JP2015035947A - 駆動装置及びそれを有するレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動装置としての超音波モータの振動板の進行方向の小型化を図る。
【解決手段】振動板１と、振動板１の振動の励起を行う圧電素子２、第１の接触部３ａ、及び第２の接触部３ｂを有する振動子と、第１の接触部３ａ及び第２の接触部３ｂと接触する摩擦部材２１とを有する。振動子と摩擦部材２１とは相対的に移動し、第１の接触部３ａ及び第２の接触部３ｂは、励起に伴って、振動子の第１方向に生じる奇数個の振動の腹線Ｙ１，Ｙ２を挟んだ位置であって、且つ振動子の第２方向に生じる奇数個の振動の節線Ｘ１，Ｘ２を挟んだ位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は板状の振動子を構成する弾性体を有するリニア駆動用の駆動装置としての超音波モータに関する。特に本発明はその超音波モータを利用したレンズ駆動装置に関する。

従来からリニア駆動用の駆動装置としての超音波モータは多様な発明が行われており、例えば特許文献１や特許文献２のような超音波モータが開示されている。

特許文献１では、固有振動数が略等しい異なる２つの曲げ振動の振幅を突起の先端に取り出して駆動する例である。

特許文献２では、特許文献１の発明を改良したものであって、簡素な構成による圧電素子で駆動する例である。

従来の超音波モータで使用される振動子について図８を参照し説明する。
図８は特許文献２の超音波モータで使用される振動子の構成を示す。図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は左側面図、図８（ｄ）は右側面図、図８（ｅ）は図８（ｂ）のＩ−Ｉ断面図である。

振動子は、長方形形状を有する振動板１０１と、振動板１０１の短辺に設けられて保持部材（不図示）に取り付けるための取り付け部１０１ａ、１０１ｂとを有している。振動子は更に、振動板１０１に貼り付けられた２つの突起１０３ａ、１０３ｂと、振動板１０１の突起１０３ａ、１０３ｂが貼り付けられた面の裏面に貼り付けられた圧電素子１０２とを有している。
圧電素子１０２はＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとの２つに分極されている。

突起１０３ａは、圧電素子１０２によって励起され、振動板１０１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹Ｘ３の箇所に貼り付けられている。突起１０３ａは更に、圧電素子１０２によって励起され、振動板１０１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの一方の節Ｙ３の箇所に貼り付けられている。また、突起１０３ｂは、圧電素子１０２の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹Ｘ３の箇所に貼り付けられている。突起１０３ｂは更に、長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの他方の節Ｙ４の箇所に貼り付けられている。２つの突起１０３ａ、１０３ｂは更に、振動板１０１との接着面の反対側の面で、不図示の固定枠に固定された摩擦部材２０１と接触している。
以上の構成において不図示の給電手段から、圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとに位相差を−９０°から＋９０°の範囲で変化させた交流電圧をそれぞれ印加する。それにより超音波振動が発生され、振動子と摩擦部材２０１との間の相対移動のための駆動力が発生される。

続いて、圧電素子１０２のＡ相１０２ａ及びＢ相１０２ｂに互いに位相差を有する交流電圧を印加した場合の振動子の様子について図９及び図１０を参照し説明する。

図９は、圧電素子１０２のＡ相１０２ａに対してＢ相１０２ｂの位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動子の様子をモデル化して示す。なお、圧電素子１０２、取り付け部１０１ａ、１０１ｂは省略されている。図９（ａ）は、圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂに印加される交流電圧の変化について、縦軸を電圧、横軸を時間として示している。そして電圧Ｖ５はＡ相に印加され、電圧Ｖ６はＢ相に印加される。図９（ｂ）は振動子の正面図、図９（ｃ）は振動子の左側の突起１０３ａの貼り付け位置における振動子の左側面図、図９（ｄ）は振動子の右側の突起１０３ｂの貼り付け位置における振動子の右側面図である。図９（ｂ）から図９（ｄ）は、図９（ａ）の時間Ｔ９から時間Ｔ１２のそれぞれにおける振動子の振動の状態変化を実線で示している。また点線は、実線が表す時間以外における振動子の状態を比較のため示している。

図１０は、圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとの間でほぼ位相差が無い交流電圧を印加した場合の振動子の様子をモデル化して示す。なお、圧電素子１０２、取り付け部１０１ａ、１０１ｂは省略されている。図１０（ａ）は、圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂに印加される交流電圧の変化について、縦軸を電圧、横軸を時間として示す。そして電圧Ｖ７はＡ相に印加され、電圧Ｖ８はＢ相に印加される。図１０（ｂ）は振動子の正面図、図１０（ｃ）は振動子の左側の突起１０３ａの貼り付け位置における振動子の左側面図、図１０（ｄ）は振動子の右側の突起１０３ｂの貼り付け位置における振動子の右側面図である。図１０（ｂ）から図１０（ｄ）は、図１０（ａ）の時間Ｔ１３から時間Ｔ１６のそれぞれにおける振動子の振動の状態変化を実線で示している。また点線は、実線が表す時間以外における振動子の状態を比較のため示している。

図９のように、圧電素子１０２のＡ相１０２ａに対しＢ相１０２ｂの位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合、時間Ｔ１０及び時間Ｔ１２では、図９（ａ）のようにＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとに互いに同符号で同一の大きさの電圧が印加されている。この時、図９（ｃ）及び図９（ｄ）のようにＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとは同一面内の同一方向に最も伸縮する。そして振動板１０１の短辺に沿った方向に生じる１次の曲げ振動の振幅が最大となる（Ｐ５）。従って図９（ｃ）及び図９（ｄ）において、この箇所が振動板１０１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹Ｘ３となる。

