振動型駆動装置
【課題】部品点数及び必要スペースの増加を抑制することができ、振動子と被駆動体との摩擦面における安定した接触状態を維持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】摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備え、
互いの摩擦面を介して振動子の楕円運動によって被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置であって、
振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材を備え、
支持部材は、振動子が被駆動体を相対移動させる方向及び押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
第一の方向への変形を伴わない弾性変形部の回転変形によって、振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対し平行に変位させることが可能に構成されている。
【解決手段】摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備え、
互いの摩擦面を介して振動子の楕円運動によって被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置であって、
振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材を備え、
支持部材は、振動子が被駆動体を相対移動させる方向及び押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
第一の方向への変形を伴わない弾性変形部の回転変形によって、振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対し平行に変位させることが可能に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置に関する。特に異なる振動モードの振動を組み合わせることにより超音波振動子と被駆動体とを相対移動させる振動型駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる振動モードの振動を組み合わせることにより超音波振動子と被駆動体とを相対移動させる振動型駆動装置が提案されている。
このような振動型駆動装置においては、超音波振動子と被駆動体との間に摩擦力を発生させるための加圧構造が備えられる。
更に、超音波振動子と被駆動体とに形成される摩擦面が適正な関係での当接が維持されるための支持構造が与えられる。
そして、この支持構造として幾つかの方法が提案されている。
一つは、平面バネ形状に形成した付勢部品で超音波振動子又は被駆動体を保持する構成である（特許文献１）。この場合は付勢部品（部材）が支持部材となる。他の一つは、超音波振動子又は被駆動体を球形状の部材を介する機構で回動可能に保持する構成である（特許文献２）。
【０００３】
つぎに、このような支持構造を有する支持部材に必要な要件について説明する。
図１０（ａ）には、超音波振動子３と被駆動体４とが平行に（互いの摩擦面同士が接触している状態）当接している様子を示している。
この図において、Ｘ軸は振動波駆動装置の相対運動の発生方向を示している。また、Ｚ軸は超音波振動子３と被駆動体４の摩擦面に対する法線方向を示し、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸に直交する方向を示している。
【０００４】
超音波振動子と被駆動体４とがそれぞれ理想的に配置されている場合は、超音波振動子及び被駆動体４の当接面同士が平行に配される。
このような位置関係で不図示の加圧力をＺ方向に与えて超音波振動子又は被駆動体４をＺ方向に変位させることで互いの摩擦面間に当接力を与えることができる。
しかし、実際には部品の製造誤差や組み付けの誤差等により超音波振動子と被駆動体４との摩擦面を平行位置に配置することは極めて難しい。
そのため、超音波振動子又は被駆動体４の保持に工夫が必要となる。
支持構造は、Ｘ軸回りの回転変位θｘ（図１０（ｃ）中の矢印ｄθｘ方向）、Ｙ軸回りの回転変位θｙ（図１０（ｄ）中の矢印ｄθｙ方向）に対する自由度を持つ。そして、Ｚ軸方向の移動（図１０（ｂ）中の矢印ｄｚ方向）が可能なように超音波振動子又は被駆動体を保持することで、当接力の付与と互いの摩擦面の面接触状態を維持するために備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０１４５７号公報
【特許文献２】特開２００６−３０１４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１１（ａ）に従来提案されている超音波振動子ユニット２の斜視図を示す。図１１（ｂ）に超音波振動子ユニット２の分解斜視図を示す。超音波振動子ユニット２は超音波振動子３、支持部材１３、２つのスペーサ部品１４により構成される。
超音波振動子ユニット２と不図示の被駆動体は図中Ｘ方向に相対移動運動が行われる。
超音波振動子３は、金属材料により略板状に形成される振動板１１、及び電気−機械変換素子である圧電素子材料により略矩形板状に形成される圧電素子板１２を接着等により一体化して形成される。
超音波振動子３には外部との電気的な接続を行う、不図示のフレキシブル基板等が配される。
【０００７】
振動板１１は、略中央に位置する矩形状の振動部１１ａ、振動部１１ａの上面における図中Ｘ方向２箇所に形成される突起部１１ｂ、及び振動部１１ａのＹ方向両側に形成される固定部１１ｃを備えている。振動板１１はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。
二つの突起部１１ｂの上端は不図示の被駆動体の摩擦面と加圧接触する箇所である。
駆動による摩耗を抑えるために振動子と被駆動体の摩擦面は面接触している必要があるため、二つの突起部１１ｂはＹ方向に幅を持つ。
突起部１１ｂの上面におけるＹ方向マイナス側の端部を点Ｔ１、Ｙ方向プラス側の端部を点Ｔ２として以下の説明に用いる。
【０００８】
図１２を用いて超音波振動子３に励起される２つの振動モードの例について説明する。
図１２（ａ）に超音波振動子３に励振する二つの振動モードの斜視図を示している。
この例では、圧電素子板１２に交流電圧を印加して超音波振動子３に２つの面外曲げ振動モード（ＭＯＤＥ−ＡとＭＯＤＥ−Ｂ）を励振する。
ＭＯＤＥ−Ａは、超音波振動子３の長手方向である図中Ｘ軸方向に略平行に２つの節が現れる一次の面外曲げ振動モードで、ＹＺ面に略対称な形状である。ＭＯＤＥ−Ａの振動により、二つの突起部１１ｂには被駆動体と接触する面と垂直な方向（Ｚ軸方向）に変位する振幅が励振される。
ＭＯＤＥ−Ｂは超音波振動子３の図中Ｙ軸方向に略平行に３つの節が現れる二次の面外曲げ振動モードで、ＹＺ面に逆対称且つＸＺ面に対称な形状である。ＭＯＤＥ−Ｂの振動によって、二つの突起部１１ｂには被駆動体と接触する面と平行な方向（Ｘ軸方向）に変位する振幅が励振される。
これら二つの振動モードを組み合わせることで接触部である二つの突起部１１ｂの上面に略ＸＺ面内の楕円運動成分が発生し、略Ｘ軸方向に被駆動体４を駆動させる力が発生する。この駆動力により、超音波振動子３と被駆動体とは相対的に移動する。
【０００９】
図１２（ｂ）は超音波振動子３の突起部付近のＹＺ断面で表わした、ＭＯＤＥ−Ａの振動モードである。
前述のように突起部１１ｂの上面にはＺ軸方向の振動変位が励振され、これに加えてＹ方向の成分も励振される。
図中点Ｔ１で示した、Ｙ方向マイナス側の端部付近にはＺ方向の振動成分がプラスの時にマイナスのＹ方向成分が生じている。
一方、図中点Ｔ２で示したＹ方向プラス側の端部付近にはプラスのＹ方向成分が生じている。このＹ方向の振動成分は超音波振動子３と被駆動体との相対的な移動を発生する力として作用する。
超音波振動子３の振動状態が理想的であり、突起部１１ｂの上面が均一に被駆動体と接触している状態であれば突起部１１ｂの上面でのＹ方向の発生力の合力はゼロになる。
