JP2016201907A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の振動子から１つの駆動力を取り出す駆動装置において、製造誤差や外乱などにより振動子が傾いた場合でも、簡単な方法で確実に振動子を摩擦部材に摩擦接触させて、安定した駆動力を得ること。【解決手段】振動波モータ１００は、振動板１ａ、１ｂと該振動板に固定された圧電素子２ａ、２ｂとからなる振動子３ａ、３ｂが複数並べられて一体となって移動する複数の振動子３ａ、３ｂと、振動子３ａ、３ｂと摩擦接触する摩擦部材２０と、振動子３ａ、３ｂを摩擦部材２０に加圧する加圧手段と、加圧手段からの加圧力を振動子３ａ、３ｂに伝達し振動子３ａ、３ｂの並び方向に略直交する軸を中心に傾動可能に設けられている伝達手段とを備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、光学機器などに適用される駆動装置に関する。

従来、光学機器などに適用される駆動装置（超音波モータ）は、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動子を摩擦部材に対して加圧して、摩擦接触させることで駆動力を発生させ、振動子と摩擦部材とを相対移動させる技術として知られている。さらに、駆動対象の重量が大きい場合などには、複数の振動子を用いてより大きな駆動力を発生させる技術が知られている。

特許文献に開示された従来技術では、複数の振動子を直列および並列に並べて配置し、複数の振動子を連結することで、１つの駆動力を取り出す構成となっている。そして、振動子を摩擦部材に加圧するための加圧手段をそれぞれの振動子ごとに備える構成としている。

特開平９−２０１０７９号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、製造誤差や外乱などにより振動子が傾いた場合に、振動子と摩擦部材の摩擦接触を安定させるための構成がなく、安定した駆動力を得ることが困難である。

そこで本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、特に複数の振動子から１つの駆動力を取り出す振動波モータにおいて、振動子と摩擦部材の摩擦接触を簡単な構成で安定して実現する振動波モータを提供することを目的とする。

振動板と該振動板に固定された圧電素子とからなる振動子が複数並べられて一体となって移動する複数の振動子と、前記振動子と摩擦接触する摩擦部材と、前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、前記加圧手段からの加圧力を前記振動子に伝達し前記振動子の並び方向に略直交する軸を中心に傾動可能に設けられている伝達手段とを備えることを特徴とした。

本発明によれば、複数の振動子から１つの駆動力を取り出す振動波モータにおいて、振動子と摩擦部材の摩擦接触を簡単な構成で安定して実現することができる。

実施例１における振動波モータ１００の平面図である。 実施例１における振動子３ａ、３ｂの配置を示す図である。 （ａ）図１の断面線III−IIIにおける振動波モータ１００の断面図である。（ｂ）摩擦部材２０が傾いた場合における振動波モータ１００の断面図である。 実施例１におけるＸ軸方向から見た伝達手段の模式図である。 （ａ）図１の断面線Ｖ−Ｖにおける振動波モータ１００の断面図である。（ｂ）摩擦部材２０が傾いた場合における振動波モータ１００の断面図である。 実施例１におけるＹ軸方向に見た伝達手段の模式図である。 実施例２における振動子３ａ、３ｂの配置を示す図である。 実施例２におけるＹ軸方向に見た伝達手段の模式図である。 実施例２におけるＸ軸方向から見た伝達手段の模式図である。

以下に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の形態の駆動装置である振動波モータ１００（超音波モータ）の平面図を示す。構造を理解しやすくするため、振動波モータ１００のカバープレート１２（図３参照）の記載は省略されている。移動部材８は、摩擦部材２０上を移動する。筐体部材１１は、摩擦部材２０とカバープレート１２とを保持する。摩擦部材２０とカバープレート１２は、ビスなどの固定手段により筐体部材１１に固定されるが、図示を省略している。転動部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ移動部材８のガイド部８ａ、８ｂ、８ｃとその上部に配置されるカバープレート１２の不図示のガイド部とに係合する。本発明においては、振動波モータ１００の移動部材８の相対移動方向をＸ軸方向、図２における振動子３ａ、３ｂの振動方向をＺ軸方向、そしてＸ軸方向、Ｚ軸方向のいずれにも直交する方向をＹ軸方向とするＸＹＺ座標系を図示のように定義している。

