JP3135865B2 - 多機能超音波モータと当該モータを用いた装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多機能化を図っ
た超音波モータと当該モータを用いた装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の被駆動体を駆動制御する場
合は、被駆動体のそれぞれに対応する複数のモータを用
意している。また、クラッチ等の機構を用いて、1 つの
モータで複数の被駆動体を別々に制御しようとすると、
２つの被駆動体までならばそれほど複雑な動力伝達機構
や、動力の切換え機構を必要としないが、３つ以上の被
駆動体を制御しようとすると、動力の伝達機構や、動力
の切換え機構が極めて複雑となり、また装置全体が大型
化する。このように、従来のモータ及びその周辺の構造
は、小形化しても限度が生じるために、モータを搭載す
る装置全体の小形化にも限度が生じる。

【０００３】小型化が期待されているモータとして、超
音波モータが注目されている。超音波モータは、２０ｋ
Ｈｚ以上の振動を利用しており、低速回転時でも高トル
クが得られ、減速用のギヤも必要ないために回転時の音
が静かであり、構造も簡単である。また回転軸としての
部材を必要としないため、ステータ及びロータを円筒形
状にすることも可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のモータ及びその周辺の構造は、小形化しても限度が生
じるために、モータを搭載する装置全体の小形化にも限
度が生じる。そこでこの発明は、超音波モータ技術を用
いるもので、このモータ自身を多機能化して、複数の被
制御対象を駆動できるようにした多機能超音波モータ及
びこのモータを用いた装置を提供することを目的とす
る。またこの発明は、多くの被駆動体を選択的に駆動で
きるようにした多機能超音波モータ及びこのモータを用
いた装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、ロータ又はステータとなる第１の回転
体と、ステータ又はロータとなる第２の回転体と、前記
第１と第２の回転体の回転面を合わせた状態にして互い
を押圧状態にする押圧手段と、前記第１と第２の回転体
のいずれか一方または双方の回転面に設けられた圧電素
子に給電を行う給電手段と、前記第１と第２の回転体の
いずれか一方の回転を選択的に停止させる停止手段とを
備える。

【０００６】上記の手段により、第１と第２の回転体を
それぞれ別々の被制御体に連結させることができ、従来
のモータの複数分の機能を発揮させることができる。ま
たこの発明は上記の目的を達成するために、円筒型の圧
電素子と、前記圧電素子の内周面あるいは外周面の一方
に設けられた全面電極と、他方に設けられた分割電極を
有する超音波振動子と、前記超音波振動子の内周面およ
び外周面に発生する第１の振動モードにより駆動される
第１のロータと、前記超音波振動子の端面に発生する第
２の振動モードにより駆動される第２のロータとを少な
くとも備えるものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１（Ａ）、及び図１（Ｂ）に
はこの発明の基本的構成を示している。筐体１０は、例
えば円筒状であり、その内部には同軸的に第１と第２の
回転体Ｂ１、Ｂ２が回転自在に配置される。

【０００８】図２（Ａ）は、第１の回転体Ｂ１を示して
いる。第１の回転体Ｂ１は、リング状の圧電素子Ｂ０
と、この圧電素子Ｂ０の外周に例えば４等分されて被着
された電極ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３、ｂ１４、及び内周
に４等分して被着された電極ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３、
ｂ２４を有する。そして例えば半径方向において斜め位
置関係にある電極ｂ１１とｂ２２、電極ｂ１２とｂ２
３、電極ｂ１３とｂ２４、電極ｂ１４とｂ２１とが接続
線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４により接続されている。ま
た、圧電素子Ｂ０は、外周の電極の間には溝が形成さ
れ、また内周の電極の間にも溝が形成されている。圧電
素子を用いたモータの基本原理は、日本国公開公報Ｈ３
−３０３５７２号（１９９１年９月５日公開）にも示さ
れている。

【０００９】次に、圧電素子Ｂ０の接続線Ｌ１、Ｌ２、
Ｌ３、Ｌ４側には、キャップ状に絶縁材で形成され（図
２（Ｃ）参照）、かつ接続線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に
電気的に接触したリング端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４
（図２（Ｂ）参照）を有する端子板１１が取り付けられ
る。端子板１１のリング端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に
はブラシ端子１２がそれぞれに接触し、端子を電気的に
導出している。この超音波モータによると、例えば１つ
の組みの電極に電圧を供給し、他をアースし、次に、隣
の１つの組の電極に電圧を供給し、残りの電極をアース
し、このような状態を回転方向へ次々と切り換えると回
転振動を起こすことができ、回転体Ｂ１、またはＢ２を
回転させることができる。

