以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の駆動装置は、例えば駆動駒等の第1部材、第2部材とロータ等の第3部材とを相対的に変位させる相対駆動を行うことで、カメラのレンズ鏡筒等の光学機器や電子機器を駆動するためのものである。
図1は本実施形態の駆動装置1の正面図であり、図2はその断面図である。
図1及び図2に示すように、駆動装置1は、複数の保持部2aが設けられたベース部2と、保持部2aに保持された駆動駒(第1部材、第2部材)3と、駆動駒3に隣接して配置されたロータ(第3部材)4と、ベース部2に挿通された支持軸5と、を備えている。
ベース部2は導電性を有する弾性体であり、例えばステンレス鋼等の金属材料により中空円筒状に形成され、支持軸5が挿通されることで、支持軸5を囲むように設けられている。ベース部2の表面には、例えば絶縁膜等が成膜されて絶縁処理が施されている。
ロータ4は、ベアリング5bを介して支持軸5によって軸支され、支持軸5を回転軸として回転自在に設けられている。ロータ4の外周面には、例えばカメラのレンズ鏡筒等を駆動するための歯車4aが形成されている。ロータ4のベース部2側の面は、複数の駆動駒3によって支持されている。
ベース部2の一方の端部は、例えば不図示のボルト等により取付部101aに固定されている。ベース部2の取付部101aに対向する面の中央部には凹部2bが形成されている。凹部2bには、支持軸5の基端に形成された拡径部5aが嵌入されている。この状態でベース部2が取付部101aに固定されることで、支持軸5がベース部2及び取付部101aに固定されている。
ベース部2の他方の端部には凹状の保持部2aが、ベース部2の周方向、すなわちロータ4の回転方向Rに複数設けられている。保持部2aは駆動駒3を支持軸5に垂直でロータ4の回転方向Rに沿う方向(第1の方向)の両側から支持するとともに、駆動駒3を支持軸5に平行な方向(第2の方向)に駆動可能に保持している。
図2に示すように、ベース部2の側面2cは支持軸5と略平行に設けられている。側面2cの保持部2aと取付部101a側の端部との間には、取付部101aから保持部2aへの振動の伝達を抑制する振動抑制部としての溝部2dが形成されている。すなわち、溝部2dは、支持軸5に略垂直でかつロータ4の回転方向Rに沿う方向(第1の方向)と交差するベース部2の側面2cに設けられている。溝部2dはベース部2の周方向に連続的に設けられ、保持部2aと取付部101a側の端部との中間よりも取付部101a側の端部に近い位置に設けられている。
溝部2dの深さd1は例えばベース部2の半径r1の40%以上かつ80%以下の範囲であることが望ましい。また、支持軸5に平行な方向(第2の方向)の溝部2dの幅w1は、ベース部2の振動の振幅よりも大きく、後述する圧電素子6、圧電素子7、駆動駒3、及びベース部2からなる支持駆動部(構造部)1aの共振振動の振幅よりも大きくなるように形成されている。また、溝部2dの幅w1は、ベース部2の半径よりも短くすることが好ましい。
図2に示すように、ベース部2と支持軸5との間には、取付部101aから保持部2aへの振動を抑制するための間隙(振動抑制部)2eが設けられている。間隙2eは、支持軸5と平行な方向に、ベース部2の保持部2a側の端部から溝部2dの取付部101a側の縁と同様の位置まで設けられている。また、間隙2eの幅w2は、溝部2dの幅w1と同様に、ベース部2の振動の振幅よりも大きく、後述する支持駆動部1aの共振振動の振幅よりも大きくなるように形成されている。
図3(a)は図1に示す駆動装置1の支持駆動部1aの斜視図であり、図3(b)はその平面図である。
図3(a)及び図3(b)に示すように、駆動駒3は、断面が山形の六角柱形状を有する先端部3aと略直方体形状を有する基部3bと、を有している。先端部3aは例えばステンレス鋼等により形成され、基部3bは例えば軽金属合金等により形成され、双方とも導電性を有している。基部3bは保持部2aによって支持軸5と平行な方向に駆動可能に支持され、先端部3aは保持部2aから突出してロータ4を支持するようになっている。
図3(b)に示すように、駆動駒3の幅w3方向(第1の方向)には、駆動駒3の基部3bを幅w3方向の両側から挟みこむ一対の圧電素子6,6が二対設けられている。駆動駒3の幅w3方向は、支持軸5に垂直でロータ4の回転方向Rに沿う方向であって、ベース部2の平面視における中心線CLと略垂直な方向である。圧電素子6は保持部2aの深さd2方向に沿って延びる細長い長方形状の形状に形成され、基部3bと保持部2aとの間に挟持されている。これにより、圧電素子6はベース部2に設けられた溝部2d(図1、図2参照)とロータ4との間に配置されている。
圧電素子6は、例えば導電性の接着剤により駆動駒3の基部3bと保持部2aとに接着されている。また、ベース部2の中心を通る中心線CLと略平行な駆動駒3の奥行p1方向に配置された2つの圧電素子6,6は互いに略平行になっている。各々の圧電素子6の形状及び寸法は全て略等しくなっている。
図3(a)に示すように、駆動駒3の基部3bと先端部3aとの間には、一対の圧電素子7,7が互いに略平行に設けられている。圧電素子7は、駆動駒3の幅w3方向と略平行に延びる細長い長方形状に形成されている。圧電素子7は、先端部3aの底面と基部3bの上面との間に挟持され、例えば導電性の接着剤により先端部3aの底面と基部3bの上面とに接着されている。各々の圧電素子7の形状及び寸法は全て略等しくなっている。
圧電素子6及び圧電素子7は例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)により形成され、その振動モードは厚み滑り振動である。すなわち、圧電素子6は、駆動駒3を、支持軸5と略平行な保持部2aの深さd2方向に、ベース部2に対して相対的に駆動させる。圧電素子7は駆動駒3の先端部3aを駆動駒3の幅w3方向(第3の方向)に、基部3b及びベース部2に対して相対的に駆動させる。すなわち、本実施形態では、圧電素子6が駆動駒3を挟み込む方向(第1の方向)と、圧電素子7が駆動駒3の先端部3aを駆動させる方向(第3の方向)とが略等しくなっている。
これら複数の圧電素子6、圧電素子7、駆動駒3、及びベース部2により、ロータ4を支持し、かつロータ4を駆動駒3及びベース部2と相対的に駆動させる支持駆動部1aが構成されている。
図3(a)に示すように、保持部2aはベース部2の端部に設けられ、ベース部2に王冠状の凹凸を形成している。図3(b)に示すように、保持部2aはベース部2の周方向の略60°毎に均等に形成されている。保持部2aは平面視でベース部2の中心を通る中心線CLと略平行に設けられた一対の支持面2f,2fを備えている。支持面2fは、駆動駒3の基部3bを、ベース部2の中心線CLと略垂直な保持部2aの幅w4方向(第1の方向)の両側から一対の圧電素子6,6を介して挟み込むように保持している。
本実施形態の駆動駒3は、先端部3aと基部3bとの間に一対の圧電素子7,7を備え、基部3bの側面に圧電素子6,6を二対備えている。駆動装置1は、この駆動駒3及び二対の圧電素子6を3つ備えた駆動駒3の組を、第1組及び第2組の二組備えている。各々の組の駆動駒31,32はロータ4の回転方向Rにそれぞれ均等に配置され、異なる組の駆動駒31,32が回転方向Rに交互に(順番に)配置されている。すなわち、第1組の駆動駒(第1部材)31と第2組の駆動駒(第2部材)32とは同一の円周上の異なる位置にベース部2によって支持されて設けられている。
また、各々の組の駆動駒31,32は、初期状態において全ての接触面S11,S12がロータ4に接触するように、ベース部2から接触面S11,S12までの高さH11,H12が均一に設けられている。
以下の説明では、異なる組の駆動駒31,32を区別しない場合には、これらの符号を駆動駒3とし、両者をまとめて説明する。先端部31a,32a、基部31b,32b、接触面S11,S12等についても同様に、先端部3a、基部3b、接触面S1等として説明する。
