JP2008172967A - 線状駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】線状に移動する線状駆動装置を提供する。
【解決手段】案内部１００は、移動方向に沿って延在して動作部２００が駆動力を発生した場合に当該駆動力を受ける案内面１１０、１１２と、移動方向に沿って延在して動作部２００が発生する駆動力の有無にかかわらず動作部２００に接して支持する底部１１４とを含み、動作部２００は、案内面１１０、１１２に当接する歯部２２１、２２９、２３１、２３９を有し、案内面１１０、１１２の延在方向についてひとつの方向に摺動し、他の方向に係合するラチェット機構をそれぞれが有する一対の移動子２２０、２３０と、駆動力を発生する超音波アクチュエータ４００と、超音波アクチュエータ４００により駆動されて延在方向について一対の移動子２２０、２３０の間隔を拡縮させる駆動力伝達機構とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、線状駆動装置に関する。特に本発明は、アクチュエータの動作に対して大きな減速比を設定し得、且つ、小型で高い駆動力を発揮する線状駆動装置に関する。

下記の特許文献１には、突起状に形成した振動体の先端をロータの外周に形成した凹凸部に噛み合わせることにより、ロータの回転量を正確に制御できる小型の回転駆動装置が記載されている。また、下記の特許文献２には、環状の回転体の内側に振動体を当接させて回転駆動する小型の回転駆動装置が記載されている。

この種の駆動機構においてアクチュエータとして用いられる超音波アクチュエータは、下記の特許文献３に記載されるように、生体に匹敵するエネルギー変換効率で大きな駆動力を発生する。また、下記の特許文献４に記載されるように、腕時計に組み込める程度の大きさのものがある。

更に、下記の特許文献５には、一対の超音波アクチュエータにより挟んだピンをその長手方向に直線状に移動させるピンアクチュエータが記載されている。また、下記の特許文献６には、ガイドレールに対してアクチュエータを当接させることにより、画像形成装置内でクリーニング部材を平行移動させる機構が記載されている。

なお、超音波アクチュエータそのものは、後述するように高い振動数で動作する一方、１振動毎のストロークが短いという特徴がある。よって、特許文献４等に記載されるように減速機構等の変速機構を用いて、所望の速度および駆動力を発揮させる。
特開２００４−０７２９９３号公報 特開２００４−１６６４７９号公報 特開２００５−１４３９１４号公報 特開２００６−２４２７４５号公報 特開２００４−１４０９４８号公報 特開２００６−１３９０００号公報

しかしながら、特許文献５および特許文献６に記載されるように、線状の動作をさせる駆動装置では超音波アクチュエータが駆動対象に対して直接に当接するので、減速機構等を介在させる余地がない。また、回転駆動力を一旦発生させて減速した後に線状駆動に変換する構造は、駆動装置の構造が複雑になる上、装置の規模が拡大されるので好ましくない。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、所定の方向に延在する案内部と、案内部に案内されて案内部が延在する方向を移動方向として案内部に対して移動する動作部とを備えた線状駆動装置であって、案内部は、移動方向に沿って延在して動作部が駆動力を発生した場合に当該駆動力を受ける被駆動面を含み、動作部は、被駆動面に当接する当接面を有し、被駆動面の延在方向について一の方向に摺動し、他の方向に係合するラチェット機構をそれぞれが有する一対の移動子、駆動力を発生するアクチュエータ、および、アクチュエータにより駆動されて延在方向について一対の移動子における移動方向の間隔を拡縮させる駆動力伝達機構を含む線状駆動装置が提供される。これにより、少ない部品点数で大きな変速比が得られ、所望の動作速度で動作部が移動する線状駆動装置が実現される。また、動作部の移動経路は、案内部の形状により任意に設定できる。

また、上記線状駆動装置において、案内部において被駆動面は、動作部の移動方向の前後について非対称な起伏を有し、移動子において当接面の各々は、被駆動面に対して相補的な起伏を有する当接面を含んでもよい。これにより、動作部に移動に駆動力を効率よく利用できる。また、後述する移動子の移動が容易になる。更に、動作部が停止した場合も、被駆動面および当接面が相互に嵌合して、停止位置が保持される。

更に、上記線状駆動装置において、移動子の各々は、周面を当接面として、一方の回転方向に回転し且つ他方の回転方向に回転しないローラを有してもよい。これにより、案内部の形状が簡潔になり、製造が容易になる。また、案内部の形成する移動経路が屈曲している場合でも、動作部が円滑に移動できる。

