JP2010226895A - Actuator, driver, lens unit and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータ、駆動装置、レンズユニット及び撮像装置に関する。 The present invention relates to an actuator, a driving device, a lens unit, and an imaging device.
突起部が設けられた弾性振動体と、電気−機械エネルギー変換素子からなり、弾性振動体を支持する一対の柱状の支持体とを備える振動型駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該振動型駆動装置では、一対の柱状の支持体を、互いに異なる位相で軸方向へ伸縮させることにより、突起部を楕円運動させる。
上記振動型駆動装置は、弾性振動体における突起部の基端部を挟んだ両側が薄肉部となっており、当該薄肉部と支持体との間には隙間が空けられている。ここで、支持体による弾性振動体の支持点と突起部とが離れている。このため、支持体の伸縮量に対する突起部の横方向の相対的な変位量が減少する。 In the above vibration type driving device, both sides of the elastic vibration member sandwiching the base end portion of the protrusion are thin portions, and a gap is formed between the thin portion and the support. Here, the support point of the elastic vibrating body by the support body and the protrusion are separated. For this reason, the amount of relative displacement of the protrusion in the lateral direction with respect to the amount of expansion and contraction of the support decreases.
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態として、移動子を移動させるアクチュエータであって、前記移動子から前記移動子の移動方向と直交する方向に離れた位置から前記移動子へ向けて延び、前記移動子から遠い側の端から前記移動子の側へ設けられた溝により前記移動子の移動方向に分岐された一対の脚部を有する突起部と、前記一対の脚部の一方を支持し、電力を供給されることにより、前記移動子の移動方向と交差する方向に伸縮する第１電気機械変換部と、前記一対の脚部の他方を支持し、電力を供給されることにより、前記移動子の移動方向と交差する方向に前記第１電気機械変換部とは異なる位相で伸縮することにより、前記第１電気機械変換部と協働して、前記突起部を、前記移動子の側に変位しながら前記移動子の移動方向に揺動させる第２電気機械変換部と、を備えるアクチュエータを提供する。 In order to solve the above problems, as a first embodiment of the present invention, there is provided an actuator for moving a moving element from a position away from the moving element in a direction perpendicular to the moving direction of the moving element to the moving element. A protrusion having a pair of legs extending in a moving direction of the moving element by a groove provided on the moving element side from an end far from the moving element, and a pair of leg parts The first electromechanical converter that extends and contracts in a direction intersecting the moving direction of the moving element and the other of the pair of legs are supported and supplied with electric power. Thus, by extending and contracting with a phase different from that of the first electromechanical conversion unit in a direction intersecting with the moving direction of the moving element, in cooperation with the first electromechanical conversion unit, the projecting portion is While moving to the side of the mover, the mover A second electromechanical transducer unit is swung in the direction of movement, to provide an actuator comprising a.
なお、上記の発明の概要は、必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The summary of the invention described above does not enumerate all necessary features, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the scope of claims, and all combinations of features described in the embodiments are included. It is not necessarily essential for the solution of the invention.
図１は、一実施例に係るアクチュエータ１００を備えるモータ１０を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、回転軸１１０の軸方向における駆動出力側を出力側、その反対側を非出力側と記載する。また、回転軸１１０の軸方向（以下、回転軸方向という）からモータ１０を見た場合を平面視、回転軸１１０の径方向からモータ１０を見た場合を側面視として説明する。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a
この図に示すように、モータ１０は、回転軸１１０、回転軸１１０に沿って出力側から順に配されたナット２１０、取付板１２０、付勢部材１３０、ワッシャ２３０、ロータ１４０、３個のアクチュエータ１００、ベース１９０及びナット２２０を備える。取付板１２０は、円盤状に形成されており、軸心に回転軸１１０が挿通される。また、取付板１２０には、軸心に対して対称に一対のＵ字状の締結用穴１２２が形成されており、取付板１２０は、締結用穴１２２に挿通されるネジ等の締結具により、モータ１０を駆動源として使用する装置に締結される。
As shown in this figure, the
ロータ１４０は、円盤状に形成されており、軸心に回転軸１１０が挿通される。また、ロータ１４０の出力側の端部には、ギア部１４４が形成されている。また、付勢部材１３０の一例は、図示する圧縮コイルバネであって、回転軸１１０が挿通される。アクチュエータ１００は、ステータ１５０と一対の電気機械変換部１６０、１６２と一対のフレキシブルプリント配線板１７０、１７２と、ベース１８０とを備えている。
The
ベース１８０は、矩形板状の部材であり、ベース１９０にネジ止めされる。一対の電気機械変換部１６０、１６２は、圧電素子が回転軸方向に積層された積層型圧電素子であり、駆動電圧を供給されると積層方向に伸縮する。また、一対の電気機械変換部１６０、１６２は、ベース１８０の長手方向に並べて配されている。また、一対のフレキシブルプリント配線板１７０、１７２は、ベース１８０の長手方向に並べて配されており、フレキシブルプリント配線板１７０は、ベース１８０と電気機械変換部１６０とにより挟まれ、フレキシブルプリント配線板１７２は、ベース１８０と電気機械変換部１６２とにより挟まれている。
The
ステータ１５０は、弾性材料で形成され、矩形板状のベース部１５２と、該ベース部１５２の長手方向中央部に突設された突起部１５４とを備えている。ベース部１５２の長手方向一端側は、電気機械変換部１６０の上端面と接合され、ベース部１５２の長手方向他端側は、電気機械変換部１６２の上端面と接合されている。また、突起部１５４は、ベース部１５２からロータ１４０の側へ突出している。
The
フレキシブルプリント配線板１７０は、電気機械変換部１６０に交流の駆動電圧を供給して電気機械変換部１６０を回転軸方向に伸縮させる。また、フレキシブルプリント配線板１７２は、電気機械変換部１６２に交流の駆動電圧を供給して電気機械変換部１６２を回転軸方向に伸縮させる。
The flexible printed
図２は、モータ１０を示す分解斜視図である。この図に示すように、回転軸１１０の軸方向両端部には、それぞれナット２１０、２２０が螺合するネジ部１１２が形成され、これらの間には、拡径した円盤状のフランジ部１１４が形成される。ナット２１０、取付板１２０、付勢部材１３０、ワッシャ２３０、及びロータ１４０は、フランジ部１１４よりも出力側に配される一方、ベース１９０、及びナット２２０は、フランジ部１１４よりも非出力側に配される。また、３個のアクチュエータ１００は、回転軸１１０を包囲するように、ロータ１４０とベース１９０との間に配される。また、ロータ１４０は、軸受１４２を介して回転軸１１０に回転自在に支持される。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the
図３は、モータ１０を示す側断面図である。この図に示すように、取付板１２０、付勢部材１３０、ワッシャ２３０、ロータ１４０、アクチュエータ１００、及びベース１９０は、ナット２１０、２２０により回転軸方向に締め付けられている。ここで、付勢部材１３０は、弾性的に回転軸方向に収縮しており、ワッシャ２３０を介してロータ１４０をアクチュエータ１００に圧接させている。
FIG. 3 is a side sectional view showing the
図４は、図３の４−４断面図である。この図に示すように、３個のアクチュエータ１００は、回転軸１１０の周りに２π／３ずつずらして配されており、これらにより包囲された空間は、平面視にて三角形となっている。また、３個の突起部１５４は、回転軸１１０の周りに２π／３ずつずらして配されている。
