JP2014212682A - リニア超音波モータ及びそれを用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動力を効率的に被駆動体に伝達し得るリニア超音波モータが必要とされていた。【解決手段】本発明によるリニア超音波モータは、圧電素子を有する振動子と、その振動子に押圧力を付与して基礎部に加圧接触させる加圧部を含む可動部と、前記基礎部に固定されたカバー部と、可動方向に延在する前記可動部の可動案内部と、前記可動方向に延在する前記カバー部のカバー案内部との間で転動可能に狭持された転動部と、枢動可能に支持された伝達部材を備え、前記可動方向にのみ移動可能な被駆動体とを備え、前記伝達部材は、前記可動部の伝達部と当接し、前記可動部を前記転動部に付勢する付勢力を与える付勢部を備え、前記転動部は、前記押圧力、又は前記押圧力の反力と前記付勢力との合力によって挟持されることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は超音波モータ、特にリニア駆動型の超音波モータ（以下、「リニア超音波モータ」と呼ぶ。）に関するものである。

従来からリニア超音波モータにおいては、高周波電圧を圧電素子に印加することで、圧電素子が固定された超音波振動子を振動させている。超音波振動子の振動は、超音波振動子が押圧する摺動部材を駆動する。リニア超音波モータは小型であっても高出力を維持でき、また駆動効率を高めるための様々な工夫が考えられている。

例えば、特許文献１に開示されたリニア超音波モータでは、超音波振動子と被駆動部材との伝達手段が光軸と垂直方向、すなわち駆動方向に対して垂直に配置されている。

特開２００５−９９５４９号公報

しかしながら上述の特許文献１に開示されたリニア超音波モータにおいては、駆動方向の追従遅れを防止するため、振動子に対する付勢部材の押圧力を増やす必要があった。しかし押圧力が過大であると伝達部材のイコライズ性が減少するという問題があった。

本発明の目的は、上述の問題を解決するためになされたものであり、駆動力を効率的に被駆動体に伝達することができるリニア超音波モータを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のリニア超音波モータは以下のような構成としている。

圧電素子を有する振動子と、その振動子に押圧力を付与して基礎部に加圧接触させる加圧部を含む可動部と、前記基礎部に固定されたカバー部と、可動方向に延在する前記可動部の可動案内部と、前記可動方向に延在する前記カバー部のカバー案内部との間で転動可能に狭持された転動部と、枢動可能に支持された伝達部材を備え、前記可動方向にのみ移動可能な被駆動体とを備え、前記伝達部材は、前記可動部の伝達部と当接し、前記可動部を前記転動部に付勢する付勢力を与える付勢部を備え、前記転動部は、前記押圧力の反力と前記付勢力との合力によって挟持されることを特徴とする。

本発明によれば、駆動力を効率的に被駆動体に伝達することが可能なリニア超音波モータを提供することができる。

本発明による第一の実施例におけるリニア超音波モータの側面図を示す。 本発明による第一の実施例におけるレンズ保持枠が連結されたリニア超音波モータの斜視図を示す。 本発明による第一の実施例におけるレンズ保持枠が連結されたリニア超音波モータの分解斜視図を示す。 本発明による第一の実施例におけるレンズ保持枠が連結されたリニア超音波モータの要部断面図である。 本発明による第一の実施例におけるリニア超音波モータを搭載したレンズ鏡筒の断面図である。 本発明による第二の実施例であるリニア超音波モータの要部断面図である。 本発明による第三の実施例であるリニア超音波モータの要部断面図である。 本発明による第四の実施例におけるリニア超音波モータの側面図を示す。 本発明による第四の実施例におけるリニア超音波モータの分解斜視図を示す。 本発明による第四の実施例であるリニア超音波モータの要部断面図である。

以下、本発明の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお以下の説明では、デジタルカメラのレンズ鏡筒などを駆動するアクチュエータとしてユニット化されたリニア超音波モータを例に説明する。しかし本発明の使用用途はこれに限られたものではない。

また本明細書においては、リニア超音波モータの構造とその動きを明確にするため、図中の同一部材は同一記号で図示し、また後述する可動部と基礎部との相対的な移動方向（可動方向）をＸ軸として定義し、振動板の接触部の法線方向をＺ軸として定義する。また、Ｘ軸とＺ軸とに垂直な方向をＹ軸として定義する。そして各図における軸の方向は図に示された通りとなるが、これらに限られたものではない。

