(57)【要約】【課題】振動体の振動による共振の発生を防止しながら、振動体を適切に保持して、振動体に安定した振動を発生可能な振動体保持機構、超音波モータ及びレンズ駆動装置を提供する。【解決手段】上記課題を解決するため、振動体と、当該振動体を内部に振動自在に収容して保持する保持部材とを備え、振動体の振動力を外部に出力する振動体保持機構において、当該振動体は、保持部材に収容される角柱状の胴体部と、この胴体部の一端側に設けられると共に、保持部材の外側に突出して設けられる振動出力部とを有し、当該保持部材は、当該振動体の胴体部を構成する４つの側面に沿って所定の間隔を開けて平行に配置される壁面によって構成される振動体収容部と、当該振動体収容部を構成する壁面の内面に、当該振動体の発する振動が当該壁面に伝達することを抑制する共振防止手段を備えたことを特徴とする振動体保持機構を採用した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体と、当該振動体を内部に振動自在に収容して保持する保持部材とからなる振動体保持機構であって、
当該振動体は、保持部材に収容される四角柱状の胴体部と、この胴体部の一端側に設けられると共に、保持部材の外側に突出して設けられる振動出力部とを有し、
当該保持部材は、当該振動体の胴体部を構成する４つの側面に沿って所定の間隔を開けて平行に配置される壁面によって構成される振動体収容部と、当該振動体収容部を構成する壁面の内面に、当該振動体の発する振動が当該壁面に伝達することを抑制する共振防止手段を備えたことを特徴とする振動体保持機構。
【請求項２】
前記共振防止手段は、前記保持部材の前記振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材を配置し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に転動体を配置したものである請求項１に記載の振動体保持機構。
【請求項３】
前記共振防止手段は、前記保持部材の前記振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に転動体を配したものである請求項１に記載の振動体保持機構。
【請求項４】
前記共振防止手段は、前記保持部材の前記振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配したものである請求項１に記載の振動体保持機構。
【請求項５】
前記弾性部材として、円錐バネ材を用いた請求項１〜請求項４のいずれかに記載の振動体保持機構。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の振動体保持機構を用いて、且つ、前記角柱状の振動体は、前記一端側に設けた振動出力部を、被駆動体に圧接させるため、他端側の面を当該一端側に押しつけるための付勢手段を備えたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】
撮像装置のレンズ駆動装置であって、
請求項６に記載の超音波モータを用いたことを特徴とするレンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、超音波モータの振動体を保持する振動体保持機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、振動体に１つの固有の超音波振動又は異なる２つの固有の超音波振動を所定の周波数及びタイミングで発生させることにより、当該振動体の振動出力部において、楕円等の回転運動や往復運動を発生させ、この運動を振動出力部に接触させたロータ等の被駆動体に伝達して、当該被駆動体を駆動するものである。当該超音波モータは、低速高トルクを実現可能であり、静粛性に優れ、小型軽量化に適しているといった特徴がある。このため、カメラのオートフォーカス機能や、走査型電子顕微鏡を始めとし、精密な位置決めが要求される様々な可動機構の駆動源として広く用いられている。
【０００３】
超音波モータの振動体は、当該振動体の振動が超音波モータのベース部材等、周囲の部材に伝達し難いように、微振動が可能な状態で保持部材等により保持されている。当該振動体の保持方法として、例えば、本件出願人が提案した特許文献１に開示の振動モータユニットは、振動モータのベース部材とは別部材からなる振動子ホルダ（振動体ホルダ）で振動子（振動体）を保持する構成を採用している。具体的に、特許文献１では、溝状の収容部を有する枠体で構成された振動子ホルダの収容部内に、振動子を収容した状態で当該振動子が伸縮及び所望の方向に振動可能に保持したものである。