更に、上記線状駆動装置において、駆動力伝達機構は、屈曲させることができる関節部を介して一端を相互に結合され、他端をそれぞれ移動子のいずれかに対して回動できるように結合されたリンク部と、関節部を移動方向に対して交差する方向に変移させるカム部とを含んでもよい。これにより、簡潔な構造で移動子の間隔を拡縮させる機構を形成できる。従って、線状駆動装置を小型且つ軽量に実現できる。

また上記線状駆動装置において、カム部は、一体に回転駆動される駆動ディスクを備え、アクチュエータは、駆動ディスクの径方向の成分を含む方向に周期的に伸縮運動する縦振動子、および、縦振動子に駆動されて駆動ディスクに伸縮運動の少なくとも一部を周期的に伝達する当接部材を備えてもよい。これにより、小型で高い駆動力が得られる圧電アクチュエータを用いて線状駆動装置を形成できる。また、圧電アクチュエータの振動毎のストロークは小さいので、動作量を精密に制御ができる。

また上記線状駆動装置において、アクチュエータは、当接部を駆動ディスクの回転軸と直交する方向に変位させる、縦振動子と異なる位相で周期的に伸縮する屈曲振動子を更に有し、当接部が、縦振動子および屈曲振動子に同時に駆動されて、駆動ディスクに対して平行な面の上で円または楕円をなす軌道上を変位してもよい。これにより、これにより、アクチュエータの当接部が、単に当接するだけではなく、駆動すべき方向に駆動ディスクを押す作用が生じる。従って、高効率に駆動ディスクを回転駆動できる。

また上記線状駆動装置において、アクチュエータは、縦振動子の伸縮方向について、駆動ディスクに接近する方向に縦振動子を付勢する付勢部材を有してもよい。これにより、アクチュエータの駆動ディスクに対する接触が保たれ、駆動ディスクを効率よく回転駆動できる。また、アクチュエータが動作を停止場合も、アクチュエータ自体が駆動ディスクに当接して制動するので、精密な回転制御ができる。

また上記線状駆動装置において、縦振動子は、当接部材を含み当該振動子の伸縮方向に延長した直線が、駆動ディスクの回転方向について前方にあたる側において、駆動ディスクの回転軸の側方を通過するように配置されてもよい。これにより、振動子の振動を効率よく駆動ディスクの回転に変換させることができる。

また上記線状駆動装置において、動作部は、移動方向と反対の方向に付勢され、ラチェット機構が開放された場合に初期位置に復帰してもよい。これにより、線状に移動した動作部を容易且つ迅速に初期位置に復帰させることができる。

なお、上記した発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

以下、実施の形態を通じて発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが課題の解決に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る線状駆動装置１０の構造を示す斜視図である。同図に示すように、この線状駆動装置１０は、奥行き方向に長い案内部１００と、案内部１００上に載せられた動作部２００とを有する。なお、後述するように、案内部１００は何らかの部材に固定され、動作部２００は案内部１００上を走行する。ここで、図中に示すように、以降の説明において、案内部１００の長手方向をＹ方向とし、Ｙ方向と直交する方向をＸ方向と記載する。ここで、動作部２００の外形は数ミリ角から数センチ角の大きさを有する。

案内部１００は、平坦な底部１１４と、底部１１４の両側部において互いに平行に起立する案内面１１０、１１２とを備える。案内面１１０、１１２の互いに対向する面には、鋸歯状の歯が形成される。一方、動作部２００は、案内部１００の底部１１４上を滑動する平坦なベースプレート２１０、このベースプレート２１０上に搭載された、一対の移動子２２０、２３０、超音波アクチュエータ４００、リンク機構２４０および駆動ディスク２１２を有する。

ここで、駆動ディスク２１２は、ベースプレート２１０上の特定の位置に軸支され、後述する超音波アクチュエータ４００により駆動されて特定の回転方向に回転する。また、駆動ディスク２１２は、その回転の中心からはずれた位置において上方に起立する駆動ピン２１４をその上面に備える。

駆動ピン２１４は、結合部材２４６の長孔２４８に挿通される。また、結合部材２４６の脚部２４７、２４９が、ベースプレート２１０の上面に形成された一対の案内溝２１６、２１８に入り込んでいる。案内溝は、駆動ディスク２１２を挟んでＸ方向に平行に形成される。これにより、駆動ディスク２１２が回転した場合、結合部材２４６はＸ方向に往復移動する。