図１は本発明の第一の実施例であるリニア超音波モータ１００をＹ軸方向から見た側面図であり、可動部が中間位置にある。

図２はレンズ保持枠が連結されたリニア超音波モータ１００の斜視図であり、可動部が中間位置にある。

図３はレンズ保持枠が連結されたリニア超音波モータ１００の分解斜視図である。

まず、図１、図２および図３を用いてリニア超音波モータ１００の構成を説明する。

本実施例におけるリニア超音波モータ１００は、Ｘ軸方向に長軸を有し、以下に述べる各部材により形成されている。振動板１０１は圧電素子１０２が公知の接着剤等により固定されており、圧電素子１０２は電圧を印加することにより振動子１０３を励振する。なお、振動板１０１と圧電素子１０２との接着は、接着されればその方法は限定されない。振動板１０１はさらに接触部１０１ａを備え、接触部１０１ａは後述する接触基礎部材１１５に押圧を伴う加圧接触状態で接触している。振動子１０３は振動板１０１と圧電素子１０２とにより形成されている。振動板１０１と圧電素子１０２とが接着された状態において圧電素子１０２に交流電圧が印加されると、振動子１０３の長手方向、短手方向、それぞれに共振現象が起こる。その結果、振動板１０１の接触部１０１ａに楕円運動が発生する。圧電素子１０２に印加される電圧の周波数や位相を変えることで、当該楕円運動の回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを得ることができる。

振動子支持部材１０４は、ＹＺ断面のＺ軸方向に凸型を有し、バネ１０８とバネ保持部材１０７とを受け入れるための貫通孔と後述するピボット部材１１９と係合する伝達部１０４ａとを備えている。バネ保持部材１０７は、バネ１０８の一方の端部を受けて保持するための面を有し、その面の裏側で加圧板１０５と面接触している。バネの他方の端部はバネ押え板１０９と接触しており、当該バネ押え板１０９は振動子支持部材１０４の貫通孔に嵌合することができる。当該貫通孔において、バネ１０８はバネ保持部材１０７に保持され、加圧板１０５とバネ押え板１０９とによって挟まれている。それにより、バネ１０８は伸縮が自在となり、Ｚ軸方向に押圧力を付与している。また加圧板１０５は、バネ保持部材１０７を受ける側の面において、当該面の法線と平行な方向に２つの突起部を有する。当該２つの突起部は振動子支持部材１０４に設けられた孔にそれぞれ受け入れられる。この構造によりＺ軸方向以外の移動が制限され、押圧力が他の部材に効率的に伝達される。本実施例においては、加圧板１０５、バネ保持部材１０７、バネ１０８、及びバネ押え板１０９により加圧部材が構成されており、各構成要素の重心はＺ軸に平行な直線で結ぶことができる。

弾性部材１０６が圧電素子１０２と加圧板１０５との間に配置されている。

移動板１１０は、略長方形の嵌合孔と３つのＶ溝の可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとを備えており、振動子支持部材１０４の突起部分が移動板１１０の嵌合孔に嵌合される。Ｖ溝の可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃはＸ軸方向に所定の長さで延在する。

一方、カバー部材としてのカバープレート１１２も、略長方形の孔とＸ軸方向に所定の長さで延在する３つのＶ溝のカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとを備え、当該孔に振動子支持部材１０４の突起部分が入れられる。Ｖ溝のカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとそれぞれに対応するＶ溝の可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとの間に転動部としての球状の転動部材（転動ボール）１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが転動可能に挟持される。このように、可動部の移動板に設けられた可動案内部と、基礎部のカバープレートに設けられたカバー案内部と、これら案内部に転動可能に挟持される転動部により案内機構が構成される。なお、可動案内部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとカバー案内部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとはＶ溝には限定されず、転動部を転動可能に挟持できれば他の形状であってもよい。振動子支持部材１０４と移動板１１０とは、カバープレート１１２に対しＸ軸方向にガタなく相対移動可能となっている。

リニア超音波モータ１００はさらに地板１１４を備える。地板１１４はＸＺ平面に凹型を有し、Ｘ軸の両側に側壁と、その一部からなる固定部とを有する。固定部はネジ穴を有し、カバープレート１１２のネジ穴とそれぞれ対向している。そしてカバープレートと地板１１４とはネジ１１３により互いに固定されるが、固定されればその方法は限定されない。また、地板１１４の底面部においては、接触基礎部材１１５がＺ軸下方側より不図示のネジ等で固定されている。接触基礎部材１１５は、振動板１０１の接触部１０１ａと接触しており、その間の摩擦により振動子１０３で生じる楕円運動を可動部の駆動力としている。可動部は当該駆動力によりＸ軸方向に進退移動可能となっている。なお、地板１１４と接触基礎部材１１５との固定は固定されればその方法は限定されない。本実施例においては、振動子１０３、弾性部材１０６、加圧板１０５、振動子支持部材１０４、バネ保持部材１０７、バネ１０８、バネ押え板１０９、及び移動板１１０により可動部が形成されている。また、カバープレート１１２、ネジ１１３、地板１１４、及び接触基礎部材１１５により基礎部が形成されている。

次に加圧部材において発生する押圧力ついて述べる。バネ１０８はバネ保持部材１０７を介し加圧板１０５に押圧力を与えている。当該押圧力はさらに、弾性部材１０６を介し、振動子１０３を接触基礎部材１１５に押圧し、振動子１０３は接触基礎部材１１５に付勢される。そして、振動板１０１の接触部１０１ａは接触基礎部材１１５に対し押圧された状態で接触する。一方、接触基礎部材１１５からの押圧力の反力は、転動部を介し、カバープレート１１２で受けられている。この加圧接触状態において圧電素子１０２に電圧が印加されると、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれにおける共振が振動子１０３に発生し、接触部１０１ａの先端が楕円運動を起こす。その結果、可動部は、Ｘ軸方向に進退移動することができる。

