(57)【要約】【課題】圧電素子の伸縮をロッドに伝え、そのロッドに所定の摩擦力で係合している移動体を圧電素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータにおいて、小型化および組立易さを実現しても、駆動性能が低下しないようにする。【解決手段】移動体１０３を、剛性を有する本体１１１と、弾発性を有する板バネ部１１２との板金２部品を、溶接またはろう付１１３によって構成する。したがって、ロッド１０２を本体１１１に押圧するためのキャップを廃止し、板バネ部１１２で直接にロッド１０２を押圧することで、前記小型化および組立易さを実現することができる。その上、本体１１１は板厚を厚くして所定の剛性を持たせ、板バネ部１１２は板厚を薄くして所定の弾発性を持たせることで、駆動性能が低下しないようにすることができる。【選択図】図３
2012070618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の伸縮によって軸方向に振動する振動部材と、
前記振動部材に所定の摩擦力で係合し、前記軸方向に移動可能な移動体と、
前記電気機械変換素子に前記駆動電圧を与えて駆動する駆動回路とを備え、
前記駆動回路が前記電気機械変換素子に伸張と縮小とを異なる速度で行わせることで、前記振動部材と前記移動体とを相対移動させる駆動装置において、
前記移動体は、
帯状の板金部品から成り、長手方向の一端側が折り曲げられてリブが形成され、そのリブと、リブが立ち上がる付近の基端部との２面で、前記振動部材に当接する本体と、
板金部品から成り、一端側が前記本体に溶接またはろう付によって固定され、他端側が前記本体のリブおよび基端部側に前記振動部材を押圧し、摩擦係合させる板バネ部とを備えて構成されることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記本体は、０．０５ｍｍ以上の板厚で、かつ、縦弾性係数が４０ＧＰａ以上の材料から成ることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記板バネ部は、縦弾性係数が９０ＧＰａから２１０ＧＰａの材料から成ることを特徴とする請求項１または２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記本体からのリブの立設角度をθ１とし、前記板バネ部の振動部材への当接部から、前記リブおよび基端部の振動部材への当接部までの角度をそれぞれθ２，θ３とするとき、θ２＝θ３＝（１８０°＋θ１）／２となるように、前記板バネ部の振動部材への当接位置が設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記本体の幅方向に対して、前記溶接またはろう付されている箇所の長さが、前記溶接またはろう付されていない箇所の長さよりも短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記板バネ部は、その幅方向の両端部において、少なくとも前記溶接またはろう付箇所の延長線上の部分は、厚み方向に折り曲げられてリブが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記板バネ部において、前記溶接またはろう付箇所における振動部材側の端縁に接する幅方向の延長線から、他端部までの長さが、前記延長線の長さ以下に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記板バネ部は、前記他端側の幅が、一端側の幅以下に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記本体の一端側の幅が、前記板バネ部の他端側の幅と等しく形成されていることを特徴とする請求項８記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記振動部材と平行に延びるガイド軸と、
前記ガイド軸上を摺動自在に案内され、前記移動体に連結される被駆動部材とをさらに備え、
前記移動体が前記振動部材上を移動することで、前記被駆動部材が前記ガイド軸上を案内されることを特徴とする請求項１〜９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、撮像装置や投影装置のレンズ駆動機構などに好適に用いられ、ＳＩＤＭ(Smooth Impact Drive Mechanism（登録商標）)から成る超音波リニアアクチュエータなどとして好適に実施される駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記のＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータは、たとえば図１１で模式的に示すような構造を有し、振動子である圧電素子８０１の伸縮を、振動部材であるロッド８０２に伝え、そのロッド８０２に所定の摩擦力で係合している被駆動部材（移動体）８０３を、前記圧電素子８０１の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させるものである。圧電素子８０１のロッド８０２が取付けられる面とは反対側の面は、所定の重量を有する固定部８０４に固定されている。
【０００３】
これによって、たとえば図１１（ａ）から図１１（ｂ）で示すように、ロッド８０２をゆっくりと伸張させることで、そのロッド８０２に摩擦係合している被駆動部材８０３も移動し、図１１（ｂ）から図１１（ｃ）で示すように、前記所定の摩擦力を超える程、ロッド８０２を瞬時に縮小すると、被駆動部材８０３が慣性のために伸張位置に取り残されるということを繰返し行うことで、前記被駆動部材８０３を前記ロッド８０２の軸方向に移動させるものである。そして、伸張を瞬時に、縮小をゆっくりと行うことで、前記被駆動部材８０３の移動方向を前記とは逆転することができる。
【０００４】
