JP5447375B2 - Vibration actuator, lens unit, and imaging device - Google Patents
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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。本出願は、下記の日本出願に関連し、下記の日本出願からの優先権を主張する出願である。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の一部とする。
1.特願2008−174618 出願日 2008年7月3日
2.特願2009−58646 出願日 2009年3月11日The present invention relates to an actuator, a driving device, a lens unit, and an imaging device. This application is related to the following Japanese application and claims priority from the following Japanese application. For designated countries where incorporation by reference of documents is permitted, the contents described in the following application are incorporated into this application by reference and made a part of this application.
1. Japanese Patent Application No. 2008-174618 Application date July 3, 20082. Japanese Patent Application No. 2009-58646 Filing Date March 11, 2009
被駆動体と点接触したステータに対して積層型圧電素子により振動を与えることにより、被駆動体を駆動させるアクチュエータが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。このアクチュエータでは、積層型圧電素子によるステータにおける被駆動体との接触点の上下運動と、積層型圧電素子によるステータにおける被駆動体との接触点の左右運動とを重畳させることにより、ステータにおける被駆動体との接触点を楕円運動させている。
上記アクチュエータはいずれも互いに離間して配された二つの積層型圧電素子に、位相をずらした電圧を印加することにより、ステータの凸部を楕円運動させて、被駆動体を駆動する。しかしながら、これらのアクチュエータでは十分に高い出力を得ることが困難であった。 Each of the actuators drives the driven body by causing the convex portion of the stator to move elliptically by applying a voltage shifted in phase to two stacked piezoelectric elements that are spaced apart from each other. However, it has been difficult to obtain a sufficiently high output with these actuators.
そこで本発明の1つの側面においては、上記の課題を解決することのできる振動アクチュエータ、レンズユニット、及び撮像装置を提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。 Accordingly, an object of one aspect of the present invention is to provide a vibration actuator, a lens unit, and an imaging device that can solve the above-described problems. This object is achieved by a combination of features described in the independent claims. The dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.
本発明の第1の形態において、振動アクチュエータは、回転自在に配されたロータと、ロータの回転方向に互いに離間して配され、各々がロータに向けて突出した複数の凸部を有するステータと、複数の凸部のそれぞれを境としたロータの回転方向の両側を相対的に伸縮することにより複数の凸部をロータの回転方向に往復動させる電気機械変換部とを備える。 In the first embodiment of the present invention, the vibration actuator includes a rotor that is rotatably arranged, a stator that is disposed apart from each other in the rotation direction of the rotor, and that has a plurality of convex portions that protrude toward the rotor. An electromechanical converter that reciprocally moves the plurality of protrusions in the rotation direction of the rotor by relatively expanding and contracting both sides in the rotation direction of the rotor with each of the plurality of protrusions as a boundary.
また、本発明の第2の形態において、レンズユニットは、上記振動アクチュエータと、振動アクチュエータにより移動される光学部材とを備える。 In the second embodiment of the present invention, a lens unit includes the vibration actuator and an optical member moved by the vibration actuator.
また、本発明の第3の形態において、撮像装置は、上記振動アクチュエータと、振動アクチュエータにより移動される光学部材と、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。 In the third embodiment of the present invention, an imaging apparatus includes the vibration actuator, an optical member moved by the vibration actuator, and an imaging unit that captures an image formed by the optical member.
また、本発明の第4の形態において、移動子を移動させるアクチュエータは、移動子に当接する凸部を有するステータと、凸部を境とした移動子の移動方向の両側が、移動子の移動方向に対して交差する方向に相対的に伸縮して凸部を円運動させる第1電気機械変換部と、第1電気機械変換部の伸縮方向へ伸縮して凸部を当該伸縮方向へ往復動させる第2電気機械変換部とを備える。 In the fourth embodiment of the present invention, the actuator for moving the moving element includes a stator having a convex part that contacts the moving element, and both sides of the moving direction of the moving element with the convex part as a boundary. A first electromechanical conversion unit that expands and contracts relatively in a direction that intersects the direction and circularly moves the projection, and expands and contracts in the expansion and contraction direction of the first electromechanical conversion unit and reciprocates the projection in the expansion and contraction direction. And a second electromechanical conversion unit.
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.
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 基部、154 凸部、160 フレキシブルプリント配線板、162 円盤部、164 配線部、170 電気機械変換部、171 圧電材料板、172 第1電気機械変換部、173 信号層、174 第2電気機械変換部、175 コモン層、176 絶縁層、177 電極対、179 電極、180 フレキシブルプリント配線板、181 電極、182 円盤部、183、185、187 導線、184 配線部、189 圧電材料板、190 ベース部、191 信号層、193 コモン層、195、197 導線、200 アクチュエータ、210、220 ナット、240 電気機械変換部、250 ステータ、252 基部、254 凸部、256 中央部、258 枝部、259 凸部、260 変位部、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、350 ステータ、352 基部、354 凸部、356 薄肉部、410 レンズユニット、420 光学部材、422 フロントレンズ、424 コンペンセータレンズ、426 フォーカシングレンズ、428 メインレンズ、430 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、610 回転軸、612 ネジ部、614 フランジ部、650 ステータ、652 ベース部、653 溝、654 突起部、656、657 脚部、660、662 電気機械変換部、661 隙間、670、672 フレキシブルプリント配線板、680、690 ベース、700 撮像装置、740 電気機械変換部、750 フレキシブルプリント配線板、760 ベース、1521、1522 ベース部
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, 154 Convex Part, 160 flexible printed wiring board, 162 disk part, 164 wiring part, 170 electromechanical converter, 171 piezoelectric material board, 172 first electromechanical converter, 173 signal layer, 174 second electromechanical converter, 175
以下、発明の実施の形態を通じて本発明の(一)側面を説明するが、以下の実施形態は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 (1) aspect of 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 the features described in the embodiments are as follows. Not all combinations are essential for the solution of the invention.
