JP2008148440A - 振動駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で振動音の発生を可及的に抑制し得る振動駆動装置を提供する。
【解決手段】同一構造の２つの振動体５を接触移動部材４を介して表裏反転状態で対向させて配置し、これら振動体５を同様の形態での電力供給により振動させて接触移動部材４に駆動力を付与する。２つの振動体５は、振動体５を他の部材に取り付けて支持するための支持部材３であって、この振動体５を構成する圧電セラミックス２の領域から延出された延出部３ａが形成され、この延出部３ａは対向する他方の支持部材３の延出部３ａと電気的及び機械的に接続されてなる支持部材３を有している。２つの振動体５の振動変位は、それら振動体５の圧電セラミックス２に対する同様の形態での電力供給により、前記接触移動部材に対して鏡面対称となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動体の振動を当該振動体に接触する接触移動部材に伝達することにより該接触移動部材に駆動力を付与する振動駆動装置に関し、特に接触移動部材を介して２つの振動体を対向させて配置した振動駆動装置に関する。

従来、接触移動部材を介して同一構造の２つの振動体を対向させて配置した対向型の振動駆動装置が開発されている（特許文献１，２，３，４，５参照）。対向型の振動駆動装置では、一般に、２つの振動体に対して同様の形態で電力を供給することにより同様の振動を励起し、この振動を接触移動部材に伝達することにより接触移動部材を駆動している。

また、対向型の振動駆動装置では、一般に、２つの振動体から接触移動部材に伝達される振動の方向が逆方向となって振動を打ち消し合うように構成され、接触移動部材に曲げの振動応力が加えられることはない。従って、接触移動部材を剛性の低い薄板状、或いはシート状に構成することができ、装置の小型化を図ることが可能となる。
特開平２−２１４４７５号公報 特開平３−２３１４３号公報 特開平３−２５９８４１号公報 特開平１１−３４６４８７号公報 特開２０００−３５０４８１号公報

特許文献１〜３では、前述のように、２つの振動体からの振動は打ち消し合っているが、それら振動体の支持部から支持端に伝達される振動は打ち消し合っていない。このため、振動体の支持部の支持端から周囲に振動が伝播して振動音を発するなどの問題が発生していた。

また、特許文献４，５では、振動体が上下対称に振動し、その対称中心から振動体の支持部材が延出しているので、その支持部材が振動することはなく、支持部材の支持端から周囲に振動が伝播して振動音を発することはない。

しかし、特許文献４，５では、最上部及び最下部の接触移動部材には振動体から伝播される振動を打ち消すものが無い。このため、この最上部及び最下部の接触移動部材は大きな剛性が必要となり、大型化していた。さらに、振動体の支持機能、振動体と接触移動部材との圧接力を得るためのバネ機能、圧電セラミックスに電圧を印加するための給電機能を別々の部品で実現している。このため、振動体の周辺の部品が多くなり、構造が複雑でコストが高いものになっていた。

本発明は、このような背景の下になされたもので、その目的は、簡単な構成で振動音の発生を可及的に抑制し得る振動駆動装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、２つの振動体を接触移動部材を介して対向させて配置し、該２つの振動体を電力供給により振動させて接触移動部材に駆動力を付与する振動駆動装置において、前記２つの振動体は、該振動体を他の部材に取り付けて支持するための支持部材であって、該振動体を構成する電気―機械エネルギー変換素子の領域から延出された延出部が形成され、該延出部は該電気−機械エネルギー変換素子に電力を供給するものであって、かつ、対向する他方の支持部材の延出部と電気的及び機械的に接続されてなる支持部材を有し、前記２つの振動体の延出部に対する電力供給により、該２つの振動体の振動変位が前記接触移動部材に対して鏡面対称となることを特徴とする。

前記２つの振動体の対向する支持部材の延出部は、対向する他方の支持部材の延出部と電気的及び機械的に接続されており、該２つの振動体の振動変位は前記接触移動部材に対して鏡面対称となる。換言すれば、前記２つの振動体からその支持部材の延出部にそれぞれ伝達される振動は、互いに打ち消し合うように作用する。また、２つの振動体の対向する支持部材の延出部同士は、電気的及び機械的に接続されているので、少なくとも支持機能、給電機能を果たすことが可能となっており、部品点数の低減化、構造の簡素化に寄与している。

従って、本発明によれば、簡単な構成で振動音の発生を可及的に抑制し得る振動駆動装置を提供することが可能となる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動駆動装置の振動機構を例示した分解斜視図である。

図１に示したように、この振動機構では、同一構造の２つの振動体５が接触移動部材４を介して対向状態で配置されている。接触移動部材４の形状は、丸棒状となっている。
振動体５は、互いに接合された矩形板状の弾性体１と圧電セラミックス２を有している。２つの振動体５は、弾性体１が接触移動体４の側に位置するように配置されている。弾性体１の外表面、すなわち接触移動部材４との対向面には、突起部１ａが形成さ
れている。振動体５は、この突起部１ａを介して接触移動部材４に接触し、その振動を
接触移動部材４に伝達することにより、接触移動部材４をリニア（直線的）に移動させる。

圧電セラミックス２は、電気−機械エネルギー変換素子の一種であり、その外表面には、薄板状の支持部材３が取付けられている。この支持部材３は、導電性のあるバネ部材により構成され、接合により弾性体１と一体化された圧電セラミックス２の領域から延出された延出部３ａを有している。この延出部３ａの端部３ｂには、孔３ｃが形成されている。この孔３ｃは、バネ性のある支持部材３を他の何らかの部材に取付けて、振動体５を接触移動体４に離間可能な形態で接触させるために形成されている。