一方、時間Ｔ９及び時間Ｔ１１では、図９（ａ）のように圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとに互いに異符号で同一の大きさ電圧が印加されている。この時、図９（ｂ）のようにＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとは互いに同一面内の逆方向に最も伸縮する。そして振動板１０１の長辺に沿った方向に生じる２次の曲げ振動の振幅が最大となる（Ｐ６）。従って図９（ｂ）において、この箇所が振動板１０１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの腹となる。そして突起１０３ａが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｙ３となり、突起１０３ｂが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｙ４となる。

この結果、突起１０３ａの先端に円運動Ｒ５が発生し、突起１０３ｂの先端に円運動Ｒ６が発生するため、振動子は摩擦部材２０１に対してＸｄ方向に移動する駆動力を得る。又、Ｂ相１０２ｂに対してＡ相１０２ａの位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合には、円運動Ｒ５とは反対方向の円運動が発生するため、振動子は摩擦部材２０１に対してＸｄ方向とは逆方向に移動する駆動力を得る。

図１０のように、圧電素子のＡ相とＢ相との間でほぼ位相差が無い交流電圧をそれぞれ印加した場合、時間Ｔ１４及び時間Ｔ１６では、図１０（ａ）のように圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂに同符号で同一の大きさ電圧が印加されている。この時、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）のようにＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとは同一面内の同一方向に最も伸縮する。そして振動板１０１の短辺に沿った方向に生じる１次の曲げ振動の振幅が最大となる（Ｐ７）。従って図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）において、この箇所が振動板１０１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹Ｘ３となる。

一方、時間Ｔ１３及び時間Ｔ１５では、圧電素子１０２のＡ相１０２ａに対してＢ相１０２ｂの位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合（図９）と比べ、図１０（ａ）のようにＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとの間で異符号の電圧が印加されている時間が非常に短い。よって、図１０（ｂ）のように振動板１０１の長辺に沿った方向に生じる２次の曲げ振動が、Ａ相１０２ａに対してＢ相１０２ｂの位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合よりも小さくなる（Ｐ８）。従って図１０（ｂ）において、この箇所が振動板１０１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの腹となる。そして突起１０３ａが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｙ３となり、突起１０３ｂが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｙ４となる。

この結果、突起１０３ａの先端に縦長の楕円運動Ｒ７が発生し、突起１０３ｂの先端に縦長の楕円運動Ｒ８が発生するため、振動子は摩擦部材２０１に対してＸｄ方向に低速で移動するための駆動力を得ることができる。また、円運動Ｒ５の場合と同様に、反対方向に移動するための駆動力も得ることができる。

このように、従来の超音波モータは、圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとに印加する交流電圧の位相差を制御することにより、突起先端の運動の楕円比を変更して広い速度レンジに対応させている。

特開平６−３１１７６５号公報 特開２０１２−１６１０７号公報

近年超音波モータが搭載される電子機器の小型化、特にレンズ駆動装置の小型化の要求は更に高まっている。特許文献１と特許文献２との超音波モータは、共に小型化が図れているが、それには限界があった。

従来の超音波モータを使用した駆動装置について図１１及び図１２を参照し説明する。

図１１は、図８に示される特許文献２の振動子を有する超音波モータを利用したリニア駆動装置の概略図である。図１１（ａ）は超音波モータにおける振動子と摩擦部材の相対移動の方向から見た図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＪ−Ｊ断面図である。

図１２は、特許文献２の振動子を有する超音波モータを利用したリニア駆動装置を搭載したレンズ駆動装置の概略図である。図１２（ａ）はレンズ駆動装置の光軸方向からレンズ装置を見た正面図、図１２（ｂ）はレンズ駆動装置の光軸方向の全長が長い場合のレンズ駆動装置の内部を見た内部側面図である。また図１２（ｃ）はレンズ駆動装置の光軸方向の全長が短い場合のレンズ駆動装置の内部を見た内部側面図である。

リニア駆動装置２００は、振動子と、摩擦部材２０１と、ローラ２０２と、ローラ支持軸２０２ａと、保持部材としての枠体２０３とを有している。リニア駆動装置２００は更に、枠体２０３に保持されたローラ支持部２０３ａと、加圧ばね２０４と、枠体２０３に保持された取り付けピン２０５と、枠体２０３に固定された駆動伝達部材２０６とを有している。

レンズ駆動装置は、リニア駆動装置２００と、外枠３０１と、レンズ３０２と、レンズ３０２を保持するレンズホルダー３０３と、ガイド軸３０４、３０５とを有している。なお、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）において、レンズ駆動装置の大きさに対する振動板１０１の位置関係を明確にするため、リニア駆動装置２００では振動板１０１及び突起１０３ａ、１０３ｂ以外が省略されている。