図１２には、上述のような超音波リニアアクチュエータ８００の時間経過に伴う圧電素子８０１および被駆動部材８０３の変位の関係を示す。上述のように、圧電素子８０１の伸張時と縮小時との速度差を利用して被駆動部材８０３を移動させるので、駆動部材８０２と被駆動部材８０３との係合部には擬似鋸歯状の変位が生じ、その鋸歯状波形の斜辺部分の変位が積算されて、被駆動部材８０３の総変位量になる。なお、本件明細書では、圧電素子８０１に与えられる駆動信号と、アクチュエータ８００の振動の系との関係で（主に高調波等の要因で）、正確な鋸歯状振動とならないために、上記のように擬似鋸歯状と表現している。
【０００５】
このような超音波リニアアクチュエータ８００は、通常のローレンツ力型のモータなどに比べて、構成が簡単で、しかも減速機構を用いずに負荷をダイレクトに駆動することができる。このため、特許文献１では、その搭載例として、前記ロッド８０２をレンズ光軸方向に設置し、被駆動部材８０３となるフォーカシングレンズの保持部材を前記ロッド８０２に係合させることで、オートフォーカスを実現した駆動装置が提案されている。なお、前記ロッド８０２に対して被駆動部材８０３を摩擦係合させるためには、バネなどによる押圧力だけではなく、磁力が用いられてもよい。
【０００６】
図１３は駆動装置である前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータ８００を用いる投影装置（プロジェクタ）７００の構造を示す分解斜視図であり、図１４はその組立てた状態の斜視図であり、図１５（ａ）はその平面図であり、図１５（ｂ）は側面図である。この投影装置７００では、前記超音波リニアアクチュエータ８００は、フォーカスレンズ７０１の駆動機構に用いられる。
【０００７】
この投影装置７００では、ＲＧＢのＬＥＤをマトリクス状に多数配列して成る光源７０２から、前記ＲＧＢの各光束が時分割で放射され、インテグレーター素子とレンズとを備えて成る照明光学系および偏光変換素子７０３を通過し、偏光ビームスプリッタ７０４で一旦反射されて、ＬＣＯＳ７０５のパネル面をほぼ均一に照射する。前記ＬＣＯＳ７０５で映像（画像）として変調された反射光束は、今度は偏光ビームスプリッタ７０４を透過し、投影レンズユニット７０７を透過して、スクリーンに投影される。
【０００８】
複数のレンズから成る投影レンズユニット７０７は、第１レンズ（出射側）である前記フォーカスレンズ７０１が保持部材７０６に保持されており、この保持部材７０６を前記超音波リニアアクチュエータ８００によって光軸方向に移動させることで、前記スクリーン上の投影像の焦点を調節するようになっている。
【０００９】
そして、解像度や収差など、該投影装置７００に要求される性能が高まり、前記フォーカスレンズ７０１（保持部材７０６）の重量増加（大型化）に対応するために、および／または耐衝撃性を向上するために、前記フォーカスレンズ７０１（保持部材７０６）の荷重の多くは、前記超音波リニアアクチュエータ８００とは別途に設けたガイド軸７１０によって支持するようになっている。このガイド軸７１０は、本体フレーム７１１において、軸方向に間隔を開けて配置される一対の支持片７１２，７１３によって支持されており、そのガイド軸７１０によって、保持部材７０６の一端側に設けられた一対のガイド片７１４，７１５が摺動自在に案内されることで、前記のように該保持部材７０６の荷重の多くが支持される。
【００１０】
また、前記保持部材７０６の他端側に設けられたガイド片７１６は、本体フレーム７１１において、軸方向に間隔を開けて配置される一対の支持片７１７，７１８によって支持されているピン７１９に緩やかに係合し、前記保持部材７０６の前記ガイド軸７１０の軸回りの回転止めを実現する。
【００１１】
一方、超音波リニアアクチュエータ８００は、圧電素子８０１と、ロッド８０２と、移動体８０３とを備えて構成される。この超音波リニアアクチュエータ８００では、圧電素子８０１の振動方向の一方の面には、振動部材として機能するロッド８０２が固着されるが、他方の面には、錘は設けられておらず、代わって、該圧電素子８０１の振動方向とは直交する面が、前記本体フレーム７１１に形成されたスロット７２１に嵌り込んで固着される。ロッド８０２の先端は、前記本体フレーム７１１に立設された前記支持片７１２の支持孔７２２に摺動自在に嵌り込む。こうして、前記ロッド８０２は、前記ガイド軸７１０と平行に配置される。
【００１２】
図１６は前記超音波リニアアクチュエータ８００を拡大して示す斜視図であり、図１７（ａ）はその平面図であり、図１７（ｂ）は正面図である。前記移動体８０３は、取付け部８０３１と、係合部８０３２と、キャップ８０３３と、板バネ部８０３４とを備えて構成される。前記取付け部８０３１は、板状に形成され、前記一対のガイド片７１４，７１５間に嵌め込まれるとともに、その略中心付近には、ガイド軸７１０が遊挿する孔８０３１ａが穿設されている。
【００１３】
前記係合部８０３２は、前記ロッド８０２の軸線方向Ｘとは直交方向Ｙに延びる帯状に形成され、前記取付け部８０３１から９０度折り曲げられる板状部８０３２ａと、その板状部８０３２ａから前記ロッド８０２に向けて延びる屈曲部８０３２ｂとを備えて構成される。前記屈曲部８０３２ｂは、前記軸線方向Ｘから見てＶ字状に折り曲げ形成されるとともに、その帯の幅方向の中央部に、スリット８０３２ｃが形成されている。
【００１４】
一方、前記キャップ８０３３も、帯状体が、前記ロッド８０２の軸線方向Ｘから見て、すなわち該帯状体の厚み方向にＶ字状に折り曲げ形成されて成る。そして、このキャップ８０３３と屈曲部８０３２ｂとの間に前記ロッド８０２を挟み込んだ状態で、該キャップ８０３３の両端が前記スリット８０３２ｃの両端部に係合するように嵌め込まれ、板バネ部８０３４の基端（板状部８０３２ａ）側が、溶接またはかしめ止め８０３５によって前記板状部８０３２ａに結合されることで、該板バネ部８０３４が発生する弾発力によって、前記キャップ８０３３をロッド８０２に所望の摩擦力で係合させるようになる。こうして、前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータ８００によるフォーカスレンズ７０１（保持部材７０６）の駆動が可能になっている。
【００１５】
