JP4521237B2

JP4521237B2 - レンズ鏡筒

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Publication number: JP4521237B2
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Inventors: 政典岸
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Priority date: 2004-09-06
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Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP2006074972A

Description

本発明は、楕円振動を励起させる振動子を適用する回転駆動型の超音波モータを有するレンズ鏡筒に関する。

従来から圧電振動子を駆動源とする振動波アクチュエータ（超音波モータ）は、広く知られており、その無音性、低速・高トルク特性、停止時の位置保持特性、および、電磁ノイズの発生も少ないなど多くの特徴を生かして種々の装置に実装されている。アクチュエータとしての動作形態は、回転型と直進型（リニア型）とがあり、振動波の発生モードには進行波型と定在波型とがあり、その組合せは目的に応じて適宜選択されている。

たとえば、カメラの撮影レンズの進退駆動に超音波モータを適用する場合、従来では振動子を円環型に配列して、進行波を発生させるようにしたものが多い。

特許文献１には、振動子に屈曲振動と縦振動とを合成した楕円振動を発生させ、被駆動体を駆動するリニア型超音波モータ構造が示されている。特許文献２には、リニア型超音波モータを用いて回転力を出力する構造が示されている。また、特許文献３には、進行波型の円環型超音波モータの構造が示されている。
特許文献１は、特許公報第２８７１７６８号である。特許文献２は、特開平８−１８２３５６号公報である。特許文献３は、特公平７−４８０８７号公報である。

上述した特許文献１に開示されたものは、リニア型の超音波モータであり、このリニア型のものは、一般に保持トルクが小さく、停止位置精度を出しにくい等の課題が残されている。

上述した特許文献２に開示されたものは、回転力を出力させるために径方向の位置規制手段として回転中心から延びる支持部材を必要としており、この支持部材が振動子と一体的に回転するため、アクチュエータ自体の占有体積が実質的に大きくなる可能性があった。

上述した特許文献３に開示されたものは、圧電体が円環形状に沿って配置され、モータサイズを変更すると圧電体の外形が異なる。また、必要回転角が少ない用途であっても圧電体レイアウトを円環状にしなければならない。さらに、この進行波型のものは原理的に振動の節（中立点）がないため、安定した押圧が難しく、変換効率にも限界があるなどの問題が残されている。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、屈曲振動と縦振動とを合成した楕円振動によって振動子に押圧された被駆動体を相対移動させる超音波モータを有するレンズ鏡筒において、超音波モータの変換効率の向上、および、占有体積を最小限に抑えることが可能なレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のレンズ鏡筒は、環状枠部材と、上記環状枠部材の内周に位置する駆動枠と、上記環状枠部材の内周に嵌入して支持され、上記駆動枠によって回動されるレンズ枠と、振動子と、当該振動子の振動中立点である節となる位置に設けられていて上記駆動枠を駆動するための支持軸と、を有していて、上記環状枠部材の外周に配置された振動子ブロックと、上記振動子ブロックの一端側の上記環状枠部材の外周部に配置されていて、当該振動子ブロックが上記環状枠部材の円弧に沿って回転移動する際に径方向の位置を規制する第一位置規制手段と、上記振動子ブロックの他端側の上記環状枠部材に配置されていて、当該振動子ブロックが上記環状枠部材の円弧に沿って回転移動する際の軸方向の位置を規制する第二位置規制手段と、を具備し、上記振動子に楕円振動を励起させ、上記振動子ブロックが上記第一及び第二位置規制手段によって径方向及び軸方向の位置を規制しながら上記環状枠部材の外周部の円弧に沿って自走して移動する際に、当該振動子ブロックに設けられた支持軸の回動駆動力を上記駆動枠に伝達し、当該駆動枠の回動駆動力を当該レンズ枠に伝達するようにしたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のレンズ鏡筒は、請求項１に記載のレンズ鏡筒において、
上記径方向の位置を規制する第一位置規制手段は、円弧もしくは円の凸形状部であり、上記第一位置規制手段と接触する上記振動子ブロックの振動子には、上記凸形状部と嵌合する凹形状部が設けられている。

本発明の請求項３に記載のレンズ鏡筒は、請求項１に記載のレンズ鏡筒において、
上記径方向の位置を規制する第一位置規制手段は、円弧もしくは円の凹形状部であり、上記第一位置規制手段と接触する上記振動子ブロックの振動子には、上記凹形状部と嵌合する凸形状部が設けられている。

