JP2003009553A - 超音波モータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モータから安定且つ効率的な回転運動
を取り出すことのできるロータの圧接構造を提供する。 【解決手段】 超音波モータ装置は、円筒形状の圧電素
子からなり円筒端面ＥＳに回転駆動力を発生するステー
タ１と、円筒端面ＥＳに対して摺動的に圧接して回転駆
動力により回転運動を行なうロータ２と、ロータ２をス
テータ１の円筒端面ＥＳ側に押圧する押圧手段８とから
なる。押圧手段８は、ロータ２に接触する複数の回転可
能なボール８１と、ボール８１をロータ２から離脱しな
いにボール８１を押える回転補助部材としての押え板８
２と、押え板８２をロータ２に与圧するバネ部材８３と
からなる。ロータ２には、その円周に沿って個々のボー
ル８１を収納する断面円弧状の溝２Ｈが形成されてい
る。場合により、バネ部材８３に作用して押圧力を調節
する調節部材を用いても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波モータ装置に
関する。より詳しくは、ステータに対するロータの圧接
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波モータはその振動子の重心
固定の対称励振モードである定在波型モータ及び進行波
型モータの２種類と、さらに振動子である円板又は円筒
を例えば４分割し左右の振幅が逆になる非対称モードに
より励振することで重心が中心の周りを回転移動し、円
の外周がフラフープのように偏心する電歪公転子型モー
タとが知られている。こうした超音波モータ（以下ピエ
ゾモータとも言う）は、ステータとなる圧電素子に高周
波の交流電圧を印加して、約２０ｋＨｚ以上の超音波振
動を発生させることにより、ステータに圧接されたロー
タを回転駆動させている。この種のピエゾモータは、構
造が簡単で小型軽量化に適するとともに、低速回転時で
も高いトルクが得られる上、駆動音も少なく静かである
という利点を有している。特に後者の電歪公転子型モー
タは、特開平１０−２７２４２０号公報に示されている
ように、円筒状公転子の径および周方向に加えて軸方向
のモードも結合させた３Ｄ公転トルク発生子として利用
できるという特長を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ピエゾモータは、超音
波振動を励起しているステータの摺動面に、ロータを圧
接させて回転運動などの駆動トルクを取り出している。
ステータの摺動面にロータを適切な圧力で圧接しない
と、トルク並びに回転数が得られず、又回転むらを起こ
すという課題がある。又、ステータの摺動面の摩擦が大
き過ぎると同様の問題が発生しがちである。従って回転
むらなどの原因となる摩擦を必要な範囲で低減させる
為、ステータの摺動面を研磨していた。しかしながら、
ステータの研磨加工は工数がかかり、製造コストが上が
ってしまうという不都合があった。又、上述した回転む
らなどを抑制する為、ステータにロータを圧接する際、
ロータの受け部材としてベアリングボールを用いる構造
も提案されている。しかしながら、単純にベアリングボ
ールを使うと、ピエゾモータの回転駆動中にベアリング
ボール同士がぶつかり、雑音の発生源となってしまい、
ピエゾモータの用途によっては、不都合が生じる。又、
受け部材としてベアリングボールを使うとコストが高く
つくという不都合がある。

【０００４】又、従来から、ロータをステータに圧接さ
せる為にバネなどの圧接部材を用いている。この圧接部
材はロータと接触しているので、その間に摩擦が働く。
この摩擦がロータの円滑な回転を阻害させるという課題
があった。

【０００５】更に、従来の圧接部材を用いた圧接構造で
は、ロータに対して一定の与圧を印加するだけで、超音
波モータの個体差に応じた与圧の調整が行なわれていな
かった。その為、ある超音波モータでは与圧が強過ぎ、
ロータの回転運動の損失が大きくなる。又、他の超音波
モータでは与圧が小さい為、ロータに十分な回転駆動力
が伝わらなかったり回転運動のむらが生じていた。この
様に、超音波モータの個体差を無視して一定の与圧を印
加するだけでは安定且つ効率的な回転運動を取り出すこ
とができなかった。又、バネなどからなる圧接部材にも
個々にばらつきがある為、製品設計上大きな余裕を見な
ければならなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は超音波モータから安定且つ効率的な
回転運動を取り出すことのできるロータの圧接構造を提
供することを目的とする。係る目的を達成するために以
下の手段を講じた。即ち、本発明の第１面は、円筒形状
の圧電素子からなり円筒端面に回転駆動力を発生するス
テータと、該円筒端面に対して摺動的に圧接して該回転
駆動力により回転運動を行なうロータと、該ロータを間
にして該ステータと反対側に位置して該ロータを受ける
基台と、該ロータと該基台の間に配され該ロータに接触
して該ロータを該ステータの円筒端面側に押圧する押圧
手段とからなる超音波モータ装置において、前記押圧手
段は、該ロータに接触する複数の回転可能なボールと、
該ボールが該ロータから離脱しない様にボールを押える
押え板と、該押え板を該ロータ側に与圧するバネ部材と
からなり、前記ロータは、その円周に沿って個々のボー
ルを収納する断面円弧状の溝が形成されていることを特
徴とする。好ましくは、前記ロータに形成された溝は、
その深さ寸法が該ボールの直径の１／２以下である。
又、前記ロータに形成された溝は、個々のボールに対応
して半球状に離散配置されている。