しかし、例えば点Ｔ１付近のみが被駆動体と接触している状態であると、突起部１１ｂ上面でのＹ方向の発生力の合力はゼロにならずにＹ方向プラスの方に力が作用することになる。
この例においては、上記ＭＯＤＥ−ＡとＭＯＤＥ−Ｂを用いる超音波振動子３を適用しているが、他の超音波振動子形状、振動モードを用いる超音波振動子を用いても同様の考え方が成り立つ。
【００１０】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に戻り説明を続ける。
超音波振動子３の二か所の固定部１１ｃはＺ方向下面側に二つのスペーサ部品１４が各々配され、これらと接着等により固定される。
振動部１１ａは超音波振動が励振される箇所であり、支持部材等と空間的に分離しておく必要が有るため支持部材１３はスペーサ部品１４を介して固定される。支持部材１３はバネ材に適する金属薄板から打ち抜き加工やエッチング加工等により薄板平板状に形成した弾性構造を備える部品である。
支持部材１３はＸＹ面及びＹＺ面に略対称な形状である。支持部材１３にはＸ方向に延出する二つの第一固定部１３ａ、Ｙ方向に延出する二つの第二固定部１３ｂが備えられる。
これら、第一固定部１３ａ、第二固定部１３ｂを繋ぐように弾性変形部１３ｅが形成される。
弾性変形部１３ｅの弾性変形を用いて超音波振動子ユニット２における超音波振動子３の支持作用が得られる。
支持部材１３は超音波振動子３の下面側（図中ｚ方向下側）に重ねるように配置される。
超音波振動子３の振動変形部に支持部材１３が接触して超音波振動子３の振動変形を阻害しないように、これら二つの部品はスペーサ部品１４により所望の間隔を開けて配される。
支持部材１３はスペーサ部品１４と第二固定部１３ｂで固定される。支持部材１３は第一固定部１３ａの箇所で不図示の固定部品により固定される。
超音波振動子ユニット２に組み込まれた状態で、超音波振動子３には支持部材１３内のＹ方向中央位置を回転の中心としたＸ軸回りの変位が生じる。
【００１１】
このような構成の超音波振動子ユニット２における力と変位の関係の例を説明するための概念図を図１３に示す。
図１３にはＹＺ面における超音波振動子３及び支持部材１３の断面形状のみを示しており、説明に不要な構造は簡単のために省略している。
点Ｐ３は超音波振動子３にＸ軸回りの回転変位が生じる時の中心点である。
超音波振動子３は不図示の被駆動体と加圧接触を行うので、被駆動体からマイナスＺ方向の加圧力を受ける。
この時、何らかの理由で（加圧機構の精度、超音波振動子３と被駆動体との接触面の相対的な傾き等）加圧力に不均一が生じる場合がある。
【００１２】
図１３（ａ）には加圧力の状態を単純化して示してあり、点Ｔ１及び点Ｔ２に集中して加圧力がかかるものとしている。
ここでは点Ｔ１における加圧力Ｆｚ１の方が点Ｔ２における加圧力Ｆｚ２より大きい場合を示している。
超音波振動子３を駆動している時、図１３（ｂ）を用いて示したように点Ｔ１及び点Ｔ２にＹ方向変位が発生する。
このＹ方向変位による被駆動体との間に生じる発生力として、図中に示すようにＹ軸方向の発生力Ｆｙ１，Ｆｙ２が発生する。
これらＹ方向の発生力Ｆｙ１、Ｆｙ２はそれぞれの点Ｔ１及び点Ｔ２における加圧力に略比例するので｜Ｆｙ１｜＞｜Ｆｙ２｜となる。
このため、超音波振動子３の摩擦面を駆動方向であるＸ方向と直交する方向であるＹ方向に変位させようとする合力が生じる。この結果超音波振動子３には点Ｐ３を回転の中心としてＸ軸回りの力Ｆθｘが発生し、図１３（ｂ）のように超音波振動子３は点Ｐ３を中心にｘ軸回りの変位を生じようとする。
これは点Ｔ１をＺ方向プラスに、点Ｔ２をＺ方向マイナスに変位させるので、この結果点Ｔ１の加圧力Ｆｚ１は増加し、Ｔ２の加圧力Ｆｚ２は減少する。
このことから｜Ｆｙ１｜と｜Ｆｙ２｜との差はさらに大きくなりＦθｘも増加する。
要するに、図１３（ａ）に示した点Ｔ１とＴ２の力の差が悪化する方向に変化していき、摩擦面の安定した接触状態を得ることができず、摺動面の片削れ等により耐久性を低下させる虞がある。
一方、特許文献２により開示されている保持方法によれば、θｘの回転変位の中心を摩擦面内に配することができるので、このような課題に対処することが可能である。
しかし、この方法では、部品点数及び必要スペースの抑制を図る上で必ずしも満足の得られるものではない。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑み、部品点数及び必要スペースの増加を抑制することができ、振動子と被駆動体との摩擦面における安定した接触状態を維持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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の振動型駆動装置は、摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、
前記振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備え、
前記互いの摩擦面を介して前記振動子の楕円運動によって前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置であって、
前記振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材を備え、
前記支持部材は、前記振動子が前記被駆動体を相対移動させる方向及び前記押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
前記第一の方向への変形を伴わない前記弾性変形部の回転変形によって、前記振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対して平行に変位させることが可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、部品点数及び必要スペースの増加を抑制することができ、振動子と被駆動体との摩擦面における安定した接触状態を維持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】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１における振動型駆動装置の構成例を示す分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態１における超音波振動子ユニットの斜視図。
【図３】本発明の実施形態１における超音波振動子ユニットの分解斜視図。
【図４】本発明の実施形態１における支持部材の斜視図及び断面図。
【図５】本発明の実施形態１における振動型駆動装置の部分断面図。
【図６】本発明の実施形態１における超音波振動子ユニットの作用を示す模式図。
【図７】本発明の実施形態１における他の形態を示す超音波振動子ユニットの分解斜視図。
【図８】本発明の実施形態２における支持部材の斜視図及び断面図。
【図９】本発明の実施形態２における超音波振動子ユニットの作用を示す模式図。
【図１０】従来例を説明する超音波振動子及び被駆動体の斜視図及び断面図。
【図１１】（ａ）は従来例を説明する超音波振動子ユニットの斜視図、（ｂ）は従来例を説明する超音波振動子ユニットの分解斜視図。
【図１２】従来例における超音波振動子の振動モードを表わす図。
【図１３】本発明の課題を説明する超音波振動子ユニットの作用を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明において「平行に変位させる」とは、厳密に平行に変位させるだけでなく、平行で有ることに対して、摺動面の片削れ等の悪影響を与えない範囲で平行からずれている場合も含む。
本発明ではこのように平行からの一定のずれ分を含んだ状態を意味する用語として「略平行に変位させる」という用語を用いて説明している。
例えば、厳密な平行状態から１°ずれていたとしても、摺動面の片削れ等の悪影響を与えない又は影響が小さい場合には許容され得る。
