振動波モータを有する駆動装置、回転部材支持機構
【課題】スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においてもロータ部の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をすることができ、組み立ても容易な振動波モータを有する駆動装置、及び、回転部材支持機構を提供する。
【解決手段】ロータ部１６をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラ４４と、ロータ部１６をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラ４２と、これらを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材４１を設ける。スラスト方向支持ローラ４４は、たる形のローラとする。また、ラジアル方向支持ローラ４２は、段付きローラとする。
【解決手段】ロータ部１６をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラ４４と、ロータ部１６をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラ４２と、これらを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材４１を設ける。スラスト方向支持ローラ４４は、たる形のローラとする。また、ラジアル方向支持ローラ４２は、段付きローラとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータ等の振動波モータを有する駆動装置、及び、そのロータ部などを支持する回転部材支持機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動波モータが使用される例として、例えば、カメラ等に装着されるレンズ鏡筒において、略円環状の超音波モータを内蔵させたものが知られている。この種のレンズ鏡筒においては、電気機械変換素子を含んだ振動子（ステータ）とロータとを加圧接触させ、超音波モータに電気エネルギーを印加させ、機械エネルギーに変換して駆動力とし、レンズ群を駆動させて焦点調節等を行わせている。
【０００３】
このような超音波モータにおけるロータは、上述の加圧力を受けながらも振動子の振動に応じて滑らかに回転する必要がある。また、回転方向以外の方向に対しては、正規の位置に規制されている必要があるが、ロータの内外周が位置規制のために摩擦負荷などを受けると、超音波モータの駆動効率が著しく低下してしまう。
したがって、ロータは、加圧方向（スラスト方向）、及び、径方向（ラジアル方向）のいずれの方向においても、回転を阻害する負荷を生じることなく位置が規制されている必要がある。
このような回転体を滑らかに回転可能に支持する場合には、転がり軸受け（ベアリング）が広く使われている。しかし、ベアリングを用いると、組み立てが困難となったり、コストアップに繋がってしまったりするという問題があった。
【０００４】
この種の超音波モータを内蔵したレンズ鏡筒においてロータを支持する従来技術として、特許文献１、特許文献２がある。
特許文献１では、ベアリング、又は、コロによりスラスト方向の支持を行っている。
しかし、特許文献１では、ラジアル方向の位置を規制する部分に固体潤滑皮膜を設けて摩擦を小さくしているが、スラスト方向に比べてこのラジアル方向で発生する摩擦損失により駆動効率が低下するという問題があった。
また、スラスト方向に比べてこのラジアル方向の寿命が短いという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２では、スラスト方向用、及び、ラジアル方向用の２方向について、コロを用いる手法が開示されている。
しかし、特許文献２に記載の手法では、特許文献２の図８から見て明らかなように、多数のコロを連続的に並べて配置する必要があり、組み立てが困難であるという問題があった。
また、特許文献２に記載の手法では、ベアリングを使っていることと何ら変わりがなく、組み立てが困難な上に、コストアップを招いてしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−２０８３５１号公報
【特許文献２】特開平１−２３１６７０号公報（図７，図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においてもロータ部の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をすることができ、組み立ても容易な振動波モータを有する駆動装置、及び、回転部材支持機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、電気機械変換素子を含む振動子（１１）と、前記振動子と相対的に回転するロータ部（１６，１９）と、前記振動子と前記ロータ部との間でスラスト方向に加圧力を働かせる加圧部（１５）と、を含む振動波モータを有し、前記ロータ部をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラ（２４，４４）と、前記ロータ部をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラ（２２，４２）と、前記スラスト方向支持ローラとラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材（２１，４１）と、を備える振動波モータを有する駆動装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記スラスト方向支持ローラ（４４）は、たる形のローラであること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）は、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部（４２ａ）、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな小ローラ部（４２ｂ）を有した段付きローラであり、前記大ローラ部は、前記ロータ部（１６，１９）の円筒状内壁面（１９ａ）に接触可能に設けられ、前記小ローラ部は、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材（５１）の外周円筒面（５１ａ）に接触可能に設けられていること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項４の発明は、請求項３に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記基準部材（３１）の外周円筒面（５１ａ）には、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）の大ローラ部（４２ａ）が接触しない様に逃げる逃げ部（５１ｃ）が形成されていること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）の大ローラ部（４２ａ）の半径をｒ４、前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部（４２ｂ）の半径をｒ３、前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触する前記ロータ部（１６，１９）の円筒状内壁面（１９ａ）の半径をｒ２、前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部が接触する前記基準部材（５１）の外周円筒面（５１ａ）の半径をｒ１としたときに、ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１））、ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３の関係を満たすこと、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）は、前記ロータ部（１９）の内径側において位置規制を行う内径側ローラ（６２ａ）と、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材（５１）の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラ（６２ｂ）と、を備えること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
【０００９】
請求項７の発明は、略円環形状の回転部材（１６，１９）と、前記回転部材をスラスト方向において支持するスラスト方向支持ローラ（２４，４４）と、前記回転部材をラジアル方向において支持するラジアル方向支持ローラ（２２，４２）と、前記スラスト方向支持ローラと前記ラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材（２１，４１）と、を備える回転部材支持機構である。
請求項８の発明は、請求項７に記載の回転部材支持機構において、前記スラスト方向支持ローラ（４４）は、たる形のローラであること、を特徴とする回転部材支持機構である。
