アクチュエータ
【課題】 小型で移動軸を前進と後進させることができ、移動軸の前進と後進の移動限界を高精度に決めることができるアクチュエータを提供する。
【解決手段】 振動駆動部材１０は、筒状の振動体１１を有し、振動体１１の４つの側面に駆動素子１５ａ〜１５ｄが設けられ、振動体１１の振動の節が支持部１８で支持されている。振動体１１が屈曲変形し、その屈曲方向が回転方向へ変化すると、振動体１１の雌ねじ部に嵌合している移動軸２０がＸ１−Ｘ２方向へ移動する。移動軸２０には４個の当接突起３１ａ〜３１ｄが設けられ、固定側では、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと後進ストッパ３５ａ，３５ｂが設けられている。いずれかの当接突起とストッパとが回転方向で当たることで、移動軸２０の前進限界位置と後進限界位置が決められる。
【解決手段】 振動駆動部材１０は、筒状の振動体１１を有し、振動体１１の４つの側面に駆動素子１５ａ〜１５ｄが設けられ、振動体１１の振動の節が支持部１８で支持されている。振動体１１が屈曲変形し、その屈曲方向が回転方向へ変化すると、振動体１１の雌ねじ部に嵌合している移動軸２０がＸ１−Ｘ２方向へ移動する。移動軸２０には４個の当接突起３１ａ〜３１ｄが設けられ、固定側では、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと後進ストッパ３５ａ，３５ｂが設けられている。いずれかの当接突起とストッパとが回転方向で当たることで、移動軸２０の前進限界位置と後進限界位置が決められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雌ねじ部を有する振動体が屈曲振動し、前記雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有する移動軸が直進するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１に、直動アクチュエータに関する発明が開示されている。この直動アクチュエータは、ハウジングの内部に、転がり軸受で回転自在に支持されたナットと、微細振動でナットに回転力を与える超音波モータが内蔵されており、前記ナットに、ねじ軸が挿通されている。前記ハウジングの内部に、軸方向に沿うガイド溝が形成され、ねじ軸に前記ガイド溝の内部を摺動する導電部材が設けられて、ねじ軸の回り止め手段が構成されている。前記超音波モータによってナットが回転させられると、回り止め手段で回転が規制されているねじ軸が直線的に移動する。
【０００３】
前記ガイド溝内に抵抗体が設けられ、ねじ軸に設けられた前記導電部材が抵抗体を摺動する。導電部材で抵抗値の変化を検知することで、ねじ軸の移動位置を検知できるようになっている。
【０００４】
以下の特許文献２に記載されたアクチュエータは、雄ねじ部を有するシャフトと、このシャフトを順回転方向と逆回転方向へ往復振動させる圧電体が設けられ、内部に雌ねじ部を有する可動部材が、シャフトに螺着されている。圧電体によりシャフトが順方向へ回転させられると、可動部材が一緒に回転し、シャフトが逆方向へ回転するときに、可動部材がその慣性力によりその場に留まろうとする。この繰り返しにより、可動部材がシャフトの軸方向へ移動させられる。
【０００５】
特許文献２に記載されたアクチュエータは、シャフトと可動部材にそれぞれストッパが設けられており、ストッパどうしが回転方向に向けて当たることで、可動部材の下降方向の移動限界が決められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８４３６３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７１６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている直動アクチュエータは、ハウジングの内部に転がり軸受や超音波アクチュエータを内蔵する構造であるため、ハウジングの内部構造が複雑であり、小型のアクチュエータとして構成するのは困難である。ねじ軸の移動位置を検知するために、ガイド溝の内部に抵抗体を設けているため、さらにハウジングの内部構造が複雑になる。また、ねじ軸に固定された導電部材が抵抗体に常に摺動する構造であるため、駆動負荷が大きく、抵抗体と導電部材との接触抵抗の変化によって、ねじ軸の移動位置を正確に決定することが難しい。
【０００８】
特許文献２に記載されているアクチュエータは、シャフトと可動部材のそれぞれにストッパが設けられている。しかし、このストッパは、可動部材が必要以上に下降して、シャフトの雄ねじ部と可動部材の雄ねじ部とが噛み付くのを防止するために設けられたものであって、可動部材の進退位置を決めようとしているものではない。すなわち、シャフトは順回転方向と逆回転方向へ微細な角度だけ往復方向へ回転振動するが、可動部材はシャフトに追従して一方向へのみ微細な角度だけ回動しその後は慣性力で留まろうとするために、シャフトに設けられた１個のストッパと可動部材に設けられた１個のストッパがいつの時点で当たるのか予測ができず、このストッパによって可動部材の移動限界位置を正確に決めることはできない。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、簡単な構造できわめて小型に構成でき、しかも移動軸の２方向の移動位置を高精度に決めることができるアクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内部に雌ねじ部を有する弾性変形可能な振動体と、外周に雄ねじ部を有して前記雌ねじ部に挿通される移動軸と、前記振動体を屈曲させその屈曲方向を軸回りに変位させる駆動素子とを有するアクチュエータにおいて、
前記移動軸に、軸方向と交叉する向きに突出する当接突起が設けられ、前記移動軸の一方向の移動終端部と他方向への移動終端部に、前記当接突起が当たるストッパ部材が設けられており、前記当接突起または前記ストッパ部材が、前記移動軸の回転方向に間隔を空け且つ軸方向の同じ位置に複数個設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のアクチュエータは、雌ねじ部を有する振動体を屈曲変形させる構造であるため、振動体の構造が複雑にならずに小型化でき、また移動軸の移動に際して必要以上に大きな負荷がかかることがない。
【００１２】
移動軸は、回転しながら前進し後進するため、移動軸に設けられた当接突起とストッパ部材とが周方向に向けて当たることで、前進方向と後進方向の移動限界で移動軸を確実に止めることができる。このとき、雄ねじ部と雌ねじ部との接触が必要以上に緩んだり、接触摩擦が過大となることもなく、停止後の再駆動の際に、スムースに起動できる。また、当接突起またはストッパ部材が回転方向に複数個設けられているため、ある回転位相で当接突起とストッパ部材とが当たらなくても、その直後に当接突起とストッパ部材とを当てることができ、移動軸の前進時の移動限界位置と後進時の移動限界位置を精度良く決めることができる。
【００１３】
本発明は、前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、前記移動軸の回転方向に１８０度の角度を空けて２個設けられている。
【００１４】
あるいは本発明は、前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、１個設けられているものである。
【００１５】
本発明は、前記移動軸に、前記ストッパ部材が４個設けられているものが加工しやすさの点から好ましい。
【００１６】
本発明では、前記ストッパ部材を、前記移動軸の端部を加圧して前記移動軸と一体に形成することが可能である。