本発明の請求項４に記載のレンズ鏡筒は、請求項１に記載のレンズ鏡筒において、
上記駆動枠は、更に、上記レンズ枠を駆動する連結腕部が設けられ、上記レンズ枠は、更に、上記連結腕部が嵌入するガイド溝とカムフォロアが設けられ、上記環状枠部材は、更に、上記カムフォロアが嵌入するカム溝が設けられており、上記振動子ブロックが自走して回転移動することにより、上記支持軸により上記駆動枠を回動させ、当該駆動枠に設けられた連結腕部が上記ガイド溝を介して上記レンズ枠を回動させ、上記レンズ枠は、上記カムフォロアが上記カム溝に沿って摺動移動することにより回転しながら光軸方向に移動する。

本発明によれば、超音波モータの変換効率が向上し、かつ占有体積を最小限に抑えることも可能であるレンズ鏡筒を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である超音波モータ（超音波モータ部）が組み込まれたレンズ鏡筒の光軸を含む縦断面図である。図２は、上記超音波モータ部の分解斜視図である。図３は、上記超音波モータ部の斜視図である。図４は、上記超音波モータ部を構成する振動子ブロックの分解斜視図である。図５は、上記振動子ブロックの斜視図である。図６は、上記超音波モータ部の光軸方向に沿った面の断面図である。

なお、以下の説明において、上記レンズ鏡筒の第一群〜第四群レンズからなる撮影レンズ光軸Ｏと平行な方向をＯｚ方向とし、その被写体側を＋，結像側を−とする。光軸Ｏに対するラジアル方向をＲ方向とし、光軸Ｏ中心とする円周の接線方向をＴ方向とする。なお、本実施形態の場合、光軸Ｏは、後述するステータの円弧の中心、または、振動子ブロックの回転中心と一致、または、略一致するものとする。

本実施形態のレンズ鏡筒１は、図１に示すように固定枠２と、固定枠２の外周部に支持されるカム環３と、カム環３の外周に嵌入するズーム操作用ズーム環４と、第一群レンズ２０を保持する第一群レンズ枠５と、第一群レンズ枠５の後方にあって、第二群レンズ２１を保持する第二群レンズ枠６と、第二群レンズ枠６の後方にあって、第三群レンズ２２を保持する第三群レンズ枠７と、第三群レンズ枠７の後方にあって、フォーカスレンズである第四群レンズ２３を保持する第四群レンズ枠８と、駆動源としての超音波モータを構成する超音波モータ部４０とを有してなる。

固定枠２は、環状枠部材であって、その環状部外周に円周ガイド溝２ｄおよびＯｚ方向に沿った直進ガイド溝２ａと、Ｏｚ方向に対して斜行するカム溝２ｂとを有し、さらに、後方部にステータ嵌入用外周部２ｅ，振動子の支持軸が挿通する逃げ用切り欠き部２ｆが設けられる。そして、固定枠２の後端部には、エンドプレート２４およびカメラ装着用マウント２６とがビス５５によって固着される。さらに、エンドプレート２４には、外枠２５が固着される。

カム環３は、環状枠部材であって、固定枠２の外周に嵌入し、内周側突部３ｄが固定枠２の円周ガイド溝２ｄに係合した状態でＯｚ方向規制され、回動可能に支持される。円環部には、Ｏｚ方向の溝３ａと、Ｏｚ方向に対して斜行する２組のカム溝３ｂ，３ｃが設けられる。

ズーム環４は、環状枠部材であって、カム環３の外周に嵌入し、突起４ｂをカム環３の溝３ａに係合させ、カム環３と一体化される。ズーム環４の外周部には操作用ゴムリング４ａが装着されている。

フォーカス駆動枠１７は、環状枠部材であって、固定枠２の後方内周に回動可能に嵌入して支持される。フォーカス駆動枠１７には、外周部に振動子３５の支持軸３６の先端がＴ方向にガタない状態で嵌入する溝部１７ａと、＋Ｏｚ方向に突出する連結腕部１７ｂとが設けられる。

第一群レンズ枠５は、固定枠２の前端部に固着して支持される。

第二，三群レンズ枠６，７は、固定枠２の内周に嵌入して進退可能に支持され、外周にそれぞれカムフォロア１１，１２が固着されている。カムフォロア１１，１２は、固定枠２の直進ガイド溝２ａを直進ガイド状態で貫通し、さらに、カム環３のカム溝３ｂ，３ｃに摺動自在に嵌入している。

