(57)【要約】【課題】起動時ロータに作用する負荷にかかわらず確実に起動する超音波モータを提供することを目的としている。【解決手段】  摩擦駆動体３２は、回転軸１２の円周方向に沿って形成される。ロータ１１は、回転軸１２に支持され、摩擦駆動体３２に摩擦係合している。ロータ１１は、摩擦駆動体３２の振動によって回転軸１２の軸心周りに回転する。動力伝達部５２は、ロータ１１に生じた回転力を、回転軸１２を介して被駆動部材５０に伝達する。動力伝達部５２は、起動時に回転軸１２の回転力を被駆動部材５０に伝達しない一定の無負荷区間を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の円周方向に沿って形成される摩擦駆動体と、
前記回転軸に支持されるとともに前記摩擦駆動体に摩擦係合され、前記摩擦駆動体の振動によって前記回転軸の軸心周りに回転するロータと、
前記ロータに生じた回転力を、前記回転軸を介して前記被駆動部材に伝達する動力伝達部を備え、
前記動力伝達部が、起動時に前記回転軸の回転力を前記被駆動部材に伝達しない一定の無負荷区間を有することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記回転軸の回転速度の変動に伴う回転速度のピークが１回転の間にＮ回生じ、前記無負荷区間の大きさが実質的に１／Ｎ回転以上である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】
前記動力伝達部が、前記回転軸に形成された当接部と、前記被駆動部材に形成された突起とを備え、前記当接部が前記突起に当接して前記回転力を伝達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】
前記無負荷区間が、前記当接部が前記突起に当接しない区間であることを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記動力伝達部が、前記回転軸と一体的な巻取部と、
前記巻取部に巻き取られるための可撓性長尺部材とを備え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６】
前記動力伝達部が、前記被駆動部材に設けられ前記可撓性長尺部材の両端が固定されたピンを備えることを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記無負荷区間の大きさが１回転以上であることを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばカメラのレンズ鏡筒に設けられるレンズを光軸に沿って駆動させる超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波モータとして、回転軸と、円周方向に沿って並べられた複数の櫛歯を有する摩擦駆動体と、回転軸に支持され摩擦駆動体に圧接されるロータとを備える構成が知られている（特許文献１）。このような超音波モータは、高精度な位置決めのために、摩擦駆動体が圧電素子によって超音波振動され、その駆動によってロータが回転させられると共に、ロータの回転が回転軸を介して光学部材に伝達されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０２-１７４５６９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、起動時ロータが十分に加速しないうちに定格の回転負荷がかかり、起動できない場合が生じることがある。本発明は、起動時ロータに作用する負荷にかかわらず、確実に起動する超音波モータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明における超音波モータは、回転軸と、回転軸の円周方向に沿って形成される摩擦駆動体と、回転軸に支持されるとともに摩擦駆動体に摩擦係合され、摩擦駆動体の振動によって回転軸の軸心周りに回転するロータと、ロータに生じた回転力を、回転軸を介して被駆動部材に伝達する動力伝達部を備え、動力伝達部が、起動時に回転軸の回転力を被駆動部材に伝達しない一定の無負荷区間を有することを特徴としている。
【０００６】
回転軸の回転速度の変動に伴う回転速度のピークが１回転の間にＮ回生じる場合、無負荷区間の大きさは実質的に１／Ｎ回転以上であることが好ましい。
【０００７】
動力伝達部が、回転軸に形成された当接部と、被駆動部材に形成された突起とを備え、当接部が突起に当接して回転力を伝達するように構成しても良い。
【０００８】
無負荷区間は、例えば当接部が突起に当接しない区間である。
【０００９】