図4(a)は、支持軸5に平行で、かつ圧電素子7が駆動駒3の先端部3aを駆動させる方向(図3(b)に示す幅w3方向)に平行な断面における先端部3aの断面図であり、図4(b)はその断面形状の変形例である。
図4(a)に示すように、本実施形態の駆動駒3の先端部3aは、支持軸5に平行な中心線C1に対して対称な断面形状を有している。
駆動駒3の先端部3aは、接触面S1に対して傾斜した傾斜面S2,S3が設けられている。傾斜面S2,S3は、先端部3aのロータ4と接触する接触面S1に平行な断面積が、ロータ4に近づくほど小さい先細状の形状になるように、先端部3aの接触面S1と連続して設けられている。傾斜面S2,S3は凹状又は凸状の曲面であってもよいが、平面であることが好ましい。
傾斜面S2,S3は、図3(b)に示すように、接触面S1のロータ4の回転方向Rの前後、すなわち圧電素子7が駆動駒3の先端部3aを駆動させる幅w3方向の前後に隣接して設けられている。また、傾斜面S2,S3は、先端部3aの圧電素子7による駆動方向と交差するロータ4の径方向(図3(b)に示す中心線CL方向)に沿って均一な幅で設けられている。これにより、接触面S1もロータ4の径方向に沿って均一な幅で設けられている。また、図4(a)に示すように、先端部3aの傾斜面S2,S3と底面S6との間には、支持軸5と略平行な垂直面S4,S5が設けられている。
本実施形態の駆動駒3は、図4(a)に示すように、支持軸5に平行な方向において、傾斜面S2,S3の寸法をA、垂直面S4,S5の寸法をBとしたときに、下記の式(1)の関係が成立するように設けられている。
0.3≦A/(A+B)≦1 …(1)
すなわち、支持軸5に平行な方向において、傾斜面S2,S3の寸法Aは先端部3aの全体の寸法(A+B)の30%以上100%以下に設定されている。したがって、先端部3aは、図4(b)に示すように、接触面S1、傾斜面S2,S3及び底面S6のみからなる構成(B=0)であってもよい。本実施形態において、A/(A+B)の値は、例えば0.5に設定されている。すなわち、寸法Aと寸法Bとは等しくなっている。
また、先端部3aの基部3bに対向する底面S6の面積をC、ロータ4に接する接触面S1の面積をDとしたときに、下記の式(2)の関係が成立するように設けられている。
0<D/C<1 …(2)
すなわち、本実施形態においては、先端部3aのロータ4に接する接触面S1の面積Dは、底面S6の面積Cより小さく、かつ接触面S1の面積は0よりも大きくなっている。
また、本実施形態では、接触面S1及び底面S6のロータ4の径方向(図3(b)の中心線CL方向)の寸法が等しくなっている。そのため、駆動駒3の幅w3方向における接触面S1の寸法L1が、同方向における底面S6の寸法L6よりも小さくなっている。
図5(a)は圧電素子6の模式的な配線図であり、図5(b)は圧電素子7の模式的な配線図である。
図5(a)及び図5(b)に示すように、本実施形態の駆動装置1は、圧電素子6及び圧電素子7の各々に電圧を供給する電源部10を備えている。電源部10は、図3に示す第1組及び第2組のそれぞれの駆動駒31,32の先端部31a,32aが、順次、図1及び図2に示すロータ4との接触、ロータ4の回転方向Rへの送り、ロータ4からの離間、ロータ4の回転方向Rと逆方向の戻り、を繰り返すように圧電素子6及び圧電素子7に電圧を供給する。
図5(a)に示すように、第1組の駆動駒31の各々が備える圧電素子(第1駆動部材)61は、第1配線11を介して電源部10の第1端子T1に接続されている。第2組の駆動駒32の各々が備える圧電素子(第2駆動部材)62は、第2配線12を介して電源部10の第2端子T2に接続されている。
図5(b)に示すように、第1組の駆動駒31の各々が備える圧電素子(第1駆動部材)71は、駆動駒31の先端部31aに接続された第3配線13を介して電源部10の第3端子T3に接続されている。第2組の駆動駒32の各々が備える圧電素子72(第2駆動部材)は、駆動駒32の先端部32aに接続された第4配線14を介して電源部10の第4端子T4に接続されている。
また、図5(a)及び図5(b)において図示は省略するが、駆動駒31,32の基部31b,32bは接地されている。
以上の構成により、圧電素子6と駆動駒3の基部3bとの間には圧電素子6を駆動させる所定の駆動電圧が印加される。また、駆動駒3の先端部3aと基部3bとの間には、圧電素子7を駆動させる所定の駆動電圧が印加される。
図6は、電源部10が各端子T1,T2,T3,T4に発生させる電圧のタイミングチャートの一例である。
図6に示すように、電源部10は第1端子T1にPhase1〜Phase2の間は−1.0Vの電圧を発生させ、Phase3〜Phase7の5Phaseは1.0Vの電圧を発生させ、Phase8〜Phase10の3Phaseは−1.0Vの電圧を発生させる。以降のPhaseでは、1.0Vの電圧を5Phase発生させ、−1.0Vの電圧を3Phase発生させることを繰り返す。すなわち、電源部10は、第1端子に8Phaseを一周期とする電圧を発生させる。
電源部10は、第2端子T2に、第1端子T1に発生させる電圧と180°の位相差を有し、第1端子T1に発生させる電圧と同様の8Phaseを一周期とする電圧を発生させる。すなわち、第1端子に発生する電圧と、第2端子に発生する電圧とは、半周期分の4Phaseの位相差を有している。
電源部10は、Phase1において第3端子T3に発生させる電圧を0Vに維持し、Phase2において−3.0Vの電圧を発生させ、Phase3〜Phase8までの各Phaseにいおいて電圧を1.0Vずつ増加させる。以降のPhaseでは、このPhase1〜Phase8の電圧の発生パターンを繰り返す。すなわち、電源部10は、第3端子T3に8Phaseを一周期とする電圧を発生させる。
電源部10は、第4端子T4に、第3端子T3に発生させる電圧と180°の位相差を有し、第3端子T3に発生させる電圧と同様の8Phaseを一周期とする電圧を発生させる。すなわち、第3端子に発生する電圧と、第4端子に発生する電圧とは、半周期分の4Phaseの位相差を有している。
本実施形態では、電源部10が圧電素子6及び圧電素子7に供給する電圧の周波数は、圧電素子6、圧電素子7、駆動駒3、及びベース部2からなる支持駆動部(構造部)1aの共振振動の振動数と略等しくなっている。
次に、本実施形態の駆動装置1の作用について、図7〜図10を用いて説明する。
図7〜図9は、第1組と第2組の駆動駒31,32の動作とロータ4の動作を示す拡大正面図である。
図10は、第1組及び第2組の駆動駒31,32の先端部31a,32aの各軸方向の変位と時間tの関係を示すグラフである。図10(a)及び図10(b)において、Y軸方向におけるロータ4との接触位置y1を破線で表している。
図7(a)〜図9(a)では、ロータ4の回転方向R(図3(b)参照)に沿う第1組の駆動駒31の幅w31方向(第1の方向)をX1方向、支持軸5(図2参照)に平行な方向(第2の方向)をY方向とする直交座標系を用いて説明する。図7(b)〜図9(b)では、ロータ4の回転方向Rに沿う第2組の駆動駒32の幅w32方向(第1の方向)をX2方向、支持軸5に平行な方向(第2の方向)をY方向とする直交座標系を用いて説明する。
(Phase0)
電源部10は、図6に示すように、Phase0において、各端子T1,T2,T3,T4に電圧を発生させず(0V)、図5(a)及び図5(b)に示す圧電素子6及び圧電素子7に0Vの電圧を供給している(電圧を供給していない)状態である。
図7(a)及び図7(b)に示すように、Phase0において、第1組の駆動駒31と第2組の駆動駒32はそれぞれ先端部31a,32aの上面がロータ4に接した状態で静止している。ロータ4は駆動駒31,32の先端部31a,32aに支持された状態で静止している。
(Phase1)