第四群レンズ枠８は、固定枠２の内周に嵌入して支持され、外周にカムフォロア１３が固着されている。カムフォロア１３は、固定枠２のカム溝２ｂに対して摺動自在に嵌入する。また、第四群レンズ枠８の外周部には、Ｏｚ方向に沿ったガイド溝８ａが設けられている。このガイド溝８ａにはフォーカス駆動枠１７の連結腕部１７ｂがＯｚ方向に摺動可能に嵌入する。

なお、上記レンズ鏡筒１において、ズーミングを行う場合、ズーム環４のズーム回動操作が行われ、カム環３が回動駆動されると、カム溝３ｂ，３ｃに嵌入するカムフォロア１１，１２を介して第二，三群レンズ枠６，７がＯｚ方向に進退駆動され、光軸Ｏ方向の各ズーム位置に移動し、ズーミングが行われる。

また、レンズ鏡筒１のフォーカス駆動時には、後述するように超音波モータ部４０の振動子３５が駆動され、支持軸３６が光軸Ｏまわりに回動駆動されると、支持軸３６を介してフォーカス駆動枠１７が回動駆動される。そして、連結腕部１７ｂを介して第四群レンズ枠８が固定枠２に対して相対的に回動駆動される。その回動によってカムフォロア１３がカム溝２ｂを摺動移動するので、第四群レンズ枠８は、回転しながらＯｚ方向に進退して光軸Ｏ方向のフォーカス位置に移動し、フォーカシングが行われる。

超音波モータ部４０は、第四群レンズ枠８を進退駆動するフォーカス駆動用アクチュエータであって、図２，４に示すように後ステータ１５，前ステータ１６と、振動子３５等を含む振動子ブロック（図５，６）３０と、センサ支持板２７，磁気センサ２８，ＭＲ磁気シート２９からなる磁気センサ部等を有してなる。

後ステータ１５，前ステータ１６は、図２に示すように互いにＯｚ方向の対向して配置され、超音波モータ回動中心（光軸Ｏと略一致）の円弧形状を有する２つの支持部材であり、後ステータ１５は、振動子３５の回転移動の径方向、すなわち、超音波モータの回動軸の径方向を規制する第一位置規制手段（位置規制部材）を有する。また、前ステータ１６は、振動子３５の回転移動の軸方向、すなわち、超音波モータの回動軸の軸方向を規制する第二位置規制手段（位置規制部材）を有する。後述するように後，前ステータ１５，１６の内側には、振動子ブロック３０が円弧に沿って移動可能な状態で組み込まれる。
なお、後，前ステータ１５，１６の円弧形状の円弧角は、超音波モータ部４０の必要駆動回動角度だけの回動を許容するだけの角度となる。また、後ステータ１５は、後述するように駆動子３８が当接することから耐摩耗性のよい材料で形成される。

後ステータ１５の円弧両端部にＯｚ方向の柱部が設けられ、その先端部にビス穴１５ｂと位置決めピン１５ｃとが設けられる。一方、前ステータ１６の円弧両端部にビス挿通穴１６ｂと位置決めピン穴１６ｃとが設けられる。さらに、後ステータ１５の＋Ｏｚ側の表面には、円弧に沿った凸部の第一位置規制手段であるレール１５ａが形成される。

上記磁気センサ部において、磁気センサ２８がその先端部に装着されているセンサ支持板２７は、後述する超音波モータ部４０のローラホルダ３３にビス５４によって固着される。上記取り付け状態で磁気センサ２８は、前ステータ１６の外周部に貼付されるＭＲ磁気シート２９に摺接し、振動子３５の回転量を検出する。その摺接状態は、図６の断面図に示される。

振動子ブロック３０は、図２，４に示すように後ステータ１５，前ステータ１６に組み込まれるブロックであって、屈曲定在波振動と縦振動との合成による楕円運動を励起させる振動子３５と、振動子３５を保持する振動子ホルダ３１と、弾性体３２と、ローラホルダ３３と、振動子３５を付勢するための付勢手段である押さえバネ３４と、第二位置規制手段であって、前ステータ１６との支持構造体を構成する一対の転動体のローラ３９と、接続ＦＰＣ（フレキシブル基板）４２とからなる。
なお、図４，５に示すＯｚ，Ｒ，Ｔの各方向は、超音波モータ部４０に振動子ブロック３０を取り付け状態での方向を示す。