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）は、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部（４２ａ）、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな円筒面からなる小ローラ部（４２ｂ）を有した段付きローラであること、を特徴とする回転部材支持機構である。
請求項１０の発明は、請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、前記ラジアル方向支持ローラは、前記ロータ部（１９）の内径側において位置規制を行う内径側ローラ（６２ａ）と、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材（５１）の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラ（６２ｂ）と、を備えること、を特徴とする回転部材支持機構である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）ロータ部をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラと、ロータ部をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラと、スラスト方向支持ローラとラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材とを備えるので、スラスト方向及びラジアル方向の両方向においてロータ部の回転を阻害せずに確実に位置規制をすることができる。したがって、振動波モータに使用する場合には、効率の高い駆動をすることができる。また、ローラ保持部材に２種のローラが保持されているので、組み立ても容易に行うことができる。
【００１１】
（２）スラスト方向支持ローラは、たる形のローラであるので、点接触によりスラスト方向の支持を行うことができ、不要な滑りが生じることがなく、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【００１２】
（３）大ローラ部は、ロータ部の円筒状内壁面に接触可能に設けられ、小ローラ部は、ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面に接触可能に設けられているので、ラジアル方向支持ローラの回転速度とその接触面上におけるラジアル方向支持ローラの転がり速度との整合をとることができ、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【００１３】
（４）基準部材の外周円筒面には、ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触しない様に逃げる逃げ部が形成されているので、基準部材の形状を簡単で製造が容易な形状としながらも、大ローラ部と小ローラ部とを有したラジアル方向支持ローラを使用することができる。
【００１４】
（５）ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１））、ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３の関係を満たすので、ラジアル方向支持ローラの回転速度とその接触面上におけるラジアル方向支持ローラの転がり速度とを完全に一致させることができ、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【００１５】
（６）ラジアル方向支持ローラは、ロータ部の内径側において位置規制を行う内径側ローラと、ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラとを備えるので、簡単な形状の部品でありながら、ラジアル方向支持ローラの回転速度とその接触面上におけるラジアル方向支持ローラの転がり速度とを完全に一致させることができ、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においてもロータ部の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をするという目的を、簡単な構成により安価に実現した。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例１における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
実施例１における振動波モータを有する駆動装置は、カメラのレンズ鏡筒に使用され、振動子１１，弾性体１２，圧電体１３，振動吸収部材１４，加圧部材１５，ロータ部１６，ロータ１７，振動吸収部材１８，ロータホルダ１９，位置規制ユニット２０，ローラ保持リング２１，ラジアル方向支持ローラ２２，スラスト方向支持ローラ２４，支持部材３１，押さえ環３２等を有し、支持部材３１の内部に配置される不図示のレンズ群を駆動する駆動力を発生する装置である。
【００１８】
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合され、後述する電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体と称する）１３とから構成されている。この振動体１１には、進行波が発生するが、本実施形態では、一例として、９波の進行波として説明する。
【００１９】
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料からなり、その形状は、円環形状となっている。この弾性体１２は、圧電体１３が接合される面の反対面に、溝が切ってあり、突起部（溝がない箇所）の先端面が、駆動面となり、ロータ１７に加圧接触される。
溝を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。
【００２０】
圧電体１３は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に対応する部分に分かれており、各相に対応する部分においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相に対応する部分とＢ相に対応する部分との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。
【００２１】
圧電体１３の弾性体１２が接合される面の反対側には、振動吸収部材１４，加圧部材１５が配置されている。振動吸収部材１４は、圧電体１３よりも押さえ環３２側に配置されており、振動子１１の振動を加圧部材１５に伝えないようするための部材であり、例えば、不織布、フェルトなどが使用されている。加圧部材１５は、振動吸収部材１４と押さえ環３２との間に配置されていて、加圧力を発生させる部材である。本実施例では、加圧部材１５を皿バネとしたが、皿バネでなくとも、コイルバネやウェーブバネであってもよい。
【００２２】
ロータ部１６は、ロータ１７，振動吸収部材１８，ロータホルダ１９を有しており、これらは、一体で回転するように不図示の係合部により円周方向において係合している。
ロータ１７は、アルミニウム等の軽金属からなり、摺動面の表面には、耐摩耗性向上のための表面処理がなされている。
振動吸収部材１８は、加圧方向の振動を吸収するゴムなどの振動を吸収する材料により形成されている。
ロータホルダ１９は、ロータ１７を位置規制しながらロータ１７と一体で回転し、ロータホルダ１９に形成された不図示の出力伝達部により回転駆動力を不図示のレンズ駆動部に伝える部材である。なお、ロータホルダ１９自体の位置規制は、後述する位置規制ユニット２０により行われている。
本実施例におけるロータホルダ１９は、真鍮により形成されているが、樹脂成型により形成することもできる。
【００２３】
図２は、位置規制ユニット２０を示す図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）中の矢印Ｂ方向から見た図であり、図２（ｂ）は、スラスト方向から位置規制ユニット２０を見た図である。
位置規制ユニット２０は、ローラ保持リング２１，ラジアル方向支持ローラ２２，スラスト方向支持ローラ２４を有している。
ラジアル方向支持ローラ２２は、ローラ面が１つの円筒面により形成されており、ロータ部１６の回転軸と平行な方向に配置されるローラ軸２３を介してローラ保持リング２１に回転可能に保持されるローラである。
ラジアル方向支持ローラ２２は、支持部材３１の外周円筒面３１ａとロータホルダ１９の内周円筒面１９ａに挟まれ、ロータホルダ１９のラジアル方向（径方向）の位置を規制しながらも、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００２４】
スラスト方向支持ローラ２４は、ローラ面が１つの円筒面により形成されており、ロータ部１６の回転軸と直交する方向に配置されるローラ軸２５を介してローラ保持リング２１に回転可能に保持されるローラである。