電源部10は、図6に示すように、Phase1において、第1端子T1に−1.0Vの電圧を発生させ、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して電圧を供給する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase1において、第3端子T3の電圧を0Vに維持し、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して0Vの電圧を供給する。
すると、図7(a)に示すように、Phase1において、第1組の駆動駒31を駆動する圧電素子61が厚み滑り変形し、駆動駒31の基部31bを保持部2aの支持面2fに対してY方向のベース部2側(Y軸負方向側)へ移動させる(図10(a)、Phase1参照)。また、図7(a)に示すように、Phase1において、圧電素子71は変形せず、先端部31aはX1方向へは移動しない(図10(c)、Phase1参照)。これにより、駆動駒31の先端部31aがY軸負方向側へ移動し、ロータ4から離間する。
電源部10は、図6に示すように、Phase1において、第2端子T2に1.0Vの電圧を発生させ、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して電圧を供給する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase1において、第4端子T4の電圧を0Vに維持し、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72には第4配線を介して0Vの電圧を供給する。
すると、図7(b)に示すように、Phase1において、第2組の駆動駒32を駆動する圧電素子62が厚み滑り変形し、駆動駒32の基部32bを保持部2aの支持面2fに対してY方向のロータ4側(Y軸正方向側)へ移動させる(図10(b)、Phase1参照)。また、図5(b)に示すように、Phase1において、圧電素子72は変形せず、先端部32aはX2方向へは移動しない(図10(d)、Phase1参照)。これにより、駆動駒32がY軸正方向側へ移動して、先端部32aがロータ4をY軸正方向側へ押し上げる。
すなわち、Phase1においては、図7(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aはY軸負方向側へ移動してロータ4から離間する。同時に、図7(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aはロータ4に当接してロータ4を支持しつつ、ロータ4をY軸正方向側へ押し上げる。
(Phase2)
電源部10は、図6に示すように、Phase2において、第1端子T1の電圧を−1.0Vに維持し、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase2において、第3端子T3に−3.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して電圧を供給する。
すると、図7(a)に示すように、Phase2において、第1組の駆動駒31をY方向に駆動する圧電素子61の変形が維持されて先端部31aがロータ4から離間した状態が維持される(図10(a)、Phase2参照)。この状態で、図7(a)に示すように、Phase2において、圧電素子71が厚み滑り変形し、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸負方向側へ移動する(図10(c)参照)。このときの先端部31aの移動量は圧電素子71に供給される電圧の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase2において、第2端子T2の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase2において、第4端子T4に1.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して電圧を供給する。
すると、図7(b)に示すように、Phase2において、第2組の駆動駒32をY方向に駆動する圧電素子62の変形が維持されて先端部32aがロータ4に接触した状態が維持される(図10(b)、Phase2参照)。この状態で、図7(b)に示すように、Phase2において、圧電素子72が厚み滑り変形し、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸正方向側へ移動する(図10(d)、Phase2参照)。このときの先端部32aの移動量は電圧の絶対値に比例するため、第1組の先端部31aのX1軸負方向側への移動量と比較して小さくなる。
すなわち、Phase2においては、図7(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aのX2軸正方向側への移動により、先端部32aの上面からロータ4の下面(非接触面4b)に摩擦力が作用する。ここで、第2組の駆動駒32は図3に示すようにロータ4の回転方向Rに沿ってベース部2の周方向に配置され、先端部32aはロータ4の回転方向Rに沿う駆動駒32の幅w32方向(X2方向)に変位する。そのため、ロータ4は駆動駒32の先端部32aによって回転方向Rに駆動され、図1及び図2に示す支持軸5を中心とする回転を開始する。
(Phase3)
電源部10は、図6に示すように、Phase3において、第1端子T1に正負が逆転した1.0Vの電圧を発生させ、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して電圧を供給する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase3において、第3端子T3に−2.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して電圧を供給する。
すると、図7(a)に示すように、Phase3において、第1組の駆動駒31を駆動する圧電素子61が逆方向に厚み滑り変形し、駆動駒31の基部31bをY軸正方向側へ移動させる(図10(a)、Phase3参照)。同時に、図7(a)に示すように、Phase3において、圧電素子71のX1軸負方向側への変形量が減少し、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸正方向側へ移動する(図10(c)、Phase3参照)。このときの移動量はPhase3で新たに供給された−2.0VとPhase2で供給されていた−3.0Vとの電圧の差に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase3において、第2端子T2の電圧を維持し、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase3において、第4端子T4に2.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して電圧を供給する。
すると、図7(b)に示すように、Phase3において、第2組の駆動駒32を駆動する圧電素子62の変形が維持されて先端部32aがロータ4に接触した状態が維持される(図10(b)、Phase3参照)。この状態で、図7(b)に示すように、Phase3において、圧電素子72が厚み滑り変形し、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸正方向側へ移動する(図10(d)、Phase3参照)。このときの移動量はPhase3で新たに供給された2.0VとPhase2で供給されていた1.0Vとの電圧の差の絶対値に比例する。
