JP5072681B2 - 一方向入出力回転伝達機構及び一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力回転軸の回転力は出力回転軸に伝達するが出力回転軸の回転力は入力回転軸に伝達しない一方向入出力回転伝達機構、及びこの一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置に関する。

入力回転軸の回転力は出力回転軸に伝達するが出力回転軸の回転力は入力回転軸に伝達しない一方向入出力回転伝達機構の従来例としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
この特許文献１の一方向入出力回転伝達機構は、互いに同心をなす環状部材である外輪（入力回転部材）及び内輪（出力回転部材）と、内輪と外輪の間に両者に対して相対回転可能（外輪が回転すると外輪に遅れながら同方向に回転する）に位置する保持器（リテーナ）と、保持器に形成した周方向に並ぶ複数のポケット（貫通孔）にそれぞれ回転可能に保持された複数のローラ（回転力伝達部材）と、を備えている。この内輪の外周面は円筒面となっており、外輪の内周面には周方向位置によって径方向の深さが異なる複数のカム面（周方向不等幅溝）が周方向に並べて形成してある。
この一方向入出力回転伝達機構では、外輪が回転すると保持器が外輪に遅れながら同方向に回転するので、各ローラが各カム面の端部と内輪の外周面（円筒面）の間に強い力で食い込む。すると、外輪の回転力がローラを介して内輪に伝わるので、内輪が外輪に遅れて同方向に回転する。一方、内輪を回転させても内輪の外周面（円筒面）からローラに回転力は伝達されない（ローラがカム面の端部に移動しない）ので、内輪の回転力は外輪に伝達されない。

特開平８−１７７８７８号公報

特許文献１の一方向入出力回転伝達機構は、外輪（入力回転部材）と相対回転する保持器（リテーナ）を必要とするので、部品点数が多く構造が複雑である。
しかし、特許文献１の一方向入出力回転伝達機構から保持器（リテーナ）を省略（あるいは保持器の外周筒状部（ポケットが形成された部分）を省略）してしまうと、複数のローラが内輪と外輪の間でそれぞれ自由に動いてしまうので、各ローラの動きが同期しなくなってしまう。このように各ローラの動きが同期しない場合に、各ローラが各カム面の端部と内輪の外周面（円筒面）の間に食い込んだ状態で外輪を食い込む直前の回転方向と反対方向に回転させると、各ローラはカム面の端部と円筒面の間から同時に脱出せず時間差を生じながら脱出する。各ローラが時間差を生じながら脱出すると、食い込み力が完全に消滅するまでに時間が掛かるので、外輪を円滑に逆回転させるのが難しくなってしまう。

本発明の目的は、部品点数が少なく簡単な構造でありながら、入力回転軸と出力回転軸の間に強い力で食い込んだ（出力回転軸に強い力で圧接した）複数の回転力伝達球を同時かつ円滑に食い込み状態（圧接状態）から解放可能な一方向入出力回転伝達機構及びこの一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置を提供することにある。

本発明の一方向入出力回転伝達機構は、軸線回りに回転可能な入力回転部材と、上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、上記入力回転部材と同軸に相対回転可能に位置し、その内周面に上記軸線を中心とする内側円筒面を有する筒状出力回転軸と、上記入力回転部材の上記軸方向直交面に対して上記軸線と平行方向に対向する部分に、該軸方向直交面から離れる方向に向かって凹みかつ内周部と外周部の間に位置する部分の凹み量が内周部及び外周部に比べて大きい凹溝として、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、自身の一部が上記周方向案内溝に転動自在に嵌合し、かつ上記軸方向直交面及び上記内側円筒面に対して転動自在に接触する、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、上記周方向案内溝は、上記入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達球を上記入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記内側円筒面に圧接させ、上記入力回転部材の回転力を上記筒状出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴としている。

また本発明の一方向入出力回転伝達機構は、軸線回りに回転可能な筒状入力回転部材と、上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、上記筒状入力回転部材と同軸に相対回転可能に位置し、その外周面に上記軸線を中心とする外側円筒面を有する出力回転軸と、上記筒状入力回転部材の上記軸方向直交面に対して上記軸線と平行方向に対向する部分に、該軸方向直交面から離れる方向に向かって凹みかつ内周部と外周部の間に位置する部分の凹み量が内周部及び外周部に比べて大きい凹溝として、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、自身の一部が上記周方向案内溝に転動自在に嵌合し、かつ上記軸方向直交面及び上記外側円筒面に対して転動自在に接触する、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、上記周方向案内溝は、上記筒状入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達球を上記筒状入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記外側円筒面に圧接させ、上記筒状入力回転部材の回転力を上記出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴としている。

上記周方向案内溝の横断面形状が所定径の円弧であり、上記回転力伝達球が該円弧と同じ曲率であれば、入力回転部材から筒状出力回転軸（または筒状入力回転部材から出力回転軸）への回転トルクの伝達効率を高めることができるので好ましい。

上記入力回転部材（または筒状入力回転部材）を、上記軸線回りに回転する入力回転軸と、該入力回転軸に対して相対回転不能かつ相対スライド可能で上記上記周方向案内溝を形成した溝形成部材と、を有し、さらに、該溝形成部材を常に上記軸方向直交面側に付勢する付勢手段を備えるものとして構成してもよい。

