる圧電材料には、優れた圧電効果を有するジルコン酸チタン酸鉛（以下、「ＰＺＴ」と称する。）を用いることで、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する際の効率化を図った超音波モータが多く用いられるようになっている。このように、圧電材料としてＰＺＴを用いることでエネルギー変換の効率化を図った超音波モータは、移動子の運動量を大きくすることができるが、圧電素子の形状変化も大きくなる。この場合、いくら圧電素子の材料にＰＺＴを用いたとしても、超音波モーターの固定状態において、振動子の体積変化や形状変化が妨げられる場合には、その性能が著しく損なわれることとなってしまう。
【０００５】
上述の問題を解消するため、従来より、超音波モーターをホルダーに固定する場合においては、当該超音波モーターの振動子の振幅の比較的小さい節部を支持する方法が採られていた。
【０００６】
例えば、特許文献１には、金属チューブの外面に圧電素子が付着された圧電超音波モーターに関する技術が開示されている。引用文献１の圧電超音波モーターは、中空形状で金属材質からなる金属チューブと、当該金属チューブの外側面に設けられる複数個の圧電素子とを具備しており、当該圧電素子に電圧を印加したときに生じる振動圧電ステーターの変形を利用して当該金属チューブの中空部に挿入されているローターを移動させるものである。そして、当該圧電超音波モーターは、ハウジング内に、当該ハウジングに装着されるホルダーに固定された状態で収容配置される。
【０００７】
また、特許文献１に記載された圧電超音波モーターは、電源印加部における連結端子が分離防止用としてゴムのような弾性のある材質からなる離脱防止ホルダーと、当該圧電超音波モーターの振動効率を高め、且つ揺れを防止可能な、いわゆる節部であるノーダル地点を支持する支持ホルダーとにより固定されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−４９８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載された圧電超音波モーターは、当該圧電超音波モーターを保持する際に、これを覆うハウジング部と、当該圧電超音波モーターの圧電素子に給電を行うための電源印加部とが別部材で構成されるため、圧電超音波モーターを含めたユニットとして小型化を図ることが困難となる。また、特許文献１に記載された圧電超音波モーターは、支持ホルダーがノーダル地点で当該圧電超音波モーターを支持することのみが開示され、当該支持ホルダーが弾性のある材質であることに関しては開示がない。更に、当該支持ホルダーは、緩衝材に相当する物を一切介在させずに固定する構造であることが、特許文献１の図４及び図５に示されていることから明らかである。この場合、当該圧電超音波モーターの圧電素子の材料としてエネルギー変換効率に優れるＰＺＴを用い、圧電効果を図ろうとしても、当該圧電超音波モータを固定する際に圧電ステーターの体積変化や形状変化が妨げられてしまう。
【００１０】
本件発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、超音波モーターに給電を行うと共に、当該超音波モーターを配線部材に対して固定する際に、圧電素子に電気信号を印加することによる体積変化や形状変化を妨げず、且つ小型化及び省スペース化を図ることができる超音波モーターユニット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】
【００１１】
本件発明者は、超音波モーターを支持し、且つ、モーター駆動制御用回路と直接接続可能な、導電材料からなるホルダーを採用することで、上記課題を達成できることに想到した。以下、本件発明に関して説明する。
【００１２】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、内周面に雌ねじ山を備える被振動子である管状部材の外周面に複数個の振動子である圧電素子を当接して配置したステーターと、当該管状部材と螺合結合可能な雄ねじ山を外周に備えるローターとを備える超音波モーターと、当該超音波モーターを支持するホルダーとからなる超音波モーターユニットであって、当該ホルダーを構成するホルダー部材は、導電材料からなり、且つ、バネ性を有してステーターを保持する固定端と、当該超音波モーターを固定すると共に電気信号を入力する接続端とが一体的に形成され、当該固定端を、当該ステーターに備わる圧電素子と直接接続することにより、当該ホルダー部材を通じて当該圧電素子に電気信号を伝えることを特徴とするものである。
