(57)【要約】【課題】  移動体の移動方向に対して駆動力が寄与しない振動子の接触面の摩擦力が負荷となり装置全体の出力を低下させる。【解決手段】  電気−機械エネルギー変換素子を有する振動子と、前記振動子を支持する支持部と、を有し、前記振動子に振動を励起して、摩擦力によって前記振動子と接触する移動体を移動させる振動波駆動装置であって、前記振動子と前記移動体とが接触する面と平行な平面内であって、前記振動子の駆動する第１の方向と交差する第２の方向に、前記振動子が移動可能となる移動機構と、前記振動子と前記移動体との間の接触位置を変更させる変更動作を行う制御部と、を有する。【選択図】  図１
2012130231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子を有する振動子と、
前記振動子を支持する支持部と、を有し、
前記振動子に振動を励起して、摩擦力によって前記振動子と接触する移動体を移動させる振動波駆動装置であって、
前記振動子と前記移動体とが接触する面と平行な平面内であって、前記振動子の駆動する第１の方向と交差する第２の方向に、前記振動子が移動可能となる移動機構と、
前記振動子と前記移動体との間の接触位置を変更させる変更動作を行う制御部と、を有することを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項２】
前記変更動作は前記振動子を振動を前記振動子と前記移動体とが接触する面に垂直な方向の振動を発生させる動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の振動波駆動装置。
【請求項３】
前記振動子を複数備え、前記複数の振動子は、少なくとも１つの振動子について前記移動機構と前記制御部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動波駆動装置。
【請求項４】
前記複数の振動子は、駆動する方向が互いに異なる振動子を含み、前記異なる方向に駆動力を合成することで前記移動体を移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
【請求項５】
前記移動機構は、前記支持部と前記振動子との間に前記第１の方向には剛性が大きく、前記第２の方向には剛性が小さいバネを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
【請求項６】
電気−機械エネルギー変換素子を有する振動子と、
前記振動子を支持する支持部と、を有し、
前記振動子に振動を励起して、摩擦力によって前記振動子と接触する移動体を移動させる振動波駆動装置の駆動方法であって、
前記振動子と前記移動体とが接触する面と平行な平面内であって、前記振動子の駆動する第１の方向と交差する第２の方向に、前記振動子が移動可能となる移動機構と、
前記振動子と前記移動体との間の接触位置を変更させる変更動作を行う制御部と、を有し、
前記第１の方向に駆動力を発生させる第１の駆動動作を行う第１の工程と、前記平面に垂直な方向に振動を発生させ、前記振動子と前記移動体との間の位置を変更する第２の駆動動作を行う第２の工程工程と、
を含むことを特徴とする振動波駆動装置の駆動方法。
【請求項７】
前記振動子を複数備え、
前記第１の工程は、前記複数の振動子の少なくとも２つの駆動力を合成して前記第１の方向に駆動力を発生させる工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の振動波駆動装置の駆動方法。
【請求項８】
前記第１の工程と、
前記第２の工程と、を繰り返すことを特徴とする請求項６又は７に記載の振動波駆動装置の駆動方法。
【請求項９】
前記移動体を基準となる基準位置に移動させる第３の工程と、
前記第３の工程の後に少なくとも１つのの振動子について前記第２の駆動動作を行う第４の工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の振動波駆動装置の駆動方法。
【請求項１０】
前記第３の工程の後に、前記振動子が駆動する方向に沿って往復動作させる第５の工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の振動波駆動装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の超音波振動子に振動波を生じさせ、この超音波振動子または振動子群に接触する移動体を摩擦力により相対移動させる振動型駆動機構の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来圧電振動子などにより駆動力を発生し、摩擦接触された移動体を駆動するという提案が出されている。また、複数の直動型（リニア型ともいう）の圧電振動子を用いたアクチュエータの応用例も提案されている。
【０００３】
特許文献１には、図１３、図１４に示すように従来の直動型の圧電振動子を用いたアクチュエータの応用例である装置構成が開示されている。
【０００４】
図１３は、撮像装置としてのカメラの透視斜視図である。