複数の上記周方向案内溝に上記回転力伝達球をそれぞれ挿入するのが好ましい。

超音波発生部と、該超音波発生部に相対回転可能に接触すると共に上記入力回転部材（または筒状入力回転部材）に対して相対回転不能であり、該超音波発生部で発生した超音波振動により回転する回転出力部と、を備える超音波モータを備えることにより、上記一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置が得られる。

本発明によれば、各回転力伝達球の動きは各周方向案内溝によって規制（案内）される。従って、筒状出力回転軸の内側円筒面に各回転力伝達球が強い力で圧接された状態で、入力回転部材を各回転力伝達球が筒状出力回転軸の内側円筒面に圧接する直前の回転方向と逆方向（解放方向）に回転させると、各回転力伝達球は各周方向案内溝に従って圧接状態から解放される。従って、各回転力伝達球を同時かつ円滑に圧接状態から解放できる。
しかも、入力回転部材に対して相対回転するリテーナ（各ローラを保持する部材）を必要としないので、構造は簡単である。
また、入力回転部材を筒状入力回転部材として形成し、出力回転部材をこの筒状入力回転部材と同軸の出力回転軸として形成した本発明の別の態様によっても、各回転力伝達球の動きは各周方向案内溝によって規制（案内）される。従って、出力回転軸の外側円筒面に各回転力伝達球が強い力で圧接された状態で、筒状入力回転部材を各回転力伝達球が出力回転軸の外側円筒面に圧接する直前の回転方向と逆方向（解放方向）に回転させると、各回転力伝達球は各周方向案内溝に従って圧接状態から解放される。従って、各回転力伝達球を同時かつ円滑に圧接状態から解放できる。
しかも、筒状入力回転部材に対して相対回転するリテーナ（各ローラを保持する部材）を必要としないので、構造は簡単である。

さらに請求項５または１０の発明のように、本発明の一方向入出力回転伝達機構に超音波モータを組み合わせると、超音波モータの超音波発生部で超音波が発生して回転出力部が回転すると、回転出力部の回転力が一方向入出力回転伝達機構の入力回転部材（または筒状入力回転部材）から筒状出力回転軸（または出力回転軸）に伝わる。しかし、一方向入出力回転伝達機構の筒状出力回転軸（または出力回転軸）が回転したとき、この回転力は一方向入出力回転伝達機構の入力回転部材（または筒状入力回転部材）に伝わらない。
従って、超音波モータの超音波発生部が非作動状態にあるときに一方向入出力回転伝達機構の筒状出力回転軸または出力回転軸）が回転しても、超音波モータの回転出力部と超音波発生部の間に回転による摩耗が生じることはない。

以下、本発明の超音波回転駆動装置ＭＵの第１の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態は超音波回転駆動装置ＭＵを撮影状態をオートフォーカス（ＡＦ）とマニュアルフォーカス（ＭＦ）とに切り替え可能なカメラの交換式レンズ鏡筒（図示略）に適用したものである。

超音波回転駆動装置ＭＵは、超音波モータＵＭと一方向入出力回転伝達機構ＤＭを一体化したものである。まずは一方向入出力回転伝達機構ＤＭの構造について説明する。
前後両端（図１に矢線で示すように、図１の左側を「前方」、図１の右側を「後方」として説明する）が開放する筒形状をなす固定筒部材（挟持部材）１０には、固定ねじ（図示略）によってカメラボディ内面に固定される環状の外方フランジ１１と、同じく環状の内方フランジ１２が突設してある。固定筒部材１０の前面中央部は、入力回転軸２０の中心軸Ａ１（及びカメラ光軸）に対して直交する平面である軸方向直交面１３となっている。固定筒部材１０の内周面には外環１４がスライド可能に嵌合しており（相対回転は不能）、外環１４の内周側には複数のベアリングボール１５を介して外環１４と同心をなす内環１６が、外環１４に対して相対回転可能かつ軸線方向に相対移動不能として位置している。即ち、外環１４、ベアリングボール１５及び内環１６によってボールベアリング装置１７が構成されている。

内環１６の内周面にはカメラ光軸と平行な略円柱形状の入力回転軸（入力回転部材）２０が相対回転不能かつ相対スライド可能に嵌合されている（その中心軸がＡ１（軸線））。入力回転軸２０の外周面の長手方向中央部には、周方向に１８０°間隔で一対の突起２１が突設してある。入力回転軸２０の前端部にはばね用リテーナ２２が固定ねじ２３によって固定されている。ばね用リテーナ２２の外周面には、入力回転軸２０と同軸をなす筒状出力回転軸２５の内周面前端部が相対回転可能（相対スライドは不能）に嵌合している。筒状出力回転軸２５の内周面は中心軸Ａ１を中心とする円筒面であり、その前半部をなしばね用リテーナ２２に嵌合された小径円筒面２６と、後半部をなし小径円筒面２６と同心かつ小径円筒面２６より大径の大径円筒面（内側円筒面）２７とからなっている。筒状出力回転軸２５の外周面の前端部には、交換式レンズ鏡筒内に配設されたフォーカシング機構（図示略）の入力ギヤと噛合する出力ギヤ２８が形成してある。

