JP2011239571A - 振動波アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動体と被駆動体との接触面に対して振動体側に磁石を配置した場合に、振動体と被駆動体との間の磁気による加圧接触力を高めることが可能となる振動波アクチュエータを提供する。
【解決手段】少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子が接合され接触部が形成された弾性体とを有し、前記接触部に楕円運動が生成可能に構成された振動体と、
前記振動体の接触部と加圧接触し前記楕円運動によって移動する被駆動体と、を有する振動波アクチュエータであって、
前記振動体よりも剛性の低い第一の弾性部材を介して該振動体を保持する振動体保持部を備え、
前記振動体保持部に磁石が配置されると共に、前記被駆動体が磁性体で構成され、該磁石の吸引力によって前記振動体の接触部と前記被駆動体とを加圧接触させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動波アクチュエータに関し、特にカメラや双眼鏡などの光学装置の手ぶれを補正する機構やテーブルの駆動機構などに好適に適用される振動波アクチュエータに関するものである。

従来、複数の振動体と接触している被駆動体を異なる複数の方向に移動させる振動波アクチュエータが知られている。
このような振動波アクチュエータにおいて、被駆動体を磁石とする加圧方式の振動波アクチュエータも知られている（特許文献１参照）。
また特許文献２には、特許文献１とは異なり、振動体と被駆動体との間に磁石を設けた加圧方式の振動波アクチュエータについて記載されている。図９に、特許文献２に記載されたリニア型の振動波アクチュエータの構成を示す。
図９において、振動体５２は弾性支持部材５６によって該振動体５２の振動をそこなうことなく該弾性支持部材５６を介して保持部材５７に支持されている。
そして、該保持部材５７上、且つ振動体５２の上面に構成された突起部５８の間に磁石を含む磁気部材６５が配置されている。
該磁気部材６５は振動体５２および被駆動体７０に接触しない状態で保持され、振動体５２と被駆動体７０とをＺ方向に引き寄せる磁気吸引力ＭＦを発生する。この磁気吸引力により加圧を行う。

特開２００９−０２７７６９号公報 特開２００７−３１２５１９号公報

しかしながら、従来例の振動波アクチュエータは、つぎのような課題を有している。
例えば、特許文献１において用いられている磁石からなる被駆動体を使い振動体を吸引加圧するようにした振動波アクチュエータでは、つぎのような課題を有している。図６（ａ）には上記した振動波アクチュエータでの直動駆動を行う被駆動体に用いられる棒磁石の１／２モデルを用いて磁束密度を計算した結果を示す。
また、図６（ｂ）には複数方向に駆動可能なように前記被駆動体に用いられる棒磁石を直動方向と垂直な方向に拡張し、磁石を大きくした時の１／２モデルを用いて磁束密度を計算した結果を示す。濃度が濃い部分ほど磁束密度が薄くなっていることをあらわしている。また、振動体（非図示）が駆動する方向を矢印で記している。
図６（ａ）では振動体を動かさなくとも問題のない被駆動体の端部を除いて磁束密度の分布がほぼ揃っているが、図６（ｂ）では駆動時に通過することの多い被駆動体の中央付近の磁束が薄くなっている。
そのため、複数方向の駆動が可能な振動波アクチュエータにおいて、被駆動体を磁石とした構成では振動体の位置によって加圧力が異なってしまうという課題が発生する。

また、特許文献２のように被駆動体と振動体との間に磁石を配置する構成では、磁石の大きさに制限が生じるため加圧力を大きくすることに対して限界がある。

本発明は、上記課題に鑑み、振動体と被駆動体との接触面に対して振動体側に磁石を配置した場合に、振動体と被駆動体との間の磁気による加圧接触力を高めることが可能となる振動波アクチュエータの提供を目的とする。

本発明の振動波アクチュエータは、少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子が接合され接触部が形成された弾性体とを有し、前記接触部に楕円運動が生成可能に構成された振動体と、
前記振動体の接触部と加圧接触し前記楕円運動によって移動する被駆動体と、を有する振動波アクチュエータであって、
前記振動体よりも剛性の低い第一の弾性部材を介して該振動体を保持する振動体保持部を備え、
前記振動体保持部に磁石が配置されると共に、前記被駆動体が磁性体で構成され、該磁石の吸引力によって前記振動体の接触部と前記被駆動体とを加圧接触させることを特徴とする。