スラスト方向支持ローラ２４は、支持部材３１のフランジ部３１ａとロータホルダ１９の平面１９ｂに挟まれ、ロータホルダ１９のスラスト方向（加圧方向）の位置を規制しながらも、コロとして作用することにより、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００２５】
ローラ保持リング２１には、ラジアル方向支持ローラ２２及びスラスト方向支持ローラ２４がそれぞれ３箇所円周方向で均等に配置（６０°毎にラジアル方向支持ローラ２２及びスラスト方向支持ローラ２４が交互に配置）されている。
【００２６】
支持部材３１は、超音波モータのベースとなる略円筒状の部材であり、ロータ部１６のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材でもある。
押さえ環３２は、支持部材３１の外側下端部にネジにより取り付けられており、位置規制ユニット２０〜加圧部材１５まで、つまり、ロータホルダ１９及び位置規制ユニット２０を含む超音波モータを組み込んだ一つのユニットとして構成できるようになる。
【００２７】
本実施例によれば、スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においてもロータ部１６をローラにより支持するので、単なる摺動による摩擦抵抗よりも大幅に抵抗力を低減することができ、ロータ部１６の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をすることができる。
【実施例２】
【００２８】
図３は、実施例２における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
実施例２は、実施例１における位置規制ユニット２０を改良して位置規制ユニット４０とし、これに対応して実施例１における支持部材３１の形状を一部変更して支持部材５１とした例である。したがって、実施例１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００２９】
図４は、位置規制ユニット４０を示す図である。図４（ａ）は、図４（ｂ）中の矢印Ｂ方向から見た図であり、図４（ｂ）は、スラスト方向から位置規制ユニット４０を見た図である。
位置規制ユニット４０は、ローラ保持リング４１，ラジアル方向支持ローラ４２，スラスト方向支持ローラ４４を有している。
図５は、図３中のＥ部を拡大した図である。
ラジアル方向支持ローラ４２は、ロータ部１６の回転軸と平行な方向に配置されるローラ軸４３を介してローラ保持リング４１に回転可能に保持されるローラである。
実施例１におけるラジアル方向支持ローラ２２は、ローラ面が１つの円筒面により形成されていた。これに対して、実施例２におけるラジアル方向支持ローラ４２のローラ面は、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部４２ａ、及び、大ローラ部４２ａよりも外径の小さな円筒面からなる小ローラ部４２ｂを有した段付きローラである。なお、大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂは、いずれも円筒面の中心がローラ軸４２の中心と一致している。
【００３０】
大ローラ部４２ａは、ロータホルダ１９の内周円筒面１９ａに接触するように設けられている。一方、支持部材５１の外周円筒面５１ａには、この大ローラ部４２ａが接触しない様に逃げる逃げ部である溝５１ｃが形成されている。したがって、支持部材５１の外周円筒面５１ａには、小ローラ部４２ｂが接触している。
大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂを設けた理由、及び、これらの寸法の最適値については、後述する。
このように、ラジアル方向支持ローラ４２は、支持部材５１の外周円筒面５１ａとロータホルダ１９の内周円筒面１９ａに挟まれ、ロータホルダ１９のラジアル方向（径方向）の位置を規制しながらも、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００３１】
図６は、図３中のＦ部を拡大した図である。
スラスト方向支持ローラ４４は、ロータ部１６の回転軸と直交する方向に配置されるローラ軸４５を介してローラ保持リング４１に回転可能に保持されるローラである。
実施例１におけるスラスト方向支持ローラ２４は、ローラ面が１つの円筒面により形成されていた。これに対して、実施例２におけるスラスト方向支持ローラ４４は、そのローラ面がローラ軸４５を回転中心とした凸状の回転体面である、たる形のローラである。
スラスト方向支持ローラ４４は、支持部材５１のフランジ部５１ａとロータホルダ１９の平面１９ｂに挟まれ、ロータホルダ１９のスラスト方向（加圧方向）の位置を規制しながらも、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００３２】
ローラ保持リング４１には、ラジアル方向支持ローラ４２及びスラスト方向支持ローラ４４がそれぞれ３箇所円周方向で均等に配置（６０°毎にラジアル方向支持ローラ４２及びスラスト方向支持ローラ４４が交互に配置）されている。
【００３３】
（実施例２において改良する実施例１に残っていた第１の問題点）
先に示した実施例１におけるスラスト方向支持ローラ２４のように、ローラ面が１つの円筒面により形成されていても、摺動摩擦よりは明らかにロータ部１６の回転抵抗を下げる作用を有している。
しかし、スラスト方向支持ローラ２４では、ローラ面が１つの円筒面により形成されていることから、フランジ部５１ａ、及び、平面１９ｂとの接触は、ロータ部１６のラジアル方向に沿った方向における線接触となる。一方、ロータホルダ１９は回転し、また、位置規制ユニット２０（４０）も全体が回転する。そうすると、スラスト方向支持ローラ２４のローラ面と平面１９ｂとの間の接触位置において、接触線上の位置規制ユニット２０（４０）と平面１９ｂとの相対速度は、内径側の相対速度よりも外径側の相対速度のほうが大きい。したがって、スラスト方向支持ローラ２４のローラ面と平面１９ｂとの間には、僅かながらすべりを生じることとなる。この滑りは、スラスト方向支持ローラ２４のローラ面とフランジ部５１ａとの間においても、同様に生じている。そして、これらの滑りは、ロータ部１６の回転を阻害する要因となって残っていた。
【００３４】
そこで、実施例２では、スラスト方向支持ローラ４４をたる形のローラに改良し、平面１９ｂ及びフランジ部５１ａとの接触を点接触とすることにより、上述のような滑りが生じることなく、ロータ部１６の回転を阻害しないようにした。
【００３５】
（実施例２において改良する実施例１に残っていた第２の問題点）
実施例１及び実施例２では、スラスト方向支持ローラ２４，４４にのみ加圧力が加わっているので、ローラ保持リング２１，４１の回転速度は、スラスト方向支持ローラ２４，４４の影響が支配的になりラジアル方向支持ローラ２２，４２は、追従して回転する。
【００３６】
ここで、先に示した実施例１において、スラスト方向支持ローラ２４について滑りが生じないで回転するとしたとき、ロータホルダ１９の角速度をω0 とおくと、スラスト方向支持ローラ２４の自転から求まるローラ保持リング２１の角速度ω24は、ロータホルダ１９の角速度ω0 の０．５倍であるから、以下の式（１）の関係になる。
ω24＝０．５・ω0 ・・・式（１）
【００３７】
一方、ラジアル方向支持ローラ２２について滑りが生じないで回転するとしたとき、ラジアル方向支持ローラ２２の自転から求まるローラ保持リング２１の角速度ω22は、支持部材３１の外周円筒面の半径をｒ１とし、ロータホルダ１９の内周円筒面の半径をｒ２すると、以下の式（２）となる。
ω22＝（ｒ２／（ｒ１＋ｒ２））・ω0 ・・・式（２）
【００３８】
ここで、仮に、ω0 ＝１［ｒｐｓ］，ｒ１＝３５［ｍｍ］，ｒ２＝４０［ｍｍ］であったとすると、ローラ保持リング２１の角速度ω24及びω22は、先の式（１），（２）から、それぞれ以下のようになる。
式（１）より、ω24＝０．５［ｒｐｓ］
式（２）より、ω22＝０．５３［ｒｐｓ］
このように、同一部材であるローラ保持リング２１の角速度が、角速度ω24と角速度ω22との間で異なってしまう場合には、ラジアル方向支持ローラ２２，スラスト方向支持ローラ２４の少なくとも一方において滑りが生じることとなる。ここで、実施例１では、上述したように、スラスト方向支持ローラ２４に対してのみ加圧力が加わっているので、ローラ保持リング２１の回転速度は、スラスト方向支持ローラ２４の影響が支配的になりラジアル方向支持ローラ２２は、接触部に滑りを生じながら追従して回転する。そうすると、この滑りを生じる部分において摩擦損失が発生してしまう。
【００３９】
（大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂの半径の最適化）
そこで、実施例２では、ラジアル方向支持ローラ４２に大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂを設けて、これらの半径を最適化することにより、ラジアル方向支持ローラ４２の接触部に滑りを生じないようにした。
ここで、支持部材５１の外周円筒面の半径ｒ１、ロータホルダ１９の内周円筒面の半径ｒ２から、大ローラ部４２ａの半径ｒ４、及び、小ローラ部４２ｂの半径ｒ３の最適値を求める。
図７は、ラジアル方向支持ローラ４２とロータホルダ１９，支持部材５１との関係を示す図である。