また、本発明は、前記移動軸に対し、軸方向への付勢力が付与されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のアクチュエータは、振動体の構成が簡単であるために、小型に構成することができる。また当接突起とストッパ部材とで、移動軸の前進限界位置と後進限界位置を高精度に決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態のアクチュエータを示す斜視図、
【図２】振動体と移動軸を示す斜視図、
【図３】振動体と駆動素子を示す断面図、
【図４】振動体と駆動素子の端面図、
【図５】振動体の屈曲振動の説明図、
【図６】雌ねじ部と雄ねじ部との噛み合い状態を示す拡大断面図、
【図７】（Ａ）は当接突起の端面図、（Ｂ）は当接突起の側面図、
【図８】当接突起とストッパ部材との対向状態を示す端面図、
【図９】本発明の第２の実施の形態のアクチュエータを示す斜視図、
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すアクチュエータ１は、振動駆動部材１０と前記振動駆動部材１０に挿入された移動軸２０とを有している。
【００２０】
図２ないし図４に示すように、振動駆動部材１０は筒状の振動体１１を有している。振動体１１は、金属製であり、弾性変形自在である。図４に示すように、振動体１１は、４つの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有している。４つの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは全て前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に延びる平面であり、側面１１ａと側面１１ｂが９０度の角度であり、側面１１ｂと側面１１ｃ、側面１１ｃと側面１１ｄ、ならびに側面１１ｄと側面１１ａが９０度である。また、側面１１ａと側面１１ｂとの間、側面１１ｂと側面１１ｃとの間、側面１１ｃと側面１１ｄとの間、および側面１１ｄと側面１１ａとの間に、それぞれ面取り部１１ｅが形成されている。
【００２１】
図３に示すように、振動体１１には、前方（Ｘ１側）の端面１１ｆから後方（Ｘ２側）の端面まで貫通する貫通穴１２が形成されている。貫通穴１２の中心線は、振動体１１のＸ１−Ｘ２方向に延びる中心線に一致している。貫通穴１２の中央部には雌ねじ部１３が形成されている。雌ねじ部１３は長さＬ１の範囲で連続して形成されており、長さＬ１は、貫通穴１２の全長Ｌ０の１／３である。雌ねじ部１３は、貫通穴１２のＸ１−Ｘ２方向の中央部に形成されている。
【００２２】
貫通穴１２は、前記雌ねじ部１３よりも前方が逃げ穴１２ａで、後方が逃げ穴１２ｂである。逃げ穴１２ａ，１２ｂには雌ねじが形成されていない。逃げ穴１２ａ，１２ｂの内直径は、雌ねじ部１３のねじ谷の直径よりも大きく形成されている。
【００２３】
図４に示すように、振動体１１の側面１１ａには駆動素子１５ａが固定され、側面１１ｂに駆動素子１５ｂが、側面１１ｃに駆動素子１５ｃが、側面１１ｄに駆動素子１５ｄがそれぞれ固定されている。それぞれの駆動素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、それぞれの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに絶縁層を介して設置された内側電極１６ａと、内側電極１６ａに対向する外側電極１６ｂと、内側電極１６ａと外側電極１６ｂに挟まれた圧電素子１６とから構成されている。なお、圧電素子１６は、電極層と圧電材料層とが交互に複数層に積層されて、それぞれの圧電材料層に同じ電界が印加される積層構造が好ましい。前記積層構造とすることで、低い駆動電圧で大きな歪みを発生させることができる。
【００２４】
図示省略されているが、振動駆動部材１０は、金属材料などで筒形状に形成されたホルダの内部に保持される。そして、振動駆動部材１０は、前記ホルダの内部で８箇所の支持部１８において支持されている。支持部１８は、小面積で塗布された接着剤で形成され、またはホルダから振動駆動部材１０に向けて延びる針状の支持突起などである。いずれにせよ、支持部１８は、小面積の支持構造であり実質的に点支持構造である。
【００２５】
支持部１８は、振動体１１のそれぞれの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを、駆動素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの外側から支持している。支持部１８は、側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの幅寸法を二分する中心線上に位置し、それぞれの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄにおいて、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に距離Ｌ２を空けて配置されている。距離Ｌ２は、振動駆動部材１０が図５に示すように、固有振動数で屈曲振動したときの波長λの１／２となるように設定されている。すなわち、振動駆動部材１０は、振動の節において支持部１８で支持される。
【００２６】
前記移動軸２０は、その軸方向のほぼ全長に渡って外周に雄ねじ部２１が形成されている。雄ねじ部２１のピッチ円は、図３に示す振動体１１に形成された雌ねじ部１３のピッチ円よりもわずかに小さく、図６に示すように、雄ねじ部２１と雌ねじ部１３とが噛み合ったときに、ねじの表面に軸方向（Ｘ１−Ｘ２方向）および軸と直交する方向に若干の隙間が生じている。
【００２７】
図１に示すように、移動軸２０の前方（Ｘ１側）の端部に、突出部２０ａが形成され、この突出部２０ａが、駆動対象物２５の平面状の端面２５ａに接触している。突出部２０ａは、軸中心においてＸ１側に最も突出する円錐形状であり、その先端はきわめて小半径の球面である。よって、突出部２０ａは、端面２５ａに当接している状態できわめて小さい摩擦負荷で回転可能である。
【００２８】
駆動対象物２５は、付勢部材であるばね部材２６によってＸ２方向へ付勢されている。そのため、移動軸２０にはＸ２方向への付勢力Ｆが作用している。図６に拡大して示すように、前記付勢力Ｆによって、移動軸２０の雄ねじ部２１のねじ山のＸ２側に向く側面が、振動体１１の雌ねじ部１３のねじ谷のＸ２側の内側面に加圧されて、与圧が付与されている。
【００２９】
駆動対象物２５は、アクチュエータ１が搭載される機器によって異なるが、例えば小型カメラの場合は、駆動対象物２５のＸ１−Ｘ２方向の移動によってレンズが光軸方向に移動させられて、自動焦点合致装置やズーム装置として使用される。または、駆動対象物２５によって、ポンプのシリンダが駆動され、または監視カメラなどが移動させられる。
【００３０】
図１に示すように、アクチュエータ１のＸ２側の端部には、位置決め機構３０が設けられている。
【００３１】
位置決め機構３０では、移動軸２０のＸ２側の端部に当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが一体に形成されている、図７および図８に示すように、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、移動軸２０の軸中心と直交する向きに延びている。それぞれの当接突起は薄板状であり、面積の大きな表面および裏面が軸線方向と並行に向けられている。当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、移動軸２０の回転方向に向けて９０度の角度間隔を空けて形成されている。
