(57)【要約】  駆動装置（１）は、板状の弾性体（１１）と、板状の弾性体（１１）の少なくとも一方主面に接合された圧電素子（１２）とを有する板状の駆動ユニット（３）と、弾性体（１１）の開口部（１１ｃ）に挿入されており、駆動ユニット（３）を駆動することによりピッチ送りで移動される移動体（４）とを備える。圧電素子（１２）を駆動することにより、駆動ユニット（３）が、屈曲振動と、屈曲振動とは異なる少なくとも１種の他の振動モードまたは屈曲振動と他の振動モードとの結合モードの振動で振動するように構成されており、前記振動が、移動体（４）を移動させ得るように移動体（４）に弾性体（１１）の開口部（１１ｃ）の内壁が摩擦係合している移動可能状態と、弾性体（１１）の開口部（１１ｃ）の内壁が移動体（４）に対して隔てられておりあるいは移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体（４）に接触しているリリース状態と実現する各振動姿態を有する。
2015079736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、
前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、
前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動で、または屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、
前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、
前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、駆動装置。
【請求項２】
前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記他の振動が、前記屈曲振動によって前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している前記移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触している前記リリース状態とを実現する振動姿態とを有し、
前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により前記移動体をピッチ送りにより移動させる、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記屈曲振動と、前記他の振動とが同一周期となるように駆動される、請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記結合モードの振動で振動するように構成されており、
前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、
前記駆動ユニットの前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記屈曲振動と、前記他の振動とが結合して前記結合モードが励振されるように、前記弾性体の寸法が調整されている、請求項４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記移動体が、前記移動方向に延びかつ前記弾性体の開口部に摩擦係合し得る側面を有し、前記側面において、前記弾性体の前記開口部に対する摩擦係合力を高める圧接部材が設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記圧接部材が、前記側面において前記移動体の周方向に延び、常時よりも縮径した状態で取り付けられているリング状部材であり、前記移動体の側面に取り付けられた状態で該側面から外側に向かう弾発力を発現している、請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記リング状部材が、リングの一部が切り欠かれた形状を有する、請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記移動体の側面に溝が形成されており、前記圧接部材の一部が前記溝に嵌まり合っている、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１２】
前記圧接部材が、第１の端部と、第１の端部とは反対側の第２の端部とを結ぶ方向が長さ方向である複数のバネ部材であり、各バネ部材は、第１の端部と第２の端部との間の部分が前記長さ方向と直交する方向に変位し得るように構成されており、前記移動体の前記側面に前記バネ部材の前記第１，第２の端部が固定されており、第１の端部と第２の端部との間のバネ部材部分が移動体の側面から遠ざかる方向に付勢するように撓まされており、撓んでいる部分の頂点が前記弾性体の前記開口部に圧接されている、請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１３】
前記板状の弾性体と前記圧電素子の平面形状が異なっている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１４】
前記圧電素子が中央に開口部を有し、圧電素子の開口部が前記弾性体の開口部よりも大きく、前記圧電素子が前記弾性体の開口部の周縁に至っていない、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１５】
前記圧電素子が複数設けられている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１６】
前記他の振動が複数種の振動である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１７】
前記圧電素子が前記弾性体の第１及び第２の主面のうち一方の主面に設けられている、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１８】
前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備える、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１９】
対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、
前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、
前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動で、または屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、
前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、
前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動または前記結合モードの振動が生じるように、前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備え、
前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、駆動装置。
【請求項２０】
前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記屈曲振動及び前記他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に前記駆動パルスを与え、それによって前記移動体を前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動によりピッチ送りさせる、請求項１９に記載の駆動装置。