振動子３５は、図４，１３等に示すように積層圧電体３５Ａと、中立軸であって、機械的出力取り出し部材となる支持軸３６と、駆動子３８とを有してなる。

支持軸３６は、積層圧電体３５Ａの略中央部の振動の節（中立点）となる部分を積層方向（Ｒ方向）に貫通して接着固定され、軸両端が積層圧電体３５Ａから突出している。特に片方の軸先端部は、レンズ鏡筒組み付け状態でフォーカス駆動枠１７の溝部１７ａに嵌入できるように光軸Ｏ側に所定量突出している（図６）。

駆動子３８は、支持軸３６と直交するＯｚ方向（積層方向と直交）の積層圧電体３５Ａの底面上（図４）であって、長手方向（Ｔ方向）の端部に固定される一対の突起よりなる。この駆動子３８の幅方向（Ｒ方向）の中央部には第一位置規制手段を構成する凹形状部の溝部３８ａが形成される。この溝部３８ａは、後ステータ１５の円弧状のレール１５ａに対してＲ方向にガタのない状態で摺動可能に嵌入する溝である。

なお、振動子３５のさらなる詳細な構成および作用は、後で図７〜１３を用いて説明する。

振動子ホルダ３１は、振動子側（図４で下側）へのそれぞれが対向する起立部３１ａ，３１ｂを有しており、起立部３１ａには、Ｒ方向に対向する状態の支持軸嵌入用切り欠き３１ｃが設けられる。

ローラホルダ３３は、振動子側（図４で下側）への対向する起立部３３ｂと反振動子側への２組の対向する起立部３３ｃを有しており、それぞれ対向する起立部３３ｃには、ローラ３９の軸部３９ａが回転可能に嵌入する軸穴３３ｄが設けられる。

押さえバネ３４は、平板形状の中央部にＯｚ方向（図４で上下方向）に弾性変形可能な折り曲げ凸部３４ａを有している。

弾性体３２は、弾性変形可能なゴム材料等からなる平板形状の部材である。

ここで、振動子３５の詳細な構成について図７〜１３を用いて説明する。
図７は、上記振動子ブロックの振動子にフレキシブルプリント基板を固着した状態を支持軸方向からみた図である。図８は、図７のＡ矢視図である。図９は、図７の振動子からフレキシブルプリント基板を外した状態を支持軸方向から見た図である。図１０は、図９のＢ矢視図である。図１１は、図９のＣ矢視図である。図１２は、上記振動子の積層圧電体を構成する圧電素子部と絶縁板の焼き付け処理前の分解斜視図である。図１３は、上記振動子の屈曲振動と縦振動との合成振動時の変形状態を拡大して示した図であって、振動子が図１３（Ａ）の屈曲状態から図１３（Ｂ）の伸張状態、図１３（Ｃ）の屈曲状態、図１３（Ｄ）の収縮状態の順に変形する様子を示している。なお、図中のＯｚ，Ｒ，Ｔ方向は、振動子ブロック３０のレンズ鏡筒１の超音波モータ部４０への取り付け状態における方向を示している。

振動子３５は、図９，１２等に示すように複数の２種類の圧電シート３７Ｘ，３７Ｙと２枚の絶縁板３７Ａ，３７Ｂからなる積層圧電体３５Ａと、導電性銀ペーストからなる電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ａ′，４１ｂ′とで形成され、さらに、前述した支持軸３６と一対の駆動子３８とを有している。

２種類の圧電シート３７Ｘ，３７Ｙは、それぞれ厚さ１００μｍ程度の矩形の圧電素子からなる。圧電シート３７Ｘには、その前面に厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された第一内部電極３７Ｘａ，３７Ｘｃ，３７Ｘｃ′，３７Ｘａ′が絶縁された４つの領域に分割されて配置されている。圧電素子の長手方向（Ｏｚ方向）の端面位置まで上記各内部電極の上側端部が伸びている（図１２）。

一方、圧電シート３７Ｙには、その前面に厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された第二内部電極３７Ｙｂ，３７Ｙｄ，３７Ｙｄ′，３７Ｙｂ′が絶縁された４つの領域に分割されて配置されている。圧電素子の長手方向（Ｏｚ方向）の端面位置まで上記内部電極の下側端部が伸びている（図１２）。