ここで、携帯カメラやマイクロプロジェクタは、小型化がますます進んでいる。内蔵しているオートフォーカス機構や、ズーム機構を含めて駆動装置も小型化が求められている。このような用途に用いるＳＩＤＭ振動子を使用した駆動装置には、小型化が必要で、微小な分解能が要求される。しかしながら、そのような小型化が進むと、最も小さな部品であるキャップ８０３３は、２ｍｍを切るような特に小さな部品になり、組立時の取扱いが難しくなる。
【００１６】
そこで、特許文献２では、前記キャップ８０３３を不要とする図１８で示すような駆動装置９００を採用している。図１８（ａ）は前記駆動装置９００の斜視図であり、図１８（ｂ）は、側面図である。この駆動装置９００では、圧電素子９０１が被駆動部材９０７に取付けられ、代わってロッド９０２の先端側が、固定部材９０３に取付けられている。前記固定部材９０３は、ベース９０４と、板バネ部材９０５と、ビス９０６とを備えて構成される。
【００１７】
図１９（ａ）は前記板バネ部材９０５の斜視図であり、図１９（ｂ）は側面図である。この板バネ部材９０５は、１枚の帯状の薄板を板金加工して成り、大略的に、前記係合部８０３２となる第１の部分９０５１と、前記板バネ部８０３４となる第２の部分９０５２と、それらを連結する折り返し部９０５３とを備えて構成される。折り返し部９０５３は、前記１枚の帯状の薄板の略中間位置で、１８０°折り返し、前記第１および第２の部分９０５１，９０５２を形成する。前記第１および第２の部分９０５１，９０５２の基端部９０５１ａ，９０５２ａには、ネジ孔９０５１ｂ，９０５２ｂが形成されており、それらのネジ孔９０５１ｂ，９０５２ｂを挿通したビス９０６がベース９０４に螺着されることで、該第１および第２の部分９０５１，９０５２が折り返された状態で、ベース９０４に固定される。前記第１および第２の部分９０５１，９０５２の遊端部９０５１ｃ，９０５２ｃは、弾発力を調整するために先細状に形成されており、第１の部分９０５１の遊端部９０５１ｃは、側方から見て、くの字に折り曲げられて、前記ロッド９０２が嵌り込む。そして、このくの字の部分へ、対向する第２の部分９０５２の遊端部９０５２ｃによって前記ロッド９０２が押圧され、摩擦係合する。こうして、前記キャップ８０３３が省略されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第２６３３０６６号公報
【特許文献２】特開２０１０−５７２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところが、前記板バネ部材９０５は、前述のように、１枚の帯状の薄板を折り返して形成されるので、前記係合部８０３２となる第１の部分９０５１を厚くして剛性を高めると、前記板バネ部８０３４となる第２の部分９０５２が撓まなくなる。したがって、第２の部分９０５２に弾発力を発揮させられるように薄くすると、第１の部分９０５１の剛性が不足し、ロッド８０２の振動に追従し、移動速度がばらつき、駆動性能が悪化するという問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、電気機械変換素子の伸縮によって振動部材が軸方向に振動し、その伸張と縮小とを異なる速度で行うことで移動体を駆動するようにした駆動装置において、小型化と組立易さとを実現するために、前記移動体の本体が前記振動部材に摩擦係合するように該振動部材に摺接して該振動部材を本体に押圧するためのキャップを廃止しても、駆動性能の低下を抑えることができる駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の駆動装置は、駆動電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の伸縮によって軸方向に振動する振動部材と、前記振動部材に所定の摩擦力で係合し、前記軸方向に移動可能な移動体と、前記電気機械変換素子に前記駆動電圧を与えて駆動する駆動回路とを備え、前記駆動回路が前記電気機械変換素子に伸張と縮小とを異なる速度で行わせることで、前記振動部材と前記移動体との係合部分に、相対的に鋸歯状の変位振動を生じさせ、それらを相対移動させる駆動装置において、前記移動体は、帯状の板金部品から成り、長手方向の一端側が折り曲げられてリブが形成され、そのリブと、リブが立ち上がる付近の基端部との２面で、前記振動部材に当接する本体と、板金部品から成り、一端側が前記本体に溶接またはろう付（半田を含む）によって固定され、他端側が前記本体のリブおよび基端部側に前記振動部材を押圧し、摩擦係合させる板バネ部とを備えて構成されることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、圧電素子などの電気機械変換素子の伸縮を振動部材に伝え、その振動部材に、所定の摩擦力で係合されている移動体を、前記電気機械変換素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現される駆動装置において、駆動回路から、前記振動部材と移動体との係合部分に、前記の速度差を生じさせることができる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記振動部材と移動体とを相対移動させるにあたって、以下の構成を採用する。
【００２３】
すなわち、先ず前記移動体を、剛性を有する本体と、弾発性を有する板バネ部との板金２部品から構成する。そして、前記本体は、帯状体の長手方向の一端側を折り曲げて成り、その折り曲げによるリブと、リブが立ち上がる付近の基端部との２面で、前記振動部材に当接させる。また、前記板バネ部は、一端側が前記本体に溶接またはろう付（半田を含む）によって固定される。これによって、前記板バネ部の他端側と本体の一端側との間に前記振動部材を挟み込み、前記板バネ部の他端側が本体のリブおよび基端部側に前記振動部材を押圧し、摩擦係合させる。
【００２４】
したがって、小型化と組立易さとを実現するために、移動体において、本体が振動部材に摩擦係合するように該振動部材に摺接して該振動部材を本体に押圧するための（微細で取付けの難しい）キャップを廃止し、板バネ部で直接に振動部材を押圧するようにしても、該板バネ部と本体とを個別の板金部品で構成し、本体は板厚を厚くして所定の剛性を持たせ、板バネ部は板厚を薄くして所定の弾発性を持たせることで、駆動性能が低下しないようにすることができる。
【００２５】
