JP5434596B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータに関する。より詳細には、振れ回り運動により回転軸を回転させる振動アクチュエータ、並びに当該振動アクチュエータを備える撮像装置に関する。なお、本出願は、下記の日本出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の一部とする。
特願２００７−３１７７３６ 出願日 ２００７年１２月７日
特願２００８−０１４１５８ 出願日 ２００８年１月２４日

超音波帯域の振動を回転運動または直線運動に変換して出力する振動アクチュエータがある。振動アクチュエータは、圧電材料等を用いて形成された電気機械変換部を備え、周期的に変化する駆動電圧を電気機械変換部に印加することより生じた振動を、回転運動または直線運動に変換して外部の被駆動部材に伝達する。

振動アクチュエータの一例として、送りネジ型超音波モータがある（例えば、特許文献１を参照）。この超音波モータは、両端付近の内面にネジ溝を切られた貫通穴を有する角柱状弾性体と、角柱状弾性体の側方４面に個々に装着された電気機械変換素子と、貫通穴に螺入挿通されたネジ棒とを備える。４枚の電気機械変換素子に位相が順次遅れた周期的な駆動電圧を印加することにより弾性体に生じた振動を、ネジ棒の螺旋運動に変換して、ネジ棒を軸方向に進退させる。
米国特許第６９４０２０９号明細書

しかし、特許文献１に記載の超音波モータは貫通穴のネジ溝とネジ棒のネジ山との線接触を通じ回転力を得るので、大きなトルクを得るためには貫通穴のネジ溝とネジ棒のネジ山とのクリアランスを小さくする、または、付勢部材を用いることになる。ここで、ネジ溝とネジ山とのクリアランスを小さくする場合も、付勢部材を用いる場合も、ネジ溝にネジ山が押し付けられた状態で回転するので、ネジ溝およびネジ山の磨耗が激しいという問題がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態において、回転軸と、回転軸と同軸に配された振れ回り部材と、振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、振れ回り運動による振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、当該回転運動を回転軸に伝達する伝達部材と、伝達部材を振れ周り部材に向かって付勢する付勢力を発生する付勢部材と回転軸に対する負荷トルクの増加に応じて回転軸と伝達部材との間に生じた変位を、付勢力の増加に変換する変換部とを備える振動アクチュエータが提供される。

上記振動アクチュエータにおいて、回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢すると共に、振れ回り部材における振れ回り運動の変位を回転軸に伝達することにより回転軸を回転させる弾性部材を備えてもよい。

弾性部材は、回転軸にかかる回転負荷が大きいほど押し広げられてより大きな付勢力を生じてもよい。振れ回り部材は円形の内周を有する筒型であり、回転軸は、周方向の位置によって径が異なる非円形部を有し、弾性部材は、振れ回り部材の内周に沿った円周部、および、円周部の両端から円周部の内側に延伸し、回転軸の非円形部を挟む挟持部を有してもよい。

弾性部材は、振れ回り部材に固定され、回転軸を回転させてもよい。回転軸および振れ回り部材の他方には、弾性部材が当接するＶ字溝が設けられてもよい。回転軸および振れ回り部材の他方には、Ｖ字溝における向かい合う一対の斜面の一方を他方に対して近接および離間することにより、弾性部材に当接する径方向の位置を調節する調整部が設けられてもよい。

振れ回り部材の軸方向における両端部の近傍で振れ回り部材を保持する一対の保持部をさらに備え、弾性部材は、振れ回り部材の軸方向における中央近傍に配されてもよい。振れ回り部材の軸方向における中央近傍で振れ回り部材を保持する保持部をさらに備え、弾性部材は、振れ回り部材の軸方向における両端部近傍に一対、配されてもよい。

