円環型振動波アクチュエータ
【課題】円環型振動波アクチュエータにおける接触部の接触面圧を接触面の全体に分散させることができ、駆動方向と垂直な方向への滑りを低減させることにより、耐久性の向上を図ることが可能となる円環型振動波アクチュエータを提供する。
【解決手段】円環形状の振動部と、振動部と摩擦接触し、振動部の振動により振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部と、を有する円環型振動波アクチュエータであって、
円環形状の被駆動部は、
円環形状の被駆動部の内周側から振動部の側に突出した内周側支持部と、円環形状の被駆動部の外周側から振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた振動部と接触する接触部を備え、
外周側支持部の変形量が内周側支持部よりも大きい変形量となるように、外周側支持部と内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられている。
【解決手段】円環形状の振動部と、振動部と摩擦接触し、振動部の振動により振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部と、を有する円環型振動波アクチュエータであって、
円環形状の被駆動部は、
円環形状の被駆動部の内周側から振動部の側に突出した内周側支持部と、円環形状の被駆動部の外周側から振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた振動部と接触する接触部を備え、
外周側支持部の変形量が内周側支持部よりも大きい変形量となるように、外周側支持部と内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体と移動体とを有し前記移動体を駆動する円環型振動波アクチュエータに関し、特に移動体の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動体で発生した振動により移動体を駆動する振動波アクチュエータが知られている。
このような振動波アクチュエータでは、振動体は一般に弾性体と、この弾性体上に配置された電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子とで構成されている。
この弾性体に対して空間的に互いに９０°の位相差を持った位置に二つの駆動相を有する圧電素子を配置し、この二つの駆動相に互いに９０°の位相差を持つ二つの交流信号を印加することによって、弾性体上に二つの曲げ振動を発生させる。
そして、この二つの曲げ振動の合成により得られた駆動信号により、振動体に対して移動体を相対的に移動させる。
振動体および移動体の少なくとも一方における接触面には適切な摩擦力を得るための摩擦部材が接着、塗布、または形成されている。
【０００３】
この摩擦部材は移動体が振動体に対して摺動されるため、駆動するにつれて摩耗していくが、その摩耗を遅らせることで振動波アクチュエータの寿命を高めることが可能となる。
摩耗速度を決める要素の一つとして接触面圧が関係することが確認されており、接触面圧を小さくすることで振動波アクチュエータの寿命を高めることが可能となる。
このような接触面圧を小さくするための方法として、接触部の面積を広くすることが考えられる。
また、駆動中に異音を発生させないようにするために、接触部に弾性を持たせる必要がある。
これら二つの要因を解決する構成として、特許文献１では接触部を梁状部材で形成し、前記接触部の両端を支持するよう構成した振動波アクチュエータが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第０３０４９９３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動波アクチュエータの耐久性を向上させるためには、上記したように移動体と振動体との接触面積を広げるようにするだけでは十分ではなく、接触面の全体に接触面圧が分散するようにすることが望ましい。
また、円環型の振動波アクチュエータにおいては、駆動中の振動体を中心軸を通る断面から見たとき振動体はある点を中心として回転するように振動しており、被駆動部の振動体との接触部が前記回転振動にならうことが望ましい。
その際、接触部が駆動方向と垂直な方向である径方向に対して滑らないようにすることで、摩耗を減らすことが可能となり耐久性を向上させることができる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、円環型振動波アクチュエータにおける接触部の接触面圧を接触面の全体に分散させることができ、
駆動方向と垂直な方向への滑りを低減させることにより、耐久性の向上を図ることが可能となる円環型振動波アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の円環型振動波アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子が取り付けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する円環形状の振動部と、
前記振動部と摩擦接触し、前記振動部の振動により該振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部と、を有する円環型振動波アクチュエータであって、
前記円環形状の被駆動部は、
該円環形状の被駆動部の内周側から前記振動部の側に突出した内周側支持部と、該円環形状の被駆動部の外周側から前記振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた前記振動部と接触する接触部を備え、