本発明において、「振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対して平行に変位させる」とは、振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対し傾けることなく略平行に変位させることを意味する。
本発明において、「振動子が被駆動体を相対移動させる方向及び（振動子または被駆動体が）押圧される方向と直交する方向である第一の方向」とは、
振動子が被駆動体を相対移動させる方向と直交し、かつ（振動子または被駆動体が）押圧される方向とも直交する方向を意味する。
そして、「第１の方向に力を受ける」とは、当該力が働いている場合において、第１の方向にのみ力を受ける場合だけでなく、第１の方向に働く力の成分が含まれている力を受ける場合も含む。
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
［実施形態１］
実施形態１として、本発明を適用した振動型駆動装置の構成例について説明する。
本実施形態の振動型駆動装置は、摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備えている。
そして、上記互いの摩擦面を介して前振動子の楕円運動によって被駆動体を相対移動させるように構成されている。
具体的には、図１に示されているように、本実施形態の振動型駆動装置１は、所謂超音波モータを駆動源とした１自由度の直線駆動を行う装置として構成されている。
超音波モータの主要構成部品として、超音波振動子ユニット２及び被駆動体４が配される。
振動型駆動装置１は第一基部３１を備え、この第一基部３１に二つの第二基部３２が固定される。
二つの第二基部３２に挟まれるように、Ｘ方向に延伸する二つのガイドバー３４が保持固定される。
ガイドバー３４に組み合わされ、図中Ｘ方向にスライド可能なようにスライド部品３５が保持される。
スライド部品３５に超音波振動子ユニット２が固定される。
【００１９】
被駆動体４の両端は被駆動体枠３３を介して二つの第二基部３２に保持固定される。
図では被駆動体４及び被駆動体枠３３は他の部品と分解して表現しているが、実際は一体に組み合わされている。
被駆動体４は被駆動体基部２０及び摩擦部材２１を接着固定して形成されている。被駆動体基部２０はネオジウム磁石などの磁石材料で形成されており、図中Ｚ方向に着磁処理されている。
被駆動体基部２０の下面（Ｚ方向マイナス側）は超音波振動子ユニット２と向き合う面であり、この位置に摩擦部材２１が配される。
超音波振動子３と被駆動体４との間に発生する相対的な移動運動により、超音波振動子３及びスライド部品３５は図中Ｘ方向の移動を発生する。
スライド部品３５から駆動力、又は変位を取り出して任意の機器を駆動できる。本実施例の振動型駆動装置は説明に用いるための一例であり、任意の構成を選択可能である。
【００２０】
図２は実施形態１における振動型駆動装置１で用いられる超音波振動子ユニット２の斜視図であり、図３は同超音波振動子ユニット２の分解斜視図である。
超音波振動子ユニット２は、超音波振動子３、支持部材１３及び二つのスペーサ部品１４から形成される。
本実施形態における超音波振動子３は図１１（ｂ）に示した超音波振動子３と同様の構成であり、発明が解決しようとする課題の項と重複する説明は省略する。本実施形態での振動板１１は強磁性を備える金属材料により形成されており、被駆動体基部２０に吸引される。この磁気吸引力により超音波振動子３と被駆動体４との間に必要な加圧力が与えられる。
【００２１】
つぎに、振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材について説明する。
図４（ａ）に支持部材１３の斜視図を示す。
支持部材１３は薄板状の金属材料から形状形成、曲げ加工により形成されている。
支持部材１３は、Ｘ方向及びＹ方向（上記相対移動の方向を法線とする平面及び上記押圧される方向と直交する方向である第一の方向を法線とする平面）に略対称形状である。
支持部材１３には図中Ｘ方向に延出する二つの第一固定部１３ａが備えられ、Ｙ方向の両側には二つの第二固定部（保持部）１３ｂが備えられる。
第一固定部１３ａと第二固定部１３ｂとを繋ぐように４箇所に弾性変形部１３ｃが形成される。
これらに加えて支持部材１３には二つの第二固定部１３ｂを繋ぐように補強部１３ｄが形成される。
第一固定部１３ａは図１に示されている被駆動体枠３３と接して固定される箇所であり、超音波振動子ユニット２の被駆動体枠３３との取付け部である。第二固定部１３ｂはスペーサ部品１４のＺ方向底面と組み合わされて固定される。
支持部材１３は超音波振動子３のＺ方向下側に配置されており、各々の中心位置がＸ、Ｙ方向に略一致するように位置が決められているので超音波振動子ユニット２はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。
支持部材１３の第一固定部１３ａが被駆動体枠３３に固定されている状態で振動板１１の二つの突起部１１ｂに外部からの力、又は変位が加えられるとこれらの値に応じて支持部材１３の弾性変形部１３ｃに弾性変形が生じて超音波振動子３の姿勢の変化が生じる。
振動型駆動装置１に組み込まれた状態では、振動子３と被駆動体４の摩擦面が互いに面接触して倣うように弾性変形部１３ｃに弾性変形が生じ振動子３の支持が行われる。また本発明において上記支持部材に付勢機能を持たせる（例えば、ばね性を付与する）ことにより付勢部材としての支持部材とすることもできる。
【００２２】
図４（ｂ）には、図４（ａ）に記号Ｓで示す位置、即ち支持部材１３の弾性変形部１３ｃのＹＺ断面を示している。
弾性変形部１３ｃは薄板金属材料で形成されている支持部材１３の一部に所望の角度で曲げ加工を施した形状であり、図中Ｙ軸に対して角度Ａ２が与えられている。
弾性変形部１３ｃの断面の延長線の交点Ｃ１は、支持部品１３が超音波振動子ユニット２に組み込まれた時の振動子３の突起部１１ｂの摩擦面近傍である。
弾性変形部１３ｃは矢印Ａ３に示す方向に剛性が低く、この矢印Ａ３とＹＺ面で直交する方向（相対移動運動の方向を法線とする平面において前記第一の方向に対して傾いた方向）に剛性が大きくなるように形成される。
そして、この弾性変形部１３ｃは、上記第一の方向を法線とする平面に対称となる位置に配置される。
弾性変形部１３ｃは図中Ｘ方向に同一断面で延伸する形状であり、矩形薄板状の板バネとして作用する。
【００２３】
支持部材１３が振動子ユニット２に組み込まれた状態で振動子３の摩擦面において外力を受けた状態の一例を図４（ｃ）に示す。
図４（ｃ）は図４（ｂ）と同一の断面を表わしている。振動子３の摩擦面にｘ軸回りの外力、即ち図中に示す矢印のように交点Ｃ１におけるＦ１が加えられている時、支持部材の２箇所の弾性変形部１３ｃにはそれぞれＦ２、及びＦ３が加えられることになる。
これらの力Ｆ２及びＦ３は板材の法線方向に一致している。弾性変形部１３ｃはこの方向の剛性が低いため、これら力Ｆ２，Ｆ３に一致する方向にそれぞれ変形が生じる。
二つの弾性変形部１３ｃの変形を合成した時に交点Ｃ１の位置は変形前後で変化しない。
そのため、振動子３の摩擦面において、この摩擦面高さを中心とするｘ軸回りの回転変形力が生じた時に振動子３は摩擦面高さを中心とする回転変位のみを生じるようにすることができる。
【００２４】
図５（ａ）に振動型駆動装置１の正面図（Ｙ方向から見た図）を示している。本図においては説明に不要な構成部品、及び構成部品の一部を省略して示している。
振動板１１の突起部１１ｂと摩擦板２１の底面は空間上で一致するように、本実施形態においては支持部材１３の弾性変形により超音波振動子３の姿勢が調整される。
図５（ｂ）には図５（ａ）に記号Ｓで示した位置での断面形状を示している。
本図においても説明に不要な部品は簡単のため省略している。
図５（ｂ）は被駆動体４がＸ軸回りに取付けの位置ズレが生じている状態を表現している。
被駆動体４の摩擦板２１の底面と、振動板１１の突起部１１ｂの上面とが倣うように超音波振動子３に姿勢変化が生じる。Ｘ軸回りに角度を持つ面に倣うので超音波振動子３にもＸ軸回りの回転変位が生じる。
この超音波振動子３の姿勢変化は支持部材１３の弾性変形部１３ｃに弾性変形が生じることで行われる。