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. As shown in this figure, the three
図５は、アクチュエータ１００を示す斜視図である。この図に示すように、アクチュエータ１００では、一対の電気機械変換部１６０、１６２の間に隙間１６１が空けられており、一対の電気機械変換部１６０、１６２は、互いに伸縮方向と直交する方向（即ち、配列方向）へ離間している。
FIG. 5 is a perspective view showing the
また、ステータ１５０のベース部１５２の長手方向中央部には、ベース部１５２を長手方向に二分する矩形状の溝１５３が形成されている。該溝１５３は、ベース部１５２の幅方向の全域に渡って延びており、一対の電気機械変換部１６０、１６２の間の隙間１６１と回転軸方向に重なり合うように形成されている。このため、ベース部１５２の長手方向一端側（以下、ベース部１５２１という）の全体が、電気機械変換部１６０の端面の全体に接合され、ベース部１５２の長手方向他端側（以下、ベース部１５２２という）の全体が、電気機械変換部１６２の端面の全体に接合されている。
In addition, a
また、溝１５３は、深さ方向については、ベース部１５２を貫通して突起部１５４の基端部まで延びている。これにより、突起部１５４の基端部には、溝１５３によりベース部１５２の長手方向に二分された一対の脚部１５６、１５７が形成されている。脚部１５６は、ベース部１５２１における溝１５３側の端部から電気機械変換部１６０の反対側へ延びている。また、脚部１５７は、ベース部１５２２における溝１５３側の端部から電気機械変換部１６２の反対側へ延びている。即ち、突起部１５４は、一対の脚部１５６、１５７を備えるコ字状の基端部によりベース部１５２に支持されている。
Further, the
また、フレキシブルプリント配線板１７０、１７２には、それぞれ、ドライバ１７１、１７３を介して波形成形器１７５が接続されている。ドライバ１７１は、波形成形器１７５で波形が成形された駆動電圧を電気機械変換部１６０に印加する。また、ドライバ１７３は、波形成形器１７５で波形が成形された駆動電圧を電気機械変換部１６２に印加する。
In addition, a
次に、本実施形態における作用について説明する。図６Ａは、ステータ１５０の動作の概略を示している。また、図６Ｂのグラフは、電気機械変換部１６０の駆動電圧波形と電気機械変換部１６２の駆動電圧波形とを示している。
Next, the operation in this embodiment will be described. FIG. 6A shows an outline of the operation of the
グラフ中に実線で示す電気機械変換部１６０に印加される交流電圧（以下、Ａ相電圧という）の波形は、ｓｉｎθで表される。また、グラフ中に破線で示す電気機械変換部１６２に印加される交流電圧（以下、Ｂ相電圧という）の波形は、ｓｉｎ（θ−π／２）で表される。以下、電気機械変換部１６０及び電気機械変換部１６２の駆動電圧の変化とステータ１５０の動作との関係を詳細に説明する。
A waveform of an AC voltage (hereinafter referred to as an A-phase voltage) applied to the
図６Ｂに示すように、θ＝０では、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が０Ｖとなり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が負の最大値（−ＶＭＡＸ）となる。この状態で、電気機械変換部１６０は伸縮せず、電気機械変換部１６２は最大に収縮している。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６２側に傾く姿勢をとる。
As shown in FIG. 6B, when θ = 0, the drive voltage applied to the
θ＝π／２では、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が正の最大値（ＶＭＡＸ）となり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が０Ｖとなる。この状態で、電気機械変換部１６０は、最大に伸長する。一方、電気機械変換部１６２は、伸縮しない。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６２の側に傾く姿勢をとる。
At θ = π / 2, the drive voltage applied to the
ここで、θ＝０からθ＝π／２に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６２の側に傾いた姿勢に維持される。また、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２が共に伸長量を増加させることにより、ロータ１４０の側へ変位する。
Here, when transitioning from θ = 0 to θ = π / 2, the
次に、θ＝３π／４では、電気機械変換部１６０、１６２に印加される駆動電圧が、正の同値（Ｖ２）となる。ここで、駆動電圧Ｖ２は０ＶとＶＭＡＸとの中間値である。この状態で、電気機械変換部１６０、１６２は、同量伸長している。このため、突起部１５４は、傾きのない姿勢をとる。
Next, at θ = 3π / 4, the drive voltage applied to the
ここで、θ＝π／２から３π／４に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６２の側に傾いた姿勢から傾きのない姿勢に変化する。一方で、突起部１５４は、電気機械変換部１６２の伸長量が電気機械変換部１６０の収縮量を上回ることにより、最もロータ１４０の側の位置（以下、最上位という）へ変位する。
Here, when transitioning from θ = π / 2 to 3π / 4, the
次に、θ＝πでは、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が０Ｖとなり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が正の最大値（ＶＭＡＸ）となる。この状態で、電気機械変換部１６０は、伸縮しない。一方、電気機械変換部１６２は、最大に伸長する。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６０の側に傾く姿勢をとる。
Next, at θ = π, the drive voltage applied to the
ここで、θ＝３π／４からθ＝πに遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、傾きのない姿勢から電気機械変換部１６０の側に傾いた姿勢に遷移する。一方で、突起部１５４は、電気機械変換部１６０の収縮量が電気機械変換部１６２の伸長量を上回ることにより、最上位から中間位置へ変位する。
Here, when transitioning from θ = 3π / 4 to θ = π, the projecting
次に、θ＝３π／２では、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が−ＶＭＡＸとなり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が０Ｖとなる。この状態で、電気機械変換部１６０は、最大に収縮する。一方、電気機械変換部１６２は、伸縮しない。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６０の側に傾く姿勢をとる。
Then, the θ = 3π / 2, the driving voltage -V MAX becomes applied to the
ここで、θ＝πからθ＝３π／２に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６０の側に傾いた姿勢に維持される。一方で、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２は、同量、収縮することにより、正の側の中間位置から負の側の中間位置へ変位する。
Here, when transitioning from θ = π to θ = 3π / 2, the
次に、θ＝７π／４では、電気機械変換部１６０、１６２に印加される駆動電圧が、負の同値（−Ｖ２）となる。ここで、駆動電圧（−Ｖ２）は０Ｖと−ＶＭＡＸとの中間値である。この状態で、電気機械変換部１６０、１６２は、同量収縮している。このため、突起部１５４は、傾きのない姿勢をとる。
Next, at θ = 7π / 4, the drive voltage applied to the
ここで、θ＝３π／２から７π／４に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６０の側に傾いた姿勢から傾きのない姿勢に変化する。一方で、突起部１５４は、電気機械変換部１６２の収縮量が電気機械変換部１６０の伸長量を上回ることにより、負の側の中間位置から最下位へ変位する。
Here, when transitioning from θ = 3π / 2 to 7π / 4, the
そして、θ＝７π／４からθ＝２πに遷移すると、突起部１５４は、上述のθ＝０の状態に復帰する。
When the transition is made from θ = 7π / 4 to θ = 2π, the
ここで、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の中間位置から最高位まで上昇しながら、電気機械変換部１６２の側から電気機械変換部１６０の側へ揺動する。そして、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の最高位から中間位置まで下降しながら、電気機械変換部１６２の側から電気機械変換部１６０の側へ揺動する。
Here, the tip of the
そして、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の中間位置から最下位まで下降しながら、電気機械変換部１６０の側から電気機械変換部１６２の側へ揺動する。そして、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の最下位から軸方向の中間位置まで上昇しながら、電気機械変換部１６０の側から電気機械変換部１６２の側へ揺動する。
And the front-end | tip part of the
即ち、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、ロータ１４０の半径方向に沿った軸線の周りに周回する楕円運動をする。
That is, the tip of the