入力回転軸２０の外周面の突起２１の直前には、入力回転軸２０と同心をなす環状部材である溝形成部材（入力回転部材）２９の円形中心孔３２が、入力回転軸２０に対して中心軸Ａ１方向に相対移動可能かつ相対回転不能として嵌合している。溝形成部材２９の前面とばね用リテーナ２２の対向面の間には、入力回転軸２０の外周側に位置する圧縮コイルばね（付勢手段）Ｓ１が縮設されており、この圧縮コイルばねＳ１の付勢力によって溝形成部材２９は常に後方に付勢されている。
図３から図６に示すように、溝形成部材２９の後半部の外周部には周方向に９０°間隔で計４つの周方向案内溝３３が形成してある（図３中に仮想線で示した円弧状の矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は各周方向案内溝３３の領域を示している）。各周方向案内溝３３の形状は互いに同一であり、隣合う周方向案内溝３３同士は互いに連続しているので、４つの周方向案内溝３３は全体として環状の溝を構成している。さらに、図６に示すように、周方向案内溝３３の長手方向に直交する断面形状は所定曲率（所定径）の円弧である。さらに各周方向案内溝３３は、その長手方向の中央部が最も大径円筒面２７から離れ両端部に向かうに連れて大径円筒面２７に徐々に近づく形状なので、各周方向案内溝３３の内周面３４から筒状出力回転軸２５の大径円筒面２７までの径方向距離Ｒ（回転力伝達球Ｂの中心と同じ前後方向位置における大径円筒面２７と内周面３４の入力回転軸２０の径方向の直線距離。図１及び図３参照。）は、各周方向案内溝３３の長手方向の中央部が最も長く、両端部に向かうに連れて徐々に短くなる。

そして、４つの周方向案内溝３３には周方向案内溝３３の断面の曲率と同じ曲率の球状部材である金属製の回転力伝達球Ｂが挿入してある。各回転力伝達球Ｂの前端部及び内周側端部は対応する周方向案内溝３３に回転可能に嵌合しており、各回転力伝達球Ｂの後端部は軸方向直交面１３に回転可能に接触している。図３のＰ１に示すように、一方向入出力回転伝達機構ＤＭの初期状態において各回転力伝達球Ｂは各周方向案内溝３３の中央部に位置し、その内周側端部が各周方向案内溝３３の中央部の凹み３４ａに嵌合している。各回転力伝達球Ｂの前端部と周方向案内溝３３（内周面３４）の断面形状（曲率）は同じなので、各回転力伝達球Ｂは周方向案内溝３３のいずれの位置に嵌合するときも、周方向案内溝３３に対して線接触となる（図６参照）。さらに、溝形成部材２９は圧縮コイルばねＳ１によって後方に弾性付勢されているので、各回転力伝達球Ｂは常に周方向案内溝３３（の前部）と軸方向直交面１３によって弾性的に挟持される。

次に以上構成の一方向入出力回転伝達機構ＤＭと一体をなす超音波モータＵＭの構造について説明する。
固定筒部材１０の外周面には、中心軸Ａ１を中心とする環状部材である超音波発生部材（超音波発生部）４０の中心孔が嵌合固定してある。超音波発生部材４０の後端部外周側は正面視環状をなす振動伝達部４１となっており、振動伝達部４１の後端面は中心軸Ａ１に対して直交する平面となっている。
さらに、入力回転軸２０の後端部には外側筒状部４２と内側筒状部４３を備える有底の筒状原動回転軸（回転出力部）４４の中心孔４５が嵌合固定してある。外側筒状部４２の前端面は中心軸Ａ１に対して直交する平面であり、振動伝達部４１の後端面に相対回転可能に接触している。超音波発生部材４０と筒状原動回転軸４４の間に形成された内部空間には、固定筒部材１０の後端部外周面に嵌合固定された筒状リテーナ４７が位置している。この筒状リテーナ４７と外環１４の間には圧縮コイルばねＳ２が縮設されており、この圧縮コイルばねＳ２の付勢力によって外環１４、ベアリングボール１５及び内環１６が前方に付勢され、内環１６が突起２１の後面に弾性接触している。
以上構成の超音波モータＵＭは、カメラボディ内に設けられたＣＰＵ等によって構成される制御手段（図示略）と電気的に接続している。

