JP2735179B2 - 超音波モータを利用した駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超音波モータによって又は手動操作部によ
って被駆動部を駆動させる駆動装置に関する。 （従来技術及びその問題点） 従来より汎用されている電磁力を利用したモータは、
形状や材料に対する制約が大きく、また構造的にも、巻
き線や小型で高出力を得るためには希土類の永久磁石を
用いる等が必要となり、コスト的にも限界を有してい
た。そのため、電磁式のモータに代わるアクチュエータ
の開発が行なわれ、その１つとして超音波振動を利用し
た超音波モータが考えられている。かかる超音波モータ
の１つとして、圧電素子等を用いて弾性体表面に表面波
を発生させ、この表面に圧接させたロータを駆動させる
表面波型の超音波モータ（以後「表面波モータ」と呼
ぶ）が開発された。 この様な表面波モータは例えば第6a図（平面図）及び
第6b図に示すように、円環状に配置された圧電素子３、
円環状の弾性体１及び円環状のロータ２からなり、その
駆動原理は次のように説明されている。 即ち、圧電素子３に通電すると、弾性体１上に表面波
が発生し、第７図に示すように、弾性体１の表面の１つ
の点Ａに着目すると、点Ａは長軸ａ、短軸ｂの楕円状の
軌跡を描く。その結果、ロータ２は弾性体１との摩擦力
で表面波の進行方向（矢印Ｓ）と逆方向（矢印Ｔ）に駆
動される。 このような表面波モータは、従来の電磁力を利用した
モータと比べて、その動作特性が低速回転で高トルクを
発生する特徴を有する。そのため表面波モータを従来の
電磁力を利用したモータの代わりに、駆動源として用い
た場合、減速機構を省略して被駆動部を直接駆動し、騒
音の減少や高効率化が期待できるなどの利点を有してい
る。 例えば、表面波モータをカメラのレンズに組込み、レ
ンズ系を動かして自動焦点調節を行なう場合、表面波モ
ータのロータがレンズの距離環を直接駆動し、ヘリコイ
ドねじ機構を用いてレンズ系を光軸方向に動かすように
構成される。但し、このように自動焦点調節機構を備え
たレンズであっても、広範囲な撮影状況に対処するた
め、手動でも焦点調節が行なえるように構成されるのが
一般的である。表面波モータを用いた場合には、前述し
たように、表面波モータのロータがレンズの距離環を直
接駆動するので、通電状態であれば表面波モータの回転
方向と同方向に距離環を直接手で回転させれば、手動で
焦点調節が可能である。しかしながら、表面波モータは
その静止トルクが大きいため、無通電状態では距離環を
手で回すことは困難である。そのため、例えば表面波モ
ータのロータと距離環との間にクラッチ機構を入れて、
手動焦点調節時にはクラッチを切り離すようにしたり、
またはロータの弾性体を対する圧接力を零として、ロー
タと弾性体とを切り離すようにして、距離環が手で容易
に回転できるようにされている。 しかしながら、このような構成にすると、クラッチと
いう余分な機構が必要となるばかりでなく、クラッチを
切り離したりロータと弾性体とを切り離した場合には、
距離環の動きが非常に軽くなり、手動時の操作性が大変
悪化する。このため、距離環の良好な操作性が得られる
ように、距離環に適当な摩擦力を与える機構を付加する
必要がある。さらに、ロータと弾性体とを切り離した場
合には、両者環に異物が混入する恐れがあり、異物の侵
入後ロータと弾性体とを再び圧接させて使用すること
は、表面波モータの耐久性を損ない、性能低下を起こす
原因となる。 一方、手動焦点調節時に弾性体に定在波を発生させ、
距離環の良好な操作性を得る方法も提案されているが、
電源容量の限られているカメラにあっては、手動焦点調
節時にも表面波モータにおいて電力を消費することは望
ましいことではない。 なお、本発明はカメラレンズの合焦装置に限らず、こ
の他にも超音波モータの回転力又は手動操作部の操作力
によって被駆動部を駆動することができる駆動装置に適
用され得るものである。 （発明の目的） 本発明は上記従来技術における問題点を解決するこ
と、即ち超音波（表面波）モータの駆動力または手動駆