結合部材２４６の両端には、それぞれリンクアーム２４１、２４２が、ピン２４３、２４４を軸として回転できるように結合される。また、リンクアーム２４１、２４２の他端は、それぞれ移動子２２０、２３０の本体２２２、２３２に対して、ピン２２８、２３８を軸として回転できるように結合される。これにより、結合部材２４６が移動した場合に、リンクアーム２４１、２４２を介して、移動子２２０、２３０の本体２２２、２３２は、Ｙ方向に同時に押されあるいは引かれる。従って、駆動ディスク２１２が回転した場合、その回転周期と同期して、移動子２２０、２３０は相互に接近および離間を繰り返す。

移動子２２０、２３０のそれぞれは、その両側部に歯部２２１、２２９、２３１、２３９を備える。歯部２２１、２２９、２３１、２３９の各々は、案内部１００の案内面１１０、１１２に形成された歯と嵌合する。ここで、移動子２２０、２３０の歯部２２１、２２９、２３１、２３９は、それぞれ摺動子２２４、２２７、２３４、２３７を介して、溝２２５、２３５に収容されたバネ２２６、２３６によりＸ方向外側に向かって付勢され、案内面１１０、１１２に対して押し付けられる。

これにより、歯部２２１、２２９、２３１、２３９の各々がそれぞれ案内面１１０、１１２の歯に密着する。また、移動子２２０、２３０がＹ方向に移動する場合に、歯部２２１、２２９、２３１、２３９の先端が案内面１１０、１１２の歯を乗り越えることができる。ここで、案内面１１０、１１２の歯は、既に説明した通り水平断面が鋸歯状に形成される。また、移動子２２０、２３０の歯部２２１、２２９、２３１、２３９の各々は、案内面１１０、１１２の歯と相補的な形状を有する。これにより、案内部１００と共に固定された案内面１１０、１１２に対して、移動子２２０、２３０の各々は、特定の方向に限って移動でき、反対の方向には移動できないラチェット構造を形成する。

図２は、線状駆動装置１０の案内部１００を単独で示す斜視図である。同図に示すように、案内部１００は同じ形状をＹ方向に繰り返す構造を有する。動作部２００の移動できる長さは、案内部１００のＹ方向の長さにより決定される。

図３は、線状駆動装置１０の動作部２００の構造を単独で示す斜視図である。同図に示すように、動作部２００は、案内部１００から独立して、ベースプレート２１０上に形成される。従って、後述する超音波アクチュエータ４００に対する給電線が接続されていれば、固定された案内部１００に対して個別に走行できる。

図４は、動作部２００における移動子２２０、２３０のベースプレート２１０に対する取り付け構造を示す断面図である。なお、この図では、代表して一方の移動子２２０を示す。また、この断面は、図３に矢印Ｑで示す位置におけるＸ方向の断面図である。

同図に示すように、移動子２２０の下面には一対のキー溝２０１が形成される。また、ベースプレート２１０の上面にはキー溝２０１に嵌合する一対の突起２０３が形成される。これらのキー溝２０１および突起２０３は、線状駆動装置１０におけるＹ方向に延在して、移動子２２０のＹ方向への移動を許すと共に、移動子２２０のＸ方向への変移を規制する。更に、移動子２２０がベースプレート２１０から上方に脱落することを防止する。

図５は、超音波アクチュエータ４００の構造を示す平面図である。同図に示すように、超音波アクチュエータ４００は、振動子３００と、振動子３００を弾性支持する台座４１０とを含む。

振動子３００は、後述するようにベースプレート３３０上に形成され、台座４１０はベースプレート３３０を介して振動子３００を支持する。また、台座４１０およびベースプレート３３０の間には、伸長方向に付勢されたバネ４４６が挿入され、ベースプレート３３０を図上の上方に付勢する。

なお、バネ４４６は、台座４１０側のバネガイド４４２とベースプレート３３０側のバネガイド３３４との間に挿入される。また、バネガイド４４２、３３４は、振動子３００が大きく後退した場合に当接して、バネ４４６の極端な変位を防止するバンプストップの役割も果たす。更に、バネガイド４４２は、ねじ４４４で固定された係止片４４０により台座４１０に固定される。

また、台座４１０は、１対のターミナル４３０を備える。各ターミナル４３０はそれぞれ一対の端子を有して、図示しないリード線により後述する圧電素子３２０の電極に結合される。これにより、弾性支持された振動子３００に対して、外部との良好な電気的接続が得られる。更に、台座４１０は、その四隅にねじ穴を有して、ねじ４２０により他の部材に固定できる。従って、動作部２００のベースプレート２１０への実装が容易になる。

図６は、超音波アクチュエータ４００において台座４１０上に装荷される振動子３００の構造を示す分解斜視図である。同図に示すように、振動子３００は、補強板３１０および補強板３１０を一体に挟む一対の圧電素子３２０を、ねじ３４０によりベースプレート３３０に固定して形成される。

