JP2015106927A - 超音波モータ及びそれを有するレンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波モータにおいて、弾性体の製造バラつきの影響を大きく受け、安定したモータ性能が得られない恐れがあった。
【解決手段】圧電素子により超音波振動が励起される弾性体と、前記弾性体と接触する接触面を有し、前記超音波振動によって前記弾性体に対して相対移動を行う被接触部材とを有する超音波モータであって、前記弾性体は、前記圧電素子が固着される接合部と、前記接合部から前記圧電素子と反対側に突出する側壁部と、前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部と、前記少なくとも１つの接触部と前記側壁部との間に配置され、前記接合部より薄い厚さを有するバネ部とを有し、前記側壁部の内側の面は、前記接合部に対して傾斜を有する曲面である構成とした超音波モータにより、解決する。
【選択図】図５

Description

本発明は、被接触部材に押圧された振動子に楕円振動を発生させることにより駆動される超音波モータと、その超音波モータを使用したレンズ装置とに関する。

従来から、無音動作、低速から高速までの駆動が可能、高トルク出力などの特徴を活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献１の超音波モータでは、被駆動部と、当該被駆動部と先端で接触する二つの突起の形状を有する接触部を備える弾性体とから構成されており、当該弾性体をプレス加工で一体的に製作する技術が開示されている。弾性体は被駆動部に押圧された状態で保持されており、弾性体の接触部が被駆動部に対して加圧されて接触している状態、所謂、加圧接触状態となっている。その加圧接触状態下で当該弾性体に超音波振動が励起されると、弾性体の接触部に楕円運動が生じ、被駆動部が弾性体に対して相対的に移動する。

特開２０１１−２３４６０８号公報

しかし、特許文献１に開示された超音波モータでは、弾性体の製造バラつきの影響を大きく受けて、安定したモータ性能が得られない恐れがあった。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、製造バラつきの影響を受けにくく、安定したモータ性能を有する超音波モータを提供することを目的とする。

本発明の超音波モータは、圧電素子により超音波振動が励起される弾性体と、前記弾性体と接触する接触面を有し、前記超音波振動によって前記弾性体に対して相対移動を行う被接触部材と、を有する超音波モータであって、前記弾性体は、前記圧電素子が固着される接合部と、前記接合部から前記圧電素子と反対側に突出する側壁部と、前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部と、前記少なくとも１つの接触部と前記側壁部との間に配置され、前記接合部より薄い厚さを有するバネ部と、を有し、前記側壁部の内側の面は、前記接合部に対して傾斜を有する曲面であることを特徴とする。

本発明によれば、製造バラつきの影響を受けにくくなり、安定したモータ性能を有する超音波モータを提供することができる。

本発明の実施例１における超音波モータの分解斜視図である。 図１に示される各部材を組込んだ状態の図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 振動子と支持部材の接合状態を示す拡大斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。 振動子１０９の断面図である。 弾性体１０２がプレス型に挟まれた状態を説明する図である。 片側の側壁部が薄い弾性体１０２に斜め方向の力がかかった様子を示す図である。 本発明の実施例２における振動子１０９の断面図である。 従来の超音波モータにおける弾性体２０２がプレス型に挟まれた状態を説明する図である。 従来の超音波モータにおける片側の側壁部が薄い弾性体２０２に斜め方向の力がかかった様子を示す図である。

［実施例１］
以下、図を用いて本発明の実施例について説明する。なお、本実施例の超音波モータは、デジタルカメラ用のレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した直動駆動型モータを例に説明するが、使用用途はこれに限られたものではない。回転駆動型モータに対しても適用することができる。

図１は、本発明の一実施例である超音波モータの分解斜視図である。なお、図において同一部材は同一記号で図示される。

なお、本明細書の各図中において、後述する振動子１０９の弾性体１０２に発生する楕円運動により振動子１０９が移動する方向をＸ方向と定義する。また、後述するバネ部材１０７による振動子１０９への加圧方向をＺ方向と定義する。Ｚ方向において、振動子１０９が後述する被接触部材１０１から遠ざかる向きを＋Ｚ向き、振動子１０９が被接触部材１０１に近づく方向を−Ｚ向きと定義する。さらに、Ｘ方向とＺ方向とに垂直な方向をＹ方向と定義する。これらのＸ、Ｙ、Ｚ軸の互いに直交する３軸の方向は、これらに限られたものではなく、また本発明を限定するものではない。

１１０は固定台であり、このユニットの全体を保持している。

１０１は被接触部材であり、後述する振動子１０９が押圧力を受け加圧接触する接触面１０１ａを備える。被接触部材１０１は２本の固定ビス１１１で固定台１１０に固定されている。