動力によって駆動されるようになっている移動体を含む
駆動装置において、クラッチ機構等の複雑な機構を使用
することなく手動操作時に手動操作を容易かつ円滑にな
し得、また超音波モータの弾性体または固定体に定在波
を発生させて手動駆動時の移動体と弾性体間の摩擦力を
低減させる方式のように手動駆動時に電力を消費するこ
とのない駆動装置を提供することを目的とする。 （発明の概要） 本発明は圧電素子への通電により弾性体に超音波振動
を生じさせ、該弾性体に圧接された移動体を該超音波振
動により移動させる超音波モータを有し、該移動体を上
記超音波振動による自動駆動と手動による手動駆動との
両モードで切り換え可能に駆動する装置に関わる。本発
明においては移動体と弾性体とを圧接する圧接力を与え
るバネ部材を設け、更に自動駆動モードと手動駆動モー
ドとを切り換える手動操作部材の操作に連動して該バネ
部材のバネ力を調節して、移動体と弾性体との間に、自
動駆動モード時には弾性体の超音波振動による移動体の
駆動を可能にする第１の圧接力をもたらし、手動駆動時
には移動体を手動で駆動可能とする第１の圧接力よりも
弱い第２の圧接力をもたらすようにする調節機構を設け
ている。 （実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。この
実施例は、本発明がカメラのレンズに適用された例であ
り、第1a図は自動焦点調節モードを示し、第1b図は手動
焦点調節モードを示している。 第1a図において、１、２及び３は各々前記弾性体、ロ
ータ及び圧電素子であり、光軸O.P.回りに配置されてい
る。レンズ本体４には内周面のヘリコイドねじ4a、及び
延長部の内周面に光軸方向に延びる複数の溝部4bが形成
されている。自動・手動焦点調節モードの切換リング５
は操作部5aを備え、光軸回りには回転可能であるが、光
軸方向には移動できないようにレンズ本体４に取付けら
れている。圧接リング６にはレンズ本体４の溝部4bと嵌
合する突起6aが形成されており、このため圧接リング６
はレンズ本体４に対して光軸回りには回転できないが、
突起6aが溝部4b内を摺動し光軸方向には移動可能であ
る。 ここで切換リング５と圧接リング６の連動機構及び切
換リングの切換位置検出機構について第2a図、第2b図を
もとに説明する。第2a図において、切換リング５には、
前記操作部5aの他にも光軸方向に突出部5bが張り出して
おり、突出部5bには長穴5cがあいている。この長穴5cの
長手方向は光軸に対してある角度θを持っている。一
方、圧接リング６には前記突起6aの他にピン6bが植設さ
れていて、このピン6bは長穴5cに嵌入されている。従っ
て、切換リング５をＦ側から見て右旋させると、長穴5c
がピン6bを押すが、前述説明した通り、圧接リング６は
光軸方向には移動可能であるが、光軸回りには回転でき
ないため、ピン6bは長穴5c内を摺動しながら光軸方向に
押され、圧接リング６はＲ側に移動することになる。こ
の状態を第2b図に示す。このようにして切換リング５と
圧接リング６とは連動し、圧接リングは光軸方向に２か
所の位置をとることができる。圧接リング６とロータ２
との間には圧縮コイルばね20が一本介装されている。 さらに第2a、2b図において、切換リング５と一体的に
取付けられた摺動板10と、摺動板10と摺動するレンズ本
体４に取付けられた導電ブラシ11及び12とにより切換位
置検出機構が構成されている。ここで、摺動板10は、例
えば導体部10aと絶縁部10bとに分けられており、切換リ
ング５即ち圧接リング６の位置に応じて、導電ブラシ11
及び12が導体部10aまたは絶縁部10bと接することにな
る。従って、第2a図においては、導電ブラシ11、12間は
非導通、第2b図においては導電ブラシ11、12間が導通と
なり、圧接リング６の２か所の位置が電気的に検出可能
である。第1a図においては、切換リング５及び圧接リン
グ６は第2b図のように切換えられている。 一方、第1b図は手動焦点調節モードであり、第1a図の
状態から切換リング５及び圧接リング６を第2a図の状態
に切換えた状態を示している。第1b図においては、表面