なお、支持部材３は、圧電セラミックス２に電圧を供給して機械的な振動を励起させる給電機能も有している。すなわち、支持部材３は、振動体５を支持する支持機能、振動体５を接触移動部材４に離間可能な形態で接触させるためのバネ機能、機械的な振動を得るための電気エネルギーを供給する給電機能を兼備している。従って、従来は別途必要であった加圧部材、給電配線等が不要となり、小型化、軽量化を図ることが可能となる。

圧電セラミックス２は、接触移動部材４の移動方向に２分割された領域をもっている。この圧電セラミックスの構造、供給する電圧の位相による速度制御方法などに関しては特開２００４−３２０８４６に開示されているものと同様である。

図２は、圧電セラミックス２の構造、給電部材としての支持部材３と接続された圧電セラミックス２の電極の分極極性の関係を示したものである。

圧電セラミックス２は、複数層の圧電セラミックスと電極により構成されている。図２に示した破線は内部電極２ａであり、この内部電極２ａは、Ａ領域とＢ領域に分割されている。図２に示した４つの黒点２ｂは、内部電極２ａに通じるスルーホールの端面である。

スルーホール２ｂ（Ａ＋）は、Ａ領域の正の分極極性に係る電極に繋がっている。スルーホール２ｂ（Ａ−）は、Ａ領域の負の分極極性に係る電極に繋がっている。スルーホール２ｂ（Ｂ＋）は、Ｂ領域の正の分極極性に係る電極に繋がっている。スルーホール２ｂ（Ｂ−）は、Ｂ領域の負の分極極性に係る電極に繋がっている。なお、これら内部電極２ａにおける正と負の電極の個別表示は、図示省略している。

支持部材３は、圧電セラミックス２の表面に接着剤などで接合されており、不図示の導電塗料などでスルーホールの端面と電気的に接続されている。具体的には、スルーホール２ｂ（Ａ＋）は、「Ａ＋」と表記された支持部材３と接続され、スルーホール２ｂ（Ａ−）は、「Ａ−」と表記された支持部材３と接続されている。また、スルーホール２ｂ（Ｂ＋）は、「Ｂ＋」と表記された支持部材３と接続され、スルーホール２ｂ（Ｂ−）は、「Ｂ−」と表記された支持部材３と接続されている。このようにして、支持部材３は、スルーホール２ｂを介して複数層の圧電セラミックスと電気的に接続されている。

図３は、図２に示した振動体５を図１のように対向して配置したときの、上側の振動体５と下側の振動体５の電極の位置関係を示している。この場合、上側と下側の振動体５は、図２に示したＹ軸のまわりに１８０°回転されて表裏反転状態で対向している。

図３の位置関係において、上側と下側の支持部材３の対向する端部３ｂ同士が電気的に接続されるようになっている。すなわち、上側の支持部材３の端部３ｂ（Ａ＋）と下側の支持部材３の端部３ｂ（Ｂ＋）が電気的に接続され、上側の支持部材３の端部３ｂ（Ｂ＋）と下側の支持部材３の端部３ｂ（Ａ＋）が電気的に接続される。同様に、上側の支持部材３の端部３ｂ（Ａ−）と下側の支持部材３の端部３ｂ（Ｂ−）が電気的に接続され、上側の支持部材３の端部３ｂ（Ｂ−）と下側の支持部材３の端部３ｂ（Ａ−）が電気的に接続される。

なお、実際には、これら支持部材３の対向する端部３ｂ（すなわち電極）同士は、導電性部材により、電気的に接続されると同時に機械的にも接続される。

次に、図１〜３に示した振動機構の駆動方法、及び振動体５に供給される電圧と振動体５の振動モード（形状）について説明する。ここで、圧電セラミックス２のＡ領域の電極Ａ＋とＡ−との間に印加される交流電圧をＶａ、Ｂ領域の電極Ｂ＋とＢ−との間に印加される交流電圧をＶｂとする。

この交流電圧Ｖａ，Ｖｂを第１の振動モードの固有振動数に近い周波数で、かつ同位相の交流電圧にすると、圧電セラミックス２の全体（２つの領域）が同位相で伸縮するので、振動体５には、図４（ａ）に示したような第１の振動モードの振動が発生する。この第１の振動モードでは、接触移動部材４と接触する突起部１ａは、接触移動部材４の移動方向と直交する方向、すなわち接触移動部材４と接触・分離する接触分離方向に振動する。

また、交流電圧Ｖａ，Ｖｂを第２の振動モードの固有振動数に近い周波数で、かつ位相が１８０°ずれた交流電圧にすると、圧電セラミックス２のＡ領域とＢ領域とでは、伸縮の位相が反転する。この結果、振動体５には、図４（ｂ）に示したような第２の振動モードの振動が発生する。この第２の振動モードでは、接触移動部材４と接触する突起部１ａは、接触移動部材４の移動方向、すなわち接触移動部材４の駆動方向に振動する。

すなわち、交流電圧ＶａとＶｂのベクトルの合成ベクトルが第１の振動モードの振動を発生させる電圧ベクトルとなり、交流電圧Ｖａと−Ｖｂのベクトルの合成ベクトルが第２の振動モードの振動を発生させる電圧ベクトルとなる。

図５は、印加する交流電圧Ｖａ，Ｖｂと、第１，第２の振動モードとの関係を示したものである。図５に示したように、印加電圧ＶａとＶｂの振幅（ＶａおよびＶｂのベクトルの大きさ）を等しくしておくと、ＶａとＶｂの位相差θにかかわらず、（Ｖａ＋Ｖｂ）と（Ｖａ−Ｖｂ）のベクトルが直交することとなる。

そこで、印加電圧ＶａとＶｂの振幅を等しくして位相差θを−９０°≦θ≦９０°の範囲で変化させると、突起部１ａの先端の振動軌跡は、図６に示すように変化する。なお、図６の左側に縦方向に列記した数値は、印加電圧ＶａとＶｂの位相差θを示している。また、図６の縦方向の２列目，３列目に列記した形状は、それぞれ、その左側に列記した位相差θに対応する２つの突起部１ａの先端の振動軌跡を示している。