図７に示すように、実線で示したラジアル方向支持ローラ４２が、破線で示した位置まで角度θ回転（自転）しながら角度θ１移動（公転：ローラ保持リング４１がθ１回転）した場合を考えると、以下に示すようにして、大ローラ部４２ａの半径ｒ４、及び、小ローラ部４２ｂの半径ｒ３の最適値が支持部材５１の外周円筒面の半径ｒ１、ロータホルダ１９の内周円筒面の半径ｒ２により示すことができる。
【００４０】
ｄ：ロータホルダ１９（半径ｒ２）の移動量（周長）
ｘ：ロータホルダ１９と大ローラ部４２ａとの接触点の移動量（周長）
θ：ラジアル方向支持ローラ４２の自転角度
θ１：ラジアル方向支持ローラ４２の中心の公転角度（ローラ保持リング４１の回転角度）
θ２：周長ｄに対応する角度（ロータホルダ１９の回転角度）
とすると、
ｄ＝ｒ４・θ＋ｘ
ｒ３・θ＝ｒ１・θ１
ｘ＝ｒ２・θ１
ｄ＝ｒ２・θ２
よって、
ｒ２・θ＝（ｒ１・ｒ４／ｒ３）θ１＋ｒ２・θ１
θ１＝（ｒ２／（（ｒ１・ｒ４／ｒ３）＋ｒ２））・θ２
＝Ｒ・θ２
ここで、Ｒは、ラジアル方向支持ローラ４２とロータホルダ１９の回転角度比を示すものとする。
【００４１】
実施例１の場合と同じように、実施例２においても、スラスト方向支持ローラ４４に対してのみ加圧力が加わっているので、ローラ保持リング４１の回転速度は、スラスト方向支持ローラ４４の影響が支配的になって決まる。そうすると、式（１）から、Ｒ＝０．５の条件を満たすｒ３、ｒ４を求めればよいといえる。
Ｒ＝ｒ２／（（ｒ１・ｒ４／ｒ３）＋ｒ２））
ｒ４／ｒ３＝（ｒ２／ｒ１）・（１／Ｒ−１）
ｒ１〜ｒ４には、以下の関係がある。
ｒ２−ｒ１＝ｒ３＋ｒ４
ｒ４＝（ｒ２・ｒ３／ｒ１）・（１／Ｒ−１）
ｒ２−ｒ１−ｒ３＝（ｒ２・ｒ３／ｒ１）・（１／Ｒ−１）
ｒ２−ｒ１＝ｒ３・（１＋（ｒ２／ｒ１）・（１／Ｒ−１））
ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１）・（１／Ｒ−１））・・・式（３）
上記式（３）にＲ、ｒ１、ｒ２の値を与えるとｒ３が求められる。また、ｒ４は、以下の式（４）により求めることができる。
ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３・・・式（４）
【００４２】
先に示したｒ１＝３５［ｍｍ］，ｒ２＝４０［ｍｍ］であったとすると、
小ローラ部４２ｂの半径ｒ３＝２．３３［ｍｍ］
大ローラ部４２ａの半径ｒ４＝２．６７［ｍｍ］
以上が、ラジアル方向支持ローラ４２，スラスト方向支持ローラ４４のいずれにおいても滑りが生じることなく、超音波モータの駆動力を最も効率よく外部へ出力することができる最適な値である。
そこで、実施例２においても、ｒ１＝３５［ｍｍ］，ｒ２＝４０［ｍｍ］，ｒ３＝２．３３［ｍｍ］，ｒ４＝２．６７［ｍｍ］として、スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においても滑りを生じることなく、ロータ部１６をローラにより支持するようにした。したがって、実施例１と比較して、さらに抵抗力を低減することができ、ロータ部１６の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をすることができる。
【００４３】
（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）各実施例において、カメラのレンズ鏡筒の例を挙げて説明したが、これに限らず、振動波モータの駆動力を利用した装置に適宜用いてもよい。
【００４４】
（２）各実施例において、振動波モータを有する駆動装置の例として、カメラのレンズ鏡筒の例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、その他の駆動源からの回転力を伝える回転部材を支持する機構に適宜用いてもよい。
【００４５】
（３）実施例２において、ラジアル方向支持ローラ４２に大ローラ部４２ａ，小ローラ部４２ｂを設けることにより、ラジアル方向支持ローラ４２に滑りが生じないようにした例を示したが、これに限らず、例えば、ラジアル方向支持ローラとして２種類のローラを設けてもよい。
図８は、ラジアル方向支持ローラとして２種類のローラを設けた例を示す図である。
図８に示ように、ロータホルダ１９の内径側において位置規制を行う内径側ローラ６２ａと、支持部材５１の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラ６２ｂとの２種類のローラを設けて、ラジアル方向支持ローラに滑りが生じないようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
【図２】位置規制ユニット２０を示す図である。
【図３】実施例２における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
【図４】位置規制ユニット４０を示す図である。
【図５】図３中のＥ部を拡大した図である。
【図６】図３中のＦ部を拡大した図である。
【図７】ラジアル方向支持ローラ４２とロータホルダ１９，支持部材５１との関係を示す図である。
【図８】ラジアル方向支持ローラとして２種類のローラを設けた例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１ 振動子
１２ 弾性体
１３ 圧電体
１４ 振動吸収部材
１５ 加圧部材
１６ ロータ部
１７ ロータ
１８ 振動吸収部材
１９ ロータホルダ
２０，４０ 位置規制ユニット
２１，４１ ローラ保持リング
２２，４２ ラジアル方向支持ローラ
２３，４３ ローラ軸
２４，４４ スラスト方向支持ローラ
２５，４５ ローラ軸
３１，５１ 支持部材
３２ 押さえ環
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータ等の振動波モータを有する駆動装置、及び、そのロータ部などを支持する回転部材支持機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動波モータが使用される例として、例えば、カメラ等に装着されるレンズ鏡筒において、略円環状の超音波モータを内蔵させたものが知られている。この種のレンズ鏡筒においては、電気機械変換素子を含んだ振動子（ステータ）とロータとを加圧接触させ、超音波モータに電気エネルギーを印加させ、機械エネルギーに変換して駆動力とし、レンズ群を駆動させて焦点調節等を行わせている。
【０００３】
このような超音波モータにおけるロータは、上述の加圧力を受けながらも振動子の振動に応じて滑らかに回転する必要がある。また、回転方向以外の方向に対しては、正規の位置に規制されている必要があるが、ロータの内外周が位置規制のために摩擦負荷などを受けると、超音波モータの駆動効率が著しく低下してしまう。
したがって、ロータは、加圧方向（スラスト方向）、及び、径方向（ラジアル方向）のいずれの方向においても、回転を阻害する負荷を生じることなく位置が規制されている必要がある。
このような回転体を滑らかに回転可能に支持する場合には、転がり軸受け（ベアリング）が広く使われている。しかし、ベアリングを用いると、組み立てが困難となったり、コストアップに繋がってしまったりするという問題があった。
【０００４】
この種の超音波モータを内蔵したレンズ鏡筒においてロータを支持する従来技術として、特許文献１、特許文献２がある。
特許文献１では、ベアリング、又は、コロによりスラスト方向の支持を行っている。
しかし、特許文献１では、ラジアル方向の位置を規制する部分に固体潤滑皮膜を設けて摩擦を小さくしているが、スラスト方向に比べてこのラジアル方向で発生する摩擦損失により駆動効率が低下するという問題があった。
また、スラスト方向に比べてこのラジアル方向の寿命が短いという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２では、スラスト方向用、及び、ラジアル方向用の２方向について、コロを用いる手法が開示されている。
しかし、特許文献２に記載の手法では、特許文献２の図８から見て明らかなように、多数のコロを連続的に並べて配置する必要があり、組み立てが困難であるという問題があった。
また、特許文献２に記載の手法では、ベアリングを使っていることと何ら変わりがなく、組み立てが困難な上に、コストアップを招いてしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−２０８３５１号公報