次に、以上のような構成からなる超音波回転駆動装置ＭＵの動作について説明する。
まず、ＡＦによりフォーカシングを行う場合の超音波回転駆動装置ＭＵの動作について説明する。
カメラボディに設けたＡＦスイッチ（図示略）を操作すると、カメラボディに内蔵された上記制御手段から超音波モータＵＭに回転信号が送られる。
例えばこの回転信号が正転信号の場合、振動伝達部４１が周方向の一方向（正面視で反時計方向）に進む超音波振動を発生する。すると、振動伝達部４１の後端面と接触している筒状原動回転軸４４（外側筒状部４２）が該超音波振動と同じ方向に回転するので、筒状原動回転軸４４と一体をなす入力回転軸２０が正面視で反時計方向に回転する。すると入力回転軸２０に対して相対回転不能な溝形成部材２９が入力回転軸２０と一緒に正面視で反時計方向に回転し、軸方向直交面１３と周方向案内溝３３とによって挟持されている各回転力伝達球Ｂが、自身の中心点を中心に自転しつつ、各周方向案内溝３３に沿って対応する周方向案内溝３３（内周面３４）に接触しながら中心軸Ａ１を中心に入力回転軸２０の周囲を正面視反時計方向に回転（公転）する（各回転力伝達球Ｂの公転軌跡を図３に矢印Ｄで示している）。このときの各回転力伝達球Ｂの公転速度は入力回転軸２０の回転速度の１／２であり、さらに各回転力伝達球Ｂの公転運動は互いに同期する。すると、初期状態において図３のＰ１に位置していた各回転力伝達球Ｂは、各周方向案内３３の正面視時計方向側の端部側に移動し、内周面３４の時計方向側の端部と筒状出力回転軸２５の大径円筒面２７との間に強い力で他の回転力伝達球Ｂと同時に食い込む（大径円筒面２７に圧接する）（図３のＰ２参照）。この結果、入力回転軸２０と筒状出力回転軸２５が、溝形成部材２９及び回転力伝達球Ｂを介して周方向に一体となるので、溝形成部材２９（入力回転軸２０）の回転力が筒状出力回転軸２５に伝わり筒状出力回転軸２５が正面視で反時計方向に回転する。すると、筒状出力回転軸２５の回転力が出力ギヤ２８から交換式レンズ鏡筒内のフォーカシング機構の入力ギヤに伝達されるので、フォーカシング機構によってフォーカスレンズ（図示略）が光軸に沿って前方に移動する。

一方、上記制御手段が超音波モータＵＭに逆転信号（回転信号）を送る場合は、振動伝達部４１が周方向の他方向（正面視で時計方向）の超音波振動を発生し、振動伝達部４１の後端面と接触している筒状原動回転軸４４が該超音波振動と同じ方向に回転するので、筒状原動回転軸４４と一体をなす入力回転軸２０が正面視で時計方向に回転する。そして、各回転力伝達球Ｂが入力回転軸２０の１／２の回転速度で各周方向案内溝３３に沿って（対応する周方向案内溝３３（内周面３４）に接触しながら）互いに同期しながら正面視時計方向に公転（回転）する。その結果、各回転力伝達球Ｂが、各周方向案内溝３３内を正面視で時計方向に回転し、内周面３４の反時計方向側の端部と筒状出力回転軸２５の大径円筒面２７との間に強い力で同時に食い込む（大径円筒面２７に圧接する）（図３のＰ３参照）。すると入力回転軸２０と筒状出力回転軸２５が、溝形成部材２９及び回転力伝達球Ｂを介して周方向に一体となるので、溝形成部材２９（入力回転軸２０）の回転力が筒状出力回転軸２５に伝わり筒状出力回転軸２５が正面視で時計方向に回転する。そして、筒状出力回転軸２５の回転力が出力ギヤ２８からフォーカシング機構の入力ギヤに伝達されるので、フォーカシング機構によってフォーカスレンズ（図示略）が光軸に沿って後方に移動する。
このように、制御手段が超音波モータＵＭを正逆両方向へ回転させることによりＡＦが行われる。

さらに、このようにＡＦによって合焦すると、制御手段から超音波モータＵＭに信号が送られ、超音波モータＵＭは合焦直前の回転方向とは逆方向に僅かだけ（筒状出力回転軸２５を回転させない程度）回転する。このとき例えば各回転力伝達球Ｂが図３のＰ２において大径円筒面２７と内周面３４の間に挟み込まれていたとすると、各回転力伝達球Ｂが同期しながらＰ１側に回転するので、各回転力伝達球Ｂによる食い付き力が同時に減少する。このように本実施形態では各回転力伝達球Ｂの食い付き力が同時に減少するので、各回転力伝達球Ｂの食い付き力を減少させるための超音波モータＵＭ（及び入力回転軸２０、溝形成部材２９）の回転動作は円滑に行われる。
そして、このように各回転力伝達球Ｂの食い付き力を減少させることにより、この後に交換式レンズ鏡筒に設けられたマニュアルフォーカス環（図示略）をスムーズに回転させられるようになる。

次に、ＭＦによりフォーカシングを行う場合の超音波回転駆動装置ＭＵの動作について説明する。
超音波モータＵＭを駆動させずに交換式レンズ鏡筒のマニュアルフォーカス環を回転させると、この回転力は、交換式レンズ鏡筒内のフォーカシング機構に伝達されＭＦが行われる。
マニュアルフォーカス環の回転力がフォーカシング機構に伝わると、この回転力はフォーカシング機構から筒状出力回転軸２５の出力ギヤ２８に伝達されるので、筒状出力回転軸２５が入力回転軸２０回りに正面視で時計方向または反時計方向に回転する。しかし、筒状出力回転軸２５の大径円筒面２７は中心軸Ａ１を中心とする円筒面なので、筒状出力回転軸２５から各回転力伝達球Ｂには回転力は伝達されない。このため、筒状出力回転軸２５が回転しても各回転力伝達球Ｂ及び溝形成部材２９は回転しない。従って、超音波モータＵＭの筒状原動回転軸４４が回転することはなく、外側筒状部４２と振動伝達部４１の接触面同士が摩耗することはない。