この振動軌跡をグラフで示すと、図７のようになる。図７において、横軸は印加電圧ＶａとＶｂの位相差θを示している。また、縦軸は、各突起部１ａの振動振幅を示し、
駆動方向（接触移動部材４の移動方向）と垂直な方向（接触分離方向）の振動に対して、位相差θが＋側のとき正、−側のとき負としている。

この振動軌跡の特徴は、次のようになる。すなわち、駆動方向と垂直な接触分離方向の振動と駆動方向の振動は、常に直交している。また、接触分離方向の振動振幅はほぼ一定であり、駆動方向の振動振幅はほぼ直線的に変化している。さらに、駆動方向の振動は、ＶａとＶｂの位相差θがゼロとなる状態を境にして位相差θが＋側から−側へ、或いは−側から＋側へと反転し、接触移動部材４の移動方向が反転する。

このような振動軌跡で突起部１ａの先端を接触移動部材４に接触させることにより、接触移動部材４をその軸の方向に前進、後退させることができる。特に、ＶａおよびＶｂの電圧振幅を同じにし、ＶａとＶｂの位相差θを徐々に変化させることにより、接触移動部材４の駆動速度を前進から後退まで滑らかに変化させることができる。

次に、上記のような振動を発生する振動体５を、図３に示すように配置した場合の上下の振動体５の振動の関係を説明する。

前述のように、上側の電極３ｂ（Ａ＋）と下側の電極３ｂ（Ｂ＋）、上側の電極３ｂ（Ｂ＋）と下側の電極３ｂ（Ａ＋）が電気的に接続される。同様に、上側の電極３ｂ（Ａ−）と下側の電極３ｂ（Ｂ−）、上側の電極３ｂ（Ｂ−）と下側の電極３ｂ（Ａ−）が電気的に接続される。

ここで、上側の電極３ｂ（Ａ＋）と下側の電極３ｂ（Ｂ＋）が接続された部分を改めてＡ１端子と称することとする。同様に、上側の電極３ｂ（Ｂ＋）と下側の電極３ｂ（Ａ＋）が接続された部分をＢ１端子、上側の電極３ｂ（Ａ−）と下側の電極３ｂ（Ｂ−）が接続された部分を改めてＡ２端子と称することとする。また、上側の電極３ｂ（Ｂ−）と下側の電極３ｂ（Ａ−）が接続された部分を改めてＢ２端子と称することとする。

Ａ１端子とＡ２端子の間に交流電圧Ｖａを、Ｂ１端子とＢ２端子の間に交流電圧Ｖｂを印加する。Ｖａ、Ｖｂは等しい電圧振幅でその位相差θを−９０°≦θ≦９０°の範囲で変化させると、図４に示すような第１の振動モードと第２の振動モードの振動を発生する。

この際、同じ分極極性の電極に同じ電位が印加されるので、上側の振動体５と下側の振動体５の対向する分極領域では同じ振動変位を発生する。また、上側と下側の振動体５は、一方をＹ軸のまわりに１８０°回転させて表裏反転させた状態で対向しているので、図８に示したように、上下の振動体５の振動変位は、接触移動部材４に対して鏡面対称になる。

また、図９に示したように、接触移動部材４に接触する上側と下側の突起部１ａも接触移動部材４の両側から対向する位置関係となっている。従って、接触分離方向（図９では上下方向）の接触力に関しては、上下の突起部１ａは、接触移動部材４に対して同じタイミングで逆方向に同じ力をかけることになる。このため、接触移動部材４に曲げの振動応力が加えられることはなく、曲げ振動を発生することがなくなり、接触移動部材４を一定方向に滑らかに移動させることが可能となる。

さらに、支持部材３も鏡面対称に変位するが、上下の振動体５の支持部材３の端部３ｂは、電気的に接続されるだけでなく機械的にも接続される。このため、上下の支持部材３の端部３ｂに伝わった振動は互いに打ち消し合うこととなる。従って、端部（電極３ｂ）での振動変位がほぼゼロとなって、端部（電極３ｂ）はほぼ静止状態となる。ほぼ静止状態の支持部材３の端部３ｂを他の部材に固定すれば、他の部材への振動伝播をほぼ完全に抑制することができる。換言すれば、支持部材３の端部３ｂから周囲に振動が伝播して振動音が発生するのを抑制することができる。

上記の説明から明らかなように、２つの振動体５の互いに対向する支持部材３の端部３ｂには、同相の交流電圧を印加すればよいので、周辺の配線回路を簡素化することができる。なお、上下の振動体５の支持部材３の端部３ｂは、実際には、直接接続されるだけでなく、図１０に示したように、他の部材を介して間接的に接続しても良い。

図１０は、リニア型の振動駆動装置をレンズの駆動に使った場合の構成を示している。

図１０では、丸棒状の接触移動部材４は、微小なクリアランスでレンズガイド６に嵌合されている。このレンズガイド６には、レンズ枠７が一体に取り付けられ、レンズガイド６は、このレンズ枠７に装着されたレンズ（図示省略）の移動方向をガイドする。レンズガイド６の取り付け位置とは反対側のレンズ枠７の位置には、溝部が形成され、この溝部に丸棒状の回転止め８が嵌合されている。

２つの振動体５は、支持部材３の端部３ｂに形成された孔３ｃを介して、導電性のあるネジ９によりレンズガイド６に固定される。これにより、レンズガイド６の嵌合孔を通る接触移動部材４に対して、上下の振動体５の弾性体１（厳密には突起部１ａ）が押圧される。さらに、上下の振動体５の対向する支持部材３の端部３ｂ同士が電気的、且つ機械的に接続される。