次に超音波モータ１００と光学レンズを保持するレンズ保持枠との連結に関して述べる。

図２及び図３より、レンズＧ２は被駆動体としてのレンズ保持枠１１６に固定され、レンズ保持枠１１６はデジタルカメラなどのレンズユニットの一部を構成する。レンズ保持枠１１６はガイドバー１１７と相対摺動自在に嵌合する嵌合穴１１６ａを有する。また、係合部１１６ｂは振れ止めバー１１８と相対摺動自在に係合し、レンズ保持枠１１６のガイドバー１１７周りでの回転を防止する。レンズ保持枠１１６にはさらに枢動可能な伝達部材としてのピボット部材と係合されるピボット部材保持部１１６ｃが形成され、公知のピボット部材１１９が組み込まれている。ピボット部材１１９には付勢部材である圧縮トーションバネ１２０がさらに組み込まれている。組み込まれた圧縮トーションバネ１２０の作用により、ピボット部材１１９を介して、レンズ保持枠１１６はＸ軸に対し時計方向に回転付勢される。さらに、ピボット部材１１９はレンズ保持枠１１６の係合穴１１６ｄに対して押圧支持されることで可動部のガタを吸収し、レンズ保持枠と一体となってＸ軸方向に進退移動可能とさせている。

図４はレンズ保持枠が連結されたリニア超音波モータの要部断面図であり、図４（Ａ）は図２におけるバネ１０８の中心を含むＹＺ断面を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ断面を示す。

組み込み状態においては、ピボット部材１１９に設けられた凹部であるＶ溝の係合部１１９ａを、振動子支持部材１０４に一体形成され球面形状の凸型形状を有する伝達部１０４ａに係合するように組み込まれており、球面形状の伝達部１０４ａとＶ溝の係合部１１９ａとが係合するため両者は点接触（部分接触）を形成する。このように、リニア超音波モータの駆動力を被駆動体たるレンズ保持枠に伝達する本実施例における伝達機構は、可動部に設けられた伝達部に、ピボット部材から成る伝達部材を付勢部材により付勢して摩擦係合させる構成を有している。

なお、係合部１１９ａはＶ溝に限られず、前述の点接触が形成されれば他の形状であってもよい。また、上記においては、凸型形状の伝達部を、伝達部材の凹型形状の係合部に係合させる構成を述べたが、凸型形状の伝達部材の係合部を凹型形状の伝達部に係合するように構成することもできる。リニア超音波モータ１００およびガイドバー１１７、振れ止めバー１１８は、不図示の鏡筒地板にそれぞれ固定されている。

また、バネ１０８はバネ保持部材１０７を介して加圧板１０５を押圧する。この押圧力は、弾性部材１０６を介し、振動子１０３を接触基礎部材１１５に対して付勢する（図中Ｆａ）。

押圧力Ｆａの反力Ｆｂは、振動子支持部材１０４から移動板１１０を介して転動部に伝達する。転動部は移動板１１０とカバープレート１１２に狭持されている。ここで、反力Ｆｂの値が大きいと、振動子支持部材１０４がＸ軸方向駆動する際の摩擦力が大きくなってしまう。しかし本実施例においては、転動部をＶ溝に狭持させて振動子支持部材１０４を直進案内可能に保持し、摺動部が無いため、可動部の駆動損失を低減している。

また、圧縮トーションバネ１２０は、振動子支持部材１０４に一体形成された伝達部１０４ａに対し、ピボット部材１１９を付勢している（図中Ｆｃ）。この押圧力により振動子支持部材１０４とピボット部材１１９が摩擦保持され、可動部のＸ軸方向への駆動力をレンズ保持枠１１５に伝達している。

一方、可動部のＸ軸方向への直進案内精度と、レンズ保持枠１１５の直進案内精度との間に誤差が生じる場合がある。その際、伝達部１０４ａとピボット部材１１９の間に直進案内精度の誤差を均一にするイコライズ機構が必要となる。これに対し本実施例においては、ピボット部材１１９がＶ溝形状をなす係合部１１９ａを有し、Ｘ軸方向には伝達部１０４ａをガタ無く保持している。また図のＹ軸方向においては、開口形状部を有する形状としている。また、振動子支持部材１０４とレンズ保持枠１１６との間のこじれを防止するためには、伝達部１０４ａとピボット部材１１９とを低摩擦に摺動させる必要がある。そのため、ピボット部材１１９はＰＯＭ（ポリアセタール）等の高摺動材料で成形することが望ましい。また、伝達部１０４ａの表面は鏡面仕上げを施し摺動抵抗を下げるか、セラミック、ステンレス鋼、真鍮、タングステンカーバイド、炭素鋼ボール等で形成される硬球を接着等で固定することが望ましい。