波モータのロータ２と圧接リング６との間隔が第1a図の
状態よりも広がっており、ばね20とたわみ量（圧縮量）
も減少し、ロータ２と弾性体１との間に圧接力も減少し
ている。 第1a図、第1b図に戻って距離環７は光軸方向に形成さ
れた複数の溝部7aを備え、かつ表面波モータのロータ２
と一体的に取付けられている。レンズ系９を保持する鏡
筒８には突起8a及びヘリコイドねじ部8bが形成されてい
る。ここで、突起8aは距離環７の溝部7aにはまり合うよ
うに構成されており、そのため鏡筒８と距離環７とは光
軸方向に相対的に移動可能であるが、光軸回りには一体
的に回転するようになっている。またヘリコイドねじ部
8bはレンズ本体４のヘリコイドねじ部4aに螺合されてい
る。従って、表面波モータのロータ２が回転し距離環７
が回転駆動されると、鏡筒８は回転しながら光軸方向に
移動することになる。 前記ロータ３と圧接リング６との間に介装されたばね
20は、その付勢力によってロータ２を弾性体１に圧接し
ている。ここでは、切換リング５が手動操作部を構成
し、圧接リング６及びばね20がロータ２を自動又は手動
で駆動する機構を構成する。なお、図中13は、レンズを
カメラボディに取り付けるための結合部材である。 次に、本実施例の作動について説明する。 第1a図において、モード判別信号を伝達する信号伝達
手段（図示せず）により導電ブラシ11、12とカメラボデ
ィ内に設置された自動焦点制御手段とが接続されてお
り、このとき導電ブラシ11、12は摺動板10の導体部10a
と接しているため導通状態となっている。この状態が信
号伝達手段を通して自動焦点制御手段に伝えられ、自動
焦点制御手段は自動焦点調節モードであると判断する。
自動焦点調節モードにおいて測距スイッチ（図示せず）
がオンされると、測距機構（図示せず）によりレンズ系
９を通して被写体を測距し、測距情報として合焦までの
レンズ系９の光軸方向の移動量及び移動方向を求め、こ
の測距情報が前記制御手段に伝えられている。 次に自動焦点制御手段は、表面波モータの駆動制御信
号を信号伝達手段（図示せず）を通して表面波モータの
圧電素子３に通電しこれによりロータ２が駆動され、距
離環７が回転して鏡筒８が回転し、レンズ系９が光軸方
向に移動させられる。そして、前記測距情報に基づいて
レンズ系９を合焦点まで移動させ、そこで、制御手段は
表面波モータの圧電素子３への通電を止めてロータ２の
回転を停止させ、レンズ系９を停止させる。この状態で
は、ばね20のたわみ変形によって生じている表面波モー
タの弾性体１とロータ２との圧接力が大きく、表面波モ
ータの静止トルクが大きいため、手動で距離環７を回転
させることは困難である。従って、例え誤って距離環７
に手を触れても、表面波モータにより合焦位置に移動さ
れたレンズ系９が移動することはない。 次に第1b図では、切換リング５が第2b図の状態から第
2a図に切換えられており、導電ブラシ11、12は摺動板10
の絶縁部10bと接し、非導通状態に切換わっている。そ
のため、前記制御手段は手動焦点調節モードであると判
断し、このモードでは前記測距スイッチがオンされて
も、表面波モータの圧電素子３への通電はなされない。 一方、ロータ２と圧接リング６との間隔が前記第1a図
の自動焦点調節モード時よりも広がっており、従って、
ばね20のたわみ量も減少しており、表面波モータの弾性
体１とロータ２との圧接力も減少し、距離環７の操作ト
ルクも減少している。そのため、距離環７を手で容易に
回すことができ、手動で焦点調節が可能である。このと
き、ばね20のたわみ量を適当な値に設定することによ
り、弾性体１とロータ２との圧接力即ち、距離環７の操
作トルクを最適化し、手動焦点調節時に良好な操作感を
得ることが可能である。また、ロータ２は、減少されて
いるがばね20の付勢力によって弾性体１に押圧されてお
り、両者間にはすきまが生じていないので、ロータ２と
弾性体１との間に異物が侵入する怖れもない。 第3a図及び第3b図に本発明の実施例を示す。第3a図は
自動焦点調節モードを表わし、第3b図は手動焦点調節モ
ードを表わしているが、各々のモードにおける動作は、