従って、上下の支持部材３の端部３ｂに伝わった上記の鏡面対称の振動は、互いに打ち消し合うような形態でレンズガイド６に作用する。このため、たとえレンズガイド６と接触移動部材４との間にクリアランスが有ったとしても、レンズガイド６の振動、及び振動音の発生を抑制することができる。

また、導電性のあるネジ９により、上下の振動体５の対向する支持部材３の端部３ｂ同士を電気的、且つ機械的に接続することにより、従来別途に必要であったフレキシブルプリント基板などの配線部材が不要となる。

なお、上記のように、レンズガイド６の振動を抑制することができるので、レンズガイド６の剛性はそれほど高くなくてもよい。従って、レンズガイド６の接触分離方向の厚みを薄くして薄板状にしても良い。この場合、小型化、コスト低減化にも寄与するが、接触移動部材４も同時に薄板状にすれば、より一層の小型化、コスト低減化を図ることが可能となる。

さらに、図１０におけるネジ９の代わりに、少なくともレンズガイド６の孔６ｃに挿入される部分がネジ部となっていない導電性の棒材を用いることも可能である。この場合は、上下の振動体５をレンズガイド６に直接載せた状態で、上下の支持部材３の端部３ｂに形成された孔３ｃとレンズガイド６の孔６ｃとの位置合わせを行う。この状態で、上下の孔３ｃ、及びレンズガイド６の孔６ｃ棒材を貫通させる。そして、上下の孔３ｃ、又はその近傍の部分では、支持部材３の端部３ｂを棒材に固着させる。

このような形態で上下の振動体５の支持部材３の端部３ｂを機械的に接合した場合は、上下の支持部材３の端部３ｂに伝わった振動が互いに打ち消し合う作用が高くなり、レンズガイド６の振動、及び振動音の発生をより一層抑制することが可能となる。

上記のように棒材を用いた場合は、弾性体で構成されたワッシャ状の部材を棒材に装着し、このワッシャ状の部材を支持部材３の端部３ｂとレンズガイド６との間に介在させることが望ましい。このようにすることで、万一、接合された支持部材３の端部３ｂが振動したとしても、その振動を弾性体で構成されたワッシャ状の部材で吸収することができる。

なお、上記の例ではＶａとＶｂの位相差θを−９０°≦θ≦９０°の範囲で変化させているが、ＶａとＶｂの初期の位相差θを−９０°以下、或いは＋９０°以上として１８０°の範囲で変化させるようにしても同等の効果を奏することができる。この場合、振動振幅で駆動方向と垂直な方向（接触分離方向）の振動が減少していくが、駆動制御は可能である。

また、支持部材３の延出部３ａは、図１１に示したように、振動体５の中心部に向かって延伸するような形態であってもよい。また、支持部材３の延出部３ａは、図１２に示したように、接触移動部材４が前進する方向、又は後退する方向の一方の方向にだけ延出するような形態であってもよい。

図１１，１２の何れの形態であっても、一方の振動体５をＹ軸まわりに１８０°回転させて２つの振動体５を表裏反転状態で対向させれば、対向する電極３ｂ同士の極性の関係は、図３の場合と全く同様となる。従って、図１１，１２の振動体５を用いる場合は、対向する電極３ｂ同士を電気的、及び機械的に接続し、前述のような形態で電圧を印加する。

これにより、対向する２つの振動体５の振動変位が接触移動部材４に対して鏡面対称となる。この場合、対向する２つの振動体５からそれらの支持部材３の端部（電極３ｂ）に伝達される振動同士は互いに打ち消し合うこととなる。従って、端部（電極３ｂ）での振動変位がゼロとなって、端部（電極３ｂ）はほぼ静止状態となるので、端部（電極３ｂ）から周囲に振動が伝播して振動音が発生するのを防止することができる。

図１３に示した振動体５では、支持部材３の端部（電極）３ｂのＢ側の極性が、図２の場合と逆転した状態となっている。

この場合は、一方の振動体５をＹ軸まわりに１８０°回転させて２つの振動体５を表裏反転状態で対向させ、対向する電極３ｂ同士を電気的に接続したとしても、互いに異なる極性の電極同士が接続されてしまう。換言すれば、前述のような形態で電圧を印加しても、対向する２つの振動体５の振動変位が接触移動部材４に対して鏡面対称とはならず、上記の効果が得られなくなる。

従って、図１３に示した振動体５を用いる場合は、上記の効果を得るために次のような形態で電極３ｂ同士を電気的に接続する。すなわち、対向する支持部材３の電極３ｂは、電気的には分離して、別途の配線により、上側の電極３ｂ（Ａ＋）と下側の電極３ｂ（Ｂ＋）、上側の電極３ｂ（Ｂ＋）と下側の電極３ｂ（Ａ＋）を電気的に接続する。同様に、別途の配線により、上側の電極３ｂ（Ａ−）と下側の電極３ｂ（Ｂ−）、上側の電極３ｂ（Ｂ−）と下側の電極３ｂ（Ａ−）を電気的に接続する。

また、図１３に示した振動体５を用いる場合であっても、機械的には、対向する電極３ｂ同士を接続する。これにより、前述のような形態で電圧を印加することにより、振動体５、支持部材３の振動変位が鏡面対称となり、上記の効果が得られることとなる。

振動体５の支持部材３は、図１４に示したように構成することも可能である。図１４の振動体５を用いる場合は、一方の振動体５をＸ軸まわりに１８０°回転させて２つの振動体５を表裏反転状態で対向させる。この場合、上下の電極３ｂは、（Ａ＋）と（Ａ＋）、（Ａ−）と（Ａ−）、（Ｂ＋）と（Ｂ＋）、（Ｂ−）と（Ｂ−）の形態で対向することとなり、対向する電極３ｂの領域（Ａ領域、Ｂ領域）が図３，１１，１２の場合と異なっている。しかし、対向する２つの電極３ｂの極性は同一となる。