【０００４】
また、特許文献２には、振動体の上面及び振動体の節の位置近傍に支持部材を設け、当該支持部材により振動体を加圧することにより、圧電モータの振動体を保持する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２０６９０７号公報
【特許文献２】特許第４８７８３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、部品精度のバラツキ等により、振動体ホルダの保持部と振動体との間に僅かな隙間が生じて、当該保持部にて振動体の振動ムラを抑制することができない場合がある。また、特許文献２の構成では、保持部材による加圧により振動体が圧迫されるため、振動体と当該振動体の下面に位置する摩擦部材との間の摩擦力が増大する。その結果、振動体に振動を加えた時の振動体と摩擦部材との間のすべりが抑制され、振動体の振動出力部における所望の運動に繋がる振動が阻害される恐れがある。更に、上述したように、振動体と摩擦部材との間のすべりが抑制されることで、当該振動体の振動が摩擦部材やベース部材等の周囲の部材に伝わりやすくなる。これにより、振動体の振動が摩擦部材やベース部材等の周囲の部材に増幅されて伝わり、これら摩擦部材やベース部材等が共振する恐れがある。
【０００７】
そこで、本件発明は、振動体の振動による共振の発生を防止しながら、振動体を適切に保持して、振動体に安定した振動を発生可能な振動体保持機構、超音波モータ及びレンズ駆動装置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】
【０００８】
本発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の振動体保持機構、超音波モータ及びレンズ駆動装置を採用することで上記目的を達成するに到った。
【０００９】
本件発明に係る振動体保持機構は、振動体と、当該振動体を内部に振動自在に収容して保持する保持部材とからなる振動体保持機構であって、当該振動体は、保持部材に収容される四角柱状の胴体部と、この胴体部の一端側に設けられると共に、保持部材の外側に突出して設けられる振動出力部とを有し、当該保持部材は、当該振動体の胴体部を構成する４つの側面に沿って所定の間隔を開けて平行に配置される壁面によって構成される振動体収容部と、当該振動体収容部を構成する壁面の内面に、当該振動体の発する振動が当該壁面に伝達することを抑制する共振防止手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本件発明に係る振動体保持機構は、前記共振防止手段は、前記保持部材の前記振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材を配置し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に転動体を配置したものであることが好ましい。
【００１１】
本件発明に係る振動体保持機構は、前記共振防止手段は、前記保持部材の前記振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に転動体を配したものであることも好ましい。
【００１２】
本件発明に係る振動体保持機構は、前記共振防止手段は、前記保持部材の前記振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配したものであることも好ましい。
【００１３】
本件発明に係る振動体保持機構は、前記弾性部材として円錐バネ材を用いるのが好ましい。
【００１４】
本件発明に係る超音波モータは、上述の振動体保持機構を用いて、且つ、前記角柱状の振動体は、前記一端側に設けた振動出力部を、被駆動体に圧接させるため、他端側の面を当該一端側に押しつけるための付勢手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本件発明に係るレンズ駆動装置は、撮像装置のレンズ駆動装置であって、上述の超音波モータを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本件発明に係る振動体保持機構は、振動体収容部を構成する壁面の内面に、振動体の発する振動が当該壁面に伝達することを抑制する共振防止手段を備えることにより、振動体の振動を適切な状態に保つことができる。特に、共振防止手段により振動体の振動が振動体収容部の壁面に伝達される不都合を効果的に防止することができる。その結果、振動体の振動が、振動体保持機構を介してこの振動体保持機構を搭載したベース部材や当該ベース部材上に設けられた周囲の部材等に増幅して伝達され、これらの部材が共振して超音波モータの駆動等に悪影響を及ぼす問題を防ぐことができる。