本発明の第２の形態によると、撮像装置は、光学部材、光学部材を収容するレンズ鏡筒、および、レンズ鏡筒の内部に設けられて、光学部材を駆動する振動アクチュエータを有するレンズユニットと、レンズユニットによって結像された画像を撮像する撮像部と、振動アクチュエータおよび撮像部を制御する制御部と備える撮像装置であって、振動アクチュエータは、回転軸、回転軸と同軸に配され、振れ回り運動する振れ回り部材、制御部からの制御により、振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部、および、回転軸および振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢すると共に、振れ回り部材における振れ回り運動の変位を回転軸に伝達することにより回転軸を回転させる弾性部材とを有する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。 振動アクチュエータ１００の軸方向の断面図である。 振れ回り部材１２０のＡ−Ａ'における断面図である。 振れ回り部材１２０のＢ−Ｂ'における断面図である。 振れ回り部材１２０の振れ回り運動を説明する概念図である。 振れ回り部材１２０のＡ−Ａ'断面を示す図である。 他の実施形態に係る振動アクチュエータ７００の軸方向の断面図である。 振れ回り部材７２０の振れ回り運動を説明する概念図である。 弾性部材の他の実施形態を説明する概念図を示す。 弾性部材の更に他の実施形態を説明する概念図を示す。 他の振動アクチュエータ１００の構造を示す分解斜視図である。 振動アクチュエータ１００の構造を示す断面図である。 振動アクチュエータ１００の動作を説明する図である。 変換部３００の動作を説明する図である。 振動アクチュエータ１００の分解斜視図を示す。 振動アクチュエータ１００の径方向から見た断面図を示す。 図１６のＡ−Ａ´断面図を示す。 図１６のＢ−Ｂ´断面図を示す。 （Ａ）は振れ回り部材１２０の径方向から見た断面図を示しており、（Ｂ）は振れ回り部材１２０の振れ回り運動を説明するための概念図を示す。 回転軸１４０に対して基準以上のトルクが入力された状態を図１６のＢ−Ｂ´断面図にて示す。 振動アクチュエータ８０１の径方向から見た断面図を示す。 （Ａ）は振れ回り部材１２０の径方向から見た断面図を示しており、（Ｂ）は振れ回り部材１２０の振れ回り運動を説明するための概念図を示す。 振動アクチュエータ８０２の径方向から見た断面図を示す。 振動アクチュエータ８０３の分解斜視図を示す。 振動アクチュエータ８０３の径方向から見た断面図を示す。 図２５のＡ−Ａ´断面図を示す。 回転軸８４０に対して基準以上のトルクが入力された状態を図２６のＡ−Ａ´断面図にて示す。 撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図を示す。

符号の説明

１００、１０１、７００、８０１、８０２、８０３ 振動アクチュエータ、１０２、７０２、７０４ 切欠き部、１１０、１６０、７１０、７６０ 調整部、１１１、１６１、３４２、７１１、７６１ フランジ部、１１２、１６２ ネジ山部、１１３、１６３ 内周面、１１４、１６４、７１４、７６４ 軸受部、１１６、２１４、２２４、７１６、７６６、８２４ 斜面、１１８ 肩部、１２０、２２０、３２０、７２０ 振れ回り部材、１２１ 駆動面、１２２、２１２、２２２、８１２、８２２ ネジ溝部、１３０ 駆動部、１３２、１３４、１３６、１３８ 電気機械変換素子、１４０、２４０、３４０、７４０、８４０ 回転軸、１４１、１４３、１４５、１４７、７４５、７４７ 平面部、１４２、１４６、７４６ 非円形部、１４４、７４４ 回転軸本体、１４８ 回転フランジ、１４９ 回転中心、１５０ 付勢部材、１５１ 挿通穴、１５２、１５４、３４４、４５２、４５４、９１０、９２０ 弾性部材、１５３ 駆動力伝達環、１５５ 伝達溝、１５７ 駆動力伝達軸、１５９ 被駆動部、１６６ 斜面、１７０ 出力ギア、１７２ 軸穴、１８０、１９０ 保持部、１８２、１８４ 取付穴、１８６ 開口、２００ 作用部、２１１、８１１ 下端面、２２１、８２１ 上端面、２３０、８３０ 内周部、２４２、２４４、８４４ Ｖ字溝、３００ 変換部、３０２、６１１、６１３、６１５、６１７、６７５、６７７ 段差部、３０４ 拡径部、３０６ 縮径部、４００ 撮像装置、４１０ レンズユニット、４２０ 光学部材、４２２ フロントレンズ、４２４ コンペンセータレンズ、４２６ フォーカシングレンズ、４２８ メインレンズ、４３０ レンズ鏡筒、４４０ アイリスユニット、４４２、４４４ 被係合部、４４６、４４７ 側壁、４５０ マウント、４５６ 係合部、４６０ ボディ、４７０ ペンタプリズム、４７２ フォーカシングスクリーン、４８０ 測光ユニット、４９０ 接眼系、４９２ ハーフミラー、４９４ ファインダ液晶、５００ 撮像部、５１０ 光学フィルタ、５２０ シャッタ、５３０ 測距ユニット、５４０ メインミラー、５４２ サブミラー、５５０ 制御部、５６０ フォーカスリング、６１６、６１８ 円弧部、６２２、６４２、７４２、９１２、９２２ 円周部、６２３、６２５、６４３、６４５、９１３、９２３、９２５、９１５ 直線部、６２４、６４４、９１４、９２４ 挟持部

