駆動装置
【課題】コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置は、共振周波数の電圧を印加することにより駆動方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う縦一次振動モードと屈曲変形を行う屈曲一次振動モードとを励起可能な振動部４と、振動部４の両サイドを加圧状態で挟持する２本のガイド棒３とを備えている。上記の縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとを振動部４で励起することにより、ガイド棒３と接触する振動部４の両サイド、つまり突起部４１１〜４１２および突起部４１３で互いに逆回りとなる回転運動Ｋａ、Ｋｂが生じるが、この回転運動を用いて振動部４がガイド棒３に対して移動する。このような駆動装置により、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる。
【解決手段】駆動装置は、共振周波数の電圧を印加することにより駆動方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う縦一次振動モードと屈曲変形を行う屈曲一次振動モードとを励起可能な振動部４と、振動部４の両サイドを加圧状態で挟持する２本のガイド棒３とを備えている。上記の縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとを振動部４で励起することにより、ガイド棒３と接触する振動部４の両サイド、つまり突起部４１１〜４１２および突起部４１３で互いに逆回りとなる回転運動Ｋａ、Ｋｂが生じるが、この回転運動を用いて振動部４がガイド棒３に対して移動する。このような駆動装置により、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定方向への駆動を行う駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波アクチュエータ(駆動装置)は、コンパクト化や静音化といったメリットがあるため、小型カメラのレンズ駆動機構等での活用が期待されている。
【０００３】
超音波アクチューエータとしては、例えば特許文献１に開示されるものがある。このアクチュエータでは、超音波振動子(振動体)の上下両端部に複数の突起部を設け一対のガイド部材で振動体を挟み込むとともに、振動体の移動方向に関する伸縮振動と図２２に示す２次の屈曲振動とが励起された振動体９において上下両端部に生じる回転運動により、ガイド部材に対して振動体の移動が可能となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０４９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のアクチュエータでは、図２２のように複数の振動の節・腹が生じるように振動体９を共振させるため、移動方向に関する振動体の長さが長くなる。このように移動方向に長い振動体で必要な駆動ストロークを確保するには、その分ガイド部材も長くなって、アクチュエータの大型化を招くこととなる。
【０００６】
また、振動体９の上下両端部の回転運動については、図２２に示すように振動体９の上端面９ｕにおいて回転運動９１、９４と回転運動９２、９３とが逆方向の回転となり、下端面９ｄにおいて回転運動９５、９８と回転運動９６、９７とが逆方向の回転となる。一方、振動体９を移動させるには上端面９ｕと下端面９ｄとで生じる回転運動を逆方向にしなければならない。よって、振動体９では、ガイド部材に接触する突起部を例えば回転運動９１、９４が生じる上端面９ｕの各位置に設けるとともに、回転運動９６、９７が生じる下端面９ｄの各位置に設ける必要がある。
【０００７】
しかし、このような位置に突起部を設けると、上端面９ｕの回転運動９１、９４に比べて下端面９ｄの回転運動９６、９７の回転径が小さくなるため、その速度差による滑りが上下の端面９ｕ、９ｄの間で生じることとなる。これでは、駆動ロスが発生して効率よく駆動出力を取り出せないとともに、磨耗の原因にもなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、所定方向への駆動を行う駆動装置であって、(a)前記所定方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う第１の振動モードと、前記伸縮変形と異なった変形を行う第２の振動モードとを励起可能な振動部と、(b)前記所定方向に沿って配置され、前記振動部の両サイドを加圧状態で挟持する２のガイド部材とを備え、前記振動部において前記第１の振動モードと前記第２の振動モードとを励起することにより、前記振動部の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせるとともに、前記回転運動を用いて前記振動部がガイド部材に対し相対的に移動することで前記所定方向への駆動が行われる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記振動部の両サイドそれぞれでは、サイド全域にわたって前記回転運動の回転方向が同一である。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る駆動装置において、前記第１の振動モードは、前記振動部の伸縮変形に関する一次振動モードであり、前記第２の振動モードは、前記振動部の屈曲変形に関する一次振動モードである。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記振動部は、(a-1)前記所定方向に対する垂直方向に沿って並列に配置され、当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部と、(a-2)前記一対の伸縮変形部の両端それぞれを連結する連結部材とを有し、前記第１の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する同位相の振動を行うことで励起されるとともに、前記第２の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する逆位相の振動を行うことで励起される。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記振動部の両サイドのうち少なくとも一方のサイドにより、ガイド部材に対する前記振動部の姿勢が規制される。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記少なくとも一方のサイドには、前記ガイド部材に接触する複数の突起が設けられている。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記少なくとも一方のサイドには、一定の接触長さをもって前記ガイド部材に接触する接触部が設けられている。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記２のガイド部材それぞれは、(b-1)前記ガイド部材の外形を形成するパイプ部と、(b-2)前記パイプ部の内部に配設された制振部材とを有する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１から請求項８の発明によれば、所定方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う第１の振動モードと、伸縮変形と異なった変形を行う第２の振動モードとを振動部において励起することにより、振動部の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせるとともに、この回転運動を用いて振動部の両サイドを加圧状態で挟持する２のガイド部材に対し振動部が相対的に移動することで所定方向への駆動が行われる。その結果、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる。
【００１８】
特に、請求項２の発明においては、振動部の両サイドそれぞれではサイド全域にわたって回転運動の回転方向が同一であるため、駆動装置の構成を簡素化できる。
【００１９】
また、請求項３の発明においては、第１の振動モードが振動部の伸縮変形に関する一次振動モードであり、第２の振動モードが振動部の屈曲変形に関する一次振動モードであるため、振動部の小型化が図れる。
【００２０】
また、請求項４の発明においては、所定方向に対する垂直方向に沿って並列に配置され当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する同位相の振動を行うことで第１の振動モードが励起されるとともに、一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する逆位相の振動を行うことで第２の振動モードが励起される。その結果、振動部の構成を簡素化できる。
【００２１】
また、請求項５の発明においては、振動部の両サイドのうち少なくとも一方のサイドによりガイド部材に対する振動部の姿勢が規制されるため、振動部の姿勢を安定化できる。
【００２２】
また、請求項６の発明においては、少なくとも一方のサイドにはガイド部材に接触する複数の突起が設けられているため、振動部の姿勢を簡易に安定化できる。
【００２３】
また、請求項７の発明においては、少なくとも一方のサイドには一定の接触長さをもってガイド部材に接触する接触部が設けられているため、振動部の姿勢を簡易に安定化できる。
【００２４】
また、請求項８の発明においては、２のガイド部材それぞれはガイド部材の外形を形成するパイプ部の内部に制振部材が配設されているため、振動部によるガイド部材の振動を適切に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
＜駆動装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１Ａの要部構成を示す図である。ここで、図１(ａ)は、駆動装置１Ａの正面図を示しており、図１(ｂ)は、駆動装置１Ａの側面図を示している。
【００２６】
駆動装置１Ａは、例えば超音波アクチュエータとして構成されており、ベース部２と、ベース部２によって保持される一対のガイド棒３（下部ガイド棒３１および上部ガイド棒３２）と、この２本のガイド棒(ガイド部材)３の間に挟まれる振動部４とを備えている。この駆動装置１Ａでは、共振周波数の電圧印加によって共振する振動部３が２本のガイド棒３に沿って移動することにより駆動方向Ｄｋへの駆動が行われる。
【００２７】
ベース部２は、「コ」の字状の外形を有するフレーム部２１と、上部ガイド棒３２を加圧する加圧部材２２とを備えている。
【００２８】