撮像素子２０３を駆動させるための振動子が３個（２１１、２１２、２１３（各振動子の上面図は図１４に示す））配置され、該撮像素子２０３を取り付けた移動体２０４の裏側をそれぞれ１点ずつの３点の接触部で受ける構成になっている。また、超音波振動子２１１乃至２１３と移動体４の加圧は不図示の磁石等の磁力を利用して行うようになっている。２０１は撮像素子本体で、２０２はレンズなどを支持する鏡筒部である。
２６３Ｐ，２６３ｙ、２６３Ｒは撮像装置の回転運動を検出する角加速度センサである。
【０００５】
上記角加速度センサにより手ブレなどによる撮像装置の姿勢変化を検出し、撮像素子２０３の信号に前記手ブレの影響が受けないように上記振動子に駆動力を発生させ撮像素子を光軸に対して垂直な面に移動させている。
【０００６】
図１４は移動体２０４をＹ方向に駆動するときの図１３の撮像装置における振動子及び位置検出センサの配置及び駆動力の方向を示す上面図である。
位置検出センサ２２２〜２２４は対向する位置に貼り付けられたスケールの目盛りを読み取ることで位置情報を得、それぞれの位置情報を演算することで移動体２０４の移動方向を求めるというものである。
【０００７】
図１４において、移動体２０４をＹ方向に駆動するときの振動子２１１で発生する力をｆ１、振動子２１２で発生する力をｆ２、振動子２１３で発生する力をｆ３とすると、ｆ１＝０×Ｆ  ｆ２＝Ｆ  ｆ３＝Ｆの力が加えられるようにしている。
すなわちＹ方向に移動体２０４を駆動するときは振動子２１２、２１３は移動方向に駆動力成分を持っているが、振動子２１１は移動方向すなわちＹ方向には駆動力成分をもっていない。そのためＹ方向に移動体２０４を駆動するときは振動子２１１の駆動力はゼロとなる（駆動力としては寄与しない）。ここで振動子振動子２１１と移動体２０４とは接触しており、接触部分には摩擦力が働いている。従って、振動子２１１が振動しないい場合、振動子２１１と移動体２００４との接触部分における摩擦力がそのまま負荷となり駆動力を阻害する抵抗成分となるという問題がある。
【０００８】
上記事例は、複数の振動子を用いて以降体を移動させる構成であるが、振動子が１つであっても、振動子又は移動体に外部から移動方向とは異なる方向の力が作用した場合には同様の問題が起こり得る。
【０００９】
上記摩擦負荷を低減させるために振動子２１１に駆動力は発生しないが振動は発生させる状態にすることで振動子と移動体間の摩擦力を下げるという駆動手段が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−０３１３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の複数の振動体を用いた駆動装置は、複数の振動子の力の合成により移動体を移動させる方向に駆動力を働かせることにより、摩擦力を介して移動体へ駆動力を伝達する。しかし、移動体の移動方向に対して駆動力が寄与しない振動子の接触面の摩擦力が負荷となり装置全体の出力を低下させるという課題がある。
【００１２】
また、振動子が１つであっても振動子又は移動体に外部から移動方向とは異なる方向の力が作用した場合には同様の問題が起こり得るという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、完成に至ったものであり、その骨子とするところは、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動子と、
前記振動子を支持する支持部と、を有し、前記振動子に振動を励起して、摩擦力によって前記振動子と接触する移動体を移動させる振動波駆動装置であって、前記振動子と前記移動体とが接触する面と平行な平面内であって、前記振動子の駆動する第１の方向と交差する第２の方向に、前記振動子が移動可能となる移動機構と、前記振動子と前記移動体との間の接触位置を変更させる変更動作を行う制御部と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明は、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動子と、前記振動子を支持する支持部と、を有し、前記振動子に振動を励起して、摩擦力によって前記振動子と接触する移動体を移動させる振動波駆動装置の駆動方法であって、前記振動子と前記移動体とが接触する面と平行な平面内であって、前記振動子の駆動する第１の方向と交差する第２の方向に、前記振動子が移動可能となる移動機構と、前記振動子と前記移動体との間の接触位置を変更させる変更動作を行う制御部と、を有し、前記第１の方向に駆動力を発生させる第１の駆動動作を行う第１の工程と、前記平面に垂直な方向に振動を発生させ、前記振動子と前記移動体との間の位置を変更する第２の駆動動作を行う第２の工程工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の構成とすることにより、前記課題を解決し、移動体の移動方向に対して駆動力が寄与しない振動子の接触面の摩擦力による負荷を移動機構により軽減することができる。さらに移動体の摩擦面にすべりなどが生じ、移動機構の移動範囲からずれた場合であっても振動子と移動体との間の接触位置を変更させることにより回復することが可能となる。
【００１６】
