カメラレンズ内臓の、音波モーター機能・構造

質問

ニコンカメラレンズオートフォーカス機能の、超音波モーターＳＷＭ）の
　不具合で質問です。
音波モーターの使用頻度・起動回数による、故障が何故か非常に多いのですが？、

１、超音波モーターに、印加させる電圧とは、直流の５Ｖ程度直接印加したのですが、
　　モーターは回転しないのでしょうか？。
２、音波を発生させる素子らしき装置などレンズ分解では見あたらない？。
３、超音波モーターと音波発生との配線の組合わせは、複雑なのでしょうか？。　
　　音波モーターの音波の発生させる素子とは、どの様なものでしょうか？。
４、磁器の摩擦圧力を利用し、回転駆動に変えるそうですが、
　　その仕組み教えてください。

回答No.3

sailor · ベストアンサー

超音波モーターとは進行波と呼ばれる現象を利用したモーターで一般の磁気を利用したモーターとは全く違う原理で動作します。実際の構造としては一定間隔で凹凸を作った線状の部品の上に平面の部品をある程度の圧力を掛けて押し付けておいて、凹凸の部品のほうに波打つような振動を発生させると平面の部品が波につられて移動していくというようなものです。この振動減としては圧電素子（ピエゾ素子）を用いるのが一般的で、この素子に電圧を加えると伸びる性質を利用したものです。超音波モーターという名前がついているのでですが、超音波を利用しているのではありませんので音波の発生源などはありません。超音波帯域の振動を利用しているということです。また、圧電素子自体は見た目は単なる結晶（それも微細な）ですので、見た目でこれが振動の発生源だとわかるようなものではありません。カメラのピント合わせようのような場合はそれぞれの部品をリング状に整形し、複数の圧電素子に規則的にパルスを加える事によって必要な進行波をつくり回転させています。

1）　超音波モーターは先に述べたように、圧電素子により規則的な進行波を発生させることによって動作するため、直流電圧を印加しても動作しません。圧電素子にある決まった周期のパルスを印加させる必要があります。したがって直流電圧では動作しません。ただし、工業用などのものはこの範囲ではありません。工業用のものでは必要なパルスを発生する発信機も内蔵されているからです。

2）　振動の発生源はリング状の部品（くし型の歯がついた方）と一体になっていて薄いリング状に成型されています。見た目に機械的な振動発生源とわかるような形状ではありません。

3）　配線自体は特に複雑なものではありませんが、モータのみで回転運動を作ることはできません。必ずモーターに適合するパルスを発生させるドライバーと呼ばれる回路が必要です。振動を発生させるのは圧電素子と呼ばれるもので、ロッシェル塩などの化合物の結晶です、これに電圧を掛けると結晶軸の方向に伸び縮みするのでこれを利用します。これらの素子は逆に外部から力を加えると電圧が発生します。一番身近にあるものとしては電子ライターでしょう。電子ライターには圧電素子と昇圧用のコイルとばねで動作するハンマーがついていて、ハンマーで圧電素子を叩く事によって発生させ電圧をコイルで高電圧に昇圧し電気火花を飛ばしています。

4）　磁器というのはセラミックのことでセラミックが使われているのは摩擦による磨耗に強いという理由からです。原理は先にも述べたように、向かい合わせた片方の部品に一定方向に進む波を発生させ、その波の進行につれてもうひとつの部品が移動していくというものです。進行波の作り出す力を有効に利用するため、振動の発生源側では規則正しい間隔で凹凸を作ってあり、波によって部品がうねるときに凸部の角が対する部品を捕らえて送るようになっています。回転運動として利用するには双方の部品をリング状につくりリング状の進行波与えるように圧電素子を配置し、それぞれの素子に的確なパルスを印加することで行います。

余談ですが、超音波モーターは日本人の開発したこれまでとは全く原理の異なるモーターです。他のモーターには無い優れた特性があります。減速機構を用いずに低速で大きなトルクを実現できることや、ブレーキ装置などをつけなくても停止した位置を保持する力が大きい、磁気を利用しないので磁気を嫌う分野でも使用可能、リング状など特殊な形状が可能などです。

もしより詳しくという興味があるようでしたら「モーターを創る―教材用から超音波モーターまで」という本がブルーバックスから出ていますのでどうぞ。

お礼

ご説明の件、ありがとうございました。<BR>
「電圧素子にパズル加える」、よく理解できました。パズル印加はヘルツでしたね。<BR>
カメラレンズには、４ミリ四方の圧電素子らしきものが基盤の配線上にありました。<BR>
あまり小さくて解らなかったです。理解でき、感激です。<BR>
電子ライターと、電圧素子とパズル信号印加とエンルギーの働き、
再度勉強し直します。<BR>
<BR>
回答に、時間を頂戴し、ご丁寧な講義文献に感謝します。<BR>
コピーし、再度勉強の糧にさせて戴きます。ブルーバックス書物でシャレンジします。<BR>
別件で、無接点スイッチ回路にも活躍利用、出来そうですね？<BR>
<BR>
大変有り難うございました。　　　喜々。

回答No.2

bardfish

とりあえずこちらをどうぞ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E9%9F%B3%E6%B3%A2%E3%83%A2%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC
「外部リンク」のリンク先も参照しましょう。

「圧電素子など」と記述がありますが、圧電素子というのは昔のゲームウォッチや腕時計、携帯機器のスピーカーとしても使用されています。

スピーカーとして利用されるくらいですから定電圧の電気を与えても音は出ません。超音波モーターも同じでしょう。
普通のモーターとは駆動原理が異なりますから。

私はキヤノンのUSMレンズをSWMが出る前から使用していますが一度も故障したことはありません。

お礼

電圧素子が、時計・携帯機器にも搭載せれているとは、知らなかったです。<BR>
ひとえに、私の勉強不足です。<BR>
デジタル一眼レフカメラレンズに不具合の原因は、<BR>
きっと、その電圧素子に、パスル信号用の配線の導通不良かもしれません。<BR>
再度、音波モーターの駆動原理を勉強し直します。
<BR>
ありがとうございました。

回答No.1

fujiyama32

Q1.
超音波ですので、20,000Hz以上の周波数を持つ交流電圧を加える
必要があります。
直流電圧ではモータの名称から考えても無理だと理解する必要が
あります。

Q2.～Q5.
超音波モータの原理については次のURLをクリックして参考にして
ください。

[超音波モータ]
http://www2.cc.oshima-k.ac.jp/~ito/ee/baba_SuperWaveMotor.htm

なお、[超音波モータ]と[原理]の字句で[検索]しますと、種々の解説
を得ることが出来ます。
また、下のURLをクリックしますとご希望の事項について[検索]でき
ます。検索後、各ＨＰ（サイト）を参照して下さい。

・検索のサイト
http://www.google.com/intl/ja/　　　

・検索の入力(文字列) --- 超音波モータ 原理

・[超音波モータ]と[原理]の間に[半角スペース]を挿入します。

・検索の結果 --------- 約8,200件 ありました。

各項目の概要が表示されますので、適切と思われる項目をクリックします
と、詳細な解説が得られます。

お礼

交流電圧と思っていたのですが、デジタル一眼レフカメラ レンズに、パズル信号に<BR>
まさか、交流の電圧が使用されているとは、知らなかったです。？？<BR>
電圧素子とパズル信号印加、信号によるエンルギーの働きを勉強します。
再度、検索サイトで賜り感激です。活用させていただきます。<BR>
<BR>
ご指導賜り、誠に有り難うございました。