(57)【要約】【課題】  振動波駆動装置の移動体のサイズを小さくし、装置全体の小型化を図る。【解決手段】  二つの弾性部材１、２によって挟持される電気−機械エネルギー変換素子３からなる振動子４０と、前記振動子４０の軸方向両端部にそれぞれ設けられた移動体１１、１２と、前記二つの移動体１１、１２の回転力を連結する出力部材２１とを備え、前記移動体１１、１２と前記出力部材２１との間に、前記移動体１１、１２を振動子４０側に加圧する加圧バネ１５、１６と並列に、粘性抵抗要素を有するリングゴム３０、３１を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子、及び前記電気−機械エネルギー変換素子によって振動が励起される複数の弾性部材を備えた振動子と、前記弾性部材に接触し前記弾性部材の振動によって回転する複数の移動体と、前記複数の移動体を連結する出力部材と、前記移動体と前記出力部材との間に設けられた粘性抵抗部材とを有することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記移動体と前記出力部材との間に、前記粘性抵抗部材と並列して設けられるバネ部材がさらに介在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】
前記粘性抵抗部材のバネ定数は前記バネ部材のバネ定数より大きいことを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記粘性抵抗部材はゴム部材によって構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載された振動型駆動装置を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動型駆動装置、詳しくは複数の弾性部材を備えた振動子によって振動が励起される振動型駆動装置、及び該振動型駆動装置を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動型駆動装置の一つとして、弾性部材の間に電気−機械エネルギー変換素子を挟持固定し、該電気−機械エネルギー変換素子に電気信号を加えることで、弾性部材に振動を発生させる振動子を有し、該振動子の振動によって移動体を回転させるものがある。
【０００３】
このような振動型駆動装置として、振動子の両端部に二つの移動体を配置するものであって、該移動体同士の回転力を合成し、外部に当該回転力を伝達する出力部材を有するものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００４】
図１１は従来例の振動型駆動装置の分解斜視図である。
【０００５】
図１１に示す従来例の振動型駆動装置には、弾性部材１０１、１０２に挟まれた圧電素子１０３からなる振動子１４０が軸方向中央部に配置され、該振動子１４０の軸方向両端にそれぞれ移動体１１１、１１２が配置される。
【０００６】
前記移動体１１１、１１２は、それぞれ加圧バネ１１５、１１６によって加圧され、摩擦部材１０６、１０７を介して振動子１４０の弾性部材１０１、１０２に圧接する。
【０００７】
また、振動子１４０や移動体１１１、１１２には、それぞれ棒状の出力部材１２１が貫通する穴形状部が形成されている。そして、出力部材１２１は、振動子１４０と移動体１１１、１１２を貫通した際に、その軸方向両端部に一体的に固定された回り止め１１７、１１８によって、回転方向の移動が規制される。
【０００８】
ここで、前記移動体１１１、１１２が回り止め１１７、１１８と対向する面には凹部１１１ａ、１１２ａが形成されている。一方、前記回り止め１１７、１１８が移動体１１１、１１２と対向する面には凸部１１７ａ、１１８ａが形成されている。これらの凹部１１１ａ、１１２ａと凸部１１７ａ、１１８ａとを噛み合わせて、移動体１１１、１１２の回転力を回り止め１１７、１１８に伝達する。出力部材１２１は回り止め１１７、１１８と一体化されているため、該回り止め１１７、１１８の回転に従って回転される。
【０００９】
このような振動型駆動装置は移動体が二つあって、該二つの移動体の回転力を合成する出力部材があるため、移動体が一つのものに比べると回転力が二倍になる。