フレーム部２１は、例えば駆動装置１Ａが搭載される装置内に固定されており、その側面２１ｓには、円形状の形状を有し下部ガイド棒３１を固定する下孔２１ａと、両端が円形の長穴を有し上部ガイド棒３２を保持する上孔２１ｂとが形成されている。そして、下孔２１ａには、圧入や接着によって下部ガイド棒３１が固定されるとともに、上孔２１ｂには、上部ガイド棒３２が上下方向Ｕｄに移動可能なように遊挿されている。この上部ガイド棒３２の両端部には、下部ガイド棒３１と平行な状態で上部ガイド棒３２を上下方向Ｕｄに移動させるとともに上孔２１ｂから上部ガイド棒３１が外れるのを防止するリング部材３２ｒが固定されている。なお、リング部材３２ｒに関しては、上部ガイド棒３２と一体として成形しても良い。
【００２９】
加圧部材２２は、例えば板ばねとして構成されており、その一部がフレーム部２１の内壁に固定され適度な加圧力で上部ガイド部材３２を下部ガイド棒３１の方向に付勢する。このような加圧部材２２により、駆動方向Ｄｋに沿って配置される２本のガイド棒３が振動部４の両サイドを加圧状態で挟持できることとなる。なお、加圧部材２２については、板ばねに限らずコイルばねで構成するようにしても良い。
【００３０】
２本のガイド棒３は、円形断面の棒状部材として構成されており、振動部４の移動をガイドするガイド部材として機能する。このガイド棒３は、例えば安価で製造しやすいステンレスなどの金属材料で形成されており、その表面には、振動部４との磨耗を抑えるため焼入れや窒化処理などの表面硬化処理が施されている。なお、表面硬化処理については、窒化クロム(ＣｒＮ)や炭窒化チタン(ＴｉＣＮ)などのセラミックコーティングを施しても良く、またアルミナやジルコニアなどのセラミックを使用して耐磨耗性を向上させても良い。
【００３１】
振動部４の構成について、図２を参照しつつ説明する。
【００３２】
図２は、振動部４の要部構成を示す図である。ここで、図２(ａ)は、振動部４の正面図を示しており、図２(ｂ)は、振動部４の側面図を示している。
【００３３】
振動部４は、略直方体状の形状を有しており、ガイド棒３に当接する当接部４１と、圧電部４２とで構成されている。
【００３４】
当接部４１は、下部ガイド棒３１に当接する２つの突起部４１１、４１２と、上部ガイド棒３２に当接する１つの突起部４１３とを備えている。各突起部４１１〜４１３には、図２(ｂ)に示すように前後方向Ｆｂへの振動部４の移動を防止するために、ガイド棒３と係合するＶ溝４１ｖが形成されている。このように２本のガイド棒３に対して突起部４１１〜４１３の３点で振動部４を支持することにより、ガイド棒３に対する振動部４の姿勢が安定することとなる。すなわち、ガイド棒３に対する振動部４の移動に伴って、１つの突起部４１３のみが接触する上部ガイド棒３２では若干の傾きが生じる可能性があるものの、下孔２１ａに固定された下部ガイド棒３２に対し２つの突起部４１１、４１２で支持される振動部４の姿勢は、常に変化しない。これにより、高精度な位置制御や速度制御が可能になる。
【００３５】
突起部４１１〜４１３は、ガイド棒３との磨耗を低減するために超硬合金やアルミナ、ジルコニアなどのセラミックスで形成されており、エポキシなどの比較的高弾性の接着剤によって圧電部４２に固定されている。
【００３６】
圧電部４２は、例えばＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)などの圧電特性を持つ長方形の圧電セラミックス薄板(以下では「圧電薄板」と略称する)４２１が積層された構造を有しており、圧電薄板４２１の間には、図３(ａ)に示すような２分割された左側内部電極Ｌ１および右側内部電極Ｒ１と、図３(ｂ)に示すような２分割された左側内部電極Ｌ２および右側内部電極Ｒ２とが交互に介挿されている。また、圧電部４２の前面および背面には、４つの外部電極、具体的には左前の外部電極Ｌｆ、左後ろの外部電極Ｌｂ、右前の外部電極Ｒｆおよび右後ろの外部電極Ｒｂが圧電薄板４２１の積層方向に沿って配設されている。なお、これらの外部電極Ｌｆ、Ｌｂ、Ｒｆ、Ｒｂは、銀などの金属からなっており、リード線やフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を介して駆動回路と電気的に接続している(図示省略)。
【００３７】
そして、左前の外部電極Ｌｆには、左側内部電極Ｌ２が電気的に接続されるとともに、左後ろの外部電極Ｌｂには、左側内部電極Ｌ１が電気的に接続されている。また、右前の外部電極Ｒｆには、右側内部電極Ｒ２が電気的に接続されるとともに、右後ろの外部電極Ｒｂには、右側内部電極Ｒ１が電気的に接続されている。
【００３８】
以上のような構成を有する振動部４に対して、振動部４を共振させる高周波（例えば人間の可聴周波数域から外れた超音波領域の周波数）の電圧を駆動回路(不図示)から印加し圧電部４２の圧電薄板４２１で周期的な変位を生じさせると、振動部４２が共振して、例えば図４に示すように下部ガイド棒３１に当接する突起部４１１、４１２には時計回りの楕円軌道を描く回転運動Ｋａが発生し、上部ガイド棒３２に当接する突起部４１３には反時計回りの楕円軌道を描く回転運動Ｋｂが発生する。このように互いに逆方向に回転する回転運動Ｋａ、Ｋｂが振動部４の両端で生じると、ガイド棒３と突起部４１１〜４１３との間に働く摩擦力によって、ガイド棒３に対する駆動力が各突起部４１１〜４１３で発生するため、ガイド棒３に沿った方向Ｄｒに振動部４が移動できることとなる。なお、突起部４１１〜４１３では、加圧部材２２からの加圧力によって生じる垂直抗力と、ガイド棒３に対する摩擦係数とで決まる駆動力が発生する。以下では、圧電部４２の動作について詳しく説明する。
【００３９】
圧電部４２は、共振周波数の電圧印加によって励起される縦(伸縮)一次振動モードおよび屈曲一次振動モードという２種類の固有振動モードを利用することにより突起部４１１〜４１３で回転運動を生じさせる。これらの振動モードについて以下で説明する。
【００４０】
(ｉ)縦一次振動モード
図５(ａ)に縦一次振動モードの変形の様子を示している。電圧無印加時の状態Ｍｏ（破線で図示）に対して全体的に伸長した状態Ｍ１と不図示の収縮した状態を繰り返す。このように振動部４が駆動方向Ｄｋ(図１)に対して垂直方向に伸縮変形を行う一次振動モード（第１の振動モード）が、縦一次振動モードである。
【００４１】
振動部４の圧電部４２において、左前の外部電極Ｌｆおよび左後ろの外部電極Ｌｂの間と、右前の外部電極Ｒｆおよび右後ろの外部電極Ｒｂの間とに同極性の電圧を印加すると、圧電部４２において左半分および右半分の圧電薄板４２１が同期した伸長変形（収縮変形）を行う。従って、左側電極と右側電極とに対して縦一次振動モードの共振周波数で同位相の電圧を印加することにより、縦一次振動モードが励起され、縦方向(伸縮方向)に変位が大きく拡大される。
【００４２】
(ii)屈曲一次振動モード
図５(ｂ)に屈曲一次振動モードの変形の様子を示している。全体に屈曲した状態Ｍ２と不図示の反対に屈曲した状態を繰り返す。このように振動部４が縦一次振動モードでの伸長変形と異なった屈曲変形を行う一次振動モード（第２の振動モード）が、屈曲一次振動モードである。
【００４３】
振動部４の圧電部４２において、左前の外部電極Ｌｆおよび左後ろの外部電極Ｌｂの間と、右前の外部電極Ｒｆおよび右後ろの外部電極Ｒｂの間とに逆極性の電圧を印加すると、圧電部４２において左半分の圧電薄板４２１が伸長（または収縮）する一方、右半分の圧電薄板４２１が収縮（または伸長）するため、圧電部４２は全体として右方向または左方向に屈曲変形することとなる。従って、左側電極と右側電極に対して屈曲一次振動モードの共振周波数で逆位相の電圧を印加することにより、屈曲振動モードが励起され、屈曲方向に変位が大きく拡大される。
【００４４】
以上のような縦一次振動モードの共振周波数と屈曲一次振動モードの共振周波数とを、例えば振動部４の縦横比を調整することで略一致させるとともに、その共振周波数において位相を９０度ずらせた電圧信号(図６参照)を圧電部４２の左半分・右半分に印加して縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを同時に励起することにより、圧電部４２の上下端部に例えば回転運動Ｋａ、Ｋｂ(図４)を発生させることが可能となる。すなわち、振動部４において縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとを励起することにより、振動部４の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動が生じるとともに、振動部４の両サイドそれぞれではサイド全域にわたって回転運動の回転方向が同一となる。
【００４５】
ここで、振動部４の両端で生じる回転運動の回転方向については、一方の電圧信号に対して他方の電圧信号の位相を９０度進ませたり９０度遅らせたりすることで回転方向の反転を行えるため、ガイド棒３に対する振動部４の移動方向を容易に変更できる。
【００４６】
以上の駆動装置１Ａの構成および動作により、振動部４において縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとを励起し、ガイド棒３と接触する振動部４の両サイド、つまり突起部４１１〜４１２と突起部４１３とで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせることで振動部４がガイド棒３に対して移動するため、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる。すなわち、縦一次振動モードの縦振動方向に２本のガイド棒３で振動部４を挟持することにより振動部４の移動方向の寸法(長さ)を小さくできるため、振動部４の駆動ストロークを確保するために必要なガイド棒３の長さが短くなって駆動装置１Ａを小型化できる。
【００４７】
また、駆動装置１Ａでは、振動部４の両端部それぞれで生じる回転運動を利用して駆動力を取出すため、振動体の片端のみから駆動力を取出していた従来のアクチュエータ(例えば特開平７−１４３７７０号公報参照)に比べて、大きな駆動力を取り出すことができる。さらに、振動体の片端から駆動出力を得ていた従来のアクチュエータでは他端にローラやベアリングなどの回転支持機構が必要であったが、本実施形態の駆動装置１Ａでは、そのような回転支持機構が不要である。よって、駆動装置１Ａの小型化が図れるとともに、回転支持機構での回転負荷(ロス)が発生しない。
【００４８】
また、駆動装置１Ａでは、振動部４の両サイドのうち一方のサイドには２個の突起部４１１、４１２が設けられているが、これらの突起部４１１、４１２によりガイド棒３に対する振動部４の姿勢が規制される。これにより、移動する際でも振動部４の姿勢が安定することとなる。
【００４９】
また、ガイド棒３に接触する振動部４の各端部(各サイド)では端面の全領域において回転運動の回転方向が同一であるため、突起部を必ず設ける必要がなく当接部の設計自由度が向上する。以下では、上述した当接部４１と異なる構成を有する当接部について、図７〜図９を参照しつつ説明する。なお、図７〜図９については、(ａ)が振動部の正面図を示しており、(ｂ)が振動部の側面図を示している。
