(57)【要約】【課題】駆動抵抗を増加させずに十分な駆動力が得られ、さらに超音波モータ外に漏れ出る磁界を少なくできる超音波モータ及び超音波モータ付き装置を提供する。【解決手段】超音波モータは１、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材１０と、振動部材が圧接される摺動部材５０と、を備える。振動部材１０と摺動部材５０は相対的に移動する。摺動部材５０は磁性体で形成され、振動部材１０に、前記圧接のための磁力を発生する一つ以上の磁石３０が配置されている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材と、前記振動部材が圧接される摺動部材と、を備え、前記振動部材と前記摺動部材が相対的に移動する超音波モータであって、
前記摺動部材は磁性体で形成され、
前記振動部材に、前記圧接のための磁力を発生する一つ以上の磁石が配置されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波モータにおいて、
前記振動部材の表面に、前記磁石が配置固定されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波モータにおいて、
前記振動部材の前記摺動部材が接触する面とは反対側の面に前記磁石が配置されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の超音波モータにおいて、
前記振動部材には、前記摺動部材と接触する為の複数の突起部が前記相対的移動の方向に離隔して配置され、
前記突起部の内の一つである第１の突起部と前記磁石の一方の磁極端の位置が、前記相対的移動の方向において略一致し、
前記第１の突起部とは異なる第２の突起部と前記磁石の他方の磁極端の位置が、前記相対的移動の方向において略一致していることを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波モータにおいて、
前記振動部材には、前記摺動部材と接触する為の複数の突起部が前記相対的移動の方向に離隔して配置され、
前記突起部の内の一つである第１の突起部の中心と第１の磁石の位置が、前記相対的移動の方向において略一致し、
前記第１の突起部とは異なる第２の突起部の中心と第２の磁石の位置が、前記相対的移動の方向において略一致し、
前記振動部材の表面に向いている磁極が前記第１の磁石と第２の磁石では異なることを特徴とする超音波モータ。
【請求項６】
請求項３または５に記載の超音波モータにおいて、
振動がほぼ無い節である前記振動部材の部位に、前記磁石を固定する磁石固定部が設けられていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】
請求項５に記載の超音波モータにおいて、
前記磁石による前記振動部材の前記摺動部材への吸着力を増幅するためのヨーク部材が、前記第１の磁石の磁極表面と前記第２の磁石の磁極表面に接するように架橋されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の超音波モータにおいて、
前記振動部材の中心と前記摺動部材の中心が、前記摺動部材の表面内で、且つ前記相対的移動の方向に直交する方向に離れていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の超音波モータを有し、
相対的に移動する前記振動部材もしくは前記摺動部材と一体的に移動する移動部材を有することを特徴とする超音波モータ付き装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波モータ付き装置において、
前記振動部材の長手方向の両端部には、前記移動部材に位置決め固定する為の固定部があり、前記固定部の前記相対的移動の方向の内側には、前記突起部と前記固定部との間の振動部材の剛性を弱める為の穴部が形成されていることを特徴とする超音波モータ付き装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ鏡筒のフォーカス機構やズーム機構、プリンタ、紙送り装置、等の駆動に用いる超音波モータに係わる。特に、矩形状等の周期振動部材を支持、加圧するタイプの超音波モータ、及び超音波モータ付き装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、可変発振器で所定の周波数の駆動信号を生成し該駆動信号を電力増幅器を介して圧電素子に印加することで、圧電素子に接した振動体に進行波を発生させ、振動体に所定圧力で接触する移動体を可動とする超音波モータが知られている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９２５８４公報