互いに隣接する上記圧電シート３７Ｘ，３７Ｙ同士の第一内部電極３７Ｘａ，３７Ｘｃ，３７Ｘｃ′，３７Ｘａ′と第二内部電極３７Ｙｂ，３７Ｙｄ，３７Ｙｄ′，３７Ｙｂ′とは形状が同じで、電極端部が上下が逆になり、積層されたときに矩形電極面が互いに重なる位置に配置されている。このような内部電極が施された２種類の圧電シート３７Ｘ，３７Ｙを交互に４０層程度積層される。

積層された圧電素子の左側端面には、第一内部電極３７Ｘａ，３７Ｘｃおよび第二内部電極３７Ｙｂ，３７Ｙｄの端部が積層状態で露呈する内部電極露呈部が形成されている（図示せず）。積層された圧電素子の右側端面には、第一内部電極３７Ｘｃ′，３７Ｘａ′および第二内部電極３７Ｙｄ′，３７Ｙｂ′の端部が積層状態で端面に露呈する内部電極露呈部が形成される（図示せず）。さらに、上記内部電極露呈部上にそれぞれ導電性銀ペーストからなる各４つの独立した外部電極が両側面部に形成され、該内部電極と導通するようになっている（図１０）。

上記積層された圧電素子の前後面に圧電シート３７Ｘ，３７Ｙと同一矩形形状の絶縁板３７Ａ，３７Ｂが配され、積層圧電体３５Ａが形成される。前面側の絶縁板３７Ａの表面には図９に示されるように導電銀ペーストからなる電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ａ′，４１ｂ′が形成される。

上記絶縁板３７Ａ上の電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ａ′，４１ｂ′は、上記各積層された圧電シート毎の両側に露呈した積層状態の両側面内部電極にそれぞれにより電気接続される。すなわち、電極４１ａには、第一内部電極３７Ｘａが電気接続される。電極４１ｂは、第二内部電極３７Ｙｂと電気接続される。電極４１ｃには、第一内部電極３７Ｘｃおよび第一内部電極３７Ｘｃ′が電気接続される。電極４１ｄには、第二内部電極３７Ｙｄおよび第二内部電極３７Ｙｄ′が電気接続される。電極４１ａ′には、第一内部電極３７Ｘａ′が電気接続される。電極４１ｂ′には、第二内部電極３７Ｙｂ′が電気接続される。

上記電極接続状態の積層された圧電シート３７Ｘ，３７Ｙに絶縁板３７Ａ，３７Ｂを重ねた状態の積層圧電体３５Ａを焼き付け処理し、上記各電極を利用して分極を行うと振動子３５が得られる。

前述したように積層圧電体３５Ａには、振動子３５の振動中立点である節となる位置にはステンレス材等よりなる支持軸３６が貫通して接着固定される。さらに、積層圧電体３５Ａの底面上（図４）であって、長手方向の両端部位置に一対の駆動子３８が接着固着される。該駆動子３８は、高分子材料にアルミナを分散して形成される。

振動子３５の絶縁板３７Ａに設けられた各電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ａ′，４１ｂ′上には、接続パターンを有する接続基板である接続ＦＰＣ４２が各電極と電気接続された状態で装着される（図７）。

詳しくは、接続ＦＰＣ４２は、信号ライン４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの接続パターンを有しており、信号ライン４２ａには、絶縁板３７Ａの電極４１ａと４１ａ′とが共に接続される。信号ライン４２ｂには、絶縁板３７Ａの電極４１ｂと４１ｂ′とが共に接続される。信号ライン４２ｃには、絶縁板３７Ａの電極４１ｃが接続される。信号ライン４２ｄには、絶縁板３７Ａの電極４１ｄが接続される。そして、該信号ライン４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、振動子駆動回路に接続される。

振動子駆動回路は、発振部，移相部，駆動部等を有してなり、駆動部を介して位相制御された駆動電圧が振動子３５に印加される。

上記駆動電圧が印加された振動子３５には、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す屈曲定在波振動と縦振動が合成された振動が励起され、駆動子３８の先端に位相のずれた楕円振動（図７に示す軌跡Ｅ1 ，Ｅ2 の楕円振動）を発生させる。

上述した各構成部材からなる超音波モータ部４０においては、図３に示すように対向して配される後ステータ１５，前ステータ１６の内側に振動子ブロック３０が組み込まれる。

詳しく説明すると、まず、図５に示すように振動子ブロック３０において、振動子３５は、弾性体３２を介在した状態で振動子ホルダ３１の起立部３１ａ，３１ｂ内に挿入され、支持軸３６は、起立部３１ａの切り欠き３１ｃにガタなく嵌入される。この状態で振動子３５は、支持軸３６の根元部が起立部３１ａの内面で挟持され、支持軸方向にガタのない状態で、且つ、支持軸まわりに回動可能に支持される。