リニア駆動装置２００において、振動板の取り付け部１０１ａ、１０１ｂの各孔部に取り付けピン２０５が嵌め込まれ、振動子は枠体２０３により支持される。ローラ２０２は、ローラ支持部２０３ａにより保持されたローラ支持軸２０２ａを介して枠体２０３に支持されている。そしてローラ２０２の摺動面はレンズ駆動装置の外枠３０１に固定された摩擦部材２０１に接触している。加圧ばね２０４は、下端が振動子の圧電素子１０２に当接し、上端が枠体２０３に当接し、圧電素子１０２と枠体２０３とに挟まれてそれぞれに押圧力を付与している。振動子は加圧ばね２０４の中心軸方向に自由な動きを有し、突起１０３ａ、１０３ｂは摩擦部材２０１のローラ接触面と反対側の面に接している。従って、加圧ばね２０４の押圧力により、突起１０３ａ、１０３ｂは摩擦部材２０１に加圧接触される。そして突起１０３ａ、１０３ｂに発生する円運動（又は楕円運動）Ｒｂ、Ｒｃによって、振動子は摩擦部材２０１に対してＸｅ方向に移動する駆動力を得る。なお、上述のように、圧電素子１０２のＡ相１０２ａとＢ相１０２ｂとに印加する交流電圧の位相差を変えることができる。これにより、円運動Ｒｂ、Ｒｃとは反対方向の円運動が発生し、振動子は摩擦部材２０１に対してＸｅ方向とは逆方向に移動する駆動力を得る。

レンズ駆動装置において、ガイド軸３０４、３０５と摩擦部材２０１とはレンズ駆動装置の光軸方向に沿って延在するように、両端がそれぞれ外枠３０１に固定されている。レンズホルダー３０３は、リニア駆動装置２００の駆動伝達部材２０６と接続されている。そして、ガイド軸３０４、３０５に支持されて案内されることで、レンズ装置の光軸方向Ｘｆに移動可能となる。不図示の制御部からの移動命令に従い、リニア駆動装置２００が相当の距離を移動することで、レンズホルダー３０３を駆動させることができる。図１２（ｂ）における振動子の振動板１０１は、レンズホルダー３０３の一方の移動端Ｋと他方の移動端Ｌとからなるレンズホルダー移動距離Ｌ４と、振動板１０１の移動方向の長さである振動板長さＬ５の和の範囲を移動する。従って、装置全体の小型化を図るためには、振動板長さＬ５の短縮が不可欠になることがある。振動板長さＬ５に対しレンズホルダー移動距離Ｌ４が十分に大きい場合、振動板長さＬ５の短縮は、レンズホルダー移動距離Ｌ４の短縮と比較し、装置全体の小型化をもたらすことは低い。しかし一方、図１２（ｃ）における更に小型化が進んだレンズ駆動装置においては、振動板長さＬ５の方がレンズホルダー３０３の一方の移動端Ｍと他方の移動端Ｎとからなるレンズホルダー移動距離Ｌ４より長い場合もある。このような場合、特に振動板１０１の振動板長さＬ５の短縮は装置全体の小型化にとって重要な課題となる。しかし振動板長さＬ５の短縮には以下のような課題がある。

特許文献２の超音波モータにおいては、振動板１０１は、振動子が摩擦部材２０１に対して相対移動する方向に、長辺の長さである振動板長さＬ５を有する構成となっている。このため、単純に振動板長さＬ５を短縮すると、曲げ振動の振幅も同時に小さくなり、駆動力が低下する、又は、駆動力が得られない等の問題点が生じる。従って、特許文献２の超音波モータにおける、振動板長さＬ５の短縮に限界があった。

又、特許文献１のように複雑な分極をした構造の圧電素子を用いれば、振動板長さＬ５を短縮しても、駆動力を維持することが可能であるが、圧電素子のコストが上がり、給電手段の複雑化や、消費電力の増加等の問題点が生じる。

本発明の駆動装置は、振動板と、振動板の振動の励起を行う圧電素子、第１の接触部、及び第２の接触部を有する振動子と、接触部と接触する摩擦部材とを有する。振動子と摩擦部材とは相対的に移動し、第１の接触部及び第２の接触部は、励起に伴って、振動子の第１方向に生じる奇数個の振動の腹線を挟んだ位置であって、且つ振動子の第２方向に生じる奇数個の振動の節線を挟んだ位置に設けられていることを特徴とする。

上記の手段により、本発明の駆動装置は、簡素な圧電素子の構成で、振動子の摩擦部材に対する移動方向の小型化を達成することができ、これを利用した小型なレンズ駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る超音波モータの振動子の構成を説明する図。 本発明の実施形態１に係る振動子を有する超音波モータの速度制御のモデルを説明する図。 本発明の実施形態１に係る振動子を有する超音波モータの別の速度制御のモデルを説明する図。 本発明の実施形態１に係る振動子を有する超音波モータを使用したリニア駆動装置の構成を説明する図。 本発明の図４のリニア駆動装置を使用したレンズ駆動装置の構成を説明する図。 本発明の実施形態２に係る超音波モータの振動子の構成を説明する図。 本発明の実施形態３に係る超音波モータの振動子の構成を説明する図。 従来の超音波モータの振動子の構成を説明する図。 従来の振動子を有する超音波モータの速度制御のモデルを説明する図。 従来の振動子を有する超音波モータの別の速度制御のモデルを説明する図。 従来の振動子を有する超音波モータを使用したリニア駆動装置の構成を説明する図。 従来のリニア駆動装置を使用したレンズ駆動装置の構成を説明する図。

（実施形態１）
以下、本発明を実施するための実施形態１について説明する。なお、図において同一部材は同一記号で図示する。

本発明の実施形態１に係る駆動装置としての超音波モータで使用される振動子について図１を参照して説明する。
図１は、実施形態１に係る超音波モータの振動子の構成を示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は左側面図、図１（ｄ）は右側面図、図１（ｅ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の超音波モータは、振動子と、接触部たる突起３ａ、３ｂと、突起３ａ、３ｂと接触する摩擦部材２１とを備える。