従って、図１４に示した振動体５を用いる場合は、対向する電極３ｂ同士を電気的、及び機械的に接続する。そして、Ａ領域，Ｂ領域の電極３ｂの接続に係る端子には、それぞれ前述のような形態でＶａ，Ｖｂを印加する。これにより、図３，１１，１２，１３の場合と同様の効果が得られる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態に係る振動体は、リニア駆動型の振動体であったが、回転駆動型の振動体においても、第1の実施の形態と同様に、２つの振動体の支持部材の端部の振動変位が、接触移動部材に対して鏡面対称となるように構成することも可能である。

図１５は、本発明の第２の実施の形態に係る振動駆動装置の回転駆動型の振動機構を例示した分解斜視図である。

図１５に示したように、この振動機構では、同一構造の２つの振動体５０が接触移動部４０を介して対向して配置されている。この接触移動部材４０の形状は、円板状となっている。接触移動部材４０の中心部には、シャフト６０が固定状態で貫通されている。

振動体５０は、互いに接合された中空円板状の弾性体１０と圧電セラミックス２０を
有している。２つの振動体５０は、弾性体１０が接触移動体４０の側に位置するように配置されている。弾性体１０の外表面、すなわち接触移動部材４０との対向面には突起部１０ａが形成されている。振動体５０は、この突起部１０ａを介して接触移動部材４０に接触し、その振動を接触移動部材４０に伝達することにより、接触移動部材４０を回転させる。この接触部材４０の回転力は、シャフト６０を介して他の部材（図示省略）に伝達される。

圧電セラミックス２０は、電気−機械エネルギー変換素子の一種であり、その外表面には、薄板状の支持部材３０が取付けられている。この支持部材３０は、導電性のあるバネ部材により構成され、接合により弾性体１０と一体化された圧電セラミックス２０の領域から延出された略Ｌ字状の延出部３０ａを有している。この延出部３０ａの端部３０ｂには、孔３０ｃが形成されている。この孔３０ｃは、バネ性のある支持部材３０を他の何らかの部材に取付けて、振動体５０を離間可能な形態で接触移動体４０に接触させるために形成されている。

なお、支持部材３０は、圧電セラミックス２０に電圧を供給して機械的な振動を励起させる給電機能も有している。すなわち、支持部材３０は、振動体５０を支持する支持機能、振動体５０を離間可能な形態で接触移動部材４０に接触させるためのバネ機能、機械的な振動を得るための電気エネルギーを供給する給電機能を兼備している。従って、従来は別途必要であった加圧部材、給電配線等が不要となり、小型化、軽量化を図ることが可能となる。

図１６は、給電部材としての支持部材３０と、それに接続された圧電セラミックス２の電極の分極極性との関係を示したものである。

圧電セラミックス２０は、接触移動部材４０の回転方向に６分割された電極領域をもっている。この６つの電極領域は、図６に「Ａ＋」、「Ａ−」「、Ｂ＋」、「Ｂ−」と示したように、交互にＡ領域とＢ領域に分類されている。３つのＡ領域には、同じ電圧が印加される。同様に、３つのＢ領域にも同じ電圧が印加される。なお、図１５に示した突起部１０ａは、Ａ領域とＢ領域の境界位置に対応する弾性体１０上の位置に１２０°のピッチで３箇所に形成されている。

圧電セラミックス２０は、複数層の圧電セラミックスと電極により構成されている。図１６に示した破線は内部電極２０ａであり、この内部電極２０ａは、前述のようにＡ領域とＢ領域に分割されている。図１６中の１２個の黒点は、内部電極２０ａに通じるスルーホールの端面を示している。

スルーホール２０ｂ（Ａ＋）は、Ａ領域の正の分極極性に係る電極に繋がっている。スルーホール２０ｂ（Ａ−）は、Ａ領域の負の分極極性に係る電極に繋がっている。スルーホール２０ｂ（Ｂ＋）は、Ｂ領域の正の分極極性に係る電極に繋がっている。スルーホール２０ｂ（Ｂ−）は、Ｂ領域の負の分極極性に係る電極に繋がっている。なお、これら内部電極２０ａにおける正と負の電極の個別表示は、図示省略している。

支持部材３０は、圧電セラミックス２０の外表面の外周部に接着剤などで接合されており、不図示の導電塗料などでスルーホールの端面と電気的に接続されている。具体的には、スルーホール２０ｂ（Ａ＋）は、「Ａ＋」と表記された支持部材３０と接続され、スルーホール２０ｂ（Ａ−）は、「Ａ−」と表記された支持部材３０と接続されている。また、スルーホール２０ｂ（Ｂ＋）は、「Ｂ＋」と表記された支持部材３０と接続され、スルーホール２０ｂ（Ｂ−）は、「Ｂ−」と表記された支持部材３０と接続されている。このように、支持部材３０は、スルーホール２０ｂを介して複数層の圧電セラミックス２０と電気的に接続されている。

圧電セラミックス２０は、６つの領域に区分され、これら領域はそれぞれ正と負の電極（内部電極）を有しているので、合計で１２の内部電極を有していることになる。これに対し、支持部材３０及び延出部３０ａの数は、「６」となっている。このように、支持部材３０及び延出部３０ａの数を圧電セラミックス２０正と負の分極極性に係る内部電極の総数よりも少なくすることにより、支持構造、給電配線構造を簡素化することができ、振動駆動装置の小型化、低価格化等を図ることもできる。