【００１０】図１に戻って説明する。第１の回転体Ｂ１
の外側の回転面の外周部は、ベアリング３２を介してス
トッパー３１によって、筐体１０内に保持される。ブラ
シ端子１２を通じて先の圧電素子には駆動信号を与える
ことができる。第１の回転体Ｂ１の他方の回転面は、第
２の回転体Ｂ２の一方の回転面に当接されている。第２
の回転面Ｂ２の他方の回転面の外周は、ベアリング３５
を介してリング状の回転自在な押圧部材３６により軸と
平行な方向へ押圧されている。この押圧部材３６は、弾
性材としてのスプリング３７により軸と平行な方向へ押
されている。

【００１１】ここで、第１、第２の回転体Ｂ１、Ｂ２
と、筐体１０との間にはいずれか一方の回転体を選択的
に停止させる停止機構が設けられている。具体的には、
筐体１０の外側から回転体Ｂ１、Ｂ２の周面に当接する
押さえ部材３８、３９が設けられている。

【００１２】図１（Ａ）の状態は、押さえ部材３８が、
回転体Ｂ１を押さえて回転体Ｂ１をステータ、回転体Ｂ
２をロータとして機能させている。この状態で、回転体
Ｂ１に設けられている圧電素子に駆動信号が与えられる
と、回転方向性を持つ振動波が回転体Ｂ１を通じて回転
体Ｂ２に伝達され、回転体Ｂ２が回転する。

【００１３】逆に図１（Ｂ）の状態は、押さえ部材３９
が、回転体Ｂ２を押さえて回転体Ｂ２をステータ、回転
体Ｂ１をロータとして機能させている。回転体Ｂ１の圧
電素子にはブラシ機構を通じて給電されているので、こ
の回転体Ｂ１はロータとして機能することができ、回転
体Ｂ２がステータとして機能する。

【００１４】図３（Ａ），図３（Ｂ）及び図４（Ａ），
図４（Ｂ）はこの発明のさらに他の実施態様を説明する
図である。先の実施の形態と異なる点は、第１の回転体
Ｂ１の構造であり、具体的には、圧電素子の形状であ
る。

【００１５】筐体１０は、例えば円筒状であり、その内
部には同軸的に第１と第２の回転体Ｂ１、Ｂ２が回転自
在に配置される。第１の回転体Ｂ１の外側の回転面に
は、アース電極２１が設けられ、このアース電極２１の
上にリング状の圧電素子２２が設けられ、この圧電素子
２２には、駆動信号を与えるための平板電極２３が設け
られている。

【００１６】第１の回転体Ｂ１の外側の回転面の外周部
は、ベアリング３２を介してストッパー３１によって、
筐体１０内に保持される。さらに第１の回転体Ｂ１の外
周と筐体１０との間にはブラシ機構３３が設けられてお
り、このブラシ機構３３を通じて先の圧電素子２２に駆
動信号を与えるための筐体外部の端子３４が接続されて
いる。

【００１７】第１の回転体Ｂ１の他方の回転面は、第２
の回転体Ｂ２の一方の回転面に当接されている。第２の
回転面Ｂ２の他方の回転面の外周は、ベアリング３５を
介してリング状の回転自在な押圧部材３６により軸と平
行な方向へ押圧されている。この押圧部材３６は、弾性
材としてのスプリング３７により軸と平行な方向へ押さ
れている。

【００１８】ここで、第１、第２の回転体Ｂ１、Ｂ２
と、筐体１０との間にはいずれか一方の回転体を選択的
に停止させる停止機構が設けられている。具体的には、
筐体１０側から回転体Ｂ１、Ｂ２の周面に当接する押さ
え部材３８、３９が設けられている。

【００１９】図３（Ａ）の状態は、押さえ部材３８が、
回転体Ｂ１を押さえて回転体Ｂ１をステータ、回転体Ｂ
２をロータとしている。この状態で、回転体Ｂ１に設け
られている圧電素子２２に駆動信号が与えられると、回
転方向性を持つ振動波が回転体Ｂ１を通じて回転体Ｂ２
に伝達され、回転体Ｂ２が回転する。逆に図３Ｂの状態
は、押さえ部材３９が、回転体Ｂ２を押さえて回転体Ｂ
２をステータ、回転体Ｂ１をロータとしている。回転体
Ｂ１の圧電素子２２にはブラシ機構３３を通じて給電さ
れているので、この回転体Ｂ１がロータとして機能し、
回転体Ｂ２がステータとして機能することができる。

