振動型駆動装置
【課題】移動体の方向によらず、移動体の移動の負荷となることなく全ての振動子を移動させるための力の発生源とすることが可能となる振動型駆動装置を提供する。
【解決手段】複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を、楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置し、振動子の接触部材を介して接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置であって、
複数の振動子は、楕円運動によって発生する力の方向と平行な回転軸を中心として回転可能に構成された回転手段を備え、
移動体の移動方向と回転軸とのなす角が所定の角度より大きい範囲に位置する振動子を回転手段によって傾いた状態とし、振動子に突き上げモードの振動を励振する一方、該なす角が所定の角度より小さい範囲に位置する振動子の楕円運動により移動体を移動させる。
【解決手段】複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を、楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置し、振動子の接触部材を介して接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置であって、
複数の振動子は、楕円運動によって発生する力の方向と平行な回転軸を中心として回転可能に構成された回転手段を備え、
移動体の移動方向と回転軸とのなす角が所定の角度より大きい範囲に位置する振動子を回転手段によって傾いた状態とし、振動子に突き上げモードの振動を励振する一方、該なす角が所定の角度より小さい範囲に位置する振動子の楕円運動により移動体を移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置に関する。特に、カメラや双眼鏡などの光学装置の手ぶれを補正する機構やテーブルへの適用に好適な振動型駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、特許文献１では、つぎのような駆動装置が提案されている。
すなわち、この駆動装置では、弾性体と電気−機械エネルギー変換素子とを組み合わせた複数の振動子と、前記複数の振動子を保持する固定部と、前記複数の振動子と接触して異なる複数の方向に摩擦駆動される移動体とを備える。
そして、これらにより複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させることが可能に構成されている。
このような駆動装置について、図１８を用いて具体的に説明する。
図１８（ａ）において、振動子１０１〜１０３はそれぞれ異なる方向（矢印Ｍ１１〜Ｍ１３）に駆動力を発生させて移動体１０４を移動させる。
これら駆動力が力ベクトルの合成として前記移動体１０４に作用することにより、図１８（ｂ）の矢印Ｍｓの方向に前記移動体１０４が移動する。
図１８では矢印Ｍｓの方向に移動するように矢印Ｍ１１〜Ｍ１３の方向に各振動子に駆動力を発生させている例であるが、移動体の移動方向は各振動子が励振する駆動力による力ベクトルの合成により任意の方向に移動させることが可能である。
また、特許文献２では、複数の振動子を用いて異なる複数の方向に駆動が可能な位置決め装置及び負荷の低減方法が提案されている。
この特許文献２では、振動子を複数用いて移動体を多方向に駆動させる際、つぎのようにして振動子の負荷を低減するようにしている。
移動体を動かすための複数の振動子の少なくとも一つには移動体の表面に平行な力を与え、それ以外の少なくとも一つには移動体の表面に垂直な振動（突上げモードの振動）のみを行うように、これらを同時に制御することで負荷を低減するようにしている。
また、垂直な振動の周期を制御し、平行な力が移動体にかかるときは垂直な振動を行う振動子が移動体から離れるようにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２５５０３号公報
【特許文献２】特表２００７−５２４３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した従来例である特許文献１のものにおいては、移動体を移動させる方向に力を作用させている振動子に対して、例えば直交する方向に配された移動体に力を作用させていない振動子が移動体と接触していると、移動体の移動に対する負荷となる。
これに対して、特許文献２のものでは、移動体を動かすため移動体の表面に平行な力を与えている振動子以外のものは、移動体の表面に垂直な振動のみを与えることで、移動の負荷の軽減が図られている。
しかしながら、該移動体に与えられる垂直な振動だけでは振動子と移動体との間が完全な非接触状態とすることはできないことから、負荷を全て除去することは困難である。また、移動体の表面に垂直な振動のみを与えるタイミングを制御し、移動体表面に平行な力が加わる時、移動体の表面に垂直な振動を与える振動子が移動体と非接触状態となるようにした特許文献２の実施例の構成でも、常に非接触状態を保つことは困難である。
すなわち、このような構成では移動体と振動子との接触状態が接触面の形状、振動子の振動振幅、移動体の質量、移動体と振動子との接触面の剛性、等に依存すると考えられ、常に非接触状態を保つようにすることは困難である。
したがって、特許文献２のものにおいても、移動体の表面に垂直な振動を与える振動子と移動体との接触によって、移動体の移動の負荷となるという課題を有している。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置を構成するに当たり、
移動体の方向によらず、移動体の移動の負荷となることなく全ての振動子を移動させるための力の発生源とすることが可能となる振動型駆動装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の振動型駆動装置は、少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と接触部材とを有し、
前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に平行な方向に変位させる振動を主とする送りモードの振動と、前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に垂直な方向に変位させる振動を主とする突き上げモードの振動との合成によって、
前記接触部材に楕円運動が生成可能に構成された振動子を複数備え、
前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を、前記楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置し、該楕円運動により該振動子の接触部材を介して接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置であって、
前記複数の振動子は、前記楕円運動によって発生する力の方向と平行な回転軸を中心として回転可能に構成された回転手段を備え、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より大きい範囲に位置する振動子を前記回転手段によって傾いた状態とし、該振動子に突き上げモードの振動を励振する一方、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より小さい範囲に位置する振動子の楕円運動により前記移動体を移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置を構成するに当たり、
移動体の方向によらず、移動体の移動の負荷となることなく全ての振動子を移動させるための力の発生源とすることが可能となる振動型駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１における移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における振動型駆動装置の振動子保持部の回転状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例１における振動型駆動装置の移動体の移動方向と振動子の回転との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例２における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における振動型駆動装置の振動子保持部の回転状態を示す図である。