【特許文献２】特開平１−２３１６７０号公報（図７，図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においてもロータ部の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をすることができ、組み立ても容易な振動波モータを有する駆動装置、及び、回転部材支持機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、電気機械変換素子を含む振動子（１１）と、前記振動子と相対的に回転するロータ部（１６，１９）と、前記振動子と前記ロータ部との間でスラスト方向に加圧力を働かせる加圧部（１５）と、を含む振動波モータを有し、前記ロータ部をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラ（２４，４４）と、前記ロータ部をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラ（２２，４２）と、前記スラスト方向支持ローラとラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材（２１，４１）と、を備える振動波モータを有する駆動装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記スラスト方向支持ローラ（４４）は、たる形のローラであること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）は、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部（４２ａ）、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな小ローラ部（４２ｂ）を有した段付きローラであり、前記大ローラ部は、前記ロータ部（１６，１９）の円筒状内壁面（１９ａ）に接触可能に設けられ、前記小ローラ部は、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材（５１）の外周円筒面（５１ａ）に接触可能に設けられていること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項４の発明は、請求項３に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記基準部材（３１）の外周円筒面（５１ａ）には、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）の大ローラ部（４２ａ）が接触しない様に逃げる逃げ部（５１ｃ）が形成されていること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）の大ローラ部（４２ａ）の半径をｒ４、前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部（４２ｂ）の半径をｒ３、前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触する前記ロータ部（１６，１９）の円筒状内壁面（１９ａ）の半径をｒ２、前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部が接触する前記基準部材（５１）の外周円筒面（５１ａ）の半径をｒ１としたときに、ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１））、ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３の関係を満たすこと、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）は、前記ロータ部（１９）の内径側において位置規制を行う内径側ローラ（６２ａ）と、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材（５１）の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラ（６２ｂ）と、を備えること、を特徴とする振動波モータを有する駆動装置である。
【０００９】
請求項７の発明は、略円環形状の回転部材（１６，１９）と、前記回転部材をスラスト方向において支持するスラスト方向支持ローラ（２４，４４）と、前記回転部材をラジアル方向において支持するラジアル方向支持ローラ（２２，４２）と、前記スラスト方向支持ローラと前記ラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材（２１，４１）と、を備える回転部材支持機構である。
請求項８の発明は、請求項７に記載の回転部材支持機構において、前記スラスト方向支持ローラ（４４）は、たる形のローラであること、を特徴とする回転部材支持機構である。
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、前記ラジアル方向支持ローラ（４２）は、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部（４２ａ）、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな円筒面からなる小ローラ部（４２ｂ）を有した段付きローラであること、を特徴とする回転部材支持機構である。
請求項１０の発明は、請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、前記ラジアル方向支持ローラは、前記ロータ部（１９）の内径側において位置規制を行う内径側ローラ（６２ａ）と、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材（５１）の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラ（６２ｂ）と、を備えること、を特徴とする回転部材支持機構である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）ロータ部をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラと、ロータ部をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラと、スラスト方向支持ローラとラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材とを備えるので、スラスト方向及びラジアル方向の両方向においてロータ部の回転を阻害せずに確実に位置規制をすることができる。したがって、振動波モータに使用する場合には、効率の高い駆動をすることができる。また、ローラ保持部材に２種のローラが保持されているので、組み立ても容易に行うことができる。
【００１１】
（２）スラスト方向支持ローラは、たる形のローラであるので、点接触によりスラスト方向の支持を行うことができ、不要な滑りが生じることがなく、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【００１２】
（３）大ローラ部は、ロータ部の円筒状内壁面に接触可能に設けられ、小ローラ部は、ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面に接触可能に設けられているので、ラジアル方向支持ローラの回転速度とその接触面上におけるラジアル方向支持ローラの転がり速度との整合をとることができ、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【００１３】
（４）基準部材の外周円筒面には、ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触しない様に逃げる逃げ部が形成されているので、基準部材の形状を簡単で製造が容易な形状としながらも、大ローラ部と小ローラ部とを有したラジアル方向支持ローラを使用することができる。
【００１４】
（５）ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１））、ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３の関係を満たすので、ラジアル方向支持ローラの回転速度とその接触面上におけるラジアル方向支持ローラの転がり速度とを完全に一致させることができ、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【００１５】
（６）ラジアル方向支持ローラは、ロータ部の内径側において位置規制を行う内径側ローラと、ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラとを備えるので、簡単な形状の部品でありながら、ラジアル方向支持ローラの回転速度とその接触面上におけるラジアル方向支持ローラの転がり速度とを完全に一致させることができ、ロータ部の回転時の抵抗をより少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においてもロータ部の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をするという目的を、簡単な構成により安価に実現した。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例１における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
実施例１における振動波モータを有する駆動装置は、カメラのレンズ鏡筒に使用され、振動子１１，弾性体１２，圧電体１３，振動吸収部材１４，加圧部材１５，ロータ部１６，ロータ１７，振動吸収部材１８，ロータホルダ１９，位置規制ユニット２０，ローラ保持リング２１，ラジアル方向支持ローラ２２，スラスト方向支持ローラ２４，支持部材３１，押さえ環３２等を有し、支持部材３１の内部に配置される不図示のレンズ群を駆動する駆動力を発生する装置である。
【００１８】
