JP2008172967A - 線状駆動装置 - Google Patents
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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
【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P1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P2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D1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D2は、図10に示した間隔D1よりもやや大きくなる。なお、この実施形態では、間隔D1と間隔D2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D2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D3は、図11に示した間隔D2よりも更に大きくなる。この実施形態では、間隔D2と間隔D3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P1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D2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D2は、図12に示した状態の間隔D3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D1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D1は、図13に示した状態の間隔D2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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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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