動力伝達部は、回転軸と一体的な巻取部と、巻取部に巻き取られるための可撓性長尺部材とを備える機構としても良い。この機構では、動力伝達部が、被駆動部材に設けられ可撓性長尺部材の両端が固定されたピンを備えることが好ましく、無負荷区間の大きさを１回転以上とすることも可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、起動時にロータの回転負荷を無くすことによって、超音波モータを確実に起動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態における超音波モータを示す断面図である。
【図２】第１の実施形態における回転力伝達部の起動時の初期状態を示し、図１のII‐II線に沿う断面図である。
【図３】第２の実施形態における超音波モータを示す断面図である。
【図４】第２の実施形態における回転力伝達部の起動時の初期状態を示し、図３のIV‐IV線に沿う断面図である。
【図５】第２の実施形態における回転力伝達部を示し、ギアが始動する直前の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータを示す断面図である。超音波モータは、例えばカメラのレンズ鏡筒に設けられ、レンズを光軸方向に駆動するために用いられる。この超音波モータは、レンズ鏡筒内に設けられたカム環の外周側に設けられるポーション型と呼ばれるモータである。
【００１３】
超音波モータ１０は、円板状の台座３１を介してレンズ鏡筒（図示せず）に固定される。台座３１の上面側には摩擦駆動体３２が形成され、摩擦駆動体３２の内周部には筒状体３３が設けられる。台座３１と摩擦駆動体３２と筒状体３３によってステータが構成される。筒状体３３の内側には回転軸１２が設けられる。回転軸１２の一端にはロータ１１が一体的に取付けられ、他端にはギア５０（被駆動部材）が回転自在に設けられる。
【００１４】
ロータ１１は、円形の基板１３と、基板１３の中心部に形成された円筒状の連結部１５と、基板１３の外周部に設けられた円筒状の外周壁部１４とを有する。連結部１５は回転軸１２に嵌合され、ネジ７０によって回転軸１２とロータ１１が一体的に結合されている。回転軸１２の他端において、ネジ７１とワッシャ７２によってギア５０の抜け止めが施されている。
【００１５】
回転軸１２の軸方向におけるほぼ中央には、他の部分より外径が大きい大径部１６が形成される。筒状体３３の内周面と、回転軸１２の外周面の間には、軸受３７が挿入される。軸受３７は、回転軸１２に嵌着され、軸受３７の内輪部材は、大径部１６に係合している。軸受３７の外輪部材は、筒状体３３に嵌着され、回転軸１２はステータに対して回転自在である。
【００１６】
軸受３７の外輪部材の上端と筒状体３３上部に形成されたフランジ部３８の間には、コイルばね３９が設けられている。コイルばね３９は、回転軸１２を囲繞し、軸方向に圧縮された状態で設けられている。コイルばね３９は、その復元力によって、軸受３７を軸方向下方に押圧する。これにより回転軸１２を介してロータ１１が下向きに付勢され、ロータ１１の外周壁部１４が、摩擦駆動体３２に圧接されて摩擦係合される。
【００１７】
摩擦駆動体３２は、環状に形成された基部３４と、基部３４の上面に連設され、円周方向に沿って並べられた複数の櫛歯３５とから構成される。基部３４の下面には、圧電体３６が一体的に取り付けられる。圧電体３６には、円周方向に沿って分割された電極（不図示）が取り付けられており、通電する電極や通電するタイミングを位相制御して、時間変化で選択的に圧電体３６の伸縮状態を変化させることで、ロータ１１の回転方向や回転速度の制御が行われる。本実施形態における超音波モータは４相駆動である。なお、超音波モータの駆動原理はすでに広く知られているので、ここでの詳細説明は省略する。
【００１８】
台座３１において大径部１６に対応する位置には開口４０が形成され、大径部１６と開口４０との間にはギア５０の上面に形成された突起５１が位置している。大径部１６には図２に示すように、径方向に突出する当接部１７が形成され、当接部１７は突起５１に当接可能である。
【００１９】
超音波モータ１０では、圧電体３６に超音波帯域（例えば、２０ＫＨｚ以上）の高周波電圧が印加され、これにより圧電体３６が振動する。この振動は摩擦駆動体３２に伝達され、櫛歯３５の上面に進行波が発生する。この進行波によって、櫛歯３５の上面に圧接されたロータ１１の外周壁部１４が、円周方向に摩擦駆動される。これにより、ロータ１１と回転軸１２が軸心周りに回転駆動される。回転軸１２の回転は、当接部１７を介して突起５１に伝達され、ギア５０が回転する。このギア５０の回転力によってカム環（図示せず）が駆動される。すなわち、当接部１７と突起５１により回転力伝達部５２が構成される。
【００２０】