そして、振動子の変位量を大きくして、移動体をより高ストロークで移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図
【図２】本発明の振動子の駆動原理を説明するための図
【図３】本発明の振動子の圧電素子部の電極パターンを示す図
【図４】本発明の圧電素子に入力する電圧と発生するモードの関係を示す図
【図５】本発明の移動機構の動作を説明する図
【図６】振動型駆動機構に移動機構を設けた構成を説明する図
【図７】本発明の移動機構の動作を示す図
【図８】第２の実施例の動作原理を示す図
【図９】第２の実施例の１部の振動子部分の動作原理を示す図
【図１０】第２の実施例の動作アルゴリズムを示す図
【図１１】第３の実施例の振動型駆動機構の構成を示す図
【図１２】第３の実施例の振動型駆動機構の動作を示す図
【図１３】従来の多自由度駆動装置の構成を示す図
【図１４】従来の多自由度駆動装置の駆動部の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動子を有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を印加することによって、前記振動子に振動を励起して、摩擦力によって前記振動子と接触する移動体を移動させる振動波駆動装置に関するものである。
【００１９】
本発明において、「振動子と移動体とが接触する面」とは、振動子と振動体とが接触する複数の接触点を含む仮想的な平面を意味する。そして「振動子と移動体とが接触する面と平行な平面」とは前記した仮想的な「振動子と移動体とが接触する面」と平行な仮想的な平面を意味しており、無数に存在する。これらの平面は、本発明の移動機構の移動方向を規定するための方向である、第１の方向と第２の方向とを明確に把握するために規定する平面である。本発明において、前記第１の方向とは、前記振動子が移動体を移動させる方向であり、駆動方向ともいう。また本発明の前記第２の方向とは本発明の移動機構により移動可能な方向であり、「かわし方向」ともいう。そして、本来の移動体の移動方向と交差する方向に力が作用した場合に当該力に抗することなく移動する（かわす）方向を意味する。そして本発明の移動機構は、上記構成によって規定される第２の方向に移動可能であることを特徴とするものであって、「かわし機構」ともいう。
【００２０】
本発明において振動子を選択的に第２の方向に移動可能とする（第１の方向には実質的に移動しない）構成としては、第２の方向のみに移動可能なガイド部材を設けることにより実現できる。さらに、振動子を支持部である弾性部材（典型的にはバネ部材）で支持しておき、当該弾性部材を特定の方向のみ変位しやすい構成とすることによっても実現できる。
【００２１】
本発明の具体的な一形態としては、振動子を支持している支持部と振動子の間に振動子の力を発生する方向には剛性が高く、振動子の力を発生する方向と異なる方向には剛性が低いバネ機構を設ける構成が挙げられる。このような構成とすることにより、第１の方向には振動子は大きい剛性で支持され、移動体に駆動力を効率よく伝達することができる。そして第２の方向に力が働いた際には、バネ機構が変形することにより振動子と移動体の摩擦接触部の間には大きな力を発生すること無く移動体を移動させる（かわす）ことができる。この場合、振動子を支持している支持部と振動子の間に振動子の力を発生する方向が第１の方向（移動体が移動する方向）であり、振動子の力を発生する方向と異なる方向が第２の方向（移動体の移動する方向と交差する方向）である。以後、このバネ部を設けた機構部をかわしバネ機構とも記載する。
【００２２】
本発明では、前記かわしバネ機構において、長時間駆動などで振動子と移動体の摩擦接触部にすべりが生じ振動子と移動体との接触位置において、移動体の基準位置とバネ機構の可動範囲の中心とがずれてしまった場合でも、基準位置に回復することができる。ここで、本発明において上記基準位置とは、移動体を駆動させる上で基準となる位置を意味しており、典型的には移動体の移動範囲の中心位置であるが、必要に応じて任意に定めることができる。
【００２３】
本発明において、上記振動子と移動体との接触位置の回復は、振動子と前記移動体との間の接触位置を変更させる変更動作を行う制御部によって行う。具体的には、振動子と移動体間の摩擦力を下げるために振動子を、振動子と移動体とが接触する面と平行な平面に垂直な方向に振動させることによって行うことができる。
【００２４】
例えば、移動体の基準位置である移動範囲の中心位置とバネの可動範囲中心とがずれてしまった場合には、バネ機構にはバネの中立位置に戻ろうとする力が働いている。このときに各振動子に振動子と移動体とが接触する面と平行な面に対して垂直な方向（法線方向）の振動を発生させる動作を行うことにより、バネ機構の復元力により振動子と移動体との位置ずれを回復することができる。
【００２５】
本発明においては、移動体の移動方向（第１の方向）に駆動力を発生させる駆動動作（第１の駆動動作）を行う工程が第１の工程である。そして、移動体の基準位置とバネ機構の可動範囲の中心とがずれてしまった場合等に、振動子と移動体とが接触する面と平行な平面に垂直な方向に振動を発生させ、前記振動子と前記移動体との間の位置を変更する動作（第２の駆動動作）を行う工程が第２の工程である。