このため、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側へ移動している突起部１５４の先端部によって、ロータ１４０に電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側への推力が発生される。一方で、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側へ移動している突起部１５４の先端部によっては、ロータ１４０に電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側への推力は発生されない。また、３個のアクチュエータ１００の電気機械変換部１６０及び電気機械変換部１６２には、それぞれ同位相の波形の駆動電圧が印加される。従って、同期して上記楕円運動をする複数の突起部１５４により、ロータ１４０に一方向への回転力が発生され、モータ１０から回転トルクが出力される。
For this reason, the thrust from the
図７は、ステータ１５０の動作を示す側面図である。この図に示すように、ベース部１５２の長手方向一端側のベース部１５２１とベース部１５２の長手方向他端側のベース部１５２２とが、溝１５３により分離されている。このため、図中破線で示すように、ベース部１５２１とベース部１５２２とは、独立して回転軸方向に変位でき、回転軸方向についての相対位置を異ならせることができる。
FIG. 7 is a side view showing the operation of the
例えば、図中破線で示すように、ベース部１５２１がロータ１４０の側に変位する一方、ベース部１５２２が電気機械変換部１６０の側に変位することができる。この場合には、ベース部１５２１と一体化された脚部１５６がロータ１４０の側に変位する一方、ベース部１５２２と一体化された脚部１５７が電気機械変換部１６０の側に変位する。これにより、突起部１５４は、電気機械変換部１６２の側へ傾斜する。
For example, as indicated by a broken line in the figure, the
また、ベース部１５２２がロータ１４０の側に変位する一方、ベース部１５２１が電気機械変換部１６２の側に変位した場合には、脚部１５７がロータ１４０の側に変位する一方、脚部１５６が電気機械変換部１６２の側に変位する。これにより、突起部１５４は、電気機械変換部１６０の側へ傾斜する。
When the
ここで、突起部１５４の基端部に溝１５３によりロータ１４０の回転方向に分岐された一対の脚部１５６、１５７を設け、一方の脚部１５６を電気機械変換部１６０で支持すると共に、他方の脚部１５７を電気機械変換部１６２で支持した。これにより、突起部１５４の基端部における回転方向一方側を構成する脚部１５６に対して、電気機械変換部１６０の伸縮量と同量の変位量を与え、突起部１５４の基端部における回転方向他方側を構成する脚部１５７に対して、電気機械変換部１６２の伸縮量と同量の変位量を与えることができる。従って、電気機械変換部１６０、１６２の伸縮量に対する突起部１５４の回転方向に沿った方向への相対的な変位量を、効率よく拡大することができ、アクチュエータ１００の出力を効率よく拡大することができる。
Here, a pair of
また、突起部１５４は、電気機械変換部１６０における電気機械変換部１６２側の端部と、電気機械変換部１６２における電気機械変換部１６０側の端部とに支持されている。従って、電気機械変換部１６０、１６２の伸縮量に対する突起部１５４の回転方向に沿った方向への相対的な変位量を、より一層効率よく拡大することができ、アクチュエータ１００の出力をより一層効率よく拡大することができる。
Further, the
なお、本実施形態に係るモータ１０は、３個のアクチュエータ２００を備えるが、アクチュエータ２００の設置数は、２個でもよく、または３個より多数であってもよい。さらには、単数であってもよい。
The
また、モータ１０では、突起部１５４を円運動させたが、矩形状の経路に沿って運動させてもよく、また、往復運動させてもよい。突起部１５４を往復運動させる場合は、ロータ１４０の回転方向への移動速度を反回転方向への移動速度より遅くすることによって、ロータ１４０を一方向へ回転させ続けることができる。
Moreover, in the
図８は、他の実施例に係るアクチュエータ２００を備えるモータ２０を示す斜視図である。この図に示すように、アクチュエータ２００は、ステータ１５０と一対の電気機械変換部１６０、１６２と一対のフレキシブルプリント配線板１７０、１７２と、ベース２６０と、電気機械変換部２４０と、フレキシブルプリント配線板２５０と、ベース１８０とを備えている。
FIG. 8 is a perspective view showing a
ベース２６０は、矩形状の板材であり、このベース２６０の長手方向に並べて配された一対の電気機械変換部１６０、１６２を支持している。また、一対のフレキシブルプリント配線板１７０、１７２は、ベース２６０の長手方向に並べて配されている。フレキシブルプリント配線板１７０は、電気機械変換部１６０とベース２６０とにより挟まれ、フレキシブルプリント配線板１７２は、電気機械変換部１６２とベース２６０とにより挟まれている。
The
また、電気機械変換部２４０とフレキシブルプリント配線板２５０とが、ベース２６０とベース１８０とにより挟まれている。フレキシブルプリント配線板２５０は、電気機械変換部２４０に交流の駆動電圧を供給して電気機械変換部２４０を回転軸方向に伸縮させる。
Further, the
図９は、モータ２０を示す分解斜視図である。この図に示すように、３個のアクチュエータ２００は、回転軸１１０を包囲するように、ロータ１４０とベース１９０との間に配される。
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the
図１０は、モータ２０を示す側断面図である。この図に示すように、取付板１２０、付勢部材１３０、ロータ１４０、アクチュエータ２００、及びベース１９０は、ナット２１０、２２０により回転軸方向に締め付けられている。ここで、付勢部材１３０は、弾性的に回転軸方向に収縮しており、ロータ１４０をアクチュエータ１００に圧接させている。
FIG. 10 is a side sectional view showing the
図１１は、アクチュエータ２００を示す斜視図である。この図に示すように、アクチュエータ２００では、回転方向に配列された一対の電気機械変換部１６０、１６２と、電気機械変換部２４０とが、回転軸方向に重ねて配されている。
FIG. 11 is a perspective view showing the
次に、本実施形態における作用について説明する。図１２Ａは、ステータ１５０の動作の概略を示している。また、図１２Ｂのグラフは、電気機械変換部１６０、１６２の駆動電圧波形と電気機械変換部２４０の駆動電圧波形とを示している。
Next, the operation in this embodiment will be described. FIG. 12A shows an outline of the operation of the
上段のグラフ中に実線で示す電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎθで表される。また、上段のグラフ中に破線で示す電気機械変換部１６２に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−π／２）で表される。また、下段のグラフ中に鎖線で示す電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−π／４）で表される。以下、電気機械変換部１６０、１６２、２４０の駆動電圧の変化とステータ１５０の動作との関係を詳細に説明する。
The waveform of the alternating voltage applied to the
図１２Ｂに示すように、θ＝０では、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が０Ｖとなり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が負の最大値（−ＶＭＡＸ）となる。この状態で、電気機械変換部１６０は伸縮せず、電気機械変換部１６２は最大に収縮している。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６２の側に傾く姿勢をとる。
As shown in FIG. 12B, when θ = 0, the drive voltage applied to the
また、θ＝０では、電気機械変換部２４０に印加される駆動電圧が０Ｖと−ＶＭＡＸとの中間値（−Ｖ１）となる。この状態で、電気機械変換部２４０の全体は収縮している。なお、この状態での電気機械変換部２４０の収縮量は、最大収縮量より小さい。
Further, when θ = 0, the drive voltage applied to the
θ＝π／２では、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が正の最大値（ＶＭＡＸ）となり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が０Ｖとなる。この状態で、電気機械変換部１６０は、最大に伸長する。一方、電気機械変換部１６２の部分は、伸縮しない。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６２の側に傾く姿勢をとる。
At θ = π / 2, the drive voltage applied to the
また、θ＝π／２では、電気機械変換部２４０の電極に印加される駆動電圧が０ＶとＶＭＡＸとの中間値（Ｖ１）となる。この状態で、電気機械変換部２４０の全体は伸長している。なお、この状態での電気機械変換部２４０の伸長量は、最大伸長量より小さい。
Further, when θ = π / 2, the drive voltage applied to the electrode of the
ここで、θ＝０からθ＝π／２に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６２の側に傾いた姿勢に維持される。また、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２が共に伸長量を増加させることにより、ロータ１４０の側へ変位する。さらに、突起部１５４は、電気機械変換部２４０が収縮状態から伸長状態に変化することにより、ロータ１４０の側へより大きく変位する。
Here, when transitioning from θ = 0 to θ = π / 2, the
次に、θ＝３π／４では、電気機械変換部１６０、１６２に印加される駆動電圧が、正の同値（Ｖ２）となる。ここで、駆動電圧Ｖ２は０ＶとＶＭＡＸとの中間値である。この状態で、電気機械変換部１６０と電気機械変換部１６２とは、同量伸長する。このため、突起部１５４は、傾きのない姿勢をとる。
Next, at θ = 3π / 4, the drive voltage applied to the
また、θ＝３π／４では、電気機械変換部２４０の電極に印加される駆動電圧が最大値（ＶＭＡＸ）となる。この状態で、電気機械変換部２４０の全体の伸長量が最大となる。
In addition, at θ = 3π / 4, the drive voltage applied to the electrode of the