図１７は、図１６に示した電極の分極極性の振動体５０を図１５のように対向して配置した場合の、左側の振動体５０と右側の振動体５０の電極の位置関係を示している。この場合、左側と右側の振動体５０は、その一方が図１６に示したＹ軸のまわりに１８０°回転されて表裏反転状態で対向している。

図１７の位置関係において、左側と右側の支持部材３０の端部３０ｂは、対向するもの同士が電気的に接続されるようになっている。すなわち、左側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ａ＋）と右側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ｂ＋）が電気的に接続され、左側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ｂ＋）と右側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ａ＋）が電気的に接続される。同様に、左側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ａ−）と右側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ｂ−）が電気的に接続され、左側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ｂ−）と右側の支持部材３０の端部３０ｂ（Ａ−）が電気的に接続される。

なお、実際には、これら支持部材３０の対向する端部３０ｂ（すなわち電極）同士は、導電性部材により、電気的に接続されると同時に機械的にも接続される。

次に、図１５〜１７に示した振動機構の駆動方法、及び振動体５０に供給される電圧と振動体５０の振動モード（形状）について説明する。ここで、第１の実施の形態と同様に、圧電セラミックス２０のＡ領域の電極Ａ＋とＡ−との間に印加される交流電圧をＶａ、Ｂ領域の電極Ｂ＋とＢ−との間に印加される交流電圧をＶｂとする。

この交流電圧Ｖａ，Ｖｂを第１の振動モードの固有振動数に近い周波数で、かつ同位相の交流電圧にすると、圧電セラミックス２０の全体（６つの領域）が同位相で伸縮するので、振動体５０には、第１の振動モードの振動が発生する。

この第１の振動モードでは、図１８に示したように、中空円板状の弾性体１０の内径付近が凹み（外径付近は出っ張る）、１／２周期後には逆に外径付近が凹む（内径付近は出っ張る）形態で圧電セラミックス２０が振動する。この第１の振動モードの振動により、弾性体１０の突起部１０ａの先端は、接触移動部材４０と接触したり分離したりする。

また、交流電圧Ｖａ，Ｖｂを第２の振動モードの固有振動数に近い周波数で、かつ位相が１８０°ずれた交流電圧にすると、圧電セラミックス２０のＡ領域とＢ領域とでは、伸縮の位相が反転する。この結果、圧電セラミックス２０、すなわち振動体５０の弾性体１０には、図１９に示したような第２の振動モードの振動が発生する。この第２の振動モードでは、中空円板状の弾性体５０に周方向に３つの山と３つの谷ができ、１／２周期後には山が谷に、谷が山に変化する形態で圧電セラミックス２０が振動する。この第２の振動モードの振動により、弾性体１０の突起部１０ａの先端は周方向に往復振動する。

第１の振動モードによる接触／分離の振動と、第２の振動モードによる周方向振動との組み合わせにより、接触移動部材４０は回転することになる。この場合、回転型の振動駆動機構においても、不感帯のない滑らかな駆動制御が実現される。

なお、接触移動部材４０を回転させるための交流電圧ＶａとＶｂのベクトル関係や位相差θの制御等は、第１の実施の形態において図５〜図７等を用いて説明した通りなので、ここではその詳細な説明を省略する。

次に、上記のような振動を発生する振動体５を、図１７に示すように配置した場合の左右の振動体５０の振動の関係を説明する。

前述のように、左側の電極３０ｂ（Ａ＋）と右側の電極３０ｂ（Ｂ＋）、左側の電極３０ｂ（Ｂ＋）と右側の電極３０ｂ（Ａ＋）が電気的に接続される。同様に、左側の電極３０ｂ（Ａ−）と右側の電極３０ｂ（Ｂ−）、左側の電極３０ｂ（Ｂ−）と右側の電極３０ｂ（Ａ−）が電気的に接続される。

ここで、左側の電極３０ｂ（Ａ＋）と右側の電極３０ｂ（Ｂ＋）が接続された部分を改めてＡ１端子と称することとする。同様に、左側の電極３０ｂ（Ｂ＋）と右側の電極３０ｂ（Ａ＋）が接続された部分をＢ１端子、左側の電極３０ｂ（Ａ−）と右側の電極３０ｂ（Ｂ−）が接続された部分を改めてＡ２端子称することとする。また、左側の電極３０ｂ（Ｂ−）と右側の電極３０ｂ（Ａ−）が接続された部分を改めてＢ２端子と称することとする。

Ａ１端子とＡ２端子の間に交流電圧Ｖａを、Ｂ１端子とＢ２端子の間に交流電圧Ｖｂを印加する。Ｖａ、Ｖｂは等しい電圧振幅でその位相差θを−９０°≦θ≦９０°の範囲で変化させると、図１８に示した第１の振動モード、図１９に示した第２の振動モードの振動を発生する。

この場合、左右の振動体５０は、一方をＹ軸のまわりに１８０°回転させて表裏反転された状態で対向し、左右の振動体５０の対向する分極領域では、同じ分極極性の電極に同じ電位が印加される。従って、左側の振動体５０の対向する領域では、同じ振動変位が発生し、左右の振動体５０の振動変位は、接触移動部材４０に対して鏡面対称となる。

また、接触移動部材４０に接触する左側と右側の突起部１０ａも接触移動部材４０の両側から対向する位置関係となっている（図１５，１７参照）。従って、接触分離方向（図１５，１７では左右方向）の接触力に関しては、左右の突起部１０ａは、接触移動部材４０に対して同じタイミングで逆方向に同じ力をかけることになる。このため、接触移動部材４０に曲げの振動応力が加えられることはなく、曲げ振動を発生することがなくなる。