【００３２】
前記当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは次のようにして形成される。
金属製で断面が円形の軸の外周に雄ねじ部２１が加工される。この加工の前または後の工程において、前記軸の端部が、４方向からチャック状の金型によって挟圧され、軸の端部が加圧されて塑性変形させられる。この圧痕加工によって、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが支持軸２０と一体に加工される。
【００３３】
圧痕加工で形成することで、移動軸２０の端部に、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを容易に形成できる。また、図７（Ａ）に示すように、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが９０度の角度配置で４箇所に形成されていると、金型で４方向から加圧することで、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを形成しやすい。
【００３４】
図１に示すように、位置決め機構３０には、規制部材３２が設けられている。この規制部材３２は、移動軸２０とは別の回転しない部分に固定されている。例えば、規制部材３２が、振動駆動部材１０を保持する筒状の前記ホルダに固定される。あるいは、規制部材３２が、振動体１１のＸ２側に向く端面１１ｇに固定される。
【００３５】
規制部材３２には、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと、後進ストッパ３５ａ，３５ｂが設けられている。前進ストッパ３３ａ，３３ｂは、移動軸２０のＸ１方向への移動限界位置を決めるものである。前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂは、移動軸２０の回転方向へ１８０度の角度間隔で配置されている。前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂは、薄板状であり、面積の広い表面および裏面が移動軸２０の軸方向に沿って延びている。前進ストッパ３３ａのＸ２側に向く端部３４ａと、前進ストッパ３３ｂのＸ２側に向く端部３４ｂは、移動軸２０の軸方向の同じ位置にある。
【００３６】
後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂは、前進ストッパ３３ａ，３３ｂよりもＸ２側に位置している。後進ストッパ３５ａ，３５ｂによって、移動軸２０のＸ２方向の移動限界位置が決められる。後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂは、移動軸２０の回転方向へ１８０度の角度間隔で配置され、図８に示すように、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと後進ストッパ３５ａ，３５ｂは、移動軸２０の回転方向へ９０度の角度を空けて配置されている。後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂは、面積の広い表面および裏面が移動軸２０の軸方向に沿って延びる薄板形状である。後進ストッパ３５ａのＸ１側に向く端部３６ａと、後進ストッパ３５ｂのＸ１側に向く端部３６ｂは、移動軸２０の軸方向の同じ位置にある。
【００３７】
次に、アクチュエータ１の動作を説明する。
図４に示す駆動素子１５ａに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられ、これに対向する位置の駆動素子１５ｃに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられると、図５（Ａ）に示すように、振動体１１は側面１１ａが上向きに凸状となるように屈曲する。続いて、駆動素子１５ｂに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられ、これに対向する位置の駆動素子１５ｄに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられると、図５（Ｂ）に示すように、振動体１１は側面１１ｂが紙面の奥方向へ凸状となるように屈曲する。次に、駆動素子１５ａに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられ、駆動素子１５ｃに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられ、駆動素子１５ａに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられると、図５（Ｃ）に示すように、振動体１１は側面１１ｃが下向きに凸状となるように屈曲する。さらに、駆動素子１５ｂに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられ、駆動素子１５ｄに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられると、振動体１１は側面１１ｄが紙面の手前方向へ凸状となるように屈曲する。
【００３８】
各駆動素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに対して、電界が順番に与えられることで、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す振動体１１の屈曲が繰り返されて振動するが、このとき振動体１１は、支持部１８の支持スパンＬ２が振動波長の１／２となる固有振動数によって駆動される。
【００３９】
図５（Ａ）に示す屈曲変形のときは、振動体１１に形成された雌ねじ部１３の前端が点Ｐｆ１において、雌ねじ部１３の後端が点Ｐｂ１において、他の部分よりも、雄ねじ部２１と強く噛み合わせられる。すなわち、雄ねじ部２１に対し、雌ねじ部１３の前端と後端が、互いに逆方向から大きな力で噛み合わされる。振動体１１の屈曲方向が、Ｘ１方向に向かって反時計方向に順番に変化すると、雌ねじ部１３の前端と雄ねじ部２１との噛み合わせ部が、Ｐｆ１，Ｐｆ２，Ｐｆ３，・・・の順に変化し、雌ねじ部１３の後端と雄ねじ部２１との噛み合わせ部が、Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３，・・・の順に変化する。この接触点の回転に伴って、移動軸２０が、Ｘ１方向に向けて反時計方向へ回転させられ、ねじの摺動によって、移動軸２０がＸ２方向へほぼ直線的に進行する。
【００４０】
各振動素子１５ａ，１５ｄ，１５ｃ，１５ｂに対して、前記と逆の向きに電界が順番に与えられると、振動体の屈曲の凸側が、Ｘ１方向に対して時計方向へ連続する。このとき、雌ねじ部１３と雄ねじ部２１との当接点が、Ｘ１方向において時計方向に回転し、移動軸２０がＸ１方向に対して時計方向へ回転する。その結果、移動軸２０がＸ１方向へほぼ直線的に移動する。
【００４１】
移動軸２０のＸ１−Ｘ２方向への移動に追従して駆動対象物２５が移動し、駆動対象物２５によって、各種機器の移動部材の移動制御が行われる。
【００４２】
移動軸２０が回転しながらＸ１方向へ移動し、移動軸２０に形成されている当接突起３１ａと当接突起３１ｃが、前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂに回転方向に向けて面当接し、あるいは、当接突起３１ｂと当接突起３１ｄが、前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂに回転方向に向けて面当接すると、それ以上は移動軸２０がＸ１方向へ移動せず、移動軸２０がＸ１方向への移動限界位置に至る。