補強板３１０は図示の形状に形成された１枚の金属板であり、圧電素子３２０と略同じ形状および寸法を有する矩形の補強部３１２と、補強部３１２の短辺の一方から突出する当接部３１８とを含む。また、補強部３１２の各長辺の略中央からは、補強部３１２から外に向かって延在する一対の腕部３１４と、更に、腕部３１４の各々の先端に形成された丸穴３１６および長穴３１７を有する。

圧電素子３２０の各々は、補強部３１２と略同じ形状および寸法を有する圧電材料板３２２と、圧電材料板３２２の一方の面に全面にわたって形成された共通電極３２９と、圧電材料板３２２の他方の面を分割して形成された中央電極３２４および側部電極３２１、２３３、２３５、２３７を有する。ここで、中央電極３２４は、圧電材料板３２２の長手方向の全長にわたって形成される。また、中央電極３２４は、圧電材料板３２２の短辺方向について、その中央に配置される。

一方、側部電極３２１、３２３、３２５、３２７は、それぞれ、圧電材料板３２２の長辺に沿って形成される。換言すれば、圧電材料板３２２の短辺方向については、側部電極３２１、３２３、３２５、３２７は、いずれも側方に偏って形成される。これら中央電極３２４および側部電極３２１、２３３、２３５、２３７は、相互に分離して形成されて電気的に独立する。従って、共通電極３２９といずれかの電極との間に電圧を印加した場合は、その電極が占める領域の圧電材料板３２２が伸張または収縮する。

上記のように形成された圧電素子３２０は、補強板３１０に対して全面にわたって接着して一体化される。従って、圧電素子３２０が変形した場合は、補強板３１０も一体に変形する。一方、圧電素子３２０と一体化された補強板３１０は、その腕部３１４先端の丸穴３１６および長穴３１７に挿通されたねじ３４０により、ベースプレート３３０に固定される。

ここで、丸穴３１６を先にねじ止めした後に、長穴３１７に挿通したねじ３４０を締結することにより、補強板３１０にストレスをかけることなく固定できる。また、ベースプレート３３０においてねじ穴３３２が形成された領域は、段差３３８により、中央部よりも厚く形成される。従って、ベースプレート３３０に固定された状態においても、圧電素子３２０はベースプレート３３０から浮いており、自由に変形できる。

なお、ベースプレート３３０において、段差３３８に挟まれた薄い部分には、同じ向きで形成された一対の長穴３３１、３３６が形成される。ベースプレート３３０は、これらの長穴３３１、３３６に挿通されたねじにより、後述する台座４１０上で位置決めされる。従って、位置決めされた後も、長穴３３１、３３６の長手方向については変位できる。

図７は、図６に示した圧電素子３２０の共通電極３２９および中央電極３２４の間に周期的に変化する電圧を印加した場合の動作を説明する図である。同図に示すように、圧電材料板３２２の中央に配置された中央電極３２４を介して電圧を印加することにより、圧電素子３２０は、その長手方向の長さが変化するように振動する。従って、補強板３１０の当接部３１８も、圧電材料板３２２の長手方向と平行な振幅をもって振動する（以下、中央電極３２４に印加した電圧により生じる振動を「縦振動」と記載する）。

図８は、図６に示した圧電素子３２０の側部電極３２１、３２３、３２５、３２７に周期的に変化する電圧を印加した場合の動作を説明する図である。ここでは、４つの側部電極３２１、３２３、３２５、３２７のうち、互いに対角に位置する側部電極３２１および３２５と側部電極３２３および３２７をそれぞれ電極対として、各電極対を形成する電極と共通電極３２９の間については同相の周期で変化する電圧が印加される。また、電極対相互には共通電極３２９との間について逆相の周期で変化する電圧が印加される。前記したように、各側部電極３２１、３２３、３２５、３２７は圧電材料板３２２の中心からはずれた位置に配置されるので、各電極が伸張または収縮することにより圧電材料板３２２は全体に波打つように屈曲する。これにより、補強板３１０の当接部３１８は、圧電材料板３２２の短辺に平行な振幅をもって振動する（以下、側部電極３２１、２３３、２３５、２３７に印加した電圧により生じる振動を「屈曲振動」と記載する）。