振動子は、振動板１と、振動板１に取り付けられた圧電素子２とを有している。振動板１は、長辺と短辺とを備える多角形状であって、代表的には長方形形状を有する板材である。また、圧電素子２はＡ相２ａとＢ相２ｂの２つに分極されており、高周波振動を発生する。振動子は更に、取り付け部１ａ、１ｂを振動板１の短辺に有し、例えば保持部材に取り付けられる。

突起３ａ、３ｂは、振動板１に圧電素子２が取り付けられた面の裏面に形成されて配置されている。突起３ａ、３ｂは、凸型形状部であり、振動板１と接続する面の反対側の面で摩擦部材２１と接触している。摩擦部材２１は不動の固定枠（不図示）に固定されており、振動子は固定された摩擦部材２１に沿って相対的に移動する。なお、突起３ａ、３ｂは振動板１と一体形成でき、例えば、一体形成は絞り加工である。

突起３ａは、圧電素子２によって励起され、振動板１の短辺に沿った方向（第１方向）に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの共振周波数の一方の節（節線）Ｘ２の箇所に配置されている。第１の接触部たる突起３ａは更に、圧電素子２によって励起され、振動板１の短辺に沿った方向とは直交する振動板１の長辺に沿った方向（第２方向）に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの共振周波数の腹（腹線）Ｙ１の箇所に配置されている。また、第２の接触部たる突起３ｂは、振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの共振周波数の他方の節（節線）Ｘ１の箇所に配置されている。突起３ｂは更に、振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの共振周波数の他方の腹（腹線）Ｙ２の箇所に配置されている。すなわち、接触部３ａ、３ｂは、圧電素子２の励起に伴って、振動板１の短辺に沿った方向に生じる奇数個の振動の腹線を挟んだ位置であって、且つ振動板１の長辺に沿った方向に生じる奇数個の振動の節線を挟んだ位置に設けられている。また、接触部３ａ、３ｂは、振動板１の短辺に沿った方向に生じる１次の曲げ振動の腹線を挟んで互いに反対側の位置であって、且つ振動板１の長辺に沿った方向に生じる２次の曲げ振動の節線上以外の振動板１の長辺に沿った方向で互いに異なる位置に設けられている。そして不図示の給電手段により、圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂに位相差を＋９０°から＋２７０°まで変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させている。なお、１次の固有振動モードの共振周波数と２次の固有振動モードの共振周波数とは一致又は隣接するものであってもよい。また、１次の固有振動モードの共振周波数と２次の固有振動モードの共振周波数との間には他の振動モードの共振周波数が存在しなくてもよい。

なお、本実施例では、接触部３ａ、３ｂが、振動板１の短辺に沿った方向に生じる１次の曲げ振動の１個（奇数個）の腹線を挟んだ位置にある例を示した。しかし、例えば、２次の曲げ振動の２個の腹線のうちの１個（奇数個）の腹線を挟んだ位置に接触部３ａ、３ｂがある場合や、３次の曲げ振動の３個の腹線のうち１個（奇数個）又は３個（奇数個）の腹線を挟んだ位置に接触部３ａ、３ｂがある場合なども考えられる。

又、本実施例では、接触部３ａ、３ｂが、振動板１の長辺に沿った方向に生じる２次の曲げ振動の３個の節線のうち中央の１個（奇数個）の節線を挟んだ位置にある例を示した。しかし、例えば、２次の曲げ振動の３個の節線のうちの中央以外の１個（奇数個）又は３個（奇数個）の節線を挟んだ位置に接触部３ａ、３ｂがある場合や、３次の曲げ振動の４個の節線のうち１個（奇数個）又は３個（奇数個）の節線を挟んだ位置に接触部３ａ、３ｂがある場合なども考えられる。

続いて圧電素子２のＡ相２ａ及びＢ相２ｂに互いに位相差を有する交流電圧を印加した場合の振動子の様子について図２及び図３を参照し説明する。

図２は圧電素子２のＡ相２ａに対してＢ相２ｂの位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動子の様子をモデル化して示す。図２（ａ）は圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂに印加される交流電圧の変化について、縦軸を電圧、横軸を時間として示す。そして電圧Ｖ１はＡ相２ａに印加され、電圧Ｖ２はＢ相２ｂに印加される。図２（ｂ）は図１の振動子の正面図、図２（ｃ）は振動子上の左側の突起３ａの形成位置における振動子の左側面図、図２（ｄ）は振動子上の右側の突起３ｂの形成位置における振動子の右側面図である。図２（ｂ）から図２（ｄ）は、図２（ａ）の時間Ｔ１から時間Ｔ４のそれぞれにおける振動子の振動の状態変化を実線で示している。なお図２（ｂ）から図２（ｄ）においては、振動子の圧電素子２及び取り付け部１ａ、１ｂは省略されており、点線は実線が表す時間以外における振動子の状態を比較のため示している。

図３は、振動子の圧電素子２のＡ相２ａに対してＢ相２ｂの位相を約＋１８０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動子の様子をモデル化して示す。図３（ａ）は圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂに印加される交流電圧の変化について、縦軸を電圧、横軸を時間として示す。そして電圧Ｖ３はＡ相２ａに印加され、電圧Ｖ４はＢ相２ｂに印加される。図３（ｂ）は図１の振動子の正面図、図３（ｃ）は振動子の左側の突起３ａの形成位置における振動子の左側面図、図３の（ｄ）は振動子上の右側の突起３ｂの形成位置における振動子の右側面図である。図３（ｂ）から図３（ｄ）は、図３（ａ）で示される時間Ｔ５から時間Ｔ８のそれぞれにおける振動子の振動の状態変化を実線で示している。なお図３（ｂ）から図３（ｄ）においては、振動子の圧電素子２及び取り付け部１ａ、１ｂは省略されており、点線は実線が表す時間以外における振動子の状態を比較のため示している。