【００１７】
本件発明に係る超音波モータは、上述したように振動体の振動によって生じる共振の発生を防止しながら、振動体を適切な状態で振動可能に保持することができる振動体保持機構を備えるので、振動ムラが無く、駆動効率の高い超音波モータを提供することができる。また、本件発明に係るレンズ駆動装置は、上述した駆動効率の高い超音波モータを備えるので、消費電力の低減を図りながら、高精度のレンズ移動制御を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本件発明に係る振動体保持機構の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】振動体の形状を示す模式図である。
【図３】図１の振動体保持機構のＡ−Ａ線における断面を矢印方向から見た状態を示す図である。
【図４】弾性部材の外形状を示す模式図である。
【図５】円筒状体の転動体の配置例を示す図である。
【図６】振動体保持機構の形状を示す模式図である。
【図７】振動体保持機構の形状を示すもう一つの模式図である。
【図８】振動体保持部材の形状を示す別のもう一つの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本件発明に係る振動体保持機構、超音波モータ及びレンズ駆動装置の好ましい実施の形態に関して、図を参照しながら説明する。なお、本件発明は図示した形態に制限されるものではないことを最初に述べておく。
【００２０】
本件発明に係る振動体保持機構は、超音波モータの振動体を保持するための機構である。超音波モータは、振動体を振動させることにより当該振動体の振動出力部に運動を発生させ、この運動を被駆動体に伝達して被駆動体を駆動するための駆動力とするものである。図１は、本件発明に係る振動体保持機構１の一実施形態を示す平面図である。図１に示す振動体保持機構１は、本件発明に係る振動体保持機構１を備えた超音波モータ１０を、撮像装置の撮像用フォーカスレンズを移動させるためのフォーカスレンズ駆動装置９０に適用した一例である。フォーカスレンズ駆動装置９０は、光学フォーカスのためのフォーカスレンズを光軸方向に移動させる駆動源であり、このフォーカスレンズの外周に超音波モータ１０が配置される。以下の説明においては、図１に示す形態を用いて主として説明を行うこととする。
【００２１】
［振動体保持機構］
先ず、本件発明に係る振動体保持機構１の構造について説明する。振動体保持機構１は、超音波モータ１０の振動体２を保持するものであり、振動体２と、当該振動体２を内部に振動自在に収容して保持する保持部材３とからなる。
【００２２】
振動体：  本件発明に係る振動体保持機構１において、振動体２は、保持部材３に収容される四角柱状の胴体部２１と、この胴体部２１に設けられると共に、保持部材３の外側に突出して設けられる振動体出力部２２とを有することを特徴とする。図２は、振動体２を上面側から見たときの形状の一例を示す平面図である。振動体２は、図示しない電極に接続された複数の圧電素子２０を用いてなるものである。図２に示すように、本実施の形態の超音波モータ１０は、振動体２として、胴体部２１が略矩形平板状を呈しており、この胴体部２１の一端２１ａ側に突起状の振動出力部２２を備える。
【００２３】
そして、圧電素子２０に接続された各電極にそれぞれ所定の交流電圧が印加されると、胴体部２１には、図２の矢印Ａ方向に伸縮する運動（一次縦振動）と、矢印Ｂ方向の屈曲振動が発生する。そして、各電極の周波数を揃え、位相を所定量異なるものとすることにより、一次縦振動と屈曲振動とが合成され、振動出力部２２に楕円運動や水平往復運動等、所望の運動を発生させることができる。本実施の形態の超音波モータ１０は、振動体２の振動出力部２２の点Ｐにおいて、楕円運動を発生させるものである。
【００２４】
具体的には、振動体２の振動出力部２２の点Ｐを、この出力部２２に発生させる運動の中心点とし、当該出力部２２の中心点Ｐを通り、且つ、被駆動体６と出力部２２とが当接する当接面に対して垂直に交わる線を基準線Ｌとした場合、この基準線Ｌにおいて、胴体部２１の縦振動と屈曲振動とが合成され、出力部２２の楕円運動に変換されるのである。
【００２５】
当該振動体２は、胴体部２１の一端２１ａ側に設けられた振動体出力部２２が被駆動体６に当接するように配置され、この胴体部２１の他端２１ｂ側の面に当該他端２１ｂ側の面を一端２１ａ側に押しつけるための付勢手段である与圧機構７が当接するよう配置される。なお、被駆動体６及び与圧機構７については後に詳述する。