【特許文献２】特開２０１０−２２４３７１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に開示された従来技術では、ばね部材の弾性力によって振動体の突起をレール上面に押圧させる為、その反力は、Ｌ字型をした固定板を通して回転部材によりレールの下面に伝わり、反力をレールの下面が受ける。このような反力を受ける構造の為に、次の如きことが起こり得る。すなわち、高周波電圧が印加された振動体は伸び振動及び曲げ振動を開始し、振動体下部に固定された突起は、これらの合成振動により所定のタイミングでレールに接してレールを水平方向に直線運動させる際、回転部材がレールの下面に接しながら回転する。このとき、この回転部材の中心と固定板から突き出ている軸の嵌合部の回転摺動抵抗や回転部材の円筒面とレールの接触抵抗が、レールの駆動の妨げとなることがあった。
【０００５】
また、特許文献２に開示された技術では、スライダが磁石と摩擦材を接合して構成された接触部材で、それに、磁性体である振動子が吸着する構造である。したがって、スライダの全長は、そのスライダ上を移動する振動子の移動量以上の長さが必要となり、この長いスライダを内蔵する光学機器等内に磁界が広範囲に漏れる可能性がある。光学機器等内には、他の電磁駆動アクチュエータや磁気を利用したセンサが存在する為、スライダから漏れた磁界が、他のアクチュエータ駆動の精度やセンサの測定精度に悪影響を及ぼすことがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、超音波モータの振動部材を摺動部材に押圧する際、駆動抵抗を増加させずに十分な駆動力が得られ、さらに超音波モータ外に漏れ出る磁界を少なくできる超音波モータ、及び超音波モータ付き装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の超音波モータは、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材と、前記振動部材が圧接される摺動部材と、を備え、前記振動部材と前記摺動部材が相対的に移動する。前記摺動部材は磁性体で形成され、前記振動部材に、前記圧接のための磁力を発生する一つ以上の磁石が配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波モータによれば、振動部材に磁石が配置されているので、レールなどの摺動部材上を振動しながら相対的に進退駆動する振動部材を、摺動部材に押圧する際、新たな駆動抵抗が発生しないようにできる。よって、駆動抵抗を増加させずに十分な駆動力が得られる。さらに、振動部材側に磁石があるので、振動部材と摺動部材を相対的に押圧する為の磁界が超音波モータ外に漏れ出るのを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】超音波モータが組み込まれたレンズ鏡筒の外観図。
【図２】超音波モータが組み込まれたレンズ鏡筒をカメラに取り付けた際の断面図。
【図３】実施形態１の超音波モータの一部を成す振動体ユニットの外観図。
【図４】実施形態１の超音波モータとそれで駆動されるレンズの正面断面図。
【図５】実施形態１の左側面図。
【図６】実施形態１の右側面断面図。
【図７】実施形態２の超音波モータの一部を成す振動体ユニットの外観図。
【図８】実施形態２の正面断面図。
【図９】実施形態２の右側面断面図。
【図１０】実施形態３の超音波モータの一部を成す振動体ユニットの外観図。
【図１１】実施形態３の右側面断面図。
【図１２】実施形態４の正面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明では、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材ないし振動体と、振動部材が圧接されるレールなどの摺動部材を備え、振動部材と摺動部材が相対的に移動する。そして、比較的長く伸びる摺動部材は磁性体で形成され、比較的短尺の振動部材に、磁力を発生する磁石が配置される。振動部材は磁力により摺動部材に吸着されるが、反力は発生しないので、上述の新たな駆動抵抗が発生しないようにできる。また、磁路は、磁石、振動部材の一部、摺動部材の一部を含む比較的狭い領域に形成されるので、磁界が超音波モータ外に漏れ出るのを少なくできる。磁石は、典型的には、振動部材の表面に配置固定されるが、上記効果を奏するのであれば、振動部材の中に形成されてもよい。下記の実施形態では、摺動部材が固定で、振動部材が移動するが、この関係は逆であってもよい。こうした相対的に移動する振動部材もしくは摺動部材に対して、これと一体的に移動する後述の移動部材が取り付けられる。