【００２０】図４（Ａ）には、上記した第１と第２の回
転体Ｂ１、Ｂ２の斜視図を示している。また図４（Ｂ）
は、上記圧電素子２２に駆動電圧を印加するための原理
図を示している。今、リング状の圧電素子とそれぞれの
電極をＡ23、Ｂ23、Ｃ23、Ｄ23とすると、配置的に軸を
挟んで対向関係にある電極Ａ23、Ｃ23には、位相反転関
係にある駆動信号が供給される。また、配置的に軸を挟
んで対向関係にある電極Ｂ23、Ｃ23にも位相反転関係に
ある駆動信号が供給される。さらに、隣り合う駆動信号
は、位相が９０°ずれた関係に設定される。図２に示し
た電極と、図４Ｂに示した電極の関係は、以下の通りで
ある。即ち、電極Ａ２３は電極ｂ１１とｂ２２に対応
し、電極Ｂ２３は電極ｂ１２とｂ２３に対応し、電極Ｃ
２３は電極ｂ１３とｂ２４に対応し、電極Ｄ２３は電極
ｂ１４とｂ２１に対応する。

【００２１】このために、インバータ４３、４６が用い
られる。入力端子４１に与えられる交流信号は、スイッ
チ４２を介して電極Ａ23に供給されるとともにインバー
タ４３を介して電極Ｃ23に供給される。また入力端子４
１の交流信号は、９０°位相器４４を介した後、電極Ｂ
23に供給されるとともに、インバータ４６を介して電極
Ｄ23に供給される。回転方向を切り換えるときは、スイ
ッチ４２がインバータ４７側に切り換えられる。

【００２２】図５はこの発明を用いたビデオカメラの実
施の態様である。筐体１０は有底筒状であり、底部の１
１１の内側には同軸的に撮像素子１１２が取り付けられ
ている。そしてこの撮像素子１１２の前には同軸的に後
玉としてのレンズ１１３が配置され、このレンズ１１３
の前には同軸的に絞り機構３００が配置され、さらにこ
の絞り機構３００の前に同軸的にモータ部を構成する第
１、第２の回転体Ｂ１、Ｂ２が同軸的に配置される。

【００２３】さらにこのモータ部の前方には焦点調整レ
ンズ１１４が配置されている。焦点調整レンズ１１４
は、保持リング１１５に保持されており、この保持リン
グ１１５の外周は、筐体１０の内側に形成されたねじ溝
に螺合されている。したがって、保持リング１１５が回
転されると、焦点調整レンズ１１４は、筐体１０の軸方
向（前後方向）へ移動することができる。

【００２４】ここでモータを構成する第１の回転体Ｂ１
は、絞り機構３００の駆動用の突起に係合しており、絞
り機構３００のしぼり状態を調整することができる。ま
た第２の回転体Ｂ２は、シャフト１１６を軸と平行な方
向へ突出して有し、保持リング１１５の周囲部を軸方向
へ貫通させている。この結果、第２の回転体Ｂ２は、保
持リング１１５を回転駆動することができる。なおシャ
フト１１６の先端は、回転自在な位置決めリング１１７
に取り付けられている。これによりモータ部は、絞り機
構３００と焦点レンズ１１４とを選択的に駆動すること
ができる。

【００２５】図６はこの発明を適用したさらに他の実施
の態様である。この実施の態様もビデオカメラに適用し
た例である。先の実施の態様と共通する部分には同一符
号を付している。この実施の形態は、先の焦点レンズ１
１４の部分に、ズームレンズ１２１が設けられ、筐体１
０の先端部分にはさらに焦点合わせレンズ１２２が設け
られている。これによりモータ部は、絞り機構３００と
ズームレンズ１２１とを選択的に駆動することができ
る。この実施の態様の場合は、レンズ１１３は、手動に
より前後移動できるように構成される。

【００２６】図７はこの発明を適用したさらにまた別の
実施の態様である。この実施の態様もビデオカメラに適
用した例である。先の実施の態様と共通する部分には同
一符号を付している。この実施の形態は、図５の実施の
形態に比較した場合、先の絞り機構３００の位置に、ズ
ームレンズ１２３が配置され、このズームレンズ１２３
のフレーム１２４が、軸１２５により支持され、光軸方
向へ移動自在に支持されている。フレーム１２４の外周
は、モータ部の第１の回転体Ｂ１と一体に回転する筒体
１２６の内周に刻まれたねじ溝に噛合している。このた
めに、第１の回転体Ｂ１が回転すると、ズームレンズ１
２３を前後方向へ駆動することができる。

【００２７】図８（Ａ）には、絞り機構の分解斜視図を
示し、図８（Ｂ）には断面図を示している。また図９
（Ａ）と図９（Ｂ）には、絞り機構が解放された状態
と、絞りきった状態を示している。