すなわち、Phase3においては、図7(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aは、ロータ4の回転方向Rに沿うX1軸正方向側へ移動しながらY軸正方向側へ移動してロータ4に接近して当接する。同時に、図7(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aはロータ4に当接してロータ4を支持しつつ、ロータ4を回転方向Rへ駆動する。
(Phase4)
電源部10は、図6に示すように、Phase4において、第1端子T1の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase4において、第3端子T3に−1.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して電圧を供給する。
すると、図8(a)に示すように、Phase4において、第1組の駆動駒31をY軸正方向側に駆動する圧電素子61の変形が維持されて先端部31aがロータ4に当接した状態が維持される(図10(a)、Phase4参照)。同時に、図8(a)に示すように、Phase4において、圧電素子71のX1軸負方向側への変形量が減少し、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸正方向側へ移動する(図10(c)、Phase4参照)。このときの移動量はPhase4で新たに供給された−1.0VとPhase3で供給されていた−2.0Vとの電圧の差の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase4において、第2端子T2に正負が逆転した−1.0Vの電圧を発生させ、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して電圧を供給する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase4において、第4端子T4に3.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して電圧を供給する。
すると、図8(b)に示すように、Phase4において、第2組の駆動駒32を駆動する圧電素子62が逆方向に厚み滑り変形し、駆動駒32の基部32bをY軸負方向側へ移動させる(図10(b)、Phase4参照)。同時に、図8(b)に示すように、Phase4において、圧電素子72のX2軸正方向側への変形量が増加し、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸正方向側へ移動する(図10(d)、Phase4参照)。このときの移動量はPhase4で新たに供給された3.0VとPhase2で供給されていた2.0Vとの電圧の差の絶対値に比例する。
すなわち、Phase4においては、図8(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aはロータ4に当接した状態でロータ4の回転方向Rに沿うX1軸正方向側に移動し、ロータ4を支持して回転方向Rへ駆動させる。同時に、図8(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aはロータ4の回転方向Rへ沿うX2軸正方向側へ移動しながら、Y軸負方向側へ移動してロータ4から離間する。これにより、第1組及び第2組の駆動駒31,32の先端部31a,32aによってロータ4を回転方向Rに駆動させつつ、第2組の駆動駒32の先端部32aから第1組の駆動駒31の先端部31aへロータ4が受け渡される。
このとき、Phase4において、双方の駆動駒31,32が、極めて短時間、ロータ4から離間する場合がある。このような場合であっても、ロータ4はその慣性によりY方向の変位を殆どすることなく、第2組の駆動駒32の先端部32aによって支持されていた位置に留まる。そのため、ロータ4はY方向の略一定の位置が維持され、回転方向Rに駆動された状態で、第1組の駆動駒31の先端部31aによりY方向に支持され、回転方向Rへ駆動される。これにより、ロータ4はY方向の略一定の位置で支持軸5を中心として回転を継続する。
(Phase5)
電源部10は、図6に示すように、Phase5において、第1端子T1の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase5において、第3端子T3に発生させる電圧を0Vにし、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して供給する電圧を0Vにする。
すると、図8(a)に示すように、Phase5において、第1組の駆動駒31をY方向に駆動する圧電素子61の変形が維持されて、先端部31aがロータ4に接触した状態が維持される(図10(a)、Phase5参照)。この状態で、図8(a)に示すように、Phase5において、圧電素子71が元の形状に戻り、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸正方向側へ移動する(図10(c)、Phase5参照)。このときの先端部31aの移動量はPhase4において圧電素子71に供給されていた電圧の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase5において、第2端子T2の電圧を−1.0Vに維持し、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase5において、第4端子T4に発生させる電圧を0Vにし、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して供給する電圧を0Vにする。
すると、図8(b)に示すように、Phase5において、第2組の駆動駒32をY方向に駆動する圧電素子62の変形が維持されて、先端部32aがロータ4から離間した状態が維持される(図10(b)Phase5参照)。同時に、図8(b)に示すように、Phase5において、圧電素子72が元の形状に戻り、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸負方向側へ移動する(図10(d)、Phase5参照)。このときの先端部32aの移動量はPhase4において圧電素子72に供給されていた電圧の絶対値に比例する。
すなわち、Phase5においては、図8(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aはロータ4に当接した状態を維持してロータ4を支持しつつ、X1軸正方向側に移動してロータ4を回転方向Rへ駆動させる。同時に、図8(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aはY軸負方向側へ移動してロータ4から離間した状態を維持しつつ、基部32b及びベース部2に対してロータ4の回転方向Rと逆のX2軸負方向側へ移動する。
(Phase6)
電源部10は、図6に示すように、Phase6において、第1端子T1の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase6において、第3端子T3に1.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して電圧を供給する。
すると、図8(a)に示すように、Phase6において、第1組の駆動駒31をY方向に駆動する圧電素子61の変形が維持されて、先端部31aがロータ4に接触した状態が維持される(図10(a)、Phase6参照)。この状態で、図8(a)に示すように、Phase6において、圧電素子71が厚み滑り変形し、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸正方向側へ移動する(図10(c)、Phase6参照)。このときの移動量はPhase6で新たに供給された電圧の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase6において、第2端子T2の電圧を−1.0Vに維持し、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase6において、第4端子T4に−3.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して電圧を供給する。
