JP2016100928A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動装置の移動に伴うフレキシブル基板の屈曲変形によって、圧電素子に負荷が加わり駆動効率が低下してしまうことを防止すること。
【解決手段】駆動装置のフレキシブル基板３は、圧電素子２に固定される第１の固定部Ａ１と、保持部材５に固定される第２の固定部Ａ２と、振動板１の移動に伴い屈曲変形する屈曲部３ｆと、を備え、第２の固定部Ａ２は第１の固定部Ａ１と屈曲部３ｆとの間に設けられる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、弾性体を板状としたリニア駆動用の駆動装置に関する。

従来より小型軽量、高速駆動、かつ、静音駆動を特徴とする駆動装置は、撮像装置のレンズ鏡筒等に採用されていた。これらの中でもリニア駆動用の駆動装置に関し、以下のような駆動装置（超音波モータ）が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された超音波モータは、圧電素子が固定された矩形状の振動板と、振動板上に設けられた接触部と接触する摩擦部材と、圧電素子に給電するためのフレキシブル基板とによって構成されている。振動板は、圧電素子によって発生された振動により駆動力を得て、摩擦部材に対して移動する。フレキシブル基板は、圧電素子上の電極に固定され、固定部から移動方向に引き出されて、途中で屈曲させながら折り返すように配設されている。このような屈曲部を有するフレキシブル基板を通じて移動する振動板に給電が行われる。

特開２００５−５７８３７号公報

特許文献１に開示された超音波モータのように、摩擦部材に対して振動板が移動する構成においては、屈曲部を有するフレキシブル基板を通じて給電を行う構成が必須である。このような構成においては、振動板の移動に伴ってフレキシブル基板は屈曲変形する。この屈曲変形により、フレキシブル基板が固定されている圧電素子へフレキシブル基板を通じて負荷が加わる。この負荷が圧電素子に発生させる駆動に必要な振動を阻害してしまい、超音波モータの駆動効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、フレキシブル基板の屈曲変形による振動阻害を抑制したリニア用の超音波モータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、略矩形状の平板部と平板部上に設けられた突起部とを有する振動板と、振動板に固定され高周波振動する圧電素子と、該圧電素子に固定され該圧電素子に給電するためのフレキシブル基板と、振動板を保持するための保持部材と、振動板を付勢するための加圧部材と、振動板が加圧部材により付勢され当接する摩擦部材と、を有し、振動板は、圧電素子の高周波振動により摩擦部材に対して移動し、フレキシブル基板は、圧電素子に固定される第１の固定部と、保持部材に固定される第２の固定部と、振動板の移動に伴い屈曲変形する屈曲部と、を備え、第２の固定部は第１の固定部と屈曲部との間に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル基板の屈曲変形による振動阻害を抑制し、駆動効率の向上を達成することができる。

（ａ）本発明の基本の構成を示す平面図である。（ｂ）正面図である。（ｃ）、（ｄ）側面図である。（ｅ）底面図である。 （ａ）本発明の基本の構成の給電手段を示す図である。（ｂ）フレキシブル基板３を取り付けた平面図である。 （ａ）本発明の基本の構成の保持方法を示す平面図である。（ｂ）底面図である。（ｃ）図３（ｂ）に示す断面線ｃ−ｃにおける断面図である。 （ａ）本発明の基本の構成の保持方法を示す平面図である。（ｂ）正面図である。（ｃ）図４（ａ）に示す断面線ｃ−ｃにおける断面図である。 （ａ）本発明の基本の構成のリニア駆動装置３０の構成を示す図である。（ｂ）底面図である。（ｃ）図５（ａ）に示す断面線ｃ−ｃにおける断面図である。 （ａ）本発明の基本の構成の超音波モータの振動状態を示す図である。（ｂ）正面図である。（ｃ）、（ｄ）側面図である。 （ａ）従来例におけるフレキシブル基板３の変形を示す平面図である。（ｂ）底面図である。 （ａ）従来例におけるフレキシブル基板３の変形を示す正面図である。（ｂ）図８（ａ）に示す断面線ｂ−ｂにおける断面図である。 （ａ）従来例におけるリニア駆動装置３０の移動を示す図である。（ｂ）速度特性を示す図である。（ｃ）振動板１の突起部の楕円運動を示す図である。 （ａ）第１の実施形態のフレキシブル基板３の固定方法を示す底面図である。（ｂ）正面図である。 （ａ）〜（ｃ）リニア駆動装置３０の駆動部の移動を示す図である。 第１の実施形態の超音波モータ１０の速度特性を示す図である。 （ａ）第２の実施形態のフレキシブル基板３の固定方法を示す底面図である。（ｂ）正面図である。 （ａ）、（ｂ）図１０の断面線ａ−ａにおける断面図である。（ｃ）図１３の断面線ｃ−ｃにおける断面図である。 （ａ）第２の実施形態の変形例を示す底面図である。（ｂ）図１５（ａ）に示す断面線ｂ−ｂにおける断面図である。 （ａ）第３の実施形態のフレキシブル基板３の固定方法を示す底面図である。（ｂ）正面図である。