【００２６】
そして第１の工程と第２の工程とを繰り返すことにより、移動体を効率よく高ストロークで移動させることができる。具体的には、かわしバネ機構の可動範囲より大きな範囲で高ストローク駆動させる必要がある場合は、駆動方向に移動体を移動させる動作（第１の工程）と、振動子と移動体とが接触する面と平行な面に垂直な方向の振動を発生させる動作（第２の工程工程）とを繰り返す。このようにかわしバネ機構を制御することで、高ストローク駆動が可能となる。
【００２７】
また、移動体を基準位置に移動させる工程（第３の工程）後、前記第２の工程と同様に振動子を振動させる動作（第４の工程）を行うことによって、バネ機構を中立位置に戻すことができる。また上記第３の工程の後に振動子を移動体の移動方向に沿って往復動作（微小な範囲で往復動作）させる工程（第５の工程）を設けても良い。
【００２８】
本発明において「第１の方向と交差する第２の方向」が存在する状態とは、第１の方向である移動方向とは異なる方向の成分が存在している（第１の方向とは異なる方向に移動する力が生じている）状態を意味する。「第１の方向である移動方向とは異なる方向の成分が存在する」場合としては、振動子又は移動体に、外部から第１の方向とは異なる方向に（振動や接触等によって）力が働く場合が一例として挙げられる。また振動子を複数備える振動波駆動装置の場合には、振動子同士で駆動する方向を異ならせた場合に、「第１の方向である移動方向とは異なる方向の成分が存在する」こととなる。
【００２９】
このように移動方向とは異なる方向に移動する力が働いている状態は、前述したように出力ロスの原因となる。第１の方向と第２の方向との交差する角度は典型的には９０°の時が最も出力ロスを生じる可能性が高いが、わずかでも交差していれば、その交差角度に応じた出力ロスが発生し得る。
【００３０】
本発明の振動子は、振動板（振動体ともいう）と、電気機械エネルギー変換素子（代表的にはＰＺＴ等の圧電素子）と、から構成され、電気機械エネルギー変換素子に所定の電界を印加することにより、所望の振動を励振させることができる。
【００３１】
本発明において直動型振動波駆動装置とは、直線状に駆動可能な振動波駆動装置を意味しており、リニア型振動波駆動装置ともいう。そして単体では、移動体（被駆動体ともいう）を直線的に移動させる構成となるが、複数の直動型の振動波駆動装置を組み合わせて異なる方向の駆動力を合成することで、移動体を所望の方向に移動させることができる。
【００３２】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって何ら限定されるものではない。また、各実施例における「方向」は全て、「振動子と移動体とが接触する面と平行な平面」内の方向を意味する。
【実施例１】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の振動子を複数備えた振動波駆動装置の構成図である。振動波駆動装置図１（ａ）は振動子側から見た平面図、図１（ｂ）は移動体側から見た平面図、図１（ｃ）は振動波駆動装置の側面図である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、１１（ａ）〜１１（ｄ）は複数の振動子からなる振動子で、振動子を配置する平面内で隣あうそれぞれの振動子が発生する駆動力の方向（移動体を移動させる方向）となす角が９０°になるよう４個の振動子を配置している。
【００３５】
１３（ａ）〜（ｃ）はエンコーダなどの位置検出センサであり図１（ｂ）の移動体側にはセンサと対向する位置にスケール部１４（ａ）〜（ｃ）が矢印方向を検出できるように配置されている。
【００３６】
上記３つの位置検出センサ信号より移動体の移動量を検出し制御情報として不図示のマイクロコンピュータなどに取り込み駆動制御が実施される。
【００３７】
図１（ｂ）の移動体は前記複数の振動子１１（ａ）〜１１（ｄ）に接触し４つの振動子の駆動力の合成した方向に移動され、動作方向はＸＹおよびベース板中心から回転方向θに移動可能な構成が取られている。
【００３８】
また、移動体４の振動子１１（ａ）〜１１（ｄ）に対向する部分には耐磨耗性の高い摩擦部１５（ａ）〜１５（ｄ）が設けられている。本実施例では摩擦部材１５（ａ）〜１５（ｄ）を貼り付けた構成にしているが、移動体全体を耐磨耗性の高い部品にすることも可能である。
【００３９】
図１（ｃ）において９は前記振動子１１（ａ）〜（ｄ）を支持する支持部、１２は前記移動体４と前記支持部９との間に配置されたボールである。前記ボール１２は支持部９に配置された複数の穴に納められており前記ボールが前記移動体４の移動と共に回転することにより、前記移動体４は面内に自在に駆動されかつ前記支持部９に対して常に一定の高さとなるように支持されている。また、前記振動子１１（ａ）〜１１（ｄ）は後述する弾性部材を介して前記支持部９に接続されている。
【００４０】