１０２は、接触面１０１ａに押圧力を伴う接触の状態、所謂、加圧接触状態で接触する弾性体であり、１０３は、弾性体１０２に接着剤などにより圧着されている圧電素子である。そして、弾性体１０２に圧電素子１０３が圧着された状態で、圧電素子１０３に電圧を印加することにより超音波振動を発生させ、弾性体１０２に楕円運動を発生させることができる。本発明の超音波モータでは、弾性体１０２と圧電素子１０３とで振動子１０９を構成している。

１１５は、圧電素子１０３の超音波振動を他の部品に伝わらないように遮断する遮断部材である。圧電素子１０３の超音波振動を減衰させることなく、後述する小基台１０４への超音波振動の伝播を防ぐ機能をもっている。遮断部材１１５の材料としては、フェルト生地が適している。

１０４は、小基台である。遮断部材１１５を介して圧電素子１０３と面接触し、後述するバネ部材１０７による押圧力を圧電素子１０３に伝える。

１０５は、保持部材であり、振動子１０９周りの部品を保持している。

１０６は、加圧部材であり、加圧受け部材１０８の嵌合穴部１０８ａに嵌合し、被接触部材１０１の接触面１０１ａに対して概ね垂直な方向にのみ移動可能に保持される。そして後述するバネ部材１０７から付与された押圧力を、遮断部材１１５と小基台１０４を介して振動子１０９に伝え、振動子１０９をロータとしての被接触部材１０１に加圧接触させる。

１０７は、バネ部材であり、圧縮コイルバネで構成されている。一方の端部は加圧受け部材１０８で固定され、もう一方の端部が加圧部材１０６に押圧力を伝えることで、その押圧力により振動子と被接触部材とを加圧接触させる。そして、この加圧部材１０６とバネ部材１０７が、本発明の加圧手段となる。

１０８は加圧受け部材である。加圧受け部材１０８は中央に丸穴のあいた円板の形状しており、外周側面に形成されたネジ部で保持部材１０５のネジ穴部１０５ｂにねじ込み固定される。また、中央にあいた丸穴である嵌合穴部１０８ａで、加圧部材１０６を嵌合しながら保持している。

１１４は支持部材である。支持部材１１４は薄板の形状で形成されており、Ｘ方向よりもＺ方向の方が弱い剛性を有する。弾性体１０２と保持部材１０５の間に介在し、保持部材１０５に対して弾性体１０２がＺ方向には自由に動けるが、Ｘ方向にはガタなく位置を固定できるような機能を果たしている。

１１３は押さえ板である。支持部材１１４は、押さえ板１１３とともに２本の固定ビス１１２で保持部材１０５に共締め固定される。また、押さえ板１１３は、振動子１０９と所定量の隙間を設けて配置されているため、振動子１０９が−Ｚ方向に所定量以上移動すると、振動子１０９は押さえ板１１３に当接して、それ以上移動できない構成になっている。このように構成することで、押さえ板１１３は、振動子１０９が−Ｚ方向に所定量以上移動するのを規制する機能を果たしている。

１１６は転動ボールである。転動ボール１１６が、保持部材１０５に形成された溝部と後述する天板部材１１７に形成された溝部との間に介在して転動することで、天板部材１１７に対して保持部材１０５は移動可能に支持されている。

１１７は天板部材である。振動子１０９を保持した保持部材１０５を、被接触部材１０１と天板部材１１７との間で挟み込むことで、保持部材１０５は移動可能に保持されている。天板部材１１７は４本の固定ビス１１８で固定台１１０に固定されている。

以上のように、上述した各部材が組込まれ、超音波モータとしてユニット化される。

図２は、図１の各部材を組込んだ状態の図である。図２（Ａ）は各部材を組み込んだ状態をＺ方向（＋Ｚ側）から見た図であり、図２（Ｂ）はＹ方向から見た図である。

固定台１１０には二本の固定ビス１１１で被接触部材１０１が固定されている。さらに天板部材１１７が四隅を４本の固定ビス１１８で固定台１１０に固定されている。天板部材１１７の中央には長方形の開口部１１７ｂが空いており、保持部材１０５の突出部１０５ｃが顔を出している。

被接触部材１０１の上には弾性体１０２が当接した状態でのっている。弾性体１０２は薄板の形状の支持部材１１４を介して保持部材１０５に固定されている。そのため、弾性体１０２は、支持部材１１４の変形により、保持部材１０５に対してＺ方向には自由に動けるが、Ｘ方向にはガタなく位置決めを固定できる構成になっている。