図９は、上記縦振動および屈曲振動を同時に発生させた場合の、当接部３１８の変位を示す図である。同図に示すように、縦振動および屈曲振動の位相差および振幅差を適切に設定することにより、当接部３１８は略楕円軌道を描いて回転する。これにより、当接の対象物に対して、駆動方向には圧力を高めて摩擦力を増す。また、反駆動方向には離隔するため摩擦力を与えない。従って、楕円軌道上の一部の区間において当接部３１８を他の部材に当接させることにより、それを特定の方向に駆動することができる。

また、楕円軌道の形状を変えることにより、任意の駆動力、駆動速度を選択することができる。なお、振動子３００において駆動ディスク１３６の駆動に直接に寄与するのは、補強板３１０における腕部３１４および当接部３１８の間の部分になる。しかしながら、腕部３１４に対して当接部３１８と反対の側を対称に動作させることにより腕部３１４の両側の慣性モーメントを打ち消し合い、静かで高速な動作を実現できる。

このような振動子３００を備えた超音波アクチュエータ４００の当接部３１８を、動作部２００の駆動ディスク２１２の周面に当接させることにより、超音波アクチュエータ４００の動作に応じて駆動ディスク２１２を回転させることができる。なお、当接部３１８は、その縦振動の振動方向の延長線が、駆動ディスク２１２の回転軸よりも回転方向について前側になる位置にオフセットして当接させることが好ましい。これにより、振動子３００が発生した駆動力が、駆動ディスク２１２の回転力に効率よく変換される。

また、圧電素子３２０に印加する電圧の周波数は、縦振動および屈曲振動の各共振周波数の間の周波数が適宜選択される。電圧の波形は特に限定されず、例えば正弦波、矩形波、台形波、鋸歯状波等を採用できる。

また、圧電材料板３２２の寸法および形状並びに各電極の分割形態により、圧電素子３２０の特性は変化する。即ち、上記圧電素子３２０において、縦振動および屈曲振動の各共振周波数は相互に近接することが好ましく、より具体的には共振周波数の差は３％以下であることが好ましい。両振動の共振周波数の差が３％よりも大きくなると、縦振動の共振点と屈曲振動の共振点とが大きく離れ、両振動の振幅が同時に大きくなる振動周波数を設定することが困難になる。

圧電材料板３２２の組成は特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（登録商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を好ましく例示できる。また、各電極の材料は、ニッケル、金等を、めっき、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で形成できる。更に、補強板３１０の材料としては、リン青銅を好ましく例示できる。

図１０、図１１、図１２、図１３および図１４は、線状駆動装置１０の動作を、その段階を追って示す平面図である。これらの図において、共通の構成要素には共通の参照番号を付して重複する説明は省く。

図１０に示す状態では、動作部２００は初期位置にあり、案内部１００において歯が形成された案内面１１０、１１２の下端に位置している。なお、初期位置を示すと共に、動作部２００の変移を明瞭にする目的で、動作部２００下端の位置を示すポジションマークＰ_１と、初期位置における動作部２００の上端の位置を示すポジションマークＰ_２とを図中に記入した。

この状態では、駆動ディスク２１２の駆動ピン２１４は、その移動範囲で最も左方に位置している。従って、結合部材２４６も最も左側に位置する。これにより、リンクアーム２４１、２４２は、Ｙ方向に対する角度が最も大きくなるように傾斜する。換言すれば、この状態における一対の移動子２２０、２３０の間隔Ｄ_１は最も狭い。

図１１は、線状駆動装置１０の次の動作状態を示す図である。同図に示すように、この状態では、駆動ディスク２１２が９０°回転して、駆動ピン２１４が図中で最も高い位置に移動する。図１０に示した状態と比較すると、この状態では、結合部材２４６がやや左方に移動するので、リンクアーム２４１、２４２の傾斜がやや減じられる。これにより、移動子２２０、２３０の間隔Ｄ_２は、図１０に示した間隔Ｄ_１よりもやや大きくなる。なお、この実施形態では、間隔Ｄ_１と間隔Ｄ_２との差は、案内面１１０、１１２の歯のピッチに等しい。

ここで、既に説明した通り、移動子２２０、２３０の歯部２２１、２２９、２３１、２３９と案内面１１０、１１２の歯は、協働してラチェット機能を形成している。従って、移動子２２０、２３０の距離が間隔Ｄ_２に拡がった場合、下側の移動子２３０では歯部２３１、２３９が案内面１１０、１１２の歯に噛み合ってその位置に留まる。一方、上側の移動子２２０は、その歯部２２１、２２９の斜面が摺動して案内面１１０、１１２の歯を乗り越え、動作部２００は図中の上方に移動する。

