JP2006197697A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動装置の駆動に伴う異音の発生を抑制する。
【解決手段】 複数の駆動源（１１、１６）と、各駆動源からの駆動力を合成して被駆動部材（２０）に伝達する動力伝達機構（１２、１３、１４）とを有し、動力伝達機構のうち駆動力が合成される部分における機械的不感帯量が略５０μｍ以下である。
【選択図】 図６

Description

本発明は、複数の駆動源からの駆動力を１つの出力軸に伝達する機構を備えた駆動装置に関するものである。

複数の振動型アクチュエータを有し、各振動型アクチュエータからの駆動力を共通の出力軸に伝達する駆動装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、振動型アクチュエータの構成は、例えば特許文献２に開示されている。
特開２００１−２０５１９０号公報（段落番号００１５〜００２１、図３等） 特公平１−１７３５４号公報（３頁〜４頁、図１等）

振動型モータの応答性は、一般的に電磁モータ等に比べて非常に早く、この応答時間は数ミリ秒である。一方、振動型モータの個々の特性においては、印加される周波信号に対する振動体の振動量が微妙に異なる。このため、複数の振動型モータからの駆動力を１つの出力軸に伝達させる場合において、各振動型モータに対して同じ周波数で同じ電圧の周波信号を印加しても、振動型モータの駆動速度にバラツキが生じてしまう。

すなわち、各振動型モータと上記出力軸とを連結する動力伝達機構内のガタ量（バックラッシ）の範囲内において、各振動型モータは異なった速度で回転することになる。

ここで、２つの振動型モータのうち、目標速度での駆動指令に対して応答の遅い振動型モータに連結された動力伝達機構においては、バックラッシの範囲（数十μｍ）内でギヤが空転し、空転後に次段のギヤに衝突する。

この場合には、ギヤ間の衝突によって異音（衝突音）が発生してしまう。また、速度差が大きくなると、衝突によって駆動振動以外の振動が発生してしまう。

このように駆動振動以外の振動が発生した場合には、振動型モータにおける振動体および回転体間の接触圧が低下し、２つの振動型モータにおける駆動特性（速度差）の差に応じた不具合が生じる。すなわち、一方の振動型モータの駆動が他方の振動型モータの駆動の影響を受け、滑り音などが発生してしまう。

一方、周期的制御（デジタル制御）を行った場合には、指令周期に応じた回数で衝撃が、動力伝達機構におけるギヤ歯面や、振動型モータにおける駆動面（摩擦面）などに繰り返し加わってしまう。これにより、振動型モータや動力伝達機構の寿命が低下してしまうとともに、振動型モータのスムーズな回転を抑制してしまう。

本発明の駆動装置は、複数の駆動源と、各駆動源からの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構とを有し、前記動力伝達機構のうち前記駆動力が合成される部分における機械的不感帯量が略５０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、動力伝達機構内での衝突を抑制でき、駆動音を低減したり、耐久性を向上させたりすることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である振動型アクチュエータを備えた駆動装置の構成について、図６および図８を用いて説明する。ここで、図６（Ａ）は駆動装置の上面図、図６（Ｂ）は駆動装置の断面図を示す。また、図８は振動型アクチュエータの断面図を示す。

まず、振動型アクチュエータの構成について、図８を用いて説明する。

弾性部材１１１には、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子１１２が接着されており、弾性部材１１１および圧電素子１１２によって振動体が構成される。なお、振動体を圧電素子だけで構成することもできる。

回転体１１３は、加圧バネ１１４の付勢力（加圧力）を受けることによって弾性部材１１１に圧接している。加圧バネ１１４および回転体１１３は、回転軸１１５とともに回転可能となっている。

振動体、回転体１１３および加圧バネ１１４は、ケース１１６およびハウジング１１７によって覆われている。

上述した振動型モータ１１の構成において、駆動回路１９から圧電素子１１２に駆動用の周波信号を印加すると、例えば曲げ振動の合成による進行波としての駆動波が弾性部材１１１に形成され、振動体が振動する。そして、弾性部材１１１の駆動面に加圧接触している回転体１１３が、弾性部材１１１および回転体１１３間の摩擦によって回転し、この回転力が回転軸１１５に伝達される。

なお、本実施例では、図８に示すように環状タイプの振動型モータについて説明したが、いわゆる棒状タイプなどの振動型モータを用いることもできる。

次に、本実施例における駆動装置の構成について、図６を用いて説明する。本実施例の駆動装置では、後述するように２つの振動型モータを駆動源として用いている。なお、３つ以上の振動型モータを用いた場合でも、本発明を適用することができる。