図２は図１の振動型駆動機構に用いられている振動子の駆動原理を表わす図であり電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子に交番信号を印加することにより励起される二つの曲げ振動モードを表している。図２（ａ）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（Ａモードとする）を表している。このＡ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本の節を有した曲げのモードである。
ここで、突起部１０８はＡモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動により矢印Ｘ方向で往復運動を行う。
【００４１】
図２（ｂ）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（Ｂモードと呼ぶ）を表している。このＢ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本の節を有したモードである。
【００４２】
ここで、Ａモードにおける節とＢ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Ｂモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動により矢印Ｚ方向に往復運動を行う。
【００４３】
上述したＡモードとＢ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の先端に楕円運動を発生させることができる。
図３に本実施例に用いられている振動子の圧電素子部の電極パターンを示す
２０は圧電素子であり長方形部分を２分割してＶ１とＶ２が印加される。
図４には図３の圧電素子に入力する電圧と発生するモードの関係を示す。図４からわかるようにＶａとＶｂの位相差が０°のときに図２のＢモードを加振し、位相差が１８０°のときＡモードを加振する。そしてその間の位相差のときはそれぞれのモードが合成されて駆動力を発生させる。
【００４４】
図５は図１（ａ）に設けられている振動子を振動子の力の発生する方向（第１の方向）にはバネ剛性が大きく、振動子の力が発生する方向に直交する方向（第２の方向）にはバネ剛性が低い状態で支持するバネ機構（かわしバネ機構）の動作について説明する図である。
【００４５】
１７は振動子１１’を支持部９に取り付けるための取付け部である。１８は上記振動子の力の発生方向と直交する方向で剛性が異なるバネ部である。１５’は移動体に取り付けられた摩擦部材部であり移動体と一体となって移動する。図５において摩擦材部１５’が支持部９の上側に重なるように配置されているが、説明のため摩擦材部１５’の外形を点線表示とし、支持部９の振動子およびかわしバネ機構の挙動がわかるように表示している。
【００４６】
図５（ａ）のときが振動子１１’がかわしバネの可動範囲の中心位置にあるときであり、支持部１７の横方向位置と振動子１１’の横方向位置は同じ位置となっている。
またこのときバネ部１８は支持部１７から真っ直ぐ下方向に２本の梁が延びた形状となっている。
【００４７】
図５（ｂ）は摩擦材部１５’が他の振動子の発生力により紙面右方向にＨｘ移動させられたときを示す図で摩擦材部１５’と摩擦接触しているため振動子１１’も同じように紙面右方向にＨｘ移動する。バネ部１８は紙面左右方向には柔らかいバネとなっているため振動子１１’の移動を邪魔しないように変形している。このようにバネ部が作用することで、振動子１１’の駆動力を発生する方向と異なる方向に移動体と一体に設けられている摩擦材部１５’が接触部の摩擦力が負荷となることなく移動させることが可能となる。
【００４８】
図５（ｃ）は摩擦材部１５’が紙面左方向にＨｘ移動させられたときを示す図で上記図５（ｂ）同様振動子１１’の移動を邪魔しないようにバネ部１８が変形している。
図５（ｄ）は図５（ａ）と同様に振動子１１’がかわしバネの可動動作範囲の中心位置にあるときであり、支持部１７の横方向位置と振動子１１’の横方向位置は同じ位置となっている。
【００４９】
図５（ｅ）は振動子１１’により摩擦材部１５’が紙面上方向に移動させる動作をしているときを示す図である。バネ部１８は紙面上下方向には硬いバネとなっているためバネは変形せず、振動子１１’の駆動力Ｆｙを摩擦材部１５’に効率良く伝達している。
【００５０】
図５（ｆ）は振動子１１’により摩擦材部１５’が紙面下方向に移動させられたときを示す図である。このときも図５（ｅ）同様、バネ部１８は振動子１１’の駆動力Ｆｙをそのまま移動体と一体に設けられている摩擦材部１５’に伝えるように動作するものである。
【００５１】
図６は本発明の振動波駆動装置に上記かわしバネ機構を用いた図であり、移動体４がＸ方向に移動するときの動作を示している。図６において移動体４が支持部９の上側に重なるように配置されているが、説明のため移動体４の外形を点線表示とし、支持部９の振動子およびかわしバネ機構の挙動がわかるように表示している。
【００５２】
Ｘ方向に移動体４を移動させるとき駆動力を発生させる振動子は１１（ａ）と１１（ｃ）となる。振動子１１（ａ）の振動子の力の発生方向とかわしバネの関係は図５（ｆ）となっており振動子の駆動力Ｆａを移動体４に伝達させている。振動子１１（ｃ）の振動子の力の発生方向とかわしバネの関係は図５（ｅ）となっており同様に振動子の駆動力Ｆｃを移動体４に伝達させている。