以上説明したように本実施形態の一方向入出力回転伝達機構ＤＭは、溝形成部材２９の各周方向案内溝３３によって各回転力伝達球Ｂの入力回転軸２０回りの回転（公転）軌跡を規制（案内）しているので、各回転力伝達球Ｂを各周方向案内溝３３の対応する位置に互いに同期させながら移動させることができる。従って、各回転力伝達球Ｂ、溝形成部材２９、筒状出力回転軸２５の回転動作（特に筒状出力回転軸２５の大径円筒面２７と溝形成部材２９の各周方向案内溝３３の内周面３４の間に食い込んだ各回転力伝達球Ｂを食い込み状態から解放する動作）を円滑に行うことが可能である。
しかも、溝形成部材２９は入力回転軸２０と一緒に回転する部材なので、特許文献１のように入力回転軸と相対回転する保持器（リテーナ）を必要とするものに比べて構造は簡単である。

さらに本実施形態のように一方向入出力回転伝達機構ＤＭと超音波モータＵＭを組み合わせると、超音波モータＵＭが回転駆動したときは筒状出力回転軸２５が回転し、超音波モータＵＭを回転駆動しない状態で筒状出力回転軸２５を回転させた場合は超音波モータＵＭの筒状原動回転軸４４が回転しないので、超音波モータＵＭの外側筒状部４２と振動伝達部４１の間の回転による摩耗を最小限に抑えることが可能である。
また、一方向入出力回転伝達機構ＤＭは、カメラの使用条件（例えば撮影時のカメラの温度等）の影響を受けにくく、使用条件が変わっても円滑に作動する。
また、本実施形態のような構成にすれば、撮影状態をＡＦとＭＦとに切り替えるための切替スイッチを設けることなく、撮影状態をＡＦとＭＦとに切り替えることが可能になる。

また、入力回転軸２０に遅れながら各回転力伝達球Ｂを同方向に公転（回転）させ、この回転力伝達球Ｂを溝形成部材２９と筒状出力回転軸２５の間に強固に食い込ませているので（回転力伝達球Ｂを回転力伝達部材として機能させているので）、入力回転軸２０から筒状出力回転軸２５へのトルク伝達を確実に行うことができる。

以上本実施形態について説明したが、本発明は様々な変形を施しながら実施可能である。
例えば、入力回転軸２０と溝形成部材２９を一体化した入力回転部材を一体成形し、軸方向直交面１３と各周方向案内溝３３の間で各回転力伝達球Ｂを常に挟持する構造にしてもよい。このような構造にしても上記実施形態と同じ作用効果が得られ、しかも圧縮コイルばねＳ１が不要になるので一方向入出力回転伝達機構ＤＭの構造をさらに簡単にすることが可能になる。

なお、周方向案内溝３３の断面形状は上記実施形態のものには限られず、例えば図７に示す断面形状の周方向案内溝３５を採用してもよい。この場合は、各回転力伝達球Ｂと周方向案内溝３５は線接触ではなく３箇所で点接触する。
さらに、図８及び図９に示すように、溝形成部材２９の小径部３０の断面形状を略正三角形や略六角形にしてもよい。このようにすれば、周方向案内溝３３の数がそれぞれ３つと６つとなるので、入力回転軸２０から筒状出力回転軸２５への回転トルクの伝達効率を変えることができる。なお、溝形成部材２９の断面形状は略三角形や略六角形以外の略多角形であってもよい。また、総ての各周方向案内溝３３に回転力伝達球Ｂを挿入する必要はなく、必要な入力回転軸２０から筒状出力回転軸２５への回転トルクの伝達効率に応じて、挿入する回転力伝達球Ｂの数を変えても良い。

また、筒状出力回転軸２５の大径円筒面２７と各周方向案内溝３３の内周面３４の端部とで形成される楔状の空間の楔角、圧縮コイルばねＳ１の強さ、軸方向直交面１３及び周方向案内溝３３（周方向案内溝３５）の面粗さを変えることによって、入力回転軸２０から筒状出力回転軸２５への回転トルクの伝達効率を変えることが可能である。

さらに本実施形態では、超音波回転駆動装置ＭＵをＡＦ用交換式レンズ鏡筒に適用したが、レンズ鏡筒に設けたズーム環と連動するズーミング機構との間に適用し、超音波モータＵＭ（ズーム用モータ）の回転力はズーミング機構に伝達するが、ズーム環の回転力は超音波モータＵＭに伝達させないようにすることも可能である。このようにすれば、オートズームとマニュアルズームの切り替えを行うための切替スイッチを設けることなく、オートズーム及びマニュアルズームを行えるようになる。