図２は、２つの振動子３ａ、３ｂの配置を示す。図２では、振動波モータ１００を形成する筐体部材１１、摩擦部材２０及び振動子３ａ、３ｂのみを示しており、他の部材の記載は省略されている。実施例１では、振動波モータ１００の相対移動方向に対して、振動子３ａ、３ｂが並列に配置されている。１ａ、１ｂは振動板であり、２ａ、２ｂは圧電素子である。

振動板１ａは、相対移動方向に離間して並んでいる、摩擦部材２０と接触する二つの突起部１ａ−１、１ａ−２を有する。振動板１ｂも同様に相対移動方向に離間して並んでいる、摩擦部材２０と接触する二つの突起部１ｂ−１、１ｂ−２を有する。なお、摩擦部材２０と接触する突起部の数は、一つでもよいし複数個でもよい。そして、２つの振動子３ａ、３ｂは摩擦部材２０上を一体で移動する構成となっている。振動板１ａと圧電素子２ａ及び振動板１ｂと圧電素子２ｂは、それぞれ接着剤等の手段により固着されている。そして、振動板１ａと圧電素子２ａとで振動子３ａが形成され、振動板１ｂと圧電素子２ｂとで振動子３ｂが形成される。

図３（ａ）、（ｂ）は、図１の断面線III−IIIにおける振動波モータ１００の断面図であり、Ｘ軸方向から見た図である。振動子３ａ、３ｂは、Ｙ軸方向に沿って並んで配置されている。なお、図３（ｂ）は、部材の製造誤差や外乱などにより摩擦部材２０がＹ軸方向において傾いて組み付けられた状態を示している。

緩衝部材４ａ、４ｂは、圧電素子２ａ、２ｂの上部に配置され、振動子３ａ、３ｂで発生する振動が緩衝部材４ａ、４ｂの上部に設けられた他の部材へ伝達するのを防止している。第２の伝達部材５ａ、５ｂは、緩衝部材４ａ、４ｂの上部にそれぞれ配置されている。第１の伝達部材７は、第２の伝達部材５ａ、５ｂの上部に配置されている。なお、第１の伝達部材７と第２の伝達部材５ａ、５ｂとによって伝達手段が構成されている。

振動子保持部材６は、振動子３ａ（３ｂ）を保持する保持部材である。詳しくは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、振動板１ａ（１ｂ）の両端部１ａ−１１、１ａ−２２（１ｂ−１１、１ｂ−２２）が振動子保持部材６の底部に固定されている。これにより、２つの振動子３ａ、３ｂは一体化される。図２に示す２つの振動板１ａ、１ｂのそれぞれの２つの突起部１ａ−１、１ａ−２、１ｂ−１、１ｂ−２は、摩擦部材２０と摩擦接触している。

図３において、加圧バネ１０は、振動子３ａ、３ｂを摩擦部材２０へ加圧するための加圧力を発生する。発生した加圧力は、加圧部材９により伝達手段に伝えられる。なお、加圧部材９と加圧バネ１０とによって加圧手段が構成されている。

移動部材８は、前述した部品のうち筐体部材１１、カバープレート１２及び摩擦部材２０以外のすべての部品を保持しながら摩擦部材２０上をＸ軸方向に移動する。また、移動部材８は、図１に示すように移動を案内するための３つのガイド部８ａ、８ｂ、８ｃを備える。なお、移動部材８は、振動波モータ１００の駆動力を外部に出力する、駆動力取出し部８ｆを有する。