【００５３】
Ｘ方向に移動体４を移動させるとき従来負荷となっていた移動体の移動方向に力を発生しない振動子は１１（ｂ）と１１（ｄ）である。振動子１１（ｂ）の振動子の力の発生方向とかわしバネの関係は図５（ｃ）となっており移動体４が移動しても摩擦部の摩擦力が負荷にならないようにバネ部が変形するように作用している。このときの移動体４のＸ方向移動量がΔＸだったとするとバネ部の変形量をＨｘとするとＨｘ＝ΔＸとなる。
【００５４】
振動子１１（ｄ）の振動子の力の発生方向とかわしバネの関係は図５（ｂ）となっており同様に駆動に寄与しない振動子の摩擦力が負荷にならないように作用し、変形量Ｈｘ＝ΔＸとなっている。
【００５５】
図７は移動体４はＸ方向の動作範囲の中心にあるが、バネの動作範囲（可動範囲）の中心と移動体の基準位置（移動体の移動範囲の中心位置）に対してずれが生じた状態を示す図である。そして駆動動作を繰り返した後、摩擦部のすべりなどにより振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）が、バネの動作範囲（可動範囲）の中心と移動体の基準位置（移動体の移動範囲の中心位置）に対してずれが生じた状態から回復させる動作を示す図である。図７（ａ）は上記摩擦部のすべりなどによりバネの動作範囲の中心と移動体の位置にずれが生じた状態である。そして移動体４がＸ方向動作範囲の中心位置にあるにもかかわらず振動子１１（ｂ）はＨｘ＝−ΔＸ１、１１（ｄ）はＨｘ＝ΔＸ２とかわしバネは振動子を横方向に移動させた状態で停止している。この状態で更にＸ方向に駆動させようとすると１１（ｄ）の振動子はより右側へと移動させられてしまいかわしバネの変形が可能な範囲を越えてしまう。更にはバネが塑性変形してしまい壊れてしまうという問題が発生する。そこで振動子１１（ａ）、１１（ｃ）に駆動力を与え移動体４をＸ方向駆動の中心に移動させる。その後振動子１１（ａ）、１１（ｃ）の駆動を停止させ、振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）に紙面（振動子と移動体とが接触する面と平行な平面）に垂直方向の振動Ｔ（振動子１１（ｂ）はＴｂ、１１（ｄ）はＴｄ）を発生させる。ここで、垂直方向の振動は図２（ｂ）のモードのことであり垂直方向の振動のみ発生させるためには、図３、図４からわかるように、振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）の駆動電圧Ｖ１、Ｖ２に０°位相差の交流電圧を印加させることで可能である。このような垂直方向の振動のみを与えると移動体へは駆動力を与えることが無く停止状態を維持する。ただし、移動体４と振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）の接触部では摩擦力が小さくなるため、横方向に移動させられていた振動子が、バネの復元力により可動範囲の中心位置に戻される。その結果、図７（ｂ）のように振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）に設けられたかわしバネが図５（ａ）に示すようなバネに変形が生じていない状態Ｈｘ＝０に戻ることができる。このように、移動体が駆動し始める最初の時、あるいはある回数駆動したのちなど移動体４が上記かわしバネの変形する範囲中心位置にあるときに垂直方向振動を発生させ、バネ位置を初期の変形していない状態に戻す動作をさせる。このようにすることでバネが動作範囲から外れてしまい予想以上の応力がかかってしまったり、破損してしまうという問題を解決することが可能である。
【００５６】
本実施例ではＸ方向の中心位置に移動体があるときに振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）に紙面に垂直方向の振動を発生させて移動体とかわしバネのずれを修正したが、Ｙ方向の中心位置に移動体があるときに振動子１１（ａ）と１１（ｃ）に紙面に垂直方向の振動を発生させて移動体とかわしバネのずれを修正することも可能である。また、ＸＹ方向の中心位置に移動体があるときに振動子１１（ａ）〜（ｄ）に紙面に垂直方向の振動を発生させて移動体とかわしバネのずれを修正することで、全ての振動子に設けられているかわしバネの動作範囲中心合わせることも可能である。
【実施例２】
【００５７】
図８（ａ）〜（ｈ）は本振動波駆動装置の第２の実施例の動作モードを示すための図である。装置構成は実施例１と同じであり、同じ構成部品には同じ番号がふられている。第１実施例ではかわしバネの可動範囲内で、振動子と移動体の相対位置ずれを補正する目的であったが、第２の実施例は移動体を許容動作範囲よりも大きな範囲で使用可能にするための動作アルゴリズムである。
【００５８】
図８において移動体４が支持部９の上側に重なるように配置されているが、説明のため移動体４の外形を点線表示とし、支持部９の振動子およびかわしバネ機構の挙動がわかるようにしている。
【００５９】
図９を用いてまず図８の振動子１１（ｃ）の部分に関しての動作を説明する。