図1は、一実施形態に係るアクチュエータ100を示す斜視図である。また、図2は、当該アクチュエータ100を示す分解斜視図である。さらに、図3は、当該アクチュエータ100を示す側断面図である。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)からアクチュエータ100を見た場合を平面視、回転軸110の径方向からアクチュエータ100を見た場合を側面視として説明する。
FIG. 1 is a perspective view showing an
これらの図に示すように、アクチュエータ100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、ロータ140、ステータ150、フレキシブルプリント配線板160、電気機械変換部170、フレキシブルプリント配線板180、ベース部190及びナット220を備える。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、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、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、ステータ150、フレキシブルプリント配線板160、電気機械変換部170、フレキシブルプリント配線板180、ベース部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。
As shown in these drawings, the
ロータ140は、円盤状に形成されており、軸心にボールベアリング等の軸受142が嵌め込まれる。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。また、ロータ140の出力側の端部には、ギア部144が形成される。また、付勢部材130の一例は、圧縮コイルバネであって、回転軸110が挿通される。
The
また、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、アクチュエータ100を駆動源として使用する装置に締結される。
The mounting
ステータ150は、円盤状で全周に亘って断面形状が一様な基部152と、基部152にロータ140側に向けて突設された複数の凸部154とを備える。基部152の軸心には、回転軸110が挿通される。また、複数(本実施形態では、4個)の凸部154は、基部152の周縁部から内径方向へ延在する矩形板状のリブであって、ロータ140の回転方向(以下、単に回転方向という)に、等ピッチ(本実施形態では、90°間隔)で配される。なお、ステータ150の少なくとも基部152は、弾性変形可能な材料で形成される。
The
電気機械変換部170は、フレキシブルプリント配線板160を介してステータ150と回転軸方向に対向して配された第1電気機械変換部172と、第1電気機械変換部172に対してステータ150の反対側に、第1電気機械変換部172と回転軸方向に対向して配された第2電気機械変換部174とを有する。すなわち、第1電気機械変換部172は、回転軸方向に沿って第2電気機械変換部174よりもステータ150に近い側に配される。なお、第1電気機械変換部172と第2電気機械変換部174との間の面には絶縁層176が配される。これら第1電気機械変換部172と第1電気機械変換部172とは、一体化されたユニットとして形成されて取り扱われてもよいし、別体として形成されて組みつけられてもよい。
The
フレキシブルプリント配線板160は、第1電気機械変換部172側の面に電極が形成された円盤部162と、当該電極に接続された配線が形成され円盤部162から外径方向へ延在する配線部164とを備える。円盤部162の軸心には回転軸110が挿通される。フレキシブルプリント配線板160は、第1電気機械変換部172に交流電圧を供給して第1電気機械変換部を伸縮させる。
The flexible printed
また、フレキシブルプリント配線板180は、第2電気機械変換部174側の面に電極が形成された円盤部182と、当該電極に接続された配線が形成され円盤部182から外径方向へ延在する配線部184とを備える。円盤部182の軸心には回転軸110が挿通される。このフレキシブルプリント配線板180は、第2電気機械変換部174に交流電圧を供給して第2電気機械変換部174を伸縮させる。
In addition, the flexible printed
ベース部190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。ここで、ステータ150、フレキシブルプリント配線板160、電気機械変換部170、フレキシブルプリント配線板180及びベース部190は、フランジ部114とナット220とにより回転軸方向に締め付けられており、回転軸110に対して相対回転不能である。
The
また、ロータ140、付勢部材130、及び取付板120は、ステータ150の凸部154とナット210とにより締め付けられており、付勢部材130は弾性収縮される。このため、取付板120は付勢部材130の弾性力によりナット210に圧接される一方、ロータ140は付勢部材130の弾性力により凸部154に圧接される。取付板120は、付勢部材とナット210との締付力により回転軸110に対して相対回転不能であるのに対して、ロータ140は、軸受142を介して回転軸110に連結されているので回転軸110に対して相対回転できる。
Further, the
図4及び図5は、第1電気機械変換部172を示す分解斜視図である。この図に示すように、第1電気機械変換部172は、軸方向に積層された複数の圧電材料板171を備える。圧電材料板171の第2電気機械変換部174側の面には信号層173が形成され、圧電材料板171のステータ150側の面にはコモン層175が形成される。
4 and 5 are exploded perspective views showing the first
信号層173は、複数の電極対177を備える。各電極対177は、一対の電極179、181により構成される。電極179、181は、同形状のセクタに分かれており、回転軸110の軸周りに配される。また、複数の電極対177は、回転軸110の軸周りに等ピッチで配される。さらに、同符号が付された電極の全体同士が回転軸方向に重なり合うように、圧電材料板171が積層される。これらの電極179、181はそれぞれ、第1電気機械変換部172の外周面に形成された導線183、185により、フレキシブルプリント配線板160の電極に導通される。
The
また、コモン層175は、圧電材料板171のステータ150側の面全体に、導電材料により形成され、一のグランド電極として機能する。コモン層175は、第1電気機械変換部172の外周面に形成された導線187により、フレキシブルプリント配線板160のグランド電極に導通される。
The
圧電材料板171は、駆動電圧を印加された場合に伸縮する圧電材料を含む。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛、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の圧電材料を含む。なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料で補強することが好ましい。また、上記電極は、ニッケル、金等の電極材料を用いて、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接に形成すればよい。
The
ここで、電極対177は、凸部154を回転軸方向に投影した領域を境として電極179と電極181とに、回転方向に分割されている。一方、回転方向に隣り合った電極対177同士の境界部を回転軸方向に投影した領域には、凸部154は配されていない。
Here, the
図6及び図7は、第2電気機械変換部174を示す分解斜視図である。この図に示すように、第2電気機械変換部174は、回転軸方向に積層された複数の圧電材料板189と、複数の圧電材料板189の第1電気機械変換部172側に配された絶縁層176とを備える。絶縁層176は、第1電気機械変換部172と第2電気機械変換部174とを絶縁する。また、圧電材料板189の第1電気機械変換部172側の面には信号層191が形成され、圧電材料板189のベース部190側の面にはコモン層193が形成される。
6 and 7 are exploded perspective views showing the second
信号層191は、圧電材料板189の第1電気機械変換部172側の面全体に、導電材料により形成される。当該電極は、第2電気機械変換部174の外周面に形成された導線195により、フレキシブルプリント配線板180の電極に導通される。また、コモン層193は、圧電材料板189のベース部190側の面全体に、導電材料により形成され、一のグランド電極として機能する。当該コモン層193は、第2電気機械変換部174の外周面に形成された導線197により、フレキシブルプリント配線板180のグランド電極に導通される。
The
次に、本実施形態における作用について説明する。図8及び図9にはそれぞれ、ステータ150及び電気機械変換部170の動作を示す側面図及び平面図である。これらの図に示すように、第1電気機械変換部172の電極対177を構成する電極179と電極181とには、互いに逆極性の交流電圧が印加される。なお、図8では、凸部154の動作を誇張して示している。例えば、第1電気機械変換部172の電極179、181に印加される交流電圧はsin波であり、第2電気機械変換部174の電極に印加される交流電圧はcos波であり、これらは90°の位相差を有している。
Next, the operation in this embodiment will be described. FIGS. 8 and 9 are a side view and a plan view showing operations of the