以下、本発明を理解するための従来例及び本発明を実施するための各実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面における同一符号は、同一部材を示している。

（本発明の基本構成）
本発明の超音波モータの基本的な構成を図１により説明する。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）、（ｄ）は側面図、図１（ｅ）は底面図である。図１において振動板１は、矩形状の平板部と、平板部に設けられた突起部１ａ及び１ｂとを有する。突起部１ａ及び１ｂは、絞り加工により平板部と一体成型してもよいし、別部材を平板部に接着により固定してもよい。振動板１には高周波振動する圧電素子２が固定されている。圧電素子２は、同方向に分極された２箇所の領域２ａと２ｂとを備え、領域２ａがα相に、領域２ｂがβ相に割り当てられている。圧電素子２は、更に分極されていない領域２ｃを備えており、領域２ｃは、図１（ｂ）における圧電素子２の裏面２ｅの全面電極から側面の２ｄの領域の電極を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。

振動板１の矩形状の面の短辺部には、振動板１と同期して移動し、後述の第２の保持部材５に対し、直接的又は間接的に連結される連結部１ｃ及び１ｄが設けられている。この連結部１ｃ及び１ｄは、振動板１と圧電素子２の振動において変位が少ない部分に設けられ、かつ、十分に剛性が弱いので、振動を阻害しにくい形状となっている。したがって、連結部１ｃ及び１ｄは、振動板１と圧電素子２の振動にはほとんど影響を与えない。更に、連結部１ｃは固定穴１ｅを有し、連結部１ｄは固定穴１ｆを有する。図１（ｅ）には、後述の短辺方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの腹ＡＮ（Ａｎｔｉｎｏｄｅ）と、後述の長辺方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節Ｎ１、Ｎ、Ｎ２（Ｎｏｄｅ）が示されている。ここで、振動板１の長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向とそれぞれ定義する。また、振動板１の略矩形状の面の厚さ方向をＺ方向と定義する。Ｚ方向において、振動板１から後述する摩擦部材７への向きを＋Ｚ方向、後述する摩擦部材７から振動板１への向きを−Ｚ方向とそれぞれ定義する。

図２は、圧電素子２に給電するための給電手段を示し、図２（ａ）は給電するためのフレキシブル基板３の構成の一部、図２（ｂ）はフレキシブル基板３を圧電素子２に固定した状態の平面図を示す。フレキシブル基板３は、図２（ａ）に示すように、ベース基板３ｄ上に電極３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている。そして、フレキシブル基板３は、図２（ｂ）に示すように、電極３ａ、３ｂ、３ｃがそれぞれ圧電素子２の領域２ａ、２ｂ、２ｃに対応して電気的に接続されている。更にフレキシブル基板３は、圧電素子２の第１の固定部Ａ１で固定され、図示されていない外部電源において発生した交流電圧を圧電素子２に給電する。

フレキシブル基板３が第１の固定部Ａ１から延出して引き出される位置Ｐは、後述の長辺方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節（図２（ｂ）におけるＮ線上）となる位置である。また、フレキシブル基板３が第１の固定部Ａ１から延出する方向は、振動板１の移動方向であるＸ方向及び、振動板１が後述の摩擦部材７に対して加圧される加圧方向であるＺ方向に直交するＹ方向である。なお、これ以降の図では、フレキシブル基板３の電極３ａ、３ｂ、３ｃの記載は、簡略化のため省略する。以上説明したとおり、振動板１、圧電素子２及びフレキシブル基板３によって超音波モータ１０が構成されている。

次に、超音波モータ１０の保持方法について説明する。図３は、超音波モータ１０の保持方法を示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は底面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の断面線ｃ−ｃにおける断面図である。第１の保持部材４は、Ｚ方向に突出している二つの固定軸４ａ及び４ｂを有する。そして、固定軸４ａ及び４ｂがそれぞれ振動板１の固定穴１ｅ及び１ｆに嵌合することにより超音波モータ１０が第１の保持部材４に固定される。フレキシブル基板３は、圧電素子２に第１の固定部Ａ１で固定され、位置Ｐを通り、第１の保持部材４の切り欠き部４ｃを経て、Ｙ方向に引き出される。更にフレキシブル基板３は、図３（ａ）における第１の保持部材４の投影領域外まで延出した後、略直角に曲がり、振動板の移動方向であるＸ方向に延出する。