【００１３】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ホルダーは、一対の第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とからなり、当該第１ホルダー部材と当該第２ホルダー部材とは、前記ステーターの長手方向に対する中央部を挟み両側にそれぞれ配置され、当該第１ホルダー部材の固定端及び第２ホルダー部材の固定端は、当該ステーターが備える圧電素子の表面に沿い、且つ、それぞれ他方のホルダー部材側に向かって延出した保持部を複数備え、当該保持部でステーターを保持することが好ましい。
【００１４】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ステーターが備える複数個の圧電素子には、前記第１ホルダー部材及び第２ホルダー部材を介して、２つの異なる位相の電気信号が印加されることが好ましい。
【００１５】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、外周に、前記ローターの回転軸を挟んで対向する２つの圧電素子を一対とする２組で計４個からなる圧電素子が配置された前記ステーターと、同一形状からなる前記第１ホルダー部材と前記第２ホルダー部材とを有し、一方の一対の圧電素子と電気的に接続された当該第１ホルダー部材と、他方の一対の圧電素子と電気的に接続された当該第２ホルダー部材とに、位相の異なる電気信号が印加されることにより、隣接配置された圧電素子同士には、同等の振幅で、所定の角度の位相ずれを持った電気信号がそれぞれに印加され、対向配置された圧電素子同士には、同一位相の電気信号が印加されるものとしたことが好ましい。
【００１６】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、さらにグランド用電気接続部材を有し、当該グランド用電気接続部材は、前記ステーターが備える圧電素子と電気的に接続するグランド固定端と、グランド接続するグランド接続端とを有することが好ましい。
【００１７】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記グランド用電気接続部材のグランド固定端が、圧電素子において電気的に接続する接続位置は、前記第１ホルダー部材の固定端と前記第２ホルダー部材の固定端との位置関係において、どちらか一方の固定端の近傍であって、且つ、当該第１ホルダー部材又は当該第２ホルダー部材と当該グランド用電気接続部材とが干渉しない位置に配設されることが好ましい。
【００１８】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ホルダー部材の接続端と電気的に接続すると共に、当該接続端と接続して超音波モーターを固定する配線基板を有することが好ましい。
【００１９】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ホルダー部材の固定端には、前記ステーターを固定する際に当該ステーターとの間に緩衝材を介在することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本件発明の超音波モーターユニットは、超音波モーターを支持するホルダー部材が、導電材料からなり、且つ、バネ性を有してステーターを保持する固定端と、モーター駆動制御用回路に対する接続端とが一体的に形成されたものである。すなわち、本件発明の超音波モーターユニットは、当該ホルダー部材が、当該ステーターに備わる圧電素子と直接接続して外部からの電気信号の入力が可能であると共に、配線部材に対して直接接続して固定することが可能であるため、超音波モーターユニットとして小型化及び省スペース化を図ることが可能となる。
【００２１】
この結果、本件発明に係る超音波モーターユニットを同一基板上に複数個使用する場合においても、超音波モーターを固定する当該ホルダーで共通配線を処理可能になるため、従来、モーターの駆動制御に必要であった外部への引き出し線も不要となり、超音波モーターと回路を有する配線部材（配線基板等）とを含めたユニットとして十分な小型化及び省スペース化を図ることができる。そして、超音波モーターのローターの位置を検知するセンサーと対で当該超音波モーターを使用する場合にも、同一基板上に配置することが可能となる。従って、仮に、本件発明に係る超音波モーターユニットを小型の撮像装置におけるレンズ移送手段として用いた場合、レンズ位置の検知精度向上と撮像装置の組み立て作業性の向上とを同時に図ることが可能となる。