図２は超音波モータの起動時の初期状態を表している。当接部１７と突起５１の間には意図的に所定の大きさのバックラッシＢが設けられている。当接部１７はバックラッシＢの区間（無負荷区間）を通過後、突起５１と当接し、当接部１７が突起５１を押すことによりギア５０が回転を始める。
【００２１】
超音波モータは一般に、圧電体３６への通電形態に起因して回転ムラが生じるが、バックラッシＢは、この回転ムラの影響によって超音波モータ１０の起動停止を防ぐために設けられている。速度が低い状態で当接部１７に負荷がかかった場合、ギア５０を回転させることが出来ずに起動しない場合がある。すなわち、ロータ１１の起動直後に回転速度が低下した状態で、突然、負荷が掛かった場合、ロータ１１が停止してしまう恐れがある。そこで、少なくとも、起動直後に生じる回転速度変動周期を経過して、最低速度より早い速度域で負荷が掛かるように構成すれば、ロータ１１は停止することなく回転する。本実施形態では、起動時速度が低い当接部１７を、バックラッシＢの間に十分に加速し、突起５１に当接させることによって超音波モータを確実に起動させるように構成している。
【００２２】
本実施形態の超音波モータは、４相で駆動電圧信号の位相差が９０度であり、回転速度の変動に伴う回転速度のピークが、ロータ１１が１回転する間に４回生じる場合を想定している。この場合、バックラッシＢの回転角を１／４回転相当に定めれば、超音波モータが確実に起動する。すなわち、ロータ１１が１回転する間に速度のピークがＮ回生じる場合のバックラッシＢの回転角は実質的に１／Ｎ回転以上であることが望ましい。
【００２３】
図３は、第２の実施形態に係る超音波モータの断面図である。第１の実施形態との相違点は、ギア５０と回転軸１２との回転力伝達部６０である。
【００２４】
回転軸１２には、他の部分よりも径の小さい円筒状の巻取部１８が、開口４０に対応する位置に形成されており、巻取部１８の中心を通り径方向に貫通するスリット１９（図４参照）が設けられている。ギア５０の上部で開口部４０に対応する位置には、ピン６１、６２が設けられている。また、巻取部１８を取り囲むように筒状体５３が設けられている。筒状体５３は開口４０の壁面によって回転自在に支持される。
【００２５】
図４は回転力伝達部６０の起動時の初期状態を示す断面図である。スリット１９にはリボン６３が挿通されていて、リボン６３はピン６１、６２に等分に巻きつけられた状態で、リボン６３の端部はピン６１、６２に各々接着されている。
【００２６】
起動と同時に巻取部１８は回転を始め、リボン６３はこの回転によって巻取部１８に巻き取られる。この間、巻取部１８は回転するが、ギア５０はカム環（図示せず）に噛合して負荷がかかり、その負荷が巻取部１８の回転力よりも大きいため、ピン６１、６２すなわちギア５０は軸心周りに回転しない。図５は、巻取部１８がリボン６３を巻き取る過程を示している。最終的に、リボン６３が巻取部１８に巻き取られ、巻取部１８とピン６１、６２との間におけるリボン６３の張力が負荷よりも大きくなった時点から、回転軸１２の回転力が伝達され、ギア５０は回転を始める。
【００２７】
リボン６３の長さを変えることによって無負荷区間、すなわちギア５０を回転させること無く回転軸１２が回転する区間を調整することが可能である。第１の実施形態と異なり、無負荷区間を１回転以上設けることが出来る。例えば、３回転以上の無負荷区間を設けても良く、リボン６３の長さは、回転速度の変動に伴う回転速度のピークが、ロータ１１が１回転する間にＮ回生じる場合、ピン６１とピン６２を結ぶ直線の長さと、巻取部１８の外周の１／Ｎの長さとの総和以上であれば、超音波モータは確実に起動する。
【００２８】
なお、リボン６３の代わりに、例えばワイヤーのようにリボン６３よりも表面積の小さい紐状の部材を用いても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１０  超音波モータ
１１  ロータ
１２  回転軸
１３  基板
１４  外周壁部
１５  連結部
１６  大径部
１７  当接部
１８  巻取部
１９  スリット
３１  台座
３２  摩擦駆動体
３３  筒状体
３４  基部
３５  櫛歯
３６  圧電体
３７  軸受
３８  フランジ部
３９  コイルばね
４０  開口
５０  ギア
５１  突起
５２  回転力伝達部
５３  筒状体
６０  回転力伝達部
６１  ピン
６２  ピン
６３  リボン
７０  ネジ
７１  ネジ
７２  ワッシャ
Ｂ  バックラッシ
【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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