次に、加圧手段により発生した加圧力を伝達する伝達手段の一つを構成する第１の伝達部材７の機構について詳細に説明する。加圧部材９は、Ｚ軸方向の一方の側において、移動部材８に対してＺ軸方向に変位自在に配置され、他方の側において、第１の伝達部材７の中央付近に設けられた円柱状突起部７ｃで接触している。第１の伝達部材７は、加圧部材９と接触する側と異なる側において、第２の伝達部材５ａ、５ｂと接触するが、当該接触は第２の伝達部材５ａ、５ｂの中央付近に設けられた円柱状突起部５ａｃ、５ｂｃで行われる。そして、加圧バネ１０は、図中矢印で示される加圧力Ｆ１を発生し、該加圧力Ｆ１は加圧部材９を介して第１の伝達部材７に及ぼされる。

移動部材８には、振動子３ａ、３ｂが配置されている方向に沿って、穴部８ａｈ、８ｂｈが備えられている。第１の伝達部材７には、その両端部に該穴部８ａｈ、８ｂｈに対応する軸部７ａ、７ｂが備えられており、該軸部７ａ、７ｂがそれぞれ移動部材８の穴部８ａｈ、８ｂｈに隙間をもって係合（遊嵌）されている。一方、相対移動方向においては、軸部７ａと穴部８ａｈ、軸部７ｂと穴部８ｂｈとは、滑り動くようにゆるく嵌り合った状態で遊嵌されている（図５において不図示）。すなわち、軸部７ａと穴部８ａｈとの間、軸部７ｂと穴部８ｂｈとの間には、振動子３ａ、３ｂが配置されている方向において隙間が設けられているが、相対移動方向において隙間がほとんどない。

上述のように、軸部７ａ、７ｂは隙間をもってそれぞれ穴部８ａｈ、８ｂｈに係合されており、さらに、加圧部材９とは円柱状突起部７ｃで接触されているので、第１の伝達部材７は傾動可能である。すなわち、第１の伝達部材７は、加圧方向であるＺ軸方向と、２つの振動子３ａ、３ｂの並び方向であるＹ軸方向とに略直交する方向の軸を中心として傾動可能に移動部材８に保持されている。

このように伝達手段は、第１の伝達部材７がある軸を中心として傾動し、且つ加圧バネ１０の加圧力Ｆ１を第１の伝達部材７により加圧力Ｆ２ａ、Ｆ２ｂに等分する。等分された加圧力Ｆ２ａ、Ｆ２ｂは、第２の伝達部材５ａ、５ｂにそれぞれ伝達される。等分された加圧力Ｆ２ａ、Ｆ２ｂは、緩衝部材４ａ、４ｂと圧電素子２ａ、２ｂとを介して、振動板１ａ、１ｂの２つの突起部１ａ−１、１ｂ−１、１ａ−２、１ｂ−２を摩擦部材２０に接触させるように伝達される。

次に、第１の伝達部材７によって、振動子３ａ、３ｂと摩擦部材２０との接触状態を安定して維持する作用効果について、図３（ｂ）及び図４を用いて説明する。図４は、伝達手段を構成する第１の伝達部材７及び第２の伝達部材５ａ、５ｂの構成を模式的に示した図であって、Ｘ軸方向から見た図である。図３（ｂ）及び図４において、摩擦部材２０は、Ｙ軸方向に傾きαで傾いている。しかしながら、第１の伝達部材７は、加圧方向であるＺ軸方向と２つの振動子３ａ、３ｂの並び方向であるＹ軸方向とに略直交する方向の軸７Ｘを中心としてこの傾きαを吸収するように傾動する。第１の伝達部材７が傾動すると、振動子３ａ、３ｂ、緩衝部材４ａ、４ｂ、第２の伝達部材５ａ、５ｂ、振動子保持部材６も同様に傾動する。

したがって、部材の製造誤差や外乱などに起因するＹ軸方向の傾きが第１の伝達部材７の傾動により吸収される。結果として、２つの振動子３ａ、３ｂは、摩擦部材２０に対して良好な摩擦接触を保つことが可能となる。また、加圧力Ｆ１は、それぞれ加圧力Ｆ２ａ、Ｆ２ｂへと均等に分配されるので、２つの振動子３ａ、３ｂには、摩擦部材２０が傾いていない状態（図３（ａ））と同様の均等な加圧力が伝達される。このような第１の伝達部材７の構成は、安定した加圧力の伝達を可能とする効果を奏する。