【請求項２１】
前記駆動ユニットが、前記結合モードの振動により振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記結合モードの振動が生じるように前記圧電素子に駆動パルスを与える、請求項１９に記載の駆動装置。
【請求項２２】
前記駆動ユニットの前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項２３】
前記駆動ユニットの前記弾性体の開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を駆動して移動体を移動させる駆動装置に関し、より詳細には、複数の振動モードを利用した駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズなどを移動させる駆動装置として、圧電素子を用いた駆動装置が種々提案されている。下記の特許文献１では、圧電体の伸縮動作に基づいて軸方向に変位する駆動部材が用いられている。この駆動部材に、被駆動部材が摩擦力で係合されて移動可能とされている。特許文献１では、圧電体に分極方向と同方向で電圧を印加して駆動する動作と、逆方向に電圧を印加して駆動する動作とを繰り返すことにより、被駆動部材を軸方向にピッチ送りしている。【０００３】
他方、下記の特許文献２には、屈曲振動と他の振動を利用した超音波モータが開示されている。ここでは、筒状のスライダーが、円板状の基体の貫通孔に挿入され、該スライダーがその軸方向に移動するように構成されている。円板状の基体の両面に圧電素子が設けられており、円板の屈曲振動と径方向振動との複合共振を基体に発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４９２７５６号
【特許文献２】特開平１−２９８９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の駆動装置では、駆動部材の軸の伸縮に、移動体が十分に追随できなかった。そのため、移動体を確実にピッチ送りすることができなかった。また、前方への移動期間で後退することがあった。よって、移動体の移動速度を高めることが困難であり、かつ移動速度が不安定であった。【０００６】
他方、特許文献２では、屈曲振動と径方向振動の複合共振を利用している。この場合、屈曲振動と径方向の伸縮振動とを同一周期で発生させることは容易ではない。そのため、移動体をピッチ送りすることは困難であり、移動体の移動速度の安定化も困難であった。【０００７】
本発明の目的は、移動体を安定に移動させることができ、後退が生じ難く、かつ移動速度の安定化を図ることができる、駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る駆動装置は、対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動で、または屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる。  【０００９】
本発明に係る駆動装置のある特定の局面では、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記他の振動が、前記屈曲振動によって前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している前記移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触している前記リリース状態とを実現する振動姿態とを有し、前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により前記移動体をピッチ送りにより移動させる。【００１０】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記屈曲振動と、前記他の振動とが同一周期となるように駆動される。【００１１】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記結合モードの振動で振動するように構成されており、前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、前記駆動ユニットの前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる。【００１２】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記屈曲振動と、前記他の振動とが結合して前記結合モードが励振されるように、前記弾性体の寸法が調整されている。【００１３】
本発明に係る駆動装置の別の特定の局面では、前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。【００１４】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。【００１５】
本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記移動体が、前記移動方向に延びかつ前記弾性体の開口部に摩擦係合し得る側面を有し、前記側面において、前記弾性体の前記開口部に対する摩擦係合力を高める圧接部材が設けられている。【００１６】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧接部材が、前記側面におい前記移動体の周方向に延び、常時よりも縮径した状態で取り付けられているリング状部材であり、前記移動体の側面に取り付けられた状態で該側面から外側に向かう弾発力を発現している。【００１７】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記リング状部材が、リングの一部が切り欠かれた形状を有する。【００１８】
本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記移動体の側面に溝が形成されており、前記圧接部材の一部が前記溝に嵌まり合っている。【００１９】
本発明の駆動装置のさらの他の特定の局面では、前記圧接部材が、第１の端部と、第１の端部とは反対側の第２の端部とを結ぶ方向が長さ方向である複数のバネ部材であり、各バネ部材は、第１の端部と第２の端部との間の部分が前記長さ方向と直交する方向に変位し得るように構成されており、前記移動体の前記側面に前記バネ部材の前記第１，第２の端部が固定されており、第１の端部と第２の端部との間のバネ部材部分が移動体の側面から遠ざかる方向に付勢するように撓まされており、撓んでいる部分の頂点が前記弾性体の前記開口部に圧接されている。【００２０】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記板状の弾性体と前記圧電素子の平面形状が異なっている。【００２１】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子が中央に開口部を有し、圧電素子の開口部が前記弾性体の開口部よりも大きく、前記圧電素子が前記弾性体の開口部の周縁に至っていない。【００２２】