図４は、超音波モータ１０を固定した第１の保持部材の更なる保持方法、及び振動板１を付勢する加圧機構を示す。図４（ａ）は底面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の断面線ｃ−ｃにおける断面図である。第１の保持部材４に固定された超音波モータ１０は、第２の保持部材５を有する。図４（ｃ）に示すように、第２の保持部材５は、ローラ６１が第１の保持部材４側ローラ受け面４ｄと第２の保持部材５側のローラ受け面５ｂとの間で転動可能となっている。すなわち、第１の保持部材４は、ローラ６１によって第２の保持部材５に対して振動板１の移動方向であるＸ方向の移動は規制され、振動板１が後述の摩擦部材７に対して加圧される加圧方向であるＺ方向の移動は、規制されないように保持されている。更に加圧部材である加圧ばね６２が第２の保持部材５と振動板１との間に備えられ、加圧ばね６２の上端が第２の保持部材５に作用し、下端が圧電素子２及びフレキシブル基板３に作用する。振動板１は、加圧ばね６２の付勢力によって後述の摩擦部材７に対して付勢されながら当接する。このローラ６１により、第１の保持部材４は第２の保持部材５に保持され、加圧ばね６２により超音波モータ１０は付勢されている。

これにより、振動板１は、第１の保持部材４と同期してＺ方向に移動することができ、かつ、超音波モータ１０の移動方向には、嵌合すき間等によるガタがなく移動することができる。また、振動板１の高周波振動によって超音波モータ１０が後述の摩擦部材７に対して移動する際は、超音波モータ１０及び第１の保持部材４、第２の保持部材５が同期して移動する。フレキシブル基板３は、図４（ａ）に示すように、圧電素子２上の第１の固定部Ａ１からＹ方向へ延出している。そして、フレキシブル基板３は、第２の保持部材５上にて、移動方向のＸ方向へ屈曲して延出している。駆動部２０は、超音波モータ１０、第１の保持部材４及び第２の保持部材５等によって構成される。

図５は、リニア駆動装置３０の構成を示し、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は底面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の断面線ｃ−ｃにおける断面図である。なお、図５（ｂ）においては、摩擦部材７及びベース部材７１の記載が省略されている。駆動部２０の移動に伴いフレキシブル基板３は屈曲変形し、屈曲部３ｆが移動する。駆動部２０は、ベース部材７１に固定されたフレキシブル基板３を屈曲変形させながら移動するので、フレキシブル基板３には、図５（ａ）及び（ｂ）において矢印で示す方向に反力Ｒが発生する。

摩擦部材７は、ベース部材７１の底面７１ａ上に固定されている。振動板１の突起部１ａ及び１ｂは、加圧されながら摩擦部材７と当接しており、振動板１の高周波振動によって超音波モータ１０は摩擦部材７に対して相対移動し、第１の保持部材４及び第２の保持部材５は超音波モータ１０と同期して移動する。ベース部材７１と第２の保持部材５との間には、転動コロ７２が設けられており、駆動の際の摺動抵抗を軽減している。転動コロ７２は、駆動の際の摺動抵抗を軽減するために設けられているものであって、転動ボール及びボール溝による転動機構等でもよい。

超音波モータ１０、第１の保持部材４及び第２の保持部材５によって構成される駆動部２０は、振動板１の高周波振動によってベース部材７１に対してＸ方向に移動可能となる。振動板１の突起部１ａ、１ｂは、加圧ばね６２の加圧力により加圧されながら摩擦部材７に当接する。駆動部２０は、後述の図６及び図９において矢印に示すような楕円運動による駆動力によって、Ｘ方向に移動することができる。以上が本発明の超音波モータ１０の基本構成である。

次に、超音波モータ１０の圧電素子２の高周波振動によって振動板１の突起部１ａ及び１ｂに生成される楕円運動について図６を用いて説明する。圧電素子２の高周波振動は、振動板１に特定の固有振動モードを励振する。すなわち、圧電素子２の高周波振動によって振動板１には、振動板１の短辺方向（Ｙ方向）の曲げ振動の１次の固有振動モードと振動板１の長辺方向（Ｘ方向）の曲げ振動の２次の固有振動モードが励振される。図１（ｅ）を参照すると、突起部１ａ及び１ｂは、短辺方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの腹ＡＮの近傍であって、かつ、長辺方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節Ｎ１、Ｎ２の近傍に設けられている。又、図１（ａ）を参照すると、上述の給電手段により、圧電素子２の分極された領域２ａ（α相）と領域２ｂ（β相）に位相差を＋９０°から＋２７０°まで変化させた交流電圧を印加することによって、高周波振動を発生させることができる。