【００２６】
保持部材：  本件発明に係る振動体保持機構１の保持部材３は、振動体２の胴体部２１を構成する４つの側面に沿って所定の間隔を開けて平行に配置される壁面によって構成される振動体収容部と、当該振動体収容部を構成する壁面の内側に、振動体２の発する振動が壁面に伝達することを抑制する共振防止手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
図３は、図１における振動体保持機構１のＡ−Ａ線における断面を矢印方向から見た図である。保持部材３の振動体収容部３１は、両端が開口した矩形筒状の枠体にて構成されており、内部に振動体２の胴体部２１を収容するための空間が形成されている。係る構成により、振動体２は、胴体部２１の一端２１ａ側の面と他端２１ｂ側の面とが露出した状態で振動体収容部３１内に収容される。図１及び図３に示す本実施の形態では、振動体２の胴体部２１の振動出力部２２が設けられた一端２１ａ側の面及びその周辺と、振動出力部２２の反対側の他端２１ｂ側の面とが露出され、その他の面が振動体収容部３１を構成する壁面で概ね覆われるよう構成される。
【００２８】
当該振動体収容部３１を構成する４つの壁面（即ち、上壁面３２、下壁面３３及び両側壁面３６、３７）は、内部に振動体２の胴体部２１を収容した状態で、振動体２の胴体部２１を構成する４つの側面（即ち、上面２１ｃ、下面２１ｄ及び両側面２１ｅ、２１ｆ）に沿って所定の間隔を空けて平行に配置される。
【００２９】
共振防止手段：  本件発明の振動体保持機構１は、振動体２の胴体部２１を構成する４つの側面（２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ）と、当該側面の外周に所定の間隔を存して設けられた、振動体収容部３１を構成する４つの壁面（３２、３３、３６、３７）との間に共振防止手段を備えることを特徴とする。当該共振防止手段は、振動体２の発する振動が振動体収容部３１の壁面に伝達することを抑制するためのものである。この基本的技術思想の元に、本件発明に係る振動体保持機構１が備える共振防止手段として、以下のものが存在する。以下、本件発明に係る振動体保持機構１が備える共振防止手段を、「第１の共振防止手段」「第２の共振防止手段」「第３の共振防止手段」と称して大別する。
【００３０】
「第１の共振防止手段」：  第１の共振防止手段は、保持部材３の振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材を配置し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に転動体を配置したものである。
【００３１】
「第２の共振防止手段」：  そして、第２の共振防止手段は、保持部材３の振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配置し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に転動体を配置したものである。
【００３２】
「第３の共振防止手段」：  また、第３の共振防止手段は、保持部材３の振動体収容部を構成する壁面において、一対の相対向する内壁面のうち、一方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配し、他方の内壁面に凹部を設け、この凹部に弾性部材及び転動体を配したものである。
【００３３】
ここで、上述した各共振防止手段に共通する構成要素である「弾性部材」と「転動体」について説明する。
【００３４】
「弾性部材」：  先ず、「弾性部材」について説明する。弾性部材は、ゴム、バネ、弾性樹脂成分等の弾性材料からなるもので、振動体２の胴体部２１に押圧力を付与する部材である。図４は、弾性部材の形状を説明するための模式図である。図４（ａ）に示すように、弾性部材４は、一端面４１から他端面４２に向かって先窄まりの形状であり、一端面４１の中心点と他端面４２の中心点とを結ぶ中心線４Ｌを含む断面形状が中心線４Ｌに対して線対称となるよう構成されている。当該弾性部材４の外形として、例えば、円錐台形状、四角錐台形状等が考えられるが、特に、円錐体形状とすると、振動体２の胴体部２１を安定して保持する効果が高いので好ましい。更に、製造コストや取付安定性等を考慮すれば、弾性部材４として図４（ｂ）に示すようなバネ材を用いることが好ましい。
【００３５】
