JP2012143155A - 振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異音の発生の防止及び被駆動体の不安定な相対移動の防止を図る。
【解決手段】振動波駆動装置８は、電気−機械変換素子３と、電気−機械変換素子３に接合され、電気−機械変換素子３が接合される側と反対側に突起部材２ａ，２ｂが設けられた弾性部材１とを有する振動子７と、突起部材２ａ，２ｂと摩擦接触し、振動子７を振動させることにより弾性部材１に対して相対移動を行うリニアスライダ４とを備える。突起部材２ａ，２ｂを弾性部材１の一部で形成し、突起部材２ａ，２ｂにおいて電気−機械変換素子３に対向する面に隙間部５ａ，５ｂを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動波駆動装置に関し、特に、電気−機械変換素子に給電を行うことにより、電気−機械変換素子に接合された弾性部材を振動させて、被駆動体を相対移動させる振動波駆動装置に関する。

従来の振動波駆動装置、特にリニア型振動波モータには、特許文献１に開示されているような、平板に突起部材を接合する形態の振動波駆動装置がある。この振動波駆動装置の構成について、図１４を参照して説明する。

図１４は、従来の駆動装置８０１の構成を示す側面図である。同図において１０１は板状の弾性部材であり、一方の面に圧電素子３０１が接合されており、他方の面には摩擦材である突起部材２０１ａ，２０１ｂが接着されている。突起部材２０１ａ，２０１ｂは、嵌合または螺子止めにより接合される場合もある。弾性部材１０１、圧電素子３０１、および突起部材２０１ａ，２０１ｂにより振動子７０１が構成される。

この振動子７０１の摩擦材である突起部材２０１ａ，２０１ｂに、被駆動体であるリニアスライダ４０１が加圧接触され、相対移動が行われる。

突起部材２０１ａ，２０１ｂは、弾性部材１０１に対して除去加工を行うことにより形成されるのではなく、別部材として弾性部材１０１に接合することにより形成される。これにより、加工歪による性能の低下が抑えられ、安定した高精度な振動子や振動波駆動装置が得られる。

特開平７−１４３７７１号公報

ところで、上記従来の振動波駆動装置８０１では、振動子７０１を構成する弾性部材１０１および圧電素子３０１が略矩形の平板状に形成されており、この平板状の弾性部材１０１の一方の面に摩擦部材である突起部材２０１が設けられる。そして、突起部材２０１ａ，２０１ｂにリニアスライダ４０１を加圧接触させ、圧電素子３０１へ給電を行って弾性部材１０１を振動させ、その振動を、突起部材２０１ａ，２０１ｂを介して受けたリニアスライダ４０１が相対移動を行う。

こうした構成では、リニアスライダ４０１が振動子７０１で発生した振動を受けて跳ねることがあり、これにより、異音が発生したり、リニアスライダ４０１の相対移動が不安定となったりするという問題がある。

本発明は、振動波駆動装置を小型化すると共に、駆動性能を安定化させる技術を提供することを目的とする。

本発明に係る振動波駆動装置は、電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に接合され、前記電気−機械変換素子が接合される側と反対側に突起部材が設けられた弾性部材とを有する振動子と、前記突起部材と摩擦接触し、前記振動子を振動させることにより前記弾性部材に対して相対移動を行う被駆動体と、を備え、前記突起部材は、前記弾性部材の一部から形成され、前記突起部材において前記電気−機械変換素子に対向する面に隙間部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、振動波駆動装置の小型化と、駆動性能の安定化を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を下方から見た状態を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る振動波駆動装置の側断面図である。 弾性部材における左方側の突起部材、隙間部、および貫通部を示す側断面図である。 第２の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を下方から見た状態を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る振動波駆動装置の側断面図である。 第３の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を上方から見た状態を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を上方から見た状態を示す斜視図である。 第５の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を上方から見た状態を示す斜視図である。 第５の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を下方から見た状態を示す斜視図である。 第６の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を上方から見た状態を示す斜視図である。 第６の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を下方から見た状態を示す斜視図である。 第７の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を上方から見た状態を示す斜視図である。 第７の実施の形態に係る振動波駆動装置の外観を下方から見た状態を示す斜視図である。 従来の駆動装置の構成を示す側面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動波駆動装置８の外観を下方から見た状態を示す斜視図であり、図２は、振動波駆動装置８の側断面図である。