振動子１０９に発生した楕円運動Ｒ（図３参照）により、振動子１０９と被接触部材１０１との間にＸ方向の相対移動を発生した場合、固定台１１０、被接触部材１０１、固定ビス１１１、天板部材１１７、固定ビス１１８が固定部となる。一方、振動子１０９を含めた、遮断部材１１５と、小基台１０４と、固定ネジ１１２、押さえ板１１３、支持部材１１４、加圧部材１０６、バネ部材１０７、加圧押さえ１０８、そしてそれらを保持する保持部材１０５とが可動部となる。つまり本発明の超音波モータは、駆動源である振動子１０９自身が可動する自走式のモータユニットとなっている。

なお、実際のレンズ鏡筒などのレンズ装置に組み込まれる際には、弾性体１０２と圧電素子１０３とで構成された振動子１０９を有する保持部材１０５を、固定された非接触部材１０１に対して可動であってレンズを有するフォーカス機構やズーム機構に接続してレンズを駆動する。

また、本発明では被接触部材１０１を固定部とし振動子１０９を可動部としているが、これに限られず、非接触部材１０１を可動部とし振動子１０９を固定部とする構成にされてもよい。この場合、非接触部材１０１が被駆動部となり、実際のレンズ鏡筒などに組み込まれる際には、非接触部材１０１を、固定された振動子１０９に対して可動であってレンズを有するフォーカス機構やズーム機構に接続してレンズを駆動する。

次に、超音波モータの構成部材の詳細について説明する。

図３は、図１及び図２における弾性体１０２と支持部材１１４の接合状態を説明するための拡大斜視図で、被接触部材１０１側から見た図（−Ｚ側から見た拡大斜視図）である。図において弾性体１０２の中央の接合部１０２ａには、２か所の突起部が形成される。１０２ｂは、当該突起部の上端面に形成された、接触部であり、被接触部材１０１の接触面１０１ａと当接する面である。２か所の接触部１０２ｂは同一平面上に形成され、被接触部材１０１の接触面１０１ａとの当接状態を良好にするため、製造工程時には研磨などにより均一な面に仕上げられる。

一方、図３に示す接合部１０２ａの裏面側（２か所の突起部が形成されている面とは反対の面側）には圧電素子１０３が接着剤などにより圧着されている。なお、接合部１０２ａの裏面と圧電素子１０３の圧着は、圧着されればその方法は限定されない。この圧電素子１０３は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そして、この積層された圧電素子１０３に所望の交流電圧を印加することで励振させ、圧電素子１０３が圧着された弾性体１０２に２つの振動モードを励起する。このとき２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、接触部１０２ｂには、図３の矢印で示すような楕円運動Ｒが発生する。この楕円運動Ｒを図１及び図２に示すような振動子１０９で発生させ、被接触部材１０１の接触面１０１ａに伝達することで、被接触部材１０１に対して振動子１０９自身が直動駆動することが可能となる。

次に、支持部材１１４のＸ方向の両側には、弾性体１０２と接合するための段低い段差部１１４ａが形成されている。そして、支持部材１１４は弾性体１０２に、この段差部１１４ａにおいて溶接や接着などにより接合されるが、支持部材１１４と弾性体１０２が接合されれば、その方法は限定されない。また支持部材１１４のＹ方向の両側にはビス穴部１１４ｂが形成されている。支持部材１１４が、支持部材１１４のビス穴部１１４ｂに通される固定ビス１１２で押さえ板１１３とともに保持部材１０５に共締めされるため、弾性体１０２は、薄板の形状の支持部材１１４を介して保持部材１０５に固定される。これにより弾性体１０２は、加圧方向であるＺ方向には保持部材１０５に対して自由に移動可能だが、駆動方向であるＸ方向には保持部材１０５に対して位置ずれなく固定される。

図４は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。図４では、被接触部材１０１を下側とした図になっている。

図４（Ａ）は、図２のおけるＹ軸に垂直な面で加圧部材１０６の中心を通るような面における断面図、即ち、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図に対応している。

図４（Ｂ）は、図２のおけるＸ軸に垂直な面で加圧部材１０６の中心を通るような面における断面図、即ち、図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図に対応している。

図４（Ａ）、（Ｂ）の２０１は、弾性体１０２の接触面１０１ａと接触する接触部１０２ｂの重心を通過し、当該接触面１０１ａの法線を含む中心線である。

接触部１０２ｂは、被接触部材１０１の接触面１０１ａと当接し、加圧接触状態にある。また、弾性体弾性体１０２は、両端で支持部材１１４と接合されている。そして、圧電素子１０３は遮断部材１１５を介して小基台１０４に面接触している。

保持部材１０５には２か所の穴部１０５ａが設けられ、小基台１０４に形成された２か所の軸部１０４ａが嵌合している。保持部１０５に設けられた２か所の穴部１０５ａは、Ｘ方向へ延在する長穴の形状になっており、小基台１０４が所定の角度だけ傾くことができる。