１１は第１の振動型モータであり、１２は第１の振動型モータ１１の回転軸１１５（図８参照）に設けられた入力ギヤである。１６は第２の振動型モータであり、１７は第２の振動型モータ１６の回転軸に設けられた入力ギヤである。ここで、第２の振動型モータ１６の構成は、上述した第１の振動型モータ１１の構成と同じである。

１３は２つの入力ギヤ１２、１７と噛み合う出力ギヤであり、１４は出力ギヤ１３が設けられた出力軸である。第１の振動型モータ１１の駆動力が入力ギヤ１２を介して出力ギヤ１３に伝達されるとともに、第２の振動型モータ１６の駆動力が入力ギヤ１７を介して出力ギヤ１３に伝達されることで、２つの駆動力が合成されることになる。

出力軸１４は、不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材２０に連結されており、第１および第２の振動型モータ１１、１６の駆動力は、出力軸１４および動力伝達機構を介して被駆動部材２０に伝達される。

これにより、被駆動部材２０は動作することになる。被駆動部材２０としては、例えば、搭載されたＴＶカメラ等を旋回させる電動雲台装置の駆動部、半導体製造装置において直線動作を行わせる電動ステージ、撮影光学系内の撮影レンズを光軸方向に移動させる駆動部、画像形成装置における感光ドラムがある。

１８は出力軸１４の回転数を検出する回転検出器であり、ロータリーエンコーダ等で構成されている。１９は駆動回路であり、回転検出器１８により検出された回転数が目標回転数と略一致するように、第１および第２の振動型モータ１１、１６の圧電素子に印加する周波信号の周波数を変化させる。

上述した第１および第２の振動型モータ１１、１６や出力軸１４などは、筐体１５に支持されている。

上述した駆動装置の構成において、第１および第２の振動型モータ１１、１６で個体差が生じている場合には、上述した課題で説明したように入力ギヤ１２や入力ギヤ１７が出力ギヤ１３に衝突する場合がある。この場合には、衝突時の反力を、各振動型モータ１１、１６における回転体が受けることになる。

これにより、回転体および振動体の間で滑り現象が発生し、振動体での振動を効率良く回転体に伝えることができず、スリップ音が発生してしまう。

そこで、本実施例では、上述した不具合を抑制するために、以下に説明するような駆動を行っている。

図１は、駆動周波数ｆと振動型モータの回転数（回転速度）ｎとの関係を示している。ここで、Ｍ１は第１の振動型モータ１１の特性を示し、Ｍ２は第２の振動型モータ１６の特性を示している。

駆動周波数ｆｘにおける第１の振動型モータ１１の回転速度ω１は、駆動周波数ｆｘにおける第２の振動型モータ１６の回転速度ω２よりも低くなっており、この速度差はΔωとなっている。ここで、第１および第２の振動型モータ１１、１６の特性は、駆動装置内に組み込む前に予め測定しておくことができる。

本実施例では、上述した速度差Δωが５０ｒｐｍ（round per minute）よりも小さくなる条件下で第１および第２の振動型モータ１１、１６の駆動を行っている。すなわち、図１において、速度差Δωが５０ｒｐｍであるときの駆動周波数ｆｘよりも高周波側（図１の右側）の領域において、周波数を変化させることによって、振動型モータ１１、１６の駆動を行っている。この場合において、振動型モータ１１、１６の回転速度は、速度領域Ｄの範囲内で変化することになる。

速度差Δωを５０ｒｐｍよりも大きい値に設定した場合と、５０ｒｐｍよりも小さい値に設定した場合における、異音の発生に関する実験結果を図７に示す。図７は、所定の音量を基準とした場合において、該基準値を含む所定の領域内での音量を「中」、上記領域よりも小さい音量を「小」、上記領域よりも大きい音量を「大」として示す。

図７に示すように、速度差Δωが５０ｒｐｍよりも小さくなるように駆動を行った場合には、速度差Δωが５０ｒｐｍよりも大きくなるように駆動を行った場合に比べて、異音を低減することができた。

この実験結果からギヤ間の衝突や、振動体および回転体間の滑りが発生するのを抑制していることが分かる。ここで、速度差Δωが８０ｒｐｍ以下であれば、上述した効果を得ることができる。

一方、固有振動数の差Δｆが概ねゼロとなる特性を有する振動型モータ１１、１６を用いれば、ギヤ間の衝突などを抑制することができるとともに、振動型モータ１１、１６の回転速度を高速化させることができる。すなわち、上述した速度領域Ｄでの上限値よりも高い速度で振動型モータを駆動することができる。

次に、本発明の実施例２である駆動装置について説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同じ部材については同一符号を用いて説明する。また、本実施例における第１および第２の振動型モータ１１、１６は、図１に示す特性を有している。