弾性部材４は、保持部材３の振動体収容部３１を構成する壁面に設けられた当該弾性部材４の収容部である凹部内において、当該凹部の底面に弾性部材４の一端面４１が面接触するよう配置される。このため、弾性部材４の一端面４１は、当該凹部の底面と略同一形状を呈していることが好ましい。このように、弾性部材４の一端面４１の形状と凹部の底面の形状とを略同一とすることで、弾性部材４を取り付ける際の位置決めが容易となり、また、弾性部材４を取り付けた後においては、当該弾性部材４の位置ズレを生じ難くすることができる。
【００３６】
また、弾性部材４は、振動体２の胴体部２１に対して、垂直に押圧力を付与することができるように、前述した中心線４Ｌが振動体２の基準線Ｌに対して略９０度となる位置に配置することが好ましい。更に、弾性部材４は、振動出力部２２における楕円運動に繋がる、弾性体２に発生させる振動を妨げないために、その振動の節となる位置に配置されることが好ましい。更にまた、後述する第２の共振防止手段又は第３の共振防止手段のように、弾性部材４の他端面４２に転動体が当接するよう配置する場合、位置ズレ等生じることなく、他端面４２と転動体とが安定的に当接配置されるように、他端面４２の面積を設定することが好ましい。
【００３７】
「転動体」：  次に、転動体について説明する。転動体は、振動体２の振動が振動体収容部３１の壁面に伝達される不都合を抑制するために設けられたものである。即ち、振動体２は、上述した弾性部材４の押圧力により弾性部材４の胴体部２１が圧迫されることによって生じる不都合（具体的には、振動体出力部２２における楕円運動に繋がる振動体２の振動の阻害、ベース部材９等の周囲部材への振動の伝達や共振の発生等）を防ぐために設けられたものである。
【００３８】
当該転動体は、保持部材３の振動体収容部３１を構成する壁面に設けられた転動体の収容部である凹部内で転動可能に設けられる。この転動体として、剛性を有する球状体、若しくは、図５に示すような円筒状体５０等の部材を用いることができるが、特に、本実施の形態に示すように球状体を用いることが好ましい。このように、転動体として、球状体を用いることで、振動体２の前述した一次縦振動及び屈曲振動を阻害せずに、効率よく振動出力部２２の楕円運動に変換することが可能となる。
【００３９】
ここで、上述した各共振防止手段について、図面を用いて詳しく説明する。先ず、第１及び第２の共振防止手段を備えた振動体保持機構の一実施形態を図６及び図７を用いて説明する。図６は、図１の振動体保持機構１を側面側から見たとき配置を示す模式図であり、図７は、振動体保持機構１を上面側から見たときの配置を示す模式図である。図６及び図７に示すように、この実施の形態の振動体保持機構１は、第１の共振防止手段を保持部材３の振動体収容部３１を構成する上下壁面３２、３３間に備え、第２の共振防止手段を側壁面３６、３７間に備える。
【００４０】
具体的な構成について、先ず、保持部材３の振動体収容部３１を構成する壁面のうち、一対の相対向する上下壁面３２、３３間に設けられた第１の共振防止手段について説明する。図６に示すように、保持部材３には、振動体収容部３１の上壁面３２の内面に２箇所の凹部３４が設けられ、下壁面３３の内面に４箇所の凹部３５が設けられる。これら２箇所の凹部３４は、振動体収容部３１の上壁面３２において、振動体２の上面２１ｃに対向する当該上壁面３２の内面から上側に向かって形成された円筒状のくぼみである。両凹部３４は、前述した振動体２の基準線Ｌと平行に直線状に並ぶように配置される。
【００４１】
また、凹部３５は、振動体収容部３１の下壁面３３において、振動体２の下面２１ｄに対向する当該下壁面３３の内面から下側に向かって形成された角筒状、略角錐状又は略円錐状のくぼみである。凹部３５は、図７に示すように、前述した上壁面３２に設けた凹部３４と、振動体２の基準線Ｌに対して、線対称となる位置を中心点Ｃとして、当該中心点Ｃから両側に等間隔に離間した位置であって、且つ、中心点Ｃを通り、基準線Ｌに対する角度が９０度となる中心線３Ｌ上にそれぞれ１つずつ配置される。そして、上述した上壁面３２の凹部３４には、弾性部材４が配置され、下壁面３３の凹部３５には、転動体５がそれぞれ配置される。
【００４２】
そして、弾性部材４の一端面４１が凹部３４の底面（上面）に当接し、他端面４２が振動体２の胴体部２１の上面２１ｃに当接するよう配置される。また、転動体５は凹部３５に配置された状態で、その上端部が振動体２の胴体部２１の下面２１ｄに点接触するよう配置される。これにより、振動体２の胴体部２１の上下方向は、弾性部材４の他端面４２と、転動体５の接点のみとの当接によって保持される。即ち、振動体２は、弾性部材４により上方向から押圧され、当該押圧力を、受け面側となる下面２１ｄに設けられた転動体５で受けることとなる。