【００４３】
移動軸２０が回転しながらＸ２方向へ移動しているときは、移動軸２０に形成されている当接突起３１ａと当接突起３１ｃが、後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂに回転方向に向けて面当接し、あるいは、当接突起３１ｂと当接突起３１ｄが、後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂに回転方向に向けて面当接すると、それ以上は移動軸２０がＸ２方向へ移動せず、移動軸２０がＸ２方向への移動限界位置に至る。
【００４４】
移動軸２０には、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが９０度の角度範囲で配置されているため、例えば、当接突起３１ａ，３１ｃが、前進ストッパ３３ａ，３３ｂに当たらずにその端部３４ａ，３４ｂの直前をぎりぎりに通過したとしても、移動軸２０がその位置から最大でも９０度回転した時点で、当接突起３１ｂ，３１ｄが、前進ストッパ３３ａ，３３ｂに面当接する。そのため、移動軸２０の前進方向の移動限界位置のばらつきを、雄ねじ部２１のピッチの１／４の距離未満に抑えることができる。これは、移動軸２０のＸ２方向への移動限界においても同じであり、Ｘ２方向での停止位置のばらつきは、雄ねじ部２１のピッチの１／４未満である。
【００４５】
前進ストッパ３３ａ，３３ｂは、１８０度の角度を空けて一対設けられており、前進ストッパ３３ａの端部３４ａと前進ストッパ３３ｂの端部３４ｂが、Ｘ１−Ｘ２方向の同じ位置にある。雄ねじ部２１のピッチ円の直径は、雌ねじ部１３のピッチ円の直径よりも小さく、図６に示すように、振動体１１の貫通穴１２の内部で移動軸２０が前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）および半径方向へ若干の移動余裕を有している。そのため、移動軸２０が、前進するときにがたつきを生じることがある。移動軸２０の移動時のがたつきによって、例えば当接突起３１ａが、前進ストッパ３３ａに当たらない位置となっても、その逆側に位置する当接突起３１ｃが前進ストッパ３３ｂに当たる確率が高くなる。よって、その後に、９０度も回転させるまでもなく、移動軸２０を前進方向の移動限界位置において高精度に位置決めして止めやすくなる。これは、移動軸２０がＸ２方向へ移動するときにおいても同じである。
【００４６】
このアクチュエータ１は、図５に示すように、距離Ｌ１を空けた位置で、雄ねじ部２１のねじ山と雌ねじ部１３のねじ谷が接触し、その接触摩擦により移動軸２０が回転させられる構造である。そのため、ばね部材２６による付勢力Ｆを適正に設定しておけば、移動軸２０が移動するときの回転トルクはあまり大きくなく、しかも移動軸２０のＸ１−Ｘ２方向への仕事量を大きくすることができる。
【００４７】
ここで、この実施の形態とが異なるストッパ構造を採用し、移動軸２０のＸ２側の端部をストッパに突き当てて移動限界位置を決める構造にすると、大きな力でストッパに当たった時点で、図６に示すねじ山とねじ谷との接触圧力が低下し、最悪の場合は、ねじ山とねじ谷がＸ１−Ｘ２に離れてしまう。このような現象が生じると、その後に移動軸２０をＸ１方向へ戻そうとして振動の回転方向を逆転させても、移動軸２０を回転させることができず、移動軸２０がＸ１方向へ移動できないことがある。逆に、移動軸２０のＸ１側の端部または駆動対象物２５のＸ１側の端部をストッパに突き当てる構造にすると、ストッパに突き当たった時点で、雌ねじ部１３と雄ねじ部２１とが強く噛み込んでしまい、ねじ山とねじ谷との接触摩擦力が過大になり、その次に、振動体１１の屈曲回転方向を逆転させても移動軸２０がＸ２方向へ動きにくくなる課題がある。
【００４８】
これに対し、実施の形態の前記アクチュエータ１は、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと後進ストッパ３５ａ，３５ｂに対して回転方向から当たる構造であるが、前記のように移動軸の回転トルクは小さいので、きわめて小さい負荷で、移動軸２０を前進限界位置と後進限界位置で止めることができる。また、停止後に振動体１１の屈曲変形の回転方向を逆向きにすることで、直ちに移動軸２０を逆方向へ移動させることができる。
【００４９】
図９は本発明の第２の実施の形態のアクチュエータ１０１を示している。
このアクチュエータ１０１の位置決め機構１３０では、１個の前進ストッパ３３と１個の後進ストッパ３５が設けられている。移動軸２０には、４個の当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが設けられており、いずれかの当接突起が前進ストッパ３３に回転方向に向けて当接したときに、移動軸２０が前進方向の移動限界位置となる。また、いずれかの当接突起が後進ストッパ３５に当接したときに、移動軸２０が後進方向の移動限界位置となる。
【００５０】
図９に示すアクチュエータ１０１でも、移動軸２０に当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが９０度間隔で配置されているため、移動軸２０の前進と後進での限界停止位置のばらつきを、ねじのピッチの１／４を超えない範囲とすることができる。
【００５１】
なお、前記実施の形態とは逆に、前進ストッパおよび後進ストッパが９０度の角度間隔で設けられ、移動軸２０に設けられた当接突起が１８０度の角度で２枚設けられ、または１枚設けられてもよい。
【００５２】
また、前進ストッパと後進ストッパまたは当接突起を、４５度の間隔で８枚設けるなど、４枚以上に構成することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１０１ アクチュエータ
１０ 振動駆動部材
１１ 振動体
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 振動体の側面
１１ｆ，１１ｇ 振動体の端面
１２ 貫通穴
１３ 雌ねじ部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 駆動素子
１６ 圧電素子
１６ａ 内側電極
１６ｂ 外側電極
１８ 支持部
２０ 移動軸
２１ 雄ねじ部
２５ 駆動対象物
２６ ばね部材
３０，１３０ 位置決め機構
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 当接突起
３３，３３ａ，３３ｂ 前進ストッパ
３５，３５ａ，３５ｂ 後進ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雌ねじ部を有する振動体が屈曲振動し、前記雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有する移動軸が直進するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１に、直動アクチュエータに関する発明が開示されている。この直動アクチュエータは、ハウジングの内部に、転がり軸受で回転自在に支持されたナットと、微細振動でナットに回転力を与える超音波モータが内蔵されており、前記ナットに、ねじ軸が挿通されている。前記ハウジングの内部に、軸方向に沿うガイド溝が形成され、ねじ軸に前記ガイド溝の内部を摺動する導電部材が設けられて、ねじ軸の回り止め手段が構成されている。前記超音波モータによってナットが回転させられると、回り止め手段で回転が規制されているねじ軸が直線的に移動する。