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合され、後述する電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体と称する）１３とから構成されている。この振動体１１には、進行波が発生するが、本実施形態では、一例として、９波の進行波として説明する。
【００１９】
弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料からなり、その形状は、円環形状となっている。この弾性体１２は、圧電体１３が接合される面の反対面に、溝が切ってあり、突起部（溝がない箇所）の先端面が、駆動面となり、ロータ１７に加圧接触される。
溝を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。
【００２０】
圧電体１３は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に対応する部分に分かれており、各相に対応する部分においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相に対応する部分とＢ相に対応する部分との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。
【００２１】
圧電体１３の弾性体１２が接合される面の反対側には、振動吸収部材１４，加圧部材１５が配置されている。振動吸収部材１４は、圧電体１３よりも押さえ環３２側に配置されており、振動子１１の振動を加圧部材１５に伝えないようするための部材であり、例えば、不織布、フェルトなどが使用されている。加圧部材１５は、振動吸収部材１４と押さえ環３２との間に配置されていて、加圧力を発生させる部材である。本実施例では、加圧部材１５を皿バネとしたが、皿バネでなくとも、コイルバネやウェーブバネであってもよい。
【００２２】
ロータ部１６は、ロータ１７，振動吸収部材１８，ロータホルダ１９を有しており、これらは、一体で回転するように不図示の係合部により円周方向において係合している。
ロータ１７は、アルミニウム等の軽金属からなり、摺動面の表面には、耐摩耗性向上のための表面処理がなされている。
振動吸収部材１８は、加圧方向の振動を吸収するゴムなどの振動を吸収する材料により形成されている。
ロータホルダ１９は、ロータ１７を位置規制しながらロータ１７と一体で回転し、ロータホルダ１９に形成された不図示の出力伝達部により回転駆動力を不図示のレンズ駆動部に伝える部材である。なお、ロータホルダ１９自体の位置規制は、後述する位置規制ユニット２０により行われている。
本実施例におけるロータホルダ１９は、真鍮により形成されているが、樹脂成型により形成することもできる。
【００２３】
図２は、位置規制ユニット２０を示す図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）中の矢印Ｂ方向から見た図であり、図２（ｂ）は、スラスト方向から位置規制ユニット２０を見た図である。
位置規制ユニット２０は、ローラ保持リング２１，ラジアル方向支持ローラ２２，スラスト方向支持ローラ２４を有している。
ラジアル方向支持ローラ２２は、ローラ面が１つの円筒面により形成されており、ロータ部１６の回転軸と平行な方向に配置されるローラ軸２３を介してローラ保持リング２１に回転可能に保持されるローラである。
ラジアル方向支持ローラ２２は、支持部材３１の外周円筒面３１ａとロータホルダ１９の内周円筒面１９ａに挟まれ、ロータホルダ１９のラジアル方向（径方向）の位置を規制しながらも、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００２４】
スラスト方向支持ローラ２４は、ローラ面が１つの円筒面により形成されており、ロータ部１６の回転軸と直交する方向に配置されるローラ軸２５を介してローラ保持リング２１に回転可能に保持されるローラである。
スラスト方向支持ローラ２４は、支持部材３１のフランジ部３１ａとロータホルダ１９の平面１９ｂに挟まれ、ロータホルダ１９のスラスト方向（加圧方向）の位置を規制しながらも、コロとして作用することにより、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００２５】
ローラ保持リング２１には、ラジアル方向支持ローラ２２及びスラスト方向支持ローラ２４がそれぞれ３箇所円周方向で均等に配置（６０°毎にラジアル方向支持ローラ２２及びスラスト方向支持ローラ２４が交互に配置）されている。
【００２６】
支持部材３１は、超音波モータのベースとなる略円筒状の部材であり、ロータ部１６のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材でもある。
押さえ環３２は、支持部材３１の外側下端部にネジにより取り付けられており、位置規制ユニット２０〜加圧部材１５まで、つまり、ロータホルダ１９及び位置規制ユニット２０を含む超音波モータを組み込んだ一つのユニットとして構成できるようになる。
【００２７】
本実施例によれば、スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においてもロータ部１６をローラにより支持するので、単なる摺動による摩擦抵抗よりも大幅に抵抗力を低減することができ、ロータ部１６の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をすることができる。
【実施例２】
【００２８】
図３は、実施例２における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
実施例２は、実施例１における位置規制ユニット２０を改良して位置規制ユニット４０とし、これに対応して実施例１における支持部材３１の形状を一部変更して支持部材５１とした例である。したがって、実施例１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００２９】
図４は、位置規制ユニット４０を示す図である。図４（ａ）は、図４（ｂ）中の矢印Ｂ方向から見た図であり、図４（ｂ）は、スラスト方向から位置規制ユニット４０を見た図である。
位置規制ユニット４０は、ローラ保持リング４１，ラジアル方向支持ローラ４２，スラスト方向支持ローラ４４を有している。
図５は、図３中のＥ部を拡大した図である。
ラジアル方向支持ローラ４２は、ロータ部１６の回転軸と平行な方向に配置されるローラ軸４３を介してローラ保持リング４１に回転可能に保持されるローラである。
実施例１におけるラジアル方向支持ローラ２２は、ローラ面が１つの円筒面により形成されていた。これに対して、実施例２におけるラジアル方向支持ローラ４２のローラ面は、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部４２ａ、及び、大ローラ部４２ａよりも外径の小さな円筒面からなる小ローラ部４２ｂを有した段付きローラである。なお、大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂは、いずれも円筒面の中心がローラ軸４２の中心と一致している。
【００３０】
大ローラ部４２ａは、ロータホルダ１９の内周円筒面１９ａに接触するように設けられている。一方、支持部材５１の外周円筒面５１ａには、この大ローラ部４２ａが接触しない様に逃げる逃げ部である溝５１ｃが形成されている。したがって、支持部材５１の外周円筒面５１ａには、小ローラ部４２ｂが接触している。
大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂを設けた理由、及び、これらの寸法の最適値については、後述する。
このように、ラジアル方向支持ローラ４２は、支持部材５１の外周円筒面５１ａとロータホルダ１９の内周円筒面１９ａに挟まれ、ロータホルダ１９のラジアル方向（径方向）の位置を規制しながらも、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００３１】
図６は、図３中のＦ部を拡大した図である。
スラスト方向支持ローラ４４は、ロータ部１６の回転軸と直交する方向に配置されるローラ軸４５を介してローラ保持リング４１に回転可能に保持されるローラである。
実施例１におけるスラスト方向支持ローラ２４は、ローラ面が１つの円筒面により形成されていた。これに対して、実施例２におけるスラスト方向支持ローラ４４は、そのローラ面がローラ軸４５を回転中心とした凸状の回転体面である、たる形のローラである。
スラスト方向支持ローラ４４は、支持部材５１のフランジ部５１ａとロータホルダ１９の平面１９ｂに挟まれ、ロータホルダ１９のスラスト方向（加圧方向）の位置を規制しながらも、ロータホルダ１９の回転が滑らかに行われるように支持している。
【００３２】
ローラ保持リング４１には、ラジアル方向支持ローラ４２及びスラスト方向支持ローラ４４がそれぞれ３箇所円周方向で均等に配置（６０°毎にラジアル方向支持ローラ４２及びスラスト方向支持ローラ４４が交互に配置）されている。
【００３３】
（実施例２において改良する実施例１に残っていた第１の問題点）
先に示した実施例１におけるスラスト方向支持ローラ２４のように、ローラ面が１つの円筒面により形成されていても、摺動摩擦よりは明らかにロータ部１６の回転抵抗を下げる作用を有している。