【００５０】
図７に示す当接部４３は、一定の接触長さをもって下部ガイド棒３１に接触する接触部４３１と、上部ガイド棒３２に接触する突起部４３２とを有している。ここで、接触部４３１は、その長手方向（振動部４の移動方向）の長さＬａが振動部４の移動方向の長さＬｂの半分以上であるとともに、突起部４３２は、上述した突起部４１３（図２）と同様の構成を有している。このような構成を有する当接部４３により、下部ガイド棒３１に対して比較的広範囲に接触する接触部４３１によって振動部４が支持されるため、振動部４の姿勢が安定する。
【００５１】
図８に示す当接部４４は、下部ガイド棒３１に当接する接触部４４１と、上部ガイド棒３２に当接する接触部４４２とを有している。ここで、接触部４４１および接触部４４２それぞれは、上記の接触部４３１(図７)と同様の構成を有している。このような構成を有する当接部４４においても、２本のガイド棒３に挟まれる振動部４の姿勢が安定することとなる。
【００５２】
図９に示す当接部４５は、下部ガイド棒３１に接触する接触部４５１と、上部ガイド棒３２に接触する接触部４５２とを有している。ここで、接触部４５１および接触部４５２それぞれは、圧電体断面と同形状の直方体状の形状を有している。そして、ガイド棒３に接触する部分には、突起部４１１〜４１３のようなＶ溝４１ｖ(図２)が形成されておらず、平坦な構造となっている。なお、このように平坦な端面を持つ接触部４では振動部４を規制できないため、振動部４の厚み(奥行き)方向の移動を規制する部材等(規制手段)が別途必要となる。以上のような構成の当接部４５は、圧電部４２の積層構造と一体的であるため、その構造が簡素化されて製造面やコスト面で有利になる。
【００５３】
また、振動部４の圧電部については、図１０〜図１３に示すような構成を有していても良い。図１０、図１２および図１３においては、(ａ)が振動部の正面図を示しており、(ｂ)が振動部の側面図を示している。また、図１２および図１３においては、(ｃ)が振動部の背面図を示している。以下では、図１０〜図１３に示す各当接部の構成を順に説明する。
【００５４】
図１０に示す圧電部４６は、上述した圧電部４２(図２)のように圧電薄板４２１を振動部４の高さ方向（上下方向）に積層するものとは異なり、圧電薄板４６１を振動部４の厚み(奥行き)方向に積層する構成となっている。そして、圧電薄板４６１の間には、図１１(ａ)に示すような２分割された左側内部電極Ｓ１および右側内部電極Ｔ１と、図１１(ｂ)に示すような２分割された左側内部電極Ｓ２および右側内部電極Ｔ２とが交互に介挿されている。また、圧電部４６の左側面および右側面には、４つの外部電極、具体的には左上の外部電極Ｓｕ、左下の外部電極Ｓｄ、右上の外部電極Ｔｕおよび右下の外部電極Ｔｄが圧電薄板４６１の積層方向に沿って配設されている。そして、左上の外部電極Ｓｕには、左側内部電極Ｓ２が電気的に接続されるとともに、左下の外部電極Ｓｄには、左側内部電極Ｓ１が電気的に接続されている。また、右上の外部電極Ｔｕには、右側内部電極Ｔ２が電気的に接続されるとともに、右下の外部電極Ｔｄには、右側内部電極Ｔ１が電気的に接続されている。
【００５５】
以上の構成を有する圧電部４６に外部電極を介し図２の実施例と同様の電圧を印加してガイド棒３に沿った駆動出力を取出す際には、縦一次振動モードの振動方向(縦振動方向)が積層方向と垂直な方向(いわゆる３１方向)であるため、縦振動方向を積層方向(いわゆる３３方向)とする上述の圧電部４２(図２)に比べて駆動量が減少するものの、圧電部４６では圧電薄板４６１の積層数が少なくなるため、上述の圧電部４２より製造面で有利となる。また、圧電薄板を構成する圧電素子は積層方向の引張力に弱いため、圧電部４６は上述の圧電部４２に比べて強度面でも有利となる。
【００５６】
図１２に示す圧電部４７は、図１０の圧電部４６のように複数の圧電薄板４６１が積層されている積層構造でなく、単層(バルク)圧電体４７１として構成されている。そして、圧電部４７の前面には図１２(ａ)に示すような２分割された電極Ｓｆおよび電極Ｔｆが配設され、圧電部４７の背面には図１２(ｃ)に示すような１つの電極ＳＴｂが共通電極として配設されている。
【００５７】
以上の構成を有する圧電部４７に電極を介して図２の実施例と同様の電圧を印加すると、上記の圧電部４６と同様にガイド棒３に沿った駆動出力を取り出せることとなる。なお、圧電部４７においては、圧電薄板４６１の積層構造を有する圧電部４６と同等の駆動量を取出すためには高電圧の電圧印加を必要とするが、圧電部４６よりシンプルな構造であるため、製造面やコスト面で有利となる。
【００５８】
図１３に示す構成は、薄板状の弾性体４８０の前面および背面に圧電薄板４８１、４８２が導電性接着剤などで貼付された構成を有している。また、圧電部４８の前面には図１３(ａ)に示すような２分割された外部電極Ｓｆおよび外部電極Ｔｆが配設され、圧電部４８の背面には図１３(ｃ)に示すような２分割された外部電極Ｓｂおよび外部電極Ｔｂが配設され、外部電極Ｓｆと外部電極Ｔｂ、外部電極Ｔｆと外部電極Ｓｂが共通電極となるように接続される。また、弾性体４８０を全ての圧電薄板の共通電極(ＧＮＤ)とする。弾性体４８０は、振動に係る減衰係数が低く耐磨耗性の高い金属材料、例えば窒化処理が施されたステンレスからなっている。
【００５９】
以上の構成を有する圧電部４８に外部電極を介して図２の実施例と同様の電圧を印加すると、上記の圧電部４６と同様にガイド棒３に沿った駆動出力を取り出せることとなる。そして、弾性体４８０に対して突起部４１ａ〜４１ｃを一体的に形成できるので、製造の簡素化が図れるとともに、弾性体４８０は、減衰の小さい金属材料で構成されることとなるためセラミック等に比べて駆動効率が向上する。
【００６０】
＜第２実施形態＞
＜駆動装置の構成＞
図１４は、本発明の第２実施形態に係る駆動装置１Ｂの要部構成を示す図である。ここで、図１４(ａ)は、駆動装置１Ｂの正面図を示しており、図１４(ｂ)は、駆動装置１Ｂの側面図を示している。
【００６１】
駆動装置１Ｂは、第１実施形態の駆動装置１Ａと類似の構成を有しているが、振動部が異なっている。以下では、駆動装置１Ｂの振動部５の構成について、詳しく説明する。
【００６２】
図１５は、振動部５の要部構成を示す図である。ここで、図５(ａ)は、振動部５の正面図を示しており、図５(ｂ)は、振動部５の側面図を示している。
【００６３】
振動部５は、ガイド棒３に当接する当接部５１と、圧電部５２とで構成されている。
【００６４】
圧電部５２は、駆動方向Ｄｋ(図１４)に対する垂直方向に沿って並列に配置されるとともに、当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部５２ａ、５２ｂを備えている。各伸縮変形部５２ａは、例えばＰＺＴなどの圧電特性を持つ長方形の圧電薄板５２１が内部電極を挟み込みつつ積層されており、いわゆる一般的な積層型圧電素子として構成されている。また、直方体状の各伸縮変形部５２ａ、５２ｂの前面および背面には、第１実施形態と同様の外部電極Ｌｆ、Ｌｂ、Ｒｆ、Ｒｂが配設されている。
【００６５】
当接部５１は、第１実施形態の突起部４１１〜４１３と同様の構成を有する突起部５１１〜５１３と、伸縮変形部５２ａ、５２ｂの両端それぞれをエポキシなどの比較的高弾性の接着剤を用いて固定し連結する連結部５１４、５１５とを備えている。なお、各突起部５１１〜５１３には、第１実施形態と同様に前後方向への振動部５の移動を防止するために、ガイド棒３と係合するＶ溝５１ｖが形成されている。
【００６６】
以上のような構成を有する振動部５では、第１実施形態の振動部４と同様に、共振周波数において励起される縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを利用することにより突起部５１１〜５１３で回転運動を生じさせる。これらの振動モードについて以下で説明する。
【００６７】
(ｉ)縦一次振動モード
図１６(ａ)に縦一次振動モードの変形の様子を示している。電圧無印加時の状態（不図示）に対して全体的に伸長した状態Ｍ１１と不図示の収縮した状態を繰り返す。このように圧電部５２が駆動方向Ｄｋ(図１４)に対して垂直方向に伸縮変形を行う一次振動モード（第１の振動モード）が、縦一次振動モードである。
【００６８】
振動部５の圧電部５２において、外部電極Ｌｆおよび外部電極Ｌｂの間と、外部電極Ｒｆおよび外部電極Ｒｂの間とに同極性の電圧を印加すると、圧電部５２において各伸縮変形部５２ａ、５２ｂが同期した伸長変形（収縮変形）を行う。従って、左側電極と右側電極とに対して縦一次振動モードの共振周波数で同位相の電圧を印加することにより、縦一次振動モードが励起され、縦方向(伸縮方向)に変位が大きく拡大される。
【００６９】
(ii)屈曲一次振動モード
図１６(ｂ)に屈曲一次振動モードの変形の様子を示している。全体に屈曲した状態Ｍ１２と不図示の反対に屈曲した状態を繰り返す。このように圧電部５２が縦一次振動モードでの伸長変形と異なった屈曲変形を行う一次振動モード（第２の振動モード）が、屈曲一次振動モードである。
【００７０】
振動部５の圧電部５２において、外部電極Ｌｆおよび外部電極Ｌｂの間と、外部電極Ｒｆおよび外部電極Ｒｂの間とに逆極性の電圧を印加すると、圧電部５２において伸縮変形部５２ａが伸長（または収縮）する一方、伸縮変形部５２ｂが収縮（または伸長）するため、圧電部５２は全体として右方向または左方向に屈曲変形することとなる。従って、左側電極と右側電極に対して屈曲一次振動モードの共振周波数で逆位相の電圧を印加することにより、屈曲振動モードが励起され、屈曲方向に変位が大きく拡大される。
【００７１】
以上のような縦一次振動モードの共振周波数と屈曲一次振動モードの共振周波数とを略一致させるとともに、その共振周波数において位相を９０度ずらせた電圧信号(図６参照)を各伸縮変形部５２ａ、５２ｂに印加して縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを同時に励起することにより、例えば図４に示す回転運動Ｋａ、Ｋｂを振動部５の上下端部に生じさせ、ガイド棒３に沿った振動部５の移動が可能となる。ここで、振動部５は、２つの独立した伸縮変形部５２ａ、５２ｂを有しているため、各伸縮変形部５２ａ、５２ｂの幅や長さ、伸縮変形部５２ａ、５２ｂの間の距離をパラメータとして縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとの共振周波数とを略一致できる。よって、第１実施形態の振動部４に比べて振動部５の設計自由度が増すこととなる。
【００７２】
以上の駆動装置１Ｂの構成および動作により、第１実施形態の駆動装置１Ａと同様の効果を発揮する。さらに、駆動装置１Ｂでは、並列に配置された２つの伸縮変形部５２ａ、５２ｂを用いて縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを励起するため、振動部５の構成がシンプルになる。
【００７３】