【図７】本発明の実施例３における振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図８】本発明の実施例３における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図９】（ａ）は本発明の実施例３における振動型駆動装置の振動子保持部の回転状態を示す図であり、（ｂ）は振動子保持部の回転中心の望ましい位置を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例４における振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図１１】本発明の実施例４における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４における振動型駆動装置の保持部の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例５における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例５における振動型駆動装置の振動子保持部の回転を示す図である。
【図１５】本発明の実施例６における振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図１６】本発明の実施例６における振動型駆動装置の移動体の移動方向と振動子の回転との関係を説明する図である。
【図１７】図１４（ａ）は本発明における振動子の基本構成を説明する図であり、図１４（ｂ）は本発明における二つの曲げ振動モードによる異なる定在波振動の合成により楕円運動を発生させる原理について説明する図である。
【図１８】特許文献１における移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置の駆動原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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】
【００１０】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置の構成例について、図１、図２を用いて説明する。
なお、図２（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図２（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図１において、振動子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは本実施例において複数備えられた振動子である。また、６は前記振動子１を固定する振動子支持部、２は前記振動子支持部６を支持するベース部である。
図２において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５とからなる。前記振動子１は振動子保持部６に固定され、前記振動子保持部６はシャフト７を介して前記シャフト７を軸として回転可能な状態で前記ベース部２に支持されている。
ここで、振動子の駆動基本構成を簡単に説明する。図１７（ａ）は本実施例に搭載の物と同等の振動子の基本構成を示した図である。
本実施例では突起部が一つであるが駆動原理は同等であり、図１７（ａ）のように複数の突起を配置しても良く、また接触部材を構成するものであればこのような突起部に限られるものではない。
なお、これらの駆動方法については、例えば特開２００４−３２０８４６号公報などに詳細に記載されている。
【００１１】
ここで、二つの曲げ振動モードによる異なる定在波振動の合成により楕円運動を生成可能とする原理について説明する。
図１７（ｂ−１）、（ｂ−２）は振動子の異なる定在波振動による二つの曲げ振動モードを表した図である。
図１７（ｂ−１）における振動モードは、二つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（送りモードとする）を表している。
この送りモードは、矩形の振動子１０６の長辺方向（矢印Ｘ方向）における二次の屈曲運動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）と平行な３本の節を有している。
ここで、突起部１０８は送りモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、送りモードの振動により矢印Ｘ方向（＝電気−機械エネルギー変換素子が弾性体に接合された面と平行な方向）で往復運動を行う。
また、図１７（ｂ−２）に示す振動モードは二つの曲げ振動モードの内他方の曲げ振動モード（突上げモードと呼ぶ）を表している。
この突上げモードは、矩形の振動子１０６の短辺方向（矢印Ｙ方向）における一次の屈曲振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）と平行な２本の節を有している。ここで、送りモードにおける節と突上げモードにおける節は、ＸＹ平面内において略直交するようになっている。
また、突起部１０８は突上げモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、突上げモードの振動により矢印Ｚ方向（＝電気−機械エネルギー変換素子が弾性体に接合された面と垂直な方向）に往復運動を行う。
上述した送りモードと突上げモードの振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部１０８の先端にこれらの異なる定在波振動の合成により楕円運動を発生させる。そして、図１７（ｂ−１）の矢印Ｘ方向（＝電気−機械エネルギー変換素子が接合された面と平行な方向）の駆動力を与えている。
【００１２】
図３（ａ）において、移動体１４が矢印Ａの方向に動くとき、前記振動子１と前記振動子保持部６は前記突起部５と前記移動体１４との接触面に生じる摩擦力により前記シャフト７を軸に回転し傾いた状態となる。そして、振動子が傾いた状態で前記振動子１に前述の突上げモードの振動（矢印Ｂの方向）を発生させる。
このとき、図３（ｂ）に示すように前記突起部５に矢印Ｂの方向に駆動力が励振される。そして、さらに励振された駆動力は前記移動体１４の表面に垂直な方向（矢印Ｃの方向）の力ベクトルと、前記移動体１４の表面と平行な方向（矢印Ｄの方向）の力ベクトルと、に分解される。
これらの力ベクトルのうち、前記移動体１４の表面に垂直な方向の力ベクトルは駆動力としては寄与せず前記移動体１４の表面と平行な方向の力ベクトルが駆動力として前記移動体１４を矢印Ａ方向に駆動する力として前記移動体１４に作用する。
以上のように、前記振動子１が回転し傾いた状態で前記振動子１に突上げ振動を励振すると図３（ｂ）の矢印Ａの方向に前記移動体１４に駆動力を与えることができる。
【００１３】
このとき、前記突起部５と前記移動体１４との接触状態を安定させるため前記突起部５の先端を円弧形状とし、その曲率半径が前記シャフト７の中心から前記突起部５の先端までの距離以下であることが望ましい。
このようにすることで前記振動子１が回転した時に前記突起部５と前記移動体１４との接触部が前記移動体１４の接触面よりも振動子側に変位するため、前記子振動子１が回転した時に前記突起部５が前記移動体１４に沈み込んで負荷となってしまうことが無くなる。
さらに、曲率半径を前記シャフト７の中心から前記突起部５の先端までの距離に等しくすると、前記振動子１が回転したときに前記突起部５と前記移動体１４との接触面と、前記シャフト７の中心との間の距離が変わらない。そのため、一定の接触状態を維持でき、安定した駆動力が得られる。
【００１４】
また、前記シャフト７と移動体の移動方向とが直交するときだけ回転するようにすると、図１の全ての振動子１−ａ〜１−ｄが回転せずに突起部に楕円運動を励振する状態が存在する。
その状態では、従来例のように突上げ振動のみで負荷低減を狙う時と同様に少なくとも一つの振動子が負荷となる。