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態に係る振動アクチュエータ１００の分解斜視図である。なお、以下の記載においては、図面の表示に従って、各要素の軸方向の一端を上端、他端を下端と記載する。また、径方向を水平方向と記載する場合がある。しかしながら、このような記載は、振動アクチュエータ１００の使用を、図示の方向に限定するものではない。

振動アクチュエータ１００は、回転軸１４０と、回転軸１４０と同軸に配され、振れ回り運動する振れ回り部材１２０と、振れ回り部材１２０を振れ回り運動させる駆動部１３０と、弾性部材１５２、１５４とを備える。弾性部材１５２、１５４は、回転軸１４０および振れ回り部材１２０の少なくとも一方を他方に径方向に付勢すると共に、振れ回り部材１２０における振れ回り運動の変位を回転軸１４０に伝達することにより回転軸１４０を回転させる。

また、振動アクチュエータ１００は、回転軸１４０を回転自在に支持する調整部１１０、１６０と、回転軸１４０の回転を外部に伝達する出力ギア１７０とを備える。さらに、振動アクチュエータ１００は、振れ回り部材１２０の振れ回り運動における節の位置で、振れ回り部材１２０を支持する保持部１８０を備える。

回転軸１４０は、円柱状の回転軸本体１４４と、回転軸本体１４４の軸方向の両端部近傍に形成された非円形部１４２、１４６とを一体的に有する。非円形部１４２、１４６は、例えば、回転軸本体１４４の端部に軸方向に延伸する互いに平行に設けられた一対の平面により形成される。

振れ回り部材１２０は、回転軸１４０より短く、円形の内周を有する筒型の形状をなしており、長手方向に貫通する貫通穴を有する。貫通穴は、円形の断面形状を有して、回転軸本体１４４の外径より大きな内径を有する。振れ回り部材１２０の長手方向と回転軸１４０の軸方向とが平行になるように、振れ回り部材１２０の貫通穴に回転軸１４０が挿通されることで、振れ回り部材１２０と回転軸１４０とは、少なくとも静止状態において同軸に配される。

また、貫通穴の上端部近傍には、ネジ溝部２２２を有する。本実施例において、振れ回り部材１２０は四角柱の外形を有する。ただし、振れ回り部材１２０の外形は、これに限られず、四角柱以外の角柱、または、円柱もしくは外周の一部に平面を有する円柱状の形状であってもよい。なお、振れ回り部材１２０は、種々の金属、プラスチックまたはセラミックスにより形成される。

駆動部１３０は、振れ回り部材１２０の外周面における、振れ回り部材１２０の周方向の異なる位置に配置された３以上の電気機械変換素子を有する。図１に示す形態において、駆動部１３０は、振れ回り部材１２０の外面における、振れ回り部材１２０の周方向の異なる位置に配置された電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を有する。この場合に、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、振れ回り部材１２０の四角柱における各側面に配置される。これら電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、互いに略同じ寸法であって、振れ回り部材１２０の長手方向に長い矩形をなす。

電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含む。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電材料を含む。

なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料で補強することが好ましい。あるいは、振れ回り部材１２０自体を担体にして、振れ回り部材１２０の表面に圧電材料層を形成して、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を形成してもよい。圧電材料に駆動電圧を印加する場合に用いる電極は、ニッケル、金等の電極材料を、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接に形成してもよい。

電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、例えば、接着により振れ回り部材１２０に装着されている。これにより、駆動部１３０に駆動電圧が印加されて、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のいずれかが伸張した場合に、各々の電気機械変換素子が接着された部分において振れ回り部材１２０も共に伸張する。例えば、各々の電気機械変換素子に対して、時計方向または反時計方向に９０度ずつ位相差を有する電圧を印加することで、振れ回り部材１２０は、時計方向または反時計方向に振り回り運動する。

振れ回り部材１２０は、外周面に切欠き部１０２をさらに有する。切欠き部１０２は、振れ回り部材１２０の振れ回り運動における節の位置近傍に設けられる。本実施例においては、切欠き部１０２は、振れ回り部材１２０の外周面における軸方向の中央近傍であって、一の電気機械変換素子と他の電気機械変換素子との間における４つの角にそれぞれ設けられる。

振れ回り部材１２０の軸方向における両端部近傍には、一対の弾性部材１５２、１５４が配される。弾性部材１５２は、振れ回り部材１２０の内周に沿った形状を有する円周部６２２と、回転軸１４０の非円形部１４２を挟む挟持部６２４とを有する。挟持部６２４は、円周部６２２の両端から円周部６２２の内側に延伸しており、回転軸１４０の非円形部１４２の外周に沿った形状を有する。例えば、本実施形態のように、非円形部１４２が互いに平行な一対の平面である平面部１４１、１４３を有する場合には、挟持部６２４は、一対の直線部６２３、６２５を有する。一対の直線部６２３、６２５が、回転軸１４０の非円形部１４２を挟み込むことで、弾性部材１５２と回転軸１４０がゆるやかに結合される。

円周部６２２は、調整部１１０の斜面１１６及び振れ回り部材１２０の内周に当接しており、振れ回り部材１２０により回転されることにより、回転力を回転軸１４０に伝達する。本実施形態において、円周部６２２は、回転軸１４０と共に回転する。なお、本実施形態においては、弾性部材１５４は、弾性部材１５２と同様の構造および作用を有するので、以下、説明を省略する。

調整部１１０は、フランジ部１１１とネジ山部１１２とを有する。フランジ部１１１は、振れ回り部材１２０の外形の断面がなす正方形に内接する円板状の形態を有する。フランジ部１１１の外径は、振れ回り部材１２０の貫通穴の内径より大きい。更に、フランジ部１１１の中央には、回転軸本体１４４を回転自在に軸支する軸受部１１４が形成される。なお、軸受部１１４の内径は、回転軸１４０の外径よりも大きくてもよい。

調整部１１０は、振れ回り部材１２０に近い側の端部に、すり鉢状の環状面である斜面１１６を有する。なお、本実施態様においては、調整部１６０は、調整部１１０と同様の構造を有する。

回転軸１４０の下端および上端は調整部１１０、１６０の軸受部１１４、１６４を通じて外部まで延在する。回転軸１４０は、上端側においてより長く延在して、先端部に出力ギア１７０が装着される。

出力ギア１７０は、中心に、回転軸１４０の非円形部１４６に嵌着する内面形状の軸穴１７２を有する。軸穴１７２に非円形部１４６を嵌着させた場合に、出力ギア１７０は回転軸１４０の回転と一体的に回転する。なお、図示の例では回転軸１４０の一端に出力ギア１７０を装着した。しかしながら、回転軸１４０を下方にも延長して、回転軸１４０の両端に出力ギア１７０を装着することもできる。

回転軸１４０は、調整部１１０、１６０の軸受部１１４、１６４により、回転自在に位置決めされる。軸受部１１４、１６４は、転がり軸受け、滑り軸受け等であってもよい。軸受部１１４、１６４および回転軸１４０の間の間隙は十分に小さいので、振れ回り部材１２０の内部まで塵芥が侵入することが防止される。