しかし、スラスト方向支持ローラ２４では、ローラ面が１つの円筒面により形成されていることから、フランジ部５１ａ、及び、平面１９ｂとの接触は、ロータ部１６のラジアル方向に沿った方向における線接触となる。一方、ロータホルダ１９は回転し、また、位置規制ユニット２０（４０）も全体が回転する。そうすると、スラスト方向支持ローラ２４のローラ面と平面１９ｂとの間の接触位置において、接触線上の位置規制ユニット２０（４０）と平面１９ｂとの相対速度は、内径側の相対速度よりも外径側の相対速度のほうが大きい。したがって、スラスト方向支持ローラ２４のローラ面と平面１９ｂとの間には、僅かながらすべりを生じることとなる。この滑りは、スラスト方向支持ローラ２４のローラ面とフランジ部５１ａとの間においても、同様に生じている。そして、これらの滑りは、ロータ部１６の回転を阻害する要因となって残っていた。
【００３４】
そこで、実施例２では、スラスト方向支持ローラ４４をたる形のローラに改良し、平面１９ｂ及びフランジ部５１ａとの接触を点接触とすることにより、上述のような滑りが生じることなく、ロータ部１６の回転を阻害しないようにした。
【００３５】
（実施例２において改良する実施例１に残っていた第２の問題点）
実施例１及び実施例２では、スラスト方向支持ローラ２４，４４にのみ加圧力が加わっているので、ローラ保持リング２１，４１の回転速度は、スラスト方向支持ローラ２４，４４の影響が支配的になりラジアル方向支持ローラ２２，４２は、追従して回転する。
【００３６】
ここで、先に示した実施例１において、スラスト方向支持ローラ２４について滑りが生じないで回転するとしたとき、ロータホルダ１９の角速度をω0 とおくと、スラスト方向支持ローラ２４の自転から求まるローラ保持リング２１の角速度ω24は、ロータホルダ１９の角速度ω0 の０．５倍であるから、以下の式（１）の関係になる。
ω24＝０．５・ω0 ・・・式（１）
【００３７】
一方、ラジアル方向支持ローラ２２について滑りが生じないで回転するとしたとき、ラジアル方向支持ローラ２２の自転から求まるローラ保持リング２１の角速度ω22は、支持部材３１の外周円筒面の半径をｒ１とし、ロータホルダ１９の内周円筒面の半径をｒ２すると、以下の式（２）となる。
ω22＝（ｒ２／（ｒ１＋ｒ２））・ω0 ・・・式（２）
【００３８】
ここで、仮に、ω0 ＝１［ｒｐｓ］，ｒ１＝３５［ｍｍ］，ｒ２＝４０［ｍｍ］であったとすると、ローラ保持リング２１の角速度ω24及びω22は、先の式（１），（２）から、それぞれ以下のようになる。
式（１）より、ω24＝０．５［ｒｐｓ］
式（２）より、ω22＝０．５３［ｒｐｓ］
このように、同一部材であるローラ保持リング２１の角速度が、角速度ω24と角速度ω22との間で異なってしまう場合には、ラジアル方向支持ローラ２２，スラスト方向支持ローラ２４の少なくとも一方において滑りが生じることとなる。ここで、実施例１では、上述したように、スラスト方向支持ローラ２４に対してのみ加圧力が加わっているので、ローラ保持リング２１の回転速度は、スラスト方向支持ローラ２４の影響が支配的になりラジアル方向支持ローラ２２は、接触部に滑りを生じながら追従して回転する。そうすると、この滑りを生じる部分において摩擦損失が発生してしまう。
【００３９】
（大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂの半径の最適化）
そこで、実施例２では、ラジアル方向支持ローラ４２に大ローラ部４２ａ、及び、小ローラ部４２ｂを設けて、これらの半径を最適化することにより、ラジアル方向支持ローラ４２の接触部に滑りを生じないようにした。
ここで、支持部材５１の外周円筒面の半径ｒ１、ロータホルダ１９の内周円筒面の半径ｒ２から、大ローラ部４２ａの半径ｒ４、及び、小ローラ部４２ｂの半径ｒ３の最適値を求める。
図７は、ラジアル方向支持ローラ４２とロータホルダ１９，支持部材５１との関係を示す図である。
図７に示すように、実線で示したラジアル方向支持ローラ４２が、破線で示した位置まで角度θ回転（自転）しながら角度θ１移動（公転：ローラ保持リング４１がθ１回転）した場合を考えると、以下に示すようにして、大ローラ部４２ａの半径ｒ４、及び、小ローラ部４２ｂの半径ｒ３の最適値が支持部材５１の外周円筒面の半径ｒ１、ロータホルダ１９の内周円筒面の半径ｒ２により示すことができる。
【００４０】
ｄ：ロータホルダ１９（半径ｒ２）の移動量（周長）
ｘ：ロータホルダ１９と大ローラ部４２ａとの接触点の移動量（周長）
θ：ラジアル方向支持ローラ４２の自転角度
θ１：ラジアル方向支持ローラ４２の中心の公転角度（ローラ保持リング４１の回転角度）
θ２：周長ｄに対応する角度（ロータホルダ１９の回転角度）
とすると、
ｄ＝ｒ４・θ＋ｘ
ｒ３・θ＝ｒ１・θ１
ｘ＝ｒ２・θ１
ｄ＝ｒ２・θ２
よって、
ｒ２・θ＝（ｒ１・ｒ４／ｒ３）θ１＋ｒ２・θ１
θ１＝（ｒ２／（（ｒ１・ｒ４／ｒ３）＋ｒ２））・θ２
＝Ｒ・θ２
ここで、Ｒは、ラジアル方向支持ローラ４２とロータホルダ１９の回転角度比を示すものとする。
【００４１】
実施例１の場合と同じように、実施例２においても、スラスト方向支持ローラ４４に対してのみ加圧力が加わっているので、ローラ保持リング４１の回転速度は、スラスト方向支持ローラ４４の影響が支配的になって決まる。そうすると、式（１）から、Ｒ＝０．５の条件を満たすｒ３、ｒ４を求めればよいといえる。
Ｒ＝ｒ２／（（ｒ１・ｒ４／ｒ３）＋ｒ２））
ｒ４／ｒ３＝（ｒ２／ｒ１）・（１／Ｒ−１）
ｒ１〜ｒ４には、以下の関係がある。
ｒ２−ｒ１＝ｒ３＋ｒ４
ｒ４＝（ｒ２・ｒ３／ｒ１）・（１／Ｒ−１）
ｒ２−ｒ１−ｒ３＝（ｒ２・ｒ３／ｒ１）・（１／Ｒ−１）
ｒ２−ｒ１＝ｒ３・（１＋（ｒ２／ｒ１）・（１／Ｒ−１））
ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１）・（１／Ｒ−１））・・・式（３）
上記式（３）にＲ、ｒ１、ｒ２の値を与えるとｒ３が求められる。また、ｒ４は、以下の式（４）により求めることができる。
ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３・・・式（４）
【００４２】
先に示したｒ１＝３５［ｍｍ］，ｒ２＝４０［ｍｍ］であったとすると、
小ローラ部４２ｂの半径ｒ３＝２．３３［ｍｍ］
大ローラ部４２ａの半径ｒ４＝２．６７［ｍｍ］
以上が、ラジアル方向支持ローラ４２，スラスト方向支持ローラ４４のいずれにおいても滑りが生じることなく、超音波モータの駆動力を最も効率よく外部へ出力することができる最適な値である。
そこで、実施例２においても、ｒ１＝３５［ｍｍ］，ｒ２＝４０［ｍｍ］，ｒ３＝２．３３［ｍｍ］，ｒ４＝２．６７［ｍｍ］として、スラスト方向及びラジアル方向のいずれの方向においても滑りを生じることなく、ロータ部１６をローラにより支持するようにした。したがって、実施例１と比較して、さらに抵抗力を低減することができ、ロータ部１６の回転を阻害することなく、かつ、確実に位置規制をすることができる。
【００４３】
（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）各実施例において、カメラのレンズ鏡筒の例を挙げて説明したが、これに限らず、振動波モータの駆動力を利用した装置に適宜用いてもよい。
【００４４】
（２）各実施例において、振動波モータを有する駆動装置の例として、カメラのレンズ鏡筒の例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、その他の駆動源からの回転力を伝える回転部材を支持する機構に適宜用いてもよい。
【００４５】
（３）実施例２において、ラジアル方向支持ローラ４２に大ローラ部４２ａ，小ローラ部４２ｂを設けることにより、ラジアル方向支持ローラ４２に滑りが生じないようにした例を示したが、これに限らず、例えば、ラジアル方向支持ローラとして２種類のローラを設けてもよい。
図８は、ラジアル方向支持ローラとして２種類のローラを設けた例を示す図である。
図８に示ように、ロータホルダ１９の内径側において位置規制を行う内径側ローラ６２ａと、支持部材５１の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラ６２ｂとの２種類のローラを設けて、ラジアル方向支持ローラに滑りが生じないようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
【図２】位置規制ユニット２０を示す図である。
【図３】実施例２における振動波モータを有する駆動装置の断面図である。
【図４】位置規制ユニット４０を示す図である。
【図５】図３中のＥ部を拡大した図である。
【図６】図３中のＦ部を拡大した図である。
【図７】ラジアル方向支持ローラ４２とロータホルダ１９，支持部材５１との関係を示す図である。
【図８】ラジアル方向支持ローラとして２種類のローラを設けた例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１ 振動子
１２ 弾性体
１３ 圧電体
１４ 振動吸収部材
１５ 加圧部材
１６ ロータ部
１７ ロータ
１８ 振動吸収部材
１９ ロータホルダ
２０，４０ 位置規制ユニット
２１，４１ ローラ保持リング
２２，４２ ラジアル方向支持ローラ
２３，４３ ローラ軸