【００２８】上記絞り機構は、４枚の羽を有する絞り機
構であり、基本的には絞り羽根３０１が軸ピン３０２に
より台座３０３に可動自在に取り付けられている。絞り
羽根３０１は、うすい鋼板や樹脂で構成されている。絞
り羽根３０１には、それぞれガイド穴３０４が形成され
ている。このガイド穴３０４には、回転板３０５に設け
られたガイドピン３０６が台座３０３の長穴３０８を貫
通した後で挿入されている。回転板３０５は、光路３０
９を軸心として回転できる。通常の光学系では突起３１
０をソレノイドやガルバノメータ等で往復運動させて、
回転板３０５を回転させて、絞り羽根３０１を駆動して
いる。

【００２９】光路を中心にして回転したガイドピン３０
６は、絞り羽根３０１に設けれているガイド穴３０４を
押すことにより、それぞれの絞り羽根３０１をその軸ピ
ン３０２を中心にして回転させている。図９（Ａ）の動
作状態は、絞りを開いた状態である。ガイド穴３０４
は、光路に対して放射方向へ傾斜を持たせてあるからガ
イドピン３０６が回転板３０５とともに回転移動する
と、カム溝の働きをして絞り羽根３０１の軸ピンを中心
とした回転が可能となる。これにより、図９（Ａ）ある
いは図９（Ｂ）に示すように絞りを開いた状態、閉じた
状態を作ることがでいる。よって、光路の面積が調整さ
れて光量調整が得られる。なお絞り機構は上記の形態に
限らず各種の形態が可能である。

【００３０】図１０（Ａ），図１０（Ｂ），図１０
（Ｃ）はさらにこの発明の他の実施の態様である。この
実施の形態は両面表示時計に適用した例である。図１０
（Ａ）において、時計ケース２００は、その円筒中空部
に同軸的に第１と第２の回転体Ｂ１、Ｂ２を内蔵してい
る。第１、第２の回転体Ｂ１、Ｂ２の外側の回転面には
それぞれ、時計針２０１、２０２が突出している。時計
針２０１、２０２は，Ｌ字型であり、先端は、時計ケー
ス２００に設けられた円形窓の周囲に示した時計表示部
に位置する。

【００３１】時計ケース２００の外周の一部には、第１
と第２の回転体Ｂ１、Ｂ２を交互に停止させる停止部材
２１０が設けられている。この停止部材２１０は、鉄心
２１１に連動しており、この鉄心２１１はコイル２１２
に発生する電磁気により往復運動をするようになってい
る。鉄心２１１が往復運動を行うと、停止部材２１０が
交互に回転体Ｂ１、Ｂ２の周面に当接して、一方が停
止、他方が回転するようになり、時刻を刻むことにな
る。コイル２１２には、電流が交互に流れるようにドラ
イブ回路２１３からの駆動信号が供給されている。

【００３２】図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）はそれぞれ時
計針２０２と２０１側から見た外観図を示している。な
おいずれか一方の回転体を停止し、他方を回転させるよ
うな機構は、種々の実施の形態が可能であり、上述した
例に限定されるものではない。また圧電素子を設ける回
転体は、第２の回転体側であってもよい。また、図５、
図６、図７の実施の形態及び図１０の実施の形態では、
第１と第２の回転体の回転面を当接させるための押圧手
段や、いずれか一方の回転体の回転を停止させる停止手
段を省略しているが、図３と同様な構成あるいは種々の
実施の形態が可能である。

【００３３】図１１（Ａ），図１１（Ｂ）はさらにまた
この発明の他の実施の形態である。先の実施の態様と共
通する部分には同一符号を付している。この実施の形態
では、基台４００の上に第１の回転体Ｂ１の軸方向の一
方の端部が固定されている。筐体１０には、同軸的に駆
動筒４０１（図１１（Ｂ）参照）が軸方向にスライド可
能に設けられている。この駆動筒４０１には、スパイラ
ル溝４０２が形成され、このスパイラル溝４０２には、
第２の回転体Ｂ２と一体に回転する駆動軸４０３、４０
４の先端が係合している。第１の回転体Ｂ１を押さえ部
材３８により固定しておくと、第２の回転体Ｂ２が回転
する。すると軸４０３、４０４が回転し、駆動筒４０１
が軸方向へ移動する。この移動は、レバー４０５を通じ
てビデオカメラ本体４０６に伝達され、ビデオカメラ４
０６の仰角を可変することができる。

【００３４】次に、押さえ部材３９で第２の回転体Ｂ２
の回転を規制し、第１の回転体Ｂ１をフリーにすると、
装置全体を軸を中心にして回転することが可能となる。
これによりビデオカメラ４０６の向きを変えることがで
きる。

【００３５】以上説明したようにこの発明によれば、モ
ータ自身を多機能化して、複数の被制御対象を駆動でき
るようにしたので、装置全体の小形化、低価格化を得る
ことができる。