ここで、θ＝π／２から３π／４に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６２の側に傾いた姿勢から傾きのない姿勢に変化する。また、突起部１５４は、電気機械変換部１６２の伸長量が電気機械変換部１６０の収縮量を上回ることにより、最もロータ１４０の側の位置（以下、最上位という）へ変位する。さらに、突起部１５４は、電気機械変換部２４０の伸長量が最大量まで増加することにより、ロータ１４０の側へより大きく変位する。
Here, when transitioning from θ = π / 2 to 3π / 4, the
次に、θ＝πでは、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が０Ｖとなり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が正の最大値（ＶＭＡＸ）となる。この状態で、電気機械変換部１６０の部分は、伸縮しない。一方、電気機械変換部１６２は、最大に伸長する。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６０の側に傾く姿勢をとる。
Next, at θ = π, the drive voltage applied to the
また、θ＝πでは、電気機械変換部２４０の電極に印加される駆動電圧が正の中間値（Ｖ１）となる。この状態で、電気機械変換部２４０の全体の伸長量は、最大伸長量より小さくなる。
In addition, at θ = π, the drive voltage applied to the electrode of the
ここで、θ＝３π／４からθ＝πに遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、傾きのない姿勢から電気機械変換部１６０の側に傾いた姿勢に遷移する。また、突起部１５４は、電気機械変換部１６０の収縮量が電気機械変換部１６２の伸長量を上回ることにより、最上位から中間位置へ変位する。さらに、突起部１５４は、電気機械変換部２４０の伸長量が最大量から減少することにより、ロータ１４０の反対側へより大きく変位する。
Here, when transitioning from θ = 3π / 4 to θ = π, the projecting
次に、θ＝３π／２では、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が−ＶＭＡＸとなり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が０Ｖとなる。この状態で、電気機械変換部１６０は、最大に収縮する。一方、電気機械変換部１６２は、伸縮しない。このため、突起部１５４は、最大に電気機械変換部１６０の側に傾く姿勢をとる。
Next, at θ = 3π / 2, the drive voltage applied to the
また、θ＝３π／２では、電気機械変換部２４０の電極に印加される駆動電圧が負の中間値（−Ｖ１）となる。この状態で、電気機械変換部２４０の全体の収縮量は、最大収縮量より小さくなる。
In addition, at θ = 3π / 2, the drive voltage applied to the electrode of the
ここで、θ＝πからθ＝３π／２に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６０の側に傾いた姿勢に維持される。また、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２が、同量収縮することにより、正の側の中間位置から負の側の中間位置へ変位する。さらに、突起部１５４は、電気機械変換部２４０が、伸長した状態から収縮した状態に遷移することにより、ロータ１４０の反対側へより大きく変位する。
Here, when transitioning from θ = π to θ = 3π / 2, the
次に、θ＝７π／４では、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が、負の同値（−Ｖ２）となる。ここで、駆動電圧（−Ｖ２）は０Ｖと−ＶＭＡＸとの中間値である。この状態で、電気機械変換部１６０と電気機械変換部１６２とは、同量収縮する。このため、突起部１５４は、傾きのない姿勢をとる。
Next, at θ = 7π / 4, the drive voltage applied to the
また、θ＝７π／４では、電気機械変換部２４０の電極に印加される駆動電圧が負の最大値（−ＶＭＡＸ）となる。この状態で、電気機械変換部２４０の全体の収縮量が最大となる。
In addition, when θ = 7π / 4, the drive voltage applied to the electrode of the
ここで、θ＝３π／２から７π／４に遷移するに際して、突起部１５４は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、電気機械変換部１６０の側に傾いた姿勢から傾きのない姿勢に変化する。また、突起部１５４は、電気機械変換部１６２の収縮量が電気機械変換部１６０の伸長量を上回ることにより、負の側の中間位置から最下位へ変位する。さらに、突起部１５４は、電気機械変換部２４０の収縮量が最大量まで増加することにより、ロータ１４０の反対側へより大きく変位する。
Here, when transitioning from θ = 3π / 2 to 7π / 4, the
そして、θ＝７π／４からθ＝２πに遷移すると、突起部１５４は、上述のθ＝０の状態に復帰する。
When the transition is made from θ = 7π / 4 to θ = 2π, the
ここで、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の中間位置から最高位まで上昇しながら、電気機械変換部１６２の側から電気機械変換部１６０の側へ揺動する。そして、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の最高位から中間位置まで下降しながら、電気機械変換部１６２の側から電気機械変換部１６０の側へ揺動する。
Here, the tip of the
そして、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の中間位置から最下位まで下降しながら、電気機械変換部１６０の側から電気機械変換部１６２の側へ揺動する。そして、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、軸方向の最下位から軸方向の中間位置まで上昇しながら、電気機械変換部１６０の側から電気機械変換部１６２の側へ揺動する。
And the front-end | tip part of the
即ち、突起部１５４の先端部は、電気機械変換部１６０、１６２の作用により、ロータ１４０の半径方向に沿った軸線の周りに周回する楕円運動をする。
That is, the tip of the
また、突起部１５４は、電気機械変換部２４０の作用により、ロータ１４０に対して接近又は離間する方向へ往復動する。ここで、電気機械変換部２４０は、突起部１５４の先端部が、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側へロータ１４０の側に膨らんだ楕円弧に沿って運動するのに合わせて伸長して突起部１５４を上昇させる。また、電気機械変換部２４０は、突起部１５４の先端部が、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側へロータ１４０の反対側に膨らんだ楕円弧に沿って運動するのに合わせて収縮して突起部１５４を下降させる。
Further, the
このため、ロータ１４０には、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側へ移動している突起部１５４の先端部によって、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側への推力が発生される。一方で、ロータ１４０には、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側へ移動している突起部１５４の先端部によっては、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側への推力は発生されない。従って、同期して上記楕円運動をする複数の突起部１５４により、ロータ１４０に一方向への回転力が発生され、モータ２０から回転トルクが出力される。
For this reason, the
ここで、電気機械変換部１６０、１６２が、突起部１５４に対して、ロータ１４０の半径方向に沿った軸線の周りに周回する楕円運動をさせることから、電気機械変換部２４０を設けない場合でも、ロータ１４０に一方向への回転力を発生させることができる。しかし、上述の作用を発揮する電気機械変換部２４０を設けたことから、突起部１５４の回転軸方向の移動量を、増幅できる。よって、突起部１５４からロータ１４０に伝わる運動エネルギを効率よく増加でき、ロータ１４０に発生する推力を効率よく増加でき、以って、出力トルクを効率よく増加できる。
Here, since the
また、電気機械変換部２４０の周方向に亘る全体が軸方向へ伸縮することから、電気機械変換部２４０の軸方向の伸縮量を効率よく増加でき、突起部１５４の回転軸方向への移動量を効率よく増加できる。さらに、突起部１５４の回転軸方向への移動量を効率よく増加できることに伴い、突起部１５４がロータ１４０の回転方向に沿って移動するときには、突起部１５４からロータ１４０へ運動エネルギが効率よく伝えられる一方、突起部１５４がロータ１４０の回転方向の逆方向へ移動するときには、突起部１５４からロータ１４０へ伝わる運動エネルギが効果的に低減される。
Further, since the whole of the
また、出力トルクを効率よく増加できることに伴って、同じ出力トルクを得るのに、電気機械変換部１６０、１６２、２４０を構成する圧電材料板の枚数を減らしたり、面積を減少させたりすることができる。よって、電気機械変換部１６０、１６２、２４０を小型化でき、以って、アクチュエータ２００を小型化できる。また、同じ出力トルクを得るのに、電気機械変換部１６０、１６２、２４０の駆動電圧を低下させることができるので、消費電力を低減できる。
In addition, the output torque can be increased efficiently, and in order to obtain the same output torque, the number of piezoelectric material plates constituting the
また、電気機械変換部１６０、１６２および電気機械変換部２４０のそれぞれの出力を重畳させたことにより、突起部１５４の変位量を拡大できている。よって、系全体の共振を利用しない場合であっても、ロータ１４０に十分な回転力を発生させることができる。これにより、モータ２０の形状、寸法についての設計自由度が増す。さらに、共振を利用しない場合には、電気機械変換部１６０、１６２、２４０に印加する電圧の周波数を可変できるので、ロータ１４０の回転速度を当該電圧の周波数で制御することができる。