図１および図２において、振動波駆動装置８は、振動子７および被駆動体であるリニアスライダ４によって構成される。なお、これらの部材のほかにも、振動子７およびリニアスライダ４を加圧接触させるための加圧部材や、振動子７への給電を行う給電部材などが必要であるが、これらの部材は、従来の振動波駆動装置と同様であるので、図示および説明を省略する。

振動子７は、積層圧電素子（電気−機械変換素子）３と、弾性部材１と、２つの突起部材２ａ，２ｂとにより構成される。積層圧電素子３は、矩形の薄板状に形成された電気−機械変換素子である。すなわち、積層圧電素子３は、表面に電極を持つ薄板状の圧電素子膜を複数枚、積層して一体化したものである。弾性部材１は、積層圧電素子３の一方の面に接合されて、積層圧電素子３と一体となって動作する。突起部材２ａ，２ｂは、弾性部材１の積層圧電素子３が接合された面と反対側の面に弾性部材１と一体に形成され、摩擦材として機能する。

本実施の形態における振動波駆動装置８の振動子７は、周波数が略一致する２つの曲げ振動モードを励起し、突起部材２ａ，２ｂを介して被駆動体であるリニアスライダ４を相対移動させる。

弾性部材１の材料としては、例えば、優れた振動特性をもつステンレスを用いる。具体的には、円柱状のステンレス棒材を切削加工することによって矩形板状の弾性部材１を形成する。その際、板状の弾性部材１の平面方向が、円柱状のステンレス棒材の軸方向に垂直または平行となるように、円柱状のステンレス棒材を切削加工する。すなわち、ステンレス棒材のような異方性を持った材料では、軸方向に垂直または平行する面で削り出しを行うほうが、振動子としての性能が安定する。

摩擦材である２つの突起部材２ａ，２ｂは、摩擦係数が高く、耐摩耗性に優れた素材で構成する必要があり、本実施の形態では、弾性部材１から切削加工により形成する。すなわち、ステンレスに熱処理を施して耐摩耗性を確保した材料で弾性部材１を構成し、この弾性部材１を基にして突起部材２ａ，２ｂを削りだす。

弾性部材１の積層圧電素子３と接合する面には、突起部材２ａ，２ｂが形成された平面方向位置とそれぞれ同一位置に２つの隙間部５ａ，５ｂが切削加工により形成される。また、突起部材２ａ，２ｂの平面方向の周辺に２つの貫通部６ａ，６ｂが切削加工によりそれぞれ形成される。この貫通部６ａ，６ｂは板厚方向（厚さ方向）に貫通するよう構成されている。隙間部５ａ，５ｂと貫通部６ａ，６ｂとを図３に詳しく示す。図３は、弾性部材１における左方側の突起部材２ａ、隙間部５ａ、および貫通部６ａを示す側断面図である。貫通部６ａ，６ｂは突起部材２ａ，２ｂの３方向を囲み、突起部材２ａ，２ｂは、残りの１方向において弾性部材１一体に繋がっている。

隙間部５ａ，５ｂと貫通部６ａ，６ｂとにより、突起部材２ａ，２ｂは、片持ばり構造に形成される。例えば、貫通部６ａ，６ｂは、プレス打ち抜きにより形成し、隙間部５ａ，５ｂは、プレス鍛造加工により形成する。また、貫通部６ａ，６ｂおよび隙間部５ａ，５ｂを、切削による除去加工や、エッチング、ハーフエッチング加工により形成してもよい。また、これらを組み合わせて貫通部６ａ，６ｂ及び隙間部５ａ，５ｂを形成してもよい。

本実施の形態の振動波駆動装置８では、振動を発生する振動子７にリニアスライダ４を加圧接触させるとともに、振動子７へ給電を行って振動を発生させ、その振動を受けたリニアスライダ４が相対移動を行う。そして、隙間部５ａ，５ｂと貫通部６ａ，６ｂとを設けることによって、突起部材２ａ，２ｂ（弾性変形部）がそれぞれ、弾性部材１の平面方向と垂直な方向（図３に示す矢印１０方向）に弾性変形することが可能である。そのため、振動子７で発生した振動をリニアスライダ４が効果的に受け、リニアスライダ４が飛び跳ねることが防止される。これにより、リニアスライダ４が飛び跳ねることによる異音の発生や、リニアスライダ４の不安定な相対移動を回避することができる。また、振動子７の構成が簡単であり、振動波駆動装置８の小型化を図ることができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態の構成は、基本的に第１の実施の形態の構成と同じであるので、第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第１の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。