【００２２】
以上より、本件発明の超音波モーターユニットによれば、超音波モーターの性能を低下させずに、超音波モーターを駆動させる際に必要な部材の設置スペースを減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本件発明に係る超音波モーターユニットの一実施形態におけるモーター駆動制御用の回路図である。
【図２】本件発明に係る超音波モーターユニットの実施の形態を例示的に示す外観図である。
【図３】本件発明に係る超音波モーターユニットを構成する第１ホルダー部材及び第２ホルダー部材の形状を示す図である。
【図４】本件発明に係る超音波モーターユニットの一実施形態におけるグランド用電気接続部材のより好ましい配置位置を示す図である。
【図５】本件発明に係る超音波モーターユニットの一実施形態における配線基板に対する実装構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本件発明に係る超音波モーターユニットの好ましい実施の形態について説明する前に、超音波モーターを構成するステーターを振動させる原理に関して以下に簡単に説明する。超音波モーターは、ステーターが振動子である圧電素子を複数備え、それぞれの圧電素子に対して異なる位相の電気信号を印加することが可能な構造を備える。当該ステーターに備わる圧電素子は、その材質に圧電セラミック材料（例えばＰＺＴ等の圧電セラミック材料。）を用いたものが多く用いられている。ＰＺＴは電気信号を印加すると伸縮する特性（圧電効果）があるため、超音波振動子として広く使用されている材料である。超音波モーターは、固有振動モードを励振させるためにこの圧電効果を利用することができる。また、当該圧電素子はＰＺＴの積層構造とすることで、低電圧での駆動が可能となる。
【００２５】
続いて、本件発明に係る超音波モーターユニットの好ましい実施の形態について説明する。図１には、本件発明に係る超音波モーターユニットとモーター駆動制御用回路とを電気的に接続した場合の回路図を例示している。また、図１には、本件発明に係る超音波モーターを、ローター軸方向からみた場合の各圧電素子の配置例も示している。そして、この図１に示すように、移動子であるねじ部を備えるローター４の外周部分を被振動子である管状部材１１が囲んでいる。この管状部材１１は、外形が略直方体形状であり、この管状部材１１の外表面に振動子である圧電素子１２が、当該ローター４の回転軸を挟んで対向する位置に、対をなして設けられている。また、電源Ａが、符号ａ１，ａ２で示す圧電素子のＡ相電極部と接続され、電源Ｂが、符号ｂ１，ｂ２で示す圧電素子のＢ相電極部と接続され、更に各電極部共通のグランド（アース）部が設けられる。そして、Ａ相電極部に電源Ａによる電気信号を印加し、Ｂ相電極部に電源Ｂによる電気信号を印加することで、各圧電素子は、固有振動モードによって励振する。また、これら圧電素子１２は、当該管状部材１１を介して電気的に接続がされており、全ての圧電素子１２がグランド（アース）部に接続されている。
【００２６】
なお、図１に示すように、被振動子である管状部材の外表面に配置される圧電素子は、当該管状部材の外表面に、ローター軸を中心として時計方向に、符号ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２の順番で、且つ、当該ローターの回転周方向に９０°の角度の差をもって配置される。すなわち、符号ａ１，ａ２で示す一対の圧電素子と、符号ｂ１，ｂ２で示す一対の圧電素子とがローターの回転軸に対して対向する位置に配される。そして、符号ａ１，ａ２で示す一対の圧電素子は同一位相の電気信号が印加され、符号ｂ１，ｂ２で示す一対の圧電素子は同一位相の電気信号であり、且つ圧電素子ａ１，ａ２の対と異なる位相の電気信号が印加されることで、当該ステーターの振幅を大きくすることが可能となる。
【００２７】
また、図１に示すような圧電素子１２の配置において、当該圧電素子１２のポーリング方向が、相互に対向した位置に配する、符号ａ１，ａ２で示す２つの圧電素子で互いに逆方向となるようにし、符号ｂ１，ｂ２で示す２つの圧電素子で互いに逆方向となるようにして、且つ圧電素子ａ１，ａ２のＡ相電極部と、圧電素子ｂ１，ｂ２のＢ相電極部とに位相が９０゜ずれた電気信号を印加する。こうすることで、２つの固有振動モードが独立して励振し、ステーター１０にローター４を回転移動させるための振動を励起させることが可能となる。