次に、加圧手段により発生した加圧力を伝達する伝達手段の一つを構成する第２の伝達部材５ａ、５ｂの機構について詳細に説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、図１の断面線Ｖ−Ｖにおける振動波モータ１００の断面図であり、Ｙ軸方向に見た図である。図５（ａ）、（ｂ）では、振動板１ａ側のみが図示されるような断面図となっている。また、振動子３ａ、３ｂは、Ｙ軸方向に並列に配置されているので、振動板１ｂは、振動板１ａに隠されている。そのため、図５（ａ）において、添え字ｂが付けられた側の部材は、すべて添え字ａが付けられた側の部材に隠されているため図示されていない。なお、図５（ｂ）は、部材の製造誤差や外乱などにより摩擦部材２０がＸ軸方向において傾いて組み付けられた状態が示されている。

第１の伝達部材７は、上述のように第２の伝達部材５ａ（５ｂ）とその中央付近に設けられた円柱状突起部５ａｃ（５ｂｃ）で接触する。そして、図中矢印で示される等分された加圧力Ｆ２ａ、Ｆ２ｂが第２の伝達部材５ａ、５ｂにそれぞれ伝達される。

第１の伝達部材７には、相対移動方向に沿って、穴部７ａ−１、７ａ−２が備えられている。第２の伝達部材５ａ（５ｂ）には、その両端部に該穴部７ａ−１、７ａ−２に対応する軸部５ａ−１、５ａ−２が設けられており、該軸部５ａ−１、５ａ−２がそれぞれ穴部７ａ−１、７ａ−２に隙間をもって係合（遊嵌）されている。一方、振動子３ａ、３ｂが配置されている方向においては、軸部５ａ−１と穴部７ａ−１、軸部５ａ−２と穴部７ａ−２とは、滑り動くようにゆるく嵌り合った状態で遊嵌されている（図３において不図示）。すなわち、軸部５ａ−１と穴部７ａ−１との間、軸部５ａ−２と穴部７ａ−２との間には、相対移動方向において隙間が設けられているが、振動子３ａ、３ｂが配置されている方向において隙間がほとんどない。

上述のように、軸部５ａ−１、５ａ−２は隙間をもってそれぞれ穴部７ａ−１、７ａ−２に係合されており、さらに、第１の伝達部材７とは円柱状突起部５ａｃ（５ｂｃ）で接触されているので、第２の伝達部材５ａ（５ｂ）は、傾動可能である。すなわち、第２の伝達部材５ａ（５ｂ）は、加圧方向であるＺ軸方向と、相対移動方向であるＸ軸方向とに略直交する方向の軸を中心として傾動可能に第１の伝達部材７に保持されている。

このように伝達手段は、第２の伝達部材５ａ、５ｂがある軸を中心として傾動し、且つ分圧された加圧力Ｆ２ａ（Ｆ２ｂ）を第２の伝達部材５ａ、５ｂにより更に等分し、加圧力Ｆ３ａ−１（Ｆ３ｂ−１）、Ｆ３ａ−２（Ｆ３ｂ−２）として伝達する。このとき加圧力Ｆ３ａ−１（Ｆ３ｂ−１）とＦ３ａ−２（Ｆ３ｂ−２）は互いに等しく、加算するとＦ２ａ（Ｆ２ｂ）となる。

また、振動子保持部材６は、Ｘ軸方向では側面に設けられた円柱状突起部６ａ、６ｂで移動部材８に接触し、Ｙ軸方向では移動部材８に対して隙間を有して移動部材８に保持されている（図３（ａ）参照）。そして、移動部材８には、図５（ａ）に示すように溝部８ｄ、８ｅが設けられている。この溝部８ｄ、８ｅによって、振動子保持部材６が挿入される移動部材８の部分には、Ｘ軸方向に弾性（バネ性）が与えられる。これによって、振動子保持部材６と移動部材８とはガタなく一体で移動することができる一方、第１の伝達部材７及び第２の伝達部材５ａ、５ｂの傾動が可能となる。