図２は、本実施例の駆動装置における部分拡大図であって、出力ギヤ１３と各入力ギヤ１２、１７との関係を示している。

第２の振動型モータ１６の回転速度は、第１の振動型モータ１１の回転速度よりも速度差Δω（図１参照）の分だけ低くなっているため、目標速度に到達するまでの時間は、第１の振動型モータ１１よりも第２の振動型モータ１６が長くなる。また、出力ギヤ１３および入力ギヤ１２間のガタ量（機械的不感帯量）ｄや、出力ギヤ１３および入力ギヤ１７間のガタ量（機械的不感帯量）ｄが所定値よりも大きい場合には、入力ギヤ１２、１７の空転距離が長くなり、空転速度が上昇してしまう。

このように入力ギヤ１７の空転速度が上昇すると、入力ギヤ１７のギヤ歯が出力ギヤ１３のギヤ歯に衝突したときの衝突エネルギが上昇する。この衝突エネルギは熱又は音として放出される。

エネルギおよび速度の関係は、次式（１）で表される。

Ｅ＝Ｉω^２／２ ・・・（１）
ここで、Ｅはエネルギ、Ｉは慣性モーメント、ωは速度を示す。

上記式（１）から、速度差Δωの２乗でエネルギ（音等）が大きくなる。

なお、衝突エネルギを防止するためには、ガタ量を無くすことが好ましいが、この場合には、ギヤの伝達効率が悪くなりスムーズに回転しなくなってしまう。

本実施例では、出力ギヤ１３および入力ギヤ１２間のガタ量ｄや、出力ギヤ１３および入力ギヤ１７間のガタ量ｄを、０ｍｍよりも大きく、かつ０．０５ｍｍ以下に設定している。

ここで、ガタ量を０．０５ｍｍ以下（０ｍｍよりも大きい）の値に設定した場合と、０．０５ｍｍよりも大きい値に設定した場合において、異音の発生に関する実験結果を図７に示す。

図７の実験結果に示すように、ガタ量を０．０５ｍｍ以下の値に設定した場合には、０．０５ｍｍよりも大きい値に設定した場合に比べて、異音を抑制することができた。従って、ギヤのピッチ誤差を含みガタ量（機械的不感帯量）を０．０５ｍｍ以下に設定するのが良い。

なお、本実施例では、振動型モータを駆動源として用いているが、直流モータなどを用いることもできる。

本発明の実施例３である駆動装置について説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同じ部材については同一符号を用いて説明する。図３は、本実施例の駆動装置における部分拡大図であって、出力ギヤ１３と各入力ギヤ１２、１７との関係を示している。

本実施例では、出力ギヤ１３および入力ギヤ１２の噛み合い部分Ｇ１や、出力ギヤ１３および入力ギヤ１７の噛み合い部分Ｇ２にグリース（粘性材）を塗布している。このように噛み合い部分Ｇ１、Ｇ２にグリースを塗布することによって、グリースをダンパとして機能させることができる。なお、グリースの他にも、オイルなどの粘性材を用いることもできる。

すなわち、入力ギヤ１２のギヤ歯が出力ギヤ１３のギヤ歯に衝突する際の衝撃力や、入力ギヤ１７のギヤ歯が出力ギヤ１３のギヤ歯に衝突する際の衝撃力を、グリースによって吸収でき、異音の発生等を抑制することができる。しかも、衝撃力を吸収させることによって、衝突時の反力を抑制でき、回転体および振動体の滑りを抑制できる。

本実施例では、駆動源として、振動型モータや直流モータなどを用いることができる。

本発明の実施例４である駆動装置について説明する。ここで、実施例１の駆動装置における構成要素と同じものについては同一符号を用いて説明する。

本実施例では、第１および第２の振動型モータ１１、１６における速度差（図１のΔω）が概ね無くなるように、振動型モータ１１、１６に出力する周波信号を制御するものである。

図４は、駆動周波数ｆと、振動型モータ１１、１６の回転数ｎとの関係を示す図である。ここで、Ｍ１は第１の振動型モータ１１の特性を示し、Ｍ２は第２の振動型モータ１６の特性を示している。また、Ｍ３は、第１の振動型モータ１１に出力する周波信号の電圧を変化させた場合における振動型モータ１１の特性を示す。

駆動回路１９は、第１の振動型モータ１１に対して第１の電圧値での周波信号を出力し、第２の振動型モータ１６に対して第１の電圧値とは異なる第２の電圧値での周波信号を出力する。ここで、第１の電圧値と第２の電圧値の差は、任意の周波数における速度差Δωに対応している。