【００２８】
圧電素子のポーリング方向が、相互に対向する位置の圧電素子で逆方向となるように配置した場合に、図１に示す圧電素子ａ１，ａ２に関して電気信号を印加したとすると、例えば、符号ａ１で示す圧電素子における伸びに対して、符号ａ２で示す圧電素子における縮みが同時に生じ、ステーター１０を圧電素子ａ２の配置方向側に曲げる作用が働く。このときに、圧電素子のＡ相電極部とＢ相電極部に対して、９０°の位相差で電気信号を印加させることで、ローターを回転させるために必要な振動を励起させることができる。なお、この振動によるローターの進行方向は、相互に隣り合う圧電素子に対して印加する電気信号の位相を切り替えることにより変更することができる。また、各電極部に印加する駆動信号の振幅の変調及び周期の設定を変更することによって、ローターの移動速度を制御することができる。
【００２９】
以上をふまえ、次に、本件発明に係る超音波モーターユニットの好ましい実施の態様に関して以下に述べていく。本件発明に係る超音波モーターユニットは、内周面に雌ねじ山を備える被振動子である管状部材の外周面に複数個の振動子である圧電素子を当接して配置したステーターと、当該管状部材と螺合結合可能な雄ねじ山を外周に備えるローターとを備える超音波モーターと、当該超音波モーターを支持するホルダーとからなるものである。そして、超音波モーターを支持するホルダーを構成するホルダー部材が、導電材料からなり、且つ、バネ性を有してステーターを保持する固定端と、当該超音波モーターを固定すると共に外部からの電気信号を入力する接続端とが一体的に形成され、当該固定端を、当該ステーターに備わる圧電素子と直接接続することにより、当該ホルダー部材を通じて当該圧電素子に電気信号を伝えることを特徴とするものである。
【００３０】
上述したように、本件発明の超音波モーターは、振動子である圧電素子と被振動子である管状部材とからなるステーターと、移動子であるローターとを含んで構成され、当該圧電素子は、電気・機械変換素子であって駆動信号の供給により励振されるものである。また、本件発明に係る超音波モーターユニットは、当該超音波モーターの他にモーター支持部材であるホルダーを含む。そして、本件発明のホルダーは、モーターの駆動効率を低下させずに、超音波モーターを支持すると共に、モーター駆動制御用回路と電気的に接続するものである。よって、本件発明に係る超音波モーターユニットによれば、超音波モーターの性能を損なわずに、ユニットの小型化及び省スペース化を図ることができる。
【００３１】
図２は本件発明に係る超音波モーターユニットの実施の形態を例示的に示す外観図である。図２に示すように、本件発明に係る超音波モーター２は、内周面に雌ねじ山を備える被振動子である管状部材１１と当該管状部材１１の外周面に当接して配置される複数個の圧電素子１２とからなるステーター１０と、当該管状部材と螺合結合可能な雄ねじ山を外周に備えるローター４とからなり、当該ローター４と当該ステーター１０のそれぞれが備えるねじ山同士によって螺合結合されている。このように、本件発明の超音波モーターユニットは、当該ローター４と当該ステーター１０とが相互に係合された状態で、当該ステーター１０に振動を励起させることで当該ローター４を回転移動させることができる。そして、当該ローター４は、回転しながらローター軸上を移動することが可能となる。
【００３２】
また、本件発明に係る超音波モーターユニットは、内周面に雌ねじ山を備える管状部材と、外周面に雄ねじ山を備えるローターとの組合せにおいて、摩耗が最小限になるような材料の組み合わせを選択し、また、当該雄ねじと当該雌ねじとのピッチが実質的に等しくなる組合せとすることで、当該ローターの移動をスムーズに精度良く行うことが可能となると共に、超音波モーターユニットの耐久性能を更に向上させることができる。
【００３３】