前記第1a図及び第1b図における動作と同じであるので、
その説明は省略し、自動焦点調節モードと手動焦点調節
モードでどのようにして表面波モータの弾性体１とロー
タ２との圧接力を変化させるかについて説明する。 第3a図に示すようにばね21はロータ２とレンズ本体４
に設けられた固定突起4cとの間で圧縮させられており、
またばね20はロータ２と圧接リング６との間で圧縮させ
られている。その他は第1a図と同じ構成である。従っ
て、自動焦点調節モード時における弾性体１とロータ２
との圧接力は、ばね21による圧接力とばね20による圧接
力との合力となり、ロータと弾性力とが確実に圧接され
る。この状態で前述の自動焦点調節動作が行なわれる。 次に切換リング５を切換えて第3b図に示す手動焦点調
節モードにすると、ばね21による圧接力はそのままであ
るが、圧接リング６が左方向に移動してロータ２との間
隔がばね20の自由長よりも大きくなる。そのため、ばね
20による圧接力が働かなくなり、弾性体１とロータ２と
の圧接力が自動焦点調節モード時よりも減少し、良好
な、手動焦点調節操作が可能となる。本実施例では、二
本のばね20、21の特性を適当に選定することにより、ロ
ータ２の弾性体１への圧接力の大きさを任意に設定する
ことができる。 第4a図、第4b図に本発明の更に別の実施例を示し、第
4a図は自動焦点調節モードを表わし、第4b図は手動焦点
調節モードを表わす。 第4a図に示すように、２つのばね20、21がロータ２を
はさんで組込まれており、ばね21は半径方向外向に延長
されたロータ２とレンズ本体４の段差部4cとの間で圧縮
させられているが、ばね20はその自由長がロータ２と圧
接リング６との間隔よりも短く設定されている。そのた
めばね20は付勢力を発生せずばね21による圧接力のみが
弾性体１とロータ２との圧接力となっている。この状態
で前述の自動焦点調節動作が行なわれる。 次に切換リング５を切換えて第4b図に示す手動焦点調
節モードにすると、ばね21による圧接力はそのまま働い
ているが、圧接リング６が左方向に移動して圧接リング
６とロータ２との間隔がばね20の自由長よりも小さくな
るため、ばね20はたわみ変形させられてロータ２を左方
向に付勢する。ここでばね20がロータ２に作用する力
は、ばね21がロータ２に作用する力よりも小さく設定さ
れている。従って、弾性体１とロータ２との圧接力は、
手動焦点調節モード時にはばね21による圧接力とばね20
による力の差となるため、自動焦点調節モード時より減
少し、良好な手動焦点調節操作が可能となる。 第5a図、第5b図に本発明の更に別の実施例を示し、第
5a図は自動焦点調節モードを表わし、第5b図は手動焦点
調節モードを表わす。第5a図において、弾性体１は磁性
体で、ロータ２は永久磁石で構成されており、弾性体１
とロータ２との間には永久磁石の磁力による圧接力（吸
引力）が働いている。さらに、ばね20がロータ２と圧接
リング５との間で圧縮されており、自動焦点調節モード
時における弾性体１とロータ２との全圧接力は、ばね20
による圧接力と、前記磁力による圧接力との合力とな
る。この状態で前に説明した自動焦点調節動作が行われ
る。 次に、切換リング５を切換えて、第5b図に示す手動焦
点調節モードにすると、圧接リング６が左方向に移動し
て圧接リング６とロータ２との間隔がばね20の自由長よ
りも大きくなる。そのため、ばね20による力の発生はな
くなり、弾性体１とロータ２との圧接力は前記磁力によ
る吸引力だけとなる。従って、手動焦点調節モード時に
は自動焦点調節モード時よりも弾性体１とロータ２との
圧接力は減少し、良好な手動焦点調節操作が可能とな
る。 尚、この実施例では、弾性体１を磁性体とし、ロータ
２を永久磁石としたが、それらは逆の関係にあってもよ
く、また磁性体と永久磁石を表面波モータと別部材と
し、表面波モータをそれら磁性体と永久磁石ではさみ込
んで磁力による圧接力を得るように構成することも可能
である。 この他にも、本発明の趣旨を変更しない範囲内で適宜
変更、改良できることは言うまでもなく、例えば本発明