第1電気機械変換部172における正極の駆動電圧が印加された電極と重合する領域では、回転軸方向への伸張が発生する一方、第1電気機械変換部172における負極の駆動電圧が印加された電極と重合する領域では、回転軸方向への短縮が発生する。このため、ステータ150の基部152における第1電気機械変換部172の伸張領域と重合した領域では、第1電気機械変換部172の反対側への弾性変形が生じる。一方、ステータ150の基部152における第1電気機械変換部172の短縮領域と重合した領域では、第1電気機械変換部172側への弾性変形が生じる。
In the region where the first
ここで、凸部154は、電極179と電極181との境界部に配されている。このため、凸部154は、負極の電圧が印加された電極の側へ傾動する。そして、電極179、181に印加される電圧の極性が正負反転されることにより、凸部154の傾動方向が反転される。そなわち、電極179、181に印加される駆動電圧の極性の正負反転が繰り返されることにより、凸部154が電極179側と電極181側とに交互に傾動する、すなわち、凸部154が回転方向における同一経路上を往復動する。
Here, the
また、複数の電極179と複数の電極181とには、それぞれ同位相で交流電圧が印加され、同位相で伸縮される。これにより、複数の凸部154は、互いに同位相で回転方向へ往復動する。
An AC voltage is applied to the plurality of
また、第2電気機械変換部174の信号層191の電極には、交流電圧が印加される。ここで、第2電気機械変換部174の各層における一方の面の全体に電極が被覆され、他方の面の全体にグランド電極が被覆されているので、第2電気機械変換部174の周方向及び径方向の全域が、軸方向へ伸縮する。このため、第1電気機械変換部172の全体とステータ150の全体とが、軸方向へ往復動する。
In addition, an AC voltage is applied to the electrode of the
これにより、凸部154の先端部とロータ140との接触点は、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、電極181側から電極179側へ移動している当該接触点によって、ロータ140に電極181側から電極179側への推力が発生される。一方で、電極179側から電極181側へ移動している接触点によって、ロータ140に電極179側から電極181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凸部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。
As a result, the contact point between the tip of the
図10は、ステータ150の他の動作の概略を示す図である。また、図11は、第1電気機械変換部172の駆動電圧波形と第2電気機械変換部174の駆動電圧波形とを示すグラフである。
FIG. 10 is a diagram showing an outline of another operation of the
上段のグラフ中に実線で示す第1電気機械変換部172の電極179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第1電気機械変換部172の電極181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第2電気機械変換部174の電極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、第1電気機械変換部172及び第2電気機械変換部174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 AC voltage applied to the
図11に示すように、θ=0では、第1電気機械変換部172の電極179に印加される駆動電圧が0Vとなり、電極181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、第1電気機械変換部172における電極179の部分は伸縮せず、第1電気機械変換部172における電極181の部分は最大に収縮している。このため、凸部154は、最大に電極181の側に傾く姿勢をとる。
As shown in FIG. 11, when θ = 0, the drive voltage applied to the
また、θ=0では、第2電気機械変換部174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、第2電気機械変換部174の全体は収縮している。なお、この状態での第2電気機械変換部174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 electrode of the second
θ=π/2では、第1電気機械変換部172の電極179に印加される駆動電圧が正の最大値(VMAX)となり、電極181に印加される駆動電圧が0Vとなる。この状態で、第1電気機械変換部172における電極179の部分は、最大に伸長する。一方、第1電気機械変換部172における電極181の部分は、伸縮しない。このため、凸部154は、最大に電極181の側に傾く姿勢をとる。
When θ = π / 2, the drive voltage applied to the
また、θ=π/2では、第2電気機械変換部174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、第2電気機械変換部174の全体は伸長している。なお、この状態での第2電気機械変換部174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 second
ここで、θ=0からθ=π/2に遷移するに際して、凸部154は、第1電気機械変換部172の作用により、電極181の側に傾いた姿勢に維持される。また、凸部154は、第1電気機械変換部172及び第2電気機械変換部174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、凸部154は、第2電気機械変換部174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, at the time of transition from θ = 0 to θ = π / 2, the
次に、θ=3π/4では、第1電気機械変換部172の電極179、181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、第1電気機械変換部172における電極179の部分と電極181の部分とは、同量、伸長する。このため、凸部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、第2電気機械変換部174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、第2電気機械変換部174の全体の伸長量が最大となる。
In addition, when θ = 3π / 4, the drive voltage applied to the electrode of the second
ここで、θ=π/2から3π/4に遷移するに際して、凸部154は、第1電気機械変換部172の作用により、電極181の側に傾いた姿勢から傾きのない姿勢に変化する。また、凸部154は、第2電気機械変換部174の伸長量が第1電気機械変換部172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、凸部154は、第2電気機械変換部174の伸長量が最大量まで増加することにより、正の側の中間位置から最もロータ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、第1電気機械変換部172の電極179に印加される駆動電圧が0Vとなり、電極181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、第1電気機械変換部172における電極179の部分は、伸縮しない。一方、第1電気機械変換部172における電極181の部分は、最大に伸長する。このため、凸部154は、最大に電極179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、第2電気機械変換部174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、第2電気機械変換部174の全体の伸長量は、最大伸長量より小さくなる。
When θ = π, the drive voltage applied to the electrode of the second
ここで、θ=3π/4からθ=πに遷移するに際して、凸部154は、第1電気機械変換部172の作用により、傾きのない姿勢から電極179の側に傾いた姿勢に遷移する。また、凸部154は、第1電気機械変換部172の収縮量が第2電気機械変換部174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、凸部154は、第2電気機械変換部174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
次に、θ=3π/2では、第1電気機械変換部172の電極179に印加される駆動電圧が−VMAXとなり、電極181に印加される駆動電圧が0Vとなる。この状態で、第1電気機械変換部172における電極179の部分は、最大に収縮する。一方、第1電気機械変換部172における電極181の部分は、伸縮しない。このため、凸部154は、最大に電極179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、第2電気機械変換部174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、第2電気機械変換部174の全体の収縮量は、最大収縮量より小さくなる。
Further, at θ = 3π / 2, the drive voltage applied to the electrode of the second