【０００３】
前記ガイド溝内に抵抗体が設けられ、ねじ軸に設けられた前記導電部材が抵抗体を摺動する。導電部材で抵抗値の変化を検知することで、ねじ軸の移動位置を検知できるようになっている。
【０００４】
以下の特許文献２に記載されたアクチュエータは、雄ねじ部を有するシャフトと、このシャフトを順回転方向と逆回転方向へ往復振動させる圧電体が設けられ、内部に雌ねじ部を有する可動部材が、シャフトに螺着されている。圧電体によりシャフトが順方向へ回転させられると、可動部材が一緒に回転し、シャフトが逆方向へ回転するときに、可動部材がその慣性力によりその場に留まろうとする。この繰り返しにより、可動部材がシャフトの軸方向へ移動させられる。
【０００５】
特許文献２に記載されたアクチュエータは、シャフトと可動部材にそれぞれストッパが設けられており、ストッパどうしが回転方向に向けて当たることで、可動部材の下降方向の移動限界が決められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８４３６３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７１６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている直動アクチュエータは、ハウジングの内部に転がり軸受や超音波アクチュエータを内蔵する構造であるため、ハウジングの内部構造が複雑であり、小型のアクチュエータとして構成するのは困難である。ねじ軸の移動位置を検知するために、ガイド溝の内部に抵抗体を設けているため、さらにハウジングの内部構造が複雑になる。また、ねじ軸に固定された導電部材が抵抗体に常に摺動する構造であるため、駆動負荷が大きく、抵抗体と導電部材との接触抵抗の変化によって、ねじ軸の移動位置を正確に決定することが難しい。
【０００８】
特許文献２に記載されているアクチュエータは、シャフトと可動部材のそれぞれにストッパが設けられている。しかし、このストッパは、可動部材が必要以上に下降して、シャフトの雄ねじ部と可動部材の雄ねじ部とが噛み付くのを防止するために設けられたものであって、可動部材の進退位置を決めようとしているものではない。すなわち、シャフトは順回転方向と逆回転方向へ微細な角度だけ往復方向へ回転振動するが、可動部材はシャフトに追従して一方向へのみ微細な角度だけ回動しその後は慣性力で留まろうとするために、シャフトに設けられた１個のストッパと可動部材に設けられた１個のストッパがいつの時点で当たるのか予測ができず、このストッパによって可動部材の移動限界位置を正確に決めることはできない。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、簡単な構造できわめて小型に構成でき、しかも移動軸の２方向の移動位置を高精度に決めることができるアクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内部に雌ねじ部を有する弾性変形可能な振動体と、外周に雄ねじ部を有して前記雌ねじ部に挿通される移動軸と、前記振動体を屈曲させその屈曲方向を軸回りに変位させる駆動素子とを有するアクチュエータにおいて、
前記移動軸に、軸方向と交叉する向きに突出する当接突起が設けられ、前記移動軸の一方向の移動終端部と他方向への移動終端部に、前記当接突起が当たるストッパ部材が設けられており、前記当接突起または前記ストッパ部材が、前記移動軸の回転方向に間隔を空け且つ軸方向の同じ位置に複数個設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のアクチュエータは、雌ねじ部を有する振動体を屈曲変形させる構造であるため、振動体の構造が複雑にならずに小型化でき、また移動軸の移動に際して必要以上に大きな負荷がかかることがない。
【００１２】
移動軸は、回転しながら前進し後進するため、移動軸に設けられた当接突起とストッパ部材とが周方向に向けて当たることで、前進方向と後進方向の移動限界で移動軸を確実に止めることができる。このとき、雄ねじ部と雌ねじ部との接触が必要以上に緩んだり、接触摩擦が過大となることもなく、停止後の再駆動の際に、スムースに起動できる。また、当接突起またはストッパ部材が回転方向に複数個設けられているため、ある回転位相で当接突起とストッパ部材とが当たらなくても、その直後に当接突起とストッパ部材とを当てることができ、移動軸の前進時の移動限界位置と後進時の移動限界位置を精度良く決めることができる。
【００１３】
本発明は、前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、前記移動軸の回転方向に１８０度の角度を空けて２個設けられている。
【００１４】
あるいは本発明は、前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、１個設けられているものである。
【００１５】
本発明は、前記移動軸に、前記ストッパ部材が４個設けられているものが加工しやすさの点から好ましい。
【００１６】
本発明では、前記ストッパ部材を、前記移動軸の端部を加圧して前記移動軸と一体に形成することが可能である。
また、本発明は、前記移動軸に対し、軸方向への付勢力が付与されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のアクチュエータは、振動体の構成が簡単であるために、小型に構成することができる。また当接突起とストッパ部材とで、移動軸の前進限界位置と後進限界位置を高精度に決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態のアクチュエータを示す斜視図、
【図２】振動体と移動軸を示す斜視図、
【図３】振動体と駆動素子を示す断面図、
【図４】振動体と駆動素子の端面図、
【図５】振動体の屈曲振動の説明図、
【図６】雌ねじ部と雄ねじ部との噛み合い状態を示す拡大断面図、
【図７】（Ａ）は当接突起の端面図、（Ｂ）は当接突起の側面図、
【図８】当接突起とストッパ部材との対向状態を示す端面図、
【図９】本発明の第２の実施の形態のアクチュエータを示す斜視図、
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すアクチュエータ１は、振動駆動部材１０と前記振動駆動部材１０に挿入された移動軸２０とを有している。
【００２０】
図２ないし図４に示すように、振動駆動部材１０は筒状の振動体１１を有している。振動体１１は、金属製であり、弾性変形自在である。図４に示すように、振動体１１は、４つの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有している。４つの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは全て前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に延びる平面であり、側面１１ａと側面１１ｂが９０度の角度であり、側面１１ｂと側面１１ｃ、側面１１ｃと側面１１ｄ、ならびに側面１１ｄと側面１１ａが９０度である。また、側面１１ａと側面１１ｂとの間、側面１１ｂと側面１１ｃとの間、側面１１ｃと側面１１ｄとの間、および側面１１ｄと側面１１ａとの間に、それぞれ面取り部１１ｅが形成されている。
【００２１】
図３に示すように、振動体１１には、前方（Ｘ１側）の端面１１ｆから後方（Ｘ２側）の端面まで貫通する貫通穴１２が形成されている。貫通穴１２の中心線は、振動体１１のＸ１−Ｘ２方向に延びる中心線に一致している。貫通穴１２の中央部には雌ねじ部１３が形成されている。雌ねじ部１３は長さＬ１の範囲で連続して形成されており、長さＬ１は、貫通穴１２の全長Ｌ０の１／３である。雌ねじ部１３は、貫通穴１２のＸ１−Ｘ２方向の中央部に形成されている。