さらに、支持部材３０も鏡面対称に変位するが、左右の振動体５０の支持部材３０の端部３０ｂは、電気的に接続されるだけでなく機械的にも接続されている。このため、左右の支持部材３０の端部３０ｂに伝わった振動は互いに打ち消し合うこととなる。従って、端部３０ｂ（電極）での振動変位がほぼゼロとなって、端部３０ｂ（電極）はほぼ静止状態となる。ほぼ静止状態の支持部材３０の端部３０ｂを他の部材に固定すれば、他の部材の振動をほぼ完全に抑制することができる。換言すれば、支持部材３の端部３ｂから周囲に振動が伝播して振動音が発生するのを抑制することができる。

上記の説明から明らかなように、２つの振動体５０の互いに対向する支持部材３０の端部３０ｂには、同相の交流電圧を印加すればよいので、周辺の配線回路を簡素化することができる。なお、左右の振動体５０の支持部材３０の端部３０ｂは、具体的には、ハンダ等で直接接合されるだけでなく、図２０に示したように、他の部材を用いて接続されても良い。

図２０は、回転駆動型の振動機構を装置に実装する場合の実装形態を示す図である。図２０では、左右の振動体５０を左右のケース１１０で囲ってネジ１００で固定している。具体的には、左右の振動体５０の支持部材３０の端部３０ｂに形成された孔３０ｃと、左右のケース１１０に形成されたネジ孔１１０ａにネジ１００を捩り込むことにより、左右の振動体５０を左右のケース１１０に収納している。

この場合、円板上の接触移動部材４０に装着されたシャフト６０は、左右のケース１１０の中心に設けられた軸受１１０ａにより軸支される。また、図２０から明らかなように、左右の振動体５０の支持部材３０の間には、それらの弾性体１０を接触移動部材４０に接触させた場合に、左右の弾性体１０と圧電セラミックス２０の厚さの分だけの隙間が生じる。従って、左右の振動体５０の支持部材３０の弾性により、左右の振動体５０、厳密には、その弾性体１０は、接触移動部材４０に圧接される。この圧接力は、左右の支持部材３０の端部３０ｂの間にスペーサ１２０を挿入することにより、調節することができる。

さらに、ネジ１００は導電性のある部材で構成されているので、左右の振動体５０の対向する支持部材３０の端部３０ｂは、電気的に接続されるだけでなく、機械的にも接合される。従って、左右の支持部材３０の端部３０ｂに伝わった上記の鏡面対称の振動は、互いに打ち消し合うこととなり、左右の支持部材３０の端部３０ｂでの振動、及び振動音の発生を抑制することができる。

また、導電性のあるネジ１００により上下の振動体５０の支持部材３０の端部３０ｂを電気的、且つ機械的に接続することにより、従来別途に必要であったフレキシブルプリント基板などの配線部材が不要となる。

給電部材としての支持部材３０と、それに接続された圧電セラミックス２０の電極の分極極性との関係は、図２１に示したように構成することも可能である。図２１の構成では、図１６に示した下側の４つの−極を短絡して１つのグランドラインの共通電極Ｇとしている。また、図１６の右上の「Ａ＋」極は、図２１の構成では左下の「Ａ＋」極に対応している。また、図１６左上の「Ｂ＋」極は、図２１の構成では右下の「Ｂ＋」極に対応している。

図２１のように構成された２つの振動体５０を用いる場合は、その一方の振動体を１８０°回転させて表裏反転状態で対向させ、対向する支持部材３０の端部３０ｂ同士を電気的、機械的に接続する。この場合、図２１の状態の振動体５０が図１７の左側の振動体５０に相当するものと仮定すると、図２１の左下の「Ａ＋」極と、それに接続された「Ｂ＋」極が前述のＡ１端子に相当する。また、図２１の右下の「Ｂ＋」極と、それに接続された「Ａ＋」極が前述のＢ１端子に相当する。

従って、駆動する場合は、共通電極Ｇに係る端子をグランドラインに接続した状態で、上記のＡ１端子に交流電圧Ｖａを印加し、Ｂ１端子に交流電圧Ｖｂを印加する。この際、交流電圧Ｖａ、Ｖｂの電圧振幅を同じにして、その位相差θを−９０°≦θ≦９０°の範囲で変化させることにより、図１８に示した第１の振動モード、図１９に示した第２の振動モードの振動を発生させる。この場合も図１７の場合と全く同様の効果が得られる。

図２１に示した振動体５０の場合は、電極としての支持部材３０及び延出部３０ａの数が３つだけであり、グランドに係る電極を除いた実質的な駆動制御に係る電極は２つだけである。従って、図１６の振動体５０よりも駆動制御回路（図示省略）の簡素化、振動駆動装置の小型化、低価格化等の成果をあげることが可能となる。

給電部材としての支持部材３０と、それに接続された圧電セラミックス２０の電極の分極極性との関係は、図２２に示したように構成することも可能である。図２２の構成では、圧電セラミックス２０の各分極領域に対応させて、それぞれ２つの支持部材３０を配設している。

図２２のように構成された２つの振動体５０を用いる場合も、その一方の振動体を１８０°回転させて表裏反転状態で対向させ、対向する支持部材３０の端部３０ｂ同士を電気的、機械的に接続する。この場合、図２２の状態の振動体５０が図１７の左側の振動体５０に相当するものと仮定すると、前述のＡ１端子、Ａ２端子、Ｂ１端子、Ｂ２端子は、図２２に示したようになる。

従って、駆動する場合は、図１７の場合と全く同様の形態でＡ１端子、Ａ２端子、Ｂ１端子、Ｂ２端子に、交流電圧Ｖａ、交流電圧Ｖｂを印加することにより、図１７の場合と全く同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることはなく、種々応用変形することが可能である。例えば、第２の実施の形態では、圧電セラミックス２０を６つの領域に分割し、第２の振動モードを３つの山と谷ができるモードとし、接触移動部材４０と接触する３つの突起部１０ａを形成した。