【０００７】本発明の第２面は、円筒形状の圧電素子か
らなり円筒端面に回転駆動力を発生するステータと、該
円筒端面に対して摺動的に圧接して該回転駆動力により
回転運動を行なうロータと、該ロータを間にして該ステ
ータと反対側に位置して該ロータを受ける基台と、該ロ
ータと該基台の間に配され該ロータに接触して該ロータ
を該ステータの円筒端面側に押圧する押圧手段とからな
る超音波モータ装置において、前記押圧手段は、該ロー
タの円滑な回転運動を補助する回転補助部材と、該回転
補助部材を介して該ロータに押圧を加えるバネ部材とを
含むことを特徴とする。好ましくは、前記基台は、該回
転補助部材を回転可能に支持する受け部を有する。又、
前記回転補助部材は、該バネ部材の一部を収納する溝が
形成されている。又、前記押圧手段は、該ロータと該回
転補助部材との間に介在する複数の回転可能なボールを
含み、前記ロータは該複数のボールを収納する溝が形成
されている。又、前記ボールは樹脂材料からなる。

【０００８】本発明の第３面は、円筒形状の圧電素子か
らなり円筒端面に回転駆動力を発生するステータと、該
円筒端面に対して摺動的に圧接して該回転駆動力により
回転運動を行なうロータと、該ロータを間にして該ステ
ータと反対側に位置して該ロータを受ける基台と、該ロ
ータと該基台の間に配され該ロータに接触して該ロータ
を該ステータの円筒端面側に押圧する押圧手段とからな
る超音波モータ装置において、前記押圧手段は、該ロー
タに押圧力を印加するバネ部材と、該バネ部材に作用し
て押圧力を調節する調節部材とからなることを特徴とす
る。好ましくは、前記調節部材は、該バネ部材と該基台
との間に介在し、且つ該基台に対して変位可能に螺合し
ている。又、前記バネ部材は、コイルバネ又は板バネか
らなる。

【０００９】本発明の第１面によれば、ロータの裏面側
に、ベアリングボールを収納する為に適切な溝を設けて
いる。溝部分に個々のベアリングボールを落とし込み、
押え板でベアリングボールが脱落しないようにする。こ
の状態でロータの表面側をステータに押圧する。ステー
タ側に形成された電極に通電を開始するとステータが振
動を起こす。すると、ロータがベアリングボール上で回
転を開始する。この時、ベアリングボールはロータの裏
側に形成された溝によって位置が適切に確保されてい
る。これにより、回転むらが押えられるとともに、ベア
リングボールが互いにぶつかることがなく雑音が生じな
い。

【００１０】本発明の第２面によれば、ロータと与圧バ
ネとの間に回転補助部材を設ける。又、回転補助部材と
ロータとの間にボールを入れる。この様に、ロータと与
圧バネの間に回転補助部材を設けることにより、ロータ
と与圧バネの間に働く摩擦を軽減し、以てロータの回転
を円滑にし、モータの回転出力の損失を低減する。又、
回転補助部材とロータとの間にボールを入れることによ
り、一層摩擦が軽減される。ボールの材質を樹脂とする
ことにより、ロータの振動による作動音も軽減できる。