図１２は、線状駆動装置１０のまた次の動作状態を示す図である。同図に示すように、この状態では、駆動ディスク２１２がまた９０°回転して、駆動ピン２１４は最も左側の位置に移動する。図１０および図１１に示した状態と比較すると、この状態では、結合部材２４６は更に左方に移動するので、リンクアーム２４１、２４２がＹ方向に対してなす角度は最も小さくなる。

これにより、移動子２２０、２３０の間隔Ｄ_３は、図１１に示した間隔Ｄ_２よりも更に大きくなる。この実施形態では、間隔Ｄ_２と間隔Ｄ_３との差は案内面１１０、１１２の歯のピッチに等しい。従って、下側の移動子２３０は依然として初期位置Ｐ_１に留まる一方、上側の移動子２２０は、さらに１歯前進する。

図１３は、線状駆動装置１０の更に次の動作状態を示す図である。同図に示すように、この状態では、駆動ディスク２１２が更に９０°回転して、駆動ピン２１４は図中で最も低い位置に移動する。この場合、結合部材２４６の位置は、図１１に示した状態と同じになり、従って、リンクアーム２４１、２４２の傾斜も図１１に示した状態と同じになる。更に、移動子２２０、２３０の間隔Ｄ_２も、図１１に示した状態と等しくなる。

この状態では、移動子２２０、２３０相互の間隔Ｄ_２は、図１２に示した状態の間隔Ｄ_３に対して短縮される。この場合、上側の移動子２２０では、歯部２２１、２２９および案内面１１０、１１２の歯によるラチェット機構が作用して、図１２に示した位置が維持される。一方、下側の移動子２３０は、その歯部２３１、２３９が案内面１１０、１１２の歯を乗り越えて、１歯分上昇する。

図１４は、線状駆動装置１０のまた更に次の動作状態を示す図である。同図に示すように、この状態では、駆動ディスク２１２が更に９０°回転して、駆動ピン２１４は当初の位置と同じ最も右側の位置に移動する。この場合、結合部材２４６の位置も、図１０に示した状態と同じになり、従って、リンクアーム２４１、２４２の傾斜も図１０に示した状態と同じになる。更に、移動子２２０、２３０の間隔Ｄ_１も、図１０に示した状態と等しくなる。

この状態では、移動子２２０、２３０相互の間隔Ｄ_１は、図１３に示した状態の間隔Ｄ_２に対して更に短縮される。従って、上側の移動子２２０は、歯部２２１、２２９のラチェット作用により図１２および図１３に示した位置を維持する。一方、下側の移動子２３０は、その歯部２３１、２３９が案内面１１０、１１２の歯を乗り越えて１歯分上昇する。

このように、駆動ディスク２１２の１回転について、動作部２００は、案内面１１０、１１２の２歯分上昇する。従って、駆動ディスク２１２を連続的に回転させ続けることにより上記の各段階が繰り返され、動作部２００は、案内部１００に沿って移動し続ける。

また、超音波アクチュエータ４００が停止した場合も、移動子２２０、２３０の歯部２２１、２２９、２３１、２３９と案内面１１０、１１２の歯は相互に噛み合う。従って、外部からの負荷を受けた場合においても、移動子２２０、２３０が元の初期位置に向かって戻ることはなく、既に移動した分の移動量が確保される。

図１５は、他の実施形態に係る線状駆動装置１１の構造を示す平面図である。なお、この図では、動作部２００が案内部１００の終端まで移動した状態が描かれる。

同図に示すように、線状駆動装置１１の動作部２００は、図１から図１４までに示した線状駆動装置１０における動作部２００と共通の構造および機能を有する。ただし、線状駆動装置１１において、動作部２００は、案内部１００の底部１１４の一端にバネ５９０で結合される。バネ５９０は、動作部２００を初期位置に引き戻すように付勢する。

一方、案内部１００において、動作部２００の移動範囲の両端には、バンプストップ５３０、５４０が設けられる。これにより、動作部２００が移動し切った場合はバンプストップ５３０に当接して停止する。また、後述するようにバネ５９０により動作部２００が初期位置に引き戻された場合は、動作部２００はバンプストップ５４０に当接して停止する。

また、この案内部１００において、案内面１１０、１１２は、リンク５１０、５５０により底部１１４に対して結合され、更に、一対のバネ５２０、５７０により相互に引き付けられる。従って、この状態では、案内面１１０、１１２は底部１１４に隣接した位置にあり、図２に示した案内部１００と同様の形状と機能を有する。