保持部１８０は、振れ回り部材１２０の軸方向における中央近傍で振れ回り部材１２０を保持する。これにより、振れ回り部材１２０の振れ回り運動における節の位置の近傍で、保持部１８０が振れ回り部材１２０を支持する。保持部１８０は、ネジ等が挿入される取付穴１８２、１８４、および、振れ回り部材１２０が挿入される開口１８６を有する。保持部１８０は、円形の板状部材であってもよい。保持部１８０は、振れ回り部材１２０の振れ回り運動による振れ回り部材１２０の曲げに対して弾性を有する。

開口１８６は正方形であり、その正方形の一辺は、振れ回り部材１２０の断面がなす正方形の一辺より長く、かつ振れ回り部材１２０の断面がなす正方形の対角線より僅かに短い。この開口１８６に、振れ回り部材１２０とともに電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が挿通される。

保持部１８０は、振れ回り部材１２０の外周面から振れ回り部材１２０を支持する。図１に示す形態において、保持部１８０は、開口１８６の少なくとも一部を、振れ回り部材１２０が有する切欠き部１０２に嵌合させることによって、振れ回り部材１２０を支持する。この場合に、保持部１８０の開口１８６における辺と振れ回り部材１２０の側面の辺とが平行にされて開口１８６に振れ回り部材１２０が挿入された後に、振れ回り部材１２０が軸周りに回転される。これにより、開口１８６がなす正方形のそれぞれの辺を、振れ回り部材１２０が有する切欠き部１０２に嵌合させることによって、保持部１８０が振れ回り部材１２０を支持する。

図２は、振動アクチュエータ１００の軸方向の断面図である。なお、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図２に示すとおり、回転軸１４０は、一方の端部近傍に非円形部１４２を有する。非円形部１４２は、少なくとも回転軸１４０と弾性部材１５２とが当接する位置の近傍において、周方向の位置によって径が異なる。

図２に示す非円形部１４２は、互いに平行な平面である平面部１４１、１４３を有する。回転軸１４０は、平面部１４１、１４３と回転軸本体１４４との境界部分に段差部６１１、６１３を有する。本実施形態においては、非円形部１４２の外径は、回転軸本体１４４の外径と等しいか、回転軸本体１４４の外径より小さい。これに代えて、非円形部１４２の外径が周方向の位置によって異なるのであれば、非円形部１４２の外径は回転軸本体１４４の外径より大きくてもよい。

また、本実施形態においては、平面部１４１、１４３が、回転軸１４０の端部から回転軸１４０と弾性部材１５２とが当接する位置まで軸方向に延伸して配されている。これに代えて、回転軸１４０と弾性部材１５２とが当接する位置の近傍には平面部１４１、１４３が配されると共に、それ以外の部分、例えば、回転軸１４０の端部は、回転軸本体１４４と同径の円柱状であってもよい。

回転軸１４０は、もう一方の端部に非円形部１４６を有する。非円形部１４６は、互いに平行な平面である平面部１４５、１４７を有する。本実施形態においては、非円形部１４６は非円形部１４２と同様の構造を有しており、平面部１４１と平面部１４５は同一平面状にあり、平面部１４３と平面部１４７も同一平面上にあるが、同一平面上になければならないわけではない。また、平面部１４５、１４７と回転軸本体１４４との境界部分に段差部６１５、６１７を有する。

図２に示すとおり、振れ回り部材１２０は、一方の端部に、下端面２１１と、ネジ溝部２１２とを有しており、もう一方の端部には、上端面２２１と、ネジ溝部２２２とを有する。下端面２１１および上端面２２１は軸方向に垂直な平面を含む。また、振れ回り部材１２０は、断面が円形で軸方向に延伸する内周部２３０を有する。ネジ溝部２１２、２２２の内径は内周部２３０の内径よりも大きく、ネジ溝部２１２、２２２と、内周部２３０との間には、すり鉢状の環状面である斜面２１４、２２４が形成される。