【００１１】
以下に、本発明の実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１から図７を参照して実施形態１を説明する。図１は本実施形態の超音波モータを内臓する超音波モータ付き装置であるレンズ鏡筒２の外観図である。図２はその超音波モータを内臓するレンズ鏡筒２がカメラボディ３に取り付けられた際の断面図である。図２において、レンズ７０は、フォーカシング時に光軸方向に前後する光学系であり、超音波モータユニット１がレンズ７０を光軸方向に駆動させる。
【００１２】
先ず図３で、超音波モータユニット１で使用される振動体ユニットの構造を説明する。図３において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ上面図、一方向からの側面図１、他方向からの側面図２、下面図である。振動体ユニットで構造の核となる部品である振動体１０は、磁性材料の長方形薄板形状の部材で、中央部の２箇所に円筒形状をした突起部１１と突起部１２が存在する。振動体１０の長手方向の両端部には穴部１３と穴部１４があり、移動部材である後述の支持部材４０に位置決め固定する為の丸穴である。その穴部１３と穴部１４の内側には、角穴部１５と角穴部１６があり、それぞれ、前述の突起部１１、１２と穴部１３、１４間の振動体の剛性を弱める為の穴である。つまり、振動部材の長手方向の両端部には、移動部材に位置決め固定する為の固定部があり、この固定部の前記相対的移動の方向の内側には、突起部と固定部との間の振動部材の剛性を弱める為の穴部が形成されている。これにより、振動体と共に移動する移動部材と振動体との連結が、弾力を伴う高い強じん性を持つようになる。振動体１０の突起部１１、１２が存在する表面（振動部材の摺動部材が接触する面）の反対側の面には、所定の分極処理が施されたピエゾ素子２０が貼り付けられている。ピエゾ素子２０に加える電圧を制御することで、図３（ｂ）で示すように、側面から見た突起部１１と突起部１２を各々異なるタイミングで楕円運動させることが可能である。
【００１３】
長方形をした磁石３０は、長手方向両端がＳ極３１とＮ極３２に磁化された磁石であり、接着硬化後も弾性がある接着剤でピエゾ素子２０の表面に接着されている。図３（ｂ）で示すように、側面から見て、Ｓ極３１の先端は突起部１１の中心と一致し、Ｎ極３２の先端は突起部１２の中心と一致している。これにより、上記吸着力を発生する磁路を狭い範囲で容易に形成できる。以上のように、振動部材には、摺動部材と接触する為の複数の突起部が前記相対的移動の方向に離隔して配置される。そして、突起部の内の一つである第１の突起部と磁石の一方の磁極端の位置が、前記相対的移動の方向において略一致し、第１の突起部とは異なる第２の突起部と磁石の他方の磁極端の位置が、前記相対的移動の方向において略一致している。
【００１４】
次に図４から図６で、超音波モータユニット１とそれによって駆動されるフォーカスレンズ７０の構造を説明する。図４は、図５の断面ＢＢにおける配置を示す正面図であり、図５は左側面図であり、図６は、図４の断面ＡＡにおける配置を示す右側面断面図である。レンズ鏡筒２のフォーカシング時に駆動するレンズ７０の支持状態について説明する。正面図の図４と側面図の図５、図６で示すように、レンズ７０は、レンズホルダー８０の中央に接着固定されている。レンズ鏡筒２内に固定されているメインガイドバー９０に、レンズホルダー８０の上方にあるリブ部８２中のバー用嵌合穴部（不図示）と、他のリブ部８３中のバー用嵌合穴部８５が、メインガイドバー９０の軸方向に摺動可能に嵌合している。また、レンズ鏡筒２内に固定されているサブガイドバー１００に、レンズホルダー８０の下方にあるバー用嵌合溝８６が、サブガイドバー１００の軸方向に摺動可能にやや隙間がある状態で嵌合している。
【００１５】
移動部材である支持部材４０には、図６で示されている凸部４５と凸部４６が配置され、図３で説明した振動体ユニットの穴部１３と穴部１４にそれぞれ嵌入して接着固定されている。支持部材４０の嵌合部４４は、支持軸受穴８７において、レンズホルダー８０の上方にあるリブ部８２とリブ部８３によって支持されている支持軸６０に回転可能に嵌合している。そして嵌合部４４は連結部４３によって、支持部材４０の素子支持部４１及び素子支持部４２と繋がっている。凸部４５と凸部４６は、それぞれ、素子支持部４１と素子支持部４２の先端部から突出している。レンズ鏡筒２内に固定されている摺動部材であるレール５０は、正面から見て比較的長く伸びた長方形形状の磁性材料の部材であり、その上面に、振動体１０の突起部１１の先端と突起部１２の先端が接触する位置にある。