そこで、図４（ａ）において後述する方法で移動体（非図示）が前記ベース部２の中心から見て移動体の移動方向と振動子１−ｂ、１−ｄの回転軸との成す角度が４５°以上となる範囲（斜線部）を移動体が移動するときに、つぎのような駆動方法を採る。
すなわち、振動子１−ｂと振動子１−ｄを回転させて前記振動子１−ｂと１−ｄとの夫々の突起部に突上げ振動を励振させる一方、振動子１−ａと振動子１−ｃを回転させずに夫々の突起部に楕円運動を励振させる。
この状態においては、前記移動体が前記斜線部の方向に移動するときに回転した前記振動子１−ｂと前記振動子１−ｄが前記移動体に駆動力として作用するため前記振動子１−ｂと１−ｄが移動の負荷とならない。
斜線部でない方向に移動するときは前記振動子１−ａ、１−ｃを回転させて夫々の突起部に突上げ振動を励振させ、前記振動子１−ｂ、１−ｄを回転させずに夫々の突起部に楕円運動を励振させる。
【００１５】
ここで、４５°以上が望ましい理由について述べる。
図４（ｂ）は移動体の移動方向と振動子の回転軸とのなす角度と、各振動子が移動体に与える駆動力との関係を示している。
縦軸は、振動子が移動体に最も大きな力を与えられる時を１としてプロットしている。
曲線Ｌ１は移動体に与えられる振動子突起部の楕円運動による駆動力（以下、Ｐ１とする）、曲線Ｌ２は移動体に与えられる前述の回転した振動子突起部の突上げ振動による駆動力（以下、Ｐ２とする）を示している。
曲線Ｌ３はＬ２と同様に移動体に与えられる回転した振動子突起部の突上げ振動による駆動力（以下、Ｐ３とする）で、Ｐ３＜Ｐ２の時の違いを示している。
図４（ｂ）のように、Ｐ１は移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が０°のとき最大となり、Ｐ２は移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が９０°のときが最大となっている。
これらの力が釣り合うのは移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が４５°のときであり、このときは４５°のときに振動子を傾けて駆動方法を切り替えると振動子の駆動力を最大限生かすことができる。
なお、実際の振動子の突上げ振動による駆動力は楕円運動による駆動力以下である。そのため、曲線Ｌ１と曲線Ｌ３との交点のように移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が４５°以上のところで楕円運動による駆動力と突上げ振動による駆動力とを切り替えるのが最適である。
【００１６】
以上のことから、移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が４５°以上のとき振動子を回転させることが望ましい。
【００１７】
図４の斜線部の範囲で振動子を傾ける方法として、前記シャフト７とベース部２との間に粘性などを設けることで、所定の摩擦力以上の力で振動子が回転するようにして傾くか否かを設定することができる。
また、前記シャフト７とベース部２との間に粘性を持たせることで傾き量を調整することができる。
また、前記シャフト７と前記ベース部２との接続部に他のアクチュエータを配置して他のアクチュエータの駆動力で傾くようにしてもよい。
【００１８】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図５を用いて説明する。
実施例１では回転軸を振動子の突起が設けられている振動子の面側の反対側の面側に設けられているのに対し、本実施例では、回転軸を振動子の突起を設けた面と同じ側に来るように構成されている。
なお、図５（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図５（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図５において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。前記振動子１は振動子保持部８に固定され、前記保持部８はシャフト９を介して前記ベース部２に接続されている。
複数の振動子の配置は実施例１と同じく図１のように配置されている。
【００１９】
図６において、移動体１４が矢印Ａの方向に動くとき、前記振動子１と前記保持部６は前記突起部５と前記移動体１４との接触面に生じる摩擦力によりシャフト９を軸として回転し傾いた状態となる。
さらに振動子が傾いた状態において振動子１に前述の突上げモードの振動を発生させることにより前記突起部５に矢印Ｂの方向の振動が発生し、この振動がきつつきのように前記移動体１４を叩くことにより矢印Ａの方向に駆動力を与えることが可能となる。
実施例１と同様に前記突起部５の先端を円弧形状とすることが望ましい。
【００２０】
本実施例においても、実施例１と同様に前記シャフト９と前記ベース部との間に粘性を設けるなどして駆動軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時振動子が傾くようにするのが望ましい。
また、実施例１と同様振動子を傾けるためのアクチュエータを別途配置しても良い。
実施例１では回転軸を振動子の突起が設けられている振動子の面側の反対側の面側に設けられているため、回転したときの突起部の変位量が大きくなってしまい回転したときの接触状態が変化し易い。
これに対して、本実施例では回転軸を振動子の突起を設けた面と同じ側に来るようにしているため、突起部の変位量を小さくすることができ、また薄型化が可能となる。
【００２１】
［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図７、図８を用いて説明する。
なお、図８（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図８（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図７において、振動子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは本発明における振動子、１０は前記振動子を保持する振動子保持ユニット、２は前記振動子保持ユニットを固定するベース部である。
【００２２】
図８において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。前記振動子１は振動子保持ユニット１０に固定されている。
前記振動子保持ユニット１０は前記振動子１を支持する面と反対側の面が円弧形状となっている振動子固定部１１と、前記振動子固定部１１を円弧状の面で支持する支持部材１２とからなり、前記支持部材１２がベース部２に固定されている。
前記振動子固定部１１の前記支持部材１２との接触面近傍には磁石１５が接合され、前記支持部材１２の内部にはコイル１６、１７が固定されている。
移動体の移動方向に応じて前記コイル１６またはコイル１７のどちらか一方に電流を流すことで磁気力が発生し、前記振動子１及び前記振動子１を固定する振動子固定部１１が回転軸１３を中心として回転するようになっている。
本実施例では磁石とコイルを利用して振動子を回転させる駆動源としているが、サーボモータ等、他のアクチュエータを用いて振動子を傾けてもよい。
【００２３】
図９（ａ）において、移動体１４が矢印Ａの方向に動くとき、前記振動子１と前記振動子固定部材１１はアクチュエータにより回転し傾いた状態となる。
さらに、振動子が傾いた状態において振動子１に前述の突上げモードの振動を発生させることにより突起部５に矢印Ｂの方向の振動が発生する。そして、この振動が実施例１と同様に、きつつきのように前記移動体１４を叩くことにより矢印Ａの方向に駆動力を与えることが可能となる。
本実施例においても、実施例１と同様に駆動軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時に振動子が傾くようにするのが望ましく、本実施例では移動方向に応じたコイルに流す電流量の制御で実現可能となる。
【００２４】
実施例１、２では回転軸となるシャフト部材を振動子保持部に設けてありシャフト部材の大きさのため、駆動に干渉しない回転軸の位置に限界がある。
これに対して、本実施例では回転軸が前記振動子固定部１１の前記振動子１を保持する面と反対側に設けられた円弧の曲率半径で決まる。そのため回転軸の中心の自由度が高く、前記突起部５と前記移動体１４との接触面により近いところまで持っていけるため接触状態の安定性をより高められる。
また、回転にアクチュエータを用いるため確実に所定の角度に変更させることができる。しかし、回転軸の位置決めには注意が必要である。