小基台１０４の上側中央には当接部１０４ｂが設けられている。この当接部１０４ｂは、図４（Ａ）の断面において円弧の形状を有し、紙面奥行方向（図４（Ｂ）においては左右方向）に延在する円筒の一部からなる形状を有する。そして、この当接部１０４ｂには加圧部材１０６の下端面１０６ａが線接触で接している。この下端面１０６ａは平面で形成されているため、当接部１０４ｂとの線接触部は、図４（Ａ）の紙面奥行方向（図４（Ｂ）においては左右方向）に長さを有する線接触となる。従って、図４（Ａ）における断面においては、小基台１０４が傾き可能な構成となっている。仮に製造時の寸法誤差や組み立て誤差、また外乱による部材の傾きが生じた場合でも、被接触部材１０１の当接面１０１ａに弾性体１０２の接触部１０２ｂが倣うように小基台１０４が傾くため、良好な加圧接触状態を保つことができる。

保持部材１０５にはネジ穴部１０５ｂが形成されており、加圧受け部材１０８の外径側面に設けられたネジ部１０８ｂがねじ込まれる。ねじ込み量を部品ばらつきに合わせて変えることで、押圧力の調整を行う。加圧受け部材１０８の中央に形成された嵌合穴部１０８ａには、加圧部材１０６の嵌合軸部１０６ｂが嵌合保持されることで、加圧部材１０６がＺ方向にのみ移動可能な構成となっている。

天板部材１１７は固定台１１０に固定され、バネ部材１０７のバネ力で弾性体１０２の接触部１０２ｂを被接触部材１０１の接触面１０１ａに加圧接触させたときの反力を受ける役割を担っている。その際、天板部材１１７に形成された溝部１１７ａと保持部材１０５に形成された溝部１０５ｄに転動ボール１１６を挟み転動させることで、保持部材１０５と天板部材１１７とが相対的に移動可能に支持されるように構成されている。これにより、保持部材１０５がＺ方向の加圧接触の反力を受けながら、Ｘ方向に移動する際の摩擦抵抗を極力小さくしている。また、天板部材１１７の溝部１１７ａと保持部材１０５の溝部１０５ｄとに転動ボール１１６が挟まれることで、Ｙ方向の位置が決まるように構成されている。本発明の超音波モータでは、４つの転動ボール１１６でバネ部材１０７の押圧力の反力を受けることで、保持部材１０５が天板部材１１７に対して傾くことなく移動可能に支持している。

圧電素子１０３と小基台１０４の間には、遮断部材１１５が挟み込まれている。遮断部材１１５は、振動を阻害することなく、振動の伝播を遮断する機能を有する材料を用いることで、圧電素子１０３の超音波振動を阻害することなく、小基台１０４への振動の伝播を抑える。遮断部材１１５に適した材質として、例えばフェルト生地などが挙げられる。

接触部１０２ｂを被接触部材１０１の接触面１０１ａに加圧接触させるための押圧力を伝えるために、振動子１０９はＺ方向には自由に動ける必要がある。また、フォーカス機構やズーム機構に連結した保持部材１０５を精度よく駆動するために、振動子１０９は保持部材１０５にガタなく保持されている必要がある。そこで、振動子１０９は、薄板の形状で形成された支持部材１１４を介して保持部材１０５に固定されている。これにより、Ｚ方向には自由に動け、Ｘ方向及びＹ方向にはガタなく駆動可能な構成となっている。

図５は、振動子１０９をＸＺ平面でカットした断面図であり、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図４（Ａ）に対応し、それとは上下逆さに描かれている。図５において、１０２ａは、圧電素子１０３と固着される接合部である。接合部１０２ａで圧電素子１０３と弾性体１０２とが固着され、振動子１０９を形成している。１０２ｂは被接触部材１０１の接触面１０１ａと当接する接触部である。１０２ｆは圧電素子１０３と反対側に突出するように設けられた側壁部であり、１０２ｅは接触部１０２ｂと側壁部１０２ｆとの間に設けられたバネ部である。側壁部１０２ｆは、内側面１０２ｇが圧電素子１０２の固着面から延出する円錐の側面の一部を構成する面となるような傾斜を有する曲面、例えばテーパ面で形成されている。この円錐の側面の一部を構成する面は、圧電素子１０３との固着面側、即ち接合部１０２ａの側よりもバネ部１０２ｅの側の方が、径が小さくなるように構成されている。これにより、後述するように、プレス加工による絞り加工を行う時の側壁部１０２ｆの厚さバラつきを軽減するとともに、接触部１０２ｂに作用する斜め方向の力に対して安定したバネ定数を実現することができる。