図４を用いて説明したように、支持部材１３は超音波振動子３が図中Ｐ１、即ち超音波振動子３と被駆動体４の接触面内に位置するＸ方向の軸回りに回転変位を生じるように形状が決められている。
超音波振動子３にはＰ１軸回りに回転変位のみが生じてＹ方向に並進する変形を伴わないので、超音波振動子３と被駆動体４のＹ方向の位置関係を維持した状態で安定して接触状態を実現することができる。
すなわち、超音波振動子３が被駆動体４を相対移動させる方向及び上記押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
第一の方向への変形を伴わない弾性変形部１３ｃの回転変形によって、超音波振動子３の摩擦面を被駆動体４の摩擦面に対し傾けることなく略平行に変位させることが可能となる。
【００２５】
図６に、図５（ａ）に記号Ｓで示す位置における超音波振動子ユニット２の断面図を示す。本図においても説明に不要な部品を省略して示している。
図１３を用いて説明したものと同様に点Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ加圧力Ｆｚ１、Ｆｚ２が加わり、発生力Ｆｙ１、Ｆｙ２が発生している。
発生力同士の関係は｜Ｆｙ１｜＞｜Ｆｙ２｜であり、超音波振動子３の摩擦面にはプラスＹ方向への合力が作用する。
この合力は点Ｐ１を含む面内に位置するので図６（ｂ）に示すようには超音波振動子３にはＹ方向の並進変位のみが生じる。
このように超音波振動子３の摩擦面には元の状態から面内の変位のみが生じるので、被駆動体４の摩擦面との接触状態は変化せず、安定した状態が維持できる。
【００２６】
本実施形態を実現する超音波振動子ユニット２は上記に限定されない。例えば図７に示す超音波振動子ユニット２においても同様の効果を得ることができる。図７は超音波振動子ユニット２の分解斜視図であり、実際には超音波振動子３と支持部材１３は一体化されている。
超音波振動子３は図２及び図３に示す前記超音波振動子と同様に強磁性の金属材料で形成される振動板１１及び圧電材料により形成される圧電素子板１２により形成される。
振動板１１は略中央に位置する矩形状の振動部１１ａ、振動部１１ａの上面における図中Ｘ方向２箇所に形成される突起部１１ｂ、及び振動部１１ａのＸ方向両側に形成される固定部１１ｃを備えている。
振動板１１はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。
【００２７】
支持部材１３は薄板状の金属材料からの切り出し、曲げ加工により形成されている。
支持部材１３はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。支持部材１３は図中Ｘ方向に延出する二つの第一固定部１３ａが備えられる。
第一固定部１３ａよりＸ方向内側で、且つ投影的に固定部１１ｃと一致する位置に二つの第二固定部１３ｂが形成される。
第二固定部１３ｂは図中Ｚ方向に突出するように曲げ加工により成型されており、固定部１１ｃと接して一体化されている。
二つの第二固定部を繋ぐように補強部１３ｄが形成される。第一固定部１３ａと補強部１３ｄとを繋ぐように４箇所の弾性変形部１３ｃが形成される。
このように、超音波振動子３の形状に応じて支持部材を構成すれば良く、本実施形態においても上記の効果を得ることができる。
【００２８】
［実施形態２］
実施形態２として、実施形態１とは異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図８を用いて説明する。
図８（ａ）に本実施形態における支持部材１３の斜視図を示す。
本実施形態での振動型駆動装置１は支持部材１３を除き同一構成なので重複する説明は省略する。
支持部材１３に関しても図４で説明したものと一部を除き同一であるので、重複する説明は避ける。
図８（ｂ）には、図８（ａ）に示す記号Ｓにおける弾性変形部１３ｃのＹＺ断面を示している。
図中Ｃ１は、図４（ｂ）に示した実施形態１における弾性変形部１３ｃの断面の延長線の交点（回転変形の回転中心）であり、摩擦面の近傍に位置している。
一方、本実施形態における弾性変形部１３ｃの断面の延長線の交点（回転変形の回転中心）はＣ２であり、ここでは摩擦面よりも被駆動体側に位置するようにされている。
具体的には、図８（ｂ）に示すように交点Ｃ２は交点Ｃ１より図中Ｚ方向プラス側となるように形状が決められており、角度Ａ２も大きな値となっている。
この支持部材１３を超音波振動子ユニット２に用いた時、超音波振動子３のＸ軸回りの回転変位の中心は交点Ｃ２近傍となる。
【００２９】
図９は本実施形態における超音波振動子ユニット２のＹＺ断面図である。
この図９は図１３及び図６で示したものと同様の構成である。点Ｐ２は超音波振動子３のＸ軸回りの回転変位の中心位置である。
図１３及び図６を用いて説明したものと同様に点Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ加圧力Ｆｚ１、Ｆｚ２が加わり、発生力Ｆｙ１、Ｆｙ２が発生している。｜Ｆｙ１｜＞｜Ｆｙ２｜であり、これらの合力として超音波振動子３の摩擦面にはプラスＹ方向への力が発生する。
この結果超音波振動子３は点Ｐ２を回転の中心とするＸ軸回りの力Ｆθｘが発生し、図１３（ｂ）のように超音波振動子３は点Ｐ２を中心にＸ軸回りの変位を生じようとする。
これは点Ｔ１をＺ方向マイナスに、点Ｔ２をＺ方向プラスに変位させるので、この結果、点Ｔ１の加圧力Ｆｚ１は減少し、Ｔ２の加圧力Ｆｚ２は増加する。
この作用によりＦｚ１とＦｚ２の差は小さくなり、これに伴い発生力の大きさ｜Ｆｙ１｜と｜Ｆｙ２｜との差も小さくなる。
超音波振動子３の摩擦面に発生するＹ方向の力の合力はゼロに近づき、被駆動体４との接触状態を良好な状態に調整する効果が得られる。
前述のように加圧力も突起部１１ｂの上面全域において略均一にかかるように調整作用が働き、駆動による摩擦面の摩耗も均一に進行するので本来の耐久性を確保できる。
これらの作用により、小型且つ簡易な構成でありながら振動型駆動装置は長期における安定した出力が得られる。
【符号の説明】
【００３０】
１：振動型駆動装置
２：超音波振動子ユニット
３：超音波振動子
４：被駆動体
１１：振動板
１２：圧電素子板
１３：支持部材
１４：スペーサ部品
２０：被駆動体基部
２１：摩擦部材
３１：第一基部
３２：第二基部
３３：被駆動体枠
３４：ガイドバー
３５：スライド部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置に関する。特に異なる振動モードの振動を組み合わせることにより超音波振動子と被駆動体とを相対移動させる振動型駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる振動モードの振動を組み合わせることにより超音波振動子と被駆動体とを相対移動させる振動型駆動装置が提案されている。
このような振動型駆動装置においては、超音波振動子と被駆動体との間に摩擦力を発生させるための加圧構造が備えられる。
更に、超音波振動子と被駆動体とに形成される摩擦面が適正な関係での当接が維持されるための支持構造が与えられる。
そして、この支持構造として幾つかの方法が提案されている。
一つは、平面バネ形状に形成した付勢部品で超音波振動子又は被駆動体を保持する構成である（特許文献１）。この場合は付勢部品（部材）が支持部材となる。他の一つは、超音波振動子又は被駆動体を球形状の部材を介する機構で回動可能に保持する構成である（特許文献２）。
【０００３】
つぎに、このような支持構造を有する支持部材に必要な要件について説明する。
図１０（ａ）には、超音波振動子３と被駆動体４とが平行に（互いの摩擦面同士が接触している状態）当接している様子を示している。
この図において、Ｘ軸は振動波駆動装置の相対運動の発生方向を示している。また、Ｚ軸は超音波振動子３と被駆動体４の摩擦面に対する法線方向を示し、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸に直交する方向を示している。
【０００４】
超音波振動子と被駆動体４とがそれぞれ理想的に配置されている場合は、超音波振動子及び被駆動体４の当接面同士が平行に配される。