【００２５】
図９（ｂ）は突起部５と移動体１４との接触面を回転軸として振動子が回転した図である。
前記突起部５と前記移動体１４との接触面を回転軸とすると、前記突起部５の端部が前記移動体１４の表面に沈み込んでしまうという問題があり、回転軸が前記接触面よりも移動体側にあるときは更に沈み込みが大きくなる。
以上のように、振動子の回転軸は突起部と移動体との接触面よりも振動子側にあることが望ましい。
【００２６】
［実施例４］
実施例４として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図１０、図１１を用いて説明する。
なお、図１１（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図１１（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図１０において、振動子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは本発明における振動子、１８は前記振動子を保持する振動子保持部、２はベース部であり、前記振動子保持部１８はバネ１９を介して前記ベース部２に接続されている。
図１１において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。前記振動子１は前記振動子保持部１８に固定されている。
前記振動子保持部１８はバネ１９を介してベース部２に接続されている。
【００２７】
図１２において、前記バネ１９は前記ベース２に接続される回転用梁部２０と、前記振動子保持部１８に接続される振動子保持用梁部２１とを設けてある。前記回転用梁部２０は、前記振動子保持用梁部２１よりも幅を狭く、且つ厚みを薄くしてあるため、前記突起部５の楕円運動により発生する力の方向と平行な軸方向を中心とする回転は容易に起こるが、前記力の方向と垂直な軸方向を中心とする回転は起こらない。振動子が回転した状態の駆動方式は他の実施例と同様である。
本実施例においても、実施例１と同様に駆動軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時振動子が傾くようにするのが望ましく、バネ剛性の調整で振動子が傾くか否かを設定することが可能となる。
実施例１〜３では回転用の部材としてシャフトやステージなどの厚みがあるものを用いているため大きくなるが、本実施例では回転部に厚みの薄いバネを用いているため薄型・小型化が可能となる。
【００２８】
［実施例５］
実施例５として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図１３を用いて説明する。
図１３は本実施例における振動子と駆動源を側面から見た図である。
図１３において、振動子１は弾性体３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。
前記振動子１は 磁性体からなる振動子保持部２２に保持されている。前記振動子保持部２２はシャフト２３を介して固定部２に接続されており、前記シャフト２３はバネ性を持っており図１７（ａ）に示す中立の状態に復帰するようになっている。
前記振動子保持部２２の前記振動子１を保持する面と反対側の面の近傍に電磁石２４、２５が配置されている。
前記電磁石２４か２５のどちらかに電流を流すことにより、電磁石に磁力が発生し、図１４のように前記振動子保持部２２が前記電磁石２５に吸引され、前記シャフト２３を中心に回転し前記電磁石２５に接触した状態で固定される。本実施例では電磁石を用いているが、回転後の振動子を固定部に接触させて維持する形態であれば駆動源は静電力やアクチュエータなどでも良い。また、シャフトの変わりにバネを用いても良い。
駆動時の挙動、移動体の方向と傾きに関しては他の実施例に準ずる。
実施例１〜４では回転後の振動子の姿勢維持が難しいが、本実施例では物理的にストッパーがかかるため、回転後の姿勢維持が容易となる。
【００２９】
［実施例６］
実施例６として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図１５を用いて説明する。
図１５において、振動子１−Ａ、１−Ｂ、１−Ｃは本発明における振動子、２６は前記振動子を保持する振動子保持部、２７は３軸用ベース部である。
前記振動子保持部２６は前記振動子１を回転する機構をもっており、その機構は実施例１−５にあげた機構の何れか一つと同一である。
図１６において、回転軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時、例えばベース部の中心から見た移動体（非図示）の移動方向が実線の描かれたエリアの方向に移動される時は前記振動子１−Ａが回転する。
同様に、２点鎖線の描かれたエリアに移動体が移動される時は前記振動子１−Ｂが、１点鎖線の描かれたエリアに移動体が移動される時は前記振動子１−Ｃが回転する。
二つのエリアが重なる部分では該当する二つの振動子が回転するようになっている。
以上のようにすると、振動子が三つの時でも他の実施例と同様に移動体の移動方向と回転軸との成す角が４５°より大きいときに振動子が回転するようにすることが可能となる。
移動体が移動した時の振動子の回転や挙動は実施例１−５の時と同様である。
実施例１−５では振動子が４つあるため消費電力が大きくなってしまうが、本実施例では振動子が三つであるため消費電力を押さえることが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１：振動子
２：ベース部
３：弾性板
４：電気−機械エネルギー変換素子
５：突起部
６：振動子保持部
７：シャフト
８：振動子保持部
９：シャフト
１０：振動子保持ユニット
１１：振動子固定部
１２：支持部材
１３：実施例３の機構の回転軸
１４：移動体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置に関する。特に、カメラや双眼鏡などの光学装置の手ぶれを補正する機構やテーブルへの適用に好適な振動型駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、特許文献１では、つぎのような駆動装置が提案されている。
すなわち、この駆動装置では、弾性体と電気−機械エネルギー変換素子とを組み合わせた複数の振動子と、前記複数の振動子を保持する固定部と、前記複数の振動子と接触して異なる複数の方向に摩擦駆動される移動体とを備える。
そして、これらにより複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させることが可能に構成されている。
このような駆動装置について、図１８を用いて具体的に説明する。
図１８（ａ）において、振動子１０１〜１０３はそれぞれ異なる方向（矢印Ｍ１１〜Ｍ１３）に駆動力を発生させて移動体１０４を移動させる。
これら駆動力が力ベクトルの合成として前記移動体１０４に作用することにより、図１８（ｂ）の矢印Ｍｓの方向に前記移動体１０４が移動する。
図１８では矢印Ｍｓの方向に移動するように矢印Ｍ１１〜Ｍ１３の方向に各振動子に駆動力を発生させている例であるが、移動体の移動方向は各振動子が励振する駆動力による力ベクトルの合成により任意の方向に移動させることが可能である。
また、特許文献２では、複数の振動子を用いて異なる複数の方向に駆動が可能な位置決め装置及び負荷の低減方法が提案されている。
この特許文献２では、振動子を複数用いて移動体を多方向に駆動させる際、つぎのようにして振動子の負荷を低減するようにしている。
移動体を動かすための複数の振動子の少なくとも一つには移動体の表面に平行な力を与え、それ以外の少なくとも一つには移動体の表面に垂直な振動（突上げモードの振動）のみを行うように、これらを同時に制御することで負荷を低減するようにしている。
また、垂直な振動の周期を制御し、平行な力が移動体にかかるときは垂直な振動を行う振動子が移動体から離れるようにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２５５０３号公報
【特許文献２】特表２００７−５２４３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した従来例である特許文献１のものにおいては、移動体を移動させる方向に力を作用させている振動子に対して、例えば直交する方向に配された移動体に力を作用させていない振動子が移動体と接触していると、移動体の移動に対する負荷となる。