２４，４４ スラスト方向支持ローラ
２５，４５ ローラ軸
３１，５１ 支持部材
３２ 押さえ環
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子を含む振動子と、
前記振動子と相対的に回転するロータ部と、
前記振動子と前記ロータ部との間でスラスト方向に加圧力を働かせる加圧部と、
を含む振動波モータを有し、
前記ロータ部をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラと、
前記ロータ部をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラと、
前記スラスト方向支持ローラとラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材と、
を備える振動波モータを有する駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記スラスト方向支持ローラは、たる形のローラであること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記ラジアル方向支持ローラは、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな小ローラ部を有した段付きローラであり、
前記大ローラ部は、前記ロータ部の円筒状内壁面に接触可能に設けられ、
前記小ローラ部は、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面に接触可能に設けられていること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記基準部材の外周円筒面には、前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触しない様に逃げる逃げ部が形成されていること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部の半径をｒ４、
前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部の半径をｒ３、
前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触する前記ロータ部の円筒状内壁面の半径をｒ２、
前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部が接触する前記基準部材の外周円筒面の半径をｒ１としたときに、
ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１））
ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３
の関係を満たすこと、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記ラジアル方向支持ローラは、前記ロータ部の内径側において位置規制を行う内径側ローラと、
前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラと、
を備えること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項７】
略円環形状の回転部材と、
前記回転部材をスラスト方向において支持するスラスト方向支持ローラと、
前記回転部材をラジアル方向において支持するラジアル方向支持ローラと、
前記スラスト方向支持ローラと前記ラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材と、
を備える回転部材支持機構。
【請求項８】
請求項７に記載の回転部材支持機構において、
前記スラスト方向支持ローラは、たる形のローラであること、
を特徴とする回転部材支持機構。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、
前記ラジアル方向支持ローラは、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな円筒面からなる小ローラ部を有した段付きローラであること、
を特徴とする回転部材支持機構。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、
前記ラジアル方向支持ローラは、前記ロータ部の内径側において位置規制を行う内径側ローラと、
前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラと、
を備えること、
を特徴とする回転部材支持機構。
【請求項１】
電気機械変換素子を含む振動子と、
前記振動子と相対的に回転するロータ部と、
前記振動子と前記ロータ部との間でスラスト方向に加圧力を働かせる加圧部と、
を含む振動波モータを有し、
前記ロータ部をスラスト方向において回転可能に支持するスラスト方向支持ローラと、
前記ロータ部をラジアル方向において回転可能に支持するラジアル方向支持ローラと、
前記スラスト方向支持ローラとラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材と、
を備える振動波モータを有する駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記スラスト方向支持ローラは、たる形のローラであること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記ラジアル方向支持ローラは、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな小ローラ部を有した段付きローラであり、
前記大ローラ部は、前記ロータ部の円筒状内壁面に接触可能に設けられ、
前記小ローラ部は、前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面に接触可能に設けられていること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記基準部材の外周円筒面には、前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触しない様に逃げる逃げ部が形成されていること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部の半径をｒ４、
前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部の半径をｒ３、
前記ラジアル方向支持ローラの大ローラ部が接触する前記ロータ部の円筒状内壁面の半径をｒ２、
前記ラジアル方向支持ローラの小ローラ部が接触する前記基準部材の外周円筒面の半径をｒ１としたときに、
ｒ３＝（ｒ２−ｒ１）／（１＋（ｒ２／ｒ１））
ｒ４＝ｒ２−ｒ１−ｒ３
の関係を満たすこと、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の振動波モータを有する駆動装置において、
前記ラジアル方向支持ローラは、前記ロータ部の内径側において位置規制を行う内径側ローラと、
前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラと、
を備えること、
を特徴とする振動波モータを有する駆動装置。
【請求項７】
略円環形状の回転部材と、
前記回転部材をスラスト方向において支持するスラスト方向支持ローラと、
前記回転部材をラジアル方向において支持するラジアル方向支持ローラと、
前記スラスト方向支持ローラと前記ラジアル方向支持ローラとを回転可能な状態で保持しながら自らも回転可能なローラ保持部材と、
を備える回転部材支持機構。
【請求項８】
請求項７に記載の回転部材支持機構において、
前記スラスト方向支持ローラは、たる形のローラであること、
を特徴とする回転部材支持機構。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、
前記ラジアル方向支持ローラは、外径の大きな円筒面からなる大ローラ部、及び、前記大ローラ部よりも外径の小さな円筒面からなる小ローラ部を有した段付きローラであること、
を特徴とする回転部材支持機構。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載の回転部材支持機構において、
前記ラジアル方向支持ローラは、前記ロータ部の内径側において位置規制を行う内径側ローラと、
前記ロータ部のラジアル方向の位置を決める基準となる基準部材の外周円筒面側において位置規制を行う外径側ローラと、
を備えること、
を特徴とする回転部材支持機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２８０１３９（Ｐ２００６−２８０１３９Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９７９２０（Ｐ２００５−９７９２０）
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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