すると、図8(b)に示すように、Phase6において、第2組の駆動駒32をY方向に駆動する圧電素子62の変形が維持されて、先端部32aがロータ4から離間した状態が維持される(図10(b)、Phase6参照)。この状態で、図8(b)に示すように、Phase6において、圧電素子72が厚み滑り変形し、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸負方向側へ移動する(図10(d)、Phase6参照)。このときの先端部32aの移動量は圧電素子72に供給される電圧の絶対値に比例する。
すなわち、Phase6においては、図8(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aはロータ4に当接した状態を維持してロータ4を支持しつつ、X1軸正方向側に移動してロータ4を回転方向Rへ駆動する。同時に、図8(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aは、ロータ4から離間した状態を維持しつつ、基部32b及びベース部2に対してロータ4の回転方向Rと逆のX2軸負方向側へさらに移動する。
(Phase7)
電源部10は、図6に示すように、Phase7において、第1端子T1の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase7において、第3端子T3に2.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して電圧を供給する。
すると、図8(a)に示すように、Phase7において、第1組の駆動駒31を駆動する圧電素子61の変形が維持されて、先端部31aがロータ4に接触した状態が維持される(図10(a)、Phase7参照)。この状態で、図8(a)に示すように、Phase7において、圧電素子71が厚み滑り変形し、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸正方向側へ移動する(図10(c)、Phase7参照)。このときの移動量はPhase7で新たに供給された2.0VとPhase6で供給されていた1.0Vとの電圧の差の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase7において、第2端子T2に正負が逆転した1.0Vの電圧を発生させ、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して電圧を供給する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase7において、第4端子T4に−2.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して電圧を供給する。
すると、図8(b)に示すように、Phase7において、第2組の駆動駒32を駆動する圧電素子62が逆方向に厚み滑り変形し、駆動駒32の基部32bをY軸正方向側へ移動させる(図10(b)、Phase7参照)。同時に、図8(b)に示すように、Phase7において、圧電素子72のX2軸負方向側への変形量が減少し、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸正方向側へ移動する(図10(d)、Phase7参照)。このときの移動量はPhase7で新たに供給された−2.0VとPhase6で供給されていた−3.0Vとの電圧の差の絶対値に比例する。
すなわち、Phase7においては、図8(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aはロータ4に当接した状態を維持してロータ4を支持しつつ、ロータ4を回転方向Rへ駆動する。同時に、図8(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aは、ロータ4の回転方向Rに沿うX2軸正方向側へ移動しながらY軸正方向側へ移動してロータ4に接近して当接する。
(Phase8)
電源部10は、図6に示すように、Phase8において、第1端子T1に正負が逆転した−1.0Vの電圧を発生させ、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して電圧を供給する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase8において、第3端子T3に3.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して電圧を供給する。
すると、図9(a)に示すように、Phase8において、第1組の駆動駒31を駆動する圧電素子61が逆方向に厚み滑り変形し、駆動駒3の基部3bをY軸負方向側へ移動させる(図10(a)、Phase8参照)。同時に、図9(a)に示すように、Phase8において、圧電素子71のX1軸正方向側への変形量が増加し、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸正方向側へ移動する(図10(c)、Phase8参照)。このときの移動量はPhase8で新たに供給された3.0VとPhase7で供給されていた2.0Vとの電圧の差の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase8において、第2端子T2の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase8において、第4端子T4に−1.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して電圧を供給する。
すると、図9(b)に示すように、Phase8において、第2組の駆動駒32をY方向に駆動する圧電素子62の変形が維持されて、先端部32aがロータ4に当接した状態が維持される(図10(b)、Phase8参照)。同時に、図9(b)に示すように、Phase8において、圧電素子72のX2軸負方向側への変形量が減少し、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸正方向側へ移動する(図10(d)、Phase8参照)。このときの移動量はPhase8で新たに供給された−1.0VとPhase7で供給されていた−2.0Vとの電圧の差の絶対値に比例する。
すなわち、Phase8においては、図9(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aはロータ4の回転方向Rへ沿うX1軸正方向側へ移動しながら、Y軸負方向側へ移動してロータ4から離間する。同時に、図9(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aはロータ4に当接した状態で、ロータ4の回転方向Rに沿うX2軸正方向側に移動し、ロータ4を支持して回転方向Rへ駆動させる。これにより、第1組及び第2組の駆動駒31,32の先端部31a,32aによってロータ4を回転方向Rに駆動させつつ、第1組の駆動駒31の先端部31aから第2組の駆動駒32の先端部32aへロータ4が受け渡される。