しかし、山、谷、突起部１０ａの数は、数式１を満たすものであれば任意に変更することができる。

［数１］
ｍ＝ｎ＝Ｐ／２
ただし、Ｐ：分割に係る領域の数、ｍ：山の数（谷の数）、ｎ＝突起部の数
例えば、圧電セラミックス２０を８つの領域に分割して、第２の振動モードを４つの山と谷ができるモードとし、接触移動部材４０と接触する突起部１０ａの数を「４」としてもよい。

また、支持部材の延出部は、支持機能、バネ機能、給電機能の３つの機能を兼備している必要はなく、これら機能のうち何れか２つの機能を兼備するだけでもよい。

さらに、電気―機械エネルギー変換素子は、積層型やセラミックス製である必要はなく、上記の各実施の形態に係る機能を果たす範囲内で他の種類の電気―機械エネルギー変換素子を用いることも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るリニア駆動型の振動駆動装置の振動機構の構成を示す分解斜視図である。 図１に示した振動機構の支持部材と圧電セラミックスとの電極の対応関係を説明するための図である。 ２つの振動体を対向して配置したときのこれら振動体の電極の位置関係等を説明するための図である。 上記振動体に励起される２つの振動モードに係る振動を示す模式図である。 上記振動体に印加する電力と上記２つの振動モードとの関係を説明するための図である。 上記振動体に形成された突起部の先端の振動軌跡を示す図である。 上記振動体の圧電セラミックスに印加する交流電圧の位相差と、圧電セラミックスに励起される各方向の振動の振幅との関係を示す図である。 上記２つの振動体に励起される振動の関係を示す模式図である。 上記２つの振動体に形成された突起部の位置関係を説明するための図である。 図１等に示したリニア駆動型の振動機構をカメラ等のレンズ駆動用に用いた場合の構成を示す斜視図である。 リニア駆動型の振動駆動装置の振動機構の支持部材の変形例を示す図である。 リニア駆動型の振動駆動装置の振動機構の支持部材の他の変形例を示す図である。 リニア駆動型の振動駆動装置の振動機構の支持部材の他の変形例を示す図である。 リニア駆動型の振動駆動装置の振動機構の支持部材の他の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転駆動型の振動駆動装置の振動機構の構成を示す分解斜視図である。 図１５に示した回転駆動型の振動機構の支持部材と圧電セラミックスとの電極の対応関係を説明するための図である。 ２つの振動体を対向して配置したときのこれら振動体の電極の位置関係等を説明するための図である（第２の実施の形態）。 上記振動体に励起される第１の振動モードに係る振動を示す模式図である（第２の実施の形態）。 上記振動体に励起される第２の振動モードに係る振動を示す模式図である。 図１５等に示した回転駆動型の振動機構を装置に実装する場合の実装形態を示す斜視図である。 回転駆動型の振動駆動装置の振動機構の支持部材の変形例を示す図である。 回転駆動型の振動駆動装置の振動機構の支持部材の他の変形例を示す図である。

符号の説明

２，２０…圧電セラミックス（電気−機械エネルギー変換素子）
２ａ，２０ａ…内部電極
２ｂ，２０ｂ…スルーホールの端部
３，３０…支持部材
３ａ，３０ａ…支持部材の延出部
４，４０…接触移動部材
５，５０…振動体
１０，１００…ネジ

Claims (10)

1. ２つの振動体を接触移動部材を介して対向させて配置し、該２つの振動体を電力供給により振動させて接触移動部材に駆動力を付与する振動駆動装置において、
   前記２つの振動体は、該振動体を他の部材に取り付けて支持するための支持部材であって、該振動体を構成する電気―機械エネルギー変換素子の領域から延出された延出部が形成され、該延出部は該電気−機械エネルギー変換素子に電力を供給するものであって、かつ、対向する他方の支持部材の延出部と電気的及び機械的に接続されてなる支持部材を有し、
   前記２つの振動体の延出部に対する電力供給により、該２つの振動体の振動変位が前記接触移動部材に対して鏡面対称となることを特徴とする振動駆動装置。
2. 前記支持部材の延出部は、バネ部材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動駆動装置。
3. 前記支持部材の延出部は、導電性のあるバネ部材により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の振動駆動装置。
4. 前記電気―機械エネルギー変換素子は、それぞれ正と負の分極極性が付与される複数の領域に区分され、前記支持部材及び延出部は、該複数の領域の正と負の分極極性に係る電力を供給し得るように複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動駆動装置。
5. 前記複数の支持部材及び延出部の数は、前記電気―機械エネルギー変換素子の正と負の分極極性に係る内部電極の総数より少数であることを特徴とする請求項４に記載の振動駆動装置。
6. 前記複数の支持部材及び延出部は、前記振動体の中心を通る所定の直線に対して対称となる位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の振動駆動装置。
7. 前記複数の支持部材の延出部には、前記振動体を前記接触移動部材と対向する方向に振動させる第１の振動と、該対向する方向と直交する方向であって該接触移動部材の所定の駆動方向に振動させる第２の振動とを励起するように前記電力供給が行われることを特徴とする請求項４に記載の振動駆動装置。
8. 前記複数の支持部材及び延出部は、前記電気―機械エネルギー変換素子の複数の領域、及び正と負の分極極性に基づいて２つのグループに分けられ、該２つのクループの延出部には、それぞれ同一の電圧振幅であって互いに位相がずれた交流電圧が印加されることを特徴とする請求項４に記載の振動駆動装置。
9. 前記振動体は、矩形板状であって前記電力供給により前記接触移動部材を直線的に駆動するための振動を発生することを特徴とする請求項１に記載の振動駆動装置。
10. 前記振動体は、中空円板状であって前記電力供給により前記接触移動部材を回転駆動するための振動を発生することを特徴とする請求項１に記載の振動駆動装置。

Images