JPS62247768A

JPS62247768A - 超音波モ−タ

Info

Publication number: JPS62247768A
Application number: JP61089417A
Authority: JP
Inventors: Hideo Adachi; 日出夫安達; Tomoki Funakubo; 朋樹舟窪; Sumio Kawai; 澄夫川合; Takashi Kodama; 児玉　隆司
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1986-04-18
Publication date: 1987-10-28
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JP2692740B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、表面進行波が励起されたステータにロータを
圧接することにより、前記表面進行波によってロータを
回転させるようにした超音波モータに関する。

〔従来の技術〕

最近、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波
モータが脚光を浴びている。この超音波モータは原理的
に新しいというだけでなく、従来の電磁型モータに比べ
て次のような利点を有している。

■中心軸を必要としない。

■薄型、軽量である。

■磁気的影響の授受がない。

■部品構成が単純で、信頼性が高い。

■ギヤなしで低速、高トルクが得られる。

■バックラッシュがなく位置決めが容易である。

■ステータに対してロータが、回転、チャック。

浮遊、の三態をとり得る。

かくして、これらの利点を生かすべく、種々の応用技術
の研究が進められている。その−例として、カメラの鏡
筒移動が検討されている。第８図はその具体例であって
、圧電素子１１および金属製の振動板１２からなるステ
ータ１０と、このステータ１０に圧接したロータ１３と
で構成された超音波モータを、鏡筒固定枠１４にマウン
トし、−に記ロータ１３の回転によりレンズ１５と一体
化されている直進移動子１６を駆動するようにしたもの
である。なお」二足直進移動子１６に設けである■溝１
７と鏡筒固定枠１４の内壁に突設されている突起１８と
が係合しており、この係合部をガイドとして、移動子１
６は直進することになる。

すなわち、いわゆるヘリコイド構造となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−ト記第８図に示すものにおいては、オート・マニュア
ルの切換えに関して問題がある。すなわち超音波モータ
をカメラに搭載する目的は、オートフォーカスを行なう
ためであるが、オートフォーカスのみを常時用いるので
はなしに、必要に応じてマニュアル操作でもフォーカシ
ングを行なえるものの方が、利用価値が高いといえる。

しかし超音波モータは、効率向」−のためにロータ１３
の抑圧保持を行なっているので、マニュアル操作時に超
音波モータの駆動電源をオフにしただけでは、−に記ロ
ータ１３の押圧保持力が抵抗となって相当大きな操作力
を必要とする。

この点を解消する手段として、マニュアル操作時には、
定在波を励起するという手段がある。定在波を励起する
と、表面進行波による回転楕円運動の代りに上下振動の
みが生じることになり、ロータとステータとの間の摩擦
か小さい状態となる。

したがってマニュアル操作として好ましい状態となる。

なお定在波を励起するには、超音波モータに９０’の位
相差を有する電圧を与える代りに同相の電圧を印加すれ
ばよい。

しかしながら、このような定在波励起による手段には、
消費電力が増大するという難点がある。

すなわちマニュアル操作時において定在波を励起させる
ことは、常に電気エネルギーを消費することになる。し
かるにカメラのように小型で軽量であることが望まれる
機器にとっては、電源としての乾電池もできる限り小容
量のものが用いられる。

か°くしで乾電池の消耗を考えると、マニュアル操作時
には従来のマニュアル争フォーカシングと同様に電気エ
ネルギーを消費しないものが望ましい。

本発明者らは上記問題点を解決すべく、第９図に示すよ
うな二分割型ロータ２０を用いることを考えた。すなわ
ちステータ１０に圧接して回転する第１のロータ２１と
、この第１のロータ２１に隣接して配置され被駆動体で
ある直進移動子１６に対して駆動力を与える第２のロー
タ２２とに二分し、第１のロータ２１と第２のロータ２
２との間に上記両ロータを適時結合・切離し可能な圧電
素子を用いた結合手段２３を設け、この結合手段２３に
対して端子２４からリード線２５を介して電気エネルギ
ーを供給することにより、被駆動体である直進移動子１
６のオート動作およびマニュアル操作に対応させるもの
を考えた。なお第９図の２６は超音波モータ駆動用の電
源供給端子である。