図１６は、線状駆動装置１１における動作部２００の復帰動作を示す平面図である。同図に示すように、案内部１００の底部１１４には、更に、ソレノイド５６０が配置される。ソレノイド５６０は、短縮状態にある場合は、一対の案内面１１０、１１２の間に納まる。これに対して、外部から電力を供給されたソレノイド５６０は、伸長して長くなり、案内面１１０、１１２をＸ方向外側に押し広げる。

これにより、案内面１１０、１１２の歯と、移動子２２０、２３０の歯部２２１、２２９、２３１、２３９との噛み合いがはずれる。従って、動作部２００は、バンプストップ５４０に当接するまで、バネ５９０に引き戻される。こうして、電気的な制御により、動作部２００を移動させ、また、初期位置に復帰させることができる線状駆動装置１１が形成される。

図１７は、線状駆動装置１１におけるベースプレート２１０の構造を示す断面図である。同図に示すように、ソレノイド５６０が動作して案内面１１０、１１２が開いた状態では、Ｘ方向について動作部２００を位置決めするものが無くなる。そこで、案内部１００の底部１１４に設けたキー溝１０２と、動作部２００のベースプレート２１０の底面に設けた突起２０２とを嵌合させることにより、動作部２００のＸ方向への変移を抑制できる。

図１８は、また他の実施形態に係る線状駆動装置１２の構造を示す平面図である。同図に示すように、この線状駆動装置１２では、案内部１００の案内面１１０、１１２は平坦で、歯は形成されていない。一方、動作部２００の移動子２２０、２３０は、それぞれ一対のラチェットホイール５００、５０１を備える。ラチェットホイール５００、５０１は、後述するように、それぞれ特定の回転方向に限って自由に回転する。これにより、鋸歯状の歯部２２１、２２９、２３１、２３９に代わる機能を形成する。

図１９は、線状駆動装置１２のラチェットホイール５００、５０１の構造を示す平面図である。なお、同図では、代表してラチェットホイール５００の構造を示す。

同図に示すように、ラチェットホイール５００は、動作部２２０の本体２２２に対して固定された軸部５２０と、軸部５２０に対して回転するホイール部５１０とを備える。ホイール部５１０の外周面は、案内部１１０に対して、高い摩擦をもって接する。また、ホイール部５１０の内面には、鋸歯状の歯部５１２が形成される。

一方、軸部５２０には、ホイール部の歯部５１２に先端を当接させた複数の板バネ５２２の後端がピン５２３により固定される。板バネ５２２は弾性を有して屈曲するので、ホイール部５１０が図中に矢印Ｒの方向に回転する場合は、先端が歯部が歯部５１２を乗り越えて、ホイール部５１０の回転を許す。一方、その長手方向には高い強度を有して、ホイール部５１０が矢印Ｒと反対の方向に回転することを制止する。

再び図１８を参照すると、上記のように矢印Ｒの方向に限って回転するラチェットホイール５００は、移動子２２０、２３０の図上右側に装着される。また、移動子２２０、２３０の図上左側に装着されるラチェットホイール５０１は、反対に、矢印Ｓの方向に限って回転する。このような構造により、移動子２２０、２３０が、図上の上方に限って移動でするという他の実施形態と同様なラチェット機能を実現できる。

なお、図１８、図１９に示すようなラチェットホイール５００、５０１を用いた構造では、動作部２００の案内部１００に対する移動量が左右で異なっていても、ラチェットホイール５００、５０１において吸収できる。従って、案内部１００により形成される動作部２００の移動経路が屈曲している場合においても、動作部２００が円滑に移動する。

更に、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態が本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

ひとつの実施形態に係る線状駆動装置１０の構造を示す斜視図である。 線状駆動装置１０の案内部１００の形状を単独で示す斜視図である。 線状駆動装置１０の動作部２００の構造を単独で示す斜視図である。 動作部２００の装着構造を示す断面図である。 超音波アクチュエータ４００の構造を示す平面図である。 振動子３００の構造を示す分解斜視図である。 振動子３００の縦振動動作を説明する図である。 振動子３００の屈曲振動動作を説明する図である。 当接部３１８の変位の軌跡を示す図である。 線状駆動装置１０のひとつの動作段階を示す平面図である。 線状駆動装置１０の他の動作段階を示す平面図である。 線状駆動装置１０の他の動作段階を示す平面図である。 線状駆動装置１０の他の動作段階を示す平面図である。 線状駆動装置１０の他の動作段階を示す平面図である。 他の実施形態に係る線状駆動装置１１の構造を示す平面図である。 線状駆動装置１１の動作を示す平面図である。 線状駆動装置１１におけるベースプレート２１０の装着構造を示す断面図である。 更に他の実施形態に係る線状駆動装置１２の構造を示す平面図である。 線状駆動装置１２のラチェットホイール５００の構造を示す平面図である。