【００４３】
この場合、振動体２が振動出力部２２の楕円運動に繋がる所望の振動をすると、当該振動に応じて転動体５が凹部３５内で転動するため、振動体２の動きが弾性部材４の押圧力により阻害され難くなる。これにより、振動体２は転動体５の転動によって、当該振動体２の所望の振動が抑制されること無く、当該振動を効率よく振動出力部２２の楕円運動に変えることが可能となる。また、転動体５によって、振動体２の振動が保持部材３に伝達され難くなる。これにより、振動体２の振動が保持部材３及びベース部材９等の周囲の部材に増幅されて伝わり、これらが共振する問題を防止することができる。
【００４４】
次に、保持部材３の振動体収容部３１を構成する壁面のうち、一対の相対向する側面壁３６、３７間に設けられた第２の共振防止手段について説明する。図７に示すように、振動体収容部３１の一方の側壁面３６の内面に２箇所の凹部３８が設けられ、他方の側壁面３７の内面に２箇所の凹部３９が設けられている。一方の側壁面３６に設けられた２箇所の凹部３８は、振動体収容部３１の一方の側壁面３６において、振動体２の側面２１ｅに対向する当該側壁面３６の内面から外面側に向かって形成されたくぼみである。両凹部３８は、前述した振動体２の基準線Ｌと平行に直線状に並ぶように配置される。
【００４５】
また、他方の側壁面３７に形成された２箇所の凹部３９は、振動体収容部３１の側壁面３７において、振動体２の側面２１ｆに対向する当該側壁面３７の内面から外面側に方向に向かって形成されたくぼみである。両凹部３９は、上述した凹部３８と同様に前述した振動体２の基準線Ｌと平行に直線状に並ぶように配置される。更に、両凹部３９は、凹部３８と、振動体２の基準線Ｌに対して、線対称となる位置にそれぞれ設けられる。そして、一方の側壁面３６の凹部３８には、弾性部材４及び転動体５が配置され、他方の側壁面３７の凹部３９には、転動体５がそれぞれ配置される。
【００４６】
そして、弾性部材４の一端面４１が凹部３８の底面に当接し、他端面４２が転動体５に当接して、この転動体５において弾性部材４の他端面４２に当接する面とは、反対側の面が振動体２の側面２１ｅに点接触するよう配置される。また、凹部３９に配置された転動体５は、当該凹部３９に配置された状態でその側面が振動体２の胴体部２１の側面２１ｆに点接触するよう配置される。これにより、振動体２の胴体部２１の側面方向は、転動体５との点接触のみによって保持される。即ち、振動体２の側面方向は、一側面２１ｅ側から転動体５を介して、弾性部材４の押圧力を受け、その受け面側となる他側面２１ｆに設けられた転動体５で受けることとなる。
【００４７】
この場合、振動体２が振動出力部２２における楕円運動に繋がる所望の振動をすると、当該振動に応じて両側面２１ｅ、２１ｆに点接触する転動体５が各凹部３８、３９内で転動するため、振動体２の動きが弾性部材４の押圧力（加圧）により阻害され難くなる。これにより、振動体２は、転動体５の回転により所望の振動を阻害されること無く、振動出力部２２の楕円運動に変えることが可能となる。また、転動体５によって、振動体２の運動が保持部材３に伝達され難くなる。これにより、振動体２の振動が保持部材３及びベース部材９等の周囲の部材に増幅されて伝わり、これらが共振する問題を防止することができる。
【００４８】
上述したように、当該実施の形態に示す振動体保持機構１は、振動体２の上下方向を第１の共振防止手段により保持され、側面方向が第２の共振防止手段によって保持される。これにより、振動体２の振動による共振の発生を防止しながら、振動体２を適切に保持して、振動体２に安定した振動を発生することが可能となる。このため、超音波モータ１０の駆動等に悪影響を及ぼす問題を防ぐことが可能となる。
【００４９】
なお、上述した本実施の形態における共振防止手段や各凹部の配置や形状は、あくまでも本件発明の一例であって、当該実施の形態に制限されるものではない。例えば、本実施の形態では、振動体２の上下方向に第１の共振防止手段を設け、側面方向に第２の共振防止手段を設けるものとしたが、上下方向に第２の共振防止手段を設けても良いし、側面方向に第１の共振防止手段を設けるものとしても差し支えない。また、これらに変えて、以下で詳述する第３の共振防止手段を設けることも有効である。
【００５０】
次に、第３の共振防止手段について、図８の振動体保持機構１の模式図を用いて説明する。第３の共振防止手段は、図８に示すように、振動体収容部３１の一方の側壁面３６の内面に２箇所の凹部３８が設けられ、他方の側壁面３７の内面に２箇所の凹部４０が設けられている。一方の側壁面３６に設けられた２箇所の凹部３８は、振動体収容部３１の一方の側壁面３６において、振動体２の側面２１ｅに対向する当該側壁面３６の内面から外面側に向かって形成されたくぼみである。両凹部３８は、前述した振動体２の基準線Ｌと平行に直線状に並ぶように配置される。