この超音波モータによれば、マニュアル操作する場合の
操作力が小さくて済み、操作性が良好である上、マニュ
アル操作時には電力消費が全くないものとなる。しかる
に上記超音波モータにも次のような解決すべき問題が残
されていた。

すなわち結合手段２３における圧電素子への電気エネル
ギーの供給をリード線２５により行なっているため、ロ
ータ２０の回転が１８０°以下であれば格別問題となら
ないが、１８０°を越えるとリード線２５の曲げ疲労が
激しくなり、断線等の故障発生のおそれかでてくる。

そこで本発明は、マニュアル操作する場合の操作力が小
さくて済み、操作性が良好である上、マニュアル操作時
には電力消費が全くないものとなり、しかもリード線を
用いずに、結合手段における圧電素子への電気エネルギ
ー供給を行ない得、信頼性の高い動作が期待できる超音
波モータを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

＝　６− 本発明は−に記問題点を解決し目的を達成するために、
次のような手段を講じた。

■　表面進行波を励起する如く圧電素子と振動板とから
なるステータを設ける。

■　このステータに圧接し前記表面進行波により回転す
る如く第１のロータを設ける。

■　この第１のロータに隣接して配置され、被駆動体に
対して駆動力を与える如く第２のロータを設ける。

■　前記第１のロータと第２のロータとの間に介在し、
上記第１のロータと第２のロータとを結合または非結合
状態に制御する圧電素子を用いた結合手段を設ける。

■　前記ステータを固定保持し、かつ前記第１および第
２のロータを回転可能に保持する保持枠を設ける。

■　この保持枠と前記第１または第２のロータとの対向
面間に配設され、前記結合手段の圧電素子に電気エネル
ギーを供給する如く、スリップリングと摺動電極とから
なる給電機構を設ける。

〔作用〕

このような手段を講じたことにより、次のような作用を
生じる。結合手段により第１．第２のロータが結合され
た状態では、被駆動体側が駆動源側と一体化された状態
となり、従来のものと同様のオート動作が可能となる。

また結合手段による第１．第２のロータの結合状態が解
かれた状態では、被駆動体側が駆動源側から切離された
状態となり、被駆動体をマニュアル操作する場合の操作
力が小さくなり、操作し易いものとなる。しかも上記マ
ニュアル操作時には電力を全く供給する必要がなくなる
。そして結合手段を構成している圧電素子に対する電気
エネルギー供給が、スリップリングと摺動電極からなる
給電機構により行なわれ、リード線を用いずに済むので
、ロータの回転角度が大きい場合でも故障発生がほとん
ど生じないものとなる。

〔実施例〕

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示す図で、第１
図は全体的構成を示す断面図、第２図は給電機構３０の
構成を示す斜視図、第３図はロータ２０および結合手段
２３の構成を示す断面図、第４図は第３図のＢ部分を示
す拡大して示す断面図である。なお第１図〜第４図にお
いて第９図と同一部分には同一符号を付し、その部分の
詳細な説明は省略する。

第１図に示すように、第１のロータ２１と第２のロータ
２２との間には結合手段２３が介在している。この結合
手段２３の圧電素子には、保持枠としての鏡筒固定枠１
４に取付けられている端子２４に与えられる電気エネル
ギーが、給電機構３０を介して供給されるものとなって
いる。

給電機構３０は、第２図に示すように鏡筒固定枠１４に
取付けられている端子２４に基端部を接続された弾性を
有する導電部材からなる摺動電極３１．３２と、この摺
動電極３１．３２の先端と常時摺動接触するように第２
のロータ２２の外周面に周方向に沿って形成されたスリ
ップリング３３．３４とで構成されている。なお一方の
スリップリング３３は金属製の第２のロータ２２に対し
て絶縁して設けられており、このスリップリング３３と
結合手段２３における圧電素子４０の一方の電極との間
は、絶縁導線３５により接続されている。また他方のス
リップリング３４は金属製の第２のロータ２２に直接導
通するように設けられており、このスリップリング３４
と結合手段２３における圧電素子４０の他方の電極との
間は、第２のロータ２２を介して接続されている。

第３図、第４図に示すように、ロータ２０は第１のロー
タ２１の外周に第２のロータ２２が同軸的に配設されて
いる。そして第１のロータ２１と第２のロータ２２との
間には両ロータの結合・切り離しを行なう結合手段２３
が設けられている。

