JP4636645B2 - 振動型駆動装置を用いた出力装置およびこの出力装置を有する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型駆動装置を複数個用いて、共通の出力軸に駆動力を伝達する出力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気−機械エネルギー変換素子に周波信号を印加して振動体に振動を励起し、この振動体とこの振動体に接触する接触体とを上記振動により相対駆動する方式の振動型駆動装置が、従来提案されている。
【０００３】
このような振動型駆動装置の出力を上げて回転数およびトルクを大きくする方法としては、▲１▼電気−機械エネルギー変換素子への入力電圧を上げる、▲２▼電気−機械エネルギー変換素子の外形を大きくする等してこの素子の面積を大きくする、▲３▼特開平７−２１３８０号公報にて提案されているように、電気−機械エネルギー変換素子を複数枚重ねた構成とする、▲４▼特開平４−２８１３７５号公報にて提案されているように、振動体を複数用いるといったものがある。
【０００４】
ところが、上記▲１▼の場合には、電気−機械エネルギー変換素子に印加できる電圧に上限があるために、十分に出力を上げることができないという問題がある。また、▲２▼から▲４▼の場合には、駆動装置が専用的構造となるため、コスト上昇につながるという問題がある。
【０００５】
このため、１つの出力軸に対して複数の振動型駆動装置の駆動力を伝達し、１つの振動型駆動装置から得られる出力よりも大きな出力を得ることが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１つの出力軸に対してギヤ等を介して複数の振動型駆動装置の駆動力を伝達しようとする場合、各振動型駆動装置の特性に個体差があるため、全ての振動型駆動装置の回転数を揃えて出力軸側のギヤの同一回転方向歯面に駆動力を伝達させ、かつ全ての振動型駆動装置のトルクも揃えることは容易ではない。そして、回転数に差ができると、回転数が遅い振動型駆動装置が回転数が速い振動型駆動装置の負荷となるため、効率が著しく損なわれ、実用的でなくなるという問題が生ずる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、周波信号が印加された電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動体とこの振動体に励起された上記振動によりギヤを回転する振動型駆動装置を複数有するとともに、これら複数の振動型駆動装置のギヤと噛み合う出力ギヤを有し、上記複数の振動型駆動装置は、同じ周波数および同じ電圧を有する周波数信号が印加されたときにそれぞれ異なる回転数で回転するものであり、該複数の振動型駆動装置のそれぞれに同じ周波数および同じ電圧を有する周波信号を印加し、周波数を変更することにより出力ギヤの回転数制御を行う駆動制御手段を設けて出力装置を構成している。
【０００８】
すなわち、複数の振動型駆動装置を１つの出力軸に連結し、同じ周波数で同じ電圧の周波信号を印加するようにした上で、周波数のみ変更して（電圧を変えると、各振動型駆動装置の回転数もトルクも変わってしまい、出力装置の出力軸の回転数制御や安定的な出力取り出しが困難になる）、出力装置の出力軸の回転数を制御するようにしているので、複数の振動型駆動装置に個体差があっても、簡単かつ各振動型駆動装置の効率を著しく損なうことなく、所望の出力軸回転数および大きな出力を得ることが可能な出力装置を実現できる。
【０００９】
ここで、図１および図２を用いて、本発明の原理説明を行う。図１には、振動型モータ（振動型駆動装置）に入力される周波信号の周波数とこの振動型モータの出力回転数との関係を、負荷の大きさごとに示している。
【００１０】
この図から分かるように、同一の周波数においても、負荷が大きくなると回転数が低下し、負荷が小さくなると回転数が増加する。
【００１１】
また、図２には、２つの振動型モータ１，２の出力軸に取り付けられたギヤと、これらギヤに噛み合って２つの振動型モータ１，２からの駆動力をメインの出力軸４に伝達する出力ギヤ３とを示している。
【００１２】
両振動型モータ１，２に周波数ｆ１の周波信号を印加した場合において、これらモータ１，２の回転数がそれぞれＮ１，Ｎ２であり、個体差によってＮ１＞Ｎ２の関係が生じたとすると、モータ１のギヤは出力ギヤ３における増速側の歯面に当たり、モータ２のギヤは出力ギヤ３における減速側の歯面に当たる。
【００１３】
このとき、出力ギヤ３が出力軸４側から負荷を受けると、モータ１にもその負荷が伝わり、図１に示すように、同じ入力周波数ｆ１であっても回転数が低下する。一方、モータ２には、上記負荷がマイナス方向に働き、同じ入力周波数ｆ１であっても回転数が増加する。
【００１４】
この結果、モータ１，２は、効率を著しく損なうことなく、出力軸４の回転数に見合った回転数に自動的に落ち着くことになる。したがって、本発明によれば、簡単かつ比較的効率良く、印加した周波数に見合った出力軸４の回転数が得られ、さらには１つのモータの出力に比べて大きな出力を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図３には、本発明の第１実施形態である出力装置を示している。この出力装置は、例えばＴＶカメラ等を旋回駆動する電動旋回台装置や、ミラーを往復回転駆動するガルバノミラー装置といった装置の駆動源として用いられる。
【００１６】
１１は第１の振動型モータ（振動型駆動装置）であり、１２はこの第１の振動型モータ１１の出力軸に締結された入力ギヤである。
【００１７】
また、１６は第２の振動型モータ（振動型駆動装置）であり、１７はこの第２の振動型モータ１６の出力軸に締結された入力ギヤである。
【００１８】
１３は上記２つの入力ギヤ１２，１７に噛み合う出力ギヤであり、１４はこの出力ギヤ１３が締結されたメインの出力軸である。
【００１９】