図２のように、圧電素子２のＡ相２ａに対してＢ相２ｂの位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合、時間Ｔ２及び時間Ｔ４では、図２（ａ）のようにＡ相２ａとＢ相２ｂに互いに同符号で同一の大きさの電圧が印加されている。この時、図２（ｃ）及び図２（ｄ）のようにＡ相２ａとＢ相２ｂとは同一面内の同一方向に最も伸縮する。そして振動板１の短辺に沿った方向に生じる１次の曲げ振動の振幅が最大となる（Ｐ１）。従って図２（ｃ）及び図２（ｄ）において、この箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹となる。そして突起３ａが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｘ１となり、突起３ｂが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｘ２となる。

一方、時間Ｔ１及びＴ３では、図２（ａ）のように圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂとに互いに異符号で同一の大きさの電圧が印加されている。この時、図２（ｂ）のようにＡ相２ａとＢ相２ｂとは互いに同一面内の逆方向に最も伸縮する。そして振動板１の長辺に沿った方向に生じる２次の曲げ振動の振幅が最大となる（Ｐ２）。従って図２（ｂ）において、突起３ａが配置されているこの箇所が振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの腹Ｙ１となり、突起３ｂが配置されているこの箇所が振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの腹Ｙ２となる。

この結果、突起３ａの先端に円運動Ｒ１が発生し、突起３ｂの先端に円運動Ｒ２が発生するため、振動子は摩擦部材２１に対してＸａ方向に移動するための駆動力を得る。又、Ａ相２ａに対してＢ相２ｂの位相を約＋２７０°遅らせて交流電圧を印加した場合は円運動Ｒ１、Ｒ２とは反対方向の円運動が発生する。それにより振動子は摩擦部材２１に対してＸａ方向とは逆方向に移動するための駆動力を得る。

本実施形態においては、摩擦部材２１を不動の固定枠に固定し、それに沿って振動子が移動する構成を説明した。しかしこれには限らず、振動子を不動の固定枠に固定し、それに沿って摩擦部材２１が移動する構成であってもよい。この場合、突起３ａの先端に円運動Ｒ１が発生し、突起３ｂの先端に円運動Ｒ２が発生すると、摩擦部材２１は振動子に対してＸａ方向とは逆方向に移動するための駆動力を得る。また、圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂに印加する交流電圧の位相差を変えて突起３ａ、３ｂの先端に円運動Ｒ１、Ｒ２とは反対方向の円運動が発生すると、摩擦部材２１は振動子に対してＸａ方向に移動するための駆動力を得る。

図３のように、圧電素子２のＡ相２ａに対してＢ相２ｂの位相を約＋１８０°遅らせて交流電圧を印加した場合、時間Ｔ５及び時間Ｔ７では、図３（ａ）のように圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂとに互いに異符号で同一の大きさの電圧が印加されている。この時、図３（ｂ）のように振動板１の長辺に沿った方向に生じる２次の曲げ振動の振幅が最大となる（Ｐ４）。従って図３（ｂ）において、突起３ａが配置されているこの箇所が振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの腹Ｙ１となり、突起３ｂが配置されているこの箇所が振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの腹Ｙ２となる。

一方、時間Ｔ６及び時間Ｔ８では、圧電素子２のＡ相２ａに対してＢ相２ｂの位相を約＋９０°遅らせた場合（図２）と比べ、図３（ａ）のように圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂとの間で同符号の電圧が印加されている時間が非常に短い。よって、図３（ｃ）及び図３（ｄ）のように振動板１の短辺に沿った方向に生じる１次の曲げ振動の振幅が非常に小さくなる（Ｐ３）。従って図３（ｃ）及び図３（ｄ）において、この箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹となる。そして突起３ａが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｘ１となり、突起３ｂが配置されている箇所が振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｘ２となる。

この結果、突起３ａの先端に縦長の楕円運動Ｒ３が発生し、突起３ｂの先端に円運動Ｒ４が発生する。楕円運動Ｒ３、Ｒ４は円運動Ｒ１、Ｒ２と比較してＸａ方向の移動距離が短いため、振動子はＸａ方向に摩擦部材２１に対して低速で移動することができる。また楕円運動Ｒ３、Ｒ４も円運動Ｒ１、Ｒ２と同様に、圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂとの間の電圧の位相差を変えることで逆方向にすることができ、この場合に振動子は摩擦部材２１に対しＸａ方向とは逆方向に低速で移動する駆動力を得る。

本実施形態においては、摩擦部材２１を不動の固定枠に固定し、それに沿って振動子が移動する構成を説明した。しかしこれには限らず、振動子を不動の固定枠に固定し、それに沿って摩擦部材２１が移動する構成であってもよい。この場合、突起３ａの先端に楕円運動Ｒ３が発生し、突起３ｂの先端に楕円運動Ｒ４が発生すると、摩擦部材２１は振動子に対してＸａ方向とは逆方向に低速で移動する駆動力を得る。また、圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂに印加する交流電圧の位相差を変えて突起３ａ、３ｂの先端に楕円運動Ｒ３、Ｒ４とは反対方向の円運動が発生すると、摩擦部材２１は振動子に対してＸａ方向に低速で移動する駆動力を得る。