本件発明に係る超音波モーターユニットにおけるローターの回転移動は、被振動子である管状部材の内周に形成される雌ねじ山と対応して形成されるローターの外周の雄ねじ山とが螺合結合した状態において、雄ねじと雌ねじとの組合せ時に生じる摩擦を介した接線力を利用することにより行われる。このように、ねじ同士の摩擦を利用してローターを駆動させる利点は、当該ローターを回転させる力を、当該ローターの軸方向に対する移動へ変換する点にある。すなわち、当該ローターをローター回転軸方向へ移動させるのに、ねじ構造を利用することで、当該ローターの回転する際の線速度に対しローター回転軸方向への速度を減速させることができ、その結果、ローターの位置制御の精度を向上させることが可能となる。更に、超音波モーターユニットの耐久性能について言及すると、ホルダー部材は、ステータ−を固定する際に被振動子である管状部材の振動を妨げず、且つ、この振動によっても当該ステーターの保持固定状態を長期間維持可能な材質を用いることで、更に超音波モーターとしての耐久性の向上を図ることができる。
【００３４】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、ホルダー部材の一方側に配する固定端を当該ステーターが備える圧電素子と直接接続し、他方側に配する接続端を配線部材に形成される回路と直接接続してモーター駆動制御用回路の一部としても機能するものである。すなわち、本件発明に係る超音波モーターユニットは、当該ホルダー部材が導電材料からなり、且つバネ性を有して、超音波モーターを支持し、配線部材と直接接続することで、当該圧電素子に電気信号を伝えると共に、超音波モーターを当該配線部材に固定することが可能となり、ユニットの部品点数の削減と小型化とを実現することができる。また、当該超音波モーターユニットのホルダー部材の固定端がバネ性を有することで、超音波モーターを支持した状態において、振動体の振動を極力妨げず、モーターの性能が低下するのを防止することができる。
【００３５】
ここで、本件発明に係る超音波モーターユニットに用いるホルダー部材について説明する。図２（ａ）に示すように、本件発明に係る超音波モーターユニット１に用いるホルダー２０としては、例えば、第１ホルダー部材２１、第２ホルダー部材２２が挙げられる。図２（ａ）には、当該ホルダー２０が、これら第１ホルダー部材２１と第２ホルダー部材２２との組合せにより構成されている例が示されている。また、本件発明に係る超音波モーターユニットにおけるホルダー２０は、上述したように、ホルダー部材が導電材料からなり、且つバネ性を有するものである。その結果、当該ホルダー２０は、超音波モーター及びモーター駆動制御回路と直接接続可能であると共に、当該超音波モーターを性能を低下させずに支持することができるものである。
【００３６】
そして、本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ホルダーが第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とを一対としたものからなる場合は、当該第１ホルダー部材と当該第２ホルダー部材とは、前記ステーターの長手方向に対する中央部を挟み両側にそれぞれ配置されることが好ましい。図２（ａ）には、第１ホルダー部材と第２ホルダー部材との配置位置の一例が示されている。図２（ａ）に示すように、当該第１ホルダー部材２１と当該第２ホルダー部材２２とを、ステーター１０の長手方向に対する中央部を挟み両側にそれぞれ配置することで、超音波モーターを安定して保持することが可能となると共に、当該ステーター１０の被振動子である管状部材１１の振動効率が低下するのを防ぐことができる。
【００３７】
また、本件発明に係る超音波モーターユニットは、例えば、図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とを用いる場合、当該第１ホルダー部材の固定端及び第２ホルダー部材の固定端が、当該ステーターの固定状態において、当該ステーターが備える圧電素子の表面に沿い、且つ、それぞれ他方のホルダー部材側に向かって延出した保持部を複数備え、当該保持部でステーターを保持することが好ましい。
【００３８】
図３には、本件発明に係る超音波モーターユニットを構成する第１ホルダー部材及び第２ホルダー部材の形状を例示的に示す。図３に示すように、第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とは、一端側に超音波モーターの圧電素子と接続可能で、且つ当該超音波モーターを保持する保持部２５を備えている。また、当該第１ホルダー部材及び当該第２ホルダー部材の他端側には配線部材に形成される電源供給用回路と接続するための接続部２６を備えている。この接続部２６は、図３（ａ）に示すように２本で形成される場合の他、図３（ｂ）に示すように１本のみ形成される場合もある。この接続部２６の本数は、当該電源供給用回路のパターンに合わせて選択可能である。なお、図３において、（ａ）と（ｂ）とでホルダー部材の固定端２４が備える保持部２５の位置に相違点があるが、これらは本件発明に係る超音波モーターユニットとして用いられるホルダー部材形状の一例であって、装置内で当該超音波モーターが組み込まれる状況に合わせて適宜変更可能である。