図６は、α相に対してβ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の様子を示す。図６（ａ）は、圧電素子のα相とβ相に印加される交流電圧の変化を示している。図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応している。図６（ａ）に示す、各時刻Ｔ１からＴ４に対する、突起部の振動状態をＰ１からＰ４に示している。また、図６において圧電素子２、連結部１ｃ及び１ｄの記載は、簡略化のため省略している。

α相とβ相に同符号の電圧が印加されている時刻（Ｔ２及びＴ４）には、α相とβ相とが同様に伸縮することにより、短辺方向の曲げ振動の１次の固有振動モードが励振され、突起部１ａ及び１ｂ先端のＺ方向振幅が最大となる（図６（ｃ）のＰ２、Ｐ４における変位ｚ）。一方、α相とβ相に異符号の電圧が印加されている時刻（Ｔ１及びＴ３）には、α相とβ相が逆方向に伸縮することにより、長辺方向の曲げ振動の２次の固有振動モードが励振され、突起部１ａ及び１ｂ先端のＸ方向振幅が最大となる（図６（ｂ）のＰ１、Ｐ３における変位ｘ）。α相に対してβ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した結果、突起部１ａ及び１ｂ先端には、それぞれ楕円運動が発生する。

摩擦部材７には、突起部１ａ及び１ｂが当接する。突起部１ａ及び１ｂの楕円運動により生じる摩擦部材７と突起部１ａ及び１ｂとの間の摩擦によって、振動板１は推進力を得て、図６（ｂ）に示すようにＸ方向に相対移動することができる。又、α相に対してβ相の位相を約＋２７０°遅らせて交流電圧を印加した場合は、反対方向の楕円運動が発生するので、突起部１ａ及び１ｂの楕円運動により生じる摩擦部材７との摩擦によって振動板１は、図６（ｂ）に示すＸ方向とは反対の方向に相対移動することができる。

このように、第１の実施形態の超音波モータにおいては、高周波振動により突起部１ａ及び１ｂに生成した楕円運動によって、摩擦部材７に対して振動板１が相対移動することが可能である。

（従来例）
次に、超音波モータの従来例について説明する。図７及び図８は、いずれも従来例における、フレキシブル基板３が変形するという課題を示している。図７（ａ）は駆動部２０の平面図、図７（ｂ）は駆動部２０の底面図である。図７（ａ）では、第２の保持部材５及びローラ６１の記載が省略されている。図８（ａ）はリニア駆動装置３０の正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の断面線ｂ−ｂにおける断面図である。

従来例では、駆動部２０の移動に伴うフレキシブル基板３の屈曲変形により、図７の矢印で示す方向に発生した反力Ｒによって、フレキシブル基板３は、第２の保持部材５に対して相対的にＸ方向に移動する。これによりフレキシブル基板３の領域Ｓで示す部分が変形し、フレキシブル基板３を固定（第１の固定部Ａ１）する圧電素子２に負荷が発生する。

図８では、駆動部２０の移動に伴うフレキシブル基板３の屈曲変形により発生した反力によって、フレキシブル基板３が矢印で示す方向Ｄに第２の保持部材５から離れるように変形する。この変形に伴い、第１の固定部Ａ１でフレキシブル基板３が固定されている圧電素子２はＺ方向に引っ張られることにより、圧電素子２に負荷が発生する。このような駆動部２０の移動に伴い、フレキシブル基板３が変形し圧電素子２に負荷が発生する以外にも、圧電素子２に負荷が発生することが考えられる。

次に、従来例の超音波モータ１０の速度特性について図９を用いて説明する。図９（ａ）は、駆動部２０が駆動端位置（図９（ａ）において点線で図示）から他の駆動端位置（図９（ａ）において実線で図示）までの移動を示す図である。ここで、駆動部２０を駆動端位置（１）から駆動端位置（２）まで移動させた際の駆動ストロークはＸ_ｓである。駆動部２０が移動する際に、超音波モータ１０には、ある一定の周波数及び位相差の電圧が入力される。図９（ｂ）は、入力に対し駆動される超音波モータ１０の速度特性を示す。図の横軸は駆動部２０の位置Ｘ、縦軸は駆動部２０の移動速度ｖを示す。

図９（ｃ）は、図９（ｂ）の領域Ｘ_ｎにおける突起部１ａ及び１ｂの楕円運動を示している。図９（ｄ）は、図９（ｂ）の領域Ｘ_ｒにおける突起部１ａ及び１ｂの楕円運動を示している。突起部１ａ及び１ｂ先端に発生する楕円運動のうち、振動板１の移動方向の振幅をＡ_Ｘ、振動板１を摩擦部材７に加圧する加圧方向の振幅をＡ_Ｚとして示している。なお、図９（ｃ）、（ｄ）において、突起部１ａ及び１ｂ先端の楕円運動は、簡略化のため円運動として示されている。