【００３６】上記した回転体Ｂ１は、常に同じ振動モー
ドで振動する超音波振動子として利用された。しかし、
超音波振動子は、複数の振動モードで駆動されることが
でき、各振動モードにより、異なる回転体を駆動するこ
とができる。以下、複数の振動モードで駆動される超音
波振動子に付いて説明する。

【００３７】図１２（Ａ），図１２（Ｂ）は，この発明
に使用する超音波振動子５００の一例を示す外形図であ
る。この超音波振動子５００は、先の回転体Ｂ１として
用いることができる。

【００３８】円筒型の圧電素子５１１の内周面に全面電
極５１２が設けられ、外周面に円周方向に４分割された
分割電極５１３ａ，５１３ｂ，５１３ｃ，５１３ｄが設
けられている。分割電極５１３ａ，５１３ｂ，５１３
ｃ，５１３ｄと全面電極５１２の間には、それぞれ高周
波である交流電圧が印加される。ここで、隣り合う分割
電極に与えられる交流電圧は、位相が互いに９０°ずつ
ずれているため、超音波振動子５００は第１の振動モー
ド及び又は第２の振動モードで励振される。

【００３９】図１３は，第１の振動モードを原理的に表
す図である。４つの分割電極５１３ａ，５１３ｂ，５１
３ｃ，５１３ｄで分けられた圧電素子５１１の４つの領
域のうちの１つ又は２つでは圧電素子が半径方向に圧縮
され、その領域に対向する領域では圧電素子が半径方向
に伸長される。これらの圧縮された領域と伸長された領
域が順次隣の領域に移動し、図１３のａ，ｂ，ｃ，ｄの
状態を変遷するため、摩擦によって内周面に接触した中
空内のロータ６００が回転することができる。

【００４０】図１４は，第２の振動モードを原理的に表
す図である。ロータ７００（このロータは、図１の回転
体Ｂ２として機能させることができる）は、圧電素子５
１１の軸方向の端面にその回転面の周囲が接触するよう
に設けられている。この場合は、４つの分割電極５１３
ａ，５１３ｂ，５１３ｃ，５１３ｄで分けられた圧電素
子５１１の４つの領域のうちの１つ又は２つでは圧電素
子が半径方向に圧縮されるため、円周に直交する方向に
は伸長され、その領域に対向する領域では圧電素子が半
径方向に伸長されるため、円周に直交する方向には圧縮
される。つまり、図１４のａ，ｂ，ｃ，ｄの状態を変遷
する。この結果、超音波振動子５００とロータ７００と
は超音波振動子の円周と直交する方向に伸長された部分
のみで接触し、その部分が順次隣の部分に移動するた
め、摩擦によってロータ７００が回転する。

【００４１】図１５は第１の振動モードおよび第２の振
動モードによってロータ５００およびロータ６００，７
００を駆動する２機能モータの一例を示す断面図であ
る。円筒型の超音波振動子５００は、外装ケース８００
の中空に挿入され、一端は、外装ケース８００の端に折
り込んで形成されたストッパ８０１に係止され、他方の
端部には、ロータ７００の端面がバネ８０２の力で押し
つけられている。さらに超音波振動子５００の内周面に
はロータ６００が挿入されて接触している。

【００４２】超音波振動子６００が第１の振動モードで
振動するとロータ６００が回転し、第２の振動モードで
振動するとロータ７００が回転する。図１６は，超音波
振動子５００の外形図である。

【００４３】この超音波振動子５００の第１の振動モー
ドの共振周波数はＬ１の長さ（圧電素子の厚み方向の中
間位置の円周長）によって定まり、第２の振動モードの
共振周波数はＬ２の長さ（軸方向の長さ）によって定ま
る。

【００４４】図１７（Ａ），図１７（Ｂ）は、トルク−
周波数の関係を表すグラフである。第１の振動モードの
共振周波数をｆ１０，ｆ１１，ｆ１２，…，第２の振動
モードの共振周波数をｆ２０，ｆ２１，ｆ２２，…とす
るとき、図１７（Ａ）では超音波モータ駆動時に使用す
る第１の振動モードの共振周波数の１つであるｆ１ｎが
第２の振動モードの共振周波数のいずれにも干渉してお
らず、図１７（Ｂ）では超音波モータ駆動時に使用する
第２の振動モードの共振周波数の１つであるｆ２ｎが第
１の振動モードの共振周波数のいずれにも干渉していな
い。このような共振周波数ｆ１ｎおよびｆ２ｎを採用す
ることにより１つの超音波振動子から独立した２つのト
ルクを取り出して、別々のロータを駆動することができ
る。