本構成において、圧縮トーションバネ１２０の伝達部１０４ａへの付勢方向（Ｆｃ）は、バネ１０８の押圧力Ｆａの反力Ｆｂと同方向（押圧方向に対し反対方向）である。つまり、転動部のカバープレート１１２への付勢力はＦｂとＦｃの合力となる。そのため可動部のガタが低減され、可動部のＸ軸方向への直進安定性が向上する。つまり、圧縮トーションバネ１２０による付勢力Ｆｃと振動子１０３への押圧力Ｆａとは共に可動部の可動方向（Ｘ軸方向）よりも当該可動方向に垂直な方向の力が強く、且つ圧縮トーションバネ１２０による付勢力Ｆｃは振動子１０３への押圧方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の力よりも当該押圧方向の力の方が大きい。

また、伝達部１０４ａ、移動板１１０のＶ溝の可動案内部、カバープレート１１２のＶ溝のカバー案内部がＺ軸上に一致して配置されている。すなわち、ＹＺ平面への投影において、転動部と伝達部とがＺ軸方向において整合して、又は転動部と伝達部とが可動部の移動方向（Ｘ軸方向）において整列して配置されている。言い換えれば、転動部と伝達部とがＸＺ平面において整合して配置されている。本配置により振動子支持部材１０４の直進安定性に不利な不要なモーメントが発生せず、駆動力伝達効率を高めることができる。

以上のように、本実施例によれば、リニア超音波モータにおいて振動子の押圧力を増しても駆動力を効率的に得ることを可能としている。

図５は、本発明のリニア超音波モータ１００が組み込まれているレンズ装置の一例として、レンズ鏡筒を示している。

なお、当該レンズ鏡筒は略回転対称形であるため、上側半分のみを図示している。

撮像装置としてのカメラ本体１にはレンズ鏡筒２が着脱自在に取り付けられ、カメラ本体１内には撮像素子１ａが設けられている。カメラ本体１のマウント１１にはレンズ鏡筒２をカメラ本体１に取り付けるためのバヨネット部を有している。レンズ鏡筒２は固定筒１２を有しており、マウント１１のフランジ部と当接している。そして、固定筒１２とマウント１１とは不図示のビスに固定されている。固定筒１２にはさらに、レンズＧ１を保持する前鏡筒１３とレンズＧ３を保持する後鏡筒１４とが固定される。レンズ鏡筒２はさらにフォーカスレンズ保持枠１１６を備え、レンズＧ２を保持している。フォーカスレンズ保持枠１１６はさらに、前鏡筒１３と後鏡筒１４に保持されたガイドバー１１７によって直進移動可能に保持されている。超音波モータ１００の地板１１４には、不図示のフランジ部が形成されており、後鏡筒１４にビス等で固定されている。

上記のような構成で、超音波モータ１００の振動子支持部材１０４を含む可動部が駆動すると、超音波モータ１００の駆動力は、振動子支持部材１０４を介してレンズ保持枠１１６に伝達される。レンズ保持枠１１６はガイドバー１１７によって案内されて直線移動する。

図６は本発明の第二の実施例であるリニア超音波モータの要部断面図である。本図中において第一の実施例と重複する機能を有する部材の符号は共通としている。また、第一の実施例と構成、機能が共通する内容については説明を省略する。

第一の実施例では、振動子支持部材１０４に設けられた伝達部とピボット部材１１９とが係合するように構成されている。これに対し、本実施例においては、バネ押え板を貫通して延出する伝達部１０７ａをバネ保持部材１０７に設け、その延出端部において、バネ保持部材１０７の伝達部１０７ａにピボット部材１１９が係合するように構成されている。詳細には、リニア超音波モータ２００と不図示のレンズ鏡筒の組み込み状態においては、レンズ鏡筒に保持されたピボット部材１１９のＶ溝の係合部１１９ａが、バネ保持部材１０７に一体形成され球面形状を有する伝達部１０７ａに係合するように組み込まれている。球面形状の凸型形状を有するバネ保持部材１０７の伝達部１０７ａが、ピボット部材１１９に設けられた凹部であるＶ溝の係合部１１９ａに係合することにより、両者は点接触（部分接触）を形成する。なお、係合部１１９ａはＶ溝に限られず、前述の点接触が形成されれば他の形状であってもよい。

バネ１０８はバネ保持部材１０７を介して加圧板１０５を押圧する。この押圧力は、弾性部材１０６を介し、振動子１０３を接触基礎部材１１５に対して付勢する（図中Ｆａ）。

押圧力Ｆａの反力Ｆｂは、振動子支持部材１０４から移動板１１０を介して転動部である転動部材（転動ボール）１１１に伝達する。転動部は移動板１１０とカバープレート１１２のそれぞれの案内部に狭持されている。

不図示の圧縮トーションバネが、バネ保持部材１０７に一体形成された伝達部１０７ａに対し、ピボット部材１１９を付勢している（図中Ｆｃ）。この押圧力によりバネ保持部材１０７とピボット部材１１９が摩擦保持され、可動部のＸ軸方向への駆動力を不図示のレンズ保持枠に伝達している。