また、本発明の駆動装置では、前記本体は、０．０５ｍｍ以上の板厚で、かつ、縦弾性係数が４０ＧＰａ以上の材料から成ることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成によれば、移動体の本体が振動部材の振動に追従しない、すなわち駆動性能が低下しないようにすることができる。
【００２７】
さらにまた、本発明の駆動装置では、前記板バネ部は、縦弾性係数が９０ＧＰａから２１０ＧＰａの材料から成ることを特徴とする。
【００２８】
上記の構成によれば、剛性を必要とする本体は、厚くすれば剛性を確保することができ、前記０．０５ｍｍの板厚では、前記４０ＧＰａ以上の縦弾性係数を備えていればよく、たとえば７０ＧＰａ程度のアルミなどの低弾性係数材料も使用可能である。
【００２９】
一方、板バネ部はバネとして作用させるために、曲げ剛性は本体よりも低く設定する必要があるが、バネとしてたわんでも塑性変形しないようにバネ限界値応力は高い材料であることが必要である。その高いバネ限界応力値を持たせるために、バネ部材として弾性係数が前記９０〜２１０ＧＰａ、すなわち通常のバネ性を持った金属を用いて、厚さを本体の１／２以下とした場合、曲げ剛性は厚さの３乗に比例することから、バネ部の曲げ剛性は本体よりも低く、バネ限界応力値は高くしておくことができる。
【００３０】
また、本発明の駆動装置では、前記本体からのリブの立設角度をθ１とし、前記板バネ部の振動部材への当接部から、前記リブおよび基端部の振動部材への当接部までの角度をそれぞれθ２，θ３とするとき、θ２＝θ３＝（１８０°＋θ１）／２となるように、前記板バネ部の振動部材への当接位置が設定されることを特徴とする。
【００３１】
上記の構成によれば、前記の本体のリブおよび基端部との２面に対して、板バネ部は、振動部材を略均等に押圧することができる。
【００３２】
さらにまた、本発明の駆動装置では、前記本体の幅方向に対して、前記溶接またはろう付されている箇所の長さが、前記溶接またはろう付されていない箇所の長さよりも短いことを特徴とする。
【００３３】
上記の構成によれば、前記本体の幅方向の長さをＡとし、前記溶接またはろう付されている箇所が、たとえば２箇所として、その前記本体の幅方向の長さがＢ，Ｃとするとき、Ａ−（Ｂ＋Ｃ）≧Ｂ＋Ｃとする。
【００３４】
したがって、前記溶接またはろう付の熱により、最大応力値が小さくなり、力量が低下してしまうことを防止することができる。
【００３５】
また、本発明の駆動装置では、前記板バネ部は、その幅方向の両端部において、少なくとも前記溶接またはろう付箇所の延長線上の部分は、厚み方向に折り曲げられてリブが形成されていることを特徴とする。
【００３６】
上記の構成によれば、前記溶接またはろう付の熱により、最大応力値が小さくなり、力量が低下してしまうことを防止することができる。
【００３７】
さらにまた、本発明の駆動装置では、前記板バネ部において、前記溶接またはろう付箇所における振動部材側の端縁に接する幅方向の延長線から、他端部までの長さが、前記延長線の長さ以下に形成されていることを特徴とする。
【００３８】
上記の構成によれば、前記板バネ部において、前記溶接またはろう付箇所における振動部材側の端縁に接する幅方向の延長線から、他端部までの長さ、すなわち前記板バネ部の変形する根元から先端までの長さをＤとし、前記延長線の長さ、すなわち一端部側の幅をＥとするとき、Ｄ≦Ｅとする。
【００３９】
したがって、板バネが過度に細長くならず、ねじり変形を抑えることができる。
【００４０】
また、本発明の駆動装置では、前記板バネ部は、前記他端側の幅が、一端側の幅以下に形成されていることを特徴とする。
【００４１】
上記の構成によれば、前記板バネ部の一端、すなわち基端側の幅を前記Ｅとし、他端、すなわち先端側の幅をＦとするとき、Ｆ≦Ｅとする。
【００４２】
したがって、板バネ部の根元側に大きな曲げ応力が加わるところ、Ｆ＞Ｅとなっていると、根元側の撓み変形が大きくなってバネ限界応力を超え易く、設計上不利になり、また振動部材との係合幅が大きくなり、該振動部材の軸長が長くなって大型化してしまうのに対して、Ｆ≦Ｅとすることで、そのような不具合を小さくすることができる。
【００４３】
さらにまた、本発明の駆動装置では、前記本体の一端側の幅が、前記板バネ部の他端側の幅と等しく形成されていることを特徴とする。
【００４４】
上記の構成によれば、本体の振動部材との係合幅が小さくなり、該振動部材の軸長を短くし、小型化することができる。
【００４５】
また、本発明の駆動装置では、前記振動部材と平行に延びるガイド軸と、前記ガイド軸上を摺動自在に案内され、前記移動体に連結される被駆動部材とをさらに備え、前記移動体が前記振動部材上を移動することで、前記被駆動部材が前記ガイド軸上を案内されることを特徴とする。
【００４６】
上記の構成によれば、前記振動部材と平行に延びるガイド軸を設け、そのガイド軸によって被駆動部材を摺動自在に案内するとともに、こうして少なくとも２軸になった振動部材とガイド軸とにおいて、それらにそれぞれ案内される移動体と被駆動部材とを連結する。
【００４７】
したがって、前記振動部材をガイド軸として共用せず、被駆動部材の荷重の多くを別途に設けたそのガイド軸によって支持させ、該被駆動部材の重量増加（大型化）に対応するとともに、耐衝撃性を向上することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の駆動装置は、以上のように、圧電素子などの電気機械変換素子の伸縮を振動部材に伝え、その振動部材に所定の摩擦力で係合されている移動体を、前記電気機械変換素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現される駆動装置において、前記移動体を、剛性を有する本体と、弾発性を有する板バネ部との板金２部品から構成し、前記本体は、帯状体の長手方向の一端側を折り曲げ、その折り曲げによるリブと、リブが立ち上がる付近の基端部との２面で前記振動部材に当接させ、前記板バネ部は、一端側を前記本体に溶接またはろう付によって固定し、他端側で前記振動部材を押圧する。
【００４９】