【００３９】
そして、図２（ａ）には、第１ホルダー部材２１と第２ホルダー部材２２との固定端の保持部２５が、圧電素子１２の表面に沿い、相互に対向した状態で延出されているのが示されている。また、図２（ｂ）には、第１ホルダー部材２１及び第２ホルダー部材２２の接続端２６が、当該モーター駆動制御用回路が形成される配線基板７に向かって延出して接続されているのが示されている。本件発明に係る超音波モーターユニットは、当該第１ホルダー部材及び第２ホルダー部材の固定端と接続端とが、このような形状及び機能を備えることで、当該ステーターを安定して保持することができる。
【００４０】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ステーターが備える複数個の圧電素子は、前記第１ホルダー部材及び第２ホルダー部材を介して、２つの異なる位相の電気信号が印加されることが好ましい。ここで仮に、本件発明の超音波モーターのステーターが備える複数の圧電素子に対して同一位相の電気信号を印加した場合、超音波モーターの駆動制御が行えず、当該ステーターと螺合結合されるローターの回転移動動作を行うことが不可能となる。図３には、本件発明の第１ホルダー部材及び第２ホルダー部材の形状を例示的に示したが、当該第１ホルダー部材と当該第２ホルダー部材とで、圧電素子に印加する電気信号の位相と、当該圧電素子に対して接続する保持部２５とを異なるものとすることで、当該ステーターが備える複数個の圧電素子に対する２つの異なる位相の電気信号の印加が可能となる。
【００４１】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、外周に、前記ローターの回転軸を挟んで対向する２つの圧電素子を一対とする２組で計４個からなる圧電素子が配置された前記ステーターと、同一形状からなる前記第１ホルダー部材と前記第２ホルダー部材とを有し、一方の一対の圧電素子と電気的に接続された当該第１ホルダー部材と、他方の一対の圧電素子と電気的に接続された当該第２ホルダー部材とに、位相の異なる電気信号が印加されることにより、隣接配置された圧電素子同士には、同等の振幅で、所定の角度の位相ずれを持った電気信号がそれぞれに印加され、対向配置された圧電素子同士には、同一位相の電気信号が印加されることが好ましい。
【００４２】
図１に示した、本件発明の超音波モーターの一実施態様においては、４個の圧電素子ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２を使用して振動を発生させる。すなわち、本件発明の超音波モーターにおいては、ステーターがローターを回転移動させるための振動を効率的に励起させるため、圧電素子の数が４個であることが好ましい。しかし、当該圧電素子の個数は、本件発明の目的を達成できるものであれば、必ずしも４個に限らなくてもよい。例えば、圧電素子を２個だけ使用することや、４個を超えた数の圧電素子を使用とすることも可能である。
【００４３】
図３には、第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とで用いるホルダー部材の形状を例示的に示したが、基本的に第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とが同一形状のものを用いることで、超音波モーターの駆動及び制御をより安定させることができる。例えば、第１ホルダー部材に図３（ａ）の形状のホルダーを用いる場合には、第２ホルダー部材も図３（ａ）の形状のホルダーを用いることで、超音波モーターの駆動及び制御がより安定する。
【００４４】
また、第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とが、互いに電気的に絶縁された状態で配置されることで、超音波モーターのローターの回転方向に隣接配置した圧電素子に対して同等の振幅で、所定角度の位相ずれをもった電気信号を印加することが可能となる。図１には、超音波モーターの被振動子である管状部材の外表面であってローターの回転軸を挟んで対向する位置に配する２対の圧電素子を示したが、これら４つの圧電素子ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２の各電極部に、同等の振幅で、当該ローターの回転周方向に９０°の位相差の電気信号が印加されるように、第１ホルダー部材と第２ホルダー部材とがそれぞれ接続する圧電素子を異なるものとすることで、当該ローターの回転移動動作がよりスムーズになると共に、当該ローターの動きを高精度で制御することが可能となる。