本発明によれば、振動体と被駆動体との間の磁気による加圧接触力を高め、振動体と被駆動体との接触状態の安定化を図ることが可能となる振動波アクチュエータを実現することができる。

本発明の実施例１の振動波アクチュエータの構成を示す図である。 本発明の実施例１の構成における磁束の分布を説明する図である。 本発明における振動波アクチュエータを用いた複数方向駆動機構の構成図である。 本発明の実施例２の振動波アクチュエータの構成を示す図である。 本発明の実施例３の振動波アクチュエータの構成を示す図である。 本発明の課題である磁束分布の不均一を説明する図である。 本発明で用いている振動体の構成を示す図である。 本発明で用いている振動体の曲げモードを示す図である。 従来例である特許文献２の振動波アクチュエータの構成を示す図である。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。

［実施例１］
図３を用いて、本発明を適用した複数の振動体と接触している被駆動体を異なる複数の方向に移動させる振動波アクチュエータの構成例について説明する。
本実施例の構成例では、振動体を複数備え、これらの複数の振動体は、楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置される。
そして、これらの異なる方向の力が合成された所定の移動方向に、振動体の接触部材を介して加圧接触している被駆動体を移動させるように構成されている。
図３（ａ）は本構成における振動波アクチュエータの上面図であり、図３（ｂ）は側面図である。なお、図３（ａ）において被駆動体４は非図示としている。
図３（ａ）、（ｂ）において、１１（ａ）〜１１（ｄ）は本実施例の振動体を有する振動体ユニット、４は被駆動体、９は前記振動体ユニット１１（ａ）〜１１（ｄ）を固定する固定部、１２は前記被駆動体４と前記固定部９との間に配置された複数のボールである。
前記複数のボール１２は前記固定部９に配置された複数の穴に各々納められており前記ボールが前記被駆動体４の移動と共に穴の中で回転することにより、前記被駆動体４は面内に自在に駆動されかつ前記固定部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、前記振動体ユニット１１（ａ）〜１１（ｄ）は第二の弾性部材８を介して前記固定部９に接続されている。
ここで、振動体の駆動基本構成を簡単に説明するために、被駆動体を一方向に駆動する構成で説明する。
図７は前記振動体ユニットに搭載の振動体の基本構成を示した図である。

なお、駆動方法の詳細は特開２００４−３２０８４６号公報に記載されているが、振動体の接触部材を構成する突起部に楕円運動を生成可能とする構成の概略について説明する。
図８は該振動体の二つの曲げ振動モードを表した図である。
図８（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、矩形の振動体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本の節を有している。
ここで、接触部を構成する突起部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（送り方向）を主とする往復運動を行う。
また、図８（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、矩形の振動体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本の節を有している。
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（突上げ方向）の往復運動を行う。
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、図８の矢印Ｘ方向の駆動力を与えている。

本実施例における複数の振動体と接触している被駆動体を異なる複数の方向に移動させる振動波アクチュエータの駆動原理について説明する。
図３において、図に示す座標のＸ方向に被駆動体を移動させたいときは振動体ユニット１１（ａ）の振動体に矢印ｘＡ方向の駆動力を、振動体ユニット１１（ｄ）の振動体に矢印ｘＤ方向の駆動力を与える。
同時に、振動体ユニット１１（ｂ）の振動体及び振動体ユニット１１（ｃ）の振動体には前述のＢモードの振動のみを与える。
この振動により前記振動体ユニット１１（ｂ）の振動体及び振動体ユニット１１（ｃ）の振動体と、被駆動体４と、の接触面に生じる負荷が低減され、前記振動体ユニット１１（ａ）と１１（ｄ）の振動体の駆動力が無駄なく前記被駆動体４に伝わりＸ方向に駆動される。Ｙ方向に駆動させたいときは同様に振動体ユニット１１（ａ）の振動体と振動体ユニット１１（ｄ）の振動体とにＢモードの振動、振動体ユニット１１（ｂ）の振動体に矢印ｘＢ方向の駆動力を、振動体ユニット１１（ｃ）の振動体に矢印ｘＣ方向の駆動力を与えればよい。
振動体ユニット１１（ａ）と１１（ｄ）の振動体の駆動力を等しくして力のベクトルＦｘとし、同様に振動体ユニット１１（ｂ）と１１（ｃ）の振動体の駆動力を等しくして力のベクトルＦｙとする。これにより、各力のベクトルＦｘとＦｙとの合成により被駆動体４を任意の方向に駆動させることが可能となる。
なお、本実施例では４つの振動体を用いているが、同様に複数の方向に駆動する振動波アクチュエータを実現するためには振動体を二つ以上であればいくつ使っても良い。