本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電素子が複数設けられている。【００２３】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記他の振動が複数種の振動である。【００２４】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子が前記弾性体の第１及び第２の主面のうち一方の主面に設けられている。【００２５】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備えられている。【００２６】
本発明の駆動装置の別の広い局面によれば、対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動によりまたは屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動または前記結合モードの振動が生じるように、前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備え、前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、駆動装置が提供される。【００２７】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記屈曲振動及び前記他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に前記駆動パルスを与え、それによって前記移動体を前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動によりピッチ送りさせる。【００２８】
本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記駆動ユニットが、前記結合モードの振動により振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記結合モードの振動が生じるように前記圧電素子に駆動パルスを与える。【００２９】
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記駆動ユニットの前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。【００３０】
本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記駆動ユニットの前記弾性体の開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る駆動装置では、上記板状の駆動ユニットにおいて励振される屈曲振動及び他の振動により、または上記結合モードの振動により、移動体を、後退を招くことなく、安定にかつ確実に移動させることができ、移動速度の安定化も図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の正面断面図及び駆動ユニットの平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の外観を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態で用いられている駆動ユニットの正面図であり、図３（ｂ）は、圧電素子の詳細を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明で用いられる駆動ユニットの変形例を示す正面断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態で用いられている支持台を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態で用いられている移動体を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態において移動体に取り付けられている圧接部材を示す斜視図である。
【図８】図８は、圧接部材の変形例を示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態における駆動ユニットの共振特性を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明の第１の実施形態において、初期状態及び移動体を把持した状態を示す各模式図である。
【図１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の駆動装置において、ピッチ送りを果たした状態と、板状の弾性体を移動体から離脱させる工程をそれぞれ説明する各模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１の実施形態の駆動装置において、駆動に際して印加される駆動パルス信号と、駆動ユニットの屈曲振動と、拡がり振動との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１の実施形態の動作時において、印加される駆動パルス信号と、移動体の変位量との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の外観を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２の実施形態における駆動ユニットの模式的平面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置における屈曲モードの振動姿態を示す模式的斜視図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施形態における駆動ユニットのうねり振動モードの振動姿態を説明するための模式的斜視図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３の実施形態における駆動ユニットのインピーダンス特性を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第４の実施形態に係る駆動装置で用いられる駆動ユニットを示す斜視図である。
【図２０】図２０は、本発明の第４の実施形態の駆動装置における駆動ユニットのインピーダンス特性を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の第５の実施形態に係る駆動装置の平面図である。
【図２２】図２２は、本発明の第５の実施形態の駆動装置の底面側からみた斜視図である。
【図２３】図２３は、本発明の第５の実施形態で用いられている移動体と圧接部材とを示す斜視図である。
【図２４】図２４は、本発明の第５の実施形態で用いられている圧接部材の斜視図である。
【図２５】図２５は、比較例の動作時において、印加される駆動パルス信号と、屈曲振動の変位と、移動体の変位量との関係を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の第６の実施形態で用いられている移動体の斜視図である。
【図２７】図２７は、本発明の第６の実施形態で用いられている圧接部材を示す斜視図である。
【図２８】図２８は、本発明の第６の実施形態において、移動体に圧接部材が取り付けられている構造の正面断面図である。
【図２９】図２９は、本発明の第７の実施形態で用いられている移動体を示す斜視図である。
【図３０】図３０は、本発明の第７の実施形態において、移動体に４つの圧接部材が取り付けられている構造を示す正面断面図である。
【図３１】図３１は、本発明の第７の実施形態で用いられている移動体に、２つの圧接部材が取り付けられている構造を示す正面断面図である。
【図３２】図３２は、駆動ユニットの板状の弾性体の厚みと屈曲振動及び拡がり振動のインピーダンスとの関係を示す図である。