【００４５】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、さらに、グランド用電気接続部材を有し、当該グランド用電気接続部材は、前記ステーターが備える圧電素子と電気的に接続するグランド固定端と、グランド接続するグランド接続端とを有することが好ましい。図２には、一端側が圧電素子の内部電極と電気的に接続し、他端側がグランド回路と電気的に接続がされるべく配線基板７と接続されているグランド用電気接続部材２３が示されている。当該グランド用電気接続部材２３は、導電材料からなり、且つ、バネ性を有した、板状形状を有するものである。なお、先に述べた第１ホルダー部材２１及び第２ホルダー部材２２は、本件発明の超音波モーターを駆動するために必要な電流を供給する際の回路の一部分としても機能するものであるのに対し、当該グランド用電気接続部材２３は、当該ステーターが備える全ての圧電素子に対する共通のグランド回路の一部分としても機能するものである。
【００４６】
ここで、グランド回路は、超音波モーターの駆動回路から発生するノイズを抑制し、このノイズにより他の各種電子機器に悪影響を及ぼさないようにするために形成されるものである。例えば、当該超音波モーターの振動子である圧電素子に生じる振動を信号として検出して、当該圧電素子に印加する電気信号を所定の位相差になるように制御する場合に、ノイズの発生により当該制御に乱れが生じ、超音波モーターの駆動が不安定になる等の問題が発生する恐れがある。従来は、超音波モーターの駆動回路に発生するノイズを抑制するために別途アース線を設ける必要があり、十分な省スペース化を図ることができなかった。これに対し、本件発明に係る超音波モーターユニットでは、グランド用電気接続部材が全ての圧電素子に対する共通のグランド回路の一部分としても機能することで、従来のように別途アース線を設ける必要がなくなり、更なる省スペース化を図ることができることとなった。
【００４７】
なお、当該グランド用電気接続部材のグランド固定端は圧電素子と半田や導電性接着剤等により電気的に接続がされる。その一方で、当該グランド用電気接続部材のグランド接続端は、配線基板等のモーター駆動制御用回路と電気的に接続が可能となるように、延出された部分が直接当該モーター駆動制御用回路に接続される。そして、当該グランド用電気接続部材は、バネ性を有した板状形状であることで、超音波モーターの性能を低下させずに超音波モーターユニットとして小型化及び省スペース化を実現することができる。
【００４８】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記グランド用電気接続部材のグランド固定端が、圧電素子において電気的に接続する接続位置が、前記第１ホルダー部材の固定端と前記第２ホルダー部材の固定端との位置関係において、どちらか一方の固定端の近傍であって、且つ、当該第１ホルダー部材又は当該第２ホルダー部材と当該グランド用電気接続部材とが干渉しない位置に配設されることが好ましい。
【００４９】
図４には、本件発明に係る超音波モーターユニットにおけるグランド用電気接続部材２３の配置位置を例示している。また、図４を見ると、当該グランド用電気接続部材２３の固定端が第１ホルダー部材の固定端の近傍であって、当該第１ホルダー部材の固定端と干渉しない位置に配置されている。図４に示すように、圧電素子１２には、このグランド用電気接続部材２３のグランド用固定端の位置に合わせてクランド用電極部が形成される。そして、図４には、第１ホルダー部材の圧電素子に対する接続位置３１及び第２ホルダー部材の圧電素子１２に対する接続位置３２が示されている。本件発明に係る超音波モーターユニット１において、当該グランド用電気接続部材の圧電素子１２への接続位置３３を、このような位置に設けることで、振動子である圧電素子の振動を阻害するのを抑制し、超音波モーターの駆動力の低下を防ぐことができる。
【００５０】