駆動部２０は、位置Ｘが０からＸ_１までの所定の領域で加速し、駆動部２０の移動速度ｖは、ある一定の周波数及び位相差での移動速度ｖ_１となる。Ｘ_１からＸ_２までの領域Ｘ_ｎは、圧電素子２への負荷がない領域である。一方、Ｘ_２からＸ_ｓまでの領域Ｘ_ｒは、図７もしくは図８に示したような、フレキシブル基板３の変形によって圧電素子２に負荷が発生する領域である。

領域Ｘ_ｒにおいては、フレキシブル基板３の変形に起因する圧電素子２への負荷によって、振動が阻害されるため、図９（ｄ）に示すとおり、領域Ｘ_ｎにおける楕円運動（図９（ｄ）の点線で図示）よりも楕円運動が小さくなる。すなわち、領域Ｘ_ｒにおける突起部１ａ及び１ｂの振幅Ａ_Ｘ２、Ａ_Ｚ２は、領域Ｘ_ｎにおける振幅Ａ_Ｘ１、Ａ_Ｚ１よりも小さくなる。振動板１の移動速度ｖには、突起部１ａ及び１ｂの楕円運動の移動方向の振幅Ａ_Ｘが寄与する。このため、領域Ｘ_ｒにおいて、振動が阻害されて図９（ｄ）の振幅Ａ_Ｘ２に示すように、移動方向の振幅Ａ_ｘが小さくなると、図９（ｂ）に示すように振動板１の移動速度ｖは低下してしまう。

このように、従来例には、高周波振動する圧電素子２にフレキシブル基板３の屈曲変形による負荷が生じることにより、駆動部２０の移動に必要な圧電素子２の高周波振動が阻害され、駆動部２０の移動速度が低下、すなわち駆動効率が低下するという課題がある。

（第１の実施形態）
次に、第１の実施形態について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、第１の実施形態に係るフレキシブル基板３の固定方法を示す底面図、図１０（ｂ）は正面図である。主要な構成は、図４に示した構成と同じである。フレキシブル基板３は、両面粘着テープ等の接着手段により第２の保持部材５の固定面５ａ上に第２の固定部Ａ２で固定されている。このとき、フレキシブル基板３は、圧電素子２上の第１の固定部Ａ１から延出する方向の延長線上（Ｎ）で第２の保持部材５に固定されている。すなわち、第２の固定部Ａ２は、フレキシブル基板３が第１の固定部Ａ１から延出する方向の延長線上（Ｎ）に設けられている。フレキシブル基板３は、第２の固定部Ａ２で固定された後、移動方向のＸ方向へ延出している。なお、図１０（ａ）に示す延長線Ｎの位置は、長辺方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節の位置でもある。

フレキシブル基板３が第２の保持部材５に固定される第２の固定部Ａ２は、第１の固定部Ａ１と屈曲部３ｆとの間である。すなわち、フレキシブル基板３は両面粘着テープにより第２の固定部Ａ２において固定されており、駆動部２０の移動に伴うフレキシブル基板３の屈曲変形によって発生する反力を第２の固定部Ａ２で受ける。第２の保持部材５は十分な剛性を持った部材であるため、フレキシブル基板３の屈曲変形によって発生する反力でフレキシブル基板３の第２の固定部Ａ２が圧電素子２の固定部Ａに対して相対的に移動することはない。すなわち、第２の固定部Ａ２から第１の固定部Ａ１までの領域のフレキシブル基板３が変形することはないため、圧電素子２には負荷は伝達されない。

なお、フレキシブル基板３は、第２の固定部Ａ２から移動方向のＸ方向に延出した後、屈曲部３ｆで屈曲し折り返してベース部材７１の底面７１ａに沿ってＸ方向とは反対の方向に延出する。フレキシブル基板３は、ベース部材７１の底面７１ａ上の後述の固定ボス７１ｂにより固定されている。

ここで、フレキシブル基板３の共振現象による不要振動の発生について説明する。圧電素子２の高周波振動により、圧電素子２に固定されたフレキシブル基板３に振動が伝達される。このとき、圧電素子２上の第１の固定部Ａ１と第２の保持部材５上の第２の固定部Ａ２との間のフレキシブル基板３が両端固定梁の状態で振動するため、特定の固有振動モードが存在する。圧電素子２の高周波振動の周波数と、フレキシブル基板３が有する固有振動モードの共振周波数とが一致すると、共振現象によりフレキシブル基板３に不要振動が発生し、圧電素子２の高周波振動を阻害し、不要音が発生するといった問題が生じる。