【図３３】図３３は、屈曲振動と拡がり振動の結合モードにより移動体を前進させる場合の駆動ユニットの振動姿態を示す図である。
【図３４】図３４は、屈曲振動と拡がり振動の結合モードにより移動体を後退させる場合の駆動ユニットの振動姿態を示す図である。
【図３５】図３５は、本発明の第８の実施形態における駆動ユニットの結合モードの振動のインピーダンス−周波数特性を示す図である。
【図３６】図３６は、本発明の第８の実施形態における結合モードの振動及び第１の実施形態における駆動ユニットの振動における拡がり振幅と屈曲振幅との関係を示す図である。
【図３７】図３７は、本発明の第８の実施形態において、前進モード時の駆動パルスと、屈曲振動及び拡がり振動の変位量との関係を示す図である。
【図３８】図３８は、本発明の第８の実施形態において、後退モード時の駆動パルスと、屈曲振動及び拡がり振動の変位量との関係を示す図である。
【図３９】図３９は、本発明の第８の実施形態における駆動パルス電圧と移動体の移動量である変位量を示す図である。
【図４０】図４０は、本発明の第８の実施形態における駆動パルスの駆動周波数と、移動体の移動速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３４】
図２は本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の外観を示す斜視図であり、図１（ａ）は、その正面断面図である。
【００３５】
本実施形態の駆動装置１は、支持台２を有する。支持台２上に、駆動ユニット３が固定されている。本実施形態では、駆動ユニット３により、移動体４が移動される。
【００３６】
移動体４は、図２に斜視図で示すように、円筒状のホルダ５を有する。このホルダ５の内部には、複数のレンズ６，６が配置されている。また、ホルダ５の開口端面を封止するように透明板７が取り付けられている。
【００３７】
本実施形態の駆動装置１は、レンズ６，６を有する移動体４を円筒状のホルダ５の軸方向に移動させる。このような駆動装置１は、例えばカメラのレンズを含むレンズ駆動装置として好適に用いることができる。なお、図１（ａ）における矢印Ｚが上記軸方向であり、駆動装置１では、移動体を軸方向Ｚにおいてピッチ送りすることが可能とされている。
【００３８】
上記移動体４を構成するホルダ５の材料は特に限定されない。ホルダ５は、例えば金属、セラミックス、または合成樹脂などにより形成することができる。
【００３９】
なお、図６に示すように、ホルダ５の側面には、溝５ａが周方向に延びるように形成されている。この溝５ａに嵌まり合うようにリング状の圧接部材８が取り付けられている。本実施形態では、図７に示すように、圧接部材８は、円環状のリングの一部を切り欠いた形状を有する。圧接部材８は、金属からなる。また、圧接部材８は、切欠きの部分を狭めるようにして常時より縮径された状態で、ホルダ５に取り付けられている。そのため、上記切欠きの部分が拡がる方向の力が作用し、圧接部材８は、拡径方向に弾発力を発現する。
【００４０】
本実施形態では、上記圧接部材８の外周面が、後述する駆動ユニット３の弾性体１１の開口部１１ｃの内壁に摩擦係合する。
【００４１】
なお、図８に示すように、閉じた環状の圧接部材８を用いてもよい。このような閉じた環状の圧接部材８としては、円筒状または角筒状などの筒状の圧接部材８を挙げることができる。この場合においても、圧接部材８を、筒状のホルダ５に外挿し、固定すればよい。
【００４２】
支持台２は、金属、セラミックスまたは合成樹脂からなる。支持台２は、図５に示すように、矩形板状のプレート部２ａを有する。プレート部２ａの中央に、貫通孔２ｂが設けられている。貫通孔２ｂは、図１（ａ）に示すように、移動体４を挿通させる部分である。
【００４３】
プレート部２ａのコーナー部分においては、上方に突出した支持突起２ｃが設けられている。複数の支持突起２ｃの上面に、駆動ユニット３が固定されている。従って、図１（ａ）に示すように、プレート部２ａと駆動ユニット３との間に空間Ａが設けられている。空間Ａが設けられているため、駆動ユニット３の後述する振動が妨げられ難い。
【００４４】
駆動ユニット３は、板状の弾性体１１と、板状の弾性体１１の下面に接合された圧電素子１２とを有する。板状の弾性体１１は、本実施形態では、ステンレスなどの金属板からなる。もっとも、金属板以外の板状の弾性材料により弾性体１１が形成されていてもよい。
【００４５】
なお、圧電素子１２は、弾性体１１の下面に接合されているが、図１（ａ）に一点鎖線Ｂで示すように、弾性体１１の上面に圧電素子が接合されていてもよい。さらに、弾性体１１の下面及び上面の双方に圧電素子１２が接合されていてもよい。
【００４６】
好ましくは、圧電素子１２は、弾性体１１の上面及び下面のうち一方の面にのみ形成される。その場合には、コストを低減することができる。また、本実施形態では、他の振動として後述する拡がり振動を利用するが、圧電素子１２が弾性体１１の片面にのみ設けられている場合に拡がり振動が容易に励振される。
【００４７】
なお、本実施形態では、弾性体１１の下面に圧電素子１２が設けられているが、移動体４を上方に移動させるには、弾性体１１の上面にのみ圧電素子１２を設けることが好ましい。もっとも、圧電素子１２の外部との接触を防止するには、本実施形態のように圧電素子１２は支持台２側に配置されていることが望ましい。
【００４８】
上記板状の弾性体１１は、第１の主面としての上面１１ａと、第２の主面としての下面１１ｂとを有する。また、弾性体１１は中央に上面１１ａから下面１１ｂに貫通している開口部１１ｃを有する。開口部１１ｃは、移動体４を挿通させる部分であり、かつ開口部１１ｃの内壁が、前述した移動体４に取り付けられている圧接部材８の外周面と摩擦係合する部分である。圧電素子１２もまた、貫通孔１２ａを有する。
【００４９】
図１（ａ）、図２及び図３（ａ）では、圧電素子１２の詳細は示していなかったが、図３（ｂ）に示すように、実際には、圧電体１３の両面に電極１４，１５が形成されている。この電極１４側から弾性体１１に圧電素子１２が接合されている。なお、弾性体１１が金属板の場合には、電極１４を省略し、弾性体１１を一方の電極として用いてもよい。
【００５０】
なお、単層の圧電体１３を用いた構成に代えて、従来より周知の積層型の圧電素子を用いてもよい。すなわち、複数の圧電体層と複数の内部電極とを有する積層型圧電素子を用いてもよい。
【００５１】
圧電素子１２の平面形状は、弾性体１１の平面形状と同一とされている。もっとも、圧電素子１２の平面形状は弾性体１１の平面形状と異なっていてもよい。好ましくは、図４に示す変形例のように、圧電素子１２Ａの貫通孔１２ａの径を、弾性体１１の開口部１１ｃの径よりも大きくすることが望ましい。この場合には、圧電素子１２Ａの貫通孔１２ａの内周面が、開口部１１ｃの開口縁よりも外側に位置する。従って、圧電素子１２Ａと移動体４との接触をより一層確実に防止することができる。
【００５２】
上記圧電体１３を構成する圧電セラミックスとしてＰＺＴ系セラミックスなどの適宜の圧電セラミックスを用いることができる。電極１４，１５は、適宜の金属もしくは合金により形成することができる。
【００５３】
本実施形態では、上記圧電素子１２にパルス状の駆動電界を与えて圧電素子１２を励振させる。それによって、駆動ユニット３において屈曲振動と他の振動とを発生させ、屈曲振動と他の振動とを利用する。
【００５４】
すなわち、圧電素子１２を励振すると、圧電素子１２と弾性体１１とを貼り合わせてなる駆動ユニット３が振動することとなる。この駆動ユニット３において、駆動ユニット３の主面中央が上下に変位する屈曲振動が生じる。同時に、上記開口部１１ｃの径が大きくなったり、小さくなったりする拡がり振動も励振される。本実施形態では、屈曲振動とこの拡がり振動とが利用される。
【００５５】