これに対して、特許文献２のものでは、移動体を動かすため移動体の表面に平行な力を与えている振動子以外のものは、移動体の表面に垂直な振動のみを与えることで、移動の負荷の軽減が図られている。
しかしながら、該移動体に与えられる垂直な振動だけでは振動子と移動体との間が完全な非接触状態とすることはできないことから、負荷を全て除去することは困難である。また、移動体の表面に垂直な振動のみを与えるタイミングを制御し、移動体表面に平行な力が加わる時、移動体の表面に垂直な振動を与える振動子が移動体と非接触状態となるようにした特許文献２の実施例の構成でも、常に非接触状態を保つことは困難である。
すなわち、このような構成では移動体と振動子との接触状態が接触面の形状、振動子の振動振幅、移動体の質量、移動体と振動子との接触面の剛性、等に依存すると考えられ、常に非接触状態を保つようにすることは困難である。
したがって、特許文献２のものにおいても、移動体の表面に垂直な振動を与える振動子と移動体との接触によって、移動体の移動の負荷となるという課題を有している。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置を構成するに当たり、
移動体の方向によらず、移動体の移動の負荷となることなく全ての振動子を移動させるための力の発生源とすることが可能となる振動型駆動装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の振動型駆動装置は、少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と接触部材とを有し、
前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に平行な方向に変位させる振動を主とする送りモードの振動と、前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に垂直な方向に変位させる振動を主とする突き上げモードの振動との合成によって、
前記接触部材に楕円運動が生成可能に構成された振動子を複数備え、
前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を、前記楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置し、該楕円運動により該振動子の接触部材を介して接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置であって、
前記複数の振動子は、前記楕円運動によって発生する力の方向と平行な回転軸を中心として回転可能に構成された回転手段を備え、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より大きい範囲に位置する振動子を前記回転手段によって傾いた状態とし、該振動子に突き上げモードの振動を励振する一方、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より小さい範囲に位置する振動子の楕円運動により前記移動体を移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の振動子と接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置を構成するに当たり、
移動体の方向によらず、移動体の移動の負荷となることなく全ての振動子を移動させるための力の発生源とすることが可能となる振動型駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１における移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における振動型駆動装置の振動子保持部の回転状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例１における振動型駆動装置の移動体の移動方向と振動子の回転との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例２における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における振動型駆動装置の振動子保持部の回転状態を示す図である。
【図７】本発明の実施例３における振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図８】本発明の実施例３における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図９】（ａ）は本発明の実施例３における振動型駆動装置の振動子保持部の回転状態を示す図であり、（ｂ）は振動子保持部の回転中心の望ましい位置を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例４における振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図１１】本発明の実施例４における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４における振動型駆動装置の保持部の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例５における振動型駆動装置の振動子と保持部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例５における振動型駆動装置の振動子保持部の回転を示す図である。
【図１５】本発明の実施例６における振動型駆動装置の振動子の配置とベース部を示す図である。
【図１６】本発明の実施例６における振動型駆動装置の移動体の移動方向と振動子の回転との関係を説明する図である。
【図１７】図１４（ａ）は本発明における振動子の基本構成を説明する図であり、図１４（ｂ）は本発明における二つの曲げ振動モードによる異なる定在波振動の合成により楕円運動を発生させる原理について説明する図である。
【図１８】特許文献１における移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置の駆動原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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】
【００１０】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置の構成例について、図１、図２を用いて説明する。
なお、図２（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図２（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図１において、振動子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは本実施例において複数備えられた振動子である。また、６は前記振動子１を固定する振動子支持部、２は前記振動子支持部６を支持するベース部である。
図２において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５とからなる。前記振動子１は振動子保持部６に固定され、前記振動子保持部６はシャフト７を介して前記シャフト７を軸として回転可能な状態で前記ベース部２に支持されている。
ここで、振動子の駆動基本構成を簡単に説明する。図１７（ａ）は本実施例に搭載の物と同等の振動子の基本構成を示した図である。
本実施例では突起部が一つであるが駆動原理は同等であり、図１７（ａ）のように複数の突起を配置しても良く、また接触部材を構成するものであればこのような突起部に限られるものではない。
なお、これらの駆動方法については、例えば特開２００４−３２０８４６号公報などに詳細に記載されている。
【００１１】
ここで、二つの曲げ振動モードによる異なる定在波振動の合成により楕円運動を生成可能とする原理について説明する。
図１７（ｂ−１）、（ｂ−２）は振動子の異なる定在波振動による二つの曲げ振動モードを表した図である。