なお、駆動装置１Ｂの伸縮変形部５２ａ、５２ｂについては、例えば振動部の厚み方向（奥行き方向）に積層された積層型圧電素子で構成しても良く、さらに例えば特開２００２−１８５０５５号公報に開示されるロール型の圧電素子として構成されていても良い。
【００７４】
以上で説明した第１実施形態の駆動装置１Ａと第２実施形態の駆動装置１Ｂとは、例えばレンズなどを含む移動体を駆動するのに利用できる。この利用例について、以下で説明する。
【００７５】
図１７は、駆動装置１Ａを用いて移動体６を駆動する構成を説明するための図である。
【００７６】
移動体６は、駆動装置１Ａにおける振動部４の正面上方(図１の紙面上方)に設けられ、ガイド棒３と平行に配置される別のガイド(図示省略)に沿った移動が可能となっている。また、移動体６は、レンズ６１と、レンズ６１を保持するホルダ６２と、ホルダ６２に固定された板ばね６３とを備えている。板ばね６３は、「コ」の字状の外形を有しており、この板ばね６３で振動部４の側面の中央付近を挟むことで振動部４と移動体６とが連結される。なお、振動部４を挟んで保持する板ばね６３の付勢力は、振動部４の振動を阻害しない程度の力量に設定するとともに、板ばね６３と振動部４との間を柔軟な接着剤(例えばゴム系の接着剤)によって接着することで磨耗の低減を図るのが良い。
【００７７】
以上のような構成により、ガイド棒３に対する振動部４の移動に連動して移動体６が駆動されるため、移動体６の駆動系をコンパクトにできる。
【００７８】
＜変形例＞
・上記の各実施形態におけるガイド棒については、単一の材料で構成されるのは必須でなく、防振効果を奏するように複数の材料を組合せて構成するようにしても良い。
【００７９】
図１８は、複数の材料を組合せたガイド棒３Ａの構成を示す図である。ここで、図１８(ａ)は、駆動方向Ｄｋ(図１参照)に平行なガイド棒３Ａの断面図を示しており、図１８(ｂ)は、駆動方向Ｄｋ(図１参照)に垂直なガイド棒３Ａの断面図を示している。
【００８０】
ガイド棒３Ａは、ガイド棒３Ａの外形を形成するパイプ部３３と、パイプ部３３の内部に配設された円柱状の制振部材３４とで構成されている。
【００８１】
パイプ部３３は、円筒状の形状を有しており、金属やセラミックで形成されている。また、制振部材３４は、振動に関して減衰係数の大きい樹脂や、制振合金（例えばＭｎ−Ｃｕ合金やＦｅ−Ｃｒ合金、Ｚｎ−Ａｌ合金など）からなっている。なお、制振部材３４が制振合金の場合には、その外周面とパイプ部３３の内周面とを接着して固定するのが好ましい。一方、制振部材３４が樹脂の場合には、パイプ部３３に対してインサート成型を行っても良い。
【００８２】
ガイド棒は振動部４の振動に伴って加振されるが、この加振によってガイド棒の固有振動が引き起こされる恐れがある。ここで、ガイド棒の固有振動が発生すると、この固有振動と振動部４の端部の回転運動との相互作用によって、駆動力(推力)が低下したり、異音が生じる可能性がある。
【００８３】
このような事態を回避するため、ガイド棒３Ａでは、上述のようにパイプ部３３の中に制振部材３４を挿入する防振構造を採用している。これにより、パイプ部３３が共振するような振動が生じても内部の制振部材３４が振動エネルギーを熱に変換して振動(固有振動)を減衰させるため、駆動装置１Ａの性能劣化を防止できることとなる。
【００８４】
・上記の各実施形態におけるガイド棒については、円形断面を有するのは必須でなく、方形断面など異なる形状の断面を有しても良い。
【００８５】
・上記の各実施形態における駆動装置については、ガイド棒に沿って移動する１個の振動部４を備えるのは必須でなく、２個以上の振動部４を備えても良い。図１９は、２個の振動部４Ａ、４Ｂを備えた駆動装置１Ｃの構成を示す図であるが、各振動部４Ａ、４Ｂごとに電圧を印加することで振動部４Ａ、４Ｂを独立して駆動できる。このような構成を採用すれば、２個の振動部４Ａ、４Ｂを別々に駆動する場合でも１組のガイド棒３で足りるため、コストを低減できることとなる。
【００８６】
・上記の各実施形態における駆動装置については、ガイド棒に対して振動部を移動させるのは必須でなく、例えば図２０に示す駆動装置１Ｄのように振動部４Ｃに対してガイド棒３５、３６を移動させるようにしても良い。ここで、図２０(ａ)は、駆動装置１Ｄの正面図を示しており、図２０(ｂ)は、駆動装置１Ｄの側面図を示している。
【００８７】
駆動装置１Ｄにおいては、振動部４Ｃが固定部ＦＸから伸びる２枚の板ばね７１の間に挟まれて保持されるとともに、振動部４Ｃの両端に当接する２本のガイド棒３５、３６を挟み込む板ばね７２を備えている。
【００８８】
このような構成の駆動装置１Ｄでは、振動部４Ｃに電圧を印加して振動させることにより、例えば振動部４Ｃの両端に回転運動Ｋａ、Ｋｂが生じて、ガイド棒３５、３６（および板ばね７２）が方向Ｄｔに移動することとなる。
【００８９】
・上記の各実施形態の駆動装置においては、リニア駆動を行うのは必須でなく、例えば図２１に示す駆動装置１Ｅのように回転駆動を行うようにしても良い。ここで、図２１(ａ)は、駆動装置１Ｅの平面図を示しており、図２１(ｂ)は、駆動装置１Ｅの側面図を示している。
【００９０】
駆動装置１Ｅは、上述した上部ガイド棒３１および下部ガイド棒３２に対応するリング状のガイド環(ガイド部材)３７、３８と、ガイド環３７、３８に沿って等間隔に配置された３個の振動部４(図２)とを備えている。また、駆動装置１Ｅは、リング状のベース部材２３を備えており、例えば波状ワッシャーとして構成されるリング状の加圧部材２４からの付勢力によって振動部４が上下のガイド環３７、３８に加圧状態で挟持される。ここで、３個の振動部４を固定し、ガイド環３７、３８について同一の回転方向に各振動部４の駆動力が生じるように振動部４への電圧印加を行うと、リング状のガイド環３７〜３８およびベース部材２３が回転軸Ｃｏを中心に回転されることとなる。
【００９１】
以上の構成を有する駆動装置１Ｅにより、ロータ等の回転部材をベース部材２３の内周面で保持するなどしてベース部材２３に連結させれば、振動部４への電圧印加によって回転部材を回転駆動できることとなる。このような駆動装置１Ｅは、例えばカム環などを回転駆動してレンズを直動させる撮像装置等への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る駆動装置１Ａの要部構成を示す図である。
【図２】振動部４の要部構成を示す図である。
【図３】圧電部４２の構成を説明するための図である。
【図４】振動部４の突起部４１１〜４１３に生じる回転運動Ｋａ、Ｋｂを説明するための図である。
【図５】圧電部４２に関する２種類の固有振動モードを説明するための図である。
【図６】圧電部４２に印加する電圧信号を説明するための図である。
【図７】当接部に関する他の構成を説明するための図である。
【図８】当接部に関する他の構成を説明するための図である。
【図９】当接部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１０】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１１】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１２】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１３】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る駆動装置１Ｂの要部構成を示す図である。
【図１５】振動部５の要部構成を示す図である。
【図１６】振動部５に関する２種類の固有振動モードを説明するための図である。
【図１７】駆動装置１Ａを用いて移動体６を駆動する構成を説明するための図である。
【図１８】複数の材料を組合せたガイド棒３Ａの構成を示す図である。
【図１９】２個の振動部４Ａ、４Ｂを備えた駆動装置１Ｃの構成を示す図である。
【図２０】振動部４Ｃに対してガイド棒３３、３４を移動させる駆動装置１Ｄの構成を示す図である。
【図２１】回転駆動を行う駆動装置１Ｅの構成を示す図である。
【図２２】従来技術に係るアクチュエータの動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００９３】
１Ａ〜１Ｅ 駆動装置
２ ベース部
３、３１、３２、３５、３６ ガイド棒
４、４Ａ〜４Ｃ、５ 振動部
６ 移動体
２２ 加圧部材
３３ パイプ部
３４ 制振部材
３７、３８ ガイド環
４１、４３〜４５、５１ 当接部
４２、４６〜４８、５２ 圧電部
５２ａ、５２ｂ 伸縮変形部
４１１〜４１３、５１１〜５１３ 突起部
Ｋａ、Ｋｂ 回転運動
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定方向への駆動を行う駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波アクチュエータ(駆動装置)は、コンパクト化や静音化といったメリットがあるため、小型カメラのレンズ駆動機構等での活用が期待されている。
【０００３】
超音波アクチューエータとしては、例えば特許文献１に開示されるものがある。このアクチュエータでは、超音波振動子(振動体)の上下両端部に複数の突起部を設け一対のガイド部材で振動体を挟み込むとともに、振動体の移動方向に関する伸縮振動と図２２に示す２次の屈曲振動とが励起された振動体９において上下両端部に生じる回転運動により、ガイド部材に対して振動体の移動が可能となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０４９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のアクチュエータでは、図２２のように複数の振動の節・腹が生じるように振動体９を共振させるため、移動方向に関する振動体の長さが長くなる。このように移動方向に長い振動体で必要な駆動ストロークを確保するには、その分ガイド部材も長くなって、アクチュエータの大型化を招くこととなる。
【０００６】
また、振動体９の上下両端部の回転運動については、図２２に示すように振動体９の上端面９ｕにおいて回転運動９１、９４と回転運動９２、９３とが逆方向の回転となり、下端面９ｄにおいて回転運動９５、９８と回転運動９６、９７とが逆方向の回転となる。一方、振動体９を移動させるには上端面９ｕと下端面９ｄとで生じる回転運動を逆方向にしなければならない。よって、振動体９では、ガイド部材に接触する突起部を例えば回転運動９１、９４が生じる上端面９ｕの各位置に設けるとともに、回転運動９６、９７が生じる下端面９ｄの各位置に設ける必要がある。
【０００７】