ここで、θ=πからθ=3π/2に遷移するに際して、凸部154は、第1電気機械変換部172の作用により、電極179の側に傾いた姿勢に維持される。また、凸部154は、第1電気機械変換部172の収縮量が第2電気機械変換部174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、凸部154は、第2電気機械変換部174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、第1電気機械変換部172の電極179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、第1電気機械変換部172における電極179の部分と電極181の部分とは、同量、収縮する。このため、凸部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、第2電気機械変換部174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、第2電気機械変換部174の全体の収縮量が最大となる。
Further, at θ = 7π / 4, the drive voltage applied to the electrode of the second
ここで、θ=3π/2から7π/4に遷移するに際して、凸部154は、第1電気機械変換部172の作用により、電極179の側に傾いた姿勢から傾きのない姿勢に変化する。また、凸部154は、第2電気機械変換部174の収縮量が第1電気機械変換部172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、凸部154は、第2電気機械変換部174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、凸部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、凸部154は、第1電気機械変換部172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、電極181の側から電極179の側へ揺動する。そして、凸部154は、第1電気機械変換部172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、電極181の側から電極179の側へ揺動する。
Here, the
そして、凸部154は、第1電気機械変換部172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、電極179の側から電極181の側へ揺動する。そして、凸部154は、第1電気機械変換部172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、電極179の側から電極181の側へ揺動する。
The
即ち、凸部154の先端部は、第1電気機械変換部172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 portion of the
また、凸部154は、第2電気機械変換部174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、第2電気機械変換部174は、凸部154が、電極181側から電極179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凸部154を上昇させる。また、第2電気機械変換部174は、凸部154が、電極179側から電極181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凸部154を下降させる。
Further, the
即ち、図12に示すように、凸部154の先端部とロータ140との接触点P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、電極181側から電極179側へ移動している当該接触点Pによって、ロータ140に電極181側から電極179側への推力が発生される。一方で、電極179側から電極181側へ移動している接触点Pによって、ロータ140に電極179側から電極181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凸部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, as shown in FIG. 12, the contact point P between the tip of the
なお、本実施形態では、上記接触点P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、第2電気機械変換部174の回転軸方向への伸縮量を増加させて、上記接触点P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、上記接触点P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 contact point P has an elliptical motion with the rotation direction as the major axis as an example of a circular motion, but as an example of another circular motion, the second
ここで、第1電気機械変換部172が、凸部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、第2電気機械変換部174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第2電気機械変換部174を設けたことから、凸部154の回転軸方向の移動量を、増幅できる。よって、凸部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る。さらに、凸部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、ロータ140の回転方向の逆方向へ移動するときに凸部154からロータ140に伝わる運動エネルギを低減することができる。従って、アクチュエータ100の出力トルクを効率よく向上できる。
Here, since the 1st
また、回転方向に配された複数の凸部154によりロータ140に推力を生じさせたことによって、ロータ140に生じる推力をより一層増加でき、以って、出力トルクをより一層増加できる。ここで、複数の凸部154は回転方向に所定ピッチで配されている。また、ステータ150の基部152が周方向の全周に亘って一様形状に形成されている。これにより、ステータ150に生じる応力のバランスを周方向に均一化でき、ステータ150の周方向への捩じれを抑制できる。従って、ステータ150における運動エネルギのロスを低減でき、ステータ150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る。
Further, the thrust generated in 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170を構成する圧電材料板171、189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170を回転軸方向、径方向に小型化でき、以って、アクチュエータ100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170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。
Further, as the output torque can be increased efficiently, the number of
また、第1電気機械変換部172および第2電気機械変換部174のそれぞれの出力を重畳するので、凸部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、凸部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、ステータ150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、第1電気機械変換部172および第2電気機械変換部174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, since the outputs of the first
また、本実施形態では、ステータ150、フレキシブルプリント配線板160、第1電気機械変換部172、第2電気機械変換部174、フレキシブルプリント配線板180、及びベース部190を、回転軸110に設けられたフランジ部114とナット220とにより締め付けて固定している。これにより、これらを互いに接着することを要しないので、組立作業性を向上できる。また、接着部の剥離という問題が生じ得ないので、信頼性を向上できる。
In the present embodiment, the
次に、ステータ150の他の実施例について説明する。図13は、他の実施形態に係るステータ250を示す斜視図である。この図に示すように、ステータ250は、基部252と、回転方向に等ピッチで配された複数の凸部254とを備える。基部252は、回転軸110が挿通される円環状の中央部256と、中央部256から外径方向へ延出する複数の枝部258と、各々、枝部258の先端部から回転方向の両側へ円弧状に延出する変位部260とを備える。変位部260の中央部であって、枝部258の延長線上には凸部254が突設される。また、変位部260における凸部254を挟んだ回転方向の両側には、電気機械変換部170側へ向けて凸部259が突設されている。
Next, another embodiment of the