速度差Δωは、第１および第２の振動型モータ１１、１６を駆動装置内に組み込む前に予め測定した各振動型モータ１１、１６の特性Ｍ１、Ｍ２に基づいて求めることができる。

このように第１および第２の振動型モータ１１、１６を駆動することで、第１の振動型モータ１１の特性をＭ３とし、第２の振動型モータ１６の特性をＭ２とすることができる。ここで、特性Ｍ３および特性Ｍ２の交点における駆動周波数ｆｘを持つ周波信号を出力すれば、第１および第２の振動型モータ１１、１６を同一の回転速度ｎ１で駆動することができる。

このように第１および第２の振動型モータ１１、１６を同じ速度で駆動することによって、入力ギヤ１２および出力ギヤ１３間の衝突や、入力ギヤ１７および出力ギヤ１３間の衝突を抑制することができる。

なお、駆動周波数ｆｘとは異なる任意の駆動周波数で振動型モータ１１、１６を駆動する場合には、モータ特性Ｍ１、Ｍ２における上記任意の駆動周波数での速度差に対応した電圧値の差を設けて、周波信号を出力すればよい。ここで、各駆動周波数における速度差Δωと、電圧値の差とを対応付けてメモリ内に記憶させておくことができる。

本発明の実施例５である駆動装置について説明する。ここで、実施例１の駆動装置における構成要素と同じものについては同一符号を用いて説明する。

本実施例では、第１および第２の振動型モータ１１、１６における速度差（図１のΔω）が概ね無くなるように、振動型モータ１１、１６に出力する周波信号を制御するものである。以下、具体的に説明する。

図５は、駆動周波数ｆと、振動型モータ１１、１６の回転数ｎとの関係を示す図である。ここで、Ｍ１は第１の振動型モータ１１の特性を示し、Ｍ２は第２の振動型モータ１６の特性を示している。

本実施例において、駆動回路１９は、各振動型モータ１１、１６に対して異なる周波数の駆動信号を出力している。すなわち、第１の振動型モータ１１に対しては、特性Ｍ１における所定の回転速度に対応した周波数の駆動信号を出力し、第２の振動型モータ１６に対しては、特性Ｍ２における上記所定の回転速度に対応した周波数の駆動信号を出力する。

このように第１および第２の振動型モータ１１、１６を駆動することで、各振動型モータ１１、１６の回転速度を略一致させることができ、入力ギヤ１２および出力ギヤ１３間の衝突や、入力ギヤ１７および出力ギヤ１３間の衝突を抑制することができる。

２つの振動型モータにおける、駆動周波数および回転数の特性を示す図。 本発明の実施例２である駆動装置の部分拡大図。 本発明の実施例３である駆動装置の部分拡大図。 本発明の実施例４において、２つの振動型モータの駆動周波数および回転数の特性を示す図。 本発明の実施例５において、２つの振動型モータの駆動周波数および回転数の特性を示す図。 本発明の実施例１である駆動装置の上面図（Ａ）および断面図（Ｂ）。 異音の発生に関する実験結果を示す図。 実施例１における振動型モータの断面図。

符号の説明

１１、１６：振動型モータ
１２、１７：入力ギヤ
１３：出力ギヤ
１４：出力軸
１８：回転検出器
１９：駆動回路

Claims (8)

1. 複数の駆動源と、
   各駆動源からの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構とを有し、
   前記動力伝達機構のうち前記駆動力が合成される部分における機械的不感帯量が略５０μｍ以下であることを特徴とする駆動装置。
2. 複数の駆動源と、
   各駆動源からの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構とを有し、
   前記動力伝達機構のうち前記駆動力が合成される部分に粘性材を設けたことを特徴とする駆動装置。
3. 複数の駆動源と、
   各駆動源からの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、
   前記複数の駆動源における駆動速度の差が所定値以下となるように、前記各駆動源に対して駆動信号を出力する駆動回路とを有することを特徴とする駆動装置。
4. 前記駆動源は、電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加によって振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の駆動装置。
5. 第１の駆動特性を有する第１の振動型アクチュエータと、
   第２の駆動特性を有する第２の振動型アクチュエータと、
   前記第１および第２の振動型アクチュエータからの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、
   前記第１および第２の振動型アクチュエータのそれぞれに対して、これら振動型アクチュエータの駆動速度を略一致させる駆動信号を出力する駆動回路とを有することを特徴とする駆動装置。
6. 前記駆動回路は、前記第１および第２の駆動特性に基づく駆動速度の差に応じた電圧値の差を持つ駆動信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記駆動回路は、前記第１および第２の駆動特性に基づく駆動速度の差に応じた周波数の差を持つ駆動信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の駆動装置と、
   該駆動装置からの駆動力を受けて動作する被駆動部材とを有することを特徴とする装置。
   

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