図４は、第２の実施の形態に係る振動波駆動装置８ａの外観を下方から見た状態を示す斜視図であり、図５は、振動波駆動装置８ａの側断面図である。

第２の実施の形態では、突起部材２ｃ，２ｄを弾性部材１ａと別部材で構成し、この突起部材２ｃ，２ｄを弾性部材１ａの弾性変形部１１ａ，１１ｂにそれぞれ接合する。突起部材２ｃ，２ｄは、耐摩耗性のある材料で構成する。弾性変形部１１ａ，１１ｂはそれぞれ、弾性部材１ａと一体の構成であり、弾性部材１ａの平面方向において、３方を貫通部６ａ，６ｂで囲まれている。また、弾性変形部１１ａ，１１ｂの下側（積層圧電素子３と対向する側）には、第１の実施の形態と同様に、隙間部５ａ，５ｂを形成する。これにより、弾性変形部１１ａ，１１ｂは、弾性部材１ａに対して容易に弾性変形をすることができる。

すなわち、第１の実施の形態のように、突起部材２ａ，２ｂを弾性部材１に一体に形成するには、弾性部材１に対して切削などの除去加工が施されることになるが、加工歪に起因する振動子としての性能の低下が懸念される。これに対して第２の実施の形態では、突起部材２ｃ，２ｄを弾性部材１ａと別部材で構成する。これにより、弾性部材１ａに突起部材２ｃ，２ｄを形成するための除去加工を行う必要が無くなり、弾性部材１ａにおいて、板材のもつ板厚精度を活用することができる。

〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。

第３の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第３の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。

図６は、第３の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｂの外観を上方から見た状態を示す斜視図である。

第３の実施の形態では、第２の実施の形態における隙間部５ａ，５ｂを設けず、弾性部材１ｂは、貫通部６ａ，６ｂを除き、均一の厚みとなっている。すなわち、弾性部材１ｂにおける突起部材２ｃ，２ｄが接合される弾性変形部１１ｃ，１１ｄは、弾性部材１ｂの全体と同じ厚みとなっている。そして、積層圧電素子３ａの上部の層または全部の層に対して、隙間部５ｃ，５ｄを形成する。隙間部５ｃ，５ｄは、積層圧電素子３ａの平面方向において、弾性変形部１１ｃ，１１ｄおよび貫通部６ａ，６ｂが占める位置と同じ位置に設ける。

このように、第３の実施の形態では、弾性部材１ｂに隙間部５ａ，５ｂを形成する必要が無いため、貫通部６ａ，６ｂをプレス打ち抜き加工で形成するだけでよく、弾性部材１ｂに対する加工の簡略化が可能となる。なお、貫通部６ａ，６ｂを、切削加工、エッチング加工で形成するようにしてもよい。

〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。

第４の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第４の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。

図７は、第４の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｃの外観を上方から見た状態を示す
斜視図である。

第４の実施の形態では、弾性部材１ｃと同一の厚みを持つ弾性変形部１１ｅ，１１ｆに対して曲げ加工を施し、弾性部材１ｃの弾性変形部１１ｅ，１１ｆの先端（解放端）下側部分と積層圧電素子３との間に隙間部を形成するようにする。そして、弾性変形部１１ｅ，１１ｆの先端上側部分に突起部材２ｃ，２ｄをそれぞれ接合する。

弾性変形部１１ｅ，１１ｆの形成には、まず、プレス打ち抜き、切削、エッチングなどのうちのいずれかの加工方法を用いて貫通部６ａ，６ｂを形成し、その後、プレスにより曲げ加工を行う。

弾性変形部１１ｅ，１１ｆの曲げ加工により、弾性変形部１１ｅ，１１ｆの先端下側部分と積層圧電素子３との間に隙間部が形成されるため、第２の実施の形態のように、弾性変形部１１ａ，１１ｂに隙間部５ａ，５ｂをそれぞれ設ける加工を行う必要が無い。また、第３の実施の形態のように、積層圧電素子３ａに隙間部５ｃ、５ｄを設ける加工を行う必要が無い。

特に、弾性部材１ｃの弾性変形部１１ｅ，１１ｆの形成に、プレス打ち抜きの加工法を用いた場合、順送プレス機によって連続的に打ち抜きと、曲げ形成とを行うことができるため、大量生産に有利となる。