調整部１１０、１６０のそれぞれは、ネジ溝部２１２、２２２に対してネジ山部１１２、１６２を螺着させることにより、振れ回り部材１２０の長手方向両端に装着される。これにより、振れ回り部材１２０の内周の下端近傍には、弾性部材１５２が当接するＶ字溝２４２が形成される。なお、調整部１１０、１６０は、嵌め合い等の他の方法により振れ回り部材１２０に装着されてもよい。また、調整部１１０、１６０は同一の構成および作用を有するので、以下、調整部１１０について説明して、調整部１６０の説明を省略する。

Ｖ字溝２４２と、回転軸１４０の段差部６１１、６１３とは軸方向の位置が略同じであってもよい。これにより、弾性部材１５２の付勢力は軸方向に対して略垂直な方向に働くので、弾性部材１５２は、回転軸１４０と振れ回り部材１２０とを互いに径方向に略軸対称に付勢することができる。斜面１１６の傾きと斜面２１４の傾きが軸に垂直な面に対して対称であることが好ましい。これに代えて、振れ回り部材１２０と調整部１１０の一方が斜面であって、他方が軸に垂直な面であってもよい。

上記の通り、振れ回り部材１２０には調整部１１０、１６０が配されるので、振れ回り部材１２０における弾性部材１５２、１５４に当接する径方向の位置を調節することができる。例えば、調整部１１０のねじ込み量を調整することで、Ｖ字溝２４２における向かい合う一対の斜面１１６、２１４の一方を他方に対して近接および離間することができる。これにより、弾性部材１５２の付勢力を調整することができる。同様に、調整部１６０は弾性部材１５４の付勢力を調整することができる。

弾性部材１５２、１５４は、振れ回り部材１２０の貫通穴の内部に、付勢力が軸方向に対して垂直な方向に働くように配される。また、弾性部材１５２、１５４は、Ｖ字溝２４２、２４４に押し付けられて当接しており、斜面２１４、２２４を介して振れ回り部材１２０の振れ回り運動の径方向の変位が伝達される。そして、回転軸１４０の非円形部１４２、１４６の外周に沿って非円形部１４２、１４６を挟んでいるので、弾性部材１５２、１５４は、振れ回り部材１２０における振れ回り運動の変位を回転軸１４０に効率的に伝達することができる。以上の構成により、振れ回り部材１２０の振れ回り運動が回転軸１４０を回転駆動する。

図３は、振れ回り部材１２０のＡ−Ａ'における断面図である。図３に示す通り、振れ回り部材１２０、回転軸１４０、弾性部材１５４は、静止状態においては、回転中心１４９を径方向の中心として、同軸に配されており、回転軸１４０の非円形部１４６は、平面部１４５、１４７と、円弧部６１６、６１８とを含む。回転軸１４０における回転中心１４９と円弧部６１６、６１８との距離ｒ１は、回転中心１４９と平面部１４５、１４７との距離ｒ２より大きい。また、弾性部材１５４の直線部６４３、６４５は、平面部１４５、１４７において、回転軸１４０を挟む。さらに、弾性部材１５４の円周部６４２は、振れ回り部材１２０の斜面２２４の全周に当接する。

図４は、振れ回り部材１２０のＢ−Ｂ'における断面図である。なお、同図においては、説明を容易にすることを目的として、弾性部材１５４を省略して作図している。図４に示す通り、振れ回り部材１２０、回転軸１４０、調整部１６０は、静止状態においては、回転中心１４９を径方向の中心として、同軸に配されている。調整部１６０の軸受部１６４の内径は、円弧部６１６、６１８の外径と略等しい。また、調整部１６０、１１０の内周面１６３，１１３の径は、内周部２３０の内径と略等しい。

図５は、振れ回り部材１２０の振れ回り運動を説明する概念図である。振れ回り部材１２０は、駆動部１３０に駆動電圧が印加されると、駆動部１３０の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の伸張により振れ回り部材１２０も伸張して、振れ回り部材１２０は屈曲する。

電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の各々に対して、振れ回り部材１２０の周方向に沿って順次駆動電圧が印加されると、振れ回り部材１２０の屈曲の向きが順次変化する。そこで、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に対して、順次π／２遅れた位相の交流電界を印加すると、紙面に直交する円を描く振れ回り運動が振れ回り部材１２０に生じる。