即ち、基部252は、回転方向に隣り合った一対の凸部254の間において回転方向に分割されている。これにより、基部252における凸部254を境とした回転方向の両側の領域が、回転方向に拘束されず、当該領域が回転軸方向へ変位する自由度が拡大されるので、凸部254の回転軸方向への移動量を効率よく増加できる。従って、凸部254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、出力トルクを効率よく増加できる。
That is, the
また、図14は、他の実施形態に係るステータ350を示す斜視図である。この図に示すように、ステータ350は、基部352と、回転方向に等ピッチで配された複数の凸部354とを備えている。基部352は円盤状に形成されており、凸部354が突設された面には、十字状の薄肉部356が形成されている。
FIG. 14 is a perspective view showing a
ここで、凸部354は、薄肉部356に突設されており、凸部354の回転方向両側は、その他の領域より薄肉化されている。これにより、基部352における凸部354を境とした回転方向の両側の領域の曲げ剛性が低下され、当該領域が回転軸方向へ変位し易くなっているので、凸部354の軸方向への移動量を効率よく増加できる。従って、凸部354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、出力トルクを効率よく増加できる。
Here, the
図15は、他の実施形態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、モータ20は、回転軸610、回転軸610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、ロータ140、3個のアクチュエータ200、ベース690及びナット220を備える。
FIG. 15 is a perspective view showing a
アクチュエータ200は、ステータ650と一対の電気機械変換部660、662と一対のフレキシブルプリント配線板670、672と、ベース760と、電気機械変換部740と、フレキシブルプリント配線板750と、ベース680とを備えている。
The
ベース760は、矩形状の板材であり、このベース760の長手方向に並べて配された一対の電気機械変換部660、662を支持している。一対の電気機械変換部660、662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660、662は、ベース680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670、672は、ベース760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670は、電気機械変換部660とベース760とにより挟まれ、フレキシブルプリント配線板672は、電気機械変換部662とベース760とにより挟まれている。
The
フレキシブルプリント配線板670は、電気機械変換部660に交流の駆動電圧を供給して電気機械変換部660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672は、電気機械変換部662に交流の駆動電圧を供給して電気機械変換部662を回転軸方向に伸縮させる。
The flexible printed
また、電気機械変換部740とフレキシブルプリント配線板750とが、ベース760とベース680とにより挟まれている。フレキシブルプリント配線板750は、電気機械変換部740に交流の駆動電圧を供給して電気機械変換部740を回転軸方向に伸縮させる。
Further, the
ステータ650は、弾性材料で形成され、矩形板状のベース部652と、該ベース部652の長手方向中央部に突設された突起部654とを備えている。ベース部652の長手方向一端側は、電気機械変換部660の上端面と接合され、ベース部652の長手方向他端側は、電気機械変換部662の上端面と接合されている。また、突起部654は、ベース部652からロータ140の側へ突出している。
The
図16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、回転軸610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612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614が形成される。ナット210、取付板120、付勢部材130、及びロータ140は、フランジ部614よりも出力側に配される一方、ベース690、及びナット220は、フランジ部614よりも非出力側に配される。また、3個のアクチュエータ200は、回転軸610を包囲するように、ロータ140とベース690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610に回転自在に支持される。
FIG. 16 is an exploded perspective view showing the
図17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690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. 17 is a side sectional view showing the
図18は、図17の13−13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200は、回転軸610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654は、回転軸610の周りに2π/3ずつずらして配されている。
18 is a cross-sectional view taken along line 13-13 of FIG. As shown in this figure, the three
図19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660、662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. 19 is a perspective view showing the
また、アクチュエータ200では、一対の電気機械変換部660、662の間に隙間661が空けられており、一対の電気機械変換部660、662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。
In the
また、ステータ650のベース部652の長手方向中央部には、ベース部652を長手方向に二分する矩形状の溝653が形成されている。該溝653は、ベース部652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660、662の間の隙間661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652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660の端面の全体に接合され、ベース部652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662の端面の全体に接合されている。
In addition, a
また、溝653は、深さ方向については、ベース部652を貫通して突起部654の基端部まで延びている。これにより、突起部654の基端部には、溝653によりベース部652の長手方向に二分された一対の脚部656、657が形成されている。脚部656は、ベース部1521における溝653側の端部から電気機械変換部660の反対側へ延びている。また、脚部657は、ベース部1522における溝653側の端部から電気機械変換部662の反対側へ延びている。即ち、突起部654は、一対の脚部656、657を備えるコ字状の基端部によりベース部652に支持されている。
In addition, the
次に、本実施形態における作用について説明する。図20は、ステータ650の動作の概略を示している。また、図21のグラフは、電気機械変換部660、662の駆動電圧波形と電気機械変換部740の駆動電圧波形とを示している。
Next, the operation in this embodiment will be described. FIG. 20 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660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662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740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660、662、740の駆動電圧の変化とステータ650の動作との関係を詳細に説明する。
The waveform of the AC voltage applied to the
図21に示すように、θ=0では、電気機械変換部660に印加される駆動電圧が0Vとなり、電気機械変換部662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660は伸縮せず、電気機械変換部662は最大に収縮している。このため、突起部654は、最大に電気機械変換部662の側に傾く姿勢をとる。
As shown in FIG. 21, when θ = 0, the drive voltage applied to the
また、θ=0では、電気機械変換部740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740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740の収縮量は、最大収縮量より小さい。
When θ = 0, the drive voltage applied to the