符号の説明

１０、１１、１２ 線状駆動装置、１００ 案内部、１０２、２０１ キー溝、２０２、２０３ 突起、１１４ 底部、１１０、１１２ 案内面、２００ 動作部、２１０ ベースプレート、２１２ 駆動ディスク、２１４ 駆動ピン、２１６、２１８ 案内溝、２２０、２３０ 移動子、２２１、２２９、２３１、２３９、５１２ 歯部、２２２、２３２ 本体、２２４、２２７、２３４、２３７ 摺動子、２２５、２３５ 溝、２２６、２３６ バネ、２４０ リンク機構、２４６ 結合部材、２４８ 長孔、２４７、２４９ 脚部、２４１、２４２ リンクアーム、２２８、２３８、２４３、２４４、５２３ ピン、３００ 振動子、３１０ 補強板、３１２ 補強部、３１４ 腕部、３１６ 丸穴、３１７、３３１、３３６ 長穴、３１８ 当接部、３２０ 圧電素子、３２２ 圧電材料板、３２１、３２３、３２５、３２７ 側部電極、３２４ 中央電極、３２９ 共通電極、３３０ ベースプレート、３３２ ねじ穴、３３４、３４２ バネガイド、３３８ 段差、３４０、３２０、３４４ ねじ、４００ 超音波アクチュエータ、４０１ スペーサ、４１０ 台座、４１２ スペーサ、４３０ ターミナル、４４０ 係止片、５００、５０１ ラチェットホイール、５１０ ホイール部、５２０ 軸部、５２２ 板バネ

Claims (9)

1. 所定の方向に延在する案内部と、前記案内部に案内されて前記案内部が延在する方向を移動方向として前記案内部に対して移動する動作部とを備えた線状駆動装置であって、
   前記案内部は、前記移動方向に沿って延在して前記動作部が駆動力を発生した場合に当該駆動力を受ける被駆動面を含み、
   前記動作部は、前記被駆動面に当接する当接面を有し、前記被駆動面の延在方向について一の方向に摺動し、他の方向に係合するラチェット機構をそれぞれが有する一対の移動子、駆動力を発生するアクチュエータ、および、前記アクチュエータにより駆動されて前記延在方向について前記一対の移動子における前記移動方向の間隔を拡縮させる駆動力伝達機構を含む線状駆動装置。
2. 前記案内部において前記被駆動面は、前記動作部の移動方向の前後について非対称な起伏を有し、前記移動子において前記当接面の各々は、前記被駆動面に対して相補的な起伏を有する前記当接面を含む請求項１に記載の線状駆動装置。
3. 前記移動子の各々は、周面を前記当接面として、一方の回転方向に回転し且つ他方の回転方向に回転しないローラを有する請求項１に記載の線状駆動装置。
4. 前記駆動力伝達機構は、屈曲できる関節部を介して一端を相互に結合され、他端をそれぞれ対応する前記移動子に対して回動できるように結合されたリンク部と、前記関節部を前記移動方向に対して交差する方向に変移させるカム部とを含む請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の線状駆動装置。
5. 前記カム部は、一体に回転駆動される駆動ディスクを備え、
   前記アクチュエータは、前記駆動ディスクの径方向の成分を含む方向に周期的に伸縮運動する縦振動子、および、前記縦振動子に駆動されて前記駆動ディスクに前記伸縮運動の少なくとも一部を周期的に伝達する当接部材を備える請求項４に記載の線状駆動装置。
6. 前記アクチュエータは、前記当接部を前記駆動ディスクの回転軸と直交する方向に変位させる、前記縦振動子と異なる位相で周期的に伸縮する屈曲振動子を更に有し、
   前記当接部が、前記縦振動子および前記屈曲振動子に同時に駆動されて、前記駆動ディスクに対して平行な面の上で円または楕円をなす軌道上を変位する請求項５に記載の線状駆動装置。
7. 前記アクチュエータは、前記縦振動子の伸縮方向について、前記駆動ディスクに接近する方向に前記縦振動子を付勢する付勢部材を有する請求項６に記載の線状駆動装置。
8. 前記縦振動子は、前記当接部材を含み当該振動子の伸縮方向に延長した直線が、前記駆動ディスクの回転方向について前方にあたる側において、前記駆動ディスクの回転軸の側方を通過するように配置される請求項６に記載の線状駆動装置。
9. 前記動作部は、前記移動方向と反対の方向に付勢され、前記ラチェット機構が開放された場合に初期位置に復帰する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の線状駆動装置。

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