【００１１】本発明の第３面によれば、ステータとロー
タを接触させ、ロータはベアリングボール及びバネ部材
を介して基台に組み付けられている。基台にはネジが形
成されており、そこに調節部材としての調整リングが組
み付けられている。調整リングとロータの間に前述した
バネ部材が配される構成となり、ロータを押し上げてス
テータとの間に与圧を与える構成となっている。ここ
で、調整リングを回転させることによってバネ部材の長
さを変化させることが可能となり、ロータをステータに
押し当てる圧力を調整できる。基台に窓が設けられてお
り、調整リングはこの窓を介して回動させることができ
る。尚、従来は一定の与圧を与えるだけで製品それぞれ
の個体差調整が行なわれることはなかった。その為、ス
テータの個体差、その他の部品の個体差、ステータとロ
ータの接触面の平面性や表面粗さなどによる摩擦のばら
つきを補正することができず、安定した回転運動と力量
を取り出すことができなかった。さらに、本発明によれ
ば、前記ステータは、該円筒端面が電歪公転共振により
公転トルクをを発生し、前記ロータは該電歪公転共振ト
ルクを直接自転運動として取り出すことを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る超音
波モータ装置（ピエゾモータ装置）の第１実施形態を示
す模式的な部分断面図である。図示する様に、本ピエゾ
モータ装置０は前述したように特開平１０-２７２４２
０号公報に示されている３Ｄ公転トルク発生子よりなる
電歪公転子型モータであって、ステータ１とロータ２と
基台７と押圧手段８とで構成されている。ステータ１は
円筒形状の圧電素子からなり、円筒端面（摺動面）ＥＳ
に公転トルクを発生する。尚、図ではステータ１の円筒
壁面の一部のみが示されている。ロータ２は、円筒端面
ＥＳに対して摺動的に圧接して、公転トルクを自転運動
に変換する。尚、ロータ２は環状であり、図では円弧の
一部のみが示されている。基台７は、ロータ２を間にし
て上方のステータ１と反対側の下方に位置して、ロータ
２を受けている。押圧手段８は、ロータ２と基台７の間
に配され、ロータ２に接触して、ロータ２をステータ１
の円筒端面ＥＳ側に押圧する。この押圧手段８により、
ステータ１の円筒端面ＥＳに励起された公転トルクが、
直接ロータ２に伝達され回転運動として取り出される。

【００１３】本実施形態の特徴事項として、押圧手段８
は、複数の回転可能なボール８１と押え板８２とバネ部
材８３とからなる。ベアリングボール８１はロータ２の
裏面側に接触している。押え板８２は個々のボール８１
がロータ２から離脱しない様にベアリングボール８１を
押えている。バネ部材８３はコイルバネなどからなり、
押え板８２をロータ８１側に与圧する。ここで、ロータ
２は、その円周に沿って個々のベアリングボール８１を
収納する為に、断面円弧状の溝２Ｈが形成されている。
ロータ２に形成された溝２Ｈは、その深さ寸法がベアリ
ングボール８１の直径の１／２以下である。又、ロータ
２に形成された溝２Ｈは、個々のベアリングボール８１
に対応して半球状に離散配置されている。この様に、ロ
ータ２の裏面側にベアリングボールが入る適切な溝２Ｈ
を設ける。この部分に個々のベアリングボール８１を落
とし込み、押え板８２で蓋をする。一方、ロータ２の表
面側はステータ１の端面ＥＳに圧接させる。ステータ１
に設けた電極（図示せず）に通電を開始すると、ステー
タ１が振動を起こす。これに応じ、ロータ２はベアリン
グボール８１上で回転運動を開始する。この時、ベアリ
ングボール８１は個々の溝２Ｈにより位置が適切に確保
されている。これにより、ロータ２の円滑な回転運動が
確保できるとともに、ボール８１同士が個々に衝突して
雑音の原因となることがない。

【００１４】図２は、図１に示したロータ２の裏面図で
ある。図示する様に、ロータ２は金属などの環状材料か
らなり、その円周に沿って個々のベアリングボール８１
を収納する断面円弧状の溝２Ｈが形成されている。ロー
タ２に形成された溝２Ｈは、その深さ寸法がボール８１
の直径の１／２以下となっており、ボール８１の自由な
回転運動を阻害しない様にしている。本実施形態では、
ロータ２に形成された溝２Ｈは、個々のボール８１に対
応して半球状に離散配置されている。これに代え、ロー
タ２の円周に沿って半円筒状に連続配置してもよい。こ
の場合でも、溝２Ｈは断面が円弧状となっており、個々
のボール８１の位置を規制することが可能である。

【００１５】図３は、図１に示した超音波モータ装置の
応用例を表わしており、超音波モータ装置を動力源とし
たカメラ用レンズ駆動装置を示している。尚、本発明に
係る超音波モータ装置の応用例はカメラ用レンズ駆動装
置に限られるものではないことは言うまでもない。本カ
メラ用レンズ駆動装置は、基本的にステータ１及びロー
タ２を含むピエゾモータと、レンズ鏡筒３と、これらを
連結する伝達部材とで構成されている。ステータ１は圧
電素子からなり交流電圧の印加を受けて超音波振動を励
振し公転トルクを発生する。ロータ２はステータ１に圧
接されており、公転トルクを自転運動に変換する。レン
ズ鏡筒３はカメラ用のレンズ（図示せず）を搭載し、且
つレンズの光軸Ｚ方向に直線変位可能に組み込まれてい
る。ステータ１、ロータ２及びレンズ鏡筒３は鏡筒枠６
に組み込まれている。鏡筒枠６の光軸Ｚ方向後端は基台
７で遮蔽されている。ピエゾモータのロータ２とレンズ
鏡筒３を接続する伝達部材は、ロータ２の回転運動をレ
ンズ鏡筒３の直線変位に変換して伝達する。