【００１０】
また、前記振動型駆動装置は、軸方向両端部から内側方向に加圧バネにより加圧されているため、加圧バネにより加えられた軸方向両端部側の圧接力の反力は互いに反対方向になり、それらは出力部材に張力を与えたうえ、互いに釣り合っている。そのため、このような構成では、前記反力を受けるためのスラスト軸受けは不要になる。
【００１１】
これより、スラスト軸受けで生じる摩擦損失が皆無になって装置の効率が向上するとともに、当該軸受けの摩耗による装置寿命も考慮する必要がなくなる。
【００１２】
また、移動体を摩擦面に圧接するための金属バネにゴムなどを固着させ、振動子から加圧機構に伝わった振動が騒音として周囲空気に伝播しないようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【００１３】
さらに、圧接用加圧バネの端部などにゴムなどを配置し、加圧バネの面圧ムラを当該ゴムなどで吸収、低減させ、移動体の回転ムラを減少させるようにしたものがある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−３４６３８７号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９９８５号公報
【特許文献３】特開２０００−６０１６１号公報
【特許文献４】特開２００２−３５４８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記した従来例の振動型駆動装置においては、振動子の軸方向両端にそれぞれ配置される移動体がある程度の長さを有するため、全体の長さが長くなってしまうという問題がある。
【００１５】
振動子１４０で発生した振動変位は摩擦部材１１３、１１４に弾性変形を与えつつ、摩擦回転力として移動体１１３、１１４に伝達される。このときの移動体１１３、１１４は全く姿勢を変化させないまま回転されることが理想である。これは、移動体１１３、１１４が遥動などをおこすと、摩擦接触部の接触状態も不安定になり、振動の伝達の際の効率の低下、騒音の発生、ワウフラの増大及び摩擦部材の摩耗増大といった原因になるからである。
【００１６】
これより、移動体１１１、１１２は、ある程度の質量を有し、その慣性によって姿勢の安定化を実現している。そして、移動体１１１、１１２はある程度の質量が必要なため、軸方向の長さや円周方向の幅が大きくなる。
【００１７】
また、上記した特許文献１及び２に記載された振動型駆動装置は、二つの移動体とそれらの回転力を合成する出力部材とを有するものの、移動体と出力部材との間には加圧バネが配置されているのみであって、粘性抵抗要素を有する部材は介在しない。また、回り止め１１７、１１８は存在するが、該回り止め１１７、１１８は出力部材１２１と一体的になっているため、事実上粘性抵抗やバネの作用はしていない。
【００１８】
また、上記した特許文献３及び４に記載された振動型駆動装置においては、騒音や回転ムラを低減させるために複雑な構成を有し、装置が大型化するという問題がある。
【００１９】
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、移動体の質量が小さくても、移動体の姿勢が安定して、振動型駆動装置として前記した不都合な各原因に結びつかない構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る第一の構成は、電気−機械エネルギー変換素子、及び前記電気−機械エネルギー変換素子によって振動が励起される複数の弾性部材を備えた振動子と、前記弾性部材に接触し、前記弾性部材の振動によって回転する複数の移動体と、前記複数の移動体を連結する出力部材と、前記移動体と前記出力部材との間に設けられた粘性抵抗部材とを有する。
【００２１】
本発明に係る第二の構成は、上記第一の構成において、前記移動体と前記出力部材との間に、前記粘性抵抗部材と並列して設けられるバネ部材がさらに介在する。
【００２２】
本発明に係る第三の構成は、上記第二の構成において、前記粘性抵抗部材のバネ定数は前記バネ部材のバネ定数より大きい。
【００２３】