ローラホルダ３３には起立部３３ｃの内側にローラ３９が挿入され、ローラ軸部３９ａは、軸穴３３ｄに回転可能な状態で支持される。

ローラホルダ３３は、起立部３３ａの内側に押さえバネ３４が挿入された状態で振動子ホルダ３１の上面側（図４）に起立部３３ａ，３３ｂと起立部３１ａ，３１ｂを嵌合させて組み付けられる。

上記組み付け状態のローラホルダ３３と振動子ホルダ３１とは、駆動子３８の溝部３８ａをレール１５ａに係合させた状態で後ステータ１５に装着される。そこで、図３に示すようにローラ３９を押圧する状態で前ステータ１６が後ステータ１５の柱部上方（図３上）に載置され、位置決めピン１５ｃを位置決め穴１６ｃに嵌入させ、挿通穴１６ｂを挿通させたビス５６をビス穴１５ｂに螺着することによって後ステータ１５と前ステータ１６とを固着する。その固着状態で後ステータ１５と前ステータ１６とは、互いに平行な状態に保持される。また、振動子ブロック３０においては、ローラ３９が回転可能な状態で前ステータ１６の内面に押さえバネ３４の付勢力で当接し、一方、振動子３５は、上記押さえバネ３４の付勢力によって後ステータ１５側に押圧される。従って、駆動子３８は、溝部３８ａが後ステータ１５のレール１５ａにＲ方向のガタのない嵌合状態で後ステータ１５の＋Ｏｚ側内面に当接した状態で支持される。

上述した組み立て状態の超音波モータ部４０は、レンズ鏡筒１の後方部に組み込まれる。すなわち、後ステータ１５のビス挿通穴１５ｄを挿通させたビス（図示せず）を固定枠２側に螺着し、超音波モータ部４０の後，前ステータ１５，１６が固定枠２に後方部外周に固着される。その固着状態では、振動子３５の支持軸３６のＲ方向の内周側（光軸Ｏ側）に突出している軸先端部は、固定枠２の逃げ用切り欠き部２ｆを挿通してフォーカス駆動枠１７の溝部１７ａに対してＴ方向にガタのない状態でＯｚ方向に摺動可能な状態で嵌入する。

超音波モータ部４０が装着されたレンズ鏡筒１におけるフォーカシング時のレンズ保持枠の進退動作について説明すると、振動子３５に振動子駆動回路を介して駆動電圧が印加されると、駆動子３８が図７に示される軌跡Ｅ1 ，Ｅ2 のような楕円振動を行う。ローラ３９の前ステータ１６への当接による押さえバネ３４の付勢力が振動子３５側に伝達され、駆動子３８が後ステータ１５の接触面に当接する。駆動子３８の接触面は、後ステータ１５のレール１５ａを跨いだ状態で後ステータ１５の接触面に押圧され、振動子３５は、駆動子３８の楕円振動によって後ステータ１５のレール１５ａに沿って自走状態で光軸Ｏ中心に回動移動する。ローラ３９も振動子３５と共に前ステータ１６の内面に沿って転動しながら回動移動する。また、振動子３５の回動移動中は、振動子３５と振動子ホルダ３１との間に介在する弾性体３２によって振動子３５が支持されていることから振動子３５が支持軸３６まわりに傾斜することが防止される。

そして、振動子３５側の支持軸３６の先端部がフォーカス駆動枠１７の溝部１７ａに嵌入していることから、振動子３５の回動移動により該フォーカス駆動枠１７が回動駆動され、連結腕部１７ｂを介して第四群レンズ枠８が回動駆動される。第四群レンズ枠８は、上記回動によってすでに説明したようにカムフォロア１３がカム溝２ｂを摺動移動するので、回転しながらＯｚ方向（光軸Ｏ方向）のフォーカス位置に移動し、フォーカシングが行われる。

以上、説明した本実施形態の超音波モータ部４０が組み込まれたレンズ鏡筒１では、振動子３５を後ステータ１５のレール上の円弧軌跡を自走状態で移動させることによってレンズ保持枠を回転進退駆動する構造を採用しており、モータの占有体積を最小限に抑えることが可能となる。さらには、モータの変換効率の向上および出力の安定化も実現できる。