このとき、Phase8において、双方の駆動駒31,32が、極めて短時間、ロータ4から離間する場合がある。このような場合であっても、ロータ4はその慣性によりY方向の変位を殆どすることなく、第1組の駆動駒31の先端部31aによって支持されていた位置に留まる。そのため、ロータ4はY方向の略一定の位置が維持され、回転方向Rに駆動された状態で、第2組の駆動駒32の先端部32aによりY方向に支持され、回転方向Rへ駆動される。これにより、ロータ4はY方向の略一定の位置で支持軸5を中心として回転を継続する。
(Phase9)
電源部10は、図6に示すように、Phase9において、第1端子T1の電圧を−1.0Vに維持し、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase9において、第3端子T3に発生させる電圧を0Vにし、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して供給する電圧を0Vにする。
すると、図9(a)に示すように、Phase9において、第1組の駆動駒31をY方向に駆動する圧電素子61の変形が維持され、先端部31aがロータ4から離間した状態が維持される(図10(a)、Phase9参照)。同時に図9(a)に示すように、Phase9において、圧電素子71が元の形状に戻り、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸負方向側へ移動する(図10(c)、Phase9参照)。このときの先端部31aの移動量はPhase8において圧電素子7に供給されていた電圧の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase9において、第2端子T2の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase9において、第4端子T4に発生させる電圧を0Vにし、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して供給する電圧を0Vにする。
すると、図9(b)に示すように、Phase9において、第2組の駆動駒32をY方向に駆動する圧電素子62の変形が維持されて、先端部32aがロータ4に接触した状態が維持される(図10(b)、Phase9参照)。この状態で、図9(b)に示すように、Phase9において、圧電素子72が元の形状に戻り、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸正方向側へ移動する(図10(d)、Phase9参照)。このときの先端部32aの移動量はPhase8において圧電素子72に供給されていた電圧の絶対値に比例する。
すなわち、Phase9においては、図9(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aはY軸負方向側へ移動してロータ4から離間した状態を維持しつつ、ロータ4の回転方向Rと逆のX1軸負方向側へ移動する。同時に、図9(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aはロータ4に当接した状態を維持してロータ4を支持しつつ、ロータ4の回転方向Rに沿うX1軸正方向側に移動してロータ4を回転方向Rへ駆動させる。
(Phase10)
電源部10は、図6に示すように、Phase10において、第1端子T1の電圧を−1.0Vに維持し、図5(a)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子61の電極部61aに第1配線11を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase10において、第3端子T3に−3.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第1組の駆動駒31の圧電素子71に第3配線13を介して電圧を供給する。
すると、図9(a)に示すように、Phase10において、第1組の駆動駒31をY方向に駆動する圧電素子61の変形が維持されて、先端部31aがロータ4から離間した状態が維持される(図10(a)、Phase10参照)。この状態で、図9(a)に示すように、Phase10において、圧電素子71が厚み滑り変形し、先端部31aが基部31b及びベース部2に対してX1軸負方向側へ移動する(図10(c)、Phase10参照)。このときの先端部31aの移動量は圧電素子71に供給される電圧の絶対値に比例する。
電源部10は、図6に示すように、Phase10において、第2端子T2の電圧を1.0Vに維持し、図5(a)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子62の電極部62aに第2配線12を介して供給する電圧を維持する。また、電源部10は、図6に示すように、Phase10において、第4端子T4に1.0Vの電圧を発生させ、図5(b)に示す第2組の駆動駒32の圧電素子72に第4配線14を介して電圧を供給する。
すると、図9(b)に示すように、Phase10において、第2組の駆動駒32をY方向に駆動する圧電素子62の変形が維持されて、先端部32aがロータ4に接触した状態が維持される(図10(b)、Phase10参照)。この状態で、図9(b)に示すように、Phase10において、圧電素子72が厚み滑り変形し、先端部32aが基部32b及びベース部2に対してX2軸正方向側へ移動する(図10(d)、Phase10参照)。このときの移動量はPhase10で新たに供給された電圧の絶対値に比例する。
すなわち、Phase10においては、図9(a)に示すように、第1組の駆動駒31の先端部31aは、ロータ4から離間した状態を維持しつつ、基部31b及びベース部2に対してX1軸負方向側へさらに移動する。同時に、図9(b)に示すように、第2組の駆動駒32の先端部32aはロータ4に当接した状態を維持してロータ4を支持しつつ、ロータ4の回転方向Rに沿うX2軸正方向側に移動してロータ4を回転方向Rへ駆動する。
Phase11以降は、上記のPhase3からPhase10までの動作と同様の動作が繰り返し行われ、ロータ4の回転が継続される。これにより、第1組の駆動駒31の先端部31aと先端部3aと第2組の駆動駒32の先端部32aとによって交互に(順番に)ロータ4のY軸方向の支持及び回転方向Rの駆動がされ、ロータ4が支持軸5回りの回転を継続する。
本実施形態の駆動装置1は、各々の駆動駒3を支持軸5の平行な方向(第2の方向)へ駆動させる圧電素子6と、駆動駒3の先端部3aをロータ4の回転方向Rに沿う駆動駒3の幅w3方向(第1の方向)へ駆動させる圧電素子7とが別個に独立して設けられている。そのため、それぞれの方向の振動を独立した振動として取り出すことができる。
したがって、駆動駒3によりロータ4を回転させ、ロータ4と駆動駒3とを相対駆動させる際に、従来よりもロータ4を安定して回転させることができる。また、基部3bを挟み込む圧電素子6が互いに異なる方向に基部3bを駆動させる場合と比較して損失が発生し難く、エネルギー効率を向上させることができる。したがって、駆動装置1の出力を増大させ、従来よりも高い出力を得ることができる。
また、本実施形態の駆動装置1は、複数の駆動駒3を備えている。そのため、複数の駆動駒3をベース部2に固定する際に、図3(a)に示すベース部2からの接触面S1の高さH1にばらつきが生じる場合がある。このような場合、先端部3aの接触面S1を研磨して高さH1を均一にする必要がある。また、駆動装置1を長期間に亘って繰り返し駆動させた場合、ロータ4と駆動駒3の先端部3aとの間に生じる摩擦によって、先端部3aが径時的に磨耗する。
ここで、高さH1とは、圧電素子6および圧電素子7(少なくとも圧電素子6)に電圧が供給されていない状態のときの値である。すなわち図7(a)の状態のときの値である。