前記外周側支持部の変形量が前記内周側支持部よりも大きい変形量となるように、該外周側支持部と該内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、円環型振動波アクチュエータにおける接触部の接触面圧を接触面の全体に分散させることができ、
駆動方向と垂直な方向への滑りを低減させることにより、耐久性の向上を図ることが可能となる円環型振動波アクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの被駆動部の構成を示す図ある。
【図３】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの駆動中の異なる瞬間の被駆動部と振動部の状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの駆動中のある瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの被駆動部の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの駆動中の異なる瞬間の被駆動部と振動部の状態を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの駆動中のある瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図９】本発明の円環型振動波アクチュエータの振動状態を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例の形態を採らないときの駆動中の異なる瞬間の被駆動部と駆動部の状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施例の形態を採らないときの駆動中のある瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図１２】本発明の振動波アクチュエータの駆動原理を説明する図である。
【図１３】本発明の実施例１の振動波アクチュエータにおける別の形態の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１の振動波アクチュエータにおける更に別の形態の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２の振動波アクチュエータにおける別の形態の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した円環型振動波アクチュエータの構成例について説明する。
まず、本実施例の円環型振動波アクチュエータの駆動原理について説明する。
本実施例の円環型振動波アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子が取り付けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する円環形状の振動部を備える。
また、前記振動部と摩擦接触し、前記振動部の振動により該振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部を備える。
これを図１を用いて、更に具体的に説明すると、図１（ａ）は本実施例における振動波アクチュエータの斜視図を、図１（ｂ）は本実施例における振動波アクチュエータのカットモデルを示している。
図１において、１は被駆動部、２は振動体、３は電気−機械エネルギー変換素子、１１は前記被駆動部を前記振動体に加圧接触させるための加圧バネ、１３は駆動軸、１２は前記振動体を支持する振動体支持部である。
前記加圧バネ１１は薄い板状に形成されており、接触する方向に反力がかかるように弾性変形させた状態で前記駆動軸１３に固定されることで前記被駆動部１と前記振動体２とを加圧接触させている。
前記振動体２に接合された前記電気−機械エネルギー変換素子３に所定の位相差で二つの交流電圧を印加し、振動体２及び電気−機械エネルギー変換素子からなる振動子に進行性の振動波を励振させる。
この振動波により、図１１に示すように前記振動体２の上面に楕円軌道状の送り運動が発生する。
この送り運動により、前記加圧バネ１１を受けて前記振動体２と加圧接触した前記被駆動部１が前記振動体２に対して相対駆動される。
このとき、図９に示すように前記振動体２は中心軸を通る断面から見たときにある点を中心として回転するような振動をしている。
【００１１】
本実施例の円環型振動波アクチュエータにおける円環形状の被駆動部は、
該円環形状の被駆動部の内周側から前記振動部の側に突出した内周側支持部と、該円環形状の被駆動部の外周側から前記振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた接触部を備える。
そして、前記外周側支持部の変形量が前記内周側支持部よりも大きい変形量となるように、該外周側支持部と該内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられている。
この外周側支持部と内周側支持部とを異なる形状に形成する構成例を、図２を用いて説明する。
図２は、本実施例における円環型振動波アクチュエータの被駆動部の断面図を示した図である。
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を直角に折り曲げて形成された（直角に曲がるように形成された）薄板部によって構成される。本発明において上記「直角」とは、角度が正確に９０°である場合だけでなく、加工誤差等の観点から、本発明の効果が得られる範囲で実質的に９０°である場合も含む。本発明者らの知見によれば９０°±３°、好ましくは、９０°±１°であっても許容され得る。また、本発明において、上記薄板の加工方法は、プレス加工等による曲げ加工の他、切削加工等の削り出しでも作ることができる。具体的には、図２に示すように、前記内周側支持部は、本環部８と接続される薄板部６と、この薄板部６と直角につながる第一の支持部５を形成する薄板部とによって構成される。