それゆえ、小型化と組立易さとを実現するために、移動体において、本体が振動部材に摩擦係合するように該振動部材に摺接して該振動部材を本体に押圧するためのキャップを廃止し、板バネ部で直接に振動部材を押圧するようにしても、該板バネ部と本体とを個別の板金部品で構成し、本体は板厚を厚くして所定の剛性を持たせ、板バネ部は板厚を薄くして所定の弾発性を持たせることで、駆動性能が低下しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータを用いる投影装置（プロジェクタ）の構造を示す斜視図である。
【図２】前記投影装置の平面図および側面図である。
【図３】本実施の一形態の超音波リニアアクチュエータを説明するための図である。
【図４】前記超音波リニアアクチュエータの移動体の本体の正面図および側面図である。
【図５】前記超音波リニアアクチュエータの移動体の板バネ部の正面図および側面図である。
【図６】前記移動体の本体に使用可能な材料の厚さおよび縦弾性係数の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の第２の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける板バネ部の正面図および側面図である。
【図８】本実施の第３の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータの正面図および側面図である。
【図９】本発明の実施の第４の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける板バネ部の正面図である。
【図１０】図９で示す板バネ部を用いる超音波リニアアクチュエータの正面図および側面図である。
【図１１】ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータの動作を説明するための図である。
【図１２】前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける時間経過に伴う圧電素子および被駆動部材の変位の関係を示すグラフである。
【図１３】従来技術のＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータを用いる投影装置（プロジェクタ）の構造を示す分解斜視図である。
【図１４】図１３を組立てた状態の斜視図である。
【図１５】図１４の平面図および側面図である。
【図１６】従来技術の超音波リニアアクチュエータを拡大して示す斜視図である。
【図１７】図１６の平面図および正面図である。
【図１８】他の従来技術の超音波リニアアクチュエータを拡大して示す斜視図である。
【図１９】図１８で示す超音波リニアアクチュエータにおける板バネ部材の斜視図および側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の第１の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータ１００を用いる投影装置（プロジェクタ）２００の構造を示す斜視図であり、図２（ａ）はその平面図であり、図２（ｂ）は側面図である。この投影装置２００でも、前記超音波リニアアクチュエータ１００は、フォーカスレンズ２０１を保持する保持部材２０６の駆動機構に用いられる。これらの図１および図２では、前述の図１１〜図１３で示す投影装置７００における光源７０２、偏光ビームスプリッタ７０４およびＬＣＯＳ７０５等は省略している。
【００５２】
ここで、解像度や収差など、該投影装置２００に要求される性能が高まり、前記フォーカスレンズ２０１（保持部材２０６）の重量増加（大型化）に対応するために、および／または耐衝撃性を向上するために、前記フォーカスレンズ２０１（保持部材２０６）の荷重の多くは、前記超音波リニアアクチュエータ１００とは別途に設けたガイド軸２１０によって支持するようになっている。このガイド軸２１０は、本体フレーム２１１において、軸方向に間隔を開けて配置される一対の支持片２１２，２１３によって支持されており、そのガイド軸２１０によって、保持部材２０６の一端側に設けられた一対のガイド片２１４，２１５が摺動自在に案内されることで、前記のように該保持部材２０６の荷重の多くが支持される。
【００５３】
ところで、前述の投影装置７００では、ロッド８０２、ガイド軸７１０、フォーカスレンズ７０１およびピン７１９が、略同一平面上に並列に配置されているのに対して、この投影装置２００では、ロッド１０２およびガイド軸２１０が、前記平面に対して垂直に積層され、狭幅に構成されている。したがって、前記軸線Ｘに対する交差方向Ｙは、この積層方向となる。なお、図１および図２では、相対的にロッド１０２が図の下方側、ガイド軸２１０が上方側に配置されているけれども、保持部材２０６の重心と、保持部材２０６のそれらのロッド１０２およびガイド軸２１０への取付き（後述するガイド片２１４，２１５の位置や形状）となどに応じて、ロッド１０２が上方側、ガイド軸２１０が下方側に配置されたり、それらの間隔が適宜変更されてもよい。そして、前記ガイド軸２１０には、前記保持部材２０６の一端側において、軸方向に間隔を開けて配置される一対のガイド片２１４，２１５が摺動自在に支持されるとともに、それらのガイド片２１４，２１５間に、前記ロッド１０２に摩擦係合している移動体１０３が嵌り込む。
【００５４】
一方、前記保持部材２０６の他端側にはガイド片２１６が設けられ、本体フレーム２１１に設けられる一対の支持片２１７，２１８によって支持されているピン２１９によって回転止めが行われている点は、前述の投影装置７００と同様である。
【００５５】
図３は、本実施の一形態の超音波リニアアクチュエータ１００を説明するための図であり、（ａ）は正面図（図１および図２に対応させると側面図）、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。この超音波リニアアクチュエータ１００は、電気機械変換素子である圧電素子１０１と、振動部材であるロッド１０２と、前記移動体１０３とを備えて構成される。本実施の形態の超音波リニアアクチュエータ１００では、圧電素子１０１の振動方向の一方の面には、振動部材として機能するロッド１０２が固着されるが、他方の面には、錘は設けられておらず、代わって、該圧電素子１０１の振動方向とは直交する面が、前記本体フレーム２１１に形成されたスロット２２１に嵌り込んで固着される。ロッド１０２の先端は、前記本体フレーム２１１に立設された前記支持片２１２の支持孔に摺動自在に嵌り込む。こうして、前記ロッド１０２は、前記ガイド軸２１０と平行に配置される。