しかし、このような位置に突起部を設けると、上端面９ｕの回転運動９１、９４に比べて下端面９ｄの回転運動９６、９７の回転径が小さくなるため、その速度差による滑りが上下の端面９ｕ、９ｄの間で生じることとなる。これでは、駆動ロスが発生して効率よく駆動出力を取り出せないとともに、磨耗の原因にもなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、所定方向への駆動を行う駆動装置であって、(a)前記所定方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う第１の振動モードと、前記伸縮変形と異なった変形を行う第２の振動モードとを励起可能な振動部と、(b)前記所定方向に沿って配置され、前記振動部の両サイドを加圧状態で挟持する２のガイド部材とを備え、前記振動部において前記第１の振動モードと前記第２の振動モードとを励起することにより、前記振動部の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせるとともに、前記回転運動を用いて前記振動部がガイド部材に対し相対的に移動することで前記所定方向への駆動が行われる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記振動部の両サイドそれぞれでは、サイド全域にわたって前記回転運動の回転方向が同一である。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る駆動装置において、前記第１の振動モードは、前記振動部の伸縮変形に関する一次振動モードであり、前記第２の振動モードは、前記振動部の屈曲変形に関する一次振動モードである。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記振動部は、(a-1)前記所定方向に対する垂直方向に沿って並列に配置され、当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部と、(a-2)前記一対の伸縮変形部の両端それぞれを連結する連結部材とを有し、前記第１の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する同位相の振動を行うことで励起されるとともに、前記第２の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する逆位相の振動を行うことで励起される。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記振動部の両サイドのうち少なくとも一方のサイドにより、ガイド部材に対する前記振動部の姿勢が規制される。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記少なくとも一方のサイドには、前記ガイド部材に接触する複数の突起が設けられている。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記少なくとも一方のサイドには、一定の接触長さをもって前記ガイド部材に接触する接触部が設けられている。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記２のガイド部材それぞれは、(b-1)前記ガイド部材の外形を形成するパイプ部と、(b-2)前記パイプ部の内部に配設された制振部材とを有する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１から請求項８の発明によれば、所定方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う第１の振動モードと、伸縮変形と異なった変形を行う第２の振動モードとを振動部において励起することにより、振動部の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせるとともに、この回転運動を用いて振動部の両サイドを加圧状態で挟持する２のガイド部材に対し振動部が相対的に移動することで所定方向への駆動が行われる。その結果、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる。
【００１８】
特に、請求項２の発明においては、振動部の両サイドそれぞれではサイド全域にわたって回転運動の回転方向が同一であるため、駆動装置の構成を簡素化できる。
【００１９】
また、請求項３の発明においては、第１の振動モードが振動部の伸縮変形に関する一次振動モードであり、第２の振動モードが振動部の屈曲変形に関する一次振動モードであるため、振動部の小型化が図れる。
【００２０】
また、請求項４の発明においては、所定方向に対する垂直方向に沿って並列に配置され当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する同位相の振動を行うことで第１の振動モードが励起されるとともに、一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する逆位相の振動を行うことで第２の振動モードが励起される。その結果、振動部の構成を簡素化できる。
【００２１】
また、請求項５の発明においては、振動部の両サイドのうち少なくとも一方のサイドによりガイド部材に対する振動部の姿勢が規制されるため、振動部の姿勢を安定化できる。
【００２２】
また、請求項６の発明においては、少なくとも一方のサイドにはガイド部材に接触する複数の突起が設けられているため、振動部の姿勢を簡易に安定化できる。
【００２３】
また、請求項７の発明においては、少なくとも一方のサイドには一定の接触長さをもってガイド部材に接触する接触部が設けられているため、振動部の姿勢を簡易に安定化できる。
【００２４】
また、請求項８の発明においては、２のガイド部材それぞれはガイド部材の外形を形成するパイプ部の内部に制振部材が配設されているため、振動部によるガイド部材の振動を適切に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
＜駆動装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１Ａの要部構成を示す図である。ここで、図１(ａ)は、駆動装置１Ａの正面図を示しており、図１(ｂ)は、駆動装置１Ａの側面図を示している。
【００２６】
駆動装置１Ａは、例えば超音波アクチュエータとして構成されており、ベース部２と、ベース部２によって保持される一対のガイド棒３（下部ガイド棒３１および上部ガイド棒３２）と、この２本のガイド棒(ガイド部材)３の間に挟まれる振動部４とを備えている。この駆動装置１Ａでは、共振周波数の電圧印加によって共振する振動部３が２本のガイド棒３に沿って移動することにより駆動方向Ｄｋへの駆動が行われる。
【００２７】
ベース部２は、「コ」の字状の外形を有するフレーム部２１と、上部ガイド棒３２を加圧する加圧部材２２とを備えている。
【００２８】
フレーム部２１は、例えば駆動装置１Ａが搭載される装置内に固定されており、その側面２１ｓには、円形状の形状を有し下部ガイド棒３１を固定する下孔２１ａと、両端が円形の長穴を有し上部ガイド棒３２を保持する上孔２１ｂとが形成されている。そして、下孔２１ａには、圧入や接着によって下部ガイド棒３１が固定されるとともに、上孔２１ｂには、上部ガイド棒３２が上下方向Ｕｄに移動可能なように遊挿されている。この上部ガイド棒３２の両端部には、下部ガイド棒３１と平行な状態で上部ガイド棒３２を上下方向Ｕｄに移動させるとともに上孔２１ｂから上部ガイド棒３１が外れるのを防止するリング部材３２ｒが固定されている。なお、リング部材３２ｒに関しては、上部ガイド棒３２と一体として成形しても良い。
【００２９】
加圧部材２２は、例えば板ばねとして構成されており、その一部がフレーム部２１の内壁に固定され適度な加圧力で上部ガイド部材３２を下部ガイド棒３１の方向に付勢する。このような加圧部材２２により、駆動方向Ｄｋに沿って配置される２本のガイド棒３が振動部４の両サイドを加圧状態で挟持できることとなる。なお、加圧部材２２については、板ばねに限らずコイルばねで構成するようにしても良い。
【００３０】
２本のガイド棒３は、円形断面の棒状部材として構成されており、振動部４の移動をガイドするガイド部材として機能する。このガイド棒３は、例えば安価で製造しやすいステンレスなどの金属材料で形成されており、その表面には、振動部４との磨耗を抑えるため焼入れや窒化処理などの表面硬化処理が施されている。なお、表面硬化処理については、窒化クロム(ＣｒＮ)や炭窒化チタン(ＴｉＣＮ)などのセラミックコーティングを施しても良く、またアルミナやジルコニアなどのセラミックを使用して耐磨耗性を向上させても良い。
【００３１】
振動部４の構成について、図２を参照しつつ説明する。
【００３２】
図２は、振動部４の要部構成を示す図である。ここで、図２(ａ)は、振動部４の正面図を示しており、図２(ｂ)は、振動部４の側面図を示している。
【００３３】
振動部４は、略直方体状の形状を有しており、ガイド棒３に当接する当接部４１と、圧電部４２とで構成されている。
【００３４】
当接部４１は、下部ガイド棒３１に当接する２つの突起部４１１、４１２と、上部ガイド棒３２に当接する１つの突起部４１３とを備えている。各突起部４１１〜４１３には、図２(ｂ)に示すように前後方向Ｆｂへの振動部４の移動を防止するために、ガイド棒３と係合するＶ溝４１ｖが形成されている。このように２本のガイド棒３に対して突起部４１１〜４１３の３点で振動部４を支持することにより、ガイド棒３に対する振動部４の姿勢が安定することとなる。すなわち、ガイド棒３に対する振動部４の移動に伴って、１つの突起部４１３のみが接触する上部ガイド棒３２では若干の傾きが生じる可能性があるものの、下孔２１ａに固定された下部ガイド棒３２に対し２つの突起部４１１、４１２で支持される振動部４の姿勢は、常に変化しない。これにより、高精度な位置制御や速度制御が可能になる。
【００３５】
突起部４１１〜４１３は、ガイド棒３との磨耗を低減するために超硬合金やアルミナ、ジルコニアなどのセラミックスで形成されており、エポキシなどの比較的高弾性の接着剤によって圧電部４２に固定されている。
【００３６】
圧電部４２は、例えばＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)などの圧電特性を持つ長方形の圧電セラミックス薄板(以下では「圧電薄板」と略称する)４２１が積層された構造を有しており、圧電薄板４２１の間には、図３(ａ)に示すような２分割された左側内部電極Ｌ１および右側内部電極Ｒ１と、図３(ｂ)に示すような２分割された左側内部電極Ｌ２および右側内部電極Ｒ２とが交互に介挿されている。また、圧電部４２の前面および背面には、４つの外部電極、具体的には左前の外部電極Ｌｆ、左後ろの外部電極Ｌｂ、右前の外部電極Ｒｆおよび右後ろの外部電極Ｒｂが圧電薄板４２１の積層方向に沿って配設されている。なお、これらの外部電極Ｌｆ、Ｌｂ、Ｒｆ、Ｒｂは、銀などの金属からなっており、リード線やフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を介して駆動回路と電気的に接続している(図示省略)。
【００３７】
そして、左前の外部電極Ｌｆには、左側内部電極Ｌ２が電気的に接続されるとともに、左後ろの外部電極Ｌｂには、左側内部電極Ｌ１が電気的に接続されている。また、右前の外部電極Ｒｆには、右側内部電極Ｒ２が電気的に接続されるとともに、右後ろの外部電極Ｒｂには、右側内部電極Ｒ１が電気的に接続されている。