【００４５】別々のロータ６００、７００を駆動する場
合、振動モードを第１の振動モードと第２の振動モード
に時分割で切換えても良いし、互いに干渉の共振周波数
で第１と第２の振動モードを同時に発生させても良い。

【００４６】図１８は、本発明をカメラレンズのフォー
カスとアイリスの駆動制御に用いた一例を原理的に示し
ている。９００は、カメラの外装体であり円筒形で、そ
の先端の開口には前玉９０１が同軸的に取り付けられて
いる。この前玉９０１の後方には、絞り機構３００が設
けられており、そのレバーを回転方向へ駆動することに
より、絞りの調節が可能である。この絞り機構３００の
奥には、外装体９００の内部に、筒状の超音波振動子５
００が配置されている。超音波振動子５００が第１の振
動モードで振動すると、超音波振動子５００の内周面に
接触しているロータ６００が回転し、絞り機構３００の
レバーを駆動し、絞りを開閉制御する。

【００４７】超音波振動子５００が第２の振動モードで
振動すると、超音波振動子５００の端面に加圧接触した
ロータ７００が回転する。ロータ７００にはカム溝が設
けてあり、ロータ６００の回転によって後玉９０２が前
後に動き、フォーカスを調整する。後玉９０２の外周に
は、ピンが設けられており、このピンがロータ７００の
カム溝に係合している。９０３はバネ、９０４は固定部
材である。

【００４８】図１９（Ａ）は、本発明をカメラレンズの
ズームとフォーカスの駆動制御に用いた一例を原理的に
示す図である。９００は、カメラの外装体であり円筒形
で、その先端の開口には前玉９０１が同軸的に取り付け
られている。この前玉９０１の後方には、バネ９０５に
より後方に押しつけられた筒形のロータ７１０が同軸的
に配置されている。このロータ７１０の前方の開口に
は、変倍レンズ９２１が取り付けられている。さらにこ
のロータ７１０の後方には後玉９０２が同軸的に配置さ
れている。この後玉９０２のハウジング９２２の外周に
は捩子が形成されており、ロータ７１０に設けられた軸
受け９２３に保持されている。外装体９００と超音波振
動子５００とは固定状態である。

【００４９】超音波振動子５００が第１の振動モードで
振動すると、超音波振動子５００の内周面に接触してい
るロータ６００が回転する。ロータ６００からはアーム
９２４が後玉９０２のハウジング９２２に向かって伸び
ており、アーム９２４は後玉９０２のハウジング９２２
を前後に移動可能に支持している。ロータ６００が回転
すると後玉９０２のハウジング９２２がロータ６００と
一体となって回転する。後玉９０２のハウジング９２２
は、その外周にネジが切ってあり、軸受け９２３に軸受
けされているので、後玉９０２は前後に移動しフォーカ
スを調整する。

【００５０】超音波振動子５００が第２の振動モードで
振動すると、超音波振動子５００の端面に加圧接触した
ロータ７１０が回転する。ロータ７１０にはカム溝が設
けてあり、ロータ７１０の回転によって変倍レンズ９２
１および後玉９０２を連動して前後に移動させ、ズーム
を調整する。つまり、カム溝は、変倍レンズ９２１、後
玉９０２の外周に突出しているピンを、軸方向（前後方
向）へ駆動する。図１９（Ｂ）は、ロータ７１０のカム
溝の形状を示している。

【００５１】図２０は本発明をカメラレンズのズームと
アイリスの駆動制御に用いた一例を原理的に示す図であ
る。上記の実施の形態と同様な部分には同一符号を付し
ている。この実施の形態の場合、図１８の絞り機能と、
図１９のズーム機能を組み合わせた例である。超音波振
動子５００が第１の振動モードで振動すると、超音波振
動子５００の内周面に接触しているロータ６００が回転
し、絞りを開閉制御する。超音波振動子５００が第２の
振動モードで振動すると、超音波振動子５００の端面に
加圧接触したロータ７１０が回転する。ロータ７１０に
はカム溝が設けてあり、ロータ７１０の回転によって変
倍レンズ９２１および後玉９０２を連動して前後に移動
させ、ズームを調整する。

【００５２】図２１は、本発明をカメラレンズのズー
ム、アイリス、フォーカスの３機能の駆動制御に用いた
一例を原理的に示す図である。超音波振動子５００が第
１の振動モードで振動すると、超音波振動子５００の内
周面に接触しているロータ６００が回転し、絞りを開閉
制御することができる。この機能は、図１８、図２０の
絞り機能と同じである。超音波振動子５００の内周囲に
は、変倍レンズ９３０のハウジング９３１のホルダ９３
２が接着固定されている。ハウジング９３１は、ホルダ
９３２に軸受けされている。