バネ部１０２ｅは、接触部１０２ｂや接合部１０２ａに比べて、厚さが薄くなっている。これにより押圧力による加圧の方向（Ｚ方向）の剛性下げて、所定のバネ性を持たせている。このように接触部１０２ｂと側壁部１０２ｆとの間に、所定のバネ性を有するバネ部１０２ｅを設けることで、弾性体１０２の接触部１０２ｂと被接触部材１０１の接触面１０１ａとは、なめらかな接触が実現でき、良好な接触状態を確保できる。

超音波モータを高速化するために、接触部１０２ｂの楕円振動Ｒによる振幅を大きくしようとした場合、圧電素子１０３と接触部１０２ｂの距離を離して振動ストロークを伸長する必要がある。本発明の弾性体１０２では、バネ部１０２ｅの周囲は連続した側壁部１０２ｆに囲まれているため、圧電素子１０３と接触部１０２ｂの距離を離すために側壁部１０２ｆを高くしたとしても、駆動方向であるＸ方向の剛性が確保される。そのため、振動子１０９に発生する駆動力を効率よく被接触部材１０１に伝達することができる。

また、弾性体１０２において、バネ性を有するのが突出した側壁部１０２ｆよりも先端側であるため、バネ部１０２ｅよりも先端側にある質量成分が接触部１０２ｂしかなく、振動系の質量成分が非常に小さい。そのため、バネ部１０２ｅによる振動モードの共振周波数は、圧電素子１０３による駆動周波数より十分高く、接触部１０２ｂに発生する楕円振動に対して十分に追従できる。これにより良好な接触状態を維持することができ、安定したモータ性能を得ることができる。

さらに、弾性体１０２をプレス加工による絞り加工で一体成型する場合、絞り加工の形状の根元に薄肉部があると、肉が絞り加工の形状の先端側に流れていかず、成型不良を起こしやすい。そのため、薄肉部はできるだけ絞り加工の形状の先端側に設けるのが望ましい。本発明の弾性体１０２では、接合部よりも薄肉のバネ部１０２ｅを、側壁部１０２ｆよりも先端側に設けることで、プレス加工による絞り加工における加工不良が起こりにくくしている。

バネ部１０２ｅと側壁部１０２ｆとの間は、Ｒ形状部１０２ｈが形成されている。これにより、後述する内側面１０２ｇの内側に入り込んでくるプレス型のパンチ側の型１２０ｂの角部の摩耗を軽減することができる。

図９と図１０を用いて、従来の弾性体２０２の形状を説明するとともに、従来の弾性体２０２の問題を説明する。

図９は、従来の弾性体２０２が、プレス型に挟まれた状態を説明するための図である。２０２ａは圧電素子１０３と固着される接合部、２０２ｂは被接触部材１０１の接触面１０１ａと当接する接触部である。２０２ｆは圧電素子１０３と反対側に突出するように設けられた側壁部であり、２０２ｅは接触部２０２ｂと側壁部２０２ｆとの間に設けられたバネ部である。２２０ａはプレス型のダイ側の型、２２０ｂはプレス型のパンチ側の型である。ダイ側の型２２０ａに対して、パンチ側の型２２０ｂが−Ｚ方向に入り込んでくることで、母材となる金属板を絞り加工し、弾性体２０２の形状を生成する。

プレス加工による絞り加工をする際、接触部２０２ｂとバネ部２０２ｅはダイ側の型２２０ａとパンチ側の型２２０ｂとで挟み込まれる。そのため、接触部２０２ｂの厚みｈ２１と、バネ部２０２ｅの厚みｈ２０は寸法バラつきが小さい。一方、側壁部２０２ｆは、プレス加工による絞り加工を行う時に最も引き延ばされる部位であるため肉の量が変動しやすく、寸法がばらつきやすい。また、従来の弾性体２０２の側壁部２０２ｆは、テーパ角度のない円筒形状で形成されていたため、パンチ側の型２２０ｂの移動方向であるＺ方向に平行な面となってしまい、ダイ側の型２２０ａとパンチ側の型２２０ｂとで積極的に挟み込むことができない。そのため、側壁部２０２ｆとダイ側の型２２０ａの間には大きな隙間ｃ２０を設ける必要がある。その結果、側壁部２０２ｆの厚みｔ２０は寸法バラつきが大きくなってしまう。側壁部２０２ｆの厚みｔ２０の寸法バラつきを±ｅ２０とおいたとき、ばらつきのレンジｅ２０×２は、少なくとも側壁部２０２ｆとダイ側の型２２０ａの隙間ｃ２０よりは大きくなってしまう。