【００１６】ステータ１は、光軸Ｚと平行な円筒軸を有
する円筒型の圧電素子からなる。一方、レンズ鏡筒３は
円筒型のステータ１の内側に配されており、光軸Ｚに沿
って鏡筒枠６の前方端から進退可能になっている。この
様に、円筒型ステータ１の内部にレンズ鏡筒３を配する
ことで、カメラ用レンズ駆動装置の小型化が可能にな
る。

【００１７】本例では、ロータ２とレンズ鏡筒３を結ぶ
伝達部材は、レンズ鏡筒３と一体になったヘリコイド筒
４を含んでいる。但し、レンズ鏡筒３とヘリコイド筒４
を必ずしも一体に形成する必要はなく、場合によっては
ヘリコイド筒４に後からレンズ鏡筒３を組み込む構成と
してもよい。ヘリコイド筒４は、内部にレンズ鏡筒３を
収納する様に基本的には円筒型となっており、その外周
面にはネジ４１が切られている。又、ヘリコイド筒４の
前方端には、ヘリコイド筒４自体の回転を防止する為に
ストッパ４２が取り付けられており、鏡筒枠６に係合し
ている。この結果、ヘリコイド筒４は光軸Ｚ方向に沿っ
た直線運動を行なう。上記伝達部材は更に、ロータ２と
一体に形成され且つヘリコイド筒４に螺合したヘリコイ
ドギヤ５を含む。本実施形態では環状金属からなるロー
タ２とポリカーボネートなどの樹脂からなるヘリコイド
ギヤ５は、例えばアウトサートにより一体的に成形され
ている。ロータ２の回転運動に伴ってヘリコイドギヤ５
も回転する。ヘリコイドギヤ５はその内周面にネジ５１
が切られている。ヘリコイド筒４の外周面に形成された
ネジ４１とヘリコイドギヤ５の内周面に形成されたネジ
５１は互いに噛み合っている。ロータ２の回転に伴って
ヘリコイドギヤ５が回転すると、ヘリコイド筒４は光軸
Ｚに沿って直線変位する。尚、ロータ２は円筒型ステー
タ１の後端に取り付けられている。基台７とロータ２と
の間には押圧手段８が配されており、ロータ２をステー
タ１の後端に摺動的に圧接して、ステータ１の公転トル
クをロータ２の自転運動として取り出す。前述した様
に、押圧手段８は、ロータ２に接触するベアリングボー
ル８１と、ベアリングボール８１がロータ２の裏面から
離脱しない様にベアリングボール８１を押える押え板８
２と、押え板８２をロータ２側に与圧するバネ部材８３
とで構成されている。ロータ２は、その円周に沿って個
々のベアリングボール８１を収納する為に断面円弧状の
溝が形成されている。

【００１８】図４は、本発明に係る超音波モータ装置の
第２実施形態を示している。尚、本実施形態はカメラ用
レンズ駆動装置の動力源として組み込まれたものであ
る。理解を容易にする為、図３に示した先の例と対応す
る部分には対応する参照番号を付してある。カメラ用レ
ンズ駆動装置は、基本的に、ステータ１及びロータ２か
らなる超音波モータ装置と、レンズ鏡筒３とで構成され
ている。これらの部品は、台座６を用いて組み立てられ
ている。ステータ１は外部から駆動電圧の印加を受けて
超音波振動を励振し公転トルクを発生する。ロータ２は
公転トルクを自転運動に変換する。この為、ロータ２は
押圧手段８によりステータ１に圧接されている。一方レ
ンズ鏡筒３はカメラ用のレンズ３３，３４を搭載し、且
つレンズの光軸Ｚ方向に直線変位可能な様に台座６に取
り付けられている。具体的には、レンズ鏡筒３にはスト
ッパ３２が形成されており、台座６に植設されたガイド
シャフト９に係合している。レンズ鏡筒３はストッパ３
２により回転を規制されているとともに、ガイドシャフ
ト９に沿って光軸Ｚ方向に直線変位する。尚、ガイドシ
ャフト９に係合したストッパ３２には、レンズ鏡筒３の
ガタ寄せ用のバネ９１が装着されている。ここで、ロー
タ２の内周面にはヘリコイドギア２１が形成されてい
る。又、レンズ鏡筒３の外周面にもヘリコイドギア３１
が形成されている。ロータ２側のヘリコイドギア２１と
レンズ鏡筒３側のヘリコイドギア３１は互いに係合して
いる。ロータ２が回転運動を行なうと、ヘリコイドギア
間の係合によりレンズ鏡筒３も回転しようとする。しか
しながら、レンズ鏡筒３はストッパ３２により回転を規
制されているので、結果ガイドシャフト９に沿って直線
運動を行なうことになる。