この結合手段２３は、ロータ円周上の１８０°異なる位
置に、後述するように回転方向に対しては互いに逆向き
の係合が行なわれるように設けられている。

上記結合手段は、第４図に示すようにバイモルフ型圧電
素子４０の基端部４０ａを、第２のロータ２２の内周面
に設けた凹部４１内に収容固定し、通電時において破線
の如く屈曲変位する先端部４０ｂが第１のロータ２１の
外周面に設けた係合部すなわち切り込み部４２内に陥入
係合するものとなっている。この場合、往復回転動作に
対応し得るように、屈曲変位する圧電素子４０の向きお
よび切り込み部４２の向きを、第３図に示す一対の結合
手段２３において互いに逆向きにしている。

なお圧電素子４０は周知の如く、印加電圧を■。

変位量をΔＸ、バイモルフ長を１．厚みをｔ、圧電定数
を６３１とすると、変位量ΔＸはΔｘ−３１２ｄ３１ｖ
／１２なる式によって表わせる。

このように構成された超音波モータは次のように作動す
る。オート動作させる場合には、端子２４に電気エネル
ギーを与える。そうすると上記電気エネルギーは摺動電
極３１．３２〜スリ・ツブリング３３．３４を介して圧
電素子４０に供給される。このため圧電素子４０は第４
図中破線のように屈曲変位し、先端部４０ｂが切り込み
部４２内に陥入係合する。かくして、第１．第２のロー
＝　　１１　− タ２１，２２相互間は結合される。したがってこの状態
で超音波モータのステータ１０に通電を行なうと、第１
のロータ２１が回転し、これに伴い第２のロータ２２も
回転する。この場合、圧電素子４０に対する給電は、摺
動電極３１．３２およびスリップリング３３．３４を介
して行なわれているので、ロータ２０の回転角度がたと
え３６００以上になったとしても、同等支障なく給電を
継続できる。かくして被駆動体としての直進移動子１６
は超音波モータの回転力により駆動される。

なお初期状態において、圧電素子４０と切り込み部４２
との相対的な位置がずれている場合には、圧電素子４０
に通電した状態において、超音波モータを作動させる。

そうすると、第１のロータ２１が若干回転して圧電素子
４０の先端部４０ｂが切り込み部４２内に陥入するよう
になる。

マニュアル操作を行なう場合には、圧電素子４０への通
電を断つ。そうすると、圧電素子４０は元の状態に戻る
。かくして第１．第２のロータ２１．２２は、結合を解
かれ、駆動源側（ステータ１０および第１のロータ２１
）と被駆動体側（直進移動子１６と第２のロータ２２）
とが切り離される。したがって、被駆動体側を手動にて
駆動操作すると、被駆動体側のみが回転し、駆動源側は
全く回転しない。このため被駆動体の駆動操作力は小さ
くて済み、操作し易いものとなる。しかもこの場合、超
音波モータには同等電力を供給しなくてもよく、電力消
費が零となる。

なお、圧電素子４０はＤＣ的に用いられるため、屈曲変
位する瞬間は電流が流れるが、一旦変位するとコンデン
サと同様にほとんど電流を流さなくとも、その変位状態
が保持されるので、電力消費が僅かで済む。勿論マニュ
アル操作時においては、印加電圧が零であるから、電力
消費は全くない。

また圧電素子４０は、現在数千円程度であり、回路構成
も簡単であるから安価に製作可能である上、小型でスペ
ースを取らない利点がある。

第５図および第６図は第１図および第２図に対応させて
示した本発明の第２実施例の構成を示す図である。本実
施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例では第２の
ロータ２２側に結合手段２３における圧電素子４０を取
付け、第１のロータ２１側に切り込み部４２を設けたの
に対して、本実施例では第１のロータ２１側に結合手段
２３における圧電素子４０を取付け、第２のロータ２２
側に切り込み部４２を設けるようにした点である。この
場合の給電機構５０は、第６図に示すように摺動電極５
１．５２およびスリ・ツブリング５３．５４からなり、
絶縁電線５５および第１のロータ２１を介して圧電素子
４０への給電を行なうものとなっている。本実施例にお
いても、第１実施例と同様の作用効果を奏する。