つぎに、図１を用いて、本実施例の振動体ユニットの構成例について説明する。
図１（ａ）は本実施例１における振動体ユニット１１の斜視図である。
また、図１（ｂ）は実施例１における振動体ユニットと被駆動体とを備えた振動波アクチュエータをＸ方向から見た断面図である。
また、図１（ｃ）は実施例１における振動波アクチュエータをＹ方向から見た断面図を示している。
また、図１（ｄ）は前記振動波アクチュエータから磁石を非図示とした背面図である。

図１において、１は振動体であり、金属などの弾性体である振動板２と、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子３とが接合されて構成されている。４は磁性体からなる被駆動体である。上記弾性体には上記した接触部である突起部１０が形成されている。
振動体１は、前記振動板２の一部の幅を狭くして振動体よりも剛性を低くし弾性を持たせた第一の弾性部材５を介して、振動体保持部６に接続されている。このように振動体１を保持することで振動が阻害されにくい。
前記振動体保持部６には前記振動体１を介して前記被駆動体４が前記振動体１の方向に吸引されるように磁石７が保持されている。本実施例において、振動体ユニット１１は少なくとも、振動体１と、振動体保持部６と、磁石７と、を有する。また、本実施例の振動波アクチュエータは、被駆動体４と振動体１と振動体保持部６と磁石７とが加圧方向に並んで配置されている。
さらに、振動体保持部６は第二の弾性部材８を介して固定部９に接続されている。第一の弾性部材５の剛性が第二の弾性部材８の剛性よりも高くなっている。
第二の弾性部材８は第一の弾性部材５よりも剛性が低いため、振動体１上の被駆動体４と接触している突起部１０の表面に振動体１を傾かせるような力がかかった時に第一の弾性部材材５は変形しないようにすることが可能となる。
第二の弾性部材８のみが図１（ｄ）の矢印φｘ１，φｘ２，φｙ１，φｙ２の方向に回転するように弾性変形する。つまり、突起部１０と被駆動体４が加圧接触する際、第二の弾性部材は、振動体保持部が前記被駆動体に倣うように弾性変形する。この時、前記振動体１と前記振動体保持部６とが前記第二の弾性部材８の弾性変形に伴い一体的に動くため、振動体１と被駆動体４とが安定して接触するようになる。振動体と被駆動体との接触状態は出力特性に大きく影響するため、上記構成とすることにより、出力特性の低下を抑制できる。

このように、磁石を振動体の突起部とは逆側に配置することで、磁石の大きさ、特に磁化方向のサイズが制限されないためより大きな吸引力を持つ磁石を使うことが可能となり大きな加圧力を任意に設定することが可能となる。
また、図１において磁石７のＸＹ平面におけるサイズよりも被駆動体４のＸＹ平面におけるサイズを大きくしており、この状態においては被駆動体４がＸＹ平面内の任意の方向に移動したときの磁気回路の変化が小さくなる。そのため、磁力による吸引力の変化を少なくすることが可能となる。

更に、前記振動板（弾性体）２を磁性体で構成すると次のような効果が得られる。
図２は本実施例の構成における磁束密度の分布をシミュレーションした結果である。
図２（ａ）は振動板が磁性体でないときの磁束密度、図２（ｂ）は振動板が磁性体となっているときの磁束密度の分布である。
図２（ａ）では磁石７と被駆動体４との間の磁束が薄くかつ分散している。
しかし、図２（ｂ）では磁石７と振動板２及び被駆動体４との間の磁束が濃く、かつ前記振動板２や前記振動板２上に設けられた突起部１０と被駆動体４との接触部付近に磁束が集中しているため、加圧力を強くすることが可能となる。

［実施例２］
図４を用いて、実施例２における振動波アクチュエータの構成例について説明する。
振動波アクチュエータ全体の構成は概ね実施例１で示した図３（ａ）、（ｂ）と同様の構成であるため説明を省略する。
本実施例が実施例１と異なる部分のみを説明する。１は振動体であり、金属などの弾性体である振動板２と、電気−機械エネルギー変換素子３とが接合されて構成されている。４は磁性体からなる被駆動体である。