また、前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する第二の支持部７を形成する円弧状の薄板部によって構成される。
そして、このように形成された内周側支持部と外周側支持部との二つの支持部によって支えられる梁状の構造により接触部４が構成されている。
また、これらの二つの支持部と本環部との間に設けられ、該二つの支持部の変形を逃がすための空間部９が形成されている。
このように、本実施例では内周側と外周側とで支持部の形状が異る形状に形成されている。
このような構成とすることで、振動波アクチュエータが駆動するとき振動部の外周側と内周側とで支持部の剛性に差を設けることが可能となり、被駆動部の内周側の支持部よりも外周側の支持部の方を大きく変形させることが可能となる。
【００１２】
このときの変形の様子を図３に示す。
図３において、点線は振動波アクチュエータの振動部の変位が０である瞬間における被駆動部と振動部の関係を、実線は振動部が最も浮きあがる瞬間の被駆動部の変形と振動部の変形を示しており、駆動中は点線の状態と実線の状態が繰り返し現れる。
前記二つの支持部のうち、外周側の支持部の方が変位が大きく、前記外側の支持部が振動部によって持ちあげられる方向以外にも移動できるようにするため、図３に示すように第一の支持部が矢印Ａの方向に、第二の支持部が矢印Ｂの方向に移動する。
このような変形をすることにより、被駆動部と振動部との接触部を振動部とで同じ位置とすることが可能になる。
【００１３】
ここで、図１０のように接触部３０の第一の支持部３１と第二の支持部３２とが同じ形状であるときの被駆動部の変形を考える。
図１０において、図３と同様に点線は振動波アクチュエータの被駆動部の変位が０である瞬間の被駆動部と振動部の関係を、実線が振動波アクチュエータの振動部が最も浮きあがる瞬間の被駆動部の変形と振動部の変形を示している。
この時、図１０に示すように前記接触部３０は矢印Ａの方向に移動するため内径側への移動が起こらず振動部の変位が０であるときと振動部がもっとも浮きあがる時とで接触状態が変化してしまう。また、図１１に示すように接触面圧が接触部の両端に集中している。
これに対し、本実施例の形状では図４に示すように被駆動部１と振動体２との接触部における面圧分布が、端部だけでなく接触部の中央部に向けて広がっている。これより、前記接触部４の面に面圧を分散させることが可能となる。
【００１４】
また、前記内周側支持部は上記図２と同様に構成し、外周側支持部を、接触部と被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で折り曲げて形成された薄板部によって構成するようにしてもよい。
具体的には、図１３に示すように、内周側支持部を、本環部３８と接続される薄板部３５と、この薄板部３５と直角につながる第一の支持部３４を形成する薄板部とによって構成する。
また、外周側支持部を、本環部と接続される薄板部３７と、この薄板部３７と直角より大きい角度でつながる第二の支持部３６を形成する薄板部とによって構成する。
そして、このように形成された内周側支持部と外周側支持部との二つの支持部によって支えられる梁状の構造で接触部３３を構成する。
また、これらの二つの支持部と本環部との間に設けられ、該二つの支持部の変形を逃がすための空間部３９が形成される。
このような構成によっても同様の効果が得られる。
更に、図１４のように、上記外周側支持部を構成する円弧状に形成された薄板部の構成として、この円弧状に形成された領域４０を接続部の幅よりも内周側に位置させて構成するようにしてもよい。
これらの構成によっても、同様の機能を達成することが可能となる。
【００１５】
［実施例２］
実施例２として、実施例１とは異なる形態の円環型振動波アクチュエータの構成例について説明する。
図５（ａ）は本実施例における円環型振動波アクチュエータの斜視図を、（ｂ）は本実施例における円環型振動波アクチュエータのカットモデルを示している。また、図６は本実施例における円環型振動波アクチュエータの被駆動部の構成を示した図である。
図５において、１４は被駆動部、２は振動体、３は電気−機械エネルギー変換素子、２４は前記振動体を前記被駆動部に加圧接触させるための加圧バネである。また、２５は前記振動体を支持する振動体支持部、２６は前記被駆動部を受けて前記振動体支持部２５に対して回転可能なようにベアリング２７を介して前記振動体支持部２５に支持された回転部である。
本実施例において、前記加圧部はウェーブワッシャとなっているが、コイルばね等のバネを用いてもよい。
【００１６】
本実施例における外周側支持部と内周側支持部とを異なる形状に形成する構成例を、図６を用いて説明する。
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を直角に二段に折り曲げて形成された薄板部によって構成される。本発明において上記「直角」とは、角度が正確に９０°である場合だけでなく、加工誤差等の観点から、本発明の効果が得られる範囲で実質的に９０°である場合も含む。本発明者らの知見によれば９０°±３°、好ましくは、９０°±１°であっても許容され得る。また、本発明において、上記薄板の加工方法は、プレス加工等による曲げ加工の他、切削加工等の削り出しでも作ることができる。
具体的には、図６に示すように、前記外周側支持部は、接触部１５に接続される第三の支持部１６を形成する薄板部と、該支持部１６を形成する薄板部と直角につながる第一の支持部１７を備える。