【００５６】
前記移動体１０３は、本体１１１と、板バネ部１１２とを備えて構成される。図４（ａ）は前記本体１１１の正面図であり、図４（ｂ）および（ｃ）は側面図である。本体１１１は、板金部品から成り、幅広部１１１１と狭幅部１１１２との２種類の幅を有する帯状の板の長手方向の一端側（狭幅部１１１２の先端）が折り曲げられてリブ１１１３が形成されて成る。そして、図３（ｂ）で示すように、そのリブ１１１３と、狭幅部１１１２の基端部１１１４との２面で、ロッド１０２に当接する。
【００５７】
図５（ａ）は前記板バネ部１１２の正面図であり、図５（ｂ）は側面図である。前記板バネ部１１２は、板金部品から成り、一端側の固定部１１２１が前記本体１１１の幅広部１１１１に、溶接またはろう付（半田を含む）１１３（図３参照）によって固定され、他端側のバネ部１１２２が前記本体１１１のリブ１１１３および基端部１１１４側に前記ロッド１０２を押圧し、摩擦係合させる。
【００５８】
図１および図２において、移動体１０３の下端側は、前述のようにロッド１０２に摩擦係合しており、上端側は、保持部材２０６における前記ガイド片２１４，２１５間の側面２２０と前記ガイド軸２１０との間の隙間に嵌り込んでいる。こうして、移動体１０３のロッド１０２回りの回転が阻止されるとともに、該移動体１０３で発生したトルクを被駆動部材である保持部材２０６に伝達することが可能になっている。
【００５９】
ここで、前記本体１１１は、０．０５ｍｍ以上の板厚で、かつ、縦弾性係数が４０ＧＰａ以上の材料から成る。表１および表２には、本件発明者の実験結果を示す。表１は、前記本体１１１を、相互に厚みの異なるＳＵＳによって形成して、それぞれの駆動性能を確認した結果である。この表１から、本体１１１の板厚には、前記０．０５ｍｍ以上必要と判断する。また、表２は、前記本体１１１を、相互に異なる材質で、同じ厚みの０．３ｍｍに形成して、それぞれの縦弾性係数と駆動性能とを確認した結果である。この表２から、本体１１１の材質には、液晶ポリマーなどを不適とし、縦弾性係数の高い金属材料を使用することとする。縦弾性係数の目安は、許容される範囲で厚くすれば剛性を確保することができるので、前記０．０５ｍｍの板厚では、前記４０ＧＰａ以上とする。これらの表１および表２の結果から、前記本体１１１に使用可能な材料の厚さおよび縦弾性係数の関係を、図６に示す。図６において、網掛けをして示す領域が、使用可能な材料の厚さおよび縦弾性係数の範囲となる。このような範囲の厚さおよび縦弾性係数の材料を本体１１１に選ぶことで、該本体１１１がロッド１０２の振動に追従しない、すなわち駆動性能が低下しないようにすることができる。
【００６０】
【表１】
2012070618.tif 000003
【００６１】
【表２】
2012070618.tif 000004
【００６２】
一方、前記板バネ部１１２は、縦弾性係数が９０ＧＰａから２１０ＧＰａの材料から成る。これは、剛性を必要とする前記本体１１１は、上述のように許容される範囲で厚くすれば剛性を確保することができ、前記０．０５ｍｍの板厚では、前記４０ＧＰａ以上の縦弾性係数を備えていればよいのに対して、板バネ部１１２には、本体１１１より剛性が低く、高いバネ限界応力を持たせるためにより高い値の縦弾性係数の材料が必要になるためである。厚さにもよるが、剛性は厚さの３乗に比例することから、該板バネ部１１２の厚さを本体１１２の１／２以下とした場合で、該板バネ部１１２の縦弾性係数は、前記９０〜２１０ＧＰａでよい。そのような材料の例を、表３に示す。
【００６３】
【表３】
2012070618.tif 000005
【００６４】
すなわち、表３から明らかなように、前記板バネ部１１２の材料としては、通常のバネ性を持った金属材料で対応することができる。そして、剛性（縦弾性係数）を調整する場合や、該剛性（縦弾性係数）として要求される値に対して、使用する材料の値が不足する場合などには、ロッド１０２の係合部（バネ部１１２２）付近にリブを形成したり、折り畳むなどして、剛性（縦弾性係数）を調整（アップ）するようにしてもよい。
【００６５】
また、前記板バネ部１１２は、板状体がくの字に折り曲げられて成り、その折り曲げ部より一端側の固定部１１２１が前記本体１１１の幅広部１１１１に密着し、他端側のバネ部１１２２は前記本体１１１から離反してゆき、その離反した本体側の面１１２２ａと、前記本体１１１のリブ１１１３および基端部１１１４との３面で、前記ロッド１０２を挟み込む。さらに、図３で示すように、前記基端部１１１４からのリブ１１１３の立設角度をθ１とし、前記板バネ部１１２の振動部材への当接部から、前記リブ１１１３および基端部１１１４のロッド１０２への当接部までの角度をそれぞれθ２，θ３とするとき、θ２＝θ３＝（１８０°＋θ１）／２となるように、前記板バネ部１１２のロッド１０２への当接位置が設定される。
【００６６】
これは、前記リブ１１１３の立設角度をθ１とするとき、前記リブ１１１３および基端部１１１４のロッド１０２への当接部間の角度θ１’は、θ１’＝（３６０°―９０°×２―θ１）であるので、θ２＝θ３＝（３６０°―θ１’）／２＝（３６０°―（３６０°―９０°×２―θ１））／２からである。これによって、板バネ部１１２が加える押圧力Ｆで、前記本体１１１のリブ１１１３および基端部１１１４の２面に対して、ロッド１０２を略均等に押圧することができる。
【００６７】
また、前記本体１１１の狭幅部１１１２の基端部１１１４からリブ１１１３にかけて、スリット１１１５が形成されている。そして、ロッド１０２には、前記基端部１１１４およびリブ１１１３のそれぞれにおいて、このスリット１１１５の両側の部分が２点で当接する。これによって、前記基端部１１１４およびリブ１１１３と、ロッド１０２との間のガタツキを無くすことができる。
【００６８】