ここで、本実施形態の駆動駒3は、各々の先端部3aに傾斜面S2,S3が設けられ、先端部3aの接触面S1に平行な断面積がロータ4に近づくほど小さくなる先細状に設けられている。そのため、接触面S1を研磨する場合や、接触面S1が径時的に磨耗した場合であっても、傾斜面S2,S3が設けられていない場合と比較して、駆動駒3の体積の減少を抑制することができる。したがって、駆動駒3の質量の減少を最小限にすることができ、支持駆動部1aの固有振動数の変動を無視できる程度まで低減することができる。これにより、支持駆動部1aを継続的に共振状態で駆動させることが可能になり、駆動装置1の高い出力を長期間維持することができる。
なお、上記の接触面S1を研磨する工程では、圧電素子6および圧電素子7に電圧を供給する必要がないので、研磨する工程は、図5に示すような圧電体素子および圧電素子7と電源部10とを接続する配線を設ける前に行えばよい。
また、各々の先端部3aに傾斜面S2,S3を設けることで駆動駒3が先細状に設けられているので、傾斜面S2,S3がない場合と比較して、駆動駒3の重心がベース部2側に移動する。これにより、駆動駒3の駆動時の安定性が向上し、予期せぬ振動が発生することを防止できる。
また、各々の先端部3aに傾斜面S2,S3を設けることで、駆動駒3の幅w3方向の剛性を向上させることができる。また、傾斜面S2,S3を曲面ではなく平面とすることで、剛性の向上と質量減少の抑制との双方をバランスよく実現することができる。
また、傾斜面S2,S3及び接触面S1がロータ4の径方向(図3(b)に示す中心線CL方向)に沿って設けられているので、ロータ4の回転方向Rにおいて駆動駒3がロータ4と接触する面積をより減少させ、駆動駒3の質量の減少をより抑制することが可能になる。
また、支持軸5に平行な方向において、傾斜面S2,S3の寸法Aは先端部3aの全体の寸法(A+B)の30%以上100%以下に設定されている。本実施形態において、駆動駒3の先端部3aの先端部3aの全体の寸法(A+B)は、例えば数mm程度になっている。これにより、研削や磨耗により先端部3aの全体の寸法(A+B)が減少しても、傾斜面S2,S3を十分に残存させることが可能になる。
また、先端部3aは、図4に示すように中心線C1にに対して対称な形状に設けられている。先端部3aは、圧電素子7によって図3(b)に示す幅w3方向に駆動される。そのため、先端部3aを、圧電素子7による駆動方向及び支持軸5に平行な断面における中心線C1に対して対称な形状に設けることで、送り駆動と戻り駆動とを偏りなく均等に行うことができる。これにより、ロータ4の回転時の安定性を向上させることができる。
また、圧電素子6が駆動駒3の基部3bを幅w3方向から挟み込み、圧電素子6が駆動駒3を幅w3方向と異なる支持軸5に平行な方向へ駆動させるようになっている。また、基部3bを挟み込む一対の圧電素子6,6の寸法及び形状が略等しくなっている。これにより、駆動駒3の幅w3方向の剛性を均等にすることができる。したがって、駆動駒3の基部3bの幅w3方向の振動を抑制することができる。また、全ての圧電素子6及び圧電素子7を同一の形状及び寸法とすることで、製造を容易にして生産性を向上させることができる。
加えて、ベース部2には駆動駒3を支持軸5と平行な方向へ駆動可能に保持する保持部2aが設けられている。保持部2aには駆動駒3の幅w3方向から駆動駒3の基部3bを支持する支持面2fが設けられている。そのため、支持面2fによって圧電素子6を支持し、圧電素子6を介して駆動駒3の基部3bを幅w3方向から支持することができる。これにより、駆動駒3の幅w3方向の剛性をより高め、駆動駒3の基部3bの幅w3方向の振動を抑制することができる。
ここで、圧電素子6は、厚み方向の弾性係数(縦弾性係数)と変形方向の弾性係数(横弾性係数)との比が例えば約3:1程度である。したがって、駆動駒3の幅w3方向の剛性を高め、基部3bの駆動方向の剛性を低くすることができる。これにより、基部3bの幅w3方向の移動を防止して振動を抑制できる。また、基部3bの駆動方向の変位をしやすくすることができる。
また、駆動駒3が、ロータ4を支持して回転方向Rに駆動させる先端部3aと、一対の圧電素子6に挟み込まれた状態でベース部2の保持部2aに保持された基部3bと、を備えている。さらに、駆動駒3は先端部3aと基部3bとの間に、先端部3aをロータ4の回転方向Rに沿う保持部2a及び駆動駒3の幅w3方向に駆動する圧電素子7を備えている。
そのため、駆動駒3の先端部3aを幅w3方向に駆動することで、ロータ4の下面と先端部3aとの間に回転方向Rの接線方向の摩擦力が作用し、ロータ4を回転方向Rに駆動することができる。また、圧電素子6及び圧電素子7をそれぞれ独立して制御することができる。これにより、駆動駒3の先端部3aの支持軸5に沿う方向の駆動と、ロータ4の回転方向Rに沿う方向の駆動とを独立して制御することができる。
また、圧電素子6及び圧電素子7を同時に作動させ、駆動駒3の先端部3aの支持軸5に沿う方向の駆動と、ロータ4の回転方向Rに沿う方向の駆動とを同時に行うことができる。
したがって、図7〜図9に示すように、ロータ4と先端部3aの接触時及び離間時に、駆動駒3の先端部3aをロータ4の回転方向Rに沿って移動させ、ロータ4の回転を妨げることなく、第1組の駆動駒31から第2組の駆動駒32へロータ4の受け渡しを行うことができる。
また、駆動駒3及びその基部3bを挟み込む二対の圧電素子6,6を3つ備えた駆動駒3の組が、第1組と第2組の二組構成されている。したがって、各組を異なるタイミングで駆動させることができる。また、各組の駆動駒31,32の先端部31a,32aによってロータ4を3点支持することが可能となる。したがって、2点支持や4点以上の支持の場合と比較して、ロータ4の支持を安定して行うことができる。
また、各組の駆動駒31,32はロータ4の回転方向Rに均等に配置され、第1組と第2組の駆動駒31,32が回転方向Rに交互に順番に配置されている。したがって、ロータ4を各組の駆動駒31,32によってバランスよく支持し、回転方向Rに効率よく駆動することができる。
また、駆動駒3の先端部3aが駆動する方向は駆動駒3の基部3bが圧電素子6及び保持部2aの支持面2fによって挟み込まれる方向と同一の方向となっている。したがって、駆動駒3の先端部3aが送り駆動及び戻り駆動を行った場合に、駆動方向の前後から駆動駒3の基部3bを支持することができる。したがって、駆動駒3が支持軸5に平行な方向からずれることを抑制し、ロータ4の駆動に悪影響が及ぶことを防止できる。
また、電源部10が、第1組及び第2組の駆動駒31,32に位相差を有する電圧を供給することで、各組の駆動駒31,32によってそれぞれロータ4を駆動することができる。
また、電源部10が、各組の圧電素子6及び圧電素子7に供給する電圧の位相差を180°とすることで、第1組の駆動駒31と第2組の駆動駒32とによって交互に順番にロータ4を駆動させることができる。
また、電源部10が、各組の圧電素子6及び圧電素子7に、駆動駒3の先端部3aがロータ4との接触、駆動駒3の幅w3方向への送り、ロータ4からの離間、駆動駒3の幅w3方向の戻り、を順次繰り返すように電圧を供給することで、ロータ4の回転駆動を連続的に行うことができる。
また、電源部10は、図6のPhase3,7,11,15に示すように、第1端子T1に供給する電圧と第2端子T2に供給する電圧をオーバーラップさせている。これにより、第1組の駆動駒31から第2組の駆動駒32へのロータ4の受け渡しを連続的かつスムーズに行うことが可能になる。
また、電源部10が圧電素子6及び圧電素子7に供給する電圧の周波数は、圧電素子6、圧電素子7、駆動駒3、及びベース部2からなる支持駆動部1aの共振振動の振動数と略等しくなっている。そのため、駆動駒3の先端部3aによるロータ4の送り駆動及び戻り駆動の振幅をより大きくすることができる。支持駆動部1aの共振振動の周波数は、ベース部2、圧電素子6,7、駆動駒3の先端部3a及び基部3bの材質を適切に選定することで調整することができる。