更に、第一の薄板部１７と直角につながる第四の支持部１８を形成する薄板部と、該支持部１８と直角につながり本環部２２に接続される第二の薄板部１９を備え、これらによって外周側支持部が構成される。
また、前記内周側支持部は、接触部１５に接続される第一の支持部２０を形成する薄板部と、支持部２０を形成する薄板部と直角につながり本環部２２に接続される薄板部２１とによって構成される。
そして、このように形成された内周側支持部と外周側支持部との二つの支持部によって支えられる梁状の構造により接触部１５が構成される。
また、これらの二つの支持部と本環部との間に設けられ、該二つの支持部の変形を逃がすための空間部２３が形成されている。
このような構成とすることで、振動波アクチュエータが駆動するとき振動部の外周側と内周側とで支持部の剛性に差をつけることが可能となり、被駆動部の内周側の支持部よりも外周側の支持部の方が大きく変形することが可能となる。
【００１７】
このときの変形の様子を図７に示す。
図７において、点線は振動波アクチュエータの振動部の変位が０である瞬間の被駆動部と振動部の関係を、実線は振動部が最も浮きあがる瞬間の被駆動部の変形と振動部の変形を示しており、駆動中は点線の状態と実線の状態が繰り返し現れる。
前記二つの支持部のうち、外周側の支持部の方が変位が大きく、前記外側の支持部が振動部によって持ちあげられる方向以外にも移動できるため図７に示すように第一の支持部（図６に示す支持部２０）が矢印Ａの方向に、第三、第四の支持部（図６に示す支持部１６、１８）が矢印Ｂの方向に移動する。
このような変形をすることにより、被駆動部と振動部との接触部を振動部とで同じ位置とすることが可能になる。
この時、図８に示すように被駆動部１４と振動体２との接触部における面圧分布が端部だけでなく接触部の中央部に向けて広がっている。これより、前記接触部１５の面に面圧を分散させることが可能となる。
このように、支持部を２段構成とすることで実施例１よりも加工に適した構造で同等の効果を得ることができる。
また、加圧部を振動体側に設けることによりモータ中心部を空間とすることが可能なためレンズなどの光学部材を駆動するのに適した構成とすることができる。
【００１８】
また、前記内周側支持部は上記図６と同様に構成し、外周側支持部を、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で二段に折り曲げて形成された薄板部によって構成するようにしてもよい。本発明において上記「直角」とは、角度が正確に９０°である場合だけでなく、加工誤差等の観点から、本発明の効果が得られる範囲で実質的に９０°である場合も含む。本発明者らの知見によれば９０°±３°、好ましくは、９０°±１°であっても許容され得る。そして、「直角より大きい角度」とは、前記した許容範囲の「直角」よりも相対的に大きい角度を意味する。また、本発明において、上記薄板の加工方法は、プレス加工等による曲げ加工の他、切削加工等の削り出しでも作ることができる。
具体的には、図１５に示すように、前記外周側支持部は、接触部４１に接続される第五の支持部４２を形成する薄板部と、該支持部４２を形成する薄板部と直角より大きい角度でつながる第三の薄板部４３を備える。
また、第三の薄板部４３と直角より大きい角度でつながる第六の支持部４４を形成する薄板部と、第六の支持部４４と直角より大きい角度でつながり本環部に接続される第四の薄板部４５を備え、これらによって外周側支持部が構成される。このような構成によっても同様の機能を達成することが可能となる。
なお、第五の支持部４２または第六の支持部４４のどちらか一方が、鉛直になっていてもよい。
【符号の説明】
【００１９】
１：被駆動部
２：振動体
３：電気−機械エネルギー変換素子
４：接触部
５：第一の支持部
６：薄板部
７：第二の支持部
８：本環部
９：空間部
１１：加圧バネ
１２：振動体支持部
１３：駆動軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体と移動体とを有し前記移動体を駆動する円環型振動波アクチュエータに関し、特に移動体の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動体で発生した振動により移動体を駆動する振動波アクチュエータが知られている。
このような振動波アクチュエータでは、振動体は一般に弾性体と、この弾性体上に配置された電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子とで構成されている。
この弾性体に対して空間的に互いに９０°の位相差を持った位置に二つの駆動相を有する圧電素子を配置し、この二つの駆動相に互いに９０°の位相差を持つ二つの交流信号を印加することによって、弾性体上に二つの曲げ振動を発生させる。
そして、この二つの曲げ振動の合成により得られた駆動信号により、振動体に対して移動体を相対的に移動させる。
振動体および移動体の少なくとも一方における接触面には適切な摩擦力を得るための摩擦部材が接着、塗布、または形成されている。
【０００３】
この摩擦部材は移動体が振動体に対して摺動されるため、駆動するにつれて摩耗していくが、その摩耗を遅らせることで振動波アクチュエータの寿命を高めることが可能となる。
摩耗速度を決める要素の一つとして接触面圧が関係することが確認されており、接触面圧を小さくすることで振動波アクチュエータの寿命を高めることが可能となる。
このような接触面圧を小さくするための方法として、接触部の面積を広くすることが考えられる。
また、駆動中に異音を発生させないようにするために、接触部に弾性を持たせる必要がある。