【００５１】
また、他方の側壁面３７に形成された２箇所の凹部４０は、振動体収容部３１の側壁面３７において、振動体２の側面２１ｆに対向する当該側壁面３７の内面から外面側に方向に向かって形成されたくぼみである。両凹部４０は、上述した凹部３８と同様に前述した振動体２の基準線Ｌと平行に直線状に並ぶように配置される。更に、両凹部４０は、凹部３８と、振動体２の基準線Ｌに対して、線対称となる位置にそれぞれ設けられる。そして、一方の側壁面３６の凹部３８には、弾性部材４及び転動体５が配置され、他方の側壁面３７の凹部４０には、凹部３８と同様に、弾性部材４及び転動体５が配置される。
【００５２】
そして、弾性部材４の一端面４１が凹部３８の底面に当接し、他端面４２が転動体５に当接して、この転動体５の弾性部材４の他端面４２に当接する側の面と反対側の面が振動体２の側面２１ｅにて接触するよう配置される。また、凹部４０に配置された弾性部材４及び転動体５は、当該凹部４０の底面に弾性部材４の一端面４１が当接し、他端面４２が転動体５に当接して、この転動体５において弾性部材４の他端面４２に当接する側と反対側の面が振動体２の側面２１ｆに点接触するよう配置される。これにより、この実施の形態の振動体２の胴体部２１の側面方向は、転動体５との点接触のみによって保持される。即ち、両側面２１ｅ、２１ｆは、両側から転動体５を介して弾性部材４の押圧力を受け、且つ、両側の転動体５で反対側からの押圧力を受けることとなる。
【００５３】
この場合、振動体２が所望の振動をすると、当該振動に応じて両側面２１ｅ、２１ｆに点接触する転動体５が各凹部３８、４０内で転動するため、振動体２の動きが両側から押圧される弾性部材４の押圧力により阻害され難くなる。これにより、振動体２は転動体５の回転により所望の振動を阻害されること無く、振動出力部２２の運動に変えることが可能となる。また、転動体５によって、振動体２の振動が保持部材３に伝達され難くなる。これにより、振動体２の振動が保持部材３及びベース部材９等の周囲の部材に増幅されて伝わり、これらが共振する問題を防止することができる。
【００５４】
［超音波モータ］
次に、上述した振動体保持機構１を備えた超音波モータ１０の構造について説明する。超音波モータ１０は、四角柱状の振動体２と、被駆動体６と、与圧機構７と、与圧源８とを備える。なお、振動体２の構成は、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略して、以下にその他の構成部材について説明するものとする。
【００５５】
被駆動体６は、振動体２の振動出力部２２の楕円運動によって、回転駆動されるものである。図１に示す本実施の形態の被駆動体６は、ロータ６１と、シャフト６２と、駆動力出力部６３とを有する。
【００５６】
ロータ６１は、外形形状が略円柱状を呈しており、当該ロータ６１の外周面には、振動体２の振動出力部２２が圧接するよう配置される。ロータ６１はシャフト６２を中心に回転可能にベース部材９に取り付けられる。駆動力出力部６３もロータ６１と同様にシャフト６２を中心に回転可能に設けられている。
【００５７】
係る構成により、ロータ６１が回転すると、当該ロータ６１の回転に同期して駆動力出力部６３が回転する。具体的には、振動体２の振動出力部２２が所望の運動をすると、当該振動出力部２２とロータ６１との摩擦力により、ロータ６１が回転する。そして、ロータ６１の回転に同期して駆動力出力部６３も回転する。当該駆動力出力部６３には、図示しないフォーカスレンズ駆動機構が接続されており、フォーカスレンズ駆動装置９０の駆動源として作用する。なお、被駆動体６は、超音波モータ１０により直接駆動される駆動対象物自体であってもよいし、駆動対象物に駆動力を伝達する間接部材であっても良い。
【００５８】
次に、与圧機構７について説明する。与圧機構７は、振動体２の一端２１ａ側に設けた振動体出力部２２を、前述した被駆動体６のロータ６１に圧接させるための付勢手段である。即ち、本件発明に係る超音波モータ１０は、振動体２の振動体出力部２２を、被駆動体６のロータ６１に圧接させるため、振動体２の他端２１ｂ側の面を一端２１ａ側に押しつけるための付勢手段を備える。
【００５９】
本実施の形態の与圧機構７は、図１に示すように、与圧源８と、与圧伝達部材７１と、与圧補正部７２とを備える。与圧源８は、スプリングコイルからなり、振動体２と離間した位置に配置される。そして、当該スプリングコイルの一端の端部８１がベース部材９に固定され、他端の端部８２が与圧伝達部材７１に接続される。