図１７（ｂ−１）における振動モードは、二つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（送りモードとする）を表している。
この送りモードは、矩形の振動子１０６の長辺方向（矢印Ｘ方向）における二次の屈曲運動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）と平行な３本の節を有している。
ここで、突起部１０８は送りモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、送りモードの振動により矢印Ｘ方向（＝電気−機械エネルギー変換素子が弾性体に接合された面と平行な方向）で往復運動を行う。
また、図１７（ｂ−２）に示す振動モードは二つの曲げ振動モードの内他方の曲げ振動モード（突上げモードと呼ぶ）を表している。
この突上げモードは、矩形の振動子１０６の短辺方向（矢印Ｙ方向）における一次の屈曲振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）と平行な２本の節を有している。ここで、送りモードにおける節と突上げモードにおける節は、ＸＹ平面内において略直交するようになっている。
また、突起部１０８は突上げモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、突上げモードの振動により矢印Ｚ方向（＝電気−機械エネルギー変換素子が弾性体に接合された面と垂直な方向）に往復運動を行う。
上述した送りモードと突上げモードの振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部１０８の先端にこれらの異なる定在波振動の合成により楕円運動を発生させる。そして、図１７（ｂ−１）の矢印Ｘ方向（＝電気−機械エネルギー変換素子が接合された面と平行な方向）の駆動力を与えている。
【００１２】
図３（ａ）において、移動体１４が矢印Ａの方向に動くとき、前記振動子１と前記振動子保持部６は前記突起部５と前記移動体１４との接触面に生じる摩擦力により前記シャフト７を軸に回転し傾いた状態となる。そして、振動子が傾いた状態で前記振動子１に前述の突上げモードの振動（矢印Ｂの方向）を発生させる。
このとき、図３（ｂ）に示すように前記突起部５に矢印Ｂの方向に駆動力が励振される。そして、さらに励振された駆動力は前記移動体１４の表面に垂直な方向（矢印Ｃの方向）の力ベクトルと、前記移動体１４の表面と平行な方向（矢印Ｄの方向）の力ベクトルと、に分解される。
これらの力ベクトルのうち、前記移動体１４の表面に垂直な方向の力ベクトルは駆動力としては寄与せず前記移動体１４の表面と平行な方向の力ベクトルが駆動力として前記移動体１４を矢印Ａ方向に駆動する力として前記移動体１４に作用する。
以上のように、前記振動子１が回転し傾いた状態で前記振動子１に突上げ振動を励振すると図３（ｂ）の矢印Ａの方向に前記移動体１４に駆動力を与えることができる。
【００１３】
このとき、前記突起部５と前記移動体１４との接触状態を安定させるため前記突起部５の先端を円弧形状とし、その曲率半径が前記シャフト７の中心から前記突起部５の先端までの距離以下であることが望ましい。
このようにすることで前記振動子１が回転した時に前記突起部５と前記移動体１４との接触部が前記移動体１４の接触面よりも振動子側に変位するため、前記子振動子１が回転した時に前記突起部５が前記移動体１４に沈み込んで負荷となってしまうことが無くなる。
さらに、曲率半径を前記シャフト７の中心から前記突起部５の先端までの距離に等しくすると、前記振動子１が回転したときに前記突起部５と前記移動体１４との接触面と、前記シャフト７の中心との間の距離が変わらない。そのため、一定の接触状態を維持でき、安定した駆動力が得られる。
【００１４】
また、前記シャフト７と移動体の移動方向とが直交するときだけ回転するようにすると、図１の全ての振動子１−ａ〜１−ｄが回転せずに突起部に楕円運動を励振する状態が存在する。
その状態では、従来例のように突上げ振動のみで負荷低減を狙う時と同様に少なくとも一つの振動子が負荷となる。
そこで、図４（ａ）において後述する方法で移動体（非図示）が前記ベース部２の中心から見て移動体の移動方向と振動子１−ｂ、１−ｄの回転軸との成す角度が４５°以上となる範囲（斜線部）を移動体が移動するときに、つぎのような駆動方法を採る。
すなわち、振動子１−ｂと振動子１−ｄを回転させて前記振動子１−ｂと１−ｄとの夫々の突起部に突上げ振動を励振させる一方、振動子１−ａと振動子１−ｃを回転させずに夫々の突起部に楕円運動を励振させる。
この状態においては、前記移動体が前記斜線部の方向に移動するときに回転した前記振動子１−ｂと前記振動子１−ｄが前記移動体に駆動力として作用するため前記振動子１−ｂと１−ｄが移動の負荷とならない。
斜線部でない方向に移動するときは前記振動子１−ａ、１−ｃを回転させて夫々の突起部に突上げ振動を励振させ、前記振動子１−ｂ、１−ｄを回転させずに夫々の突起部に楕円運動を励振させる。
【００１５】
ここで、４５°以上が望ましい理由について述べる。
図４（ｂ）は移動体の移動方向と振動子の回転軸とのなす角度と、各振動子が移動体に与える駆動力との関係を示している。
縦軸は、振動子が移動体に最も大きな力を与えられる時を１としてプロットしている。
曲線Ｌ１は移動体に与えられる振動子突起部の楕円運動による駆動力（以下、Ｐ１とする）、曲線Ｌ２は移動体に与えられる前述の回転した振動子突起部の突上げ振動による駆動力（以下、Ｐ２とする）を示している。
曲線Ｌ３はＬ２と同様に移動体に与えられる回転した振動子突起部の突上げ振動による駆動力（以下、Ｐ３とする）で、Ｐ３＜Ｐ２の時の違いを示している。
図４（ｂ）のように、Ｐ１は移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が０°のとき最大となり、Ｐ２は移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が９０°のときが最大となっている。
これらの力が釣り合うのは移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が４５°のときであり、このときは４５°のときに振動子を傾けて駆動方法を切り替えると振動子の駆動力を最大限生かすことができる。
なお、実際の振動子の突上げ振動による駆動力は楕円運動による駆動力以下である。そのため、曲線Ｌ１と曲線Ｌ３との交点のように移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が４５°以上のところで楕円運動による駆動力と突上げ振動による駆動力とを切り替えるのが最適である。
【００１６】
以上のことから、移動体の移動方向と振動子回転軸とのなす角度が４５°以上のとき振動子を回転させることが望ましい。
【００１７】
図４の斜線部の範囲で振動子を傾ける方法として、前記シャフト７とベース部２との間に粘性などを設けることで、所定の摩擦力以上の力で振動子が回転するようにして傾くか否かを設定することができる。
また、前記シャフト７とベース部２との間に粘性を持たせることで傾き量を調整することができる。
また、前記シャフト７と前記ベース部２との接続部に他のアクチュエータを配置して他のアクチュエータの駆動力で傾くようにしてもよい。
【００１８】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図５を用いて説明する。
実施例１では回転軸を振動子の突起が設けられている振動子の面側の反対側の面側に設けられているのに対し、本実施例では、回転軸を振動子の突起を設けた面と同じ側に来るように構成されている。
なお、図５（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図５（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図５において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。前記振動子１は振動子保持部８に固定され、前記保持部８はシャフト９を介して前記ベース部２に接続されている。
複数の振動子の配置は実施例１と同じく図１のように配置されている。
【００１９】
図６において、移動体１４が矢印Ａの方向に動くとき、前記振動子１と前記保持部６は前記突起部５と前記移動体１４との接触面に生じる摩擦力によりシャフト９を軸として回転し傾いた状態となる。