図１０は、図中右側の側壁部２０２ｆが薄くなってしまった従来の弾性体２０２に、斜め方向の力がかかった様子を説明する図である。図１０では、側壁部２０２ｆの内側形状と外側形状の同心度がずれてしまい、右側の側壁部２０２ｆが薄くなって厚みがｔ２０−ｅ２０となってしまい、左側の側壁部２０２ｆが厚くなって厚みがｔ２０＋ｅ２０となってしまった場合を表現している。Ｆ１０は押圧力の反力、Ｆ１１は駆動力の反力を表している。弾性体２０２と被接触部材１０１が加圧接触された状態で駆動力を発生させた場合、接触部２０２ｂには押圧力の反力Ｆ１０と駆動力の反力Ｆ１１とが合成されて、斜め方向の合成力Ｆ１２が作用する。薄肉となってしまった側壁部２０２ｆに斜め方向の合成力Ｆ１２が作用すると、従来の弾性体２０２では、側壁部２０２ｆはテーパ角度がない円筒形状の側面の一部で形成されていたため、座屈成分の変形を起こしやすく、ハッチングの部分に応力が集中しやすかった。そのため、斜め方向の合成力Ｆ１２に対するバネ定数が安定しないという問題があった。

以上、図９と図１０を用いて説明したように、従来の弾性体２０２では、側壁部２０２ｆが傾斜を有する曲面の傾斜角度、例えばテーパ角度のない円筒形状の一部で形成されていたため、寸法バラつきが大きかった。さらに、斜め方向の合成力に対して、バネ定数が安定しないという問題があった。

一方、本発明の弾性体１０２では、側壁部１０２ｆはテーパ角度が付いた円錐の側面の一部を構成する面となるような傾斜を有する曲面の形状で形成されているのが特徴である。これにより、従来の弾性体２０２で起きていた問題を軽減することが可能となる。図６と図７を用いて、寸法バラつきと斜め方向の合成力に対するバネ定数が不安定になる問題が、本発明の弾性体１０２では軽減される理由を説明する。

図６は、本発明の弾性体１０２がプレス型に挟まれた状態を説明する図である。

１０２ａは圧電素子１０３と固着される接合部、１０２ｂは被接触部材１０１の接触面１０１ａと当接する接触部である。１０２ｆは圧電素子１０３と反対側に突出するように設けられた側壁部であり、１０２ｅは接触部１０２ｂと側壁部１０２ｆとの間に設けられたバネ部である。１２０ａはプレス型のダイ側の型、１２０ｂはプレス型のパンチ側の型である。ダイ側の型１２０ａに対して、パンチ側の型１２０ｂが−Ｚ方向に入り込んでくることで、母材となる金属板を絞り加工し、弾性体１０２の形状を生成する。

プレス加工による絞り加工をする際、接触部１０２ｂとバネ部１０２ｅはダイ側の型１２０ａとパンチ側の型１２０ｂとで挟み込まれる。そのため、接触部１０２ｂの厚みｈ１１と、バネ部１０２ｅの厚みｈ１０とは、寸法のバラつきが小さい。一方、側壁部１０２ｆは、プレス加工による絞り加工を行う時に最も引き延ばされる部位であるため肉の量が変動しやすく、寸法がばらつきやすい。そこで本発明の弾性体１０２では、側壁部２０２ｆをテーパ角度のついた円錐の側面の一部を構成する面の形状となるような傾斜を有する曲面の形状で形成している。これにより、プレス加工による絞り加工を行う時に肉が移動しやすくするとともに、ダイ側の型１２０ａとパンチ側の型１２０ｂとで挟み込めるように構成している。このように型同士で挟み込める構成とすることで、側壁部１０２ｆとダイ側の型１２０ａの間の隙間ｃ１０を、従来の隙間ｃ２０より小さく設定することが可能となる。隙間ｃ１０が小さくなることで、側壁部１０２ｆの厚みｔ１０の寸法バラつきｅ１０は、従来の厚みｔ２０の寸法バラつきｅ２０に比べて小さくすることができる。