本構成において、不図示の圧縮トーションバネの伝達部１０７ａへの付勢方向（Ｆｃ）は、バネ１０８の押圧力Ｆａと同方向（押圧方向）である。すなわち、トーションバネの付勢力は押圧力Ｆａと同一の軸線上に存在する。したがって、加圧板１０５への押圧力はＦａとＦｃの合力となる。ここで、押圧力Ｆｃのみで加圧板１０５への必要押圧力が得られる場合はバネ１０８を構成から削除してもよい。ここで、転動部のカバープレート１１２への付勢力Ｆｂは、押圧力ＦａとＦｃの合力の反力となる。ここで、ピボット部材１１９のＶ溝の係合部１１９ａ、バネ保持部材１０７の伝達部１０７ａ、振動板１０１の接触部１０１ａがＹＺ平面への投影においてＺ軸上に一致して配置されている。または、伝達部１０７ａと接触部１０１ａが可動部の移動方向において整列または整合して配置されている。すなわち、ＸＺ平面において、楕円運動を発生する推力発生部と駆動力を伝達する伝達部とが整合して配置されるため、可動体の推力を効率的に伝達することができる。つまり、圧縮トーションバネによる付勢力Ｆｃと振動子１０３への押圧力Ｆａとは共に可動部の可動方向（Ｘ軸方向）よりも当該可動方向に垂直な方向の力が強く、且つ圧縮トーションバネによる付勢力Ｆｃは振動子１０３への押圧方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の力よりも当該押圧方向の力の方が大きい。

図７は本発明の第三の実施例であるリニア超音波モータの要部断面図である。本図中において第一の実施例と重複する機能を有する部材の符号は共通としている。また、第一の実施例と構成、機能が共通する内容については説明を省略する。

第一の実施例では、振動子支持部材１０４とピボット部材１１９とは振動子支持部材１０４の側面部で係合する構成であった。これに対して、本実施例に係るリニア超音波モータ３００の構成は、第一の実施例で説明したリニア超音波モータ１００の振動子支持部材１０４に一体形成され球面形状を有する伝達部１０４ａの配置のみが異なる。すなわち本実施例では、振動子支持部材１０４とピボット部材１１９とは振動子支持部材１０４の底面部で係合する構成となっている。

本構成において、不図示の圧縮トーションバネの伝達部１０４ａへの付勢方向（Ｆｃ）は、バネ１０８の押圧力Ｆａの反力Ｆｂと同方向（押圧方向に対し反対方向）である。つまり、転動部としての転動部材（転動ボール）１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃのカバープレート１１２への付勢力はＦｂとＦｃの合力となる。そのため可動部のガタが低減され、可動部のＸ軸方向への直進安定性が向上する。さらに、ピボット部材１１９のＶ溝の係合部１１９ａ、振動子支持部材１０４の伝達部１０４ａ、振動板１０１の接触部１０１ａが可動部の進行方向に整列または整合して配置されている。すなわち、ＸＺ平面において、楕円運動を発生する推力発生部（接触部）と伝達部とが整合して配置されるため、可動体の推力を効率的に伝達することができる。つまり、圧縮トーションバネによる付勢力Ｆｃと振動子１０３への押圧力Ｆａとは共に可動部の可動方向（Ｘ軸方向）よりも当該可動方向に垂直な方向の力が強く、且つ圧縮トーションバネによる付勢力Ｆｃは振動子１０３への押圧方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の力よりも当該押圧方向の力の方が大きい。

図８は本発明の第四の実施例であるリニア超音波モータ４００をＹ軸方向から見た側面図であり、可動部が中間位置にある。

図９はリニア超音波モータの分解斜視図を示す。

まず、図８、図９を用いて本実施例のリニア超音波モータ４００の構成を説明する。なお、本図中において第一の実施例と重複する機能を有する部材の符号は共通としている。また、第一の実施例と構成、機能が共通する内容については説明を省略する。

本実施例におけるリニア超音波モータ４００は、Ｘ軸方向に長軸を有し、以下に述べる各部材により形成されている。振動板１０１は圧電素子１０２が公知の接着剤等により固定されている。振動板１０１はさらに接触部１０１ａを備え、接触部１０１ａは後述する直進移動板４０１に押圧を伴う加圧接触状態で接触している。振動子１０３は振動板１０１と圧電素子１０２とにより形成されている。

振動子支持部材１０４は、ＹＺ断面のＺ軸方向に凸型を有し、バネ１０８とバネ保持部材１０７とを受け入れるための貫通孔を備えている。バネ保持部材１０７は、バネ１０８の一方の端部を受けて保持するための面を有し、その面の裏側で加圧板１０５と面接触している。バネの他方の端部はバネ押え板１０９と接触しており、当該バネ押え板１０９は振動子支持部材１０４の貫通孔に嵌合することができる。当該貫通孔において、バネ１０８はバネ保持部材１０７に保持され、加圧板１０５とバネ押え板１０９とによって挟まれている。それにより、バネ１０８は伸縮が自在となり、Ｚ軸方向に押圧力を付与している。また加圧板１０５は、バネ保持部材１０７を受ける側の面において、当該面の法線と平行な方向に２つの突起部を有する。当該２つの突起部は振動子支持部材１０４に設けられた孔にそれぞれ受け入れられる。この構造によりＺ軸方向以外の移動が制限され、押圧力が他の部材に効率的に伝達される。本実施例においては、加圧板１０５、バネ保持部材１０７、バネ１０８、及びバネ押え板１０９により加圧部材が構成されており、各構成要素の重心はＺ軸に平行な直線で結ぶことができる。