θ=π/2では、電気機械変換部660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662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660は、最大に伸長する。一方、電気機械変換部662の部分は、伸縮しない。このため、突起部654は、最大に電気機械変換部662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740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740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740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654は、電気機械変換部660、662の作用により、電気機械変換部662の側に傾いた姿勢に維持される。また、突起部654は、電気機械変換部660、662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654は、電気機械変換部740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660、662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660と電気機械変換部662とは、同量伸長する。このため、突起部654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740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740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654は、電気機械変換部660、662の作用により、電気機械変換部662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654は、電気機械変換部662の伸長量が電気機械変換部660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654は、電気機械変換部740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660に印加される駆動電圧が0Vとなり、電気機械変換部662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660の部分は、伸縮しない。一方、電気機械変換部662は、最大に伸長する。このため、突起部654は、最大に電気機械変換部660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740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740の全体の伸長量は、最大伸長量より小さくなる。
When 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654は、電気機械変換部660、662の作用により、傾きのない姿勢から電気機械変換部660の側に傾いた姿勢に遷移する。また、突起部654は、電気機械変換部660の収縮量が電気機械変換部662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654は、電気機械変換部740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660に印加される駆動電圧が−VMAXとなり、電気機械変換部662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660は、最大に収縮する。一方、電気機械変換部662は、伸縮しない。このため、突起部654は、最大に電気機械変換部660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740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740の全体の収縮量は、最大収縮量より小さくなる。
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654は、電気機械変換部660、662の作用により、電気機械変換部660の側に傾いた姿勢に維持される。また、突起部654は、電気機械変換部660、662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654は、電気機械変換部740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660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660と電気機械変換部662とは、同量収縮する。このため、突起部654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740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740の全体の収縮量が最大となる。
Further, at 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654は、電気機械変換部660、662の作用により、電気機械変換部660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654は、電気機械変換部662の収縮量が電気機械変換部660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654は、電気機械変換部740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654は、上述のθ=0の状態に復帰する。
Then, when transitioning from θ = 7π / 4 to θ = 2π, the
ここで、突起部654の先端部は、電気機械変換部660、662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662の側から電気機械変換部660の側へ揺動する。そして、突起部654の先端部は、電気機械変換部660、662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662の側から電気機械変換部660の側へ揺動する。
Here, the tip of the
そして、突起部654の先端部は、電気機械変換部660、662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660の側から電気機械変換部662の側へ揺動する。そして、突起部654の先端部は、電気機械変換部660、662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660の側から電気機械変換部662の側へ揺動する。
And the front-end | tip part of the
即ち、突起部654の先端部は、電気機械変換部660、662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654は、電気機械変換部740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740は、突起部654の先端部が、電気機械変換部662側から電気機械変換部660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654を上昇させる。また、電気機械変換部740は、突起部654の先端部が、電気機械変換部660側から電気機械変換部662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654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662側から電気機械変換部660側へ移動している突起部654の先端部によって、電気機械変換部662側から電気機械変換部660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660側から電気機械変換部662側へ移動している突起部654の先端部によっては、電気機械変換部660側から電気機械変換部662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654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660、662が、突起部654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740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740を設けたことから、突起部654の回転軸方向の移動量を、増幅できる。よって、突起部654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, even if the
また、電気機械変換部740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740の軸方向の伸縮量を効率よく増加でき、突起部654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654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654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654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654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654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660、662、740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660、662、740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660、662、740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660、662および電気機械変換部740のそれぞれの出力を重畳させたことにより、突起部654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660、662、740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