これら二つの要因を解決する構成として、特許文献１では接触部を梁状部材で形成し、前記接触部の両端を支持するよう構成した振動波アクチュエータが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第０３０４９９３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動波アクチュエータの耐久性を向上させるためには、上記したように移動体と振動体との接触面積を広げるようにするだけでは十分ではなく、接触面の全体に接触面圧が分散するようにすることが望ましい。
また、円環型の振動波アクチュエータにおいては、駆動中の振動体を中心軸を通る断面から見たとき振動体はある点を中心として回転するように振動しており、被駆動部の振動体との接触部が前記回転振動にならうことが望ましい。
その際、接触部が駆動方向と垂直な方向である径方向に対して滑らないようにすることで、摩耗を減らすことが可能となり耐久性を向上させることができる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、円環型振動波アクチュエータにおける接触部の接触面圧を接触面の全体に分散させることができ、
駆動方向と垂直な方向への滑りを低減させることにより、耐久性の向上を図ることが可能となる円環型振動波アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の円環型振動波アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子が取り付けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する円環形状の振動部と、
前記振動部と摩擦接触し、前記振動部の振動により該振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部と、を有する円環型振動波アクチュエータであって、
前記円環形状の被駆動部は、
該円環形状の被駆動部の内周側から前記振動部の側に突出した内周側支持部と、該円環形状の被駆動部の外周側から前記振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた前記振動部と接触する接触部を備え、
前記外周側支持部の変形量が前記内周側支持部よりも大きい変形量となるように、該外周側支持部と該内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、円環型振動波アクチュエータにおける接触部の接触面圧を接触面の全体に分散させることができ、
駆動方向と垂直な方向への滑りを低減させることにより、耐久性の向上を図ることが可能となる円環型振動波アクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの被駆動部の構成を示す図ある。
【図３】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの駆動中の異なる瞬間の被駆動部と振動部の状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の振動波アクチュエータの駆動中のある瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの被駆動部の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの駆動中の異なる瞬間の被駆動部と振動部の状態を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の振動波アクチュエータの駆動中のある瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図９】本発明の円環型振動波アクチュエータの振動状態を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例の形態を採らないときの駆動中の異なる瞬間の被駆動部と駆動部の状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施例の形態を採らないときの駆動中のある瞬間の接触面における面圧分布を示す図である。
【図１２】本発明の振動波アクチュエータの駆動原理を説明する図である。
【図１３】本発明の実施例１の振動波アクチュエータにおける別の形態の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１の振動波アクチュエータにおける更に別の形態の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２の振動波アクチュエータにおける別の形態の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した円環型振動波アクチュエータの構成例について説明する。
まず、本実施例の円環型振動波アクチュエータの駆動原理について説明する。
本実施例の円環型振動波アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子が取り付けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する円環形状の振動部を備える。
また、前記振動部と摩擦接触し、前記振動部の振動により該振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部を備える。
これを図１を用いて、更に具体的に説明すると、図１（ａ）は本実施例における振動波アクチュエータの斜視図を、図１（ｂ）は本実施例における振動波アクチュエータのカットモデルを示している。
図１において、１は被駆動部、２は振動体、３は電気−機械エネルギー変換素子、１１は前記被駆動部を前記振動体に加圧接触させるための加圧バネ、１３は駆動軸、１２は前記振動体を支持する振動体支持部である。