本実施形態では、図１（ａ）に略図的に示す駆動パルス源１６から駆動パルスを圧電素子１２に与えた場合、同一周期の屈曲振動と拡がり振動とが励振される。
【００５６】
上記のように、屈曲振動と拡がり振動とを同一周期で発生させるには、両振動の共振周波数を同じにする、もしくは、駆動パルスに応じて両振動の共振周波数を特定の周波数間隔となるように調整すればよい。この周波数間隔は、弾性体１１の材質や厚み、平面形状の寸法の変更により調整することができる。
【００５７】
図９は、本実施形態の駆動ユニット３の共振特性を示し、ここでは、矢印Ｃで示す位置に屈曲振動の共振が、それより高い矢印Ｄで示す位置に拡がり振動の共振が現れている。その屈曲振動の共振周波数は０．０５９ＭＨｚであり、拡がり振動の共振周波数は０．１６９ＭＨｚである。この場合、後述する駆動パルス信号により同一周期で屈曲振動及び拡がり振動を発生させることができる。従って、屈曲振動と拡がり振動の周期が同一となるように容易に駆動ユニット３を駆動することができる。
【００５８】
本実施形態の駆動装置１による移動体４のピッチ送り動作を図１０及び図１１を参照して説明する。
【００５９】
上記のように、屈曲振動と拡がり振動とが用いられる。ここで、拡がり振動は、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に摩擦係合している移動可能状態と、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に対して隔てられており、あるいは移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体４に接触しているリリース状態とを実現する各振動姿態を有する。
【００６０】
図１０（ａ）は、初期状態を示す。ピッチ送りに際し、まず、図１０（ｂ）に示すように、拡がり振動により、矢印で示すように開口部１１ｃが狭まるように弾性体１１が変位する。その結果、移動可能状態、すなわち弾性体１１による移動体４を把持した把持状態が実現される。この状態で、駆動ユニット３が屈曲振動により同位相で変位するため、図１１（ａ）に示すように、駆動ユニット３が変位し、移動体４が上方に移動される。
【００６１】
次に、拡がり振動において、前述したリリース状態となるように弾性体１１が変位し、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に対して隔てられ、あるいは上記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体４に接触しているリリース状態となる。同時に、このリリース状態において、屈曲振動により図１１（ｂ）に示すように、駆動ユニット３において、弾性体１１の開口部１１ｃ付近が下方に移動する。
【００６２】
しかる後、次の駆動パルスにより、再度把持状態となると共に、屈曲振動による変位により、図１１（ｂ）に示すように移動体４が再度上方に移動される。このようにして、移動体４が上方にピッチ送りされる。
【００６３】
本実施形態では、上記屈曲振動の周期と、上記拡がり振動の周期が同一となるように駆動パルス源から駆動パルス信号が与えられる。これを、図１２及び図１３を参照してより具体的に説明する。図１２は、上記ピッチ送りに際しての駆動パルス信号と、屈曲振動及び拡がり振動との関係を示す図である。実線が駆動パルス信号であり、破線が拡がり振動の変位量を、一点鎖線が屈曲振動の変位量を示す。駆動パルス信号の電界強度が実線で示す周期を有するように変化する。これに応じて、上記屈曲振動及び拡がり振動が励振されるが、図１２から明らかなように、屈曲振動の周期と、拡がり振動の周期がほぼ一致している。
【００６４】
図１３は、上記駆動パルス信号を駆動ユニット３に与えた場合の移動体４の変位量すなわちピッチ送り状態を示す図である。実線が駆動パルス信号であり、破線が移動体の変位量を示す。
【００６５】
図１３から明らかなように、駆動パルスを駆動ユニット３に与えることにより、移動体４を確実にピッチ送りし得ることがわかる。特に、本実施形態では、移動体４のピッチ送りに際し、移動体４に対してリリース状態で弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が後方すなわち下方に移動することとなる。従って、移動体４がピッチ送りに際して後退するおそれがほとんどない。従って、上方に移動体４を安定にピッチ送りすることができる。しかも、図１３の破線から明らかなように、ピッチ送りに際しての１ピッチ毎の移動速度がほぼ一定であり、駆動速度の安定化も図ることができる。これは、移動体４を前方に移動させるための屈曲振動だけでなく、上記把持状態と、リリース状態とを実現するのに拡がり振動を利用しており、かつ上記屈曲振動と拡がり振動の周期が同一であることによる。
【００６６】
比較のために、拡がり振動を用いず、屈曲振動のみを用いることを除いては、上記実施形態と同様にして構成した駆動装置を用意した。この比較例の動作を図２５に示す。図２５において、実線が駆動パルス信号であり、一点鎖線が屈曲振動の波形であり、破線が移動体の変位量を示す。図２５の破線から明らかなように、比較例では、変位開始直後に移動体がさほど移動しない期間Ｘが存在する。従って駆動後の応答性が悪いことがわかる。加えて、矢印Ｙで示すように、ピッチ送りが始まった段階において、ピッチ毎に後退現象がみられる。
【００６７】
これに対して、図１３の破線から明らかなように、本実施形態によれば、このような後退を引き起こすことなく移動体４を移動させることができる。しかも、駆動直後から速やかに移動体４をその軸方向に安定に移動させることができる。
【００６８】
なお、第１の実施形態では、駆動パルスのデューティーを逆転させれば、後退させることができる。
【００６９】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の斜視図であり、図１５は第２の実施形態で用いられる駆動ユニットと移動体との関係を示す模式的平面図である。
【００７０】
図１４に示すように、駆動装置３１は、支持台２と、支持台２上に固定されている駆動ユニット３３とを有する。駆動ユニット３３は、図１５に示すように、平面形状が矩形枠状の形状を有している。駆動ユニット３３では、矩形枠状の弾性体３４の上面に、圧電素子３５が接合されている。圧電素子３５も矩形枠状の形状を有している。
【００７１】
また、矩形枠状の弾性体３４の開口部３４ｃ内に移動体４が配置されている。移動体４は第１の実施形態と同様に構成されている。移動体４の外周面が、上記弾性体３４の４つの内側壁の各中央に摩擦係合している。
【００７２】
圧電素子３５に交番電界を印加することにより、圧電素子３５が励振される。そして、圧電素子３５が弾性体３４に張り付けられている駆動ユニット３３は、第１の実施形態と同様に、屈曲振動と拡がり振動とで振動する。そして、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、屈曲振動により移動体４を前方に移動させることができ、拡がり振動により、移動体４を把持している把持状態と、前述したリリース状態とを実現することができる。
【００７３】
なお、図１４及び図１５では図示を省略しているが、第１の実施形態で用いた圧接部材８を本実施形態において採用してもよい。
【００７４】