【００３８】
以上のような構成を有する振動部４に対して、振動部４を共振させる高周波（例えば人間の可聴周波数域から外れた超音波領域の周波数）の電圧を駆動回路(不図示)から印加し圧電部４２の圧電薄板４２１で周期的な変位を生じさせると、振動部４２が共振して、例えば図４に示すように下部ガイド棒３１に当接する突起部４１１、４１２には時計回りの楕円軌道を描く回転運動Ｋａが発生し、上部ガイド棒３２に当接する突起部４１３には反時計回りの楕円軌道を描く回転運動Ｋｂが発生する。このように互いに逆方向に回転する回転運動Ｋａ、Ｋｂが振動部４の両端で生じると、ガイド棒３と突起部４１１〜４１３との間に働く摩擦力によって、ガイド棒３に対する駆動力が各突起部４１１〜４１３で発生するため、ガイド棒３に沿った方向Ｄｒに振動部４が移動できることとなる。なお、突起部４１１〜４１３では、加圧部材２２からの加圧力によって生じる垂直抗力と、ガイド棒３に対する摩擦係数とで決まる駆動力が発生する。以下では、圧電部４２の動作について詳しく説明する。
【００３９】
圧電部４２は、共振周波数の電圧印加によって励起される縦(伸縮)一次振動モードおよび屈曲一次振動モードという２種類の固有振動モードを利用することにより突起部４１１〜４１３で回転運動を生じさせる。これらの振動モードについて以下で説明する。
【００４０】
(ｉ)縦一次振動モード
図５(ａ)に縦一次振動モードの変形の様子を示している。電圧無印加時の状態Ｍｏ（破線で図示）に対して全体的に伸長した状態Ｍ１と不図示の収縮した状態を繰り返す。このように振動部４が駆動方向Ｄｋ(図１)に対して垂直方向に伸縮変形を行う一次振動モード（第１の振動モード）が、縦一次振動モードである。
【００４１】
振動部４の圧電部４２において、左前の外部電極Ｌｆおよび左後ろの外部電極Ｌｂの間と、右前の外部電極Ｒｆおよび右後ろの外部電極Ｒｂの間とに同極性の電圧を印加すると、圧電部４２において左半分および右半分の圧電薄板４２１が同期した伸長変形（収縮変形）を行う。従って、左側電極と右側電極とに対して縦一次振動モードの共振周波数で同位相の電圧を印加することにより、縦一次振動モードが励起され、縦方向(伸縮方向)に変位が大きく拡大される。
【００４２】
(ii)屈曲一次振動モード
図５(ｂ)に屈曲一次振動モードの変形の様子を示している。全体に屈曲した状態Ｍ２と不図示の反対に屈曲した状態を繰り返す。このように振動部４が縦一次振動モードでの伸長変形と異なった屈曲変形を行う一次振動モード（第２の振動モード）が、屈曲一次振動モードである。
【００４３】
振動部４の圧電部４２において、左前の外部電極Ｌｆおよび左後ろの外部電極Ｌｂの間と、右前の外部電極Ｒｆおよび右後ろの外部電極Ｒｂの間とに逆極性の電圧を印加すると、圧電部４２において左半分の圧電薄板４２１が伸長（または収縮）する一方、右半分の圧電薄板４２１が収縮（または伸長）するため、圧電部４２は全体として右方向または左方向に屈曲変形することとなる。従って、左側電極と右側電極に対して屈曲一次振動モードの共振周波数で逆位相の電圧を印加することにより、屈曲振動モードが励起され、屈曲方向に変位が大きく拡大される。
【００４４】
以上のような縦一次振動モードの共振周波数と屈曲一次振動モードの共振周波数とを、例えば振動部４の縦横比を調整することで略一致させるとともに、その共振周波数において位相を９０度ずらせた電圧信号(図６参照)を圧電部４２の左半分・右半分に印加して縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを同時に励起することにより、圧電部４２の上下端部に例えば回転運動Ｋａ、Ｋｂ(図４)を発生させることが可能となる。すなわち、振動部４において縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとを励起することにより、振動部４の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動が生じるとともに、振動部４の両サイドそれぞれではサイド全域にわたって回転運動の回転方向が同一となる。
【００４５】
ここで、振動部４の両端で生じる回転運動の回転方向については、一方の電圧信号に対して他方の電圧信号の位相を９０度進ませたり９０度遅らせたりすることで回転方向の反転を行えるため、ガイド棒３に対する振動部４の移動方向を容易に変更できる。
【００４６】
以上の駆動装置１Ａの構成および動作により、振動部４において縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとを励起し、ガイド棒３と接触する振動部４の両サイド、つまり突起部４１１〜４１２と突起部４１３とで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせることで振動部４がガイド棒３に対して移動するため、コンパクトな構成で効率良く駆動出力を取り出すことができる。すなわち、縦一次振動モードの縦振動方向に２本のガイド棒３で振動部４を挟持することにより振動部４の移動方向の寸法(長さ)を小さくできるため、振動部４の駆動ストロークを確保するために必要なガイド棒３の長さが短くなって駆動装置１Ａを小型化できる。
【００４７】
また、駆動装置１Ａでは、振動部４の両端部それぞれで生じる回転運動を利用して駆動力を取出すため、振動体の片端のみから駆動力を取出していた従来のアクチュエータ(例えば特開平７−１４３７７０号公報参照)に比べて、大きな駆動力を取り出すことができる。さらに、振動体の片端から駆動出力を得ていた従来のアクチュエータでは他端にローラやベアリングなどの回転支持機構が必要であったが、本実施形態の駆動装置１Ａでは、そのような回転支持機構が不要である。よって、駆動装置１Ａの小型化が図れるとともに、回転支持機構での回転負荷(ロス)が発生しない。
【００４８】
また、駆動装置１Ａでは、振動部４の両サイドのうち一方のサイドには２個の突起部４１１、４１２が設けられているが、これらの突起部４１１、４１２によりガイド棒３に対する振動部４の姿勢が規制される。これにより、移動する際でも振動部４の姿勢が安定することとなる。
【００４９】
また、ガイド棒３に接触する振動部４の各端部(各サイド)では端面の全領域において回転運動の回転方向が同一であるため、突起部を必ず設ける必要がなく当接部の設計自由度が向上する。以下では、上述した当接部４１と異なる構成を有する当接部について、図７〜図９を参照しつつ説明する。なお、図７〜図９については、(ａ)が振動部の正面図を示しており、(ｂ)が振動部の側面図を示している。
【００５０】
図７に示す当接部４３は、一定の接触長さをもって下部ガイド棒３１に接触する接触部４３１と、上部ガイド棒３２に接触する突起部４３２とを有している。ここで、接触部４３１は、その長手方向（振動部４の移動方向）の長さＬａが振動部４の移動方向の長さＬｂの半分以上であるとともに、突起部４３２は、上述した突起部４１３（図２）と同様の構成を有している。このような構成を有する当接部４３により、下部ガイド棒３１に対して比較的広範囲に接触する接触部４３１によって振動部４が支持されるため、振動部４の姿勢が安定する。
【００５１】
図８に示す当接部４４は、下部ガイド棒３１に当接する接触部４４１と、上部ガイド棒３２に当接する接触部４４２とを有している。ここで、接触部４４１および接触部４４２それぞれは、上記の接触部４３１(図７)と同様の構成を有している。このような構成を有する当接部４４においても、２本のガイド棒３に挟まれる振動部４の姿勢が安定することとなる。
【００５２】
図９に示す当接部４５は、下部ガイド棒３１に接触する接触部４５１と、上部ガイド棒３２に接触する接触部４５２とを有している。ここで、接触部４５１および接触部４５２それぞれは、圧電体断面と同形状の直方体状の形状を有している。そして、ガイド棒３に接触する部分には、突起部４１１〜４１３のようなＶ溝４１ｖ(図２)が形成されておらず、平坦な構造となっている。なお、このように平坦な端面を持つ接触部４では振動部４を規制できないため、振動部４の厚み(奥行き)方向の移動を規制する部材等(規制手段)が別途必要となる。以上のような構成の当接部４５は、圧電部４２の積層構造と一体的であるため、その構造が簡素化されて製造面やコスト面で有利になる。
【００５３】
また、振動部４の圧電部については、図１０〜図１３に示すような構成を有していても良い。図１０、図１２および図１３においては、(ａ)が振動部の正面図を示しており、(ｂ)が振動部の側面図を示している。また、図１２および図１３においては、(ｃ)が振動部の背面図を示している。以下では、図１０〜図１３に示す各当接部の構成を順に説明する。
【００５４】
図１０に示す圧電部４６は、上述した圧電部４２(図２)のように圧電薄板４２１を振動部４の高さ方向（上下方向）に積層するものとは異なり、圧電薄板４６１を振動部４の厚み(奥行き)方向に積層する構成となっている。そして、圧電薄板４６１の間には、図１１(ａ)に示すような２分割された左側内部電極Ｓ１および右側内部電極Ｔ１と、図１１(ｂ)に示すような２分割された左側内部電極Ｓ２および右側内部電極Ｔ２とが交互に介挿されている。また、圧電部４６の左側面および右側面には、４つの外部電極、具体的には左上の外部電極Ｓｕ、左下の外部電極Ｓｄ、右上の外部電極Ｔｕおよび右下の外部電極Ｔｄが圧電薄板４６１の積層方向に沿って配設されている。そして、左上の外部電極Ｓｕには、左側内部電極Ｓ２が電気的に接続されるとともに、左下の外部電極Ｓｄには、左側内部電極Ｓ１が電気的に接続されている。また、右上の外部電極Ｔｕには、右側内部電極Ｔ２が電気的に接続されるとともに、右下の外部電極Ｔｄには、右側内部電極Ｔ１が電気的に接続されている。
【００５５】
以上の構成を有する圧電部４６に外部電極を介し図２の実施例と同様の電圧を印加してガイド棒３に沿った駆動出力を取出す際には、縦一次振動モードの振動方向(縦振動方向)が積層方向と垂直な方向(いわゆる３１方向)であるため、縦振動方向を積層方向(いわゆる３３方向)とする上述の圧電部４２(図２)に比べて駆動量が減少するものの、圧電部４６では圧電薄板４６１の積層数が少なくなるため、上述の圧電部４２より製造面で有利となる。また、圧電薄板を構成する圧電素子は積層方向の引張力に弱いため、圧電部４６は上述の圧電部４２に比べて強度面でも有利となる。
【００５６】
図１２に示す圧電部４７は、図１０の圧電部４６のように複数の圧電薄板４６１が積層されている積層構造でなく、単層(バルク)圧電体４７１として構成されている。そして、圧電部４７の前面には図１２(ａ)に示すような２分割された電極Ｓｆおよび電極Ｔｆが配設され、圧電部４７の背面には図１２(ｃ)に示すような１つの電極ＳＴｂが共通電極として配設されている。
【００５７】
以上の構成を有する圧電部４７に電極を介して図２の実施例と同様の電圧を印加すると、上記の圧電部４６と同様にガイド棒３に沿った駆動出力を取り出せることとなる。なお、圧電部４７においては、圧電薄板４６１の積層構造を有する圧電部４６と同等の駆動量を取出すためには高電圧の電圧印加を必要とするが、圧電部４６よりシンプルな構造であるため、製造面やコスト面で有利となる。