本発明に係る第四の構成は、上記第一から第三のいずれかの構成において、前記粘性抵抗部材はゴム部材によって構成される。
【００２４】
本発明に係る第五の構成は、上記第一から第四のいずれかの構成の振動型駆動装置を有する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、移動体と出力部材との間にバネ部材のほかに、それと並列に粘性抵抗部材を介在させた。これにより、振動子から複数の移動体側の摩擦部材に与えられた力が出力部材を介して相殺されるため、移動体の質量を大きくしなくとも、移動体に大きな挙動が発生することを防ぐことができる。その結果、移動体の大きさを小さくすることができ、振動型駆動装置の全長を短くする、すなわち装置本体の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における例示が本発明を限定することはない。
【実施例１】
【００２７】
以下、本発明に係る実施例１について図１から図７を参照して説明する。
【００２８】
図３は、本実施例１に係る振動型駆動装置全体の断面図である。
【００２９】
図３に示す振動型駆動装置は、軸方向中央部に弾性部材１、２に挟まれた電気−機械エネルギー変換素子（圧電素子）３からなる振動子４０が配置され、該振動子４０の軸方向両端にそれぞれ移動体１１、１２が配置される。
【００３０】
前記移動体１１、１２の軸方向に対して振動子４０側には摩擦部材１３、１４が取り付けられている。前記摩擦部材１３、１４が振動子４０の弾性部材１、２に接触することで、該振動子４０の振動が移動体１１、１２に伝達され、移動体１１、１２が回転運動する。
【００３１】
前記振動子４０や移動体１１、１２にはそれぞれ棒状の出力部材２１が貫通する穴形状部が形成されている。前記出力部材２１は軸方向両端側の二つの移動体１１、１２の回転力を連結するものである。前記出力部材２１は、前記振動子４０と移動体１１、１２を貫通した際に、その軸方向両端部に一体的に固定された回り止め１７、１８によって、回転方向の移動が規制される。
【００３２】
また、前記出力部材２１は、ケース２６の軸方向一方面（図３において下側）に結合されたケース用軸受け２３と、ケース２６の軸方向他方面（図３において上側）を兼用した樹脂製ケースふた２７とによって支持される。そして、前記回り止め１７、１８の両端部にはスペーサ２８、２９が配置され、該スペーサ２８、２９によって出力部材２１とケース２６との軸方向位置が決定されて、出力部材２１の軸方向の動きが規制される。
【００３３】
前記振動子４０は、穴形状部の内周面に設けられた二つの軸受け９、１０によって、前記出力部材２１に支持される。ただし、振動子４０が軸受け９、１０のみで支持される場合では、振動子４０は自由に回転してしまううえ、軸方向にも自由に移動してしまう。これを規制するために、振動子４０は支持板５によってケース２６に弾力性を持って固定される。このように固定されることで、振動子自身の振動が阻害されないようになる。また、このような構成では、振動子４０は、ケース２６に対して回転移動はしないが、軸方向には若干柔軟性をもって移動する。これは、支持板５が薄板によって構成されているため、支持板５の剛性がねじれ方向に高く、軸方向に低くなるからである。
【００３４】
図１は、上記した移動体１１近傍の組立分解斜視図である。
【００３５】
図１に示すように、移動体１１は、中央部に出力部材２１用の穴形状が形成された円盤形状であり、該円盤形状の一方面（図１において上面）には外周側に三角形の凹凸形状が多数形成されている。
【００３６】
また、回り止め１７は、中央部に出力部材２１用の穴形状が形成され前記移動体１１と略等しい外径を有する円盤形状であって、該円盤形状の移動体１１と対向する面（図１において下面）の外周側に前記移動体１１の凹凸形状と噛み合う凹凸形状が形成されている。
【００３７】
また、前記移動体１１と前記回り止め１７の間には、移動体１１と回り止め１７にそれぞれ形成された穴形状部近傍で挟むようにして支持される金属製の加圧バネ１５と、移動体１１と回り止め１７の外周側凹凸形状で挟み込まれるゴム製リング３０とが配置されている。
【００３８】