第７図は第１図に対応させて示した本発明の第３実施例
の構成を示す図である。本実施例か前記第１実施例と異
なる点は、第１のロータ６１と第２のロータ６２とをカ
メラの鏡筒固定枠１４の軸心方向に隣接して配置し、そ
の隣接部位に結合手段２３を設けた点である。したがっ
てこの場合の結合手段２３としては、軸心と平行な方向
へ屈曲変位する圧電素子４０を、第２のロータ６２の端
一　　１４　− 面に設けた凹部内に取付け、上記圧電素子４０と係合す
る切り込み部を、第１のロータ６１の端面に軸心と平行
な方向へ深さが変化するような形に設けたものとなって
いる。本実施例においても前記第１実施例と同様の作用
効果を奏する。

なお本発明は前記実施例に限定されるものではない。例
えば前記実施例では、結合手段のアクチュエータとして
、バイモルフ型の圧電素子４０を用いたが、精密加工品
のように必要な変位量が１０ｕ以下でよいような場合に
は、積層型の圧電素子を用いてもよい。このほか本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは
勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ステータに圧接し表面進行波により回
転する第１のロータと、この第１のロータに隣接して配
置され被駆動体に対して駆動力を与える第２のロータと
の間に、第１のロータと第２のロータとを結合または非
結合状態に制御する圧電素子を用いた結合手段を設ける
と共に、保持枠と第１または第２のロータとの対向面間
に、前記結合手段に電気エネルギーを供給する如く、ス
リップリングと摺動電極とからなる給電機構を設けたの
で、マニュアル操作する場合の操作力が小さくて済み、
操作性が良好である」二、マニュアル操作時には電力消
費が全くないものとなり、しかもリード線を用いずに、
結合手段における圧電素子への電気エネルギー供給を行
ない得、信頼性の高い動作が期待できる超音波モータを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示す図で、第１
図は全体的構成を示す断面図、第２図は給電機構を示す
斜視図、第３図は第１．第２のロータおよび結合手段を
示す断面図、第４図は第３図のＢ部分を拡大して示す断
面図である。第５図および第６図は第１図および第２図
に対応させて示した本発明の第２実施例の構成を示す図
、第７図は第１図に対応させて示した本発明の第３実施
例を示す断面図である。第８図は従来技術を示す断面図
、第９図は発明か解決すべき問題点を説明するために示
した先行技術（非公知）の断面図である。１０・・・ステータ、１１・・・圧電素子、１２・・・
振動板、１３．２０・・・ロータ、２１．６１・・・第
１のロータ、２２．６２・・・第２のロータ、２３・・
・結合手段、２４．２６・・・端子、２５・・・リード
線、３０゜５０・・・給電機構、３１，３２，５１．５
２・・・摺動電極（弾性導電部材）、３３，３４，５３
．５４・・・スリップリング、４０・・・バイモルフ型
圧電素子、４１・・・凹部、４２・・・きり込み部（係
合部）。出願人代理人　弁理士　坪井　淳第７図Ｗ第８図１ら手続十市正書昭和　背・７・ＡＹ　日特許庁長官　　小　川　邦　夫　殿１、事件の表示特願昭６１−０８９４１７号２、発明の名称超音波モータ３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル第９
図７、補正の内容（１）図面のうち、第３図、第５図、第８図、を別紙の
とおり補正する。（２）明細書第３ページ第１４行の「ヘリコイド構造」
を「直進へリコイド構造」と訂正する。（３）明細書第５ページ第７行の「解決すべり、」の次
に「特願昭６１−７７７０号において」なる字句を加入
する。第３１図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

　圧電素子と振動板とからなり表面進行波を励起する如
く設けられたステータと、このステータに圧接し前記表
面進行波により回転する如く設けられた第１のロータと
、この第１のロータに隣接して配置され被駆動体に対し
て駆動力を与える如く設けられた第２のロータと、前記
第１のロータと第２のロータとの間に介在し上記第１の
ロータと第２のロータとを結合または非結合状態に制御
する圧電素子を用いた結合手段と、前記ステータを固定
保持しかつ前記第１および第２のロータを回転可能に保
持する保持枠と、この保持枠と前記第１または第２のロ
ータとの対向面間に配設され前記結合手段の圧電素子に
電気エネルギーを供給する如く設けられたスリップリン
グと摺動電極とからなる給電機構とを具備したことを特
徴とする超音波モータ。