このような位置関係で不図示の加圧力をＺ方向に与えて超音波振動子又は被駆動体４をＺ方向に変位させることで互いの摩擦面間に当接力を与えることができる。
しかし、実際には部品の製造誤差や組み付けの誤差等により超音波振動子と被駆動体４との摩擦面を平行位置に配置することは極めて難しい。
そのため、超音波振動子又は被駆動体４の保持に工夫が必要となる。
支持構造は、Ｘ軸回りの回転変位θｘ（図１０（ｃ）中の矢印ｄθｘ方向）、Ｙ軸回りの回転変位θｙ（図１０（ｄ）中の矢印ｄθｙ方向）に対する自由度を持つ。そして、Ｚ軸方向の移動（図１０（ｂ）中の矢印ｄｚ方向）が可能なように超音波振動子又は被駆動体を保持することで、当接力の付与と互いの摩擦面の面接触状態を維持するために備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０１４５７号公報
【特許文献２】特開２００６−３０１４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１１（ａ）に従来提案されている超音波振動子ユニット２の斜視図を示す。図１１（ｂ）に超音波振動子ユニット２の分解斜視図を示す。超音波振動子ユニット２は超音波振動子３、支持部材１３、２つのスペーサ部品１４により構成される。
超音波振動子ユニット２と不図示の被駆動体は図中Ｘ方向に相対移動運動が行われる。
超音波振動子３は、金属材料により略板状に形成される振動板１１、及び電気−機械変換素子である圧電素子材料により略矩形板状に形成される圧電素子板１２を接着等により一体化して形成される。
超音波振動子３には外部との電気的な接続を行う、不図示のフレキシブル基板等が配される。
【０００７】
振動板１１は、略中央に位置する矩形状の振動部１１ａ、振動部１１ａの上面における図中Ｘ方向２箇所に形成される突起部１１ｂ、及び振動部１１ａのＹ方向両側に形成される固定部１１ｃを備えている。振動板１１はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。
二つの突起部１１ｂの上端は不図示の被駆動体の摩擦面と加圧接触する箇所である。
駆動による摩耗を抑えるために振動子と被駆動体の摩擦面は面接触している必要があるため、二つの突起部１１ｂはＹ方向に幅を持つ。
突起部１１ｂの上面におけるＹ方向マイナス側の端部を点Ｔ１、Ｙ方向プラス側の端部を点Ｔ２として以下の説明に用いる。
【０００８】
図１２を用いて超音波振動子３に励起される２つの振動モードの例について説明する。
図１２（ａ）に超音波振動子３に励振する二つの振動モードの斜視図を示している。
この例では、圧電素子板１２に交流電圧を印加して超音波振動子３に２つの面外曲げ振動モード（ＭＯＤＥ−ＡとＭＯＤＥ−Ｂ）を励振する。
ＭＯＤＥ−Ａは、超音波振動子３の長手方向である図中Ｘ軸方向に略平行に２つの節が現れる一次の面外曲げ振動モードで、ＹＺ面に略対称な形状である。ＭＯＤＥ−Ａの振動により、二つの突起部１１ｂには被駆動体と接触する面と垂直な方向（Ｚ軸方向）に変位する振幅が励振される。
ＭＯＤＥ−Ｂは超音波振動子３の図中Ｙ軸方向に略平行に３つの節が現れる二次の面外曲げ振動モードで、ＹＺ面に逆対称且つＸＺ面に対称な形状である。ＭＯＤＥ−Ｂの振動によって、二つの突起部１１ｂには被駆動体と接触する面と平行な方向（Ｘ軸方向）に変位する振幅が励振される。
これら二つの振動モードを組み合わせることで接触部である二つの突起部１１ｂの上面に略ＸＺ面内の楕円運動成分が発生し、略Ｘ軸方向に被駆動体４を駆動させる力が発生する。この駆動力により、超音波振動子３と被駆動体とは相対的に移動する。
【０００９】
図１２（ｂ）は超音波振動子３の突起部付近のＹＺ断面で表わした、ＭＯＤＥ−Ａの振動モードである。
前述のように突起部１１ｂの上面にはＺ軸方向の振動変位が励振され、これに加えてＹ方向の成分も励振される。
図中点Ｔ１で示した、Ｙ方向マイナス側の端部付近にはＺ方向の振動成分がプラスの時にマイナスのＹ方向成分が生じている。
一方、図中点Ｔ２で示したＹ方向プラス側の端部付近にはプラスのＹ方向成分が生じている。このＹ方向の振動成分は超音波振動子３と被駆動体との相対的な移動を発生する力として作用する。
超音波振動子３の振動状態が理想的であり、突起部１１ｂの上面が均一に被駆動体と接触している状態であれば突起部１１ｂの上面でのＹ方向の発生力の合力はゼロになる。
しかし、例えば点Ｔ１付近のみが被駆動体と接触している状態であると、突起部１１ｂ上面でのＹ方向の発生力の合力はゼロにならずにＹ方向プラスの方に力が作用することになる。
この例においては、上記ＭＯＤＥ−ＡとＭＯＤＥ−Ｂを用いる超音波振動子３を適用しているが、他の超音波振動子形状、振動モードを用いる超音波振動子を用いても同様の考え方が成り立つ。
【００１０】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に戻り説明を続ける。
超音波振動子３の二か所の固定部１１ｃはＺ方向下面側に二つのスペーサ部品１４が各々配され、これらと接着等により固定される。
振動部１１ａは超音波振動が励振される箇所であり、支持部材等と空間的に分離しておく必要が有るため支持部材１３はスペーサ部品１４を介して固定される。支持部材１３はバネ材に適する金属薄板から打ち抜き加工やエッチング加工等により薄板平板状に形成した弾性構造を備える部品である。
支持部材１３はＸＹ面及びＹＺ面に略対称な形状である。支持部材１３にはＸ方向に延出する二つの第一固定部１３ａ、Ｙ方向に延出する二つの第二固定部１３ｂが備えられる。
これら、第一固定部１３ａ、第二固定部１３ｂを繋ぐように弾性変形部１３ｅが形成される。
弾性変形部１３ｅの弾性変形を用いて超音波振動子ユニット２における超音波振動子３の支持作用が得られる。
支持部材１３は超音波振動子３の下面側（図中ｚ方向下側）に重ねるように配置される。
超音波振動子３の振動変形部に支持部材１３が接触して超音波振動子３の振動変形を阻害しないように、これら二つの部品はスペーサ部品１４により所望の間隔を開けて配される。
支持部材１３はスペーサ部品１４と第二固定部１３ｂで固定される。支持部材１３は第一固定部１３ａの箇所で不図示の固定部品により固定される。
超音波振動子ユニット２に組み込まれた状態で、超音波振動子３には支持部材１３内のＹ方向中央位置を回転の中心としたＸ軸回りの変位が生じる。
【００１１】
このような構成の超音波振動子ユニット２における力と変位の関係の例を説明するための概念図を図１３に示す。
図１３にはＹＺ面における超音波振動子３及び支持部材１３の断面形状のみを示しており、説明に不要な構造は簡単のために省略している。
点Ｐ３は超音波振動子３にＸ軸回りの回転変位が生じる時の中心点である。
超音波振動子３は不図示の被駆動体と加圧接触を行うので、被駆動体からマイナスＺ方向の加圧力を受ける。
この時、何らかの理由で（加圧機構の精度、超音波振動子３と被駆動体との接触面の相対的な傾き等）加圧力に不均一が生じる場合がある。
【００１２】
図１３（ａ）には加圧力の状態を単純化して示してあり、点Ｔ１及び点Ｔ２に集中して加圧力がかかるものとしている。
ここでは点Ｔ１における加圧力Ｆｚ１の方が点Ｔ２における加圧力Ｆｚ２より大きい場合を示している。
超音波振動子３を駆動している時、図１３（ｂ）を用いて示したように点Ｔ１及び点Ｔ２にＹ方向変位が発生する。
このＹ方向変位による被駆動体との間に生じる発生力として、図中に示すようにＹ軸方向の発生力Ｆｙ１，Ｆｙ２が発生する。
これらＹ方向の発生力Ｆｙ１、Ｆｙ２はそれぞれの点Ｔ１及び点Ｔ２における加圧力に略比例するので｜Ｆｙ１｜＞｜Ｆｙ２｜となる。
このため、超音波振動子３の摩擦面を駆動方向であるＸ方向と直交する方向であるＹ方向に変位させようとする合力が生じる。この結果超音波振動子３には点Ｐ３を回転の中心としてＸ軸回りの力Ｆθｘが発生し、図１３（ｂ）のように超音波振動子３は点Ｐ３を中心にｘ軸回りの変位を生じようとする。
これは点Ｔ１をＺ方向プラスに、点Ｔ２をＺ方向マイナスに変位させるので、この結果点Ｔ１の加圧力Ｆｚ１は増加し、Ｔ２の加圧力Ｆｚ２は減少する。