また、本実施形態では、図6に示すように、第1端子T1及び第2端子T2から各組の駆動駒31,32の圧電素子61,62に供給される電圧の周期と、第3端子T3及び第4端子T4から各組の圧電素子71,72に供給される電圧の周期とが等しくなっている。したがって、駆動駒31,32の支持軸5に平行な方向の駆動と、駆動駒31,32の幅w31,w32方向の先端部31a,32aの駆動の振動数が等しくなる。これにより、支持軸5に平行な方向の駆動駒31,32の振幅と、駆動駒31,32の幅w31,w32方向の先端部31a,32aの振幅を最大振幅とすることができる。
また、支持軸5と略平行に設けられ駆動駒3の幅w3方向と略垂直に交差するベース部2の側面2cに、溝部2dが形成されている。すなわち、溝部2dはベース部2を介して伝播する支持軸5と略平行な方向の振動に対して、略垂直に交差するように設けられている。そのため、溝部2dによって振動を吸収し、ベース部2による振動の伝播を減少させることができる。
また、圧電素子6が、ロータ4と溝部2dとの間に設けられている。したがって、ベース部2のロータ4と反対側から溝部2dを越えて伝播する振動を減少させることができる。
また、ベース部2の駆動駒3を保持する保持部2aと反対側の端部が取付部101aに固定され、溝部2dは駆動駒3よりも取付部101aに近い位置に設けられている。そのため、取付部101aの振動がベース部2に伝播した場合であっても、駆動駒3から比較的遠い位置で振動を減少させ、取付部101aの振動が駆動駒3の駆動に悪影響を及ぼすことを防止できる。
また、溝部2dの支持軸5に平行な方向の幅w1は、ベース部2の振動の振幅よりも大きくなっている。そのため、溝部2dの両側のベース部2同士が衝突することを防止できる。
また、溝部2dの支持軸5に平行な方向の幅w1は、ベース部2、駆動駒3、圧電素子6、及び圧電素子7からなる支持駆動部1aの共振振動の振幅よりも大きくなっている。したがって、支持駆動部1aが共振状態で振動した場合でも溝部2dの両側のベース部2同士が衝突することを防止できる。
また、溝部2dの深さd1をベース部2の半径の40%以上80%以下とすることで、ベース部2の強度を十分に確保しつつ、十分な振動の伝播の抑制効果を得ることができる。
また、ベース部2と支持軸5との間に間隙2eが形成されているので、ベース部2から支持軸5に伝播する振動を減少させることができる。また、支持軸5からベース部2に伝播する振動を減少させることができる。したがって、駆動駒3及びロータ4の駆動に悪影響が及ぶことを防止できる。
次に、本実施形態の駆動装置1を備えたレンズ鏡筒及びカメラの一例について説明する。本実施形態の交換レンズは、カメラボディとともにカメラシステムを形成するものである。交換レンズは、公知のAF(オートフォーカス)制御に応じて合焦動作を行うAFモードと、撮影者からの手動入力に応じて合焦動作を行うMF(マニュアルフォーカス)モードとが切り替え可能になっている。
図11は、本実施の形態におけるカメラ101の構成を模式的に示す概略構成図である。
図11に示すように、カメラ101は、撮像素子108が内蔵されたカメラボディ102と、レンズ107を有するレンズ鏡筒103とを備えている。
レンズ鏡筒103は、カメラボディ102に着脱可能な交換レンズである。レンズ鏡筒103は、レンズ107、カム筒106、駆動装置1等を備えている。駆動装置1は、カメラ101のフォーカス動作時にレンズ107を駆動する駆動源として用いられている。駆動装置1のロータ4から得られた駆動力は、直接、カム筒106に伝えられる。レンズ107は、カム筒106に保持されており、駆動装置1の駆動力により、光軸方向Lに略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
カメラ101の使用時には、レンズ鏡筒103内に設けられたレンズ群(レンズ107を含む)によって、撮像素子108の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子108によって、結像された被写体像は電気信号に変換され、その信号をA/D変換することによって、画像データが得られる。
以上説明したように、本実施の形態のカメラ101及びレンズ鏡筒103は、上記の実施の形態で説明した駆動装置1を備えている。したがって、従来よりもロータ4を安定的に回転させることができ、出力が向上した駆動装置1によって、カム筒106を直接駆動させることができる。したがって、エネルギーの損失が少なく省エネルギー効果が得られる。また、部品点数の削減が可能になる。
本実施の形態では、レンズ鏡筒103は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
尚、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、傾斜面の形成方向はロータの径方向に限定されず、平面視で先端部の圧電素子による駆動方向と交差する方向に形成されていればよい。
また、上記の実施の形態では、圧電素子が厚み滑り変形する場合について説明したが、これらは厚み方向に変形するものであってもよい。この場合、圧電素子によって駆動駒は保持部の幅方向(第1の方向)に移動し、圧電素子によって駆動駒の先端部は回転軸に平行な方向(第2の方向)に移動する。
また、ベース部は支持軸を囲むように設けられていれば複数に分割されていてもよく、支持軸を完全に囲んでいなくてもよい。例えば支持軸を囲む円周上の半分に偏って配置されていてもよく、支持軸を両側から挟みこむような配置であってもよい。
また、上述の実施形態では、駆動駒を支持軸と平行な方向へ駆動する圧電素子が駆動駒を挟み込むように一対設けられている場合について説明したが、圧電素子は駆動駒の一方の側面のみに設けられていてもよい。また、厚み方向への変位をする圧電素子を圧電素子として用い、ベース部の保持部の底面と駆動駒の基部の底面との間に圧電素子を配置するようにしてもよい。この場合には、ベース部に設けられた保持部の支持面によってロータの回転方向に沿う保持部の幅方向の両側から圧電素子を介すことなく基部を直接支持する。そして、基部を支持軸と平行な方向へスライド可能に保持するガイド部として支持面を機能させるようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、圧電素子を備える駆動駒の組を二組備える場合について説明したが、駆動駒の組は三組以上であってもよい。また、駆動駒の組が備える駆動駒の数は、1つ、2つ、若しくは4つ以上であってもよい。例えば、上述の実施形態において、ベース部の対角に配置された配置された2つの駆動駒を1組として、駆動駒の組を3組構成してもよい。この場合には、各組の電圧の位相差を例えば120度とすることができる。これにより、常に2組の駆動駒によってロータを支持・回転させることができる。駆動駒の各組の電圧の位相差は、360度を組数で除した値(すなわち二組の場合は180度、三組の場合は120度)とすればよい。
また、上述の実施の形態では、圧電素子が駆動駒の基部を挟み込む方向(第1の方向)と圧電素子が駆動駒の先端部を駆動する方向(第3の方向)とが同一の場合について説明したが、これらを異ならせてもよい。例えば、第3の方向を駆動駒の幅w3方向と交差しかつロータの回転方向に沿う方向とすることで、ロータを回転させやすくしてもよい。
また、ベース部の支持面は、支持軸と平行な方向(第2の方向)に対して傾斜していなくてもよい。例えば、保持部に圧電素子の保持部の底面側の端部を係止する突起状の係止部を設けてもよい。また、圧電素子の保持部の底面側の端部を基部の底面よりも突出させて位置決め部として機能させ、位置決め部を保持部の底面に突き当てることで位置決めをしてもよい。
また、ベース部と支持軸との間の間隙は、ベース部の強度確保の観点から溝部の保持部側の縁まで形成するようにしてもよい。
また、電源部の各端子から圧電素子へ供給する電圧を正弦波や正弦波状の電圧波形としてもよい。