さらに振動子が傾いた状態において振動子１に前述の突上げモードの振動を発生させることにより前記突起部５に矢印Ｂの方向の振動が発生し、この振動がきつつきのように前記移動体１４を叩くことにより矢印Ａの方向に駆動力を与えることが可能となる。
実施例１と同様に前記突起部５の先端を円弧形状とすることが望ましい。
【００２０】
本実施例においても、実施例１と同様に前記シャフト９と前記ベース部との間に粘性を設けるなどして駆動軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時振動子が傾くようにするのが望ましい。
また、実施例１と同様振動子を傾けるためのアクチュエータを別途配置しても良い。
実施例１では回転軸を振動子の突起が設けられている振動子の面側の反対側の面側に設けられているため、回転したときの突起部の変位量が大きくなってしまい回転したときの接触状態が変化し易い。
これに対して、本実施例では回転軸を振動子の突起を設けた面と同じ側に来るようにしているため、突起部の変位量を小さくすることができ、また薄型化が可能となる。
【００２１】
［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図７、図８を用いて説明する。
なお、図８（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図８（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図７において、振動子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは本発明における振動子、１０は前記振動子を保持する振動子保持ユニット、２は前記振動子保持ユニットを固定するベース部である。
【００２２】
図８において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。前記振動子１は振動子保持ユニット１０に固定されている。
前記振動子保持ユニット１０は前記振動子１を支持する面と反対側の面が円弧形状となっている振動子固定部１１と、前記振動子固定部１１を円弧状の面で支持する支持部材１２とからなり、前記支持部材１２がベース部２に固定されている。
前記振動子固定部１１の前記支持部材１２との接触面近傍には磁石１５が接合され、前記支持部材１２の内部にはコイル１６、１７が固定されている。
移動体の移動方向に応じて前記コイル１６またはコイル１７のどちらか一方に電流を流すことで磁気力が発生し、前記振動子１及び前記振動子１を固定する振動子固定部１１が回転軸１３を中心として回転するようになっている。
本実施例では磁石とコイルを利用して振動子を回転させる駆動源としているが、サーボモータ等、他のアクチュエータを用いて振動子を傾けてもよい。
【００２３】
図９（ａ）において、移動体１４が矢印Ａの方向に動くとき、前記振動子１と前記振動子固定部材１１はアクチュエータにより回転し傾いた状態となる。
さらに、振動子が傾いた状態において振動子１に前述の突上げモードの振動を発生させることにより突起部５に矢印Ｂの方向の振動が発生する。そして、この振動が実施例１と同様に、きつつきのように前記移動体１４を叩くことにより矢印Ａの方向に駆動力を与えることが可能となる。
本実施例においても、実施例１と同様に駆動軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時に振動子が傾くようにするのが望ましく、本実施例では移動方向に応じたコイルに流す電流量の制御で実現可能となる。
【００２４】
実施例１、２では回転軸となるシャフト部材を振動子保持部に設けてありシャフト部材の大きさのため、駆動に干渉しない回転軸の位置に限界がある。
これに対して、本実施例では回転軸が前記振動子固定部１１の前記振動子１を保持する面と反対側に設けられた円弧の曲率半径で決まる。そのため回転軸の中心の自由度が高く、前記突起部５と前記移動体１４との接触面により近いところまで持っていけるため接触状態の安定性をより高められる。
また、回転にアクチュエータを用いるため確実に所定の角度に変更させることができる。しかし、回転軸の位置決めには注意が必要である。
【００２５】
図９（ｂ）は突起部５と移動体１４との接触面を回転軸として振動子が回転した図である。
前記突起部５と前記移動体１４との接触面を回転軸とすると、前記突起部５の端部が前記移動体１４の表面に沈み込んでしまうという問題があり、回転軸が前記接触面よりも移動体側にあるときは更に沈み込みが大きくなる。
以上のように、振動子の回転軸は突起部と移動体との接触面よりも振動子側にあることが望ましい。
【００２６】
［実施例４］
実施例４として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図１０、図１１を用いて説明する。
なお、図１１（ａ）は本実施例における振動子とその保持部を示す斜視図、図１１（ｂ）は本実施例における振動子とその保持部を側面から見た図である。
図１０において、振動子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは本発明における振動子、１８は前記振動子を保持する振動子保持部、２はベース部であり、前記振動子保持部１８はバネ１９を介して前記ベース部２に接続されている。
図１１において、振動子１は弾性板３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。前記振動子１は前記振動子保持部１８に固定されている。
前記振動子保持部１８はバネ１９を介してベース部２に接続されている。
【００２７】
図１２において、前記バネ１９は前記ベース２に接続される回転用梁部２０と、前記振動子保持部１８に接続される振動子保持用梁部２１とを設けてある。前記回転用梁部２０は、前記振動子保持用梁部２１よりも幅を狭く、且つ厚みを薄くしてあるため、前記突起部５の楕円運動により発生する力の方向と平行な軸方向を中心とする回転は容易に起こるが、前記力の方向と垂直な軸方向を中心とする回転は起こらない。振動子が回転した状態の駆動方式は他の実施例と同様である。
本実施例においても、実施例１と同様に駆動軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時振動子が傾くようにするのが望ましく、バネ剛性の調整で振動子が傾くか否かを設定することが可能となる。
実施例１〜３では回転用の部材としてシャフトやステージなどの厚みがあるものを用いているため大きくなるが、本実施例では回転部に厚みの薄いバネを用いているため薄型・小型化が可能となる。
【００２８】
［実施例５］
実施例５として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図１３を用いて説明する。
図１３は本実施例における振動子と駆動源を側面から見た図である。
図１３において、振動子１は弾性体３、電気−機械エネルギー変換素子４、突起部５からなる。
前記振動子１は 磁性体からなる振動子保持部２２に保持されている。前記振動子保持部２２はシャフト２３を介して固定部２に接続されており、前記シャフト２３はバネ性を持っており図１７（ａ）に示す中立の状態に復帰するようになっている。
前記振動子保持部２２の前記振動子１を保持する面と反対側の面の近傍に電磁石２４、２５が配置されている。
前記電磁石２４か２５のどちらかに電流を流すことにより、電磁石に磁力が発生し、図１４のように前記振動子保持部２２が前記電磁石２５に吸引され、前記シャフト２３を中心に回転し前記電磁石２５に接触した状態で固定される。本実施例では電磁石を用いているが、回転後の振動子を固定部に接触させて維持する形態であれば駆動源は静電力やアクチュエータなどでも良い。また、シャフトの変わりにバネを用いても良い。
駆動時の挙動、移動体の方向と傾きに関しては他の実施例に準ずる。
実施例１〜４では回転後の振動子の姿勢維持が難しいが、本実施例では物理的にストッパーがかかるため、回転後の姿勢維持が容易となる。
【００２９】
［実施例６］
実施例６として、上記各実施例と異なる形態の振動型駆動装置の構成例について図１５を用いて説明する。
図１５において、振動子１−Ａ、１−Ｂ、１−Ｃは本発明における振動子、２６は前記振動子を保持する振動子保持部、２７は３軸用ベース部である。
前記振動子保持部２６は前記振動子１を回転する機構をもっており、その機構は実施例１−５にあげた機構の何れか一つと同一である。