このため、圧電素子２に発生させる高周波振動の周波数は、圧電素子２上の第１の固定部Ａ１と第２の保持部材５上の第２の固定部Ａ２との間のフレキシブル基板３の固有振動モードの共振周波数と異なるように、フレキシブル基板３の形状もしくは寸法を設計する。例えば、圧電素子２上の第１の固定部Ａ１と第２の保持部材５上の第２の固定部Ａ２との間のフレキシブル基板３の共振を、図１０（ａ）の底面図に示すように長さｌ、幅ｂの平板の共振として考える。このとき、平板の共振周波数ｆは、以下の式（１）で与えられる。

ここで、ε_ｒは比誘電率、ｍ及びｎはそれぞれ長さ方向及び幅方向の振動モード番号である。すなわち、長さ方向のｍ次の振動モードの共振周波数には長さｌの逆数が寄与し、幅方向のｎ次の振動モードの共振周波数には幅ｂの逆数が寄与する。このため、前述した不要振動の振動モードが長さ方向の振動モードであれば長さｌの寸法を、幅方向の振動モードであれば幅ｂの寸法を調整することで不要振動の共振周波数が変化する。具体的には、長さｌは第２の固定部Ａ２のＹ方向の位置を変更することで、幅ｂはフレキシブル基板３の幅寸法を変更することでそれぞれ調整可能である。このようにして、フレキシブル基板３の寸法を変更することで不要振動の共振周波数を調整し、圧電素子２の高周波振動の周波数と異なるようにすることができる。

図１１は、リニア駆動装置３０において駆動部２０がＸ方向に移動する様子を示した図である。図１１（ａ）は、駆動部２０が駆動端開始位置、（ｂ）は中心位置、（ｃ）は駆動端終了位置に位置する場合を示している。駆動部２０がＸ方向に移動する場合、駆動端開始位置から移動を開始し、中間位置を通過して駆動端終了位置で停止する。Ｘ方向と反対の方向に移動する場合には、この移動の逆である。フレキシブル基板３は、両面粘着テープ等の接着手段により第２の保持部材５に固定されている。さらに、フレキシブル基板３は、第２の固定部Ａ２からＸ方向に延出し、屈曲部３ｆで折り返した後にベース部材に沿ってＸ方向とは反対の方向に延出し、固定ボス７１ｂによりベース部材７１上に固定されている。駆動部２０の移動に伴いフレキシブル基板３は、屈曲変形しながら屈曲部３ｆが移動する。固定されたベース部材７１に対して駆動部２０が移動する本発明のような構成においては、上記のように屈曲部３ｆを有するフレキシブル基板３によって駆動部２０と一体となって移動する圧電素子２に給電する構成となる。

図１２は、第１の実施形態の超音波モータ１０を利用したリニア駆動装置３０の速度特性を示す図であり、横軸が駆動部２０の位置Ｘ、縦軸が駆動部２０の移動速度ｖである。駆動部２０は、位置Ｘが０からＸ_１までの所定の領域で加速し、駆動部２０の移動速度ｖは、ある一定の周波数及び位相差での移動速度ｖ_１となる。従来例における圧電素子２に負荷が発生していた領域Ｘ_ｒ（図９（ｂ）参照）において、第１の実施形態では、フレキシブル基板３に起因する負荷が圧電素子２へ伝達されない。このため、圧電素子２の高周波振動は阻害されずに、駆動部２０は一定の移動速度ｖ_１でＸ_ｓまで移動することができる。このように、第１の実施形態においては、圧電素子２の高周波振動が阻害されないため、従来のフレキシブル基板が第２の保持部材５に固定されていない構成と比較して移動速度が低下しない。すなわち、超音波モータ１０の駆動効率が向上する。

以上説明したとおり、第１の実施形態の超音波モータ１０は、フレキシブル基板３が第２の保持部材５に固定されているため、フレキシブル基板３の屈曲変形による負荷が圧電素子２に伝達されない。この結果、フレキシブル基板３の屈曲変形による振動阻害を抑制し、駆動効率の向上を達成するという効果を奏する。