なお、本実施の形態では、別部材である突起部材２ｃ、２ｄを弾性変形部１１ｅ，１１ｆの先端上側部分にそれぞれ接合するようにしている。これに代わって、こうした別部材である突起部材２ｃ、２ｄの接合を行わず、弾性変形部１１ｅ，１１ｆの先端上側部分を突起部材として代用してもよい。すなわち、弾性部材１ｃに熱処理を施したステンレスを用い、これによって、弾性変形部１１ｅ，１１ｆの先端上側部分の耐摩耗性を確保し、突起部材として使用する。

〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。

第５の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第５の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。

図８は、第５の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｄの外観を上方から見た状態を示す斜視図であり、図９は、第５の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｄの外観を下方から見た状態を示す斜視図である。

第５の実施の形態では、弾性部材１ｄに弾性変形部１１ｇ，１１ｈを設け、この弾性変形部１１ｇ，１１ｈに２つの突起部材２ｃ，２ｄをそれぞれ接合する。弾性変形部１１ｇ，１１ｈの周辺には、同形状の貫通部６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆを弾性部材１ｄに形成する。貫通部６ｃ，６ｄは、弾性部材１ｄの平面方向においてリニアスライダ４の移動方向と垂直な方向に並んで、弾性変形部１１ｇを挟むように配置される。貫通部６ｅ，６ｆは、弾性部材１ｄの平面方向においてリニアスライダ４の移動方向と垂直な方向に並んで、弾性変形部１１ｈを挟むように配置される。図９に示すように、弾性変形部１１ｇ，１１ｈの下側（積層圧電素子３に対向する側）には、隙間部５ｅ，５ｆをそれぞれ形成する。これにより、弾性変形部１１ｇ，１１ｈは、突起部材２ｃ、２ｄの振動に応じて容易に弾性変形をすることが可能となる。

なお、第１の実施の形態における突起部材２ａ，２ｂや、第２〜第４の実施の形態における弾性変形部１１ａ〜１１ｆは片持ち張り構造（１辺で支持された構造）である。そのため、リニアスライダ４の移動方向において、対になる突起部材や弾性変形部に剛性差が生じる可能性がある。これに対して、第５の実施の形態では、弾性変形部１１ｇ，１１ｈがそれぞれ両持ち張り構造（対向する２辺で支持された構造）であるので、こうした剛性差が生じることがない。

〔第６の実施の形態〕
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。

第６の実施の形態の構成は、基本的に第５の実施の形態の構成と同じであるので、第６の実施の形態の説明においては、第５の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第５の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。

図１０は、第６の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｅの外観を上方から見た状態を示す斜視図であり、図１１は、第６の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｅの外観を下方から見た状態を示す斜視図である。

第６の実施の形態では、弾性部材１ｅの弾性変形部１１ｉ，１１ｊに、貫通部６ｃ〜６ｆとともに貫通部６１ａ〜６１ｄを設ける。貫通部６１ａ，６１ｂは、弾性部材１ｅの平面方向においてリニアスライダ４の移動方向と平行な方向に並んで、弾性変形部１１ｉを挟むように配置される。貫通部６１ｃ，６１ｄは、弾性部材１ｅの平面方向においてリニアスライダ４の移動方向と平行な方向に並んで、弾性変形部１１ｊを挟むように配置される。図１１に示すように、弾性変形部１１ｉ，１１ｊの下側（積層圧電素子３に対向する側）には、隙間部５ｇ，５ｈをそれぞれ形成し、弾性変形部１１ｉ，１１ｊが、突起部材２ｃ、２ｄの振動に応じて容易に弾性変形するようにする。それとともに、貫通部６１ａ〜６１ｄの形状を適切に設定することにより、弾性変形部１１ｉ，１１ｊに対して所望のバネ剛性を持たせることができ、振動波駆動装置８ｅを最適な駆動状態にすることができる。

〔第７の実施の形態〕
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。

第７の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第７の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。

図１２は、第７の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｆの外観を上方から見た状態を示す斜視図であり、図１３は、第７の実施の形態に係る振動波駆動装置８ｆの外観を下方から見た状態を示す斜視図である。