さらにまた、前記本体１１１の幅方向の長さに対して、溶接またはろう付１１３の箇所の長さが、前記溶接またはろう付１１３されていない箇所の長さよりも短く形成される。具体的には、図３で示すように、前記本体１１１の幅方向の長さをＡとし、前記溶接またはろう付１１３されている箇所が、たとえばこの図３のように２箇所として、その前記幅方向の長さがＢ，Ｃとするとき、Ａ−（Ｂ＋Ｃ）≧Ｂ＋Ｃとなるように、前記溶接またはろう付１１３を行う。したがって、前記溶接またはろう付１１３の熱により、最大応力値が小さくなり、力量が低下してしまうことを防止することができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態の移動体１０３によれば、ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータ１００に用いられる移動体１０３において、剛性を有する本体１１１と、弾発性を有する板バネ部１１２との板金２部品から構成し、さらに前記本体１１１は、帯状体の長手方向の一端側を折り曲げ、その折り曲げによるリブ１１１３と、リブ１１１３が立ち上がる付近の基端部１１１４との２面でロッド１０２に当接させ、前記板バネ部１１２は、一端側を前記本体１１１に溶接またはろう付１１３によって固定し、他端側で前記ロッド１０２を押圧する。
【００７０】
これによって、前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータ１００に用いられる移動体において、小型化と組立易さとを実現するために、本体１１１がロッド１０２に摩擦係合するように該ロッド１０２に摺接して該ロッド１０２を本体１１１に押圧するための（微細で取付けの難しい）キャップを廃止し、板バネ部１１２で直接にロッド１０２を押圧するようにしても、該板バネ部１１２と本体１１１とを個別の板金部品で構成し、本体１１１は板厚を厚くして所定の剛性を持たせ、板バネ部１１２は板厚を薄くして所定の弾発性を持たせることで、駆動性能が低下しないようにすることができる。
【００７１】
また、前記ロッド１０２と平行に延びるガイド軸２１０を設け、そのガイド軸２１０によって被駆動部材であるフォーカスレンズ２０１（保持部材２０６）を摺動自在に案内することで、ロッド１０２をガイド軸として共用せず、該被駆動部材の重量増加（大型化）に対応するとともに、耐衝撃性を向上することができる。
【００７２】
（実施の形態２）
図７（ａ）は本発明の実施の第２の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける板バネ部１１２’の正面図であり、図７（ｂ）および（ｃ）は、その側面図である。この板バネ部１１２’は、前述の図５に示す板バネ部１１２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この板バネ部１１２’では、固定部１１２１’の幅方向の両端部において、少なくとも前記溶接またはろう付１１３の箇所の延長線上の部分Ｗは、厚み方向に折り曲げられてリブ１１２５が形成されていることである。このように構成することで、前記溶接またはろう付１１３の熱により、最大応力値が小さくなり、力量が低下してしまうことを防止することができる。
【００７３】
（実施の形態３）
図８は、本実施の第３の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータ３００を説明するための図であり、（ａ）は正面図（図１および図２に対応させると側面図）、（ｂ）は側面図である。この超音波リニアアクチュエータ３００では、電気機械変換素子である圧電素子１０１と、振動部材であるロッド１０２とは、前述の図３等と同様である。注目すべきは、移動体３０３は、１枚の帯状の板が板金加工されて、本体３０３１および板バネ部材３０３２を構成していることである。
【００７４】
すなわち、前記１枚の帯状の板が、２つの屈曲部３０３３，３０３４において、略１２０°ずつ折り曲げられ、前記本体３０３１と、板バネ部材３０３２の２つの部分３０３２ａ，３０３２ｂとの３面が、ロッド１０２の軸方向から見て、略正三角形を形成するように折り曲げられ、その略正三角形内に前記ロッド１０２が内包される。そして、図８（ａ）で示す前記帯状の板の幅Ｌ１および図８（ｂ）で示す前記板バネ部材３０３２の２つの部分３０３２ａ，３０３２ｂの当接部間の距離Ｌ２などによって決定される板バネ部材３０３２の前記軸方向の撓み量をＬ３とし、圧電素子１０１（ロッド１０２）の振幅をＬ４とするとき、Ｌ３＜Ｌ４となるように、前記幅Ｌ１および距離Ｌ２が設定される。
【００７５】
たとえば、圧電素子１０１の振幅Ｌ４が５０ｎｍとするとき、前記軸方向の撓み量Ｌ３をそれより小さくする。表４に、本件発明者の実験結果を示す。表３は、前記帯状の板は、材質がＳＵＳ３０１−ＣＳＰ−Ｈ、板厚が０．１ｍｍで共通であり、０．８ｍｍ径のロッド１０２に対して、板バネ部材３０３２の発揮する摩擦力は２０ｇｆ、当接部間の距離Ｌ２は１．３８ｍｍの一定で、板の幅Ｌ１を変化させた場合の撓み量Ｌ３の測定結果を示すものである。
【００７６】
【表４】
2012070618.tif 000006
【００７７】
したがって、表４からは、前述の条件（撓み量Ｌ３が５０ｎｍより小さい）を満足するのは、太枠で示す板の幅Ｌ１が１．４ｍｍ以上の場合である。このように移動体３０３の板バネ部材３０３２の形状を、該板バネ部材３０３２が駆動方向の摩擦力の加重を受けた時、ロッド１０２の駆動振動の振幅Ｌ４以下のたわみ量Ｌ３となる形状とすることで、その駆動振動に追従しないようにすることができ、該移動体３０３を確実に移動させることができる（すなわち、追従振動すると、移動体３０３は、その場で停まってしまう）。
【００７８】
（実施の形態４）
図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の第４の形態に係る駆動装置であるＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄの正面図である。これらの板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、前述の図３および図５に示す板バネ部１１２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。