以上の通り、本実施形態の超音波モータにおいては、簡素な圧電素子の構成で、振動子が摩擦部材２１に対して振動板１の短辺に沿った方向に移動することが可能である。

なお、本実施形態では、突起３ａを、圧電素子２によって励起され、振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの一方の節Ｘ２の箇所に配置した。突起３ａを、振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの一方の腹Ｙ１の箇所に配置した。また、突起３ｂを、振動板１の短辺に沿った方向で生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの他方の節Ｘ１の箇所に配置した。突起３ｂを、振動板１の長辺に沿った方向で生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの他方の腹Ｙ２の箇所に配置した。それにより、振動子が摩擦部材２１に対して振動板１の短辺の方向に移動する。これらの箇所が最も大きな駆動力を発生させるが、突起の配置はこれには限られない。

突起３ａを、振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹よりも一方の節Ｘ２に近い箇所に配置してもよい。突起３ａを更に、振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの短辺側の一方の節よりもその隣の腹Ｙ１に近い箇所に配置してもよい。また、突起３ｂを、振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの腹よりも他方の節Ｘ１に近い箇所に配置してもよい。突起３ｂを更に、振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの短辺側の他方の節よりもその隣の腹Ｙ２に近い箇所に配置してもよい。突起３ａの配置箇所が振動板１の節Ｘ２、腹Ｙ１からずれる、又突起３ｂの配置箇所が振動板１の節Ｘ１、腹Ｙ２からずれるにしたがって駆動力は減少するが、振動子が摩擦部材２１に対して振動板の短辺に沿った方向に移動させる駆動力を得ることができる。即ち、これは、前記２次の固有振動モードにおいて『一方の腹の箇所』又は『一方の腹に最も近い短辺の側の節よりも一方の腹に近い箇所』となる。そして、前記１次の固有振動モードにおいて『一方の節の箇所』又は『腹よりも一方の節に近い箇所』に配置されることを意味する。

本実施形態では２つの突起３ａ、３ｂを振動板１に配置しているが、突起３ａ、３ｂのどちらか一方のみを振動板１に配置してもよい。突起３ａ、３ｂの一方のみを振動板１に配置した場合でも、突起３ａ、３ｂの２つを配置した場合より駆動力は小さくなるが、振動子が摩擦部材２１に対して振動板の短辺に沿った方向に移動させる駆動力を得ることができる。

続いて本実施形態の具体的な実施例について図４及び図５を参照し説明する。

図４は本実施形態の振動子を有する超音波モータを利用したリニア駆動装置２０の概略図であり、図４（ａ）は超音波モータにおける振動子の摩擦部材２１に対する移動方向から見た図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図５は本実施形態の振動子を有する超音波モータを利用したリニア駆動装置２０を搭載したレンズ駆動装置の概略図であり、図５（ａ）はレンズ駆動装置の光軸方向からレンズ装置を見た正面図、図５（ｂ）はレンズ駆動装置の光軸方向の全長が長い場合のレンズ駆動装置の内部を見た内部側面図、図５（ｃ）はレンズ駆動装置の光軸方向の全長が短い場合のレンズ駆動装置の内部を見た内部側面図である。

リニア駆動装置２０は、本実施形態の振動板１と圧電素子２とを有する振動子と、突起３ａ、３ｂとを有している。リニア駆動装置は更に、不動の固定枠（不図示）に固定された摩擦部材２１と、ローラ２２と、ローラ支持軸２２ａと、保持部材としての枠体２３と、枠体２３に保持されたローラ支持部２３ａとを有している。リニア駆動装置はまた、加圧ばね２４と、枠体２３に保持された取り付けピン２５と、枠体２３に固定された駆動伝達部材２６とを有している。

レンズ駆動装置は、リニア駆動装置２０と、不動の固定枠としての外枠３１と、レンズ３２と、駆動伝達部材２６と接続してレンズ３２を保持するレンズホルダー３３と、ガイド軸３４、３５とを有している。なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）において、レンズ駆動装置の大きさに対する振動板１の位置関係を明確にするため、リニア駆動装置２０では振動板１及び突起３ａ、３ｂ以外が省略されている。

リニア駆動装置２０において、振動板の取り付け部１ａ、１ｂの各孔部に取り付けピン２５が嵌め込まれ、振動子は枠体２３により支持される。転動部材は、ローラ２２がローラ支持軸２２ａを介してローラ支持部２３ａに保持される構成を有する。そして転動部材は枠体２３に支持されている。転動部材のローラ２２の摺動面はレンズ駆動装置の外枠３１に固定された摩擦部材２１に接触している。なお、転動部材のローラ２２は駆動の際の摺動抵抗を軽減するために設けられているものであって、転動コロのような機構でもよい。加圧ばね２４は、下端が振動子の圧電素子２に当接し、上端が枠体２３に当接し、圧電素子２と枠体２３とに挟まれてそれぞれに押圧力を付与している。振動子は加圧ばね２４の中心軸方向に自由な動きを有し、突起３ａ、３ｂは摩擦部材２１のローラ接触面と反対側の面に接している。従って、加圧ばね２４の押圧力により、突起３ａ、３ｂは摩擦部材２１に加圧接触される。そして突起３ａに発生する円運動（又は楕円運動）Ｒａと突起３ｂに発生して円運動Ｒａと同じ回転方向の不図示の円運動（又は楕円運動）とによって、振動子は摩擦部材２１に対してＸｂ方向に移動する駆動力を得る。なお、上述のように、圧電素子２のＡ相２ａとＢ相２ｂとに印加する交流電圧の位相差を変えることで、突起３ａには円運動Ｒａとは反対方向の円運動が発生し、また突起３ｂにも同様に反対方向の円運動が発生するため、振動子は摩擦部材２１に対してＸｂ方向とは逆方向に移動する駆動力を得る。