前記振動体１は、前記振動板２の一部の幅を狭くして振動体よりも剛性を低くし弾性を持たせた第一の弾性部材１３を介して、振動体保持部６に接続されている。このように振動体１を保持することで振動が阻害されにくい。
前記第一の弾性部材１３は前記振動体保持部材６との間の距離が大きくなるように０°＜θ＜１８０°の範囲で設けられている。
前記振動体保持部６と前記振動体１との間に磁石７が設けられており、この磁石７は前記振動体１を介して前記被駆動体４が前記振動体１の方向に吸引されるように前記振動体保持部６に一体に保持されている。被駆動体４と振動体１と振動体保持部６と磁石７とは加圧方向に並んで配置されている。
さらに、前記振動体保持部６は第二の弾性部材８を介して固定部９に接続されている。前記第一の弾性部材１３の剛性が前記第二の弾性部材８の剛性よりも高くなっている。
実施例１では、振動体保持部６の振動体側とは反対側の面に磁石を配置しているため、被駆動体と磁石との間のギャップを狭くすることが困難であった。
これに対して、本実施例のように振動体保持部の振動体側における、振動体保持部と振動体との間に磁石が配置されている構成とすることで、被駆動体４と磁石７とのギャップを実施例１よりも小さくすることができる。そのため、実施例１のときよりも加圧を高めることが可能となる。

［実施例３］
図５を用いて、実施例３における振動波アクチュエータの構成例について説明する。
本実施例においても振動波アクチュエータ全体の構成は概ね実施例１及び実施例２と同様である。実施例１及び実施例２と異なる部分のみを説明する。
１は振動体であり、金属などの弾性体である振動板２と、電気−機械エネルギー変換素子３とが接合されて構成されている。
４は磁性体からなる被駆動体である。

振動体１は、振動板２の一部の幅を狭くして振動体よりも剛性を低くし弾性を持たせた第一の弾性部材５を介して、磁石で構成された振動体保持磁石１４に接続されている。このように振動体１を保持することで振動が阻害されにくい。
振動体保持磁石１４が振動体１を介して被駆動体４を振動体１の方向に吸引している。
さらに、振動体保持磁石１４は第二の弾性部材８を介して固定部９に接続されている。第一の弾性部材５の剛性は第二の弾性部材８の剛性よりも高くなっている。
実施例１では振動体保持部と磁石が別の部品で構成されているため厚み方向のサイズを小さくすることが困難であったが、本実施例の構成とすることで磁石と振動体保持部が一体化されるため、実施例１の時よりも薄型化が実現できる。

１：振動体
２：振動板
３：電気−機械エネルギー変換素子
４：被駆動体
５：第一の弾性部材
６：振動体保持部
７：磁石
８：第二の弾性部材
９：固定部
１０：突起部
１１：振動体ユニット

Claims (7)

1. 少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と、前記電気−機械エネルギー変換素子が接合され接触部が形成された弾性体とを有し、前記接触部に楕円運動が生成可能に構成された振動体と、
   前記振動体の接触部と加圧接触し前記楕円運動によって移動する被駆動体と、を有する振動波アクチュエータであって、
   前記振動体よりも剛性の低い第一の弾性部材を介して該振動体を保持する振動体保持部を備え、
   前記振動体保持部に磁石が配置されると共に、前記被駆動体が磁性体で構成され、該磁石の吸引力によって前記振動体の接触部と前記被駆動体とを加圧接触させることを特徴とする振動波アクチュエータ。
2. 前記振動体保持部が、前記第一の弾性部材よりも剛性の低い第二の弾性部材を介して固定部に接続され、
   前記第二の弾性部材は、前記振動体の接触部と前記被駆動体とが加圧接触する際に、前記振動体保持部が前記被駆動体に倣うように弾性変形することを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ。
3. 前記振動体の弾性体が、磁性体で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動波アクチュエータ。
4. 前記磁石が、前記振動体保持部の前記振動体側における、該振動体保持部と該振動体との間に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ。
5. 前記磁石が、前記振動体保持部の前記振動体側とは反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ。
6. 前記振動体保持部が、前記磁石と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ。
7. 前記振動体を複数備え、
   前記複数の振動体は、前記楕円運動によって発生する力の方向が異なる位置に配置され、該異なる方向の力が合成された所定の移動方向に、該振動体の接触部を介して加圧接触している被駆動体を移動させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の振動波アクチュエータ。

Images