本実施形態では、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数のそれぞれを任意に調整することができる。これは、矩形枠状の弾性体１１及び矩形枠状の圧電素子３５を用いているため、この矩形枠状の形状における寸法を調整することにより、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数を容易に調整することができることによる。例えば、拡がり振動の共振周波数は、弾性体の平面形状における寸法を調整することにより容易に調整することができる。また、屈曲振動の共振周波数は、弾性体の枠状部分の寸法や厚みを調整することによって容易に調整することができる。例えば、８．５ｍｍ×８．５ｍｍ×厚み１．２ｍｍの外形を有し、枠状部分の幅が１．０ｍｍのステンレスを用いることにより、屈曲振動及び拡がり振動の共振周波数を８５ｋＨｚ程度に容易に調整することができる。
【００７５】
前述した第１の実施形態では、弾性体１１の平面形状の外形が矩形であり、開口部１１ｃの平面形状が円形である。この場合には、開口部が等方性の形状を有するため、弾性体の材質や厚み、平面形状の寸法を調整することにより、屈曲振動と拡がり振動の共振周波数を調整することができる。これに対して、第２の実施形態では、弾性体３４の平面形状の外形が矩形であり、かつ開口部３４ｃの平面形状が矩形である。この場合には、上記のように弾性体の材質や厚み、平面形状の寸法の変更によって、より一層容易に拡がり振動と屈曲振動の共振周波数を調整することができる。なお、弾性体の平面形状の外形が円形であり、かつ開口部の平面形状が円形である場合、弾性体の材質や厚さ、平面形状の寸法を調整しても、屈曲振動と拡がり振動の共振周波数を任意に調整することはできない。
【００７６】
従って上記のように、弾性体の平面形状の外形及び開口部の平面形状は、非円形であることが好ましい。それによって、駆動パルス信号により同一周期で駆動されるように、拡がり振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との周波数間隔に容易に調整することができる。
【００７７】
第２の実施形態では、屈曲振動の共振周波数と拡がり振動の共振周波数とを、駆動パルス信号により同一周期で発生させるように、これらの共振周波数を容易に調整することができる。従って、屈曲振動と拡がり振動とをより一層高精度に同一周期で発生させることができる。そのため、第１の実施形態に比べ、より低い駆動電圧で、移動体４をより確実にピッチ送りすることができる。さらに、ピッチ送りに際しての移動速度の安定性もより一層高めることができる。
【００７８】
上記第１及び第２の実施形態では、屈曲振動と、他の振動として拡がり振動とを利用した。本発明においては、他の振動は、拡がり振動以外の振動であってもよい。
【００７９】
図１６〜図１８を参照して、第３の実施形態として、他の振動がうねり振動である駆動装置を説明する。
【００８０】
第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、矩形枠状の駆動ユニット３３を用いる。駆動ユニット３３は、第２の実施形態と同様に構成されている。もっとも、本実施形態では、図１６に振動姿態を示すように駆動ユニット３３が屈曲モードで振動する。同時に、図１７に振動姿態を示すように、駆動ユニット３３はうねり振動でも振動する。本実施形態では、ある駆動パルス信号で駆動した場合に、屈曲振動及び拡がり振動が同一周期で発生するように両振動の共振周波数間隔が調整されている。よって、本実施形態においても、駆動ユニット３３が設計されている。
【００８１】
図１８は、第３の実施形態の駆動ユニット３３のインピーダンス特性を示す図である。矢印Ｃ１で示す位置に屈曲モードの応答が現れている。また、矢印Ｄ１に示す位置にうねり振動の応答が現れている。両者の共振周波数は、第２の実施形態と同様に、駆動ユニット３３における弾性体の寸法や圧電素子の寸法を調整することにより容易に調整することができる。
【００８２】
また、第１〜第３の実施形態では、他の振動モードとして拡がり振動またはうねり振動のような１つの振動を利用したが、他の振動として複数種の振動を利用してもよい。
【００８３】
さらに、他の振動は、幅方向振動や長さ方向の振動などであってもよい。
【００８４】
また、第１の実施形態では、弾性体１１の片面に１つの圧電素子１２が貼り合わされていたが、図１９に示す第４の実施形態のように、複数の圧電素子４２が弾性体４１に接合されていてもよい。本実施形態では板状の弾性体として矩形枠状の弾性体４１が用いられている。この弾性体４１の片面に、複数の圧電素子４２，４２，４２，４２が接合されている。各圧電素子４２は、矩形枠状の一辺において、弾性体４１の上面に接合されている。
【００８５】
上記圧電素子４２に交番電界を印加することにより圧電素子４２を励振する。その結果、駆動ユニット４３は、屈曲振動と、拡がり振動を生じる。
【００８６】
図２０は、駆動ユニット４３のインピーダンス特性を示す図である。矢印Ｃ２で示す位置に屈曲振動の応答が現れており、矢印Ｄ２で示す位置に拡がり振動の応答が現れている。本実施形態においても、屈曲振動と拡がり振動とが同一周期で発生するように、両振動の共振周波数の間隔が選ばれている。従って、移動体を正確にピッチ送りすることが可能となる。このように、弾性体の片面または両面に複数の圧電素子が接合されていてもよい。
【００８７】
図２１は、本発明の第５の実施形態に係る駆動装置の平面図であり、図２２はその底面側からみた斜視図である。
【００８８】
駆動装置５１は、駆動ユニット５３を有する。本実施形態では、駆動ユニット５３は、矩形枠状の平面形状を有する。図２１及び図２２では、弾性体１１を含む駆動ユニット５３の外形のみを略図的に図示してあることを指摘しておく。すなわち、弾性体１１と移動体５４と、圧接部材５８のみを図示することとする。圧電素子等については、前述した第１〜第４の実施形態と同様に構成することができる。
【００８９】
本実施形態においては、弾性体１１の平面形状の外形が矩形であり、開口部１１ｃの平面形状も矩形である。この弾性体１１の開口部１１ｃ内に、移動体５４が配置されている。移動体５４は、直方体状、より詳細には矩形板状の形状を有している。このように、本発明においては、移動体の形状は、筒状体や柱状体に限定されず、直方体状などの様々な形状とすることができる。
【００９０】
図２３に示すように、本実施形態では、移動体５４の対向し合う一対の側面に、それぞれ、圧接部材５８が固定されている。図２４に示すように、圧接部材５８は、金属からなり、第１の端部５８ａと第２の端部５８ｂとを有する。圧接部材５８は、第１の端部５８ａ及び第２の端部５８ｂにおいて、移動体５４の側面に固定されている。そして、第１の端部５８ａと第２の端部５８ｂとを結ぶ長さ方向を有する。この長さ方向中央部が図２１に示すように、移動体５４の側面から遠ざかるように付勢されている。圧接部材５８は、上記形状を有し、板バネとして作用する。
【００９１】
上記第１の端部５８ａと第２の端部５８ｂとの間の弾発部５８ｃが開口部１１ｃの内側面に接触すなわち圧接されている。このように、本実施形態では、板バネ状の圧接部材５８を用いてもよい。なお、板バネに限らず、直線状の弾性部材を中央部において弾発力を有するように形成してなる、線バネを用いてもよい。
【００９２】
図２６は本発明の第６の実施形態で用いられている移動体６１の斜視図である。移動体６１は、略矩形板状の形状を有する。もっとも、移動体６１の一方の主面上には、長さ方向両端に突出部６１ａ，６１ａが設けられている。他方主面上においても、長さ方向両端に突出部６１ｂ，６１ｂが設けられている。
【００９３】
図２７は、本実施形態で移動体に取り付けられる圧接部材６２を示す斜視図である。圧接部材６２は金属板からなり、屈曲させることにより板バネとして作用する。
【００９４】
この圧接部材６２の長さは、上記突出部６１ａと突出部６１ａとの間の距離よりも長くされている。
【００９５】
図２８に示すように、上記圧接部材６２を屈曲させ、突出部６１ａ，６１ａ間に取り付ける。それによって、圧接部材６２が板バネとして作用することとなる。突出部６１ｂ，６１ｂ間にも、同様に板バネからなる圧接部材６２が取り付けられている。