【００５３】超音波振動子５００が第１の振動モードで
振動するだけでは、ホルダ９３２は回転せず、変倍レン
ズ９３０は前後移動しない。超音波振動子５００が第１
の振動モードで振動すると、ロータ６００が回転し、絞
りが調整される。

【００５４】超音波振動子５００が第２の振動モードで
振動するとき、スイッチ８１を押すと超音波振動子５０
０が固定され、超音波振動子５００に加圧接触している
ロータ７００が回転する。ロータ７００にはカム溝が設
けてあり、ロータ７００の回転によって後玉９０２は前
後に移動し、フォーカスを調整する。後玉９０２のハウ
ジングからはピン状のアームが変倍レンズ９３０のハウ
ジング９３１に伸びて、このハウジングを貫通してい
る。しかしこのアームは、変倍レンズ９３０のハウジン
グ９３１を前後に移動可能に貫通しているため、後玉９
０２の前後移動が変倍レンズ９３０に影響を及ぼすこと
はない。

【００５５】超音波振動子５００が第２の振動モードで
振動するとき、スイッチ８２を押すとロータ７００の回
転が固定され、逆に超音波振動子５００が回転するよう
になる。超音波振動子５００が回転すると、超音波振動
子５００に接着してある変倍レンズ９３０のホルダ９３
２が回転する。このために、変倍レンズ９３０のハウジ
ング９３１は後玉９０２のハウジングから伸びているア
ームによって回転を抑止されているため、変倍レンズ９
３０は回転せず、前後に移動する。

【００５６】この時の絞り機構は、ロータ６００と絞り
機構３００が超音波振動子５００と一体となって回転す
るため、超音波振動子５００が回転しても絞りには影響
を及ぼさない。

【００５７】よって変倍レンズ９３０が前後に移動する
ことによってズームを調節できるが、フォーカスがずれ
てしまうため、次にロータ７００を回転させてフォーカ
スの調節を行う必要がある。

【００５８】図２２には、図２１に示した部品を取り出
して示している。ロータ６００から突出したピンが絞り
機構３００の駆動部に係合する。なお絞り機構としては
種々の構成例が従来から存在するので、図示した構成に
限定されるものではない。後玉９０２はそのハウジング
に突出して設けられているピンが、ロータ７００のカム
に係合しており、ロータ７００が回転すると後玉９０２
は前後制御される。またピンは、外装体９００の内壁に
形成された前後方向溝に侵入しており、回転が規制され
ている。このような構造は、図２０、図２１の各実施の
形態においても採用されている。

【００５９】超音波モータ装置に高周波の駆動信号をあ
たえる場合、第１の振動モードと第２の振動モードを時
分割で得るようにし、各種の機能の調節を時分割調整す
るようにしてもい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
複数のモータを用いることなく、簡単な構造で、複数の
被駆動体を制御する単体の多機能超音波モータ装置を得
ることができる。また、本発明を用いれば、小型で多機
能のカメラレンズ制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】はこの発明の一実施の形態の基本構成を示す
図。