なお、本実施形態に係るモータ20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。
In addition, although the
なお、図1から図21の実施形態において凸部154が「ロータ140の回転方向に往復動」するとは、特に断らない限り、往路と復路とが同一である往復移動に限られず、ロータ140の回転方向に平行な速度成分を有する繰り返し運動を含む。この場合に凸部154は、ある始点からその最遠点までの往路において始点から単調に距離が長くなり、最遠点から始点までの復路において始点から単調に距離が短くなる経路で往復動することが好ましい。さらに好ましくは凸部154の往復動が真円運動、回転軸方向を短軸または長軸とする楕円運動であって、これにより電気機械変換部170を三角関数等の簡便な信号で駆動することができる。
In the embodiment of FIGS. 1 to 21, the
図22は、アクチュエータ100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、アクチュエータ100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. 22 is a side cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an
アクチュエータ100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、アクチュエータ100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、及びアクチュエータ100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。
In addition, 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
アクチュエータ100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、アクチュエータ100はレンズ鏡筒430内に収容される。アクチュエータ100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アクチュエータ100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がアクチュエータ100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。アクチュエータ100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、アクチュエータ100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、アクチュエータ100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アクチュエータ100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、アクチュエータ100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。
Although the case where the focusing
図23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. 23 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654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660、662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654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
以上のように、アクチュエータ100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
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、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.
Claims (18)
前記ロータの回転方向に互いに離間して配され、各々が前記ロータに向けて突出した複数の凸部を有するステータと、
前記複数の凸部の前記ロータの回転方向の両側を相対的に伸縮することにより前記複数の凸部を前記ロータの回転方向に往復動させる電気機械変換部と
を備え、
前記電気機械変換部は、前記ロータの回転軸方向に沿って配され、それぞれが別個に駆動される第1電気機械変換部および第2電気機械変換部を有し、
前記第1電気機械変換部は、前記複数の凸部の前記ロータの回転方向の両側が、前記ロータの回転軸方向に相対的に伸縮することにより前記複数の凸部の各々を前記ロータの回転方向における同一経路上を往復動させ、
前記第2電気機械変換部は、前記ロータの回転軸方向に伸縮することにより前記複数の凸部を前記ロータの回転軸方向に往復動させ、
前記第1電気機械変換部による前記複数の凸部の往復動と前記第2電気機械変換部による前記複数の凸部の往復動とを重畳させることにより、前記複数の凸部を前記ロータの径方向に沿った軸線周りに円運動させ、前記複数の凸部の円運動を前記ロータに伝達させて前記ロータを回転させる振動アクチュエータ。 A rotor arranged for rotation,
A stator having a plurality of convex portions that are spaced apart from each other in the rotational direction of the rotor and each project toward the rotor;
And an electromechanical transducer unit for reciprocating the plurality of convex portions in the rotational direction of the rotor by relative telescoping both sides of the rotational direction of said rotor of said plurality of protrusions,
The electromechanical converter has a first electromechanical converter and a second electromechanical converter that are arranged along the rotation axis direction of the rotor and are driven separately,
The first electromechanical conversion unit rotates each of the plurality of convex portions by rotating the rotor with both sides of the plurality of convex portions in the rotation direction of the rotor relatively expanding and contracting in the rotation axis direction of the rotor. Reciprocate on the same path in the direction,
The second electromechanical conversion unit reciprocates the plurality of convex portions in the rotation axis direction of the rotor by expanding and contracting in the rotation axis direction of the rotor,
By superimposing the reciprocating motion of the plurality of convex portions by the first electromechanical converting portion and the reciprocating motion of the plurality of convex portions by the second electromechanical converting portion, the plurality of convex portions are made to have a diameter of the rotor. A vibration actuator that causes a circular motion about an axis along a direction and transmits the circular motion of the plurality of convex portions to the rotor to rotate the rotor .