【００５８】
図１３に示す構成は、薄板状の弾性体４８０の前面および背面に圧電薄板４８１、４８２が導電性接着剤などで貼付された構成を有している。また、圧電部４８の前面には図１３(ａ)に示すような２分割された外部電極Ｓｆおよび外部電極Ｔｆが配設され、圧電部４８の背面には図１３(ｃ)に示すような２分割された外部電極Ｓｂおよび外部電極Ｔｂが配設され、外部電極Ｓｆと外部電極Ｔｂ、外部電極Ｔｆと外部電極Ｓｂが共通電極となるように接続される。また、弾性体４８０を全ての圧電薄板の共通電極(ＧＮＤ)とする。弾性体４８０は、振動に係る減衰係数が低く耐磨耗性の高い金属材料、例えば窒化処理が施されたステンレスからなっている。
【００５９】
以上の構成を有する圧電部４８に外部電極を介して図２の実施例と同様の電圧を印加すると、上記の圧電部４６と同様にガイド棒３に沿った駆動出力を取り出せることとなる。そして、弾性体４８０に対して突起部４１ａ〜４１ｃを一体的に形成できるので、製造の簡素化が図れるとともに、弾性体４８０は、減衰の小さい金属材料で構成されることとなるためセラミック等に比べて駆動効率が向上する。
【００６０】
＜第２実施形態＞
＜駆動装置の構成＞
図１４は、本発明の第２実施形態に係る駆動装置１Ｂの要部構成を示す図である。ここで、図１４(ａ)は、駆動装置１Ｂの正面図を示しており、図１４(ｂ)は、駆動装置１Ｂの側面図を示している。
【００６１】
駆動装置１Ｂは、第１実施形態の駆動装置１Ａと類似の構成を有しているが、振動部が異なっている。以下では、駆動装置１Ｂの振動部５の構成について、詳しく説明する。
【００６２】
図１５は、振動部５の要部構成を示す図である。ここで、図５(ａ)は、振動部５の正面図を示しており、図５(ｂ)は、振動部５の側面図を示している。
【００６３】
振動部５は、ガイド棒３に当接する当接部５１と、圧電部５２とで構成されている。
【００６４】
圧電部５２は、駆動方向Ｄｋ(図１４)に対する垂直方向に沿って並列に配置されるとともに、当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部５２ａ、５２ｂを備えている。各伸縮変形部５２ａは、例えばＰＺＴなどの圧電特性を持つ長方形の圧電薄板５２１が内部電極を挟み込みつつ積層されており、いわゆる一般的な積層型圧電素子として構成されている。また、直方体状の各伸縮変形部５２ａ、５２ｂの前面および背面には、第１実施形態と同様の外部電極Ｌｆ、Ｌｂ、Ｒｆ、Ｒｂが配設されている。
【００６５】
当接部５１は、第１実施形態の突起部４１１〜４１３と同様の構成を有する突起部５１１〜５１３と、伸縮変形部５２ａ、５２ｂの両端それぞれをエポキシなどの比較的高弾性の接着剤を用いて固定し連結する連結部５１４、５１５とを備えている。なお、各突起部５１１〜５１３には、第１実施形態と同様に前後方向への振動部５の移動を防止するために、ガイド棒３と係合するＶ溝５１ｖが形成されている。
【００６６】
以上のような構成を有する振動部５では、第１実施形態の振動部４と同様に、共振周波数において励起される縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを利用することにより突起部５１１〜５１３で回転運動を生じさせる。これらの振動モードについて以下で説明する。
【００６７】
(ｉ)縦一次振動モード
図１６(ａ)に縦一次振動モードの変形の様子を示している。電圧無印加時の状態（不図示）に対して全体的に伸長した状態Ｍ１１と不図示の収縮した状態を繰り返す。このように圧電部５２が駆動方向Ｄｋ(図１４)に対して垂直方向に伸縮変形を行う一次振動モード（第１の振動モード）が、縦一次振動モードである。
【００６８】
振動部５の圧電部５２において、外部電極Ｌｆおよび外部電極Ｌｂの間と、外部電極Ｒｆおよび外部電極Ｒｂの間とに同極性の電圧を印加すると、圧電部５２において各伸縮変形部５２ａ、５２ｂが同期した伸長変形（収縮変形）を行う。従って、左側電極と右側電極とに対して縦一次振動モードの共振周波数で同位相の電圧を印加することにより、縦一次振動モードが励起され、縦方向(伸縮方向)に変位が大きく拡大される。
【００６９】
(ii)屈曲一次振動モード
図１６(ｂ)に屈曲一次振動モードの変形の様子を示している。全体に屈曲した状態Ｍ１２と不図示の反対に屈曲した状態を繰り返す。このように圧電部５２が縦一次振動モードでの伸長変形と異なった屈曲変形を行う一次振動モード（第２の振動モード）が、屈曲一次振動モードである。
【００７０】
振動部５の圧電部５２において、外部電極Ｌｆおよび外部電極Ｌｂの間と、外部電極Ｒｆおよび外部電極Ｒｂの間とに逆極性の電圧を印加すると、圧電部５２において伸縮変形部５２ａが伸長（または収縮）する一方、伸縮変形部５２ｂが収縮（または伸長）するため、圧電部５２は全体として右方向または左方向に屈曲変形することとなる。従って、左側電極と右側電極に対して屈曲一次振動モードの共振周波数で逆位相の電圧を印加することにより、屈曲振動モードが励起され、屈曲方向に変位が大きく拡大される。
【００７１】
以上のような縦一次振動モードの共振周波数と屈曲一次振動モードの共振周波数とを略一致させるとともに、その共振周波数において位相を９０度ずらせた電圧信号(図６参照)を各伸縮変形部５２ａ、５２ｂに印加して縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを同時に励起することにより、例えば図４に示す回転運動Ｋａ、Ｋｂを振動部５の上下端部に生じさせ、ガイド棒３に沿った振動部５の移動が可能となる。ここで、振動部５は、２つの独立した伸縮変形部５２ａ、５２ｂを有しているため、各伸縮変形部５２ａ、５２ｂの幅や長さ、伸縮変形部５２ａ、５２ｂの間の距離をパラメータとして縦一次振動モードと屈曲一次振動モードとの共振周波数とを略一致できる。よって、第１実施形態の振動部４に比べて振動部５の設計自由度が増すこととなる。
【００７２】
以上の駆動装置１Ｂの構成および動作により、第１実施形態の駆動装置１Ａと同様の効果を発揮する。さらに、駆動装置１Ｂでは、並列に配置された２つの伸縮変形部５２ａ、５２ｂを用いて縦一次振動モードおよび屈曲一次振動モードを励起するため、振動部５の構成がシンプルになる。
【００７３】
なお、駆動装置１Ｂの伸縮変形部５２ａ、５２ｂについては、例えば振動部の厚み方向（奥行き方向）に積層された積層型圧電素子で構成しても良く、さらに例えば特開２００２−１８５０５５号公報に開示されるロール型の圧電素子として構成されていても良い。
【００７４】
以上で説明した第１実施形態の駆動装置１Ａと第２実施形態の駆動装置１Ｂとは、例えばレンズなどを含む移動体を駆動するのに利用できる。この利用例について、以下で説明する。
【００７５】
図１７は、駆動装置１Ａを用いて移動体６を駆動する構成を説明するための図である。
【００７６】
移動体６は、駆動装置１Ａにおける振動部４の正面上方(図１の紙面上方)に設けられ、ガイド棒３と平行に配置される別のガイド(図示省略)に沿った移動が可能となっている。また、移動体６は、レンズ６１と、レンズ６１を保持するホルダ６２と、ホルダ６２に固定された板ばね６３とを備えている。板ばね６３は、「コ」の字状の外形を有しており、この板ばね６３で振動部４の側面の中央付近を挟むことで振動部４と移動体６とが連結される。なお、振動部４を挟んで保持する板ばね６３の付勢力は、振動部４の振動を阻害しない程度の力量に設定するとともに、板ばね６３と振動部４との間を柔軟な接着剤(例えばゴム系の接着剤)によって接着することで磨耗の低減を図るのが良い。
【００７７】
以上のような構成により、ガイド棒３に対する振動部４の移動に連動して移動体６が駆動されるため、移動体６の駆動系をコンパクトにできる。
【００７８】
＜変形例＞
・上記の各実施形態におけるガイド棒については、単一の材料で構成されるのは必須でなく、防振効果を奏するように複数の材料を組合せて構成するようにしても良い。
【００７９】
図１８は、複数の材料を組合せたガイド棒３Ａの構成を示す図である。ここで、図１８(ａ)は、駆動方向Ｄｋ(図１参照)に平行なガイド棒３Ａの断面図を示しており、図１８(ｂ)は、駆動方向Ｄｋ(図１参照)に垂直なガイド棒３Ａの断面図を示している。
【００８０】
ガイド棒３Ａは、ガイド棒３Ａの外形を形成するパイプ部３３と、パイプ部３３の内部に配設された円柱状の制振部材３４とで構成されている。
【００８１】
パイプ部３３は、円筒状の形状を有しており、金属やセラミックで形成されている。また、制振部材３４は、振動に関して減衰係数の大きい樹脂や、制振合金（例えばＭｎ−Ｃｕ合金やＦｅ−Ｃｒ合金、Ｚｎ−Ａｌ合金など）からなっている。なお、制振部材３４が制振合金の場合には、その外周面とパイプ部３３の内周面とを接着して固定するのが好ましい。一方、制振部材３４が樹脂の場合には、パイプ部３３に対してインサート成型を行っても良い。
【００８２】
ガイド棒は振動部４の振動に伴って加振されるが、この加振によってガイド棒の固有振動が引き起こされる恐れがある。ここで、ガイド棒の固有振動が発生すると、この固有振動と振動部４の端部の回転運動との相互作用によって、駆動力(推力)が低下したり、異音が生じる可能性がある。
【００８３】
このような事態を回避するため、ガイド棒３Ａでは、上述のようにパイプ部３３の中に制振部材３４を挿入する防振構造を採用している。これにより、パイプ部３３が共振するような振動が生じても内部の制振部材３４が振動エネルギーを熱に変換して振動(固有振動)を減衰させるため、駆動装置１Ａの性能劣化を防止できることとなる。
【００８４】
・上記の各実施形態におけるガイド棒については、円形断面を有するのは必須でなく、方形断面など異なる形状の断面を有しても良い。
【００８５】
・上記の各実施形態における駆動装置については、ガイド棒に沿って移動する１個の振動部４を備えるのは必須でなく、２個以上の振動部４を備えても良い。図１９は、２個の振動部４Ａ、４Ｂを備えた駆動装置１Ｃの構成を示す図であるが、各振動部４Ａ、４Ｂごとに電圧を印加することで振動部４Ａ、４Ｂを独立して駆動できる。このような構成を採用すれば、２個の振動部４Ａ、４Ｂを別々に駆動する場合でも１組のガイド棒３で足りるため、コストを低減できることとなる。
【００８６】
・上記の各実施形態における駆動装置については、ガイド棒に対して振動部を移動させるのは必須でなく、例えば図２０に示す駆動装置１Ｄのように振動部４Ｃに対してガイド棒３５、３６を移動させるようにしても良い。ここで、図２０(ａ)は、駆動装置１Ｄの正面図を示しており、図２０(ｂ)は、駆動装置１Ｄの側面図を示している。
【００８７】
駆動装置１Ｄにおいては、振動部４Ｃが固定部ＦＸから伸びる２枚の板ばね７１の間に挟まれて保持されるとともに、振動部４Ｃの両端に当接する２本のガイド棒３５、３６を挟み込む板ばね７２を備えている。
【００８８】