【００１９】ステータ１は光軸Ｚと平行な円筒軸を有す
る円筒型である。レンズ鏡筒３も同じく円筒型であり、
ステータ１の光軸Ｚ方向前端からステータ円筒の内側に
組み込まれている。これにより、レンズ鏡筒３と超音波
モータをコンパクトに実装することができる。ロータ２
はステータ１の円筒軸と一致する中心を有する環形ロー
タであって、円筒型ステータ１の光軸Ｚ方向後端に圧接
している。この目的で、環形ロータ２と基台７との間に
前述した押圧手段８が配されている。本実施形態の特徴
事項として、押圧手段８は、ロータ２の円滑な回転運動
を補助する回転補助部材８４と、回転補助部材８４を介
してロータ２に押圧を加えるバネ部材８３とを含んでい
る。一方、基台７は、回転補助部材８４を回動可能に支
持する受け部７５を有する。回転補助部材８４には、バ
ネ部材８３の一部を収納する溝８５が形成されている。
即ち、バネ部材８３はコイル形状を有し、その一端が回
転補助部材８４の溝８５に収納されているとともに、コ
イルの他端は基台７の表面に当接している。更に押圧手
段８は、ロータ２と回転補助部材８４との間に介在する
複数の回転可能なベアリングボール８１を含んでいる。
ロータ２は、その裏面側に複数のベアリングボール８１
を収納する為の溝が形成されている。好ましくは、ベア
リングボール８１は樹脂材料からなる。

【００２０】この様に、本実施形態ではロータ２とバネ
部材８３との間に回転補助部材８４を設けている。これ
により、ロータ２とバネ部材８３との間に働く摩擦を軽
減し、ロータ２の回転を円滑にしてモータの出力の損失
を低減する。又、回転補助部材８４とロータ２との間に
ベアリングボール８１を入れることにより一層摩擦が軽
減される。ベアリングボール８１の材質を樹脂とするこ
とにより、ロータ２の振動に起因する作動音も低減でき
る。回転補助部材８４とバネ部材８３は静止している
が、回転しているロータ２との間に生ずる摩擦力はベア
リングボール８１を介在させることにより軽減できる。
以上の様に、ロータ２はバネ部材８３による一定の力で
ステータ１に圧接している。この時、バネ部材８３は直
接ロータ２に接触せず、回転補助部材８４及びベアリン
グボール８１を介してステータ１に圧接する伝達機構と
なっている。回転補助部材８４とバネ部材８３は静止し
ているので、回転しているロータ２との間に摩擦力が働
くが、ベアリングボール８１を入れることにより摩擦を
軽減できる。

【００２１】図５は、本発明に係る超音波モータ装置の
第３実施形態を示す模式的な断面図である。尚本実施形
態においても、超音波モータ装置はカメラ用レンズ駆動
装置の動力源として組み込まれている。基本的には、図
４に示した先の実施形態と同様であり、対応する部分に
は対応する参照番号を付して理解を容易にしている。先
の実施形態と異なる点は、ロータ２とレンズ鏡筒３との
間に伝達部材５が介在していることと、押圧手段８に調
節部材８８が組み込まれていることである。