本実施形態の振動子を有する超音波モータを利用したリニア駆動装置２０においては、簡素な圧電素子の構成で、振動子が摩擦部材２１に対して振動子の短辺に沿った方向に移動することが可能である。

本実施形態の振動子を有する超音波モータを利用したリニア駆動装置においては、摩擦部材２１を固定し、それに沿って振動子が移動する構成であった。しかしこれには限らず、振動子を固定し、それに沿って摩擦部材２１が移動する構成であっても、摩擦部材２１は振動子に対して振動板の短辺に沿った方向に移動させる駆動力を得ることができる。そしてその駆動力は、振動子が摩擦部材２１に対して移動する場合の駆動力と同等である。

以上のような構成とすることで、リニア駆動装置２０は、振動子の摩擦部材２１に対する移動方向の装置の小型化を図ることができる。よって、振動子の摩擦部材２１に対する移動方向の小型化が要求される装置に適用する場合には、装置全体の小型化に大きく寄与する。

レンズ駆動装置において、ガイド軸３４、３５と摩擦部材２１とはレンズ駆動装置の光軸方向に沿って延在するように、両端がそれぞれ外枠３１に固定されている。レンズホルダー３３は、リニア駆動装置２０の駆動伝達部材２６と接続され、ガイド軸３４、３５に支持されて案内されることで、レンズ装置の光軸方向Ｘｃに移動可能となる。そして不図示の制御部からの移動命令に従い、リニア駆動装置２０が相当の距離を移動することで、レンズホルダー３３を駆動させることができる。図５（ｂ）を参照し、レンズ駆動装置において、振動子の振動板１は、レンズホルダー３３の一方の移動端Ｃと他方の移動端Ｄとからなるレンズホルダー移動距離Ｌ１と、振動板１の移動方向の長さの振動板長さＬ２の和の範囲を移動する。Ｌ２は振動板１の短辺の長さであるため、振動板長さＬ２に対しレンズホルダー移動距離Ｌ１が十分に大きい。従って図５（ｃ）を参照し、レンズホルダー３３の一方の移動端Ｅと他方の移動端Ｆとからなり、レンズホルダー移動距離Ｌ１よりも小さなレンズホルダー移動距離Ｌ３に変更した場合であっても、振動板長さＬ２に対するレンズホルダー移動距離Ｌ３を十分に大きくすることができる。

なお、本実施形態の振動子を有する超音波モータを利用したレンズ駆動装置においては、摩擦部材２１を外枠３１に固定し、それに沿って振動子と接続されたレンズホルダー３３が可動である構成であった。しかしこれには限らず、振動子を外枠３１に固定し、それに沿って摩擦部材２１と接続されたレンズホルダー３３が可動である構成であっても、摩擦部材２１は振動子に対して振動板の短辺に沿った方向に移動させる駆動力を得ることができる。そしてその駆動力は、振動子が摩擦部材２１に対して移動する場合の駆動力と同等である。

以上のような構成とすることで、レンズ装置全体の小型化に大きく寄与する。特に、レンズ駆動装置の場合は光軸方向Ｘｃの小型化の要求が高いため、レンズ駆動装置全体の小型化に大きく寄与する。

（実施形態２）
続いて本発明の実施形態２について図６を参照し説明する。

実施形態１では突起３ａ、３ｂを振動板１に形成する構成であった。しかし、突起を圧電素子２に配置しても同様の効果を有する。

図６は本発明の実施形態２に係る駆動装置としての超音波モータの振動子の構成を説明するための図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は左側面図、図６（ｄ）は右側面図、図６（ｅ）は図６（ｂ）のＧ−Ｇ断面図である。

図６の振動子は、実施形態１に対し、圧電素子２に２つの突起３ｃ、３ｄを接着等で配置されている。

突起３ｃは、圧電素子２によって励起され、振動板１の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの一方の節Ｘ２の箇所に配置されている。突起３ｃは更に、圧電素子２によって励起され、振動板１の長辺の方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの一方の腹Ｙ１の箇所に配置されている。また、突起３ｄは、圧電素子２の短辺に沿った方向に生じる曲げ振動の１次の固有振動モードの他方の節Ｘ１の箇所に配置されている。突起３ｄは更に、振動板１の長辺に沿った方向に生じる曲げ振動の２次の固有振動モードの他方の節Ｙ２の箇所に配置されている。

本実施形態においても突起部は実施形態１と同じ配置の構成を有するため、実施形態１と同様の効果を有する。

（実施形態３）
続いて本発明の実施形態３について図７を参照し説明する。

実施形態１では取り付け部１ａ、１ｂを振動板１の短辺に設ける構成であった。しかし、取り付け部を振動板１の長辺に設けても同様の効果を有する。

図７は本発明の実施形態３に係る駆動装置としての超音波モータの振動子の構成を説明するための図である。図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は左側面図、図７（ｄ）は右側面図、図７（ｅ）は図６（ｂ）のＨ−Ｈ断面図である。

図７の振動子は、実施形態１に対し、振動板１の長辺に設けられた取り付け部１ｃ、１ｄを有している。

本実施形態においては、実施形態１に対し、振動子を枠体に固定するため構成を変更するのみであるため、実施形態１と同様の作用を実現することができる。

なお、実施形態１と同様の突起の配置と曲げ振動の固有振動モードを実現できるため、実施形態２と実施形態３の構成を組み合わせてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。本実施形態の超音波モータはデジタルカメラ用のレンズ鏡筒をなどの駆動用アクチュエータとしてユニット化したリニア駆動型の超音波モータを実施例に説明したが、使用用途はこれに限られたものではない。例えば、回転型の超音波モータに適用しても同様の効果を得ることができる。