本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ホルダー部材の接続端と電気的に接続すると共に、当該接続端と接続して超音波モーターを固定する配線基板を有することが好ましい。ここで、配線基板には、硬質な絶縁体基材を用いたリジッドタイプのものと、柔軟性を有する絶縁体基材を用いたフレキシブルタイプのものと、硬質な材料と柔軟性を有する材料とを複合したリジッドフレキシブルタイプのものと主に三つのタイプがあり、特にフレキシブルタイプは、基板は薄くて柔軟性があるため、機器に組み込む際の自由度が高く、小型の電子機器などに多く使用されている。本件発明に係る超音波モーターユニットは、これら全てのタイプの配線基板に用いることができるため、様々な機器に使用可能である。
【００５１】
そして、本件発明に係る超音波モーターユニットは、前記ホルダー部材の固定端には、前記ステーターを固定する際に当該ステーターとの間に緩衝材を介在させることが好ましい。本件発明のホルダー部材は、バネ性を有するため、超音波モーターを保持した状態において当該ステーターの振動効率の低下を防止することができる。なお、このとき、固定端とステーターとの間に緩衝材を介在させることによって、当該ステーターで発生する振動効率の更なる向上を図ることが可能となる。従って、本件発明に係る超音波モーターユニットにおける、各ホルダー部材の配置位置をステーターの振幅の節部に設定すると共に、当該ステーターとの間に緩衝材を介在させることで、更なる当該ステーターの振動効率の向上を図ることが可能となる。
【００５２】
ここで、本件発明の特徴がより明確となるように、超音波モーターユニットの配線基板に対する実装構造について説明する。図５は、本件発明に係る超音波モーターユニットの一実施形態における配線基板に対する実装構造を示す図である。本件発明に係る超音波モーターユニット１を配線基板上に設置した場合、圧電素子に電気信号を印加するための電気配線が少なく、配線の簡略化ができ、超音波モーターを含めたユニットとして十分な小型化及び省スペース化を図ることができることが明らかである。このことから、本件発明に係る超音波モーターユニット１を用いる場合においては、当該配線基板上に圧電センサーを設置して、より高精度なオートフォーカス駆動制御を行うにあたり、引き出し配線の増加を招いたり、組み立てが困難となる等の問題の起こらないことが分かる。
【００５３】
また、図５には、２つの超音波モーターユニット１が設置され、各々の超音波モーターユニット１の近傍にローターの位置を検知するセンサーの配置スペース８が設けられているのが示されている。本件発明に係る超音波モーターユニット１の実装構造は、各超音波モーターユニット毎の引き出し線を必要とせず、超音波モーターを保持するホルダーの配置面積も小さいため、仮に、ローター位置検知用センサーを用いたとしても、同一配線基板上に設置することが可能となる。すなわち、本件発明に係る超音波モーターユニット１によれば、配線基板７上にモーター駆動制御用とセンサー用との共通配線４１の接続部を設けることで、同一配線基板上に当該センサーを設置することが可能となり、当該センサーの精度向上及び組み立て性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本件発明に係る超音波モーターユニットを採用することにより、圧電素子を駆動する際に配線の複雑化を招くことなく、各々所定の位相差を有する電気信号を所定の圧電素子に対して印加することが可能となるため、超音波モーターユニットの小型化及び省スペース化を図ることができる。また、超音波モーターを緩衝材を介して支持固定することで、振動子の体積変化や形状変化を妨げず、超音波モーターの性能低下を招くことを効果的に防止することができる。したがって、本件発明に係る超音波モーターユニットは、小型化が要求される撮像装置におけるレンズ駆動用等に好適に用いることが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１    超音波モーターユニット
２    超音波モーター
４    ローター
７    配線基板
１０    ステーター
１１    管状部材
１２    圧電素子
２０    ホルダー
２１    第１ホルダー部材
２２    第２ホルダー部材
２３    グランド用電気接続部材
２５    保持部
２６    接続端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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