前記加圧バネ１５と前記リング３０は、ともに移動体１１と回り止め１７に対してある程度の反発力を持つように並列して配置されている。このとき、回り止め１７及び振動子４０はそれぞれ上記した図３に示したように出力部材２１に軸方向に対して固定されており、移動体１１は回り止め１７及び振動子４０に支持されるのみで出力部材２１に軸方向に対して自由度を有する。そのため、加圧バネ１５は回り止め１７を支点として移動体１１を振動子４０側に付勢するとともに、リング３０は移動体１１と回り止め１７の間に掛かる圧力を吸収する。
【００３９】
前記リング３０の材質としてはブチルゴムとすることが望ましい。該ブチルゴムからなるリング３０は、機能的要素で表現すると、バネ要素もあるが粘性抵抗要素が主と考えられる。少なくとも、移動体１１側の摩擦部材１３に発生する変形速さの範囲で粘性抵抗の影響が存在する。そのため、その変形抵抗の大きさは静的状態と比較して上記変形速さにおいて事実上大きくなる。
【００４０】
また、前記加圧バネ１５はステンレス製とすることが望ましい。ステンレス製の加圧バネ１５は、振動の速さが毎秒１メートル以下であるので、室温付近での変形抵抗の大きさは静的状態におけるその大きさと事実上変わらない。このことは、その温度では加圧バネに粘性抵抗に相当する要素がほとんど作用していないことを意味する。
【００４１】
一方で、加圧バネの材質が再結晶温度の低い鉛のような金属であると、加圧力によって室温でもクリープによるいわゆるへたり現象が生じうる。これによって、加圧バネの加圧力が経時的に減少してしまうため、振動型駆動装置の構成部材としては望ましくない。このことは、樹脂製の加圧バネであっても同じことである。
【００４２】
このような鉛や樹脂などの材質から加圧バネ１５が構成される場合は、機能的要素でいえば、粘性抵抗要素とバネ要素とを直列に配置したことになる。そして、加圧バネ１５に加わる力はすべて該粘性抵抗要素にも加わることになり、その結果、該加圧バネ１５が移動体１１を振動子４０側に押し付ける力が徐々に低下する。これによって、移動体１１と振動子４０との接触が不十分となると、振動子４０からの振動が移動体１１に十分に伝達されず、振動型駆動装置の発生する摩擦力が低下してしまう問題が生じうる。
【００４３】
図２は、上記した図１に示した移動体１１近傍を組み立てた状態の正面図である。
【００４４】
移動体１１を出力部材２１に貫通させたのちに、回り止め１７を出力部材２１に圧入すると、回り止め１７と移動体１１にそれぞれ形成された凹凸部が互いに自然に噛み合うようになる。また、ゴム製リング３０が該凹凸部の間に介在するため、移動体１１と回り止め１７は適度な弾力をもって互いに拘束しあう。
【００４５】
図４は、上記した移動体１１の動きを説明するための説明図である。
【００４６】
図４に示すように、軸方向中央部の振動子４０から発生する曲げ振動が、移動体１１、１２側に設けられた摩擦部材１３、１４を介して、軸方向両端部に設けられた移動体１１、１２に伝達されることによって、該移動体１１、１２が回転運動される。
【００４７】
摩擦部材１３、１４は、図４の左側で振動子４０によって圧接され、図４の右側では振動子４０から開放されている。
【００４８】
なお、図４は現象を理解しやすくするための説明図であり、実際の振動変位は数ミクロンメートル程度であるので、図４に示すような大きな変形は生じない。
【００４９】
また、粘性抵抗要素３０ａ、３１ａと加圧バネ要素１５ａ、１６ａはそれぞれ移動体１１、１２と回り止め１７、１８との間に並列に配置されている。一方、回り止め１７、１８は出力部材２１に圧入されて固定されていることより、回り止め１７、１８と出力部材２１は一体とみなされる。これを機能的に表現すると、移動体１１、１２と出力部材２１との間に直接粘性抵抗要素と加圧バネ要素が並列して設けられていることになる。
【００５０】
また、図４に示すように、移動体１１、１２側に設けられた摩擦部材１３、１４が振動子４０に圧接されて変形しても、移動体１１、１２自身の動きは少ない。加圧バネ１５ａ、１６ｂと並列に配置されゴムで構成される粘性抵抗要素３０ａ、３１ａは、振動子４０から摩擦部材１３、１４を急激に突き上げるなどして移動体１１、１２に力が加わったときに、剛体に近い挙動をする。そして、回り止め１７、１８のいずれか一方に加わる力は、回り止め１７、１８のいずれか他方に加わる力と反対方向の成分を多く有するため、出力部材２１に張力を生じさせて互いに打ち消し合う。軸方向両端の移動体１１、１２に加わる力が互いに完全に打ち消しあえば、移動体１１、１２に相対的に加わる力がなくなるため、移動体１１、１２の質量が全くなくとも移動体１１、１２の移動量を規制することが可能になる。