第７の実施の形態では、弾性部材１ｆに略円形の貫通部６ｇ，６ｈを設ける。貫通部６ｇは、例えば２列に並んだ６つの孔から構成され、各列は、弾性部材１ｆの平面方向においてリニアスライダ４の移動方向と垂直な方向に並んで、弾性変形部１１ｋを挟むように配置される。貫通部６ｈも、例えば２列に並んだ６つの孔から構成され、各列は、弾性部材１ｆの平面方向においてリニアスライダ４の移動方向と垂直な方向に並んで、弾性変形部１１ｌを挟むように配置される。図１３に示すように、弾性変形部１１ｋ，１１ｌおよび貫通部６ｇ，６ｈの下側（積層圧電素子３に対向する側）には、隙間部５ｉ，５ｊをそれぞれ形成し、弾性変形部１１ｋ，１１ｌが、突起部材２ｃ、２ｄの振動に応じて容易に弾性変形するようにする。

貫通部６ｇ，６ｈの各６つの孔の断面形状は２種類以上の断面形状であってもよいが、好ましくは、略円形にする。これによって、エッチング、プレスなどの除去加工によって精度よく加工できる。すなわち一般に、貫通部を形成する方法として、エッチング、プレスなどの除去加工が考えられるが、貫通部形状が矩形等の隅部をもつ形状や、角部をもつ複雑な形状の場合、形成が困難となる。例えばエッチング加工では、エッチング液に材料を浸し溶解する加工法であることから、隅部に丸みが発生し易く、またその大きさを制御することが難しい。角部においても同様に、丸み形状を制御することが難しい。プレスにおいても、型の耐久性を考慮すると、矩形や複雑形状の加工が困難である。また、本実施の形態における振動子７ｆでは、弾性変形部１１ｋ，１１ｌの形状によりばね剛性が決まり、それが性能に大きく影響を与える。

そこで、本実施の形態では、貫通部６ｇ，６ｈの各６つの孔の断面形状を略円形に設定する。これにより、エッチング、プレスのいずれの加工法を用いても、弾性変形部１１ｋ，１１ｌを精度良く形成することができる。

また、本実施の形態では、弾性部材１ｆを、ステンレスの板材からエッチングにより矩形状に形成することによって作成する。すなわち、弾性部材１ｆを、バルク上の材料を切削加工などの除去加工にて形成する方法もある。しかし、こうした除去加工では、加工によるストレスが加工歪として発生することから振動波駆動装置８ｆの性能が低下するといった問題があるので、エッチング加工を行う。

また、弾性部材１ｆの厚み精度が、振動波駆動装置８ｆの性能に大きく影響を与える。そこで本実施の形態では、所望の厚みの板材をプレス加工、エッチング加工により必要な形状に加工を行って弾性部材１ｆを作成する。これによって、弾性部材１ｆにおいて、板材の持つ高精度な板厚を維持している。

また、プレス加工においては、ファインブランキング法を用いることにより、加工歪を極力抑えることができる。エッチング加工においては、加工歪を与えることなく、かつ板厚精度を維持することができる。

また本実施の形態では、弾性部材１ｆの積層圧電素子３と接合する面の隙間部５ｉ，５ｊを、ハーフエッチング加工により形成するようにする。これにより、加工歪を加えることなく、かつ板材の板厚精度を維持した弾性部材１ｆを作成することができる。

１，１ａ 弾性部材
２ａ，２ｂ、２ｃ、２ｄ 突起部材
３ 積層圧電素子（電気−機械変換素子）
４ リニアスライダ
５ａ，５ｂ 隙間部
６ａ，６ｂ 貫通部
７，７ａ 振動子
８，８ａ 振動波駆動装置
１１ａ，１１ｂ 弾性変形部

Claims (6)

1. 電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に接合され、前記電気−機械変換素子が接合される側と反対側に突起部材が設けられた弾性部材とを有する振動子と、
   前記突起部材と摩擦接触し、前記振動子を振動させることにより前記弾性部材に対して相対移動を行う被駆動体と、を備え、
   前記突起部材は、前記弾性部材の一部から形成され、
   前記突起部材において前記電気−機械変換素子に対向する面に隙間部が設けられていることを特徴とする振動波駆動装置。
2. 前記弾性部材は、ステンレスの板材から成ることを特徴とする請求項１記載の振動波駆動装置。
3. 前記突起部材は、前記弾性部材の一部を切削加工して形成されてい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。
4. 前記突起部材は、前記弾性部材の一部をプレス加工して形成されてい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。
5. 前記電気−機械変換素子は、積層圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。
6. 前記振動子では、２つの曲げ振動モードが励起されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動波駆動装置。

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