なお、２つの入力ギヤ１２，１７と出力ギヤ１３とにより請求の範囲にいう回転伝達系が構成される。また、入力ギヤ１２と出力ギヤ１３との間の減速比と入力ギヤ１７と出力ギヤ１３との間の減速比は等しい。さらに、本実施形態では、出力ギヤ１３（すなわち、回転伝達系における出力軸１４側の構成部材）の外側に、２つの振動型モータ１１，１６を配置している。
【００２０】
１８は出力軸１４の回転数を検出する回転検出器であり、１９はこの回転検出器１８により検出された回転数と目標回転数との差に応じて両モータ１１，１６に印加する周波信号の周波数を変化させ、出力軸１４の実際の回転数を目標回転数に略一致させる駆動回路（駆動制御手段）である。
【００２１】
このように構成された出力装置において、駆動回路１９から２つの振動型モータ１１，１６に同一周波数で同一電圧を有する周波信号（正弦波信号でもパルス信号でもよい）を印加すると、先の本発明の原理説明にて述べたように、モータ１１，１６は、効率を著しく損なうことなく、出力軸１４の回転数に見合った回転数に自動的に落ち着き、簡単かつ比較的効率良く、印加した周波数に見合った出力軸１４の回転数が得られるとともに、１つのモータの出力に比べて大きな出力を得ることができる。
【００２２】
また、本実施形態では、出力軸１４における出力取り出し部分を除いて上記各構成要素を全て外装カバー１５で覆い、この外装カバー１５と出力軸１４との隙間をシールしている。これにより、出力装置の防湿性、防塵性および防爆性を確保している。
【００２３】
（第２実施形態）
図４には、本発明の第２実施形態である出力装置を示している。なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成要素については第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００２４】
第１実施形態では、メインの出力軸１４として中実軸部材を用いた場合について説明したが、本実施形態では、メインの出力軸１４′として中空軸部材を用いている。そして、出力軸１４′の内部に、出力装置の外部から内部につながる配線を通したり、光学機器等における光路空間として用いたりすることができる。
【００２５】
なお、上記各実施形態では、図３、４に示すように、出力軸の方向から見たときに（言い換えれば、出力軸方向視において）、出力ギヤ１３の外側に、２つの振動型モータ１１，１６を配置した場合について説明したが、出力ギヤの内側に各振動型モータを配置するようにしてもよい。
【００２６】
また、上記各実施形態では、回転伝達系をギヤ１２，１７，１３を用いて構成した場合について説明したが、これに代えてローラやベルトを用いて構成した回転伝達系を設けてもよい。
【００２７】
さらに、上記各実施形態では、２つの振動型モータを有する出力装置について説明したが、３つ以上の振動型モータを設けてもよい。
【００２８】
また、上記各実施形態には示していないが、外装カバー１５の内側に、冷却器を設けてモータの過熱を防止したり、加熱器を設けて湿気によるモータの性能低下等をより効果的に防止したりしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の振動型駆動装置を１つの出力軸に連結し、同じ周波数で同じ電圧の周波信号を印加するようにした上で、周波数のみ変更して出力軸の回転数を制御するようにしているので、複数の振動型駆動装置に個体差があっても、簡単かつ各振動型駆動装置の効率を著しく損なうことなく、所望の出力軸回転数および大きな出力を得ることが可能な出力装置を実現できる。
【００３０】
しかも、本発明によれば、用いる振動型駆動装置の数を増加させることで、出力装置としての出力増加を容易に行うことができ、この出力装置が用いられる装置、用途に合わせて簡単に出力設定を行うことができる。
【００３１】
また、振動型駆動装置は高精度の位置決め性能や高い位置保持性能を有するが、複数の振動型駆動装置を１つの出力軸に連結していることで、個々の振動型駆動装置と出力軸との間の回転伝達系にガタがあっても上記性能を損なうことがない。
【００３２】
さらに、単体の振動型駆動装置によって大きな出力を得ようとすると、その出力軸を太くして剛性を確保する必要が生ずるが、本発明のように複数の振動型駆動装置の出力を合わせて大きな出力を得るようにすれば、個々の振動型駆動装置の出力軸径を太くする必要がなくなる。
【００３３】
一方、出力装置としての出力軸の径を太くすることができるため、この出力軸を中空としてその内側空間の有効利用を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を構成する振動型駆動装置の周波数−回転数特性図。
【図２】本発明の原理説明図。
【図３】本発明の第１実施形態である出力装置の構成図。
【図４】本発明の第２実施形態である出力装置の構成図。
【符号の説明】
１，２，１１，１６ 振動型モータ
１２，１７ 入力ギヤ
３，１３ 出力ギヤ
４，１４，１４′ メイン出力軸
１５ 外装カバー

Claims (3)

1. 周波信号が印加された電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動体とこの振動体に励起された前記振動によりギヤを回転する振動型駆動装置を複数有するとともに、これら複数の振動型駆動装置の前記ギヤと噛み合う出力ギヤを有し、
   前記複数の振動型駆動装置は同じ周波数および同じ電圧を有する周波信号を印加したときにそれぞれ異なる回転数で回転するものであり、該複数の振動型駆動装置のそれぞれに同じ周波数および同じ電圧を有する周波信号を印加し、前記周波数を変更することにより前記出力ギヤの回転数制御を行う駆動制御手段を設けたことを特徴とする振動型駆動装置を用いた出力装置。
2. 前記出力ギヤの回転数を検出する回転検出手段を有し、
   前記駆動制御手段は、前記回転検出手段により検出された回転数に応じて前記周波信号の周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置を用いた出力装置。
3. 請求項１または２に記載の出力装置を駆動源として備えたことを特徴とする装置。