次に、第２の伝達部材５ａ（５ｂ）によって、振動子３ａ、３ｂと摩擦部材２０との接触状態を安定して維持する作用効果について、図５（ｂ）及び図６を用いて説明する。図６は、伝達手段を構成する第１の伝達部材７及び第２の伝達部材５ａの構成を模式的に示した図であって、Ｙ軸方向に見た図である。図５（ｂ）及び図６において、摩擦部材２０は、Ｘ軸方向に傾きβで傾いている。しかしながら、第２の伝達部材５ａは、加圧方向であるＺ軸方向と相対移動方向であるＸ軸方向とに略直交する方向の軸５ＡＸを中心としてこの傾きβを吸収するように傾動する。第２の伝達部材５ａが傾動すると、緩衝部材４ａ、振動子３ａ、振動子保持部材６も同様に傾動する。

したがって、部材の製造誤差や外乱などに起因するＸ軸方向の傾きが第２の伝達部材５ａの傾動により吸収される。結果として、振動子３ａの２つの突起部１ａ−１、１ａ−２は、摩擦部材２０に対して良好な摩擦接触を保つことが可能となる。また、２つの突起部１ａ−１（１ｂ−１）、１ａ−２（１ｂ−２）には、摩擦部材２０が傾いていない状態（図５（ａ））と同様の均等な加圧力が伝達される。なお、このとき第１の伝達部材７は傾動していない。また、加圧力Ｆ２ａ（Ｆ２ｂ）は、振動子３ａ（３ｂ）の突起部１ａ−１（１ｂ−１）、１ａ−２（１ｂ−２）にそれぞれ加圧力Ｆ３ａ−１（Ｆ３ｂ−１）、Ｆ３ａ−２（Ｆ３ｂ−２）へと均等に分配される。よって、２つの振動子３ａ、３ｂには、摩擦部材２０が傾いていない状態（図３（ａ））と同様の均等な加圧力が伝達される。したがって、このような第２の伝達部材５ａ（５ｂ）の構成は、安定した加圧を可能とする効果を奏する。

このように、第１の伝達部材７と第２の伝達部材５ａ、５ｂとを特定の軸方向において傾動可能に保持する構造とすることで、上記のような傾きが生じても２つの突起部に伝達される加圧力を均等に保つことが可能となる。したがって、簡単な構成で安定した摩擦接触を実現することができる。なお、上記説明では、摩擦部材２０に発生する傾きが、図３（ｂ）と図５（ｂ）でそれぞれ別々に発生する場合を説明したが、これらの傾きが同時に発生する場合においても同様の効果を得ることが可能となる。更に、伝達手段を第１の伝達部材７と第２の伝達部材５ａ、５ｂのうちの少なくとも一方とした形態も可能である。

（実施例２）
図７は、２つの振動子３ａ、３ｂの配置を示す。図７では、振動波モータ１００を形成する筐体部材１１、摩擦部材２０及び振動子３ａ、３ｂのみを示しており、他の部材の記載は省略されている。実施例２では、振動波モータ１００の相対移動方向に沿って、振動子３ａ、３ｂが直列に配置されている。なお、実施例１と同一部材のものは同一記号で図示される。また、実施例１と同様な構成は説明を省略し、実施例１と異なる構成及び効果を説明する。

図８は、伝達手段を構成する第１の伝達部材７及び第２の伝達部材５a、５ｂの構成を模式的に示した図であって、Ｙ軸方向に見た図である。図９は、Ｘ軸方向に見た模式図である。実施例２における移動部材８には、相対移動方向に沿って、第１の伝達部材７の軸部に対応する穴部が備えられており、当該軸部は、当該穴部に隙間をもって係合されている（図示省略）。また、実施例２における第１の伝達部材７には、相対移動方向に沿って、第２の伝達部材５ａ、５ｂの軸部に対応する穴部が備えられており、当該軸部は、当該穴部に隙間をもって係合されている（図示省略）。