【００５１】
また、移動体１１、１２に加わる力は、ほぼ直接出力部材２１に加わる。これによって、従来の移動体１１、１２の質量以外に出力部材２１と回り止め１７、１８も加えたものが移動体１１、１２の質量とほぼ等価として作用することになる。そのため、移動体１１、１２のみかけの質量が重くなり、移動体１１、１２の挙動が安定化することになる。
【００５２】
さらに、図３に示す振動子４０の軸受け９、１０を粘性抵抗要素になる部材で作製し、それを出力部材２１と振動子４０に密着させておけば、振動子自身もいわゆる質量として作用させることができる。
【００５３】
図５は、従来例における移動体１１、１２の挙動を説明するための説明図である。
【００５４】
図５に示す構成には、粘性抵抗要素を構成する部材がないため、移動体１１、１２の動きは加圧バネ１５ａ、１６ａによってのみ規制される。そのため、移動体１１、１２の姿勢が不安定となり、移動体１１、１２自身が大きく傾くようになる。そのため、振動子４０と摩擦部材１３、１４との摩擦接触に不良が発生する問題が生じうる。
【００５５】
図６は、上記した本実施例１に係る移動体１１、１２の挙動を機能中心に示した説明図である。
【００５６】
図６は、移動体１１、１２側の摩擦部材に相当する摩擦部材バネ要素１３ａ、１４ａに速い速度で力が加わったときに、移動体１１、１２に変位が発生する様子が示されている。
【００５７】
一方、図７は、従来例における移動体１１、１２の挙動を機能中心に示した説明図である。
【００５８】
ここでは、粘性抵抗に相当する部材がないので、図６で生じる変位より大きな変位が移動体１１、１２に発生することが示されている。
【実施例２】
【００５９】
以下、本発明に係る実施例２について図８及び図９を参照して説明する。なお、上記した実施例１と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【００６０】
図８は、本実施例２に係る移動体１１近傍の断面図である。また、図９は、本実施例２に係る移動体１１近傍の分解斜視図である。
【００６１】
図８及び図９に示すように、移動体１１近傍には、移動体１１と、該移動体１１の穴形状部に嵌合する筒状部及び該移動体１１の上面部を覆う蛇腹形状部を有する移動体側回り止め３２と、該移動体側回り止め３２の蛇腹形状部と噛み合う多数の突起部分を有する回り止め１７と、該移動体側回り止め３２と回り止め１７の間に挟まれるゴム３０と、該移動体側回り止め３２と出力部材２１との間に設けられた二つのＯリング３４、３５とが配置されている。
【００６２】
前記移動体側回り止め３２は、移動体１１の内径部に圧入されている。そして、前記移動体側回り止め３２の内径部には二つのＯリング３４、３５が挿入されている。前記Ｏリング３４は出力部材２１に圧入された回り止め１７に密着され、前記Ｏリング３５は出力部材２１に直接密着されて設けられている。このような構成によれば、移動体１１の姿勢が安定するようになる。
【実施例３】
【００６３】
以下、本発明に係る実施例３について図１０を参照して説明する。なお、上記した実施例１と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
【００６４】
図１０は、本実施例３に係る移動体１１近傍の断面図である。
【００６５】
図１０に示すように、移動体１１の内径部と出力部材２１の間に設けられた隙間に、移動体１１の内周面に接する筒状部と移動体１１の上面に接するフランジ部とを有する移動体側回り止め３２が取り付けられている。前記移動体側回り止め３２はプレス段付き絞り加工で作製されている。
【００６６】
前記移動体側回り止め３２の筒状部は、軸方向に対して奥側（図中下側）が移動体１１の内周面に接している部分よりも外径が小さくなるように段付き部が形成されている。そして、前記段付き部と回り止め１７の間に加圧バネ１５が配置される。