前記ロータの回転方向に互いに離間して配され、各々が前記ロータに向けて突出した複数の凸部を有するステータと、
前記複数の凸部の前記ロータの回転方向の両側を相対的に伸縮することにより前記複数の凸部を前記ロータの回転方向に往復動させる電気機械変換部と
を備え、
前記電気機械変換部は、前記ロータの回転軸方向に沿って配され、それぞれが別個に駆動される第1電気機械変換部および第2電気機械変換部を有し、
前記第1電気機械変換部は、前記複数の凸部の前記ロータの回転方向の両側が、前記ロータの回転軸方向に相対的に伸縮することにより前記複数の凸部を楕円運動させ、
前記第2電気機械変換部は、前記ロータの回転軸方向に伸縮することにより前記複数の凸部を前記ロータの回転軸方向に往復動させ、
前記第1電気機械変換部による前記複数の凸部の楕円運動と前記第2電気機械変換部による前記複数の凸部の往復動とを重畳させることにより、前記複数の凸部を前記ロータの径方向に沿った軸線周りに円運動させ、前記複数の凸部の円運動を前記ロータに伝達させて前記ロータを回転させる振動アクチュエータ。 A rotor arranged for rotation,
A stator having a plurality of convex portions that are spaced apart from each other in the rotational direction of the rotor and each project toward the rotor;
And an electromechanical transducer unit for reciprocating the plurality of convex portions in the rotational direction of the rotor by relative telescoping both sides of the rotational direction of said rotor of said plurality of protrusions,
The electromechanical converter has a first electromechanical converter and a second electromechanical converter that are arranged along the rotation axis direction of the rotor and are driven separately,
The first electromechanical conversion unit causes the plurality of convex portions to elliptically move by causing both sides of the plurality of convex portions in the rotation direction of the rotor to relatively expand and contract in the rotation axis direction of the rotor,
The second electromechanical conversion unit reciprocates the plurality of convex portions in the rotation axis direction of the rotor by expanding and contracting in the rotation axis direction of the rotor,
By superimposing the elliptical motion of the plurality of convex portions by the first electromechanical conversion portion and the reciprocating motion of the plurality of convex portions by the second electromechanical conversion portion, the plurality of convex portions are made to have a diameter of the rotor. A vibration actuator that causes a circular motion about an axis along a direction and transmits the circular motion of the plurality of convex portions to the rotor to rotate the rotor .
前記振動アクチュエータにより移動される光学部材と
を備えるレンズユニット。 The vibration actuator according to any one of claims 1 to 11 ,
And a lens unit that is moved by the vibration actuator.
前記振動アクチュエータにより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 vibration actuator according to any one of claims 1 to 11 ,
An optical member moved by the vibration actuator;
An imaging device comprising: an imaging unit that captures an image formed by the optical member.
移動子に当接する凸部を有するステータと、
前記凸部を境とした前記移動子の移動方向の両側が、前記移動子の移動方向に対して交差する方向に相対的に伸縮して前記凸部を円運動させる第1電気機械変換部と、
前記第1電気機械変換部の伸縮方向へ伸縮して前記凸部を当該伸縮方向へ往復動させる第2電気機械変換部と、
を備え、
前記第1電気機械変換部による前記凸部の円運動と前記第2電気機械変換部による前記凸部の往復動とを重畳させることにより、前記凸部を前記移動子の径方向に沿った軸線周りに円運動させ、前記凸部の円運動を前記移動子に伝達させて前記移動子を回転させる振動アクチュエータ。 An actuator for moving the slider,
A stator having a convex portion that abuts the moving element;
A first electromechanical converter that circularly moves the convex part by expanding and contracting relatively in a direction intersecting the moving direction of the movable element on both sides in the moving direction of the movable element with the convex part as a boundary; ,
A second electromechanical conversion unit that expands and contracts in the expansion and contraction direction of the first electromechanical conversion unit and reciprocates the projection in the expansion and contraction direction;
Bei to give a,
By superimposing the circular motion of the convex part by the first electromechanical conversion part and the reciprocation of the convex part by the second electromechanical conversion part, the convex part is moved along the radial direction of the moving element. A vibration actuator that causes a circular motion around and transmits the circular motion of the convex portion to the mover to rotate the mover .
移動子に当接する凸部を有するステータと、
前記凸部を境とした前記移動子の移動方向の両側が、前記移動子の移動方向に対して交差する方向に相対的に伸縮して前記凸部を前記移動子の回転方向における同一経路上を往復動させる第1電気機械変換部と、
前記第1電気機械変換部の伸縮方向へ伸縮して前記凸部を当該伸縮方向へ往復動させる第2電気機械変換部と、
を備え、
前記第1電気機械変換部による前記凸部の往復動と前記第2電気機械変換部による前記凸部の往復動とを重畳させることにより、前記凸部を前記移動子の径方向に沿った軸線周りに円運動させ、前記凸部の円運動を前記移動子に伝達させて前記移動子を回転させる振動アクチュエータ。 An actuator for moving the slider,
A stator having a convex portion that abuts the moving element;
Both sides of the moving direction of the moving element with the convex portion as a boundary are relatively expanded and contracted in a direction intersecting the moving direction of the moving element so that the protruding portion is on the same path in the rotating direction of the moving element. A first electromechanical converter that reciprocates
A second electromechanical conversion unit that expands and contracts in the expansion and contraction direction of the first electromechanical conversion unit and reciprocates the projection in the expansion and contraction direction;
Bei to give a,
By superimposing the reciprocating motion of the convex portion by the first electromechanical converting portion and the reciprocating motion of the convex portion by the second electromechanical converting portion, the convex portion is moved along the radial direction of the moving element. A vibration actuator that causes a circular motion around and transmits the circular motion of the convex portion to the mover to rotate the mover .
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