が適用される駆動装置はカメラのレンズに限定されない
ことは勿論である。 以上のように本発明によれば自動駆動モードにおいて
超音波モータの駆動力により移動体を駆動するときは、
移動体が弾性体に確実に圧接されているので駆動力が有
効に利用され、また手動駆動モードにおいて手動操作力
により移動体を駆動する時にはバネ部材の伸縮等を調節
することにより移動体と弾性体との圧接力を減少させて
いるので、移動体を容易に手動で駆動することができ
る。従って手動操作により移動体を駆動する際に超音波
モータの移動体と弾性体との間にクラッチ機構を設けて
切り離したりする必要がなく、その構成が簡単にでき
る。加えて、手動操作時も移動体と弾性体が減少された
圧接力で密着しているので、それらの間に異物が入り込
む恐れもなく、超音波モータの性能、耐久性の向上が期
待できると共に、バネの選択により手動駆動モード時の
移動体と弾性体との間の圧接力を適当な値に設定できる
ので、良好な手動操作性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第1a図、第1b図は本発明の第１実施例の断面図、第2a
図、第2b図は圧接力切換機構部の斜視図、第3a図、第3b
図、第4a図、第4b図及び第5a図、第5b図はそれぞれ、本
発明による第２、第３及び第４実施例の断面図である。 第6a図は表面波モータの主要部を示す平面図、第6b図は
第6a図のＸ−Ｘ断面図、第７図は表面波モータの原理を
説明する模式図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １……弾性体、２……ロータ ３……圧電素子、５……切換リング ６……圧接リング、20、21……ばね

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．圧電素子への通電により弾性体に超音波振動を生じ
   させ、該弾性体に圧接された移動体を前記超音波振動に
   より移動させる超音波モータと、 自動駆動モードと手動駆動モードとを切り換えるため
   に、手動操作される手動操作部材と、 前記移動体と前記弾性体とを圧接する圧接力を与えるバ
   ネ部材と、 前記手動操作部材による前記自動駆動モードと手動駆動
   モードとの切り換えに連動して動作する機構であって、
   前記自動駆動モード時には前記圧電素子への通電により
   前記弾性体に生じた超音波振動による前記移動体の駆動
   を可能にする第一の前記圧接力をもたらし、前記手動駆
   動モード時には前記移動体を手動駆動可能とする前記第
   一の圧接力より弱い第二の前記圧接力をもたらすように
   前記バネ部材を調節する調節機構と、 を有することを特徴とする超音波モータを利用した駆動
   装置。 ２．前記移動体と前記弾性体とはリング形状であり、 前記バネ部材は前記移動体を前記弾性体に向けて押圧す
   るように前記バネ部材の一端が前記移動体の側に設けら
   れ、 前記調節部材は、前記バネ部材の他端側に配設される圧
   接リングを有し、該圧接リングは前記手動操作部材によ
   る切り換え動作に連動する連動部を有し、該切り換え動
   作に連動して前記圧接リングが移動して前記バネ部材の
   たわみ量が変化することによりバネ部材の前記調節が行
   われるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載
   の超音波モータを利用した駆動装置。 ３．前記バネ部材は第一、第二の２つのバネ部材からな
   り、前記第一バネ部材は前記移動体の一端と前記駆動装
   置の固定部材との間に設けられ、前記第二バネ部材は前
   記移動体の他端と前記調節部材との間に設けられてお
   り、 前記第一バネ部材は前記移動体を前記弾性体側に圧接す
   る方向にバネ力を有し、また前記第二バネ部材は前記第
   一バネ部材のバネ力を打ち消す方向にバネ力を有し、 前記調節機構は前記第二バネ部材のバネ力を調節するこ
   とにより前記圧接力を調節することを特徴とする請求項
   １に記載の超音波モータを利用した駆動装置。