本発明の超音波回転駆動装置ＭＵの第２の実施形態について図１０から図１４を参照しながら説明する。なおこの実施形態での第１の実施形態と同様の部材には同一符号を付して示している。第２の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵに設けられた一方向入出力回転伝達機構ＤＭ’は第１の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵに設けられた一方向入出力回転伝達機構ＤＭと構造が異なる。この点を除いては第２の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵは第１の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵと同一構成を有している。
第１の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵでは出力回転軸が入力回転軸の周囲に位置するのに対し、第２の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵでは入力回転軸が出力回転軸の周囲に位置する。すなわち、一方向入出力回転伝達機構ＤＭ’は、中心軸Ａ１’を中心として筒状原動回転軸４４と一体に回転するように筒状原動回転軸４４（内側筒状部４３）の中心孔４５に圧入固定された筒状入力回転軸（入力回転部材）２００を備え、さらに筒状入力回転軸２００に形成された小径中心円形孔２０１に嵌入して筒状入力回転軸２００と同心をなす出力回転軸２５０を備えている。出力回転軸２５０は、その中心軸（筒状入力回転軸２００の中心軸Ａ１’と同軸をなす中心軸）を中心として筒状入力回転軸２００に対して回転自在に小径中心円形孔２０１に嵌入している。出力回転軸２５０の後端部は超音波モータＵＭの筒状原動回転軸４４の後端から後方へ突出し、この突出した出力回転軸２５０の後端部には周方向溝２５１が形成されている。周方向溝２５１には環状のロックワッシャ２５２が嵌合され、超音波モータＵＭの筒状原動回転軸４４に対する出力回転軸２５０の前方移動が防止されている。

一方向入出力回転伝達機構ＤＭ’には、第１の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵに設けられた固定筒部材１０に相当する、前後両端が開放された筒形状をなす固定筒部材（挟持部材）１００が設けられている。固定筒部材１００は、前端部の構造が固定筒部材１０と異なる。詳細には、固定筒部材１００には、前方に延長されたその前端部に、第１の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵに設けられた内方フランジ１２に相当する環状の内方フランジ１１２が設けられている。内方フランジ１２は中心軸Ａ１方向で回転力伝達球Ｂの直後に位置しているのに対し、内方フランジ１１２は中心軸Ａ１’方向で回転力伝達球Ｂの直前に位置している。内方フランジ１１２の後面（内面）は、筒状入力回転軸２００の中心軸Ａ１’に対して直交する平面である軸方向直交面１１３となっている。

筒状入力回転軸２００の前端には、周方向に１８０°間隔で一対の係合溝２０２が形成されている。一対の係合溝２０２は、機能的には第１の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵに設けられた入力回転軸２０の外周面の突起２１と同じである。一方向入出力回転伝達機構ＤＭ’には、固定筒部材１００の径方向内側に、内方フランジ１１２と筒状入力回転軸２００の前端の間に位置し且つ出力回転軸２５０に遊嵌して出力回転軸２５０と同心をなす環状部材である溝形成部材（入力回転部材）２９０が設けられている。出力回転軸２５０の前端部は内方フランジ１１２から前方に突出し、この突出した出力回転軸２５０の前端部には、交換式レンズ鏡筒内に配設されたフォーカシング機構（図示略）の入力ギヤと噛合する出力ギヤ２８０が形成されている。出力回転軸２５０には、出力ギヤ２８０の直後に、中心軸Ａ１’を中心とする大径円筒面（外側円筒面）２７０が形成されている。大径円筒面２７０は、中心軸Ａ１’方向後方に延び、溝形成部材２９０の径方向内縁の直前の位置まで延長されている。中心軸Ａ１’方向で大径円筒面２７０から後方に位置する出力回転軸２５０の部分は、中心軸Ａ１’を中心とする小径円筒部とされている。従ってこの出力回転軸２５０の小径円筒部は、出力回転軸２５０が筒状入力回転軸２００に対して転動自在となるように、筒状入力回転軸２００の小径中心円形孔２０１に嵌入されている。

筒状入力回転軸２００の内周面の前半部分には、径方向外側に向かって凹となる筒状凹部２０３が形成されており、この筒状凹部２０３内には、出力回転軸２５０に嵌合された圧縮コイルばね（付勢手段）Ｓ３が配設されている。圧縮コイルばねＳ３は、中心軸Ａ１’方向で互いに対向する溝形成部材２９０の後端面と筒状凹部２０３の後端面２０５の間に縮設されており、圧縮コイルばねＳ３の付勢力によって溝形成部材２９０は常に前方に付勢されている。筒状入力回転軸２００の筒状凹部２０３内に位置する内周面は、筒状入力回転軸２００の大径円筒面（内側円筒面）とされている。

溝形成部材２９０には中心軸Ａ１’を中心とする円形中心孔２９２が貫通孔として形成されており、溝形成部材２９０は、出力回転軸２５０に対して中心軸Ａ１’方向に移動可能に出力回転軸２５０（出力回転軸２５０の小径円筒部）に嵌合している。溝形成部材２９０の後面には後方に突出する一対の係合突起２９１が形成されており、これら一対の係合突起２９１は筒状入力回転軸２００に設けた一対の係合溝２０２にそれぞれ係入している。この一対の係合突起２９１と一対の係合溝２０２の係合関係により、溝形成部材２９０は筒状入力回転軸２００と一体に回転する（即ち溝形成部材２９０の筒状入力回転軸２００に対する回転が防止されている）。