このことから｜Ｆｙ１｜と｜Ｆｙ２｜との差はさらに大きくなりＦθｘも増加する。
要するに、図１３（ａ）に示した点Ｔ１とＴ２の力の差が悪化する方向に変化していき、摩擦面の安定した接触状態を得ることができず、摺動面の片削れ等により耐久性を低下させる虞がある。
一方、特許文献２により開示されている保持方法によれば、θｘの回転変位の中心を摩擦面内に配することができるので、このような課題に対処することが可能である。
しかし、この方法では、部品点数及び必要スペースの抑制を図る上で必ずしも満足の得られるものではない。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑み、部品点数及び必要スペースの増加を抑制することができ、振動子と被駆動体との摩擦面における安定した接触状態を維持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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の振動型駆動装置は、摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、
前記振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備え、
前記互いの摩擦面を介して前記振動子の楕円運動によって前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置であって、
前記振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材を備え、
前記支持部材は、前記振動子が前記被駆動体を相対移動させる方向及び前記押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
前記第一の方向への変形を伴わない前記弾性変形部の回転変形によって、前記振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対して平行に変位させることが可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、部品点数及び必要スペースの増加を抑制することができ、振動子と被駆動体との摩擦面における安定した接触状態を維持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】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１における振動型駆動装置の構成例を示す分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態１における超音波振動子ユニットの斜視図。
【図３】本発明の実施形態１における超音波振動子ユニットの分解斜視図。
【図４】本発明の実施形態１における支持部材の斜視図及び断面図。
【図５】本発明の実施形態１における振動型駆動装置の部分断面図。
【図６】本発明の実施形態１における超音波振動子ユニットの作用を示す模式図。
【図７】本発明の実施形態１における他の形態を示す超音波振動子ユニットの分解斜視図。
【図８】本発明の実施形態２における支持部材の斜視図及び断面図。
【図９】本発明の実施形態２における超音波振動子ユニットの作用を示す模式図。
【図１０】従来例を説明する超音波振動子及び被駆動体の斜視図及び断面図。
【図１１】（ａ）は従来例を説明する超音波振動子ユニットの斜視図、（ｂ）は従来例を説明する超音波振動子ユニットの分解斜視図。
【図１２】従来例における超音波振動子の振動モードを表わす図。
【図１３】本発明の課題を説明する超音波振動子ユニットの作用を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明において「平行に変位させる」とは、厳密に平行に変位させるだけでなく、平行で有ることに対して、摺動面の片削れ等の悪影響を与えない範囲で平行からずれている場合も含む。
本発明ではこのように平行からの一定のずれ分を含んだ状態を意味する用語として「略平行に変位させる」という用語を用いて説明している。
例えば、厳密な平行状態から１°ずれていたとしても、摺動面の片削れ等の悪影響を与えない又は影響が小さい場合には許容され得る。
本発明において、「振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対して平行に変位させる」とは、振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対し傾けることなく略平行に変位させることを意味する。
本発明において、「振動子が被駆動体を相対移動させる方向及び（振動子または被駆動体が）押圧される方向と直交する方向である第一の方向」とは、
振動子が被駆動体を相対移動させる方向と直交し、かつ（振動子または被駆動体が）押圧される方向とも直交する方向を意味する。
そして、「第１の方向に力を受ける」とは、当該力が働いている場合において、第１の方向にのみ力を受ける場合だけでなく、第１の方向に働く力の成分が含まれている力を受ける場合も含む。
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
［実施形態１］
実施形態１として、本発明を適用した振動型駆動装置の構成例について説明する。
本実施形態の振動型駆動装置は、摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備えている。
そして、上記互いの摩擦面を介して前振動子の楕円運動によって被駆動体を相対移動させるように構成されている。
具体的には、図１に示されているように、本実施形態の振動型駆動装置１は、所謂超音波モータを駆動源とした１自由度の直線駆動を行う装置として構成されている。
超音波モータの主要構成部品として、超音波振動子ユニット２及び被駆動体４が配される。
振動型駆動装置１は第一基部３１を備え、この第一基部３１に二つの第二基部３２が固定される。
二つの第二基部３２に挟まれるように、Ｘ方向に延伸する二つのガイドバー３４が保持固定される。
ガイドバー３４に組み合わされ、図中Ｘ方向にスライド可能なようにスライド部品３５が保持される。
スライド部品３５に超音波振動子ユニット２が固定される。
【００１９】
被駆動体４の両端は被駆動体枠３３を介して二つの第二基部３２に保持固定される。
図では被駆動体４及び被駆動体枠３３は他の部品と分解して表現しているが、実際は一体に組み合わされている。
被駆動体４は被駆動体基部２０及び摩擦部材２１を接着固定して形成されている。被駆動体基部２０はネオジウム磁石などの磁石材料で形成されており、図中Ｚ方向に着磁処理されている。
被駆動体基部２０の下面（Ｚ方向マイナス側）は超音波振動子ユニット２と向き合う面であり、この位置に摩擦部材２１が配される。
超音波振動子３と被駆動体４との間に発生する相対的な移動運動により、超音波振動子３及びスライド部品３５は図中Ｘ方向の移動を発生する。
スライド部品３５から駆動力、又は変位を取り出して任意の機器を駆動できる。本実施例の振動型駆動装置は説明に用いるための一例であり、任意の構成を選択可能である。
【００２０】
図２は実施形態１における振動型駆動装置１で用いられる超音波振動子ユニット２の斜視図であり、図３は同超音波振動子ユニット２の分解斜視図である。
超音波振動子ユニット２は、超音波振動子３、支持部材１３及び二つのスペーサ部品１４から形成される。
本実施形態における超音波振動子３は図１１（ｂ）に示した超音波振動子３と同様の構成であり、発明が解決しようとする課題の項と重複する説明は省略する。本実施形態での振動板１１は強磁性を備える金属材料により形成されており、被駆動体基部２０に吸引される。この磁気吸引力により超音波振動子３と被駆動体４との間に必要な加圧力が与えられる。
【００２１】
つぎに、振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材について説明する。
図４（ａ）に支持部材１３の斜視図を示す。
支持部材１３は薄板状の金属材料から形状形成、曲げ加工により形成されている。