弾性部材１０６は圧電素子１０２と加圧板１０５との間に配置されている。
直進移動板４０１は、３つのＶ溝の可動案内部４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃとを備えており、Ｖ溝の可動案内部４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃはＸ軸方向に所定の長さで延在する。また、直進移動板４０１は、後述するピボット部材１１９と係合する伝達部４０１ｄとを備えている。

一方、地板４０２にもＸ軸方向に所定の長さで延在する３つのＶ溝の地板案内部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃとを備え、Ｖ溝の地板案内部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃとそれぞれに対応するＶ溝の可動案内部４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃとの間に転動部としての球状の転動部材（転動ボール）１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが転動可能に挟持される。なお、可動案内部４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃと地板案内部４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃとはＶ溝には限定されず、転動部を転動可能に挟持できれば他の形状であってもよい。

直進移動板４０１は、振動板１０１の接触部１０１ａと接触しており、その間の摩擦により振動子１０３で生じる楕円運動を可動部の駆動力としている。可動部は当該駆動力によりＸ軸方向に進退移動可能となっている。本実施例においては、振動子１０３、弾性部材１０６、加圧板１０５、振動子支持部材１０４、バネ保持部材１０７、バネ１０８、バネ押え板１０９、及び地板４０２により基礎部が形成されており、直進移動板４０１により可動部が形成されている。

次に加圧部材において発生する押圧力ついて述べる。バネ１０８はバネ保持部材１０７を介し加圧板１０５に押圧力を与えている。当該押圧力はさらに、弾性部材１０６を介し、振動子１０３を直進移動板４０１に押圧し、振動子１０３は直進移動板４０１に付勢される。そして、振動板１０１の接触部１０１ａは直進移動板４０１に対し押圧された状態で接触する。直進移動板４０１への押圧力は、転動部を介し、地板４０２で受けられている。この加圧接触状態において圧電素子１０２に電圧が印加されると、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれにおける共振が振動子１０３に発生し、接触部１０１ａの先端が楕円運動を起こす。その結果、可動部は、Ｘ軸方向に進退移動することができる。

図１０はレンズ保持枠が連結されたリニア超音波モータの要部断面図である。
組み込み状態においては、ピボット部材１１９に設けられた凹部であるＶ溝の係合部１１９ａを、直進移動板４０１に一体形成され球面形状の凸型形状を有する伝達部４０１ｄに係合するように組み込まれており、両者は点接触を形成する。なお、係合部１１９ａはＶ溝に限られず、前述の点接触が形成されれば他の形状であってもよい。

また、バネ１０８はバネ保持部材１０７を介して加圧板１０５を押圧する。この押圧力は、弾性部材１０６を介し、振動子１０３を直進移動板４０１に対して付勢する（図中Ｆａ）。ここで、押圧力Ｆａの値が大きいと、直進移動板４０１がＸ軸方向駆動する際の摩擦力が大きくなってしまう。しかし本実施例においては、転動部をＶ溝に狭持させて直進移動板４０１を直進案内可能に保持し、摺動部が無いため、可動部の駆動損失を低減している。

また、圧縮トーションバネ１２０は、直進移動板４０１に一体形成された伝達部４０１ｄに対し、ピボット部材１１９を付勢している（図中Ｆｃ）。この押圧力により直進移動板４０１の伝達部４０１ｄとピボット部材１１９が摩擦保持され、可動部のＸ軸方向への駆動力をレンズ保持枠１１６に伝達している。

本実施例の構成において、圧縮トーションバネ１２０の伝達部４０１ｄへの付勢方向（Ｆｃ）は、バネ１０８の押圧力Ｆａと同方向（押圧方向）である。つまり、転動部の地板４０２への付勢力はＦａとＦｃの合力となる。そのため可動部のガタが低減され、可動部のＸ軸方向への直進安定性が向上する。つまり、圧縮トーションバネ１２０による付勢力Ｆｃと振動子１０３への押圧力Ｆａとは共に可動部の可動方向（Ｘ軸方向）よりも当該可動方向に垂直な方向の力が強く、且つ圧縮トーションバネ１２０による付勢力Ｆｃは振動子１０３への押圧方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の力よりも当該押圧方向の力の方が大きい。

以上、本発明に関わるリニア超音波モータに関してその具体例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求項記載の範囲に示したものであればどのような形態をとることも可能である。

１０２ 圧電素子
１０３ 振動子
１０７ バネ保持部材
１０８ バネ
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 可動案内部
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ 転動部材
１１２ カバープレート
１１２ａ、１１０２、１１２ｃ カバー案内部
１１４ 地板
１１６ レンズ保持枠
１１７ ガイドバー
１１９ ピボット部材
１２０ 圧縮トーションバネ