【図２】は図１の第１の回転体の説明図。

【図３】はこの発明の他の実施の形態の基本構成を示す
図。

【図４】は図３（Ａ）の超音波モータの原理説明図。

【図５】はこの発明のさらに他の実施の形態を示す図。

【図６】はこの発明のさらにまた他の実施の形態を示す
図。

【図７】はこの発明のまた他の実施の形態を示す図。

【図８】は絞り機構の構成を示す図。

【図９】は絞り機構の動作説明図。

【図１０】はこの発明のさらにまた他の実施の形態を示
す図。

【図１１】はこの発明のまた他の実施の形態を示す図。

【図１２】はこの発明に係る超音波振動子を示す図。

【図１３】は上記超音波振動子の第１の振動モードの動
作を説明するために示した図。

【図１４】は上記超音波振動子の第２の振動モードの動
作を説明するために示した図。

【図１５】はこの発明の更に他の実施の形態を示す図。

【図１６】は上記超音波振動子の設計上の長さと共振の
関係を説明するために示した図。

【図１７】は上記超音波振動子のトルクと振動周波数の
関係を示す図。

【図１８】はこの発明を用いたビデオカメラの構成説明
図。

【図１９】はこの発明を用いた他のビデオカメラの構成
説明図。

【図２０】はこの発明を用いたさらに他のビデオカメラ
の構成説明図。

【図２１】はこの発明を用いたまた他のビデオカメラの
構成説明図。

【図２２】は図２１のカメラの内部部品の例を示す図。

【符号の説明】

１０…筐体 Ｂ０…圧電素子 Ｂ１…第１の回転体 Ｂ２…第２の回転体 ｂ１１〜ｂ１４、ｂ２１〜ｂ２４…電極 Ｌ１〜Ｌ４…接続線 Ｐ１〜Ｐ４…リング端子 ３２、３５…ベアリング ３６…押圧部材 ３７…スプリング ３８、３９…押さえ部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−305076（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−293657（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−155892（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ又はステータとなる第１の回転体
   と、 ステータ又はロータとなる第２の回転体と、 前記第１と第２の回転体の回転面を合わせた状態にして
   互いを押圧状態にする押圧手段と、 前記第１と第２の回転体のいずれか一方または双方の回
   転面に設けられた圧電素子に給電を行う給電手段と、 前記第１と第２の回転体のいずれか一方の回転を選択的
   に停止させる停止手段とを具備したことを特徴とする多
   機能超音波モータ装置。
2. 【請求項２】 前記停止手段は、装置の筐体の内部から
   選択的に突出する第１と第２の固定子であり、前記第１
   の固定子が突出したときは前記第１の回転体の回転をロ
   ックし、前記第２の固定子が突出したときは前記第２の
   回転体の回転をロックするように構成されたことを特徴
   とする請求項１記載の多機能超音波モータ装置。
3. 【請求項３】 前記第１と第２の回転体は、それぞれ第
   １と第２の被駆動体に連結されていることを特徴とする
   請求項１記載の多機能超音波モータ装置。
4. 【請求項４】 円筒型の圧電素子と、前記圧電素子の内
   周面あるいは外周面のどちらか一方に設けられた全面電
   極と、他方に設けられた分割電極を有する超音波振動子
   と、 前記超音波振動子の内周面および外周面に発生する第１
   の振動モードにより駆動される第１のロータと、 前記超音波振動子の軸方向の端面に発生する第２の振動
   モードにより駆動される第２のロータとを少なくとも備
   えたことを特徴とする多機能超音波モータ装置。
5. 【請求項５】 前記超音波振動子の円周方向の長さＬ１
   によって定まる前記第１の振動モードの共振周波数をｆ
   １０、ｆ１１、ｆ１２、…、前記超音波振動子の円周に
   直交する方向の長さＬ２によって定まる前記第２の振動
   モードの共振周波数をｆ２０、ｆ２１、ｆ２２、…、と
   するとき、超音波モータ駆動時に使用する前記第１の振
   動モードの共振周波数の１つであるｆ１ｎが前記第２の
   振動モードの共振周波数のいずれにも干渉せず、超音波
   モータ駆動時に使用する前記第２の振動モードの共振周
   波数の１つであるｆ２ｎが前記第１の振動モードの共振
   周波数のいずれにも干渉しないようにＬ１およびＬ２を
   定めていることを特徴とする請求項４に記載の多機能超
   音波モータ装置。
6. 【請求項６】 前記超音波振動子の円周方向の長さＬ１
   によって定まる前記第１の振動モードの共振周波数をｆ
   １０，ｆ１１，ｆ１２，…，前記超音波振動子の円周に
   直交する方向の長さＬ２によって定まる前記第２の振動
   モードの共振周波数をｆ２０，ｆ２１，ｆ２２，…とす
   るとき、前記第２の振動モードの共振周波数のいずれに
   も干渉しない前記第１の振動モードの共振周波数の１つ
   であるｆ１ｎと、前記第１の振動モードの共振周波数の
   いずれにも干渉しない前記第２の振動モードの共振周波
   数の１つであるｆ２ｎとを、超音波モータ駆動時に使用
   することを特徴とする請求項４に記載の多機能超音波モ
   ータ装置。
7. 【請求項７】 前記第１の振動モードと前記第２の振動
   モードの少なくとも１つから得られるトルクで、機能切
   替用の操作部が操作されるにより、少なくとも３つの被
   駆動体を駆動することを特徴とする請求項４に記載の多
   機能超音波モータ装置。
8. 【請求項８】 カメラレンズのズーム機構、フォーカス
   機構、アイリス機構の３つの機構を駆動制御することを
   特徴とする請求項７に記載の多機能超音波モータ装置。
9. 【請求項９】 前記第１と、第２の振動モードを時分割
   で順次生成し、多機能の調節を行うことを特徴とする請
   求項４に記載の多機能超音波モータ装置。
10. 【請求項１０】 前記超音波振動子の軸方向端面側に対
    して、端部が弾性的に押圧されたロータが同軸的に配置
    され、このロータと前記超音波振動子のいずれか一方を
    選択的に回転規制する手段を設けたことを特徴とする請
    求項４記載の多機能超音波モータ装置。
11. 【請求項１１】 前記超音波振動子とこの超音波振動子
    により回転駆動される被駆動体のいずれか一方の回転を
    選択的に規制する手段を設けたことを特徴とする請求項
    ４記載の多機能超音波モータ装置。