【００７９】
これらの板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄも、固定部１１２１とバネ部１１２２とを備えて構成されるが、各板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄで、バネ部１１２２における両側部の切れ込み形状が異なる。詳しくは、板バネ部１１２ａ，１１２ｂは、固定部１１２１側で曲率が大きく、バネ部１１２２側で曲率が小さくなる曲線で、バネ部１１２２の両側部の幅が狭くなってゆくように切れ込まれている。その内、板バネ部１１２ａでは、ロッド１０２の係合部分は、両側部が相互に平行となっている。また、板バネ部１１２ｃ，１１２ｄは、直線と円弧との組合せで切れ込まれており、板バネ部１１２ｃでは固定部１１２１との境界から大きな曲率の円弧で切れ込まれ、板バネ部１１２ｄでは固定部１１２１との境界において直線で切れ込まれ、小さな円弧に連なっている。前記円弧は、この円弧部分での幅が最も狭くなることの無いよう、９０°以内であり、板バネ部１１２ｃ，１１２ｄでは、共に９０°である。板バネ部１１２ｃ，１１２ｄでは、バネ部１１２２のロッド１０２側は、前記板バネ部１１２ａと同様に、両側部が相互に平行に形成されている。
【００８０】
注目すべきは、これらの板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄでは、固定部１１２１において、前記溶接またはろう付１１３の箇所におけるロッド１０２側の端縁に接する幅方向の延長線１１２８から、バネ部１１２２の端部までの長さ、すなわち該板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄにおいて、変形する部分の根元から先端までの長さをＤとし、前記延長線１１２８の長さ、すなわち固定部１１２１側の幅をＥとするとき、Ｄ≦Ｅに形成されていることである。
【００８１】
図９の例では、前記溶接またはろう付１１３は、参照符号１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃの３箇所で行われており、前記延長線１１２８は、最もロッド１０２側のろう付１１３ｂの箇所の端縁に接し、幅方向、すなわちロッド１０２と平行に延びる線である。
【００８２】
このように構成することで、板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄが過度に細長くならず、ねじり変形を抑えることができる。
【００８３】
また、注目すべきは、これらの板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄでは、その一端、すなわち前記固定部１１２１側の幅をＥとし、他端、すなわち前記バネ部１１２２の先端側の幅をＦとするとき、Ｆ≦Ｅに形成されていることである。
【００８４】
ここで、板バネ部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄの根元側に大きな曲げ応力が加わるところ、Ｆ＞Ｅとなっていると、根元側の撓み変形が大きくなってバネ限界応力を超え易く、設計上不利になり、またロッド１０２との係合幅が大きくなり、該ロッド１０２の軸長が長くなって大型化してしまう。これに対して、上述のようにＦ≦Ｅとすることで、そのような不具合を小さくすることができる。
【００８５】
また、これに対応して、図１０の超音波リニアアクチュエータ１００’のように、本体１１１’の一端側の幅が、前記板バネ部１１２ａの他端、すなわち先端側の幅Ｆと等しく形成されることが好ましい。このように構成することで、本体１１１’のロッド１０２との係合幅が小さくなり、該ロッド１０２の軸長を短くし、小型化することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１００，１００’，３００  超音波リニアアクチュエータ
１０１  圧電素子
１０２  ロッド
１０３，３０３    移動体
１１１，１１１’  本体
１１１１    幅広部
１１１２    狭幅部
１１１３    リブ
１１１４    基端部
１１１５    スリット
１１２，１１２’；１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ  板バネ部
１１２１，１１２１’    固定部
１１２２    バネ部
１１２５    リブ
１１３；１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ  溶接またはろう付
２００  投影装置
２０１  フォーカスレンズ
２０６  保持部材
２１０  ガイド軸
２１１  本体フレーム
２１２，２１３；２１７，２１８    支持片
２１４，２１５；２１６    ガイド片
２１９  ピン
３０３１    本体
３０３２    板バネ部材
【図１】
2012070618.tif 000007
【図２】
2012070618.tif 000008
【図３】
2012070618.tif 000009
【図４】
2012070618.tif 000010
【図５】
2012070618.tif 000011
【図６】
2012070618.tif 000012
【図７】
2012070618.tif 000013
【図８】
2012070618.tif 000014
【図９】
2012070618.tif 000015
【図１０】
2012070618.tif 000016
【図１１】
2012070618.tif 000017
【図１２】
2012070618.tif 000018
【図１３】
2012070618.tif 000019
【図１４】
2012070618.tif 000020
【図１５】
2012070618.tif 000021
【図１６】
2012070618.tif 000022
【図１７】
2012070618.tif 000023
【図１８】
2012070618.tif 000024
【図１９】
2012070618.tif 000025