【００９６】
このような移動体６１に圧接部材６２を取り付けた構造は、例えば、第５の実施形態で用いた矩形枠状の開口部を有する弾性体１１と組み合わせて用いることができる。
【００９７】
また、図２９は、本発明の第７の実施形態で用いられている移動体の斜視図である。移動体７１は、直方体状の形状を有する。すなわち、平面形状がほぼ正方形である。移動体７１の上面７１Ａにおいては、側面７１Ｃ，７１Ｄとのなす端縁に沿うように、突出部７１ａ，７１ａが設けられている。突出部７１ａ，７１ａは上面７１Ａよりも上方に突出している。また、突出部７１ａ，７１ａは、側面７１Ｃ，７１Ｄよりも外側にも突出している。同様に、下面７１Ｂにおいては、下面７１Ｂと側面７１Ｃ，７１Ｄとのなす各端縁に沿うように、突出部７１ｂ，７１ｂが設けられている。
【００９８】
図２９に示す移動体７１のように、平面形状が正方形の移動体７１を用いてもよい。ここでは、図２７に示した圧接部材６２が上記突出部７１ａ，７１ａまたは突出部７１ｂ，７１ｂを利用して取り付けられる。
【００９９】
図３０に示すように、上面７１Ａにおいて、突出部７１ａ，７１ａ間に圧接部材６２を取り付けてもよい。さらに、下面７１Ｂにおいても、突出部７１ｂ，７１ｂ間に圧接部材６２を取り付けることができる。さらに、側面７１Ｃ，７１Ｄにおいても、突出部７１ａと突出部７１ｂとの間に圧接部材６２を取り付けることができる。
【０１００】
あるいは、図３１に示すように、側面７１Ｃ，７１Ｄにおいてのみ圧接部材６２，６２を取り付けてもよい。
【０１０１】
第６及び第７の実施形態のように、圧接部材６２を板バネで構成する場合、移動体６１，７１の形状を工夫するだけで、圧接部材を容易に移動体に取り付けることができる。
【０１０２】
なお、図２６における突出部６１ａ，６１ａ，６１ｂ，６１ｂが設けられている構成は、表現を変えれば、矩形板状の移動体６１の上面及び下面に凹部を形成した構造と表現することもできる。すなわち、一対の対向壁６１ａ１，６１ａ１を有するように上面に凹部を形成することにより、突出部６１ａ，６１ａを形成してもよい。あるいは、前述したように、矩形板状の状態の上面から上方に突出するように突出部６１ａ，６１ａが形成されていてもよい。
【０１０３】
（結合モードを利用した第８の実施形態）
本発明の駆動装置では、板状の駆動ユニットは、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されてもよい。このような結合モードの振動を利用した第８の実施形態を以下において説明する。
【０１０４】
なお、第８の実施形態に係る駆動装置では、図１９に示した圧電素子を用いている。また、その他の構成については、板状の駆動ユニットにおいて結合モードが生じるように構成されていることを除いては、第１の実施形態の駆動装置と同様である。従って、第８の実施形態の説明において、第１の実施形態に係る駆動装置について示した、図１（ａ）及び図１（ｂ）〜図８、並びに図１〜図８と、第４の実施形態について示した図１９とを参照して説明した説明を援用することとする。
【０１０５】
具体的には、第８の実施形態では、板状の駆動ユニット３の弾性体１１の寸法を調整することにより、屈曲振動と、拡がり振動とを結合してなる結合モードが励振されるように構成されている。その他の構成については、駆動方法を除いては、第１の実施形態と同様である。
【０１０６】
上記駆動ユニット３における弾性体１１として、ステンレスからなり、８．５ｍｍ×８．５ｍｍ並びに矩形の開口縁と外周縁とを結ぶ幅方向の寸法が１．０ｍｍの弾性体１１を用意した。この弾性体１１において、厚みを種々変化させ、弾性体表面に圧電素子１２を貼り合せ、駆動ユニット３を構成した。この厚みが異なる駆動ユニット３の圧電素子を駆動し、振動させた。この場合の屈曲振動及び拡がり振動の共振周波数の変化を図３２に示す。図３２から明らかなように、弾性体の厚みが増加するにつれて、屈曲振動の共振周波数は厚みが増加してもさほど上昇しない。これに対して、拡がり振動の共振周波数は、弾性体１１の厚みが増加するにつれて上昇し、厚みが１．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲では、屈曲振動の共振周波数に近づいていることがわかる。特に、厚みが１．３ｍｍ〜１．４ｍｍにおいて、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数がほぼ一致する程度に近接していることがわかる。このような場合、屈曲振動と拡がり振動が結合し、結合モードの振動が生じる。このような結合モードの振動が生じるように弾性体１１の厚みを設定した。
【０１０７】
より具体的には、厚みを１．３７ｍｍとし、駆動パルス信号を、周波数を変化させつつ印加した。この駆動ユニット３の共振特性を図３５に示す。図３５から明らかなように、駆動周波数が９０．２ｋＨｚのところに共振周波数を有するモード１と、駆動周波数が８７ｋＨｚの場合に共振周波数が現れるモード２とが存在することがわかる。図３３は、モード１の場合の駆動ユニット３の振動姿態を示す斜視図である。図３４は、モード２の場合の結合モードの振動姿態を示す斜視図である。
【０１０８】
上記屈曲振動と拡がり振動の結合モードの振動では、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に摩擦係合している移動可能状態と、開口部１１ｃの内壁が移動体に対して隔てられており、あるいは移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体４に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有する。このような振動姿態は、モード１及びモード２のいずれの場合においても生じる。但し、モード１では、移動可能状態において結合モードにより、移動体４が前進するように移動体４が移動されることになる。他方、モード２では、移動可能状態において、開口部１１ｃの内壁が移動体４を後退させる。
【０１０９】
言い換えれば、本実施形態では、上記結合モードがモード１の場合には、移動体４を上記結合モードの振動により前進させることができる。他方、後退させたい場合には、モード２が生じるように駆動周波数を切り替えることにより、移動体４を後退させることができる。
【０１１０】
上記結合モードの振動は、本実施形態では、屈曲振動と、拡がり振動とが結合することにより形成されている。結合させるには、好ましくは、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数が一致されておればよい。もっとも、双方の共振周波数は、完全に一致されておらずともよく、ほぼ一致されておればよい。より具体的には、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数との差の絶対値が、モード１における共振周波数と、モード２における共振周波数との平均値±１５％の範囲内、より好ましくは平均値±５％の範囲内であればよい。このような範囲内であれば、上記モード１及びモード２をより一層確実に発現させることができる。
【０１１１】
上記結合モードの振動を利用することにより、第８の実施形態では、第１の実施形態に比べて、屈曲振幅を大きくすることができる。これは、振動が単振動の形となるため、屈曲振幅を大きくすることができることによる。これを、図３６を参照して説明する。図３６の実線は、上記モード１の場合の変位ヒステリシスを示す図であり、破線は第１の実施形態の場合の変位ヒステリシスを示す図である。
【０１１２】
図３６の破線で示すように、第１の実施形態では、拡がり振幅がマイナスの場合とプラスの場合とで、リリース状態及び移動可能状態が実現され、かつ屈曲振幅の大きさだけ移動体４を前進させることができる。