【００２２】
貫通穴１２は、前記雌ねじ部１３よりも前方が逃げ穴１２ａで、後方が逃げ穴１２ｂである。逃げ穴１２ａ，１２ｂには雌ねじが形成されていない。逃げ穴１２ａ，１２ｂの内直径は、雌ねじ部１３のねじ谷の直径よりも大きく形成されている。
【００２３】
図４に示すように、振動体１１の側面１１ａには駆動素子１５ａが固定され、側面１１ｂに駆動素子１５ｂが、側面１１ｃに駆動素子１５ｃが、側面１１ｄに駆動素子１５ｄがそれぞれ固定されている。それぞれの駆動素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、それぞれの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに絶縁層を介して設置された内側電極１６ａと、内側電極１６ａに対向する外側電極１６ｂと、内側電極１６ａと外側電極１６ｂに挟まれた圧電素子１６とから構成されている。なお、圧電素子１６は、電極層と圧電材料層とが交互に複数層に積層されて、それぞれの圧電材料層に同じ電界が印加される積層構造が好ましい。前記積層構造とすることで、低い駆動電圧で大きな歪みを発生させることができる。
【００２４】
図示省略されているが、振動駆動部材１０は、金属材料などで筒形状に形成されたホルダの内部に保持される。そして、振動駆動部材１０は、前記ホルダの内部で８箇所の支持部１８において支持されている。支持部１８は、小面積で塗布された接着剤で形成され、またはホルダから振動駆動部材１０に向けて延びる針状の支持突起などである。いずれにせよ、支持部１８は、小面積の支持構造であり実質的に点支持構造である。
【００２５】
支持部１８は、振動体１１のそれぞれの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを、駆動素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの外側から支持している。支持部１８は、側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの幅寸法を二分する中心線上に位置し、それぞれの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄにおいて、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に距離Ｌ２を空けて配置されている。距離Ｌ２は、振動駆動部材１０が図５に示すように、固有振動数で屈曲振動したときの波長λの１／２となるように設定されている。すなわち、振動駆動部材１０は、振動の節において支持部１８で支持される。
【００２６】
前記移動軸２０は、その軸方向のほぼ全長に渡って外周に雄ねじ部２１が形成されている。雄ねじ部２１のピッチ円は、図３に示す振動体１１に形成された雌ねじ部１３のピッチ円よりもわずかに小さく、図６に示すように、雄ねじ部２１と雌ねじ部１３とが噛み合ったときに、ねじの表面に軸方向（Ｘ１−Ｘ２方向）および軸と直交する方向に若干の隙間が生じている。
【００２７】
図１に示すように、移動軸２０の前方（Ｘ１側）の端部に、突出部２０ａが形成され、この突出部２０ａが、駆動対象物２５の平面状の端面２５ａに接触している。突出部２０ａは、軸中心においてＸ１側に最も突出する円錐形状であり、その先端はきわめて小半径の球面である。よって、突出部２０ａは、端面２５ａに当接している状態できわめて小さい摩擦負荷で回転可能である。
【００２８】
駆動対象物２５は、付勢部材であるばね部材２６によってＸ２方向へ付勢されている。そのため、移動軸２０にはＸ２方向への付勢力Ｆが作用している。図６に拡大して示すように、前記付勢力Ｆによって、移動軸２０の雄ねじ部２１のねじ山のＸ２側に向く側面が、振動体１１の雌ねじ部１３のねじ谷のＸ２側の内側面に加圧されて、与圧が付与されている。
【００２９】
駆動対象物２５は、アクチュエータ１が搭載される機器によって異なるが、例えば小型カメラの場合は、駆動対象物２５のＸ１−Ｘ２方向の移動によってレンズが光軸方向に移動させられて、自動焦点合致装置やズーム装置として使用される。または、駆動対象物２５によって、ポンプのシリンダが駆動され、または監視カメラなどが移動させられる。
【００３０】
図１に示すように、アクチュエータ１のＸ２側の端部には、位置決め機構３０が設けられている。
【００３１】
位置決め機構３０では、移動軸２０のＸ２側の端部に当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが一体に形成されている、図７および図８に示すように、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、移動軸２０の軸中心と直交する向きに延びている。それぞれの当接突起は薄板状であり、面積の大きな表面および裏面が軸線方向と並行に向けられている。当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、移動軸２０の回転方向に向けて９０度の角度間隔を空けて形成されている。
【００３２】
前記当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは次のようにして形成される。
金属製で断面が円形の軸の外周に雄ねじ部２１が加工される。この加工の前または後の工程において、前記軸の端部が、４方向からチャック状の金型によって挟圧され、軸の端部が加圧されて塑性変形させられる。この圧痕加工によって、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが支持軸２０と一体に加工される。
【００３３】
圧痕加工で形成することで、移動軸２０の端部に、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを容易に形成できる。また、図７（Ａ）に示すように、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが９０度の角度配置で４箇所に形成されていると、金型で４方向から加圧することで、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを形成しやすい。
【００３４】
図１に示すように、位置決め機構３０には、規制部材３２が設けられている。この規制部材３２は、移動軸２０とは別の回転しない部分に固定されている。例えば、規制部材３２が、振動駆動部材１０を保持する筒状の前記ホルダに固定される。あるいは、規制部材３２が、振動体１１のＸ２側に向く端面１１ｇに固定される。
【００３５】
規制部材３２には、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと、後進ストッパ３５ａ，３５ｂが設けられている。前進ストッパ３３ａ，３３ｂは、移動軸２０のＸ１方向への移動限界位置を決めるものである。前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂは、移動軸２０の回転方向へ１８０度の角度間隔で配置されている。前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂは、薄板状であり、面積の広い表面および裏面が移動軸２０の軸方向に沿って延びている。前進ストッパ３３ａのＸ２側に向く端部３４ａと、前進ストッパ３３ｂのＸ２側に向く端部３４ｂは、移動軸２０の軸方向の同じ位置にある。
【００３６】