支持部材１３は、Ｘ方向及びＹ方向（上記相対移動の方向を法線とする平面及び上記押圧される方向と直交する方向である第一の方向を法線とする平面）に略対称形状である。
支持部材１３には図中Ｘ方向に延出する二つの第一固定部１３ａが備えられ、Ｙ方向の両側には二つの第二固定部（保持部）１３ｂが備えられる。
第一固定部１３ａと第二固定部１３ｂとを繋ぐように４箇所に弾性変形部１３ｃが形成される。
これらに加えて支持部材１３には二つの第二固定部１３ｂを繋ぐように補強部１３ｄが形成される。
第一固定部１３ａは図１に示されている被駆動体枠３３と接して固定される箇所であり、超音波振動子ユニット２の被駆動体枠３３との取付け部である。第二固定部１３ｂはスペーサ部品１４のＺ方向底面と組み合わされて固定される。
支持部材１３は超音波振動子３のＺ方向下側に配置されており、各々の中心位置がＸ、Ｙ方向に略一致するように位置が決められているので超音波振動子ユニット２はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。
支持部材１３の第一固定部１３ａが被駆動体枠３３に固定されている状態で振動板１１の二つの突起部１１ｂに外部からの力、又は変位が加えられるとこれらの値に応じて支持部材１３の弾性変形部１３ｃに弾性変形が生じて超音波振動子３の姿勢の変化が生じる。
振動型駆動装置１に組み込まれた状態では、振動子３と被駆動体４の摩擦面が互いに面接触して倣うように弾性変形部１３ｃに弾性変形が生じ振動子３の支持が行われる。また本発明において上記支持部材に付勢機能を持たせる（例えば、ばね性を付与する）ことにより付勢部材としての支持部材とすることもできる。
【００２２】
図４（ｂ）には、図４（ａ）に記号Ｓで示す位置、即ち支持部材１３の弾性変形部１３ｃのＹＺ断面を示している。
弾性変形部１３ｃは薄板金属材料で形成されている支持部材１３の一部に所望の角度で曲げ加工を施した形状であり、図中Ｙ軸に対して角度Ａ２が与えられている。
弾性変形部１３ｃの断面の延長線の交点Ｃ１は、支持部品１３が超音波振動子ユニット２に組み込まれた時の振動子３の突起部１１ｂの摩擦面近傍である。
弾性変形部１３ｃは矢印Ａ３に示す方向に剛性が低く、この矢印Ａ３とＹＺ面で直交する方向（相対移動運動の方向を法線とする平面において前記第一の方向に対して傾いた方向）に剛性が大きくなるように形成される。
そして、この弾性変形部１３ｃは、上記第一の方向を法線とする平面に対称となる位置に配置される。
弾性変形部１３ｃは図中Ｘ方向に同一断面で延伸する形状であり、矩形薄板状の板バネとして作用する。
【００２３】
支持部材１３が振動子ユニット２に組み込まれた状態で振動子３の摩擦面において外力を受けた状態の一例を図４（ｃ）に示す。
図４（ｃ）は図４（ｂ）と同一の断面を表わしている。振動子３の摩擦面にｘ軸回りの外力、即ち図中に示す矢印のように交点Ｃ１におけるＦ１が加えられている時、支持部材の２箇所の弾性変形部１３ｃにはそれぞれＦ２、及びＦ３が加えられることになる。
これらの力Ｆ２及びＦ３は板材の法線方向に一致している。弾性変形部１３ｃはこの方向の剛性が低いため、これら力Ｆ２，Ｆ３に一致する方向にそれぞれ変形が生じる。
二つの弾性変形部１３ｃの変形を合成した時に交点Ｃ１の位置は変形前後で変化しない。
そのため、振動子３の摩擦面において、この摩擦面高さを中心とするｘ軸回りの回転変形力が生じた時に振動子３は摩擦面高さを中心とする回転変位のみを生じるようにすることができる。
【００２４】
図５（ａ）に振動型駆動装置１の正面図（Ｙ方向から見た図）を示している。本図においては説明に不要な構成部品、及び構成部品の一部を省略して示している。
振動板１１の突起部１１ｂと摩擦板２１の底面は空間上で一致するように、本実施形態においては支持部材１３の弾性変形により超音波振動子３の姿勢が調整される。
図５（ｂ）には図５（ａ）に記号Ｓで示した位置での断面形状を示している。
本図においても説明に不要な部品は簡単のため省略している。
図５（ｂ）は被駆動体４がＸ軸回りに取付けの位置ズレが生じている状態を表現している。
被駆動体４の摩擦板２１の底面と、振動板１１の突起部１１ｂの上面とが倣うように超音波振動子３に姿勢変化が生じる。Ｘ軸回りに角度を持つ面に倣うので超音波振動子３にもＸ軸回りの回転変位が生じる。
この超音波振動子３の姿勢変化は支持部材１３の弾性変形部１３ｃに弾性変形が生じることで行われる。
図４を用いて説明したように、支持部材１３は超音波振動子３が図中Ｐ１、即ち超音波振動子３と被駆動体４の接触面内に位置するＸ方向の軸回りに回転変位を生じるように形状が決められている。
超音波振動子３にはＰ１軸回りに回転変位のみが生じてＹ方向に並進する変形を伴わないので、超音波振動子３と被駆動体４のＹ方向の位置関係を維持した状態で安定して接触状態を実現することができる。
すなわち、超音波振動子３が被駆動体４を相対移動させる方向及び上記押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
第一の方向への変形を伴わない弾性変形部１３ｃの回転変形によって、超音波振動子３の摩擦面を被駆動体４の摩擦面に対し傾けることなく略平行に変位させることが可能となる。
【００２５】
図６に、図５（ａ）に記号Ｓで示す位置における超音波振動子ユニット２の断面図を示す。本図においても説明に不要な部品を省略して示している。
図１３を用いて説明したものと同様に点Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ加圧力Ｆｚ１、Ｆｚ２が加わり、発生力Ｆｙ１、Ｆｙ２が発生している。
発生力同士の関係は｜Ｆｙ１｜＞｜Ｆｙ２｜であり、超音波振動子３の摩擦面にはプラスＹ方向への合力が作用する。
この合力は点Ｐ１を含む面内に位置するので図６（ｂ）に示すようには超音波振動子３にはＹ方向の並進変位のみが生じる。
このように超音波振動子３の摩擦面には元の状態から面内の変位のみが生じるので、被駆動体４の摩擦面との接触状態は変化せず、安定した状態が維持できる。
【００２６】
本実施形態を実現する超音波振動子ユニット２は上記に限定されない。例えば図７に示す超音波振動子ユニット２においても同様の効果を得ることができる。図７は超音波振動子ユニット２の分解斜視図であり、実際には超音波振動子３と支持部材１３は一体化されている。
超音波振動子３は図２及び図３に示す前記超音波振動子と同様に強磁性の金属材料で形成される振動板１１及び圧電材料により形成される圧電素子板１２により形成される。
振動板１１は略中央に位置する矩形状の振動部１１ａ、振動部１１ａの上面における図中Ｘ方向２箇所に形成される突起部１１ｂ、及び振動部１１ａのＸ方向両側に形成される固定部１１ｃを備えている。
振動板１１はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。
【００２７】
支持部材１３は薄板状の金属材料からの切り出し、曲げ加工により形成されている。
支持部材１３はＸ方向及びＹ方向に略対称形状である。支持部材１３は図中Ｘ方向に延出する二つの第一固定部１３ａが備えられる。
第一固定部１３ａよりＸ方向内側で、且つ投影的に固定部１１ｃと一致する位置に二つの第二固定部１３ｂが形成される。
第二固定部１３ｂは図中Ｚ方向に突出するように曲げ加工により成型されており、固定部１１ｃと接して一体化されている。
二つの第二固定部を繋ぐように補強部１３ｄが形成される。第一固定部１３ａと補強部１３ｄとを繋ぐように４箇所の弾性変形部１３ｃが形成される。
このように、超音波振動子３の形状に応じて支持部材を構成すれば良く、本実施形態においても上記の効果を得ることができる。
【００２８】
［実施形態２］
実施形態２として、実施形態１とは異なる形態の振動型駆動装置の構成例について、図８を用いて説明する。
図８（ａ）に本実施形態における支持部材１３の斜視図を示す。
本実施形態での振動型駆動装置１は支持部材１３を除き同一構成なので重複する説明は省略する。
支持部材１３に関しても図４で説明したものと一部を除き同一であるので、重複する説明は避ける。
図８（ｂ）には、図８（ａ）に示す記号Ｓにおける弾性変形部１３ｃのＹＺ断面を示している。