【０１１３】
他方、実線で示す第８の実施形態においては、結合モードにより、拡がり振幅がマイナスの場合のリリース状態と、拡がり振幅がプラス側である移動可能状態とが実現され、いずれにしても、屈曲振幅は非常に大きい。そのため、移動体を高速で移動させることができ、かつ大きな変位量を得ることができる。これを、図３７〜図４０を参照してより具体的に説明する。
【０１１４】
図３７は、前述したモード１の場合の駆動パルスと、屈曲振動及び拡がり振動の変位量との関係を示す図である。なお、この屈曲振動の変位及び拡がり振動の変位が結合し、モード１の結合モードの振動が実現されている。モード１の場合には、屈曲振動と拡がり振動とがほぼ逆位相となるように、屈曲振動と拡がり振動とが結合されている。従って、移動体４を前進させることができる。
【０１１５】
これに対して、図３８に示すように、モード２の場合には、屈曲振動の位相と拡がり振動の位相がほぼ一致するように両者が結合されている。そのため、モード２では、移動体４を後退させることができる。
【０１１６】
いずれにしても、屈曲振動の変位量が前進時及び後退時のいずれにおいてもかなり大きいため、また屈曲振動が正弦波の形で変位するため、大きな変位量の得られることがわかる。
【０１１７】
図３９は、第８の実施形態の駆動装置における駆動パルス及び移動体４の変位量の時間的変化を示す図である。図３９から明らかなように、第８の実施形態では、駆動開始当初から移動体４を移動させることができ、かつ高速で移動させ得ることがわかる。また、図３９から明らかなように、第８の実施形態では、移動体４の後退も生じ難いことがわかる。
【０１１８】
図４０は、上記駆動パルスの駆動周波数と、移動体の速度との関係を示す図である。
【０１１９】
第８の実施形態において、上記駆動パルスの周波数を変化させると、前述したように、モード１またはモード２の結合モードが強く励振される。図４０は、モード１が生じる駆動周波数付近の駆動周波数と移動体速度との関係を示す図である。本実施形態では、９３ｋＨｚとすれば、移動体４を最も高速で移動することができることがわかる。また、駆動周波数が９０〜９７ｋＨｚの範囲内であれば、移動体４を十分に高速で移動させ得ることがわかる。このような周波数範囲では、モード１の結合モードが強く励振されるためである。
【０１２０】
なお、図４０では図示していないが、９０ｋＨｚよりも低い周波数域では、前述したモード２の結合モードが強く励振される周波数範囲が現れる。従って、駆動周波数を変化させることにより、モード１あるいはモード２により、移動体４を高速で前進または後退させることができる。
【０１２１】
第８の実施形態では、屈曲振動と、拡がり振動との結合モードを用いたが、屈曲振動と結合される他の振動は拡がり振動に限定されない。すなわち、屈曲振動と結合し得る限り、前述した第１の実施形態における他の振動と同様の他の振動を用いることができる。
【０１２２】
また、第８の実施形態では、弾性体１１の厚みを調整することにより、結合モードの振動を生じさせていたが、弾性体１１の厚みだけでなく、他の寸法や材質などを考慮して、上記結合モードの振動を生じさせてもよい。
【０１２３】
前述したように、第８の実施形態は上記結合モードの振動を利用したことにおいて第１，第４の実施形態と異なるものであり、従って、その他の構成については、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例、並びに第２，第３，及び第５〜第７の実施形態で示したように、適宜変形することができる。よって、第１の実施形態の変形例や第２，第３，及び第５〜第７の実施形態についての説明も第８の実施形態の駆動装置の説明に援用することとする。
【０１２４】
なお、上記第１〜第８の実施形態から明らかなように、弾性体の開口部もしくは外形の平面形状は、円形であってもよく、矩形などの異方性を有する非円形の形状であってもよい。そして、非円形の異方性を有する形状である場合には、前述したように、弾性体の寸法を調整することにより、屈曲振動の共振周波数と、他の振動の共振周波数を容易に調整することができる。従って、弾性体の平面形状や開口部の平面形状は、非円形の異方性を有する形状であることが望ましい。より好ましくは、弾性体の外形の平面形状と、開口部の平面形状との双方が非円形であることが好ましい。
【符号の説明】
【０１２５】
１…駆動装置
２…支持台
２ａ…プレート部
２ｂ…貫通孔
２ｃ…支持突起
３…駆動ユニット
４…移動体
５…ホルダ
５ａ…溝
６…レンズ
７…透明板
８…圧接部材
１１…弾性体
１１ａ…上面
１１ｂ…下面
１１ｃ…開口部
１２，１２Ａ…圧電素子
１２ａ…貫通孔
１３…圧電体
１４，１５…電極
１６…駆動パルス源
３１…駆動装置
３３…駆動ユニット
３４…弾性体
３４ｃ…開口部
３５…圧電素子
４１…弾性体
４２…圧電素子
４３…駆動ユニット
５１…駆動装置
５３…駆動ユニット
５４…移動体
５８…圧接部材
５８ａ，５８ｂ…第１，第２の端部
５８ｃ…弾発部
６１，７１…移動体
６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ…突出部
６１ａ１…対向壁
６２…圧接部材
７１Ａ…上面
７１Ｂ…下面
７１Ｃ，７１Ｄ…側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2015079736.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2015079736.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月21日(2016.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
第２の実施形態では、屈曲振動と拡がり振動とを、駆動パルス信号により同一周期で発生させるように、これらの共振周波数を容易に調整することができる。従って、屈曲振動と拡がり振動とをより一層高精度に同一周期で発生させることができる。そのため、第１の実施形態に比べ、より低い駆動電圧で、移動体４をより確実にピッチ送りすることができる。さらに、ピッチ送りに際しての移動速度の安定性もより一層高めることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
なお、第８の実施形態に係る駆動装置では、図１９に示した圧電素子を用いている。また、その他の構成については、板状の駆動ユニットにおいて結合モードが生じるように構成されていることを除いては、第１の実施形態の駆動装置と同様である。従って、第８の実施形態の説明において、第１の実施形態に係る駆動装置について示した、図１〜図８と、第４の実施形態について示した図１９とを参照して説明した説明を援用することとする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
上記結合モードの振動を利用することにより、第８の実施形態では、第１の実施形態に比べて、屈曲振幅を大きくすることができる。これは、振動が単振動の形となるため、屈曲振幅を大きくすることができることによる。これを、図３６を参照して説明する。図３６の実線は、上記第８の実施形態の場合の変位ヒステリシスを示す図であり、破線は第１の実施形態の場合の変位ヒステリシスを示す図である。
【国際調査報告】
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2015079736.tif 000044
2015079736.tif 000045
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