【００１６】
図６で、磁路の磁力線の状態を説明する。磁力線の多くは、磁石３０のＮ極３２の先端からピエゾ素子２０を通過し、振動体１０の突起部１２の先端から、接しているレール５０内を通る。そして、レール５０に接している突起部１１の先端から振動体１０を通り、ピエゾ素子２０を通過し、磁石３０のＳ極３１の先端へ戻る。このことにより、振動体１０の突起部１１と突起部１２が、レール５０の表面に磁力により吸着される。
【００１７】
次に、超音波モータによるレンズ７０の光軸方向への進退駆動の動きを説明する。前述したように、所定の分極処理がされたピエゾ素子２０に加える電圧を制御することで、振動体１０の伸び振動と曲げ振動の組合せにより、突起部１１の先端と突起部１２の先端は、図３（ｂ）の側面図に示すような楕円運動を各々異なる位相で行う。図６で示されるように、突起部１１の先端と突起部１２の先端とレール５０の表面との間には、磁力による吸着力が働いているので、突起部１１の先端と突起部１２の先端には、レール５０の表面を楕円運動しながら蹴り進む力が働く。この蹴り進む力によって、レンズ７０を支持する支持部材４０を繰り出す動きとなる。また楕円運動の回転が逆回転になるようにピエゾ素子へ加える電圧波形を制御することで、レンズ７０を繰り込むことが可能となる。このような仕組みは、例えば上記特許文献１に記載されている仕組みと同様である。
本実施形態では、レール５０に対して相対的に移動する振動体１０の突起部１１と突起部１２は楕円運動をし、そして、磁力によって、レール５０の表面へ吸着される。これにより、上記コイルバネのような反作用の力が発生しないので、その反作用の力による摺動摩擦抵抗が発生しない。
【００１８】
以上により、超音波モータによるレンズ駆動時、振動体の摺動部材への加圧による駆動抵抗が発生しない為、少ない駆動力で、レンズを駆動でき、超音波モータの小型化や、駆動電力の低減が可能となる。
【００１９】
（実施形態２）
図７から図９を参照して実施形態２を説明する。図７から図９は、それぞれ、実施形態１の図３、図４、図６と同様な図である。本実施形態の超音波モータユニットで使用される振動体ユニットの構造を説明する。振動体１０とピエゾ素子２０の構造は、実施形態１と同一である為、ここでは説明を省略する。本実施形態では、磁石１３０は円筒形をした磁石であり、片面がＳ極１３１で他面がＮ極１３２である。振動体１０の突起部１１の中心に磁石１３０の中心がほぼ一致するよう、ピエゾ素子２０の表面にＳ極１３１が接着されている。同様に、磁石１４０も円筒形をした磁石であり、片面がＳ極１４１で他面がＮ極１４２である。振動体１０の突起部１２の中心に磁石１４０の中心がほぼ一致するよう、ピエゾ素子２０の表面にＮ極１４２が接着されている。以上のように、振動部材には、摺動部材と接触する為の複数の突起部が前記相対的移動の方向に離隔して配置される。そして、突起部の内の一つである第１の突起部の中心と第１の磁石の位置が、前記相対的移動の方向において略一致し、第１の突起部とは異なる第２の突起部の中心と第２の磁石の位置が、前記相対的移動の方向において略一致している。さらに、振動部材の表面に向いている磁極が第１の磁石と第２の磁石では異なっている。
【００２０】
次に、Ｎ極１３２の表面とＳ極１４１の表面を橋渡しする形で、ヨーク１５０が磁石１３０、１４０に固定されている。つまり、磁石による振動部材の摺動部材への吸着力を増幅するためのヨーク部材が、第１の磁石の磁極表面と第２の磁石の磁極表面に接するように架橋されている。図９で、磁力線の状態を説明する。磁力線の多くは、磁石１４０のＮ極１４２の先端からピエゾ素子２０を通過し、振動体１０の突起部１２の先端から、接しているレール５０内を通る。そして、レール５０に接している突起部１１の先端から振動体１０を通り、ピエゾ素子２０を通過し、磁石１３０のＳ極１３１の先端へ進む。そして、Ｎ極１３２、ヨーク１５０を通過し、磁石１４０のＳ極１４１に到達する。このように、本実施形態でも、磁力によって、レール５０に対して相対的に移動する振動体１０の楕円運動体である突起部１１と突起部１２に、レール５０の表面への吸着力を発生させることができ、上記駆動抵抗となる他の力が発生しない。その為、少ない駆動力で、レンズを駆動でき、超音波モータの小型化や、駆動電力の低減が可能となる。
【００２１】
（実施形態３）