Further, by superimposing the outputs of the
次に、モータ２０の他の動作方法について説明する。図１３Ａは、ステータ１５０の動作の概略を示す。また、図１３Ｂのグラフは、電気機械変換部１６０、１６２の駆動電圧波形と電気機械変換部２４０の駆動電圧波形とを示す。上段のグラフ中に実線で示す電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎθで表される。また、グラフ中に破線で示す電気機械変換部１６２に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−π）で表される。さらに、下段のグラフに鎖線で示す電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形は、ｃｏｓθで表される。以下、電気機械変換部１６０及び電気機械変換部１６２の駆動電圧の変化とステータ１５０の動作との関係を詳細に説明する。以下、電気機械変換部１６０、１６２、２４０の駆動電圧の変化とステータ１５０の動作との関係を詳細に説明する。
Next, another operation method of the
図１３Ｂに示すように、電気機械変換部２４０の駆動電圧が正側に最大となるとき、電気機械変換部１６０、１６２の駆動電圧が０Ｖとなる。この状態で、突起部１５４は、最もロータ１４０側の位置（以下、最高位という）において、傾きのない姿勢をとる。そして、この状態から、電気機械変換部２４０の駆動電圧が低下されると共に、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が低下され、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が上昇される。電気機械変換部２４０の駆動電圧が０Ｖまで低下されたときに、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が負側に最大となり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が正側に最大となる。この状態において、突起部１５４は、軸方向の可動範囲の中間位置（以下、中間位置という）において、最大に電気機械変換部１６０の側に傾く姿勢をとる。
As shown in FIG. 13B, when the drive voltage of the
この状態から、電気機械変換部２４０の駆動電圧が低下されると共に、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が上昇され、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が低下される。電気機械変換部２４０の駆動電圧が負側に最大となったとき、電気機械変換部１６０、１６２に印加される駆動電圧が０Ｖとなる。この状態において、突起部１５４は、最もロータ１４０の反対側の位置（以下、最下位という）において、傾きのない姿勢をとる。
From this state, the drive voltage of the
この状態から、電気機械変換部２４０の駆動電圧が上昇されると共に、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が上昇され、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が低下される。電気機械変換部２４０の駆動電圧が０Ｖになったとき、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が正側に最大となり、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が負側に最大となる。この状態において、突起部１５４は、中間位置において、電気機械変換部１６２側に傾く姿勢をとる。
From this state, the drive voltage of the
この状態から、電気機械変換部２４０の駆動電圧が上昇されると共に、電気機械変換部１６０に印加される駆動電圧が低下され、電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧が上昇される。電気機械変換部２４０の駆動電圧が最大になったとき、電気機械変換部１６０、１６２に印加される駆動電圧が０Ｖとなる。この状態において、突起部１５４は、最高位において、傾きのない姿勢をとる。
From this state, the drive voltage of the
即ち、突起部１５４は、中間位置から最高位まで上昇して中間位置に下降するまでの間に、電気機械変換部１６２側に傾いた姿勢から電気機械変換部１６０側に傾いた姿勢に遷移する。このとき、突起部１５４の中間位置と最高位置との間での軸方向に沿った往復動と、突起部１５４の電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側への移動とが重畳される。これにより、突起部１５４の先端部が、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側へロータ１４０側に膨らんだ楕円弧を描きながら移動する。
That is, the
また、突起部１５４は、中間位置から最下位まで下降して中間位置に上昇するまでの間に、電気機械変換部１６０側に傾いた姿勢から電気機械変換部１６２側に傾いた姿勢に遷移する。このとき、突起部１５４の中間位置と最下位との間での軸方向に沿った往復動と、突起部１５４の電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側への移動とが重畳される。これにより、突起部１５４の先端部が、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側へロータ１４０の反対側に膨らんだ楕円弧を描きながら移動する。
Further, the
即ち、突起部１５４の先端部は、ロータ１４０の半径方向に沿った軸線の周りを周回する楕円運動をする。このため、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側へ移動している突起部１５４の先端部によって、ロータ１４０に電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側への推力が発生される。一方で、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側へ移動している突起部１５４の先端部によって、ロータ１４０に電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側への推力は発生されない。従って、同期して上記楕円運動をする複数の突起部１５４により、ロータ１４０に一方向への回転力が発生され、回転トルクが出力される。
That is, the tip of the
なお、本実施形態では、突起部１５４の先端部は、円運動の一例として、回転方向を長軸とする楕円運動をしているが、他の円運動の例として、電気機械変換部２４０の回転軸方向への伸縮量を増加させて、突起部１５４の先端部の運動軌跡を真円、あるいは回転軸方向を長軸とする楕円としてもよい。即ち、突起部１５４の先端部に、真円運動、あるいは回転軸方向を長軸とする楕円運動をさせもよい。
In the present embodiment, the tip of the
本実施形態では、突起部１５４の回転軸方向の移動量は、電気機械変換部１６０又は電気機械変換部１６２と重合した領域の回転軸方向への伸縮量に、電気機械変換部２４０の周方向に亘る全体が回転軸方向へ伸縮する量を加算した量となる。よって、突起部１５４からロータ１４０に伝わる運動エネルギを効率よく増加でき、ロータ１４０に発生する推力を効率よく増加でき、以って、出力トルクを効率よく増加できる。
In the present embodiment, the amount of movement of the
また、電気機械変換部２４０の周方向に亘る全体が軸方向へ伸縮することから、電気機械変換部２４０の軸方向の伸縮量を効率よく増加でき、突起部１５４の回転軸方向への移動量を効率よく増加できる。さらに、突起部１５４の回転軸方向への移動量を効率よく増加できることに伴い、突起部１５４がロータ１４０の回転方向に沿って移動するときには、突起部１５４からロータ１４０へ運動エネルギが効率よく伝えられる一方、突起部１５４がロータ１４０の回転方向の逆方向へ移動するときには、突起部１５４からロータ１４０へ伝わる運動エネルギが効果的に低減される。
Further, since the whole of the
また、出力トルクを効率よく増加できることに伴って、同じ出力トルクを得るのに、電気機械変換部１６０、１６２、２４０を構成する圧電材料板の枚数を減らしたり、面積を減少させたりすることができる。よって、電気機械変換部１６０、１６２、２４０を小型化でき、以って、アクチュエータ２００を小型化できる。また、同じ出力トルクを得るのに、電気機械変換部１６０、１６２、２４０の駆動電圧を低下させることができるので、消費電力を低減できる。
In addition, the output torque can be increased efficiently, and in order to obtain the same output torque, the number of piezoelectric material plates constituting the
また、電気機械変換部１６０、１６２および電気機械変換部２４０のそれぞれの出力を重畳するので、突起部１５４の変位量が大きい。よって、系全体の共振を利用しない場合であっても、突起部１５４を大きく変位することができ、ロータ１４０に十分な回転力を発生させることもできる。これにより、モータ２０の形状、寸法についての設計自由度が増す。さらに、共振を利用しない場合には、電気機械変換部１６０、１６２、２４０に印加する電圧の周波数を可変できるので、ロータ１４０の回転速度を当該電圧の周波数で制御することができる。
In addition, since the outputs of the
図１４は、４個のアクチュエータ１００を回転方向にπ／２の間隔で配した実施例を示す平面図である。この図に示すように、当該実施例では、４個の突起部１５４が、回転方向にπ／２の間隔で配されている。
FIG. 14 is a plan view showing an embodiment in which four
次に、本実施例における作用について説明する。図１５Ａは、ステータ１５０の動作の概略を示す。また、図１５Ｂのグラフは、電気機械変換部１６０、１６２の駆動電圧波形と電気機械変換部２４０の駆動電圧波形とを示す。以下、電気機械変換部１６０、１６２、２４０の駆動電圧の変化とステータ１５０の動作との関係を詳細に説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 15A shows an outline of the operation of the