図１６において、回転軸と移動体の移動方向との成す鋭角が４５°より大きい時、例えばベース部の中心から見た移動体（非図示）の移動方向が実線の描かれたエリアの方向に移動される時は前記振動子１−Ａが回転する。
同様に、２点鎖線の描かれたエリアに移動体が移動される時は前記振動子１−Ｂが、１点鎖線の描かれたエリアに移動体が移動される時は前記振動子１−Ｃが回転する。
二つのエリアが重なる部分では該当する二つの振動子が回転するようになっている。
以上のようにすると、振動子が三つの時でも他の実施例と同様に移動体の移動方向と回転軸との成す角が４５°より大きいときに振動子が回転するようにすることが可能となる。
移動体が移動した時の振動子の回転や挙動は実施例１−５の時と同様である。
実施例１−５では振動子が４つあるため消費電力が大きくなってしまうが、本実施例では振動子が三つであるため消費電力を押さえることが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１：振動子
２：ベース部
３：弾性板
４：電気−機械エネルギー変換素子
５：突起部
６：振動子保持部
７：シャフト
８：振動子保持部
９：シャフト
１０：振動子保持ユニット
１１：振動子固定部
１２：支持部材
１３：実施例３の機構の回転軸
１４：移動体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と接触部材とを有し、
前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に平行な方向に変位させる振動を主とする送りモードの振動と、前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に垂直な方向に変位させる振動を主とする突き上げモードの振動との合成によって、
前記接触部材に楕円運動が生成可能に構成された振動子を複数備え、
前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を、前記楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置し、該楕円運動により該振動子の接触部材を介して接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置であって、
前記複数の振動子は、前記楕円運動によって発生する力の方向と平行な回転軸を中心として回転可能に構成された回転手段を備え、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より大きい範囲に位置する振動子を前記回転手段によって傾いた状態とし、該振動子に突き上げモードの振動を励振する一方、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より小さい範囲に位置する振動子の楕円運動により前記移動体を移動させることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が、４５°より大きい範囲に位置する振動子を前記回転手段によって傾いた状態とし、該振動子に突き上げモードの振動を励振することを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記回転手段は、前記移動体と前記振動子の接触部材との間の摩擦力によって、前記回転軸が回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記回転手段は、前記回転軸を駆動する駆動手段によって、前記回転軸が回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記振動子の接触部材は、先端が円弧形状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
前記振動子の回転軸は、前記接触部材と前記移動体との接触面よりも振動子側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
前記円弧形状の曲率半径は、前記回転軸から前記接触部材までの距離以下の大きさとされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の振動型駆動装置。
【請求項８】
前記円弧形状の曲率半径は、前記回転軸から前記接触部材までの距離と等しい大きさとされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の振動型駆動装置。
【請求項１】
少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と接触部材とを有し、
前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に平行な方向に変位させる振動を主とする送りモードの振動と、前記接触部材を前記電気−機械エネルギー変換素子の面に垂直な方向に変位させる振動を主とする突き上げモードの振動との合成によって、
前記接触部材に楕円運動が生成可能に構成された振動子を複数備え、
前記複数の振動子のうち少なくとも２つの振動子を、前記楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置し、該楕円運動により該振動子の接触部材を介して接触している移動体を異なる複数の方向に移動させる振動型駆動装置であって、
前記複数の振動子は、前記楕円運動によって発生する力の方向と平行な回転軸を中心として回転可能に構成された回転手段を備え、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より大きい範囲に位置する振動子を前記回転手段によって傾いた状態とし、該振動子に突き上げモードの振動を励振する一方、
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が所定の角度より小さい範囲に位置する振動子の楕円運動により前記移動体を移動させることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記移動体の移動方向と前記回転軸とのなす角が、４５°より大きい範囲に位置する振動子を前記回転手段によって傾いた状態とし、該振動子に突き上げモードの振動を励振することを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記回転手段は、前記移動体と前記振動子の接触部材との間の摩擦力によって、前記回転軸が回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記回転手段は、前記回転軸を駆動する駆動手段によって、前記回転軸が回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記振動子の接触部材は、先端が円弧形状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
前記振動子の回転軸は、前記接触部材と前記移動体との接触面よりも振動子側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
前記円弧形状の曲率半径は、前記回転軸から前記接触部材までの距離以下の大きさとされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の振動型駆動装置。
【請求項８】
前記円弧形状の曲率半径は、前記回転軸から前記接触部材までの距離と等しい大きさとされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の振動型駆動装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−２０００８５（Ｐ２０１１−２０００８５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６７００３（Ｐ２０１０−６７００３）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【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２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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