このような構成の駆動装置１Ｄでは、振動部４Ｃに電圧を印加して振動させることにより、例えば振動部４Ｃの両端に回転運動Ｋａ、Ｋｂが生じて、ガイド棒３５、３６（および板ばね７２）が方向Ｄｔに移動することとなる。
【００８９】
・上記の各実施形態の駆動装置においては、リニア駆動を行うのは必須でなく、例えば図２１に示す駆動装置１Ｅのように回転駆動を行うようにしても良い。ここで、図２１(ａ)は、駆動装置１Ｅの平面図を示しており、図２１(ｂ)は、駆動装置１Ｅの側面図を示している。
【００９０】
駆動装置１Ｅは、上述した上部ガイド棒３１および下部ガイド棒３２に対応するリング状のガイド環(ガイド部材)３７、３８と、ガイド環３７、３８に沿って等間隔に配置された３個の振動部４(図２)とを備えている。また、駆動装置１Ｅは、リング状のベース部材２３を備えており、例えば波状ワッシャーとして構成されるリング状の加圧部材２４からの付勢力によって振動部４が上下のガイド環３７、３８に加圧状態で挟持される。ここで、３個の振動部４を固定し、ガイド環３７、３８について同一の回転方向に各振動部４の駆動力が生じるように振動部４への電圧印加を行うと、リング状のガイド環３７〜３８およびベース部材２３が回転軸Ｃｏを中心に回転されることとなる。
【００９１】
以上の構成を有する駆動装置１Ｅにより、ロータ等の回転部材をベース部材２３の内周面で保持するなどしてベース部材２３に連結させれば、振動部４への電圧印加によって回転部材を回転駆動できることとなる。このような駆動装置１Ｅは、例えばカム環などを回転駆動してレンズを直動させる撮像装置等への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る駆動装置１Ａの要部構成を示す図である。
【図２】振動部４の要部構成を示す図である。
【図３】圧電部４２の構成を説明するための図である。
【図４】振動部４の突起部４１１〜４１３に生じる回転運動Ｋａ、Ｋｂを説明するための図である。
【図５】圧電部４２に関する２種類の固有振動モードを説明するための図である。
【図６】圧電部４２に印加する電圧信号を説明するための図である。
【図７】当接部に関する他の構成を説明するための図である。
【図８】当接部に関する他の構成を説明するための図である。
【図９】当接部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１０】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１１】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１２】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１３】圧電部に関する他の構成を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る駆動装置１Ｂの要部構成を示す図である。
【図１５】振動部５の要部構成を示す図である。
【図１６】振動部５に関する２種類の固有振動モードを説明するための図である。
【図１７】駆動装置１Ａを用いて移動体６を駆動する構成を説明するための図である。
【図１８】複数の材料を組合せたガイド棒３Ａの構成を示す図である。
【図１９】２個の振動部４Ａ、４Ｂを備えた駆動装置１Ｃの構成を示す図である。
【図２０】振動部４Ｃに対してガイド棒３３、３４を移動させる駆動装置１Ｄの構成を示す図である。
【図２１】回転駆動を行う駆動装置１Ｅの構成を示す図である。
【図２２】従来技術に係るアクチュエータの動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００９３】
１Ａ〜１Ｅ 駆動装置
２ ベース部
３、３１、３２、３５、３６ ガイド棒
４、４Ａ〜４Ｃ、５ 振動部
６ 移動体
２２ 加圧部材
３３ パイプ部
３４ 制振部材
３７、３８ ガイド環
４１、４３〜４５、５１ 当接部
４２、４６〜４８、５２ 圧電部
５２ａ、５２ｂ 伸縮変形部
４１１〜４１３、５１１〜５１３ 突起部
Ｋａ、Ｋｂ 回転運動
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向への駆動を行う駆動装置であって、
(a)前記所定方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う第１の振動モードと、前記伸縮変形と異なった変形を行う第２の振動モードとを励起可能な振動部と、
(b)前記所定方向に沿って配置され、前記振動部の両サイドを加圧状態で挟持する２のガイド部材と、
を備え、
前記振動部において前記第１の振動モードと前記第２の振動モードとを励起することにより、前記振動部の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせるとともに、
前記回転運動を用いて前記振動部がガイド部材に対し相対的に移動することで前記所定方向への駆動が行われることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記振動部の両サイドそれぞれでは、サイド全域にわたって前記回転運動の回転方向が同一であることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の駆動装置において、
前記第１の振動モードは、前記振動部の伸縮変形に関する一次振動モードであり、前記第２の振動モードは、前記振動部の屈曲変形に関する一次振動モードであることを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の駆動装置において、
前記振動部は、
(a-1)前記所定方向に対する垂直方向に沿って並列に配置され、当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部と、
(a-2)前記一対の伸縮変形部の両端それぞれを連結する連結部材と、
を有し、
前記第１の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する同位相の振動を行うことで励起されるとともに、
前記第２の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する逆位相の振動を行うことで励起されることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、
前記振動部の両サイドのうち少なくとも一方のサイドにより、ガイド部材に対する前記振動部の姿勢が規制されることを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の駆動装置において、
前記少なくとも一方のサイドには、前記ガイド部材に接触する複数の突起が設けられていることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項５に記載の駆動装置において、
前記少なくとも一方のサイドには、一定の接触長さをもって前記ガイド部材に接触する接触部が設けられていることを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の駆動装置において、
前記２のガイド部材それぞれは、
(b-1)前記ガイド部材の外形を形成するパイプ部と、
(b-2)前記パイプ部の内部に配設された制振部材と、
を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項１】
所定方向への駆動を行う駆動装置であって、
(a)前記所定方向に対して垂直方向に伸縮変形を行う第１の振動モードと、前記伸縮変形と異なった変形を行う第２の振動モードとを励起可能な振動部と、
(b)前記所定方向に沿って配置され、前記振動部の両サイドを加圧状態で挟持する２のガイド部材と、
を備え、
前記振動部において前記第１の振動モードと前記第２の振動モードとを励起することにより、前記振動部の両サイドで互いに逆回りとなる回転運動を生じさせるとともに、
前記回転運動を用いて前記振動部がガイド部材に対し相対的に移動することで前記所定方向への駆動が行われることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記振動部の両サイドそれぞれでは、サイド全域にわたって前記回転運動の回転方向が同一であることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の駆動装置において、
前記第１の振動モードは、前記振動部の伸縮変形に関する一次振動モードであり、前記第２の振動モードは、前記振動部の屈曲変形に関する一次振動モードであることを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の駆動装置において、
前記振動部は、
(a-1)前記所定方向に対する垂直方向に沿って並列に配置され、当該垂直方向にそれぞれ伸縮変形が可能な一対の伸縮変形部と、
(a-2)前記一対の伸縮変形部の両端それぞれを連結する連結部材と、
を有し、
前記第１の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する同位相の振動を行うことで励起されるとともに、
前記第２の振動モードは、前記一対の伸縮変形部が伸縮変形に関する逆位相の振動を行うことで励起されることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、
前記振動部の両サイドのうち少なくとも一方のサイドにより、ガイド部材に対する前記振動部の姿勢が規制されることを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の駆動装置において、
前記少なくとも一方のサイドには、前記ガイド部材に接触する複数の突起が設けられていることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項５に記載の駆動装置において、
前記少なくとも一方のサイドには、一定の接触長さをもって前記ガイド部材に接触する接触部が設けられていることを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の駆動装置において、
前記２のガイド部材それぞれは、
(b-1)前記ガイド部材の外形を形成するパイプ部と、
(b-2)前記パイプ部の内部に配設された制振部材と、
を有することを特徴とする駆動装置。
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００７−３２５４６６（Ｐ２００７−３２５４６６Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５５７３４（Ｐ２００６−１５５７３４）
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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