本実施例では、４個のアクチュエータ１００を各組２個のアクチュエータ１００からなる２組のアクチュエータ１００の群に分け、２組のアクチュエータ１００の群を位相が異なる駆動信号により駆動させる。図１５Ａの上段は、２組のアクチュエータ１００の群の一方（以下、第１群という）のステータ１５０の動作を示している。また、図１５Ｂの下段は、２組のアクチュエータ１００の群の他方（以下、第２群という）のステータ１５０の動作を示している。
In this embodiment, the four
図１５Ｂの上から１段目のグラフ中に実線で示す第１群の電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎθで表される。また、同グラフ中に破線で示す第１群の電気機械変換部１６２に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−π／２）で表される。また、上から３段目のグラフ中に鎖線で示す第１群の電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−π／４）で表される。
The waveform of the AC voltage applied to the first group of
即ち、第１群の電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形は、図１２Ｂの上段のグラフ中に実線で示す電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形と同一である。また、第１群の電気機械変換部１６２に印加される交流電圧の波形は、図１２Ｂの上段のグラフ中に破線で示す電気機械変換部１６２に印加される交流電圧の波形と同一である。さらに、第１群の電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形は、図１２Ｂの下段のグラフ中に鎖線で示す電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形と同一である。従って、図１５Ａの上段に示す第１群のステータ１５０の円運動は、図１２Ａに示すステータ１５０の円運動と、周期及び位相が同一である。
That is, the waveform of the AC voltage applied to the first group of
一方、図１５Ｂの上から２段目のグラフ中に実線で示す第２群の電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−π）で表される。また、同グラフ中に破線で示す第２群の電気機械変換部１６２に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−３π／２）で表される。また、上から４段目のグラフ中に鎖線で示す第２群の電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形は、ｓｉｎ（θ−５π／４）で表される。
On the other hand, the waveform of the AC voltage applied to the second group of
即ち、第２群の電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形は、第１群の電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形に対して−πだけ位相がずれている。また、第２群の電気機械変換部１６２に印加される交流電圧の波形は、第１群の電気機械変換部１６０に印加される交流電圧の波形に対して−πだけ位相がずれている。さらに、第２群の電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形は、第２群の電気機械変換部２４０に印加される交流電圧の波形に対して−πだけ位相がずれている。従って、図１５Ａの下段に示す第２群のステータ１５０の円運動は、同図の上段に示す第１群のステータ１５０の円運動に対して、周期は同一となるが、逆位相となる。
That is, the waveform of the AC voltage applied to the second group of
これにより、第１群の突起部１５４が、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側へロータ１４０の側に膨らんだ楕円弧に沿って運動している間に、第２群の突起部１５４が、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側へロータ１４０の反対側に膨らんだ楕円弧に沿って運動する。そして、第１群の突起部１５４が、電気機械変換部１６０側から電気機械変換部１６２側へロータ１４０の反対側に膨らんだ楕円弧に沿って運動している間に、第２群の突起部１５４が、電気機械変換部１６２側から電気機械変換部１６０側へロータ１４０側に膨らんだ楕円弧に沿って運動する。
As a result, while the first group of
即ち、１群の突起部１５４と２群の突起部１５４とが、交互にロータ１４０に当接してロータ１４０に推力を与える。これにより、４個の突起部１５４を同位相で円運動させる場合と比較して、突起部１５４からロータ１４０に対して推力が作用しない時間を短縮でき、突起部１５４からロータ１４０に対して、より連続的に推力を作用させることができる。
That is, the first group of
ここで、本実施例では、回転軸１１０に対して対称に配された一対の突起部１５４を同期させて運動させる。これにより、ロータ１４０に対して作用する推力の回転中心に対する対称性を高くすることができ、回転軸１１０に作用する捩りモーメントを低減できる。
Here, in this embodiment, the pair of
なお、本実施例では、アクチュエータ２００を４個配したが、アクチュエータ２００の個数は複数であればよく、その中の少なくとも１個のアクチュエータ２００を他のアクチュエータ２００と異なる位相で円運動させればよい。また、本実施例では、アクチュエータ２００を用いたが、アクチュエータ１００を用いてもよい。
In this embodiment, four
図１６は、他の実施形態に係るアクチュエータ６００を示す正面図である。この図に示すように、アクチュエータ６００では、脚部１５６とベース部１５２１との境界部である隅部に沿って溝６０２が形成され、脚部１５７とベース部１５２２との境界部である隅部に沿って溝６０４が形成されている。また、突起部１５４と脚部１５６との境界部である隅部に沿って溝６０６が形成され、突起部１５４と脚部１５７との境界部である隅部に沿って溝６０８が形成されている。
FIG. 16 is a front view showing an
このため、脚部１５６とベース部１５２１との境界部、及び脚部１５７とベース部１５２２との境界部が脚部１５６、１５７より薄くなっており、当該部位における剛性が低下されている。また、突起部１５４と脚部１５６との境界部、及び突起部１５４と脚部１５７との境界部が、脚部１５６、１５７より薄くなっており、当該部位における剛性が低下されている。
For this reason, the boundary part of the
これにより、脚部１５６とベース部１５２１との境界部、及び脚部１５７とベース部１５２２との境界部、突起部１５４と脚部１５６、１５７との境界部における可撓性が向上される。従って、突起部１５４の変位量を効率よく拡大できる。
Thereby, the flexibility in the boundary part of the
ここで、ステータ１５０の形状特性について説明する。図１７は、ステータ１５０の寸法を示す図であり、図１８の表は、寸法が異なるタイプＡ、タイプＢの２種類のステータ１５０の各部の寸法を表す表である。なお、タイプＡ、タイプＢの２種類のステータの材料は、ともにステンレスであり、これらの図中奥行き方向（移動子の移動方向と直交する方向）の寸法は３ｍｍである。
Here, the shape characteristic of the
寸法Ｇは、溝１５３の幅、寸法Ｈ１は、突起部１５４のベース部１５２からの高さ、Ｈ２は、突起部１５４における下側の幅広部のベース部１５２からの高さ、Ｈ３は、脚部１５６、１５７のベース部１５２からの高さ、Ｗ１は、脚部１５６、１５７の厚さ（幅）、Ｗ２は、突起部１５４の下側の幅広部と上側の狭幅部との境界のベース部１５２からの高さ、Ｗ３は、突起部１５４の厚さ（幅）である。
The dimension G is the width of the
図１９は、アクチュエータ１００の動作を示す斜視図である。この図に示すように、アクチュエータ１００では、電気機械変換部１６０、１６２を相対的に伸縮させることにより、突起部１５４が、電気機械変換部１６０、１６２の伸縮方向と直交する方向（以下、横方向という）に変位する。また、突起部１５４がロータ１４０に当接した状態で横方向に変位（以下、横変位という）するのに伴い、突起部１５４には、突起部１５４の変位方向の反対方向への反力（以下、横反力という）が作用する。
FIG. 19 is a perspective view showing the operation of the
図２０は、タイプＡのステータ１５０及びタイプＢのステータ１５０のそれぞれについての横反力（Ｎ）と横変位量（μｍ）との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、横反力が２．５Ｎ以下の場合には、タイプＡを用いるのが適切であり、横反力が２．５Ｎ以上の場合には、タイプＢを用いるのが適切である。
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the lateral reaction force (N) and the lateral displacement (μm) for each of the
なお、突起部１５４の材料を例えばアルミにすると、電気機械変換部１６０、１６２から受ける力により突起部１５４が変形し易くなり、突起部１５４の横変位量を増大できる。また、タイプＡ及びタイプＢのステータ１５０において、Ｗ３＝Ｗ２にすると、横反力に対する突起部１５４の剛性を向上させることができる。また、一対の脚部１５６、１５７の間隔であるＧをより狭くすることにより、横変位量をより大きくすることができ、間隔Ｇが、突起部１５４のベース部１５２からの高さＨ１以下となることが好ましい。
If the material of the
図２１は、モータ１０を備える撮像装置７００の概略構成を示す側断面図である。この図に示すように、撮像装置７００は、光学部材４２０と、レンズ鏡筒４３０と、モータ１０と、撮像部５００と、制御部５５０と、を備える。レンズ鏡筒４３０は光学部材４２０を収容する。
FIG. 21 is a side sectional view showing a schematic configuration of an
モータ１０は、光学部材４２０を移動させる。撮像部５００は、光学部材４２０によって結像された画像を撮像する。制御部５５０は、モータ１０および撮像部５００を制御する。
The
また、撮像装置７００は、光学部材４２０、レンズ鏡筒４３０、及びモータ１０を備えるレンズユニット４１０と、ボディ４６０を含む。レンズユニット４１０は、マウント４５０を介して、ボディ４６０に対して着脱自在に装着される。