前記加圧バネ１１は薄い板状に形成されており、接触する方向に反力がかかるように弾性変形させた状態で前記駆動軸１３に固定されることで前記被駆動部１と前記振動体２とを加圧接触させている。
前記振動体２に接合された前記電気−機械エネルギー変換素子３に所定の位相差で二つの交流電圧を印加し、振動体２及び電気−機械エネルギー変換素子からなる振動子に進行性の振動波を励振させる。
この振動波により、図１１に示すように前記振動体２の上面に楕円軌道状の送り運動が発生する。
この送り運動により、前記加圧バネ１１を受けて前記振動体２と加圧接触した前記被駆動部１が前記振動体２に対して相対駆動される。
このとき、図９に示すように前記振動体２は中心軸を通る断面から見たときにある点を中心として回転するような振動をしている。
【００１１】
本実施例の円環型振動波アクチュエータにおける円環形状の被駆動部は、
該円環形状の被駆動部の内周側から前記振動部の側に突出した内周側支持部と、該円環形状の被駆動部の外周側から前記振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた接触部を備える。
そして、前記外周側支持部の変形量が前記内周側支持部よりも大きい変形量となるように、該外周側支持部と該内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられている。
この外周側支持部と内周側支持部とを異なる形状に形成する構成例を、図２を用いて説明する。
図２は、本実施例における円環型振動波アクチュエータの被駆動部の断面図を示した図である。
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を直角に折り曲げて形成された（直角に曲がるように形成された）薄板部によって構成される。本発明において上記「直角」とは、角度が正確に９０°である場合だけでなく、加工誤差等の観点から、本発明の効果が得られる範囲で実質的に９０°である場合も含む。本発明者らの知見によれば９０°±３°、好ましくは、９０°±１°であっても許容され得る。また、本発明において、上記薄板の加工方法は、プレス加工等による曲げ加工の他、切削加工等の削り出しでも作ることができる。具体的には、図２に示すように、前記内周側支持部は、本環部８と接続される薄板部６と、この薄板部６と直角につながる第一の支持部５を形成する薄板部とによって構成される。
また、前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する第二の支持部７を形成する円弧状の薄板部によって構成される。
そして、このように形成された内周側支持部と外周側支持部との二つの支持部によって支えられる梁状の構造により接触部４が構成されている。
また、これらの二つの支持部と本環部との間に設けられ、該二つの支持部の変形を逃がすための空間部９が形成されている。
このように、本実施例では内周側と外周側とで支持部の形状が異る形状に形成されている。
このような構成とすることで、振動波アクチュエータが駆動するとき振動部の外周側と内周側とで支持部の剛性に差を設けることが可能となり、被駆動部の内周側の支持部よりも外周側の支持部の方を大きく変形させることが可能となる。
【００１２】
このときの変形の様子を図３に示す。
図３において、点線は振動波アクチュエータの振動部の変位が０である瞬間における被駆動部と振動部の関係を、実線は振動部が最も浮きあがる瞬間の被駆動部の変形と振動部の変形を示しており、駆動中は点線の状態と実線の状態が繰り返し現れる。
前記二つの支持部のうち、外周側の支持部の方が変位が大きく、前記外側の支持部が振動部によって持ちあげられる方向以外にも移動できるようにするため、図３に示すように第一の支持部が矢印Ａの方向に、第二の支持部が矢印Ｂの方向に移動する。
このような変形をすることにより、被駆動部と振動部との接触部を振動部とで同じ位置とすることが可能になる。
【００１３】
ここで、図１０のように接触部３０の第一の支持部３１と第二の支持部３２とが同じ形状であるときの被駆動部の変形を考える。
図１０において、図３と同様に点線は振動波アクチュエータの被駆動部の変位が０である瞬間の被駆動部と振動部の関係を、実線が振動波アクチュエータの振動部が最も浮きあがる瞬間の被駆動部の変形と振動部の変形を示している。
この時、図１０に示すように前記接触部３０は矢印Ａの方向に移動するため内径側への移動が起こらず振動部の変位が０であるときと振動部がもっとも浮きあがる時とで接触状態が変化してしまう。また、図１１に示すように接触面圧が接触部の両端に集中している。
これに対し、本実施例の形状では図４に示すように被駆動部１と振動体２との接触部における面圧分布が、端部だけでなく接触部の中央部に向けて広がっている。これより、前記接触部４の面に面圧を分散させることが可能となる。
【００１４】
また、前記内周側支持部は上記図２と同様に構成し、外周側支持部を、接触部と被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で折り曲げて形成された薄板部によって構成するようにしてもよい。
具体的には、図１３に示すように、内周側支持部を、本環部３８と接続される薄板部３５と、この薄板部３５と直角につながる第一の支持部３４を形成する薄板部とによって構成する。
また、外周側支持部を、本環部と接続される薄板部３７と、この薄板部３７と直角より大きい角度でつながる第二の支持部３６を形成する薄板部とによって構成する。
そして、このように形成された内周側支持部と外周側支持部との二つの支持部によって支えられる梁状の構造で接触部３３を構成する。
また、これらの二つの支持部と本環部との間に設けられ、該二つの支持部の変形を逃がすための空間部３９が形成される。