図中Ｃ１は、図４（ｂ）に示した実施形態１における弾性変形部１３ｃの断面の延長線の交点（回転変形の回転中心）であり、摩擦面の近傍に位置している。
一方、本実施形態における弾性変形部１３ｃの断面の延長線の交点（回転変形の回転中心）はＣ２であり、ここでは摩擦面よりも被駆動体側に位置するようにされている。
具体的には、図８（ｂ）に示すように交点Ｃ２は交点Ｃ１より図中Ｚ方向プラス側となるように形状が決められており、角度Ａ２も大きな値となっている。
この支持部材１３を超音波振動子ユニット２に用いた時、超音波振動子３のＸ軸回りの回転変位の中心は交点Ｃ２近傍となる。
【００２９】
図９は本実施形態における超音波振動子ユニット２のＹＺ断面図である。
この図９は図１３及び図６で示したものと同様の構成である。点Ｐ２は超音波振動子３のＸ軸回りの回転変位の中心位置である。
図１３及び図６を用いて説明したものと同様に点Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ加圧力Ｆｚ１、Ｆｚ２が加わり、発生力Ｆｙ１、Ｆｙ２が発生している。｜Ｆｙ１｜＞｜Ｆｙ２｜であり、これらの合力として超音波振動子３の摩擦面にはプラスＹ方向への力が発生する。
この結果超音波振動子３は点Ｐ２を回転の中心とするＸ軸回りの力Ｆθｘが発生し、図１３（ｂ）のように超音波振動子３は点Ｐ２を中心にＸ軸回りの変位を生じようとする。
これは点Ｔ１をＺ方向マイナスに、点Ｔ２をＺ方向プラスに変位させるので、この結果、点Ｔ１の加圧力Ｆｚ１は減少し、Ｔ２の加圧力Ｆｚ２は増加する。
この作用によりＦｚ１とＦｚ２の差は小さくなり、これに伴い発生力の大きさ｜Ｆｙ１｜と｜Ｆｙ２｜との差も小さくなる。
超音波振動子３の摩擦面に発生するＹ方向の力の合力はゼロに近づき、被駆動体４との接触状態を良好な状態に調整する効果が得られる。
前述のように加圧力も突起部１１ｂの上面全域において略均一にかかるように調整作用が働き、駆動による摩擦面の摩耗も均一に進行するので本来の耐久性を確保できる。
これらの作用により、小型且つ簡易な構成でありながら振動型駆動装置は長期における安定した出力が得られる。
【符号の説明】
【００３０】
１：振動型駆動装置
２：超音波振動子ユニット
３：超音波振動子
４：被駆動体
１１：振動板
１２：圧電素子板
１３：支持部材
１４：スペーサ部品
２０：被駆動体基部
２１：摩擦部材
３１：第一基部
３２：第二基部
３３：被駆動体枠
３４：ガイドバー
３５：スライド部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、
前記振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備え、
前記互いの摩擦面を介して前記振動子の楕円運動によって前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置であって、
前記振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材を備え、
前記支持部材は、前記振動子が前記被駆動体を相対移動させる方向及び前記押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
前記第一の方向への変形を伴わない前記弾性変形部の回転変形によって、前記振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対して平行に変位させることが可能に構成されていることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記支持部材は、その回転変形の回転中心が前記互いの摩擦面の近傍に位置してい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】
前記支持部材は、その回転変形の回転中心が前記互いの摩擦面よりも前記被駆動体側に位置してい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４】
前記弾性変形部は、その剛性が大きい方向が前記相対移動運動の方向を法線とする平面において前記第一の方向に対して傾いた方向となるように形成されており、前記第一の方向を法線とする平面に対称となる位置に配置され、
前記対称となる位置に配置された前記弾性変形部の剛性が大きい方向を延長したときの交点が、前記支持部材の回転変形の回転中心とされていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記支持部材は、少なくとも一部が板状の金属材料で形成されており、前記支持部材は前記相対移動の方向を法線とする平面及び前記第一の方向を法線とする平面に略対称形状であり、
前記相対移動の方向における両側に配される二つの固定部と、前記第一の方向における両側に配される二つの保持部と、前記固定部と前記保持部を繋ぐように前記相対移動の方向に延伸する４つの前記弾性変形部を備え、
前記弾性変形部の少なくとも一部は、前記押圧される方向を法線とする平面に対して角度を持つように曲げ加工が施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１】
摩擦面が形成された振動体と電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動子と、
前記振動子の摩擦面と接触する摩擦面が形成され、これらの互いの摩擦面を介して押圧されるように構成された被駆動体と、を備え、
前記互いの摩擦面を介して前記振動子の楕円運動によって前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置であって、
前記振動子を支持する弾性変形部を有する支持部材を備え、
前記支持部材は、前記振動子が前記被駆動体を相対移動させる方向及び前記押圧される方向と直交する方向である第一の方向に力を受けた際、
前記第一の方向への変形を伴わない前記弾性変形部の回転変形によって、前記振動子の摩擦面を被駆動体の摩擦面に対して平行に変位させることが可能に構成されていることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記支持部材は、その回転変形の回転中心が前記互いの摩擦面の近傍に位置してい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】
前記支持部材は、その回転変形の回転中心が前記互いの摩擦面よりも前記被駆動体側に位置してい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４】
前記弾性変形部は、その剛性が大きい方向が前記相対移動運動の方向を法線とする平面において前記第一の方向に対して傾いた方向となるように形成されており、前記第一の方向を法線とする平面に対称となる位置に配置され、
前記対称となる位置に配置された前記弾性変形部の剛性が大きい方向を延長したときの交点が、前記支持部材の回転変形の回転中心とされていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記支持部材は、少なくとも一部が板状の金属材料で形成されており、前記支持部材は前記相対移動の方向を法線とする平面及び前記第一の方向を法線とする平面に略対称形状であり、
前記相対移動の方向における両側に配される二つの固定部と、前記第一の方向における両側に配される二つの保持部と、前記固定部と前記保持部を繋ぐように前記相対移動の方向に延伸する４つの前記弾性変形部を備え、
前記弾性変形部の少なくとも一部は、前記押圧される方向を法線とする平面に対して角度を持つように曲げ加工が施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１３２７１（Ｐ２０１２−２１３２７１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７５３５（Ｐ２０１１−７７５３５）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]