また、圧縮トーションバネ１２０は、振動子支持部材１０４に一体形成された伝達部１０４ａに対し、ピボット部材１１９を付勢している（図中Ｆｃ）。この押圧力により振動子支持部材１０４とピボット部材１１９が摩擦保持され、可動部のＸ軸方向への駆動力をレンズ保持枠１１６に伝達している。

一方、可動部のＸ軸方向への直進案内精度と、レンズ保持枠１１６の直進案内精度との間に誤差が生じる場合がある。その際、伝達部１０４ａとピボット部材１１９の間に直進案内精度の誤差を均一にするイコライズ機構が必要となる。これに対し本実施例においては、ピボット部材１１９がＶ溝形状をなす係合部１１９ａを有し、Ｘ軸方向には伝達部１０４ａをガタ無く保持している。また図のＹ軸方向においては、開口形状部を有する形状としている。また、振動子支持部材１０４とレンズ保持枠１１６との間のこじれを防止するためには、伝達部１０４ａとピボット部材１１９とを低摩擦に摺動させる必要がある。そのため、ピボット部材１１９はＰＯＭ（ポリアセタール）等の高摺動材料で成形することが望ましい。また、伝達部１０４ａの表面は鏡面仕上げを施し摺動抵抗を下げるか、セラミック、ステンレス鋼、真鍮、タングステンカーバイド、炭素鋼ボール等で形成される硬球を接着等で固定することが望ましい。

Claims (45)