The
光学部材４２０は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、フロントレンズ４２２、コンペンセータレンズ４２４、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８を含む。フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８の間には、アイリスユニット４４０が配置される。
The
モータ１０は、光軸方向についてレンズ鏡筒４３０の中程にあって相対的に小径なフォーカシングレンズ４２６の下方に配置される。これにより、レンズ鏡筒４３０の径を拡大することなく、モータ１０はレンズ鏡筒４３０内に収容される。モータ１０は、例えばギア列を介してフォーカシングレンズ４２６を光軸方向に前進または後退させる。
The
ボディ４６０は、メインミラー５４０、ペンタプリズム４７０、接眼系４９０を含む光学部材を収容する。メインミラー５４０は、レンズユニット４１０を介して入射した入射光の光路上に傾斜して配置される待機位置と、入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。
The
待機位置にあるメインミラー５４０は、入射光の大半を、上方に配置されたペンタプリズム４７０に導く。ペンタプリズム４７０は、入射光の鏡映を接眼系４９０に向かって出射するので、フォーカシングスクリーンの映像を接眼系４９０から正像として見ることができる。入射光の残りは、ペンタプリズム４７０により測光ユニット４８０に導かれる。測光ユニット４８０は、入射光の強度およびその分布等を測定する。
The
なお、ペンタプリズム４７０および接眼系４９０の間には、ファインダ液晶４９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーンの映像に重ねるハーフミラー４９２が配置される。表示画像は、ペンタプリズム４７０から投影された画像に重ねて表示される。
A
また、メインミラー５４０は、入射光の入射面に対する裏面にサブミラー５４２を有する。サブミラー５４２は、メインミラー５４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距ユニット５３０に導く。これにより、メインミラー５４０が待機位置にある場合は、測距ユニット５３０が被写体までの距離を測定する。なお、メインミラー５４０が撮影位置に移動した場合は、サブミラー５４２も入射光の光路から退避する。
The
更に、入射光に対してメインミラー５４０の後方には、シャッタ５２０、光学フィルタ５１０および撮像部５００が順次配置される。シャッタ５２０が開放される場合、その直前にメインミラー５４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像部５００に入射される。これにより、入射光の形成する画像が電気信号に変換される。これにより、撮像部５００は、レンズユニット４１０によって結像された画像を撮像する。
Further, a
撮像装置７００において、レンズユニット４１０とボディ４６０とは電気的にも結合されている。従って、例えば、ボディ４６０側の測距ユニット５３０が検出した被写体までの距離の情報に応じてモータ１０の回転を制御することにより、オートフォーカス機構を形成できる。また、測距ユニット５３０がモータ１０の動作量を参照することにより、フォーカスエイド機構を形成することもできる。モータ１０および撮像部５００は、制御部５５０により上記の通り制御される。
In the
ここで、上述したように、モータ１０の出力トルクを効率よく増加させることができる。よって、オートフォーカス機構の駆動力を効率よく高めることができるので、省電力化すると共に、高駆動力でオートフォーカス機構を駆動することが可能となる。
Here, as described above, the output torque of the
なお、モータ１０によりフォーカシングレンズ４２６を移動させる場合について例示したが、アイリスユニット４４０の開閉、ズームレンズのバリエータレンズの移動等をモータ１０で駆動できることはいうまでもない。この場合も、電気信号を介して測光ユニット４８０、ファインダ液晶４９４等と情報を参照し合うことにより、モータ１０は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。なお、撮像装置７００では、モータ１０に代えてモータ２０を用いてもよい。
Although the case where the focusing
以上のように、モータ１０は、撮影機、双眼鏡等の光学系において、合焦機構、ズーム機構、手振れ補正機構等の駆動に好適に使用できる。さらに、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源に使用されうるが、用途がこれらに限られないことはいうまでもない。
As described above, the
図２２は、アクチュエータ２００を備えるレンズユニット３００の内部を示す斜視図である。当該レンズユニット３００は、ボディ４６０に装着できる。この図に示すように、レンズユニット３００には、フォーカシングレンズ４２６と、フォーカシングレンズ４２６を保持するレンズ保持枠３０２と、レンズ保持枠３０２の光軸方向への移動を案内する一対のガイドバー３０４、３０６とが配されている。レンズ保持枠３０２の左側には、軸受部３０８が設けられ、レンズ保持枠３０２の右上部には、前後一対の軸受部３１０、３１２が設けられている。ガイドバー３０４は、軸受部３０８に摺動自在に挿通され、ガイドバー３０６は、軸受部３１０、３１２に摺動自在に挿通されている。
FIG. 22 is a perspective view showing the inside of the
軸受部３１０と軸受部３１２とは、光軸方向に延びるステー３１４により連結されている。このステー３１４の下部には、光軸方向を長手方向とする矩形板状の移動体３１６が、上下方向に変位可能に懸架されている。また、ステー３１４の下部と移動体３１６との間には、板バネ３１８が配されている。この板バネ３１８は、移動体３１６を下方に付勢している。
The bearing
ここで、移動体３１６の下方には、アクチュエータ２００が配されており、移動体３１６が板バネ３１８によりアクチュエータ２００の突起部１５４に圧接されている。また、アクチュエータ２００は、電気機械変換部１６０、１６２が、光軸方向に並ぶように配されている。このため、アクチュエータ２００が上述の方法により動作されることにより、突起部１５４から移動体３１６に対して光軸方向への推力が作用されて、レンズ保持枠３０２及びフォーカシングレンズ４２６が光軸方向に移動される。なお、レンズユニット３００では、アクチュエータ２００に代えてアクチュエータ１００を用いてもよい。
Here, the
以上、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ることが可能であることが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も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
１０、２０ モータ、１００ アクチュエータ、１１０ 回転軸、１１２ ネジ部、１１４ フランジ部、１２０ 取付板、１２２ 締結用穴、１３０ 付勢部材、１４０ ロータ、１４２ 軸受、１４４ ギア部、１５０ ステータ、１５２ ベース部、１５３ 溝、１５４ 突起部、１５６、１５７ 脚部、１６０ 電気機械変換部、１６１ 隙間、１６２ 電気機械変換部、１７０、１７２ フレキシブルプリント配線板、１７１、１７３ ドライバ、１７５ 波形成形器、１８０ ベース、１９０ ベース、２００ アクチュエータ、２１０、２２０ ナット、２３０ ワッシャ、２４０ 電気機械変換部、２５０ フレキシブルプリント配線板、２６０ ベース、３００ レンズユニット、３０２ レンズ保持枠、３０４、３０６ ガイドバー、３０８、３１０、３１２ 軸受部、３１４ ステー、３１６ 移動体、３１８ 板バネ、４１０ レンズユニット、４２０ 光学部材、４２６ フォーカシングレンズ、４２８ メインレンズ、４３０ レンズ鏡筒、４４０ アイリスユニット、４５０ マウント、４６０ ボディ、４７０ ペンタプリズム、４８０ 測光ユニット、４９０ 接眼系、４９２ ハーフミラー、４９４ ファインダ液晶、５００ 撮像部、５１０ 光学フィルタ、５２０ シャッタ、５３０ 測距ユニット、５４０ メインミラー、５４２ サブミラー、５５０ 制御部、６００ アクチュエータ、６０２、６０４、６０６、６０８ 溝、７００ 撮像装置、１５２１ ベース部、１５２２ ベース部 10, 20 Motor, 100 Actuator, 110 Rotating shaft, 112 Screw part, 114 Flange part, 120 Mounting plate, 122 Fastening hole, 130 Energizing member, 140 Rotor, 142 Bearing, 144 Gear part, 150 Stator, 152 Base part , 153 Groove, 154 Projection, 156, 157 Leg, 160 Electromechanical converter, 161 Gap, 162 Electromechanical converter, 170, 172 Flexible printed wiring board, 171, 173 Driver, 175 Waveform shaper, 180 Base, 190 base, 200 actuator, 210, 220 nut, 230 washer, 240 electromechanical converter, 250 flexible printed wiring board, 260 base, 300 lens unit, 302 lens holding frame, 304, 306 guide bar, 308, 10, 312 Bearing portion, 314 stay, 316 moving body, 318 leaf spring, 410 lens unit, 420 optical member, 426 focusing lens, 428 main lens, 430 lens barrel, 440 iris unit, 450 mount, 460 body, 470 penta Prism, 480 Photometric unit, 490 Eyepiece system, 492 Half mirror, 494 Finder liquid crystal, 500 Imaging unit, 510 Optical filter, 520 Shutter, 530 Distance measuring unit, 540 Main mirror, 542 Sub mirror, 550 Control unit, 600 Actuator, 602, 604, 606, 608 groove, 700 imaging device, 1521 base portion, 1522 base portion
Claims (12)