このような構成によっても同様の効果が得られる。
更に、図１４のように、上記外周側支持部を構成する円弧状に形成された薄板部の構成として、この円弧状に形成された領域４０を接続部の幅よりも内周側に位置させて構成するようにしてもよい。
これらの構成によっても、同様の機能を達成することが可能となる。
【００１５】
［実施例２］
実施例２として、実施例１とは異なる形態の円環型振動波アクチュエータの構成例について説明する。
図５（ａ）は本実施例における円環型振動波アクチュエータの斜視図を、（ｂ）は本実施例における円環型振動波アクチュエータのカットモデルを示している。また、図６は本実施例における円環型振動波アクチュエータの被駆動部の構成を示した図である。
図５において、１４は被駆動部、２は振動体、３は電気−機械エネルギー変換素子、２４は前記振動体を前記被駆動部に加圧接触させるための加圧バネである。また、２５は前記振動体を支持する振動体支持部、２６は前記被駆動部を受けて前記振動体支持部２５に対して回転可能なようにベアリング２７を介して前記振動体支持部２５に支持された回転部である。
本実施例において、前記加圧部はウェーブワッシャとなっているが、コイルばね等のバネを用いてもよい。
【００１６】
本実施例における外周側支持部と内周側支持部とを異なる形状に形成する構成例を、図６を用いて説明する。
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を直角に二段に折り曲げて形成された薄板部によって構成される。本発明において上記「直角」とは、角度が正確に９０°である場合だけでなく、加工誤差等の観点から、本発明の効果が得られる範囲で実質的に９０°である場合も含む。本発明者らの知見によれば９０°±３°、好ましくは、９０°±１°であっても許容され得る。また、本発明において、上記薄板の加工方法は、プレス加工等による曲げ加工の他、切削加工等の削り出しでも作ることができる。
具体的には、図６に示すように、前記外周側支持部は、接触部１５に接続される第三の支持部１６を形成する薄板部と、該支持部１６を形成する薄板部と直角につながる第一の支持部１７を備える。
更に、第一の薄板部１７と直角につながる第四の支持部１８を形成する薄板部と、該支持部１８と直角につながり本環部２２に接続される第二の薄板部１９を備え、これらによって外周側支持部が構成される。
また、前記内周側支持部は、接触部１５に接続される第一の支持部２０を形成する薄板部と、支持部２０を形成する薄板部と直角につながり本環部２２に接続される薄板部２１とによって構成される。
そして、このように形成された内周側支持部と外周側支持部との二つの支持部によって支えられる梁状の構造により接触部１５が構成される。
また、これらの二つの支持部と本環部との間に設けられ、該二つの支持部の変形を逃がすための空間部２３が形成されている。
このような構成とすることで、振動波アクチュエータが駆動するとき振動部の外周側と内周側とで支持部の剛性に差をつけることが可能となり、被駆動部の内周側の支持部よりも外周側の支持部の方が大きく変形することが可能となる。
【００１７】
このときの変形の様子を図７に示す。
図７において、点線は振動波アクチュエータの振動部の変位が０である瞬間の被駆動部と振動部の関係を、実線は振動部が最も浮きあがる瞬間の被駆動部の変形と振動部の変形を示しており、駆動中は点線の状態と実線の状態が繰り返し現れる。
前記二つの支持部のうち、外周側の支持部の方が変位が大きく、前記外側の支持部が振動部によって持ちあげられる方向以外にも移動できるため図７に示すように第一の支持部（図６に示す支持部２０）が矢印Ａの方向に、第三、第四の支持部（図６に示す支持部１６、１８）が矢印Ｂの方向に移動する。
このような変形をすることにより、被駆動部と振動部との接触部を振動部とで同じ位置とすることが可能になる。
この時、図８に示すように被駆動部１４と振動体２との接触部における面圧分布が端部だけでなく接触部の中央部に向けて広がっている。これより、前記接触部１５の面に面圧を分散させることが可能となる。
このように、支持部を２段構成とすることで実施例１よりも加工に適した構造で同等の効果を得ることができる。
また、加圧部を振動体側に設けることによりモータ中心部を空間とすることが可能なためレンズなどの光学部材を駆動するのに適した構成とすることができる。
【００１８】
また、前記内周側支持部は上記図６と同様に構成し、外周側支持部を、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で二段に折り曲げて形成された薄板部によって構成するようにしてもよい。本発明において上記「直角」とは、角度が正確に９０°である場合だけでなく、加工誤差等の観点から、本発明の効果が得られる範囲で実質的に９０°である場合も含む。本発明者らの知見によれば９０°±３°、好ましくは、９０°±１°であっても許容され得る。そして、「直角より大きい角度」とは、前記した許容範囲の「直角」よりも相対的に大きい角度を意味する。また、本発明において、上記薄板の加工方法は、プレス加工等による曲げ加工の他、切削加工等の削り出しでも作ることができる。
具体的には、図１５に示すように、前記外周側支持部は、接触部４１に接続される第五の支持部４２を形成する薄板部と、該支持部４２を形成する薄板部と直角より大きい角度でつながる第三の薄板部４３を備える。
また、第三の薄板部４３と直角より大きい角度でつながる第六の支持部４４を形成する薄板部と、第六の支持部４４と直角より大きい角度でつながり本環部に接続される第四の薄板部４５を備え、これらによって外周側支持部が構成される。このような構成によっても同様の機能を達成することが可能となる。
なお、第五の支持部４２または第六の支持部４４のどちらか一方が、鉛直になっていてもよい。