本発明は、小型軽量かつ広い駆動速度レンジが要求される電子機器、特にレンズ駆動装置等に利用可能である。

１ 振動板
２ 圧電素子
２１ 摩擦部材
２３ 枠体
２４ 加圧ばね
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 突起
３１ 外枠
３２ レンズ
３３ レンズホルダー

Claims (26)

1. 駆動装置であって、
   振動板と、
   その振動板の振動の励起を行う圧電素子、第１の接触部、及び第２の接触部を有する振動子と、
   前記第１の接触部及び前記第２の接触部と接触する摩擦部材と、
   を有し、
   前記振動子と前記摩擦部材とは相対的に移動し、
   前記第１の接触部及び前記第２の接触部は、前記励起に伴って、前記振動子の第１方向に生じる奇数個の振動の腹線を挟んだ位置であって、且つ前記振動子の第２方向に生じる奇数個の振動の節線を挟んだ位置に設けられている、駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記振動子と前記摩擦部材とは相対的に前記第１方向に移動する、駆動装置。
3. 請求項１に記載の駆動装置であって、 前記振動板は短辺と長辺を備え、前記第１方向は前記振動板の短辺に沿った方向で、前記第２方向は前記振動板の長辺に沿った方向である、駆動装置。
4. 請求項１に記載の駆動装置であって、 前記第１の接触部及び前記第２の接触部は、前記振動子の前記第１方向に生じる１次の曲げ振動の腹線を挟んで互いに反対側の位置であって、且つ前記第２方向に生じる２次の曲げ振動の節線上以外の当該第２方向に沿った方向で互いに異なる位置に設けられている、駆動装置。
5. 請求項１に記載の駆動装置であって、 前記第１方向と第２方向とは直交する、駆動装置。
6. 請求項１に記載の駆動装置であって、 前記第１の接触部及び前記第２の接触部は、前記２次の曲げ振動の一方の腹の箇所又は当該一方の腹に最も近い短辺の側の節よりも前記一方の腹に近い位置に設けられている、駆動装置。
7. 請求項１に記載の駆動装置であって、 前記第１の接触部及び前記第２の接触部は、前記１次の曲げ振動の一方の節の箇所又は腹よりも前記一方の節に近い箇所に設けられている、駆動装置。
8. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は前記振動板に配置される、駆動装置。
9. 請求項７に記載の駆動装置であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は前記振動板と一体で形成される、駆動装置。
10. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は前記圧電素子に配置される、駆動装置。
11. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記振動子は、前記振動板の前記長辺で保持されている、駆動装置。
12. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記振動子は、前記振動板の前記短辺で保持されている、駆動装置。
13. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記振動子を保持し、転動部材を有する保持部材を更に備え、前記摩擦部材は前記転動部材を介して前記保持部材と接する、駆動装置。
14. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記摩擦部材が固定されていて、前記振動子が前記摩擦部材に対して移動する、駆動装置。
15. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記振動子が固定されていて、前記摩擦部材が前記振動子に対して移動する、駆動装置。
16. 請求項１４に記載の駆動装置と、
    レンズを保持して、前記振動子と接続されて前記摩擦部材に対して可動に取り付けられるレンズホルダーと、
    を備え、前記レンズホルダーが前記摩擦部材に対して移動することで前記レンズは移動される、レンズ駆動装置。
17. 請求項１５に記載の駆動装置と、
    レンズを保持して、前記摩擦部材と接続されて前記振動子に対して可動に取り付けられるレンズホルダーと、
    を備え、前記レンズホルダーが前記振動子に対して移動することで前記レンズは移動される、レンズ駆動装置。
18. 振動子であって、
    振動板と、
    前記振動板の振動の励起を行う圧電素子と、
    それぞれ凸型形状部である第１の接触部及び第２の接触部と、
    を有し、
    前記第１の接触部及び前記第２の接触部は、前記短辺に沿った方向に曲げ１次の共振周波数の腹線を挟んで互いに反対側の位置であって、且つ前記長辺に沿った方向の曲げ２次の共振周波数の節線上以外の当該長辺に沿った方向で互いに異なる位置に設けられ、
    前記１次の共振周波数及び前記２次の共振周波数は、共に固有振動の共振周波数であって、一致又は隣接している、振動子。
19. 請求項１８に記載の振動子であって、前記短辺に沿った方向に曲げ１次の共振周波数と前記長辺に沿った方向の曲げ２次の共振周波数との間に他の振動モードの共振周波数がない、振動子。
20. 請求項１８に記載の振動子であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は、前記２次の曲げ振動の一方の腹の箇所又は当該一方の腹に最も近い短辺の側の節よりも前記一方の腹に近い位置に設けられている、振動子。
21. 請求項１８に記載の振動子であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は、前記１次の曲げ振動の一方の節の箇所又は腹よりも前記一方の節に近い箇所に設けられている、振動子。
22. 請求項１８に記載の振動子であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は前記振動板に配置される、振動子。
23. 請求項１８に記載の振動子であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は前記振動板と一体で形成される、振動子。
24. 請求項１８に記載の振動子であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部は前記圧電素子に配置される、振動子。
25. 請求項１８に記載の振動子であって、前記振動子は、前記振動板の前記長辺で保持されている、振動子。
26. 請求項１８に記載の振動子であって、前記振動子は、振動板の前記短辺で保持されている、振動子。

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