なお、上述した実施形態の超音波モータ部４０に適用した後ステータ１５，前ステータ１６の形状は、円弧形状であったが、これに限らずそれぞれが円環形状（リング形状）であってもよい。その場合、後ステータ１５のレール１５ａを完全な円軌跡を有するレールとすることが可能であり、超音波モータの可動角範囲を広げることができる。さらには、該レール上に複数の振動子を配置して駆動力アップを図ることも可能となる。

また、振動子ブロック３０に設けられる支持構造体としてのローラ３９に替えてボールを組み込むことも可能である。

また、上述した実施形態の超音波モータ部４０においては、後ステータ１５のレール１５ａが凸形状でそれに嵌合する振動子３５の駆動子３８が中央部に凹状の溝３８ａを有する形状で構成されていたが、その変形例としてレール１５ａ側を凹形状とし、駆動子３８側を凸形状とした振動子の径方向位置規制構造を採用することも可能である。

さらに、上述した実施形態の超音波モータ部４０の後ステータのレールの断面形状およびそれに嵌合する振動子３５の駆動子の断面形状のさらなる変形例として図１４〜１６に示す断面形状が提案できる。

図１４に示す振動子の移動方向直交断面形状を有する変形例の後ステータ１５Ａおよび駆動子３８Ａにおいては、後ステータ１５Ａは、上記断面形状が所定の曲率をもつ略半円の第一位置規制手段となる凸部形状のレール１５Ａａを有する。駆動子３８Ａは、上記レール１５Ａａの曲率より僅かに小さい曲率の凹部形状の第一位置規制手段となる溝部３８Ａａを有する。レール１５Ａａの凸部は、駆動子３８Ａの溝部３８Ａａに係合し、押さえバネ３４の付勢力で付勢されて当接し、駆動力の伝達がなされる。同時に駆動子３８ＡのＲ方向（径方向）の位置規制がなされる。

図１５に示す振動子の移動方向直交断面形状を有する他の変形例の後ステータ１５Ｂおよび駆動子３８Ｂは、図１４の変形例のものに対して凹凸が逆になる変形例である。すなわち、後ステータ１５Ｂ側は、上記断面形状が所定の曲率の略半円である凹部形状の第一位置規制手段となるレール１５Ｂａを有する。駆動子３８Ｂ側は、上記レール１５Ｂａの曲率より僅かに大きい曲率の第一位置規制手段となる凸部３８Ｂａを有している。レール１５Ｂａの凹部は、駆動子３８Ｂの凸部３８Ｂａに係合し、押さえバネ３４の付勢力で付勢されて当接し、駆動力の伝達がなされる。同時に駆動子３８ＢのＲ方向（径方向）の位置規制がなされる。

上述した図１４，１５に示す変形例の後ステータ１５Ａおよび駆動子３８Ａを適用した場合、振動子のＲ方向のガタのない状態で超音波モータを駆動することが可能であり、高精度の回動駆動が実現できる。

また、図１６に示す振動子の移動方向直交断面形状を有する変形例の後ステータ１５Ｃおよび駆動子３８Ｃにおいては、駆動子３８Ｃは、溝部のない凸状の平面接触面を有しており、後ステータ１５Ｃは、上記駆動子３８Ｃの凸状部に嵌合する凹部断面形状の第一位置規制手段となるレール１５Ｃａを有する。レール１５Ｃａの凹部に駆動子３８Ｃが嵌合して押さえバネ３４の付勢力で付勢され、当接し、駆動力の伝達がなされる。同時にレール１５Ｃａの凹部によって振動子３５のＲ方向（径方向）の位置規制がなされる。