第１の伝達部材７の中央付近に設けられた円柱状突起部７ｃで加圧部材９と第１の伝達部材７とは接触しているので、第１の伝達部材７は傾動可能である。すなわち、第１の伝達部材７は、加圧方向であるＺ軸方向と、相対移動方向であるＸ軸方向とに略直交する方向の軸７Ｘを中心として傾動可能に移動部材８に保持されている（図示省略）。また、第２の伝達部材５ａ、５ｂの円柱状突起部５ａｃ、５ｂｃで第２の伝達部材５ａ、５ｂと第１の伝達部材７とは接触しているので、第２の伝達部材５ａ、５ｂは傾動可能である。すなわち、第２の伝達部材５ａ、５ｂは、加圧方向であるＺ軸方向と、相対移動方向であるＸ軸方向とに略直交する方向の軸５ＡＸ、５ＢＸを中心として傾動可能に第１の伝達部材７に保持されている。

そして、部材等の製造誤差や外乱などで摩擦部材２０が傾いている場合でも、第１の伝達部材７及び第２の伝達部材５ａ、５ｂが傾動することによって、Ｘ軸方向の傾きが吸収される。結果として、２つの振動子３ａ、３ｂは、摩擦部材２０に対して安定な摩擦接触を保つことが可能となる。よって、２つの振動子３ａ、３ｂには、摩擦部材２０が傾いていない状態と同様の均等な加圧力が伝達される。実施例２の構成は、安定した加圧を可能とする効果を奏する。また、振動子３ａ、３ｂが直列に配置されることにより、Ｘ軸方向に細長い振動波モータ１００を提供することができる。相対移動方向に複数の傾動する伝達部材を有するので、個々の部材の製造誤差や外乱などを個々の伝達部材で吸収することができる。実施例１の場合と部品の共通化を行い、安価に製造することができる。更に、伝達手段を第１の伝達部材７と第２の伝達部材５ａ、５ｂのうちの少なくとも一方とした形態も可能である。

以上のような構成により、複数の振動子３ａ、３ｂを備える場合においても、簡単な構成で安定した摩擦接触を実現することができる。

１ａ、１ｂ 振動板
１ａ−１、１ａ−２ 突起部
１ｂ−１、１ｂ−２ 突起部
２ａ、２ｂ 圧電素子
３ａ、３ｂ 振動子
５ａ、５ｂ 伝達手段（第２の伝達部材）
７ 伝達手段（第１の伝達部材）
９ 加圧手段（加圧部材）
１０ 加圧手段（加圧バネ）
２０ 摩擦部材
１００ 振動波モータ

Claims (9)

1. 振動板と該振動板に固定された圧電素子とからなる振動子が複数並べられて一体となって移動する複数の振動子と、
   前記振動子と摩擦接触する摩擦部材と、
   前記振動子を前記摩擦部材に加圧する加圧手段と、
   前記加圧手段からの加圧力を前記振動子に伝達し前記振動子の並び方向に略直交する軸を中心に傾動を可能に設けられている伝達手段と、
   を備えることを特徴とする振動子と摩擦部材とを相対移動させる駆動装置。
2. 前記伝達手段は、第１の伝達部材と第２の伝達部材とから構成され、前記第１の伝達部材は、前記振動子の前記並び方向と前記加圧手段の加圧方向とに略直交する軸を中心に傾動可能に設けられ、前記第２の伝達部材は、前記相対移動の方向と前記加圧方向とに略直交する軸を中心に傾動可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記第２の伝達部材は、前記振動子ごとに設けられることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記振動子は、前記相対移動の方向に対して、並列に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 前記振動子は、前記相対移動の方向に対して、直列に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記振動子は、前記摩擦部材と摩擦接触する突起部を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記突起部は、複数あることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記駆動装置は、振動波モータであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置。
9. 前記駆動装置は、超音波モータであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の駆動装置。

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