図９において、図の上側が図８（ａ）の矢印方向から見た振動子１１（ｃ）と移動体４との関係（ただし、図９では移動体と一体に動く摩擦材部１５’を移動体の動作として現している。）１５”は摩擦材部１５’のある一ヶ所の動きがわかる印として設けている。図９の下側は上側の動作に対応したかわしバネ機構を含む振動子の位置関係を示している。図９（ａ）は本実施励の動作スタート前の状態で、かわしバネが変形する範囲の中心位置に振動子中心があるときを示している。このとき移動体（摩擦材部１５’）と振動子１１（ｂ）が接している位置を１５”としている。
【００６０】
図９（ｂ）は他の振動子の駆動力により移動体が振動子１１（ｂ）の力の発生する方向すなわち図９上図の紙面の厚み方向と直交する左右方向（Ｘ方向と称する）に移動させられたときを示す図であり移動体と振動子が一体となった状態でＸ方向にΔＸ移動している。
【００６１】
図９（ｃ）は図９（ｂ）動作により移動体と振動子がΔＸ移動した状態で振動子１１（ｂ）に接触面に垂直方向すなわち図９（ｃ）上図だと紙面上下方向の振動を発生させたものである。上記接触面に垂直方向の振動を発生させると移動体（摩擦材部１５’）と振動子との摩擦力を小さくすることが可能である。
【００６２】
図９（ｄ）は前記接触面に垂直方向の振動を発生させたことにより移動体と振動子の摩擦力より振動子１１（ｂ）のかわしバネの変形が元に戻ろうという力の方が大きくなり、振動子１１（ｂ）のみかわしバネの変形範囲の中心位置に戻る。ただし、移動体は他の振動子との接触部の保持力があるためΔＸ移動した状態のままである。すなわち図９（ｄ）は移動体がΔＸ移動しているが、振動子は図９（ａ）の状態に戻っていることとなる。よって図９（ａ）→（ｄ）の動作をすることで移動体がΔＸ移動する。この動作を２回繰り返せば  ２×ΔＸを３回繰り返せば３×ΔＸ  移動体を移動させることが可能となる。
【００６３】
図８は前記振動型駆動機構で上記動作アルゴリズムを用いてＸ方向に移動体を移動させる動作であり振動子１１（ａ）、１１（Ｃ）が駆動力を発生する振動子で１１（ｂ）、１１（ｄ）が図９の動作を繰り返す振動子である。
【００６４】
図８および図１０のアルゴリズム図をもちいてＸ方向にかわしバネの変形範囲以上  移動体を動作させるための動作アルゴリズムを示すまず振動子１１（ａ）にＦａ、１１（ｃ）にＦｃの駆動力を発生させる。このときＹ方向への移動量はゼロなので振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）には駆動力はほとんど発生させていない。（図１０  Ｓｔｅｐ（ａ）および図８（ａ））
【００６５】
次に１１（ｂ）、１１（ｄ）のかわしバネ変位Ｈｘ＝ΔＸのところまで移動させるように振動子１１（ａ）、１１（Ｃ）に駆動力を発生させる。このとき移動体４はかわしバネの変位した量と同じ量のΔＸ移動したこととなる。（図１０  Ｓｔｅｐ（ｂ）および図８（ｂ））
１１（ｂ）、１１（ｄ）に垂直方向振動発生させると振動子１１（ａ）と１１（ｃ）の保持力があるため、移動体位置はそのままで、１１（ｂ）、１１（ｄ）と移動体間の摩擦力は小さくなり、かわしバネの変位ＨｘがΔＸからゼロすなわち許容動作範囲の中心位置に戻ろうとする。（図１０  Ｓｔｅｐ（ｃ）および図８（ｃ））
移動体は上記ΔＸ移動した状態のまま１１（ｂ）、１１（ｄ）のかわしバネの変位Ｈｘ＝０となりかわしバネ動作範囲の中心位置に戻る。（図１０  Ｓｔｅｐ（ｄ）および図８（ｄ））
ここまでのステップがある移動量移動したのちかわしバネの変形を元に戻す動作である。
この動作は図９（ａ）→（ｄ）の動作に対応している。この状態から更にΔＸすなわちトータルで２×ΔＸまで移動させる動作を示す。次の動作で更にΔＸ移動体を移動させる動作させるように、振動子１１（ａ）と１１（ｃ）に駆動力Ｆａ、Ｆｃを加え、移動体が２×ΔＸ移動するまで駆動する。このときＹ方向への移動量はゼロなので振動子１１（ｂ）と１１（ｄ）には駆動力はほとんど発生させていない。（図１０  Ｓｔｅｐ（ｅ）および図８（ｅ））
１１（ｂ）、１１（ｄ）のかわしバネ変位Ｈｘ＝ΔＸのところで停止させる。このとき移動体はかわしバネの変位した量のΔＸと前回のΔＸの合わせて２×ΔＸ移動したこととなる。（図１０  Ｓｔｅｐ（ｆ）および図８（ｆ））
１１（ｂ）、１１（ｄ）に垂直方向振動発生させると振動子１１（ａ）と１１（ｃ）の保持力があるため、移動体位置は２×ΔＸ移動した位置そのままで、１１（ｂ）、１１（ｄ）と移動体間の摩擦力は小さくなり、かわしバネの変位Ｈｘ＝０になるように動作する。（図１０  Ｓｔｅｐ（ｇ）および図８（ｇ））
移動体は上記２×ΔＸ移動した状態のまま１１（ｂ）、１１（ｄ）のかわしバネは動作範囲の中心位置に戻る。（図１０  Ｓｔｅｐ（ｈ）  および図８（ｈ））
ここまでの動作で移動体はＸ方向に２×ΔＸ移動し、かわしばねは変形範囲の中心位置に位置する状態となっている。よって、このような動作をｎ回繰り返せばｎ×ΔＸの移動が可能となる。すなわち、上記ΔＸ移動体を移動させる動作を繰り返していくことで、かわしバネを用いた機構で長ストロークの駆動を実施することが可能である。
【００６６】
本実施例はＸ方向への長ストローク駆動の例を示したが、Ｙ方向でも同様に駆動することが可能であり、ＸＹを含めた斜め方向においては上記Ｘ方向駆動とＹ方向駆動を組み合わせることで、実現することが可能である。
【実施例３】
【００６７】