図１０と図１１を参照して実施形態３を説明する。図１０と図１１は、それぞれ、実施形態１の図３、図６と同様な図である。先ず図１０で、使用する振動体ユニットの構造を説明する。振動体ユニットで構造の核となる部品である振動体１０は、磁性材料の長方形薄板形状の部材で、中央２箇所に円筒形状をした突起部１１と突起部１２が存在する。振動体１０の長手方向の両端には穴部１３と穴部１４があり、後述の支持部材４０に位置決め固定する為の丸穴である。その穴部１３と穴部１４の内側には、円筒形状の凹部を持つ磁石受け部２１７と磁石受け部２１８が配置されている。磁石２３０、２４０は、それぞれ、円筒形をした磁石であり、片面がＳ極２３１、２４１で他面がＮ極２３２、２４２である。磁石受け部２１７の凹部には磁石２３０が、Ｓ極２３１が凹部の底に面するように嵌め込まれ固定されている。磁石受け部２１８の凹部には磁石２４０が、Ｎ極２４２が凹部の底に面するように嵌め込まれ固定されている。
【００２２】
振動体１０の突起部１１と突起部１２が存在する表面の反対側の面には、所定の分極処理がされたピエゾ素子２０が貼り付けられ、加える電圧を制御することで、側面から見た突起部１１と突起部１２が各々異なるタイミングで楕円運動させられる。振動体１０の磁石受け部２１７と磁石受け部２１８の配置されている位置は、突起部１１と突起部１２が楕円運動を行っている際であっても、ほとんど変位が発生しない振動の節にある。すなわち、振動がほぼ無い節である振動部材の部位に、磁石を固定する磁石固定部が設けられている。
【００２３】
次に図１１の超音波モータとそれによって駆動されるフォーカスレンズ７０を示す図１１で、磁力線の状態を説明する。磁力線の多くは、磁石２４０のＮ極２４２の先端から磁石受け部２１８の底を通過し、磁石受け部２１８の底とレール５０間の小間隔の空気層を通り、レール５０に到達する。そして、レール５０内を通過し、再び小間隔の空気層を通り、磁石受け部２１７の底から磁石２３０のＳ極２３１に到達する。
【００２４】
この実施形態３では、ピエゾ素子２０に加える電圧を制御し突起部１１と突起部１２に楕円運動をさせている際も、振動体１０上の磁石受け部２１７、２１８の配置されている位置はほとんど変位や振動をしない。その為、磁石受け部２１７や磁石受け部２１８とレール５０間の空気間隔を極力小さくできる。したがって、振動部材の摺動部材への磁力による吸着力の低下ないし変動を少なくすることが可能となる。また、少ない駆動力で、レンズを駆動でき、超音波モータの小型化や、駆動電力の低減が可能となる。
【００２５】
（実施形態４）
図１２を参照して実施形態４を説明する。図１２は、実施形態２の図８と同様な図である。図１２において、実施形態２の図８と異なる部分のみ説明する。レール５０の中心軸は、振動体１０と磁石１３０、１４０の中心軸に対して、図の右方向へオフセット量３０１だけずれた位置に配置されている。すなわち、振動部材の中心と摺動部材の中心が、摺動部材の表面内で、且つ前記相対的移動の方向に直交する方向に離れている。このオフセットされた配置の為、レール５０の中心軸を境にして、レール５０の左部分と右部分を通過する磁力線の密度に差が発生し、固定されたレール５０に対して、磁石１３０、１４０に図中矢印のようなオフセット力３０２が発生する。このオフセット力によって、磁石１３０、１４０が固定されている振動体１０や支持部材４０には図中右方向へ引っ張られる力が働く。そして、嵌合部４４は支持軸６０を右方向へ引っ張り、レンズホルダー８０は右方向に引っ張られる。
【００２６】
このことにより、メインガイドバー９０とバー用嵌合穴部８４の径方向のガタは、図１２のように左側のガタが零になるように片寄せされる。また、サブガイドバー１００とバー用嵌合溝８６のガタも、図１２のように左側のガタが零になるように片寄せされる。以上のガイドバー９０、１００と嵌合穴部８４や嵌合溝８６のガタが片寄せされることで、振動体１０の駆動によってレンズホルダー８０が光軸方向に進退運動する際も、レンズ７０のガタツキが無く、精度の高い光軸方向の移動が可能となる。
【００２７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、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】
【００２８】
１・・超音波モータユニット、２・・レンズ鏡筒、３・・カメラボディ、１０・・振動体（振動部材）、１１、１２・・突起部、１３、１４・・穴部、１５、１６・・角穴部、２０・・ピエゾ素子、３０・・磁石、３１・・Ｓ極、３２・・Ｎ極、５０・・レール（摺動部材）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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