前記移動子から前記移動子の移動方向と直交する方向に離れた位置から前記移動子へ向けて延び、前記移動子から遠い側の端から前記移動子の側へ設けられた溝により前記移動子の移動方向に分岐された一対の脚部を有する突起部と、
前記一対の脚部の一方を支持し、電力を供給されることにより、前記移動子の移動方向と交差する方向に伸縮する第１電気機械変換部と、
前記一対の脚部の他方を支持し、電力を供給されることにより、前記移動子の移動方向と交差する方向に前記第１電気機械変換部とは異なる位相で伸縮することにより、前記第１電気機械変換部と協働して、前記突起部を、前記移動子の側に変位しながら前記移動子の移動方向に揺動させる第２電気機械変換部と、
を備えるアクチュエータ。 An actuator for moving the slider,
The movable element extends from the movable element in a direction perpendicular to the moving direction of the movable element toward the movable element, and is provided by a groove provided on the movable element side from an end far from the movable element. A protrusion having a pair of legs branched in the moving direction of
A first electromechanical converter that supports one of the pair of legs and is expanded and contracted in a direction intersecting a moving direction of the moving element by being supplied with electric power;
By supporting the other of the pair of leg portions and being supplied with electric power, the first electromechanical conversion unit expands and contracts in a direction intersecting the moving direction of the moving element, thereby extending the first In cooperation with an electromechanical converter, a second electromechanical converter that swings the protrusion in the moving direction of the mover while displacing the protrusion toward the mover;
An actuator comprising:
前記突起部に対して前記第１電気機械変換部及び前記第２電気機械変換部を挟んだ反対側に配され、前記第１電気機械変換部及び前記第２電気機械変換部を支持し、電力を供給されることにより、前記移動子の移動方向と直交する方向に前記第１電気機械変換部及び前記第２電気機械変換部とは異なる位相で伸縮することにより、前記第１電気機械変換部と協働して、前記突起部に、前記移動子の側に変位しながら前記移動子の移動方向に揺動し、前記移動子の反対側に変位しながら前記移動子の移動方向の反対方向へ揺動する円運動をさせる第３電気機械変換部を備える請求項１に記載のアクチュエータ。 The first electromechanical conversion unit and the second electromechanical conversion unit cooperate to cause the protrusion to reciprocate in a swinging direction in the moving direction of the moving element and in a direction opposite to the moving direction.
It is arranged on the opposite side of the first electromechanical converter and the second electromechanical converter with respect to the protrusion, and supports the first electromechanical converter and the second electromechanical converter. The first electromechanical conversion unit is expanded and contracted in a direction different from that of the first electromechanical conversion unit and the second electromechanical conversion unit in a direction orthogonal to the moving direction of the moving element. In cooperation with the projection, the protrusion is swung in the moving direction of the moving element while being displaced toward the moving element, and the moving direction of the moving element is reversed while being displaced to the opposite side of the moving element. The actuator according to claim 1, further comprising a third electromechanical converter that performs a circular motion that swings toward the bottom.
前記脚部と前記ベース部との結合部に、前記脚部より薄い薄肉部が形成されている請求項５に記載のアクチュエータ。 One is joined to the first electromechanical converter, the other is joined to the second electromechanical converter, the one is joined to one of the pair of legs, and the other is joined to the other of the pair of legs. It has a pair of base parts,
The actuator according to claim 5, wherein a thin portion thinner than the leg portion is formed at a joint portion between the leg portion and the base portion.
前記アクチュエータにより回転運動される前記移動子としてのロータと、
を備える駆動装置。 The actuator according to any one of claims 1 to 6, and
A rotor as the mover that is rotated by the actuator;
A drive device comprising:
少なくとも一の前記突起部を、他の前記突起部とは異なる位相で円運動させる請求項７に記載の駆動装置。 A plurality of the actuators are arranged side by side in the moving direction of the mover,
The drive device according to claim 7, wherein at least one of the protrusions is circularly moved with a phase different from that of the other protrusions.
前記ロータの回転方向に隣り合った前記突起部を異なる位相で円運動させ、且つ、前記ロータの回転中心に対して対称に配された一対の前記突起部を同期させて円運動させる請求項８に記載の駆動装置。 The four actuators are arranged at equal intervals in the rotation direction of the rotor,
9. The protrusions adjacent to each other in the rotation direction of the rotor are circularly moved in different phases, and a pair of protrusions arranged symmetrically with respect to the rotation center of the rotor are synchronously moved circularly. The drive device described in 1.
前記アクチュエータにより直線運動される移動子としてのスライダと、
を備える駆動装置。 The actuator according to any one of claims 1 to 6, and
A slider as a mover that is linearly moved by the actuator;
A drive device comprising:
前記駆動装置により光軸方向へ移動される光学部材と、
を備えるレンズユニット。 The drive device according to any one of claims 7 to 10, and
An optical member that is moved in the optical axis direction by the driving device;
A lens unit comprising:
前記駆動装置により光軸方向へ移動される光学部材と、
前記光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、
を備える撮像装置。 The drive device according to any one of claims 7 to 10, and
An optical member that is moved in the optical axis direction by the driving device;
An imaging unit that captures an image formed by the optical member;
An imaging apparatus comprising:
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