【符号の説明】
【００１９】
１：被駆動部
２：振動体
３：電気−機械エネルギー変換素子
４：接触部
５：第一の支持部
６：薄板部
７：第二の支持部
８：本環部
９：空間部
１１：加圧バネ
１２：振動体支持部
１３：駆動軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子が取り付けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する円環形状の振動部と、
前記振動部と摩擦接触し、前記振動部の振動により該振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部と、を有する円環型振動波アクチュエータであって、
前記円環形状の被駆動部は、
該円環形状の被駆動部の内周側から前記振動部の側に突出した内周側支持部と、該円環形状の被駆動部の外周側から前記振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた前記振動部と接触する接触部を備え、
前記外周側支持部の変形量が前記内周側支持部よりも大きい変形量となるように、該外周側支持部と該内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられていることを特徴とする円環型振動波アクチュエータ。
【請求項２】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板により円弧状に形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項３】
前記外周側支持部を構成する円弧状に形成された薄板部は、前記円弧状に形成された領域を前記接続部の幅よりも内周側に位置させて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項４】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で曲がるように形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項５】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を直角に二段に曲がるように形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項６】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で二段に曲がるように形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子が取り付けられ、該電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧が印加されることにより振動する円環形状の振動部と、
前記振動部と摩擦接触し、前記振動部の振動により該振動部に対して相対移動する円環形状の被駆動部と、を有する円環型振動波アクチュエータであって、
前記円環形状の被駆動部は、
該円環形状の被駆動部の内周側から前記振動部の側に突出した内周側支持部と、該円環形状の被駆動部の外周側から前記振動部の側に突出した外周側支持部とによる、バネ性を有する材料により形成された二つの支持部によって支えられた前記振動部と接触する接触部を備え、
前記外周側支持部の変形量が前記内周側支持部よりも大きい変形量となるように、該外周側支持部と該内周側支持部とを異なる形状に形成して剛性に差がつけられていることを特徴とする円環型振動波アクチュエータ。
【請求項２】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板により円弧状に形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項３】
前記外周側支持部を構成する円弧状に形成された薄板部は、前記円弧状に形成された領域を前記接続部の幅よりも内周側に位置させて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項４】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で曲がるように形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項５】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を直角に二段に曲がるように形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【請求項６】
前記内周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板が直角に曲がるように形成された薄板部によって構成され、
前記外周側支持部は、前記接触部と前記被駆動部とを接続する薄板を前記内周側の薄板部の前記直角より大きい角度で二段に曲がるように形成された薄板部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円環型振動波アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２２３０３１（Ｐ２０１２−２２３０３１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８８２９（Ｐ２０１１−８８８２９）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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