【００６０】
与圧伝達部材７１は、与圧源８の与圧力を振動体２に伝達するための部材である。本実施の形態の与圧伝達部材７１は、アーム状を呈している。そして、このアーム状の与圧伝達部材７１は、支軸１５を介してベース部材９に取り付けられ、当該支軸１５を中心に回転可能に設けられる。当該与圧伝達部材７１は、与圧源８と接続するための与圧源接続部７３が設けられている。そして、この与圧源接続部７３と与圧源８とを接続することにより、与圧源接続部７３には矢印Ｄ方向に力が作用し、支軸１５を中心に回動する。これにより、与圧源接続部７３の振動体２と対向する端部が振動体２に近付く方向に力が作用する。この結果、与圧機構７には、振動体２を被駆動体６側に押圧する力が生じる。
【００６１】
また、前述した与圧補正部７２は、振動体２の他端２１ｂ側の面に対して、与圧伝達部材７１の押し圧力の角度を補正して、振動体２に対して所定の角度で圧力を付与するためのものである。当該与圧補正部７２は、エンジニアリングプラスチックからなり、振動体２との当接位置に回動自在に設けられている。この与圧補正部７２は、図１に示すように、与圧伝達部材７１と振動体２の他端２１ｂ側の面との間に配置される。これにより、振動体２の他端２１ｂ側の面に対して、与圧伝達部材７１の押圧力の角度を補正して振動体２に対して所定の角度で圧力を付与することができる。この結果、振動体２を被駆動体６側に適切な角度で安定して圧接することができる。
【００６２】
このように、本件発明に係る超音波モータ１０は、上述した振動体保持機構１を備えるので、振動体２の振動によって生じる共振の発生を防止しながら、振動体２を適切な状態で振動可能に保持することができるため、振動ムラが無く、駆動効率の向上を図ることができる。また、本件発明に係るフォーカスレンズ駆動装置９０は、このように駆動効率の良い超音波モータ１０を用いるので、消費電力の低減と高精度のレンズ駆動制御との両立を実現することができるため、フォーカスレンズ駆動装置の駆動源として好適である。なお、本実施の形態では、上述したように、本件発明に係る振動体保持機構を備えた超音波モータを、フォーカスレンズ駆動装置の駆動源に適用するものとして説明した。しかしながら、本件発明は、このようなフォーカスレンズ駆動装置への適用に制限されるものではなく、他の駆動装置等に適用することも可能である。例えば、本件発明に係る振動体保持機構を備えた超音波モータを、光学ズームのためのズームレンズを移動させるズームレンズ駆動装置の駆動源として用いることも有効である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本件発明に係る振動体保持機構は、超音波モータの振動体を、振動体の振動による共振の発生を防止しながら、出力効率の低下や出力誤差に繋がる不要な振動を抑えて、所望の振動が可能な状態で適切に保持することができる。このため、当該振動体保持機構を備えた超音波モータは、駆動効率が高く、且つ、駆動制御能の優れている。従って、動画撮影用のカメラのように、ズーミングやフォーカシングの敏捷性が望まれるレンズ駆動装置においても効果を発揮する。また、駆動効率が良いことから、電池式のカメラ等のレンズ駆動装置に使用すれば、使用時間の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１    振動体保持機構
２    振動体
３    保持部材
４    弾性部材
５    転動体
６    被駆動体
７    与圧機構
８    与圧源
９    ベース部材
１０  超音波モータ
１５  支軸
２０  圧電素子
２１  胴体部
２１ａ  一端
２１ｂ  他端
２１ｃ  上面
２１ｄ  下面
２１ｅ、２１ｆ  側面
２２  振動出力部
３１  振動体収容部
３２  上壁面
３３  下壁面
３４、３５  凹部
３６  一方の側壁面
３７  他方の側壁面
３８、３９、４０  凹部
４１  一端面
４２  他端面
６１  ロータ
６２  シャフト
６３  駆動力出力部
７１  与圧伝達部材
７２  与圧補正部
７３  与圧源接続部
８１  スプリングコイルの一端部
８２  スプリングコイルの他端部
９０  レンズ駆動装置
Ｌ    基準線
３Ｌ  中心線
４Ｌ  中心線
Ｐ    出力部に発生させる運動の中心点
【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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