また、バネ部１０２ｅと側壁部１０２ｆとの間は、Ｒ形状部１０２ｈが形成されている。これにより、パンチ側の型１２０ｂの角部の摩耗を軽減することができる。

図７は、図中右側の側壁部１０２ｆが薄くなってしまった本発明の弾性体１０２に、斜め方向の力がかかった様子を説明する図である。図７では、側壁部１０２ｆの内側形状と外側形状の同心度がずれてしまい、右側の側壁部１０２ｆが薄くなって厚みがｔ１０−ｅ１０となってしまい、左側の側壁部１０２ｆが厚くなって厚みがｔ１０＋ｅ１０となってしまった場合を表現している。Ｆ１０は押圧力の反力、Ｆ１１は駆動力の反力を表している。弾性体１０２と被接触部材１０１が加圧接触された状態で駆動力を発生させた場合、接触部１０２ｂには押圧力の反力Ｆ１０と駆動力の反力Ｆ１１とが合成されて、斜め方向の合成力Ｆ１２が作用する。本発明の弾性体１０２では、側壁部１０２ｆはテーパ角度のついた円錐の側面の一部を構成する面の形状となるような傾斜を有する曲面の形状で形成されているため、薄肉となってしまった側壁部１０２ｆに斜め方向の合成力Ｆ１２が作用した場合でも、合成力Ｆ１２と側壁部１０２ｆの円錐の側面の一部を構成する面とがなす角度が小さいため、従来に比べて側壁部１０２ｆが座屈変形するような力のかかりかたはしにくい。そのため薄くなってしまった側壁部１０２ｆ（ハッチングの部分）に応力が集中しにくく、斜め方向の合成力Ｆ１２に対するバネ定数も安定する。

以上、図６と図７とを用いて説明したように、本発明の弾性体１０２では、側壁部１０２ｆがテーパ角度のついた円錐の側面の一部を構成する面の形状となるような傾斜を有する曲面の形状で形成されているため、従来に比べてプレス加工による絞り加工を行う時に型で挟むことができ、寸法バラつきを小さくすることができる。さらに、斜め方向の合成力に対して、薄肉部に応力が集中しにくく、安定したバネ定数を実現することができる。

図１から図７と、図９と、図１０とを用いて説明したように、弾性体１０２の接合部１０２ａから圧電素子１０３固着面と反対面側に突出する側壁部１０２ｆを、内側面１０２ｇが圧電素子１０３固着面から延出する円錐の側面の一部を構成する面となるように形成し、被接触部材１０１の接触面１０１ａと接触する接触部１０２ｂと側壁部１０２ｆの間に結合部１０２ａより薄肉なバネ部１０２ｅを設けることで、押圧力の方向（Ｚ方向）と駆動力の方向（Ｘ方向）のバネ定数を安定させることができ、安定したモータ性能を実現することができた。

［実施例２］
実施例１では、弾性体１０２をプレス加工における絞り加工による一体もので構成していた。

実施例２では、弾性体１０２の接触部１０２ｂを別部材で構成しているところが、実施例１と異なるところである。

なお、実施例１と同一部材のものは、同一記号で図示される。また実施例１と同じところは説明を省略し、実施例１と異なるところだけ説明する。

図８は、実施例２の振動子１０９をＸＺ平面でカットした断面図であり、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図４（Ａ）に対応し、それとは上下逆さに描かれている。図８において、１１９は、バネ部１０２ｅの上面に固着された接触部材である。接触部材１１９は、弾性体１０２のバネ部１０２ｅとの固着面の反対側面に、被接触部材１０１の接触面１０１ａと接触する接触部１１９ａが形成されている。接触部材１１９と弾性体１０２のバネ部１０２ｅとは、接着もしくは溶接によって固定される。

弾性部材１０２は、絞り加工により側壁部１０２ｆを形成するため、絞り加工に対する性質に優れた材質を用いる必要がある。そこで、破断伸び率の大きい材質を選択する。例えばステンレス材ＳＵＳ３０１は、硬度はＨＶ５５０程度だが、破断伸び率が４０％以上あるため、絞り加工に対する性質に優れており、弾性材１０２の材質に適している。

一方、接触部材１１９は、被接触部材１０１の接触面１０１ａと摩擦接触するため、耐摩耗性に優れた材質を用いる必要がある。そこで、硬度の高い材質を選択する。例えば焼入れをしたステンレス材ＳＵＳ４２０Ｊ２は、破断伸び率は２２％程度だが、硬度がＨＶ７００以上あるため、耐摩耗性に優れており、接触部材１１９の材質に適している。

以上のように、絞り加工に対する性質と耐摩耗に対する性質とを両立させるために、弾性部材１０２の材質は接触部材１１９の材質に比べて、破断伸び率が大きく、硬度が低くなるように材質の選択を行う。

実施例１では、弾性部材１０２は、圧電素子１０３と固着して振動を発生させる弾性体としての機能と、接触部１０２ｂで被接触部材１０１の接触面１０１ａと摩擦接触する摩擦材としての機能の、両方の機能を兼ねていた。前者の弾性体としての機能のためには、圧電素子１０３と接触部１０２ｂの距離を離して振動ストロークをできるだけ伸長できることが望ましい。つまり側壁部１０２ｆをできるだけ高くできるような、絞り加工に対する性質に優れた材質が望ましい。一方、後者の摩擦材としての機能のためには、硬度が高く、耐摩耗の性質に優れた材質が望ましい。一般的に硬度が高くて耐摩耗の性質に優れた材質は伸び率が小さく、絞り加工には向かない。そのため、弾性体としての機能と摩擦材としての機能を両立させるのは困難で、材料の選択の自由度も非常に小さくなってしまう恐れがある。