【００６７】
また、前記移動体側回り止め３２のフランジ部は、回り止め１７を取り付けるために、外周側部分で１８０°対向した二箇所に張り出し部３２ａが形成されている。そして、回り止め１７には前記フランジ部の張り出し部３２ａと嵌り合う多数の丸孔形状が形成されており、そのうち二箇所が前記張り出し部３２ａと嵌合することで、移動体１１の回転が回り止め１７に伝達される。
【００６８】
また、前記張り出し部３２ａの先端はすぼめてあるため、回り止め１７を出力部材２１に圧入していく過程で、前記回り止め１７の多数の丸孔のうちいずれか二箇所に容易に嵌合される。
【００６９】
そして、回り止め１７の外周付近と移動体１１の外周付近との間には粘性抵抗要素に相当するＯリング３４が配置され、また、出力部材２１に設けられた段付き部と移動体側回り止め３２の内径部との間にはもう一つの粘性抵抗要素に相当するＯリング３５が配置される。
【００７０】
このような構成によれば、粘性抵抗要素となるＯリング３４及び３５が互いに最も離れた箇所にあるため、移動体１１の姿勢を安定にすることができる。
【００７１】
なお、上記した実施例１から３の構成を有する振動型駆動装置が電子機器に具備されることで、当該電子機器の駆動系の高トルク化、小型化を図ることができる。前記電子機器に具備される振動型駆動装置としては、例えば、プリンタなどの画像形成装置において感光体ドラムの駆動系に用いられるものや、カメラなどの撮像装置においてレンズ駆動系に用いられるものがある。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例１に係る移動体近傍の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係る移動体近傍の正面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る振動型駆動装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る移動体の挙動を説明するための説明図である。
【図５】従来例における移動体の挙動を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施例１に係る移動体の挙動を機能中心に表した模式図である。
【図７】従来例における移動体の挙動を機能中心に表した模式図である。
【図８】本発明の実施例２に係る移動体近傍の断面図である。
【図９】本発明の実施例２に係る移動体近傍の分解斜視図である。
【図１０】本発明の実施例３に係る移動体近傍の断面図である。
【図１１】従来例の振動型駆動装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１、２：弾性部材
３：電気―機械エネルギー変換素子
５：支持板
８：締結部材
９、１０：振動子内軸受け
１１、１２：移動体
１１ａ、１２ａ：移動体凹部
１３、１４：移動体側摩擦部材
１３ａ、１４ａ：摩擦部材バネ要素
１５、１６：加圧バネ
１５ａ、１６ａ：加圧バネ要素
１７、１８：回り止め
２１：出力部材
２３：ケース用軸受け
２６：ケース
２７：蓋
２８、２９：スペーサ
３０、３１：ゴム
３０ａ、３１ａ：粘性抵抗要素
３２：移動体側回り止め
３２ａ：張り出し部
３４、３５：Ｏリング
４０：振動子
１０１、１０２：弾性部材
１０３：電気―機械エネルギー変換素子
１０４：フレキシブルプリント基板
１０５：支持板
１０６、１０７：摩擦部材
１１１、１１２：移動体
１１１ａ、１１２ａ：移動体凹部
１１３、１１４：移動体側摩擦部材
１１５、１１６：加圧バネ
１１７、１１８：回り止め
１１７ａ、１１８ａ：回り止め凸部
１１９、１２０：止めネジ
１２１：出力部材
【図１】
2005080410.tif 000003
【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】
2005080410.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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