【００２２】まず最初に、本実施形態の特徴事項である
調節部材８８につき説明を加える。図示する様に、押圧
手段８は、ロータ２に押圧力を印加するコイルバネなど
からなるバネ部材８３と、このバネ部材８３に作用して
押圧力を調節する調節部材８８とを含んでいる。更に、
押圧手段８は先の実施形態と同じく回転補助部材８４と
ベアリングボール８１を備えている。図から明らかな様
に、ロータ２はベアリングボール８１及び回転補助部材
８４を介しバネ部材８３によってステータ１側に押し付
けられている。調節部材８８は、バネ部材８３と基台７
１，７２，７３との間に介在し、且つ基台７１，７２，
７３に対して変位可能に螺合している。基台を具体的に
説明すると、外側の円筒基台７１に対して内側の円筒基
台７２が組み込まれ、両基台７１，７２の間にリング状
の調節部材８８が組み込まれている。両基台７１，７２
を互いに固定する基台７３はリング状の調節部材８８の
ストッパとしても機能する。内側の円筒基台７２にはネ
ジが切ってあり、そこにリング状の調節部材８８が組み
付けられている。調節部材８８と回転補助部材８４との
間にはコイルバネからなるバネ部材８３が組み込まれて
おり、ロータ２を押し上げてステータ１との間に与圧を
加えた構成となっている。ここで、リング状の調節部材
８８を回転させることによって、バネ部材８３を伸び縮
みさせることが可能となり、ロータ２をステータ１に押
し当てる力を調整している。外側の円筒基台７１には窓
が設けられており、そこから調節部材８８を回転させる
ことができる。与圧を調整することで、超音波モータを
構成するステータの個体差その他の部品の個体差、ステ
ータとロータの接触面の平面性や表面粗さによる摩擦の
ばらつきなどを補正することが可能となり、安定した回
転数及び力量を確保することが可能になる。

【００２３】伝達部材５は前述した様にロータ２とレン
ズ鏡筒３との間に介在している。具体的に見ると、伝達
部材５はロータ２に対して遊動可能に連結されており、
カメラの姿勢差によるレンズ鏡筒３の荷重の変動からロ
ータ２を保護している。換言すると、レンズ鏡筒３の重
量やガタ寄せバネ９１の付勢力が、直接ロータ２に印加
されない様に、伝達部材５で逃がす構成となっている。
具体的には、伝達部材５とロータ２とは、これらの一方
に設けたキー溝と他方に設けられ且つキー溝に遊嵌する
キーとにより、互いに連結されている。本例では、伝達
部材５側に設けたキー５２と、ロータ２側に形成したキ
ー溝とが、互いに遊嵌しており、ある程度の遊びを持っ
てロータ２と伝達部材５が互いに係合している。一方、
レンズ鏡筒３はヘリコイド筒４に装着されている。伝達
部材５とヘリコイド筒４とはヘリコイドギアにより係合
して、超音波モータの回転運動を直線変位に変換してい
る。具体的には、ヘリコイド筒４に設けたオスのヘリコ
イドギア４１と、伝達部材５に設けたメスのヘリコイド
ギア５１とが互いに係合している。ロータ２が回転する
と、上述したキー／キー溝の連結により伝達部材５も回
転する。更に、上述したヘリコイドギアの結合によりヘ
リコイド筒４も回転しようとするが、ストッパ４２で回
転変位を規制されている為、ガイドシャフト９に沿って
光軸Ｚ方向に直線変位することになる。ここで、伝達部
材５を回転可能に支持する受け部が基台７２の頂部に取
り付けられている。基台７２は伝達部材５を介して加え
られるレンズ鏡筒３の荷重やガタ寄せバネ９１の付勢力
の少なくとも一部を、ロータ２側に伝えることなく、自
身で受ける様になっている。これにより、ロータ２はレ
ンズ鏡筒３側の負荷から解放される一方、自身の回転運
動を伝達部材５及びヘリコイド筒４を介してレンズ鏡筒
３側に伝達することができる。

【００２４】図６は、図３、図４又は図５に示した超音
波モータの全体構造を示す模式的な斜視図である。図示
する様に、ピエゾモータは円筒型のステータ１と、その
後端に圧接された環状のロータ２とで構成されている。
円筒型ステータ１の外周面には、電極１１，１２，・・
・，が形成されている。図示しないが、円筒の内周面に
も電極が形成されている。円筒の外周面に形成された電
極は四分割されており、それぞれ位相の異なる交流駆動
電圧Ａ，Ｂ，ＡＸ，ＢＸが印加される。Ａ相電圧とＢ相
電圧は位相が互いに９０度異なっている。又、Ａ相電圧
とＡＸ相電圧は位相が１８０度異なっている。換言する
と、Ａ相とＡＸ相は互いに反対極性である。同様に、Ｂ
相とＢＸ相も反対極性となっている。

【００２５】図７は、図６に示したステータの模式的な
横断面図である。図示する様に、セラミックなどの圧電
素子からなる円筒型ステータ１の内周面には、全面的に
基準電位を与える電極１０が形成されている。円筒の外
周面には四分割された駆動用の電極１１〜１４が形成さ
れている。これら四分割された電極１１〜１４には、互
いに位相が９０度ずつシフトした４相の交流電圧Ａ，
Ｂ，ＡＸ，ＢＸが印加される。