そこで実施例２では、弾性体として機能する部材と、摩擦材として機能する部材を、別部材で構成することで、材料の選択の自由度を高くできる。また、弾性体として機能する弾性部材１０２には、耐摩耗の性質を考慮する必要がなくなり、絞り加工に最も適した材質を選択することができる。そのため、加工による寸法バラつきを小さくすることが可能となる。押圧力の方向（Ｚ方向）と駆動力の方向（Ｘ方向）のバネ定数を安定させることができ、安定したモータ性能を実現することができる。

図８を用いて説明したように、圧電素子によって高周波振動される弾性部材１０２と、被接触部材１１０と摩擦接触する接触部材１１９を別部材で構成し、弾性部材１０２の材質は接触部材１１９の材質に比べて、破断伸びが大きく、硬度が低く構成することで、押圧力の方向（Ｚ方向）と駆動力の方向（Ｘ方向）のバネ定数を安定させることができ、安定したモータ性能を実現することができた。

以上のように、振動子に発生する超音波振動により駆動される超音波モータにおいて、弾性体１０２の側壁部１０２ｆを円錐の側面の一部を構成する面となるような傾斜を有する曲面とし、接触部１０２ｂと側壁部１０２ｆの間に薄肉なバネ部１０２ｅを設けることにより、製造バラつきの影響を受けにくくすることができ、安定したモータ性能を有する超音波モータを実現することが可能となった。

また、弾性部材１０２と接触部材１１９を別体で構成し、弾性部材１０２の材質は接触部材１１９の材質に比べて、破断伸びが大きく、硬度が低く構成することで、製造バラつきの影響を受けにくくすることができ、安定したモータ性能を有する超音波モータを実現することが可能となった。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ 被接触部材
１０１ａ 接触面
１０２ 弾性体
１０２ａ 接合部
１０２ｂ 接触部
１０２ｅ バネ部
１０２ｆ 側壁部
１０２ｇ 内側面
１０２ｈ Ｒ形状部
１０３ 圧電素子
１０５ 保持部材
１０６ 加圧部材
１０７ バネ部材
１０９ 振動子
１１４ 支持部材

Claims (8)

1. 圧電素子により超音波振動が励起される弾性体と、
   前記弾性体と接触する接触面を有し、前記超音波振動によって前記弾性体に対して相対移動を行う被接触部材と、
   を有する超音波モータであって、
   前記弾性体は、
   前記圧電素子が固着される接合部と、
   前記接合部から前記圧電素子と反対側に突出する側壁部と、
   前記接触面と接触する少なくとも１つの接触部と、
   前記少なくとも１つの接触部と前記側壁部との間に配置され、前記接合部より薄い厚さを有するバネ部と、
   を有し、
   前記側壁部の内側の面は、前記接合部に対して傾斜を有する曲面であることを特徴とする超音波モータ。
2. 前記傾斜を有する曲面は円錐の側面の一部を構成する面であって、前記バネ部の側の径は前記接合部の側の径よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記側壁部と前記バネ部との間にはＲ形状部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波モータ。
4. 前記弾性体を前記被接触部材に向かって押圧力を付与するバネ部材と、
   前記バネ部材と前記弾性体を保持する保持部材と、
   前記相対移動の方向よりも前記押圧力の方向に弱い剛性を有する支持部材と、
   を備え、
   前記保持部材は前記支持部材を介して前記弾性体を保持していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波モータ。
5. 前記被接触部材が固定されていて、前記弾性体が前記被接触部材に対して移動す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超音波モータ。
6. 前記弾性体が固定されていて、前記被接触部材が前記弾性体に対して移動す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超音波モータ。
7. 請求項５に記載の超音波モータと、
   レンズを有し、前記弾性体と接続されて前記被接触部材に対して可動に取り付けられたフォーカス機構又はズーム機構と、
   を備え、前記フォーカス機構又は前記ズーム機構が前記被接触部材に対して移動することで前記レンズは移動されることを特徴とするレンズ装置。
8. 請求項６に記載の超音波モータと、
   レンズを有し、前記被接触部材と接続されて前記弾性体に対して可動に取り付けられたフォーカス機構又はズーム機構と、
   を備え、前記フォーカス機構又は前記ズーム機構が前記弾性体に対して移動することで前記レンズは移動されることを特徴とするレンズ装置。

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