溝形成部材２９０の前半部の内周部には周方向に９０°間隔で計４つの周方向案内溝３３０（第１の実施形態の溝形成部材２９に設けられた周方向案内溝３３に相当）が形成されている（図１１中に仮想線で示した円弧状の矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は各周方向案内溝３３０の領域を示している）。周方向案内溝３３０の形状は互いに同一であり、隣合う周方向案内溝３３０同士は互いに連続しているので、４つの周方向案内溝３３０は全体として環状の溝を構成している。

また、溝形成部材２９に設けられた周方向案内溝３３の内周面と同様に、各周方向案内溝３３０の内周面は、周方向案内溝３３０の長手方向に直交する断面形状が所定曲率（所定径）の円弧である。さらに各周方向案内溝３３０は、その長手方向の中央部が最も大径円筒面２７０から離れ、両端部に向かうに連れて大径円筒面２７０に徐々に近づく形状なので、各周方向案内溝３３０の内周面３４０から出力回転軸２５０の大径円筒面２７０までの径方向距離は、各周方向案内溝３３０の長手方向の中央部が最も長く、両端部に向かうに連れて徐々に短くなる。

４つの周方向案内溝３３０には回転力伝達球Ｂがそれぞれ挿入してある。各回転力伝達球Ｂの後端部及び外周側端部は対応する周方向案内溝３３０に回転可能に嵌合しており、各回転力伝達球Ｂの前端部は軸方向直交面１１３に回転可能に接触している。図１１のＰ１に示すように、一方向入出力回転伝達機構ＤＭ’の初期状態において各回転力伝達球Ｂは各周方向案内溝３３０の中央部に位置し、その外周側端部が各周方向案内溝３３０の中央部の凹み３４０ａに嵌合している。各回転力伝達球Ｂの後端部と周方向案内溝３３０（内周面３４０）の断面形状（曲率）は同じなので、各回転力伝達球Ｂは周方向案内溝３３０のいずれの位置に嵌合するときも、周方向案内溝３３０に対して線接触となる。さらに、溝形成部材２９０は圧縮コイルばねＳ３によって前方に弾性付勢されているので、各回転力伝達球Ｂは常に周方向案内溝３３０（の後部）と軸方向直交面１１３によって弾性的に挟持される。

以上説明したように、一方向入出力回転伝達機構ＤＭ’を備えた第２の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵによっても、第１の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵによって得られた作用効果と同様の作用効果が得られる。すなわち、溝形成部材２９０の各周方向案内溝３３０によって各回転力伝達球Ｂの出力回転軸２５０回りの回転（公転）軌跡を規制（案内）しているので、回転力伝達球Ｂを周方向案内溝３３０の対応する位置に互いに同期させながら移動させることができる。従って、各回転力伝達球Ｂ、溝形成部材２９０、出力回転軸２５０の回転動作（特に出力回転軸２５０の大径円筒面２７０と溝形成部材２９０の各周方向案内溝３３０の内周面３４０の間に食い込んだ各回転力伝達球Ｂを食い込み状態から解放する動作）を円滑に行うことが可能である。
しかも、溝形成部材２９０は筒状入力回転軸２００と一緒に回転する部材なので、特許文献１のように入力回転軸と相対回転する保持器（リテーナ）を必要とするものに比べて構造は簡単である。

第２の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵにおいて、例えば、筒状入力回転軸２００と溝形成部材２９０を一体化した入力回転部材を一体成形し、軸方向直交面１１３と各周方向案内溝３３０の間で各回転力伝達球Ｂを常に挟持する構造にしてもよい。このような構造にしても上記第２の実施形態と同じ作用効果が得られ、しかも圧縮コイルばねＳ３が不要になるので一方向入出力回転伝達機構ＤＭ’の構造をさらに簡単にすることが可能になる。
さらに、第２の実施形態の超音波回転駆動装置ＭＵに対しても図７から図９に示した第一、第二及び第三の変形例と同様の変更を加えることが可能である。

本発明の第１の実施形態の超音波回転駆動装置の縦断側面図である。 超音波回転駆動装置の分解斜視図である。 図１のIII−III矢線に沿う断面図である。 溝構成部材単体の斜視図である。 溝構成部材に形成した周方向案内溝に回転力伝達球を嵌合した状態の斜視図である。 溝形成部材の横断面図である。 第一の変形例の図６と同様の断面図である。 第二の変形例の溝構成部材との正面図である。 第三の変形例の溝構成部材の正面図である。 本発明の第２の実施形態の超音波回転駆動装置の縦断側面図である。 本発明の第２の実施形態の溝構成部材にベアリングボールを嵌めたときの正面図である。 図１０に示す溝形成部材の正面図である。 同溝形成部材に形成した周方向案内溝に回転力伝達球を嵌合した状態の斜視図である。 同溝形成部材の単体斜視図である。