なお、第１の実施形態では、第２の固定部Ａ２が第１の固定部Ａ１から延出する方向の延長線上（Ｎ）である例を示したが、第１の固定部Ａ１から延出する方向の延長線上（Ｎ）ではない位置であっても良い。フレキシブル基板３は、長辺方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節（Ｎ１、Ｎ、Ｎ２）となる位置から引き出されているため、第１の固定部Ａ１から延出する方向の延長線上（Ｎ）で第２の保持部材５に固定することによって、フレキシブル基板３の不要振動が発生しにくい。しかしながら、第２の固定部Ａ２が延出する方向の延長線上（Ｎ）でない位置であっても、第２の固定部Ａ２が屈曲部３ｆと第１の固定部Ａ１との間で設けられていれば、フレキシブル基板３の屈曲変形による負荷は、圧電素子２に伝達されないため駆動効率が低下しない。又、第１の実施形態では両面粘着テープによりフレキシブル基板３を第２の保持部材５に固定する方法について述べたが、固定するための接着手段は両面粘着テープに限られない。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図１３を用いて説明する。第１の実施形態では、フレキシブル基板３が両面粘着テープにより第２の保持部材５に固定されている。しかしながら、第２の実施形態では、フレキシブル基板３が第２の保持部材５に対してＸ方向及びＺ方向の移動は規制され、Ｙ方向の移動は規制されないように第２の保持部材５に固定されている。なお、第１の実施形態と同一部材のものは同一記号で図示される。また、第１の実施形態と同じところは説明を省略し、第１の実施形態と異なるところだけを説明する。

図１３は、フレキシブル基板３の保持方法の第２の実施形態を示す。図１３（ａ）は、駆動部２０の底面図、図１３（ｂ）は駆動部２０の正面図である。フレキシブル基板３上に設けられた固定穴３ｅと第２の保持部材５上に設けられた固定ボス５ｃ（突起）とを嵌合させることにより、フレキシブル基板３は、第２の保持部材５の固定面５ａ上に第２の固定部Ａ２で固定されている。ここで、固定穴３ｅは、Ｙ方向に長い長穴となっている。そのため、フレキシブル基板３は、振動板１の移動方向であるＸ方向と、振動板１の加圧方向であるＺ方向の移動は規制され、移動方向であるＸ方向と加圧方向であるＺ方向とに直交する方向であるＹ方向の移動は、規制されないように第２の保持部材５に固定されている。

次に、第２の実施形態の作用、効果について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）〜（ｃ）は、第１の保持部材４の第２の保持部材５に対する相対的な位置が変化した状態を示している。図１４（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の図１０（ａ）の断面線ａ−ａにおける断面図であり、図１４（ｃ）は、第２の実施形態の図１３（ａ）の断面線ｃ−ｃにおける断面図である。

第２の保持部材５が第１の保持部材４を保持する構成において、図１４（ａ）のように、第１の固定部Ａ１と第２の固定部Ａ２とが同一平面となるように構成して、フレキシブル基板３を第２の固定部Ａ２に両面粘着テープにより固定する（第１の実施形態）。しかしながら、部品公差の積み重ね等により、図１４（ｂ）のように、振動板１及び圧電素子２を保持する第１の保持部材４が第２の保持部材５に対して、Ｚ方向にズレ量δだけ相対的に位置が変化する場合がある。このズレ量δが発生すると、第１の固定部Ａ１と第２の固定部Ａ２との間には引張荷重が発生する。発生した引張荷重は、圧電素子２の高周波振動を阻害するため駆動効率が低下する。すなわち、第１の実施形態では、場合によっては駆動効率が低下する問題がある。

しかしながら、第２の実施形態のように、フレキシブル基板３を第２の保持部材５に対してＹ方向の移動が規制されないように固定することで、図１４（ｃ）に示すようにフレキシブル基板３は第２の保持部材５に対してＹ方向に移動することができる。このため、第１の固定部Ａ１と第２の固定部Ａ２との間に引張荷重が発生せず、結果として圧電素子２の高周波振動を阻害することなく、駆動効率が低下しないという効果を奏する。

第２の実施形態のように、Ｘ方向とＺ方向の移動が規制され、Ｙ方向の移動が規制されないようにフレキシブル基板３を第２の保持部材５に固定さえすれば、どのような固定方法でも良い。例えば、図１５は、第２の実施例の変形例を示し、フレキシブル基板３は固定爪５ｄによって固定されている。図１５（ａ）は駆動部２０の底面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の断面線ｂ−ｂにおける断面図である。フレキシブル基板３を固定する固定爪５ｄは、Ｘ方向に離間した二つの要素で構成されている。そして、二つの固定爪５ｄは、Ｘ方向及びＺ方向の移動が規制されるように、且つＹ方向には移動が規制されないようにフレキシブル基板３を固定している。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図１６を用いて説明する。第３の実施形態では、フレキシブル基板３が第１の保持部材４に固定されている点が第１の実施形態とは異なっている。なお、第１の実施形態と同一部材のものは、同一記号で図示される。また、第１の実施形態と同じところは説明を省略し、第１の実施形態と異なるところだけを説明する。