図１１は本振動波駆動装置の第３の実施例の構成を示すための図である。図１１では本構成における駆動装置の該振動波アクチュエータの振動子の数が実施例１の４ヶだったのに対し、３ヶを回転角度１２０°おきに配置したものである。
【００６８】
１１（ａ）’、１１（ｂ）’、１１（ｃ）’がそれぞれ駆動用の振動子になっており、実施例１同様１３（ａ）〜（ｃ）の位置検出センサによって得られた位置情報に応じて３つの振動子の駆動力を制御部でコントロールして振動子に摩擦接触した移動体４を移動させるものである。
【００６９】
図１１（ａ）は移動体４が動作範囲の中心位置にあるときであり、かわしバネは変形していていない状態である。図１１（ｂ）は移動体４がＸ軸方向を０°としたとき１３５°方向に移動させたときを示す図であり、振動子１１（ａ）’にはＦａ、１１（ｂ）’にＦｂの駆動力を発生させている。振動子１１（Ｃ）’の振動子の力の発生方向は移動体４の移動方向に対して直交する方向なので、かわしバネ機構が作用していおり、移動体がΔＸ移動するとかわしバネ変位Ｈｘ＝ΔＸとなって接触面の摩擦負荷が発生しないようになっていることがわかる。
【００７０】
図１２は本実施例の説明図である。図１２は移動体４が動作範囲の中心にあるが、駆動動作を繰り返した後、摩擦部のすべりなどにより振動子１１（ａ）〜１１（ｃ）が、バネの動作範囲の中心と移動体の位置に対しずれが生じた状態から修復させる動作を示す図である。
【００７１】
図１２（ａ）は前記摩擦部のすべりなどによりバネの動作範囲の中心と移動体の位置にずれが生じた状態であり移動体４が動作範囲の中心位置にあるにもかかわらず振動子１１（ａ）はＨ＝ΔＸ１、１１（ｂ）はＨ＝ΔＸ２、１１（Ｃ）はＨ＝ΔＸ３とかわしバネは振動子を力の発生する方向に対し、直交する方向に移動させた状態で停止してしまっている。この状態で駆動させようとするとあるかわしバネはかわしバネの変形範囲を越えてしまう。更にはバネが塑性変形してしまい壊れてしまうという問題が発生する。そこで移動体４を駆動の中心に移動させた後振動子１１（ａ）〜１１（ｃ）に紙面に垂直方向の振動Ｔ（振動子１１（ａ）はＴａ、１１（ｂ）はＴｂ、１１（Ｃ）はＴＣ）を発生させる。ここで、垂直方向の振動のみ発生させるためには、図３、図４からわかるように、振動子１１（ａ）と１１（ｂ）、１１（ｃ）の駆動電圧Ｖ１、Ｖ２に０°位相差の交流電圧を印加させることで可能である。このような垂直方向の振動のみを与えると移動体へは駆動力を与えることが無く停止状態を維持する。そして、移動体４と振動子１１（ａ）〜１１（Ｃ）の接触部では摩擦力が小さくなるため、横方向に移動させられていた振動子が、バネの復元力により可動範囲の中心位置に戻され、図１１（ｂ）ように振動子１１（ａ）〜１１（ｃ）のかわしバネが図５（ａ）に示すようなバネに変形が生じていない状態に戻ることができる。このように、動き始める最初の時、あるいはある回数駆動したのちなど移動体４が上記かわしバネの変形する範囲（可動範囲）中心位置にあるときに垂直方向振動を発生させ、バネ位置を初期の変形していない状態に戻す動作をさせることでバネが動作範囲から外れてしまい予想以上の応力がかかってしまったり、破損してしまうという問題を解決することが可能である。このように振動子を３ヶ用いた場合でもかわしバネの機構を用いることで負荷を低減することが可能にできる。また、実施例１と同様に駆動を繰り返す中で、振動子と移動体の位置関係がずれた場合、動作範囲の中心位置で紙面に垂直な方向の振動を発生させることで、バネのずれを修正して正しい位置に回復することが可能となる。
【００７２】
また、実施例１〜実施例３ではバネのずれを修正するために振動子に接触面に対し垂直な振動を発生させていたが、動作方向に直交する方向への摩擦力が小さくなる駆動  例えば小刻みに振動子の力の発生方向に前後させるような駆動でも同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００７３】
４、４’  移動体
８  弾性部材
９、９’  支持部
１１（ａ）〜１１（ｄ）  振動子
１１’  振動子
１２  ボール
１３（ａ）〜１３（ｃ）  位置検出センサ
１４（ａ）〜１４（ｃ）  スケール部
１５（ａ）〜１５（ｄ）  摩擦部
１７  支持部
１８  バネ部
２０  圧電素子
１００  振動子
１０６  振動板
１０７  圧電素子部
１０８  突起部
２０１  撮像装置本体
２０２  鏡筒
２０３  撮像素子
２０４  移動体
２１１〜２１３  振動子
２２１〜２２３  位置検出手段
２６３Ｐ，２６３ｙ，２６３Ｒ  角加速度センサ
【図１】
2012130231.tif 000003
【図２】
2012130231.tif 000004
【図３】
2012130231.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012130231.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012130231.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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