上述した図１６に示す変形例の後ステータ１５Ｃおよび駆動子３８Ｃを適用した場合、駆動子３８Ｃの接触面をより大きくとることが可能であり、耐久性の向上が可能となる。

本発明による超音波モータは、変換効率が向上し、占有体積を最小限に抑えた超音波モータとして利用できる。

本発明の一実施形態である超音波モータが組み込まれたレンズ鏡筒の光軸を含む縦断面図である。図１の超音波モータ部の分解斜視図である。図１の超音波モータ部の斜視図である。図１の超音波モータ部を構成する振動子ブロックの分解斜視図である。図４の振動子ブロックの斜視図である。図１の超音波モータ部の光軸方向に沿った面の断面図である。図４の振動子にフレキシブルプリント基板を固着した状態を支持軸方向からみた図である。図７のＡ矢視図である。図７の振動子からフレキシブルプリント基板を外した状態を支持軸方向から見た図である。図９のＢ矢視図である。図９のＣ矢視図である。図７の振動子の積層圧電体を構成する圧電素子部と絶縁板の焼き付け処理前の分解斜視図である。図７の振動子の屈曲振動と縦振動との合成振動時の変形状態を拡大して示した図であって、振動子が図１３（Ａ）の屈曲状態から図１３（Ｂ）の伸張状態、図１３（Ｃ）の屈曲状態、図１３（Ｄ）の収縮状態の順に変形する様子を示している。図１の超音波モータの後ステータのレールの断面形状およびそれに嵌合する駆動子の断面形状の１つの変形例のレールと駆動子の嵌合部の断面図である。図１の超音波モータの後ステータのレールの断面形状およびそれに嵌合する駆動子の断面形状の他の変形例のレールと駆動子の嵌合部の断面図である。図１の超音波モータの後ステータのレールの断面形状およびそれに嵌合する駆動子の断面形状のさらに他の変形例のレールと駆動子の嵌合部の断面図である。

符号の説明

１５ …後ステータ
（ステータ，位置規制部材，
第一位置規制手段，支持部材）
１５ａ，１５Ａａ
…レール
（第一位置規制手段，ステータ側凸部）
１５Ｂａ，１５Ｃａ
…レール
（第一位置規制手段，ステータ側凹部）
１６ …前ステータ
（ステータ，位置規制部材，
第二位置規制手段，支持部材）
３４ …押さえバネ（付勢手段）
３５ …振動子
３６ …支持軸（機械的出力取り出し部材）
３８ａ，３８Ａａ
…駆動子の溝部
（振動子側の凹部，位置規制部材，
第一位置規制手段）
３８Ｂａ
…駆動子凸部
（振動子側の凸部，位置規制部材，
第一位置規制手段）
３８Ｃ…駆動子
（振動子側の凸部，位置規制部材，
第一位置規制手段）
３９ …ローラ（支持構造体）

代理人弁理士伊藤進

Claims

環状枠部材と、
上記環状枠部材の内周に位置する駆動枠と、
上記環状枠部材の内周に嵌入して支持され、上記駆動枠によって回動されるレンズ枠と、
振動子と、当該振動子の振動中立点である節となる位置に設けられていて上記駆動枠を駆動するための支持軸と、を有していて、上記環状枠部材の外周に配置された振動子ブロックと、
上記振動子ブロックの一端側の上記環状枠部材の外周部に配置されていて、当該振動子ブロックが上記環状枠部材の円弧に沿って回転移動する際に径方向の位置を規制する第一位置規制手段と、
上記振動子ブロックの他端側の上記環状枠部材に配置されていて、当該振動子ブロックが上記環状枠部材の円弧に沿って回転移動する際の軸方向の位置を規制する第二位置規制手段と、
を具備し、
上記振動子に楕円振動を励起させ、上記振動子ブロックが上記第一及び第二位置規制手段によって径方向及び軸方向の位置を規制しながら上記環状枠部材の外周部の円弧に沿って自走して移動する際に、当該振動子ブロックに設けられた支持軸の回動駆動力を上記駆動枠に伝達し、当該駆動枠の回動駆動力を当該レンズ枠に伝達するようにしたことを特徴とするレンズ鏡筒。
上記径方向の位置を規制する第一位置規制手段は、円弧もしくは円の凸形状部であり、
上記第一位置規制手段と接触する上記振動子ブロックの振動子には、上記凸形状部と嵌合する凹形状部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
上記径方向の位置を規制する第一位置規制手段は、円弧もしくは円の凹形状部であり、
上記第一位置規制手段と接触する上記振動子ブロックの振動子には、上記凹形状部と嵌合する凸形状部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
上記駆動枠は、更に、上記レンズ枠を駆動する連結腕部が設けられ、
上記レンズ枠は、更に、上記連結腕部が嵌入するガイド溝とカムフォロアが設けられ、
上記環状枠部材は、更に、上記カムフォロアが嵌入するカム溝が設けられており、
上記振動子ブロックが自走して回転移動することにより、上記支持軸により上記駆動枠を回動させ、当該駆動枠に設けられた連結腕部が上記ガイド溝を介して上記レンズ枠を回動させ、上記レンズ枠は、上記カムフォロアが上記カム溝に沿って摺動移動することにより回転しながら光軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。