【００２６】図８を参照して、図６及び図７に示したピ
エゾモータの動作を説明する。ピエゾモータでは動力源
となる超音波振動が一定の共振周波数であるから、電流
はほぼ一定値となる。共振器はＱが高く、振動振幅の立
ち上がりは１サイクル以内と考えられ、非慣性機構と見
なすことができる。負荷の慣性が影響する範囲でしか電
流は変化しない。係る特徴を有するピエゾモータは様々
な構成が開発されているが、特に電歪公転型が有力であ
る。電歪公転型は、従来の様に振動をトルクに変えるの
ではなく、周面全面に亘って一様なトルクを直接励振す
ることができる共振子を使っている。従来の超音波振動
子は定在波型と進行波型の二種類あるが、共に重心固定
の対称モードでしか励振できない。これに反して、円筒
を左右の伸縮が逆になるモードで励振すると、重心が中
心を離れて振動する。この非対称励振を行なうと、従来
の対称励振では観測できなかった円筒の共振モードが得
られる。そこで、ステータ円筒の電極を例えば四分割
し、９０度ずつ位相の異なる回転電場で励振すると、図
８に示す様に、重心が中心の周りを回転するモードの共
振が見られる。この時円の外周は元の形を保ったまま、
フラフープの様に偏心するので、振動子が公転回転を行
なう。係る構成の電歪公転子では、直接回転モードが励
振され、周面には強力な公転トルクが一様に発生する。
同時に円筒形ステータの端面に、直径と垂直方向の強力
なトルクを発生させる。この公転トルクは、直接ステー
タに圧接したロータの自転運動として取り出される。

【００２７】図９は、四分割されたステータ電極のそれ
ぞれに印加されるＡ相、Ｂ相、ＡＸ相、ＢＸ相電圧の波
形図である。図示する様に、Ａ相に対しＢ相は９０度シ
フトし、ＡＸ相は１８０度シフトし、ＢＸ相は２７０度
シフトしている。この様に９０度ずつ位相の異なる交流
電圧をステータに印加することで回転電場が形成され、
これに応じてステータは直接公転モードを励振する。

【００２８】最後に図１０は、ピエゾモータの駆動回路
を表わしている。図示する様に、一対の駆動信号Ａ，Ａ
ＸはＨブリッジＡを介してステータ１の互いに対向する
一対の電極に印加される。同様に、他の一対の信号Ｂ，
ＢＸもＨブリッジＢを介して互いに対向する他の一対の
ステータ電極に印加される。Ｈブリッジは、それぞれ入
力信号に応答して、ステータ電極に充分な出力電流を供
給する為のドライバ回路となっている。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の第１面によ
れば、ロータをステータに圧接する為の押圧手段は、ロ
ータに接触するベアリングボールと、これがロータから
離脱しない様に押える押え板と、これをロータ側に与圧
するバネ部材とからなり、ロータはその円周に沿って個
々のベアリングボールを収納する断面円弧状の溝が形成
されている。係る構成により、回転むらを押えた低価格
で音の静かな超音波モータ装置を提供することができ
る。又、本発明の第２面によれば、押圧手段がロータの
円滑な回転運動を補助する回転補助部材と、これを介し
てロータに押圧を加えるバネ部材とを含んでいる。ロー
タは回転補助部材とベアリングボールを介してステータ
に圧接しているので、回転補助部材とバネ部材は静止し
ているが、回転しているロータとの間に生ずる摩擦力は
ベアリングボールを入れることにより低減できる。ベア
リングボールの材質を樹脂とすることにより、ロータの
振動による作動音も低減できる。本発明の第３面によれ
ば、押圧手段がロータに押圧力を印加するバネ部材とこ
のバネ部材に作用して押圧力を調節する調節部材とで構
成されている。これにより、個々の超音波モータの個体
差を補正することができ、安定した回転数や力量を確保
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータ装置の第１実施形態
を示す模式的な部分断面図である。