符号の説明

１０ １００ 固定筒部材（挟持部材）
１１ 外方フランジ
１２ １１２ 内方フランジ
１３ １１３ 軸方向直交面
１４ 外環
１５ ベアリングボール
１６ 内環
１７ ボールベアリング装置
２０ 入力回転軸（入力回転部材）
２１ 突起
２２ ばね用リテーナ
２３ 固定ねじ
２５ 筒状出力回転軸（出力回転部材）
２６ ２６０ 小径円筒面
２７ ２７０ 大径円筒面（内側円筒面）（外側円筒面）
２８ ２８０ 出力ギヤ
２９ ２９０ 溝形成部材（入力回転部材）
３０ 小径部
３２ 中心円形孔
３３ ３３０ 周方向案内溝
３４ ３４０ 内周面
３４ａ ３４０ａ 凹部
３５ 周方向案内溝
４０ 超音波発生部材（超音波発生部）
４１ 振動伝達部
４２ 外側筒状部
４３ 内側筒状部
４４ 筒状原動回転軸（回転出力部）
４５ 中心孔
４７ 筒状リテーナ
２００ 筒状入力回転軸（入力回転部材）
２５０ 出力回転軸（出力回転部材）
Ａ１ Ａ１’ 入力回転軸の中心軸（軸線）
Ｂ 回転力伝達球
Ｄ 回転力伝達球の公転軌跡
ＤＭ ＤＭ’ 一方向入出力回転伝達機構
ＭＵ 超音波回転駆動装置
Ｓ１ Ｓ３ 圧縮コイルばね（付勢手段）
Ｓ２ 圧縮コイルばね
ＵＭ 超音波モータ

Claims (10)

1. 軸線回りに回転可能な入力回転部材と、
   上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、
   上記入力回転部材と同軸に相対回転可能に位置し、その内周面に上記軸線を中心とする内側円筒面を有する筒状出力回転軸と、
   上記入力回転部材の上記軸方向直交面に対して上記軸線と平行方向に対向する部分に、該軸方向直交面から離れる方向に向かって凹みかつ内周部と外周部の間に位置する部分の凹み量が内周部及び外周部に比べて大きい凹溝として、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、
   自身の一部が上記周方向案内溝に転動自在に嵌合し、かつ上記軸方向直交面及び上記内側円筒面に対して転動自在に接触する、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、
   上記周方向案内溝は、上記入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達球を上記入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記内側円筒面に圧接させ、上記入力回転部材の回転力を上記筒状出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴とする一方向入出力回転伝達機構。
2. 請求項１記載の一方向入出力回転伝達機構において、
   上記周方向案内溝の横断面形状が所定径の円弧であり、
   上記回転力伝達球が該円弧と同じ曲率である一方向入出力回転伝達機構。
3. 請求項１または２記載の一方向入出力回転伝達機構において、
   上記入力回転部材が、上記軸線回りに回転する入力回転軸と、該入力回転軸に対して相対回転不能かつ相対スライド可能で上記上記周方向案内溝を形成した溝形成部材と、を有し、さらに、
   該溝形成部材を常に上記軸方向直交面側に付勢する付勢手段を備える一方向入出力回転伝達機構。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の一方向入出力回転伝達機構において、
   複数の上記周方向案内溝に上記回転力伝達球をそれぞれ挿入した一方向入出力回転伝達機構。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置において、
   超音波発生部と、
   該超音波発生部に相対回転可能に接触すると共に上記入力回転部材に対して相対回転不能であり、該超音波発生部で発生した超音波振動により回転する回転出力部と、を備える超音波モータを備える超音波回転駆動装置。
6. 軸線回りに回転可能な筒状入力回転部材と、
   上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、
   上記筒状入力回転部材と同軸に相対回転可能に位置し、その外周面に上記軸線を中心とする外側円筒面を有する出力回転軸と、
   上記筒状入力回転部材の上記軸方向直交面に対して上記軸線と平行方向に対向する部分に、該軸方向直交面から離れる方向に向かって凹みかつ内周部と外周部の間に位置する部分の凹み量が内周部及び外周部に比べて大きい凹溝として、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、
   自身の一部が上記周方向案内溝に転動自在に嵌合し、かつ上記軸方向直交面及び上記外側円筒面に対して転動自在に接触する、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、
   上記周方向案内溝は、上記筒状入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達球を上記筒状入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記外側円筒面に圧接させ、上記筒状入力回転部材の回転力を上記出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴とする一方向入出力回転伝達機構。
7. 請求項６記載の一方向入出力回転伝達機構において、
   上記周方向案内溝の横断面形状が所定径の円弧であり、
   上記回転力伝達球が該円弧と同じ曲率である一方向入出力回転伝達機構。
8. 請求項６または７記載の一方向入出力回転伝達機構において、
   上記筒状入力回転部材が、上記軸線回りに回転する筒状入力回転軸と、該筒状入力回転軸に対して相対回転不能かつ相対スライド可能で上記上記周方向案内溝を形成した溝形成部材と、を有し、さらに、
   該溝形成部材を常に上記軸方向直交面側に付勢する付勢手段を備える一方向入出力回転伝達機構。
9. 請求項６から８のいずれか１項記載の一方向入出力回転伝達機構において、
   複数の上記周方向案内溝に上記回転力伝達球をそれぞれ挿入した一方向入出力回転伝達機構。
10. 請求項６から９のいずれか１項記載の一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置において、
    超音波発生部と、
    該超音波発生部に相対回転可能に接触すると共に上記筒状入力回転部材に対して相対回転不能であり、該超音波発生部で発生した超音波振動により回転する回転出力部と、を備える超音波モータを備える超音波回転駆動装置。

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