図１６（ａ）は、駆動部２０の底面図、図１６（ｂ）は正面図である。なお、図１６（ｂ）において第２の保持部材５の記載は省略されている。図１６において、フレキシブル基板３は、両面粘着テープにより第１の保持部材４の固定面４ｅ上に第２の固定部Ａ２で固定されている。すなわち、フレキシブル基板３は、圧電素子２に固定されている第１の固定部Ａ１と、第１の保持部材４に固定されている第２の固定部Ａ２と、振動板１の移動に伴い屈曲変形する屈曲部３ｆとを備え、第２の固定部Ａ２は、第１の固定部Ａ１と屈曲部３ｆとの間に備えられる。また、フレキシブル基板３は、圧電素子２上の第１の固定部Ａ１から延出する方向の延長線上（Ｎ）で第１の保持部材４に固定されている。すなわち、第２の固定部Ａ２は、フレキシブル基板３が第１の固定部Ａ１から延出する方向の延長線上（Ｎ）に設けられている。

フレキシブル基板３が第２の保持部材５に固定されている第１の実施形態では、図１４（ｂ）のようにＺ方向にズレ量δだけ相対的な位置が変化すると、第１の固定部Ａ１と第２の固定部Ａ２との間に引張荷重が発生し、圧電素子２の高周波振動を阻害し駆動効率が低下する。しかしながら、第３の実施形態のように、フレキシブル基板３を第１の保持部材４に固定することによって、フレキシブル基板３の屈曲変形による負荷が圧電素子２に伝達されないようにしている。すなわち、Ｚ方向にズレ量δだけ相対的な位置が変化した場合にも、第１の固定部Ａ１と第２の固定部Ａ２との間には引張荷重が発生しないため、圧電素子２の高周波振動を阻害することがなく、駆動効率が低下しないという効果を奏する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は、小型軽量かつ広い駆動速度レンジが要求される電子機器、特にレンズ駆動装置等に利用可能である。

１ 振動板
１ａ、１ｂ 突起部
１ｃ、１ｄ 連結部
１ｅ、１ｆ 固定穴
２ 圧電素子
２ａ、２ｂ、２ｃ 領域
２ｄ 側面の領域
２ｅ 裏面
３ フレキシブル基板
３ａ、３ｂ、３ｃ 電極
３ｄ ベース基板
３ｅ 固定穴
３ｆ 屈曲部
４ 第１の保持部材
４ａ、４ｂ 固定軸
４ｃ 切り欠き部
４ｄ 第１の保持部材４側ローラ受け面
４ｅ 固定面
５ 第２の保持部材
５ａ 固定面
５ｂ 第２の保持部材５側ローラ受け面
５ｃ 固定ボス
５ｄ 固定爪
６１ ローラ
６２ 加圧ばね
７ 摩擦部材
７１ ベース部材
７１ａ 底面
７１ｂ 固定ボス
７２ 転動コロ
１０ 超音波モータ
２０ 駆動部
３０ リニア駆動装置
Ａ１ 第１の固定部
Ａ２ 第２の固定部

Claims (8)

1. 略矩形状の平板部と前記平板部の上に設けられた突起部とを有する振動板と、
   前記振動板に固定され高周波振動する圧電素子と、
   該圧電素子に固定され該圧電素子に給電するためのフレキシブル基板と、
   前記振動板を保持するための保持部材と、
   前記振動板を付勢するための加圧部材と、
   前記振動板が加圧部材により付勢され当接する摩擦部材と、
   を有し、
   前記振動板は、前記圧電素子の高周波振動により前記摩擦部材に対して移動し、
   前記フレキシブル基板は、前記圧電素子に固定される第１の固定部と、前記保持部材に固定される第２の固定部と、前記振動板の移動に伴い屈曲変形する屈曲部と、を備え、
   前記第２の固定部は、前記第１の固定部と前記屈曲部との間に設けられていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記フレキシブル基板は、前記振動板の振動モードの節となる位置から引き出されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記保持部材は、前記振動板を保持するための第１の保持部材と、前記第１の保持部材を保持するための第２の保持部材と、に分かれており、
   前記フレキシブル基板は、該第１の保持部材と該第２の保持部材のいずれかに固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記第２の固定部は、前記フレキシブル基板が前記第１の固定部から延出する方向の延長線上に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 前記フレキシブル基板が前記第１の固定部から延出する方向は、前記振動板の移動方向及び前記振動板の加圧方向に直交する方向であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記フレキシブル基板は、前記振動板の移動方向及び前記振動板の加圧方向の移動が規制され、前記移動方向と前記加圧方向と直交する方向の移動が規制されないように、前記第２の固定部で固定されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記圧電素子に発生させる高周波振動の周波数は、前記フレキシブル基板のうち、前記第１の固定部と前記第２の固定部との間の該フレキシブル基板の固有振動モードの共振周波数と異なることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 前記駆動装置は、超音波モータであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置。

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