【図２】図１に示した超音波モータ装置に含まれるロー
タの形状を示す平面図である。

【図３】図１に示した超音波モータを動力源として組み
込んだカメラ用レンズ駆動装置の一例を示す模式的な断
面図である。

【図４】本発明に係る超音波モータ装置の第２実施形態
を示す模式的な断面図である。

【図５】本発明に係る超音波モータ装置の第３実施形態
を示す断面図である。

【図６】本発明に係る超音波モータ装置の外観を示す模
式的な斜視図である。

【図７】本発明に係る超音波モータ装置の横断面図であ
る。

【図８】本発明に係る超音波モータ装置の動作および公
転トルク発生の説明に供する模式図である。

【図９】本発明に係る超音波モータ装置の動作説明に供
する波形図である。

【図１０】本発明に係る超音波モータ装置の駆動回路図
である。

【符号の説明】

０・・・超音波モータ装置、１・・・ステータ、２・・
・ロータ、７・・・基台、８・・・押圧手段、８１・・
・ボール、８２・・・押え板、８３・・・バネ部材、８
４・・・回転補助部材、８８・・・調節部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古賀 忠尚 東京都板橋区志村２丁目18番10号 日本電 産コパル株式会社内 (72)発明者 當摩 清 東京都板橋区志村２丁目18番10号 日本電 産コパル株式会社内 Ｆターム(参考） 5H680 AA06 AA14 AA18 BB01 BB15 BC01 CC01 DD01 DD11 DD23 DD65 DD74 DD83 DD85 EE03 EE10 EE12 EE20 FF03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形状の圧電素子からなり円筒端面に
   回転駆動力を発生するステータと、該円筒端面に対して
   摺動的に圧接して該回転駆動力により回転運動を行なう
   ロータと、該ロータを間にして該ステータと反対側に位
   置して該ロータを受ける基台と、該ロータと該基台の間
   に配され該ロータに接触して該ロータを該ステータの円
   筒端面側に押圧する押圧手段とからなる超音波モータ装
   置において、 前記押圧手段は、該ロータに接触する複数の回転可能な
   ボールと、該ボールが該ロータから離脱しない様にボー
   ルを押える押え板と、該押え板を該ロータ側に与圧する
   バネ部材とからなり、 前記ロータは、その円周に沿って個々のボールを収納す
   る断面円弧状の溝が形成されていることを特徴とする超
   音波モータ装置。
2. 【請求項２】 前記ロータに形成された溝は、その深さ
   寸法が該ボールの直径の１／２以下であることを特徴と
   する請求項１記載の超音波モータ装置。
3. 【請求項３】 前記ロータに形成された溝は、個々のボ
   ールに対応して半球状に離散配置されていることを特徴
   とする請求項１記載の超音波モータ装置。
4. 【請求項４】 円筒形状の圧電素子からなり円筒端面に
   回転駆動力を発生するステータと、該円筒端面に対して
   摺動的に圧接して該回転駆動力により回転運動を行なう
   ロータと、該ロータを間にして該ステータと反対側に位
   置して該ロータを受ける基台と、該ロータと該基台の間
   に配され該ロータに接触して該ロータを該ステータの円
   筒端面側に押圧する押圧手段とからなる超音波モータ装
   置において、 前記押圧手段は、該ロータの円滑な回転運動を補助する
   回転補助部材と、該回転補助部材を介して該ロータに押
   圧を加えるバネ部材とを含むことを特徴とする超音波モ
   ータ装置。
5. 【請求項５】 前記基台は、該回転補助部材を回転可能
   に支持する受け部を有することを特徴とする請求項４記
   載の超音波モータ装置。
6. 【請求項６】 前記回転補助部材は、該バネ部材の一部
   を収納する溝が形成されていることを特徴とする請求項
   ４記載の超音波モータ装置。
7. 【請求項７】 前記押圧手段は、該ロータと該回転補助
   部材との間に介在する複数の回転可能なボールを含み、
   前記ロータは該複数のボールを収納する溝が形成されて
   いることを特徴とする請求項４記載の超音波モータ装
   置。
8. 【請求項８】 前記ボールは樹脂材料からなることを特
   徴とする請求項７記載の超音波モータ装置。
9. 【請求項９】 円筒形状の圧電素子からなり円筒端面に
   回転駆動力を発生するステータと、該円筒端面に対して
   摺動的に圧接して該回転駆動力により回転運動を行なう
   ロータと、該ロータを間にして該ステータと反対側に位
   置して該ロータを受ける基台と、該ロータと該基台の間
   に配され該ロータに接触して該ロータを該ステータの円
   筒端面側に押圧する押圧手段とからなる超音波モータ装
   置において、 前記押圧手段は、該ロータに押圧力を印加するバネ部材
   と、該バネ部材に作用して押圧力を調節する調節部材と
   からなることを特徴とする超音波モータ装置。
10. 【請求項１０】 前記調節部材は、該バネ部材と該基台
    との間に介在し、且つ該基台に対して変位可能に螺合し
    ていることを特徴とする請求項９記載の超音波モータ装
    置。
11. 【請求項１１】 前記バネ部材は、コイルバネ又は板バ
    ネからなることを特徴とする請求項９記載の超音波モー
    タ装置。
12. 【請求項１２】 前記ステータは、該円筒端面が電歪公
    転共振により公転トルクをを発生し、前記ロータは該電
    歪公転共振トルクを直接自転運動として取り出すことを
    特徴とする請求項１、４又は９いずれか記載の超音波モ
    ータ装置。