1. 圧電素子を有する振動子と、
   その振動子に押圧力を付与して基礎部に加圧接触させる加圧部を含む可動部と、
   前記基礎部に固定されたカバー部と、
   可動方向に延在する前記可動部の可動案内部と、前記可動方向に延在する前記カバー部のカバー案内部との間で転動可能に狭持された転動部と、
   枢動可能に支持された伝達部材を備え、前記可動方向にのみ移動可能な被駆動体と、
   を備え、
   前記伝達部材は、前記可動部の伝達部と当接し、前記可動部を前記転動部に付勢する付勢力を与える付勢部を備え、
   前記転動部は、前記押圧力、又は前記押圧力の反力と前記付勢力との合力によって挟持されることを特徴とするリニア超音波モータ。
2. 前記可動方向に垂直な平面への投影において、前記転動部と前記伝達部とが前記押圧力の方向において整合して配置されることを特徴とする請求項１に記載のリニア超音波モータ。
3. 前記振動子は前記基礎部に接触する接触部を有し、前記伝達部は前記可動方向において前記接触部と整列または整合して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニア超音波モータ。
4. 前記伝達部は、前記可動方向において前記転動部と整列または整合して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニア超音波モータ。
5. 前記可動部の前記伝達部は凸型形状を有し、前記伝達部材に設けられた凹部に前記凸型形状の伝達部が係合されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
6. 前記伝達部は前記可動部と一体形成の球面形状を有し、前記伝達部材とは点接触する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
7. 前記付勢部はトーションバネであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
8. 前記転動部は球状の転動ボールからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
9. 前記伝達部は硬球からなり、セラミック、ステンレス鋼、真鍮、タングステンカーバイド、炭素鋼で形成されていることを特徴とする請求項６に記載のリニア超音波モータ。
10. 前記被駆動体はレンズ保持枠である、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
11. 請求項１０に記載のリニア超音波モータと、
    前記レンズ保持枠を案内するガイドバーとを有するレンズ装置。
12. 前記ガイドバーと同じ方向に延在し、前記付勢部材の前記付勢力による前記レンズ保持枠の回転を防止する振れ止めバーを更に有することを特徴とする請求項１１に記載のレンズ装置。
13. 請求項１１又は１２に記載のレンズ装置を有する撮像装置。
14. 圧電素子により振動が励振される振動子の前記振動により移動する可動部と、基礎部と、前記可動部とその基礎部とを相対的に可動方向へ移動可能に案内する案内機構と、前記可動部の移動を被駆動体に伝達する伝達機構とを備えるリニア超音波モータであって、
    前記振動子は押圧されて前記基礎部又は前記可動部に接触するようにされており、
    前記伝達機構は、前記可動部の移動による前記リニア超音波モータの駆動力を前記被駆動体に伝達する伝達部材と、その伝達部材を前記可動部に付勢する付勢力を与える付勢部材とを備え、
    その付勢部材による付勢力により前記可動部の伝達部が前記伝達部材を介して前記振動子の前記基礎部又は前記可動部への押圧方向又はその反対方向に付勢され、前記伝達部材が前記可動部の前記伝達部に係合されて前記駆動力が前記被駆動体に伝達されることを特徴とするリニア超音波モータ。
15. 前記案内機構は、前記可動部と前記基礎部とを相対的に移動可能に案内する転動部材を備えることを特徴とする請求項１４に記載のリニア超音波モータ。
16. 前記振動子は前記基礎部に接触する接触部を有し、前記伝達部は前記可動方向において前記接触部と整列または整合して配置されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のリニア超音波モータ。
17. 前記伝達部は、前記可動方向において前記転動部材と整列または整合して配置されることを特徴とする請求項１５に記載のリニア超音波モータ。
18. 前記可動部の前記伝達部は凸型形状を有し、前記伝達部材に設けられた凹部に前記凸型形状の伝達部が係合されることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
19. 前記振動子は加圧部材により押圧されて前記基礎部又は前記可動部に接触することを特徴とする請求項１４から１８のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
20. 前記基礎部が接触基礎部材を備え、前記振動子が前記加圧部材により押圧されて前記接触基礎部材に接触することを特徴とする請求項１９に記載のリニア超音波モータ。
21. 前記振動子が前記加圧部材により押圧されて前記可動部に接触することを特徴とする請求項１９に記載のリニア超音波モータ。
22. 前記伝達部はセラミック、ステンレス鋼、真鍮、タングステンカーバイド、又は炭素鋼で形成されている硬球からなることを特徴とする請求項１４から２１のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
23. 前記付勢部材はトーションバネであることを特徴とする請求項１４から２２のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
24. 前記転動部材は球状の転動ボールからなり、その転動ボールは前記可動部及び前記基礎部に設けられた案内部に挟持されることを特徴とする請求項１５に記載のリニア超音波モータ。
25. 前記被駆動体はレンズ保持枠であることを特徴とする請求項１４から２４のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
26. 請求項２５に記載のリニア超音波モータと、
    前記レンズ保持枠を案内するガイドバーとを有するレンズ装置。
27. 前記ガイドバーと同じ方向に延在し、前記付勢部材の前記付勢力による前記レンズ保持枠の回転を防止する振れ止めバーを更に有することを特徴とする請求項２６に記載のレンズ装置。
28. 請求項２６又は２７に記載のレンズ装置を有することを特徴とする撮像装置。
29. 圧電素子によって振動が励振される振動子を含む可動部と、
    前記振動子の振動に伴って、前記可動部とその基礎部とを相対的に可動方向に移動可能に案内する案内部と、
    付勢部材によって前記可動部と付勢力を受けて接触している伝達部材であって、当該接触により、前記可動部と前記基礎部との相対的な移動による駆動力を被駆動体に伝達する伝達部材とを備え、
    前記振動子は押圧されて前記基礎部に接触するようにされており、
    前記付勢部材による付勢力と前記振動子への押圧力とは共に前記可動方向よりも当該可動方向に垂直な方向の力が強く、且つ前記付勢部材による付勢力は振動子への押圧方向に垂直な方向の力よりも当該押圧方向の力の方が大きいことを特徴とするリニア超音波モータ。
30. 前記付勢力の方向は前記可動方向の力よりも当該可動方向に垂直な方向の力が大きいことを特徴とする請求項２９に記載のリニア超音波モータ。
31. 前記振動子への押圧力の方向は前記可動方向の力よりも当該可動方向に垂直な方向の力が大きいことを特徴とする請求項２９または３０に記載のリニア超音波モータ。
32. 前記案内部は、前記可動部と前記基礎部とを相対的に移動可能に案内する転動部材を備えることを特徴とする請求項２９に記載のリニア超音波モータ。
33. 前記振動子は前記基礎部に接触する接触部を有し、前記伝達部材は前記可動方向において前記接触部と整列または整合して配置されることを特徴とする請求項２９から３２のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
34. 前記伝達部材は、前記可動方向において前記転動部材と整列または整合して配置されることを特徴とする請求項３３に記載のリニア超音波モータ。
35. 前記伝達部材に設けられた凹部に前記可動部の凸型形状の伝達部が係合されることを特徴とする請求項２９から３４のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
36. 前記振動子と前記基礎部との接触は加圧部材により押圧力を介していることを特徴とする請求項２９から３５のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
37. 前記基礎部が接触基礎部材を備え、前記振動子が前記加圧部材により押圧されて前記接触基礎部材に接触することを特徴とする請求項３６に記載のリニア超音波モータ。
38. 前記振動子と前記可動部との接触は前記加圧部材を介していることを特徴とする請求項２９から３７のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
39. 前記伝達部材と接触する前記可動部の伝達部はセラミック、ステンレス鋼、真鍮、タングステンカーバイド、又は炭素鋼で形成されている硬球からなることを特徴とする請求項２９から３８のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
40. 前記付勢部材はトーションバネであることを特徴とする請求項２９から３９のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
41. 前記転動部材は球状の転動ボールからなり、その転動ボールは前記可動部及び前記基礎部に設けられた案内部に挟持されることを特徴とする請求項３２に記載のリニア超音波モータ。
42. 前記被駆動体はレンズ保持枠であることを特徴とする請求項２９から４１のいずれか一項に記載のリニア超音波モータ。
43. 請求項４２に記載のリニア超音波モータと、
    前記レンズ保持枠を案内するガイドバーとを有するレンズ装置。
44. 前記ガイドバーと同じ方向に延在し、前記付勢部材の前記付勢力による前記レンズ保持枠の回転を防止する振れ止めバーを更に有することを特徴とする請求項４３に記載のレンズ装置。
45. 請求項４３又は４４に記載のレンズ装置を有することを特徴とする撮像装置。

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