後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂは、前進ストッパ３３ａ，３３ｂよりもＸ２側に位置している。後進ストッパ３５ａ，３５ｂによって、移動軸２０のＸ２方向の移動限界位置が決められる。後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂは、移動軸２０の回転方向へ１８０度の角度間隔で配置され、図８に示すように、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと後進ストッパ３５ａ，３５ｂは、移動軸２０の回転方向へ９０度の角度を空けて配置されている。後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂは、面積の広い表面および裏面が移動軸２０の軸方向に沿って延びる薄板形状である。後進ストッパ３５ａのＸ１側に向く端部３６ａと、後進ストッパ３５ｂのＸ１側に向く端部３６ｂは、移動軸２０の軸方向の同じ位置にある。
【００３７】
次に、アクチュエータ１の動作を説明する。
図４に示す駆動素子１５ａに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられ、これに対向する位置の駆動素子１５ｃに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられると、図５（Ａ）に示すように、振動体１１は側面１１ａが上向きに凸状となるように屈曲する。続いて、駆動素子１５ｂに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられ、これに対向する位置の駆動素子１５ｄに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられると、図５（Ｂ）に示すように、振動体１１は側面１１ｂが紙面の奥方向へ凸状となるように屈曲する。次に、駆動素子１５ａに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられ、駆動素子１５ｃに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられ、駆動素子１５ａに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられると、図５（Ｃ）に示すように、振動体１１は側面１１ｃが下向きに凸状となるように屈曲する。さらに、駆動素子１５ｂに対して圧電素子１６が収縮する電界が与えられ、駆動素子１５ｄに対して圧電素子１６が伸びる電界が与えられると、振動体１１は側面１１ｄが紙面の手前方向へ凸状となるように屈曲する。
【００３８】
各駆動素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに対して、電界が順番に与えられることで、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す振動体１１の屈曲が繰り返されて振動するが、このとき振動体１１は、支持部１８の支持スパンＬ２が振動波長の１／２となる固有振動数によって駆動される。
【００３９】
図５（Ａ）に示す屈曲変形のときは、振動体１１に形成された雌ねじ部１３の前端が点Ｐｆ１において、雌ねじ部１３の後端が点Ｐｂ１において、他の部分よりも、雄ねじ部２１と強く噛み合わせられる。すなわち、雄ねじ部２１に対し、雌ねじ部１３の前端と後端が、互いに逆方向から大きな力で噛み合わされる。振動体１１の屈曲方向が、Ｘ１方向に向かって反時計方向に順番に変化すると、雌ねじ部１３の前端と雄ねじ部２１との噛み合わせ部が、Ｐｆ１，Ｐｆ２，Ｐｆ３，・・・の順に変化し、雌ねじ部１３の後端と雄ねじ部２１との噛み合わせ部が、Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３，・・・の順に変化する。この接触点の回転に伴って、移動軸２０が、Ｘ１方向に向けて反時計方向へ回転させられ、ねじの摺動によって、移動軸２０がＸ２方向へほぼ直線的に進行する。
【００４０】
各振動素子１５ａ，１５ｄ，１５ｃ，１５ｂに対して、前記と逆の向きに電界が順番に与えられると、振動体の屈曲の凸側が、Ｘ１方向に対して時計方向へ連続する。このとき、雌ねじ部１３と雄ねじ部２１との当接点が、Ｘ１方向において時計方向に回転し、移動軸２０がＸ１方向に対して時計方向へ回転する。その結果、移動軸２０がＸ１方向へほぼ直線的に移動する。
【００４１】
移動軸２０のＸ１−Ｘ２方向への移動に追従して駆動対象物２５が移動し、駆動対象物２５によって、各種機器の移動部材の移動制御が行われる。
【００４２】
移動軸２０が回転しながらＸ１方向へ移動し、移動軸２０に形成されている当接突起３１ａと当接突起３１ｃが、前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂに回転方向に向けて面当接し、あるいは、当接突起３１ｂと当接突起３１ｄが、前進ストッパ３３ａと前進ストッパ３３ｂに回転方向に向けて面当接すると、それ以上は移動軸２０がＸ１方向へ移動せず、移動軸２０がＸ１方向への移動限界位置に至る。
【００４３】
移動軸２０が回転しながらＸ２方向へ移動しているときは、移動軸２０に形成されている当接突起３１ａと当接突起３１ｃが、後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂに回転方向に向けて面当接し、あるいは、当接突起３１ｂと当接突起３１ｄが、後進ストッパ３５ａと後進ストッパ３５ｂに回転方向に向けて面当接すると、それ以上は移動軸２０がＸ２方向へ移動せず、移動軸２０がＸ２方向への移動限界位置に至る。
【００４４】
移動軸２０には、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが９０度の角度範囲で配置されているため、例えば、当接突起３１ａ，３１ｃが、前進ストッパ３３ａ，３３ｂに当たらずにその端部３４ａ，３４ｂの直前をぎりぎりに通過したとしても、移動軸２０がその位置から最大でも９０度回転した時点で、当接突起３１ｂ，３１ｄが、前進ストッパ３３ａ，３３ｂに面当接する。そのため、移動軸２０の前進方向の移動限界位置のばらつきを、雄ねじ部２１のピッチの１／４の距離未満に抑えることができる。これは、移動軸２０のＸ２方向への移動限界においても同じであり、Ｘ２方向での停止位置のばらつきは、雄ねじ部２１のピッチの１／４未満である。
【００４５】
前進ストッパ３３ａ，３３ｂは、１８０度の角度を空けて一対設けられており、前進ストッパ３３ａの端部３４ａと前進ストッパ３３ｂの端部３４ｂが、Ｘ１−Ｘ２方向の同じ位置にある。雄ねじ部２１のピッチ円の直径は、雌ねじ部１３のピッチ円の直径よりも小さく、図６に示すように、振動体１１の貫通穴１２の内部で移動軸２０が前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）および半径方向へ若干の移動余裕を有している。そのため、移動軸２０が、前進するときにがたつきを生じることがある。移動軸２０の移動時のがたつきによって、例えば当接突起３１ａが、前進ストッパ３３ａに当たらない位置となっても、その逆側に位置する当接突起３１ｃが前進ストッパ３３ｂに当たる確率が高くなる。よって、その後に、９０度も回転させるまでもなく、移動軸２０を前進方向の移動限界位置において高精度に位置決めして止めやすくなる。これは、移動軸２０がＸ２方向へ移動するときにおいても同じである。
【００４６】
このアクチュエータ１は、図５に示すように、距離Ｌ１を空けた位置で、雄ねじ部２１のねじ山と雌ねじ部１３のねじ谷が接触し、その接触摩擦により移動軸２０が回転させられる構造である。そのため、ばね部材２６による付勢力Ｆを適正に設定しておけば、移動軸２０が移動するときの回転トルクはあまり大きくなく、しかも移動軸２０のＸ１−Ｘ２方向への仕事量を大きくすることができる。
【００４７】
ここで、この実施の形態とが異なるストッパ構造を採用し、移動軸２０のＸ２側の端部をストッパに突き当てて移動限界位置を決める構造にすると、大きな力でストッパに当たった時点で、図６に示すねじ山とねじ谷との接触圧力が低下し、最悪の場合は、ねじ山とねじ谷がＸ１−Ｘ２に離れてしまう。このような現象が生じると、その後に移動軸２０をＸ１方向へ戻そうとして振動の回転方向を逆転させても、移動軸２０を回転させることができず、移動軸２０がＸ１方向へ移動できないことがある。逆に、移動軸２０のＸ１側の端部または駆動対象物２５のＸ１側の端部をストッパに突き当てる構造にすると、ストッパに突き当たった時点で、雌ねじ部１３と雄ねじ部２１とが強く噛み込んでしまい、ねじ山とねじ谷との接触摩擦力が過大になり、その次に、振動体１１の屈曲回転方向を逆転させても移動軸２０がＸ２方向へ動きにくくなる課題がある。
【００４８】
これに対し、実施の形態の前記アクチュエータ１は、当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが、前進ストッパ３３ａ，３３ｂと後進ストッパ３５ａ，３５ｂに対して回転方向から当たる構造であるが、前記のように移動軸の回転トルクは小さいので、きわめて小さい負荷で、移動軸２０を前進限界位置と後進限界位置で止めることができる。また、停止後に振動体１１の屈曲変形の回転方向を逆向きにすることで、直ちに移動軸２０を逆方向へ移動させることができる。
【００４９】
図９は本発明の第２の実施の形態のアクチュエータ１０１を示している。
このアクチュエータ１０１の位置決め機構１３０では、１個の前進ストッパ３３と１個の後進ストッパ３５が設けられている。移動軸２０には、４個の当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが設けられており、いずれかの当接突起が前進ストッパ３３に回転方向に向けて当接したときに、移動軸２０が前進方向の移動限界位置となる。また、いずれかの当接突起が後進ストッパ３５に当接したときに、移動軸２０が後進方向の移動限界位置となる。
【００５０】
図９に示すアクチュエータ１０１でも、移動軸２０に当接突起３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが９０度間隔で配置されているため、移動軸２０の前進と後進での限界停止位置のばらつきを、ねじのピッチの１／４を超えない範囲とすることができる。
【００５１】
なお、前記実施の形態とは逆に、前進ストッパおよび後進ストッパが９０度の角度間隔で設けられ、移動軸２０に設けられた当接突起が１８０度の角度で２枚設けられ、または１枚設けられてもよい。
【００５２】
また、前進ストッパと後進ストッパまたは当接突起を、４５度の間隔で８枚設けるなど、４枚以上に構成することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１０１ アクチュエータ
１０ 振動駆動部材
１１ 振動体
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 振動体の側面
１１ｆ，１１ｇ 振動体の端面
１２ 貫通穴
１３ 雌ねじ部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 駆動素子
１６ 圧電素子
１６ａ 内側電極
１６ｂ 外側電極
１８ 支持部
２０ 移動軸
２１ 雄ねじ部
２５ 駆動対象物
２６ ばね部材
３０，１３０ 位置決め機構
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 当接突起
３３，３３ａ，３３ｂ 前進ストッパ
３５，３５ａ，３５ｂ 後進ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に雌ねじ部を有する弾性変形可能な振動体と、外周に雄ねじ部を有して前記雌ねじ部に挿通される移動軸と、前記振動体を屈曲させその屈曲方向を軸回りに変位させる駆動素子とを有するアクチュエータにおいて、
前記移動軸に、軸方向と交叉する向きに突出する当接突起が設けられ、前記移動軸の一方向の移動終端部と他方向への移動終端部に、前記当接突起が当たるストッパ部材が設けられており、前記当接突起または前記ストッパ部材が、前記移動軸の回転方向に間隔を空け且つ軸方向の同じ位置に複数個設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、前記移動軸の回転方向に１８０度の角度を空けて２個設けられている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、１個設けられている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記移動軸に、前記ストッパ部材が４個設けられている請求項２または３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ストッパ部材は、前記移動軸の端部が加圧されて前記移動軸と一体に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記移動軸に対し、軸方向への付勢力が付与されている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１】
内部に雌ねじ部を有する弾性変形可能な振動体と、外周に雄ねじ部を有して前記雌ねじ部に挿通される移動軸と、前記振動体を屈曲させその屈曲方向を軸回りに変位させる駆動素子とを有するアクチュエータにおいて、
前記移動軸に、軸方向と交叉する向きに突出する当接突起が設けられ、前記移動軸の一方向の移動終端部と他方向への移動終端部に、前記当接突起が当たるストッパ部材が設けられており、前記当接突起または前記ストッパ部材が、前記移動軸の回転方向に間隔を空け且つ軸方向の同じ位置に複数個設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、前記移動軸の回転方向に１８０度の角度を空けて２個設けられている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記当接突起と前記ストッパ部材の一方は、前記移動軸の回転方向に９０度の角度を空けて４個設けられ、他方は、１個設けられている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記移動軸に、前記ストッパ部材が４個設けられている請求項２または３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ストッパ部材は、前記移動軸の端部が加圧されて前記移動軸と一体に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記移動軸に対し、軸方向への付勢力が付与されている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４７２０４（Ｐ２０１１−１４７２０４Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３７１６（Ｐ２０１０−３７１６）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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