振れ回り部材１２０は、中央近傍に形成された切欠き部１０２において、保持部１８０によって支持されているので、振れ回り運動を生じた振れ回り部材１２０は、両端近傍において、紙面に直交する円を描く腹Ｘ、Ｚを形成する。これらの現象により、振れ回り部材１２０全体に、中央近傍を節Ｙとして、両端近傍を腹Ｘ、Ｚとする振れ回り運動が生じる。

また、振れ回り運動により生じる振れ回り部材１２０の水平方向の変位は、長手方向について腹の近傍において最も大きい。そこで、振れ回り部材１２０に生じた振れ回り運動の腹Ｘ、Ｚにおいて弾性部材１５２、１５４を接触させることにより、回転軸１４０を周方向に効率よく回転させることができる。

また、駆動部１３０に印加される駆動電圧の周波数は、振れ回り部材１２０の固有振動数に応じた共振周波数を含むことが好ましい。これにより、振れ回り部材１２０は、投入された駆動電力に対して効率よく振れ回り運動を生じて、それを継続できる。更に、振れ回り部材１２０は、複数の腹および節を生じるような他の振動モードで振れ回り運動することもできる。

以上の構成により、回転軸１４０にかかる回転負荷が小さいときには、回転軸１４０と振れ回り部材１２０とのクリアランスが大きくなるので、上記回転負荷が小さいときには回転数を大きくすることができる。また、上記回転負荷が小さいときには、回転軸１４０と弾性部材１５２、１５４との接触圧、及び、振れ回り部材１２０と弾性部材１５２、１５４との接触圧が小さくなるので、回転軸１４０、弾性部材１５２、１５４、振れ回り部材１２０等の磨耗を抑制することができる。

図６は、回転軸１４０に大きな回転負荷がかかった状態を表す振れ回り部材１２０のＡ−Ａ'における断面図である。回転軸１４０に大きな回転負荷がかかると、弾性部材１５４の挟持部６４４に挟まれて緩やかに結合していた非円形部１４６が、弾性部材１５４よりも遅れて回転する。すなわち、非円形部１４６は、挟持部６４４に対して相対的に回転する。

このとき、弾性部材１５４には、押圧力Ｒが作用しており、非円形部１４６の平面部１４５、１４７が弾性部材１５４の直線部６４３、６４５を押し広げる。直線部６４３、６４５が押し広げられると、円周部６４２を斜面２２４に押し付ける付勢力Ｓが大きくなる。これにより、弾性部材１５４は、回転軸１４０にかかる回転負荷が大きいほど押し広げられ、より大きな付勢力を生じる。すなわち、非円形部１４６は周方向の位置によって径が異なるので、回転軸１４０と弾性部材１５４とは、回転軸１４０にかかる回転負荷と弾性部材１５４が非円形部１４６を保持する力が釣り合ったところで、再度、緩やかに結合する。一方、回転軸１４０にかかる回転負荷が小さくなると、非円形部１４６の平面部１４５、１４７が弾性部材１５４の直線部６４３、６４５を押し広げる量が減少して、弾性部材１５４の付勢力も小さくなる。

以上の構成により、回転軸１４０にかかる回転負荷が大きくなると、振れ回り部材１２０と回転軸１４０とのクリアランスが小さくなる。また、回転軸１４０にかかる回転負荷が小さくなると、振れ回り部材１２０と回転軸１４０とのクリアランスが大きくなる。

これにより、回転軸１４０の回転し始めるときのように回転負荷が大きい場合には、弾性部材１５２、１５４が振れ回り部材１２０に強く押し付けられるので、弾性部材１５２、１５４と振れ回り部材１２０との間の摩擦力が大きくなり、大きな動力が伝達される。また、回転軸１４０が回転を始めると回転負荷が小さくなり、上記付勢力も小さくなる。その結果、回転軸１４０の回転抵抗が小さくなるので、振動アクチュエータ１００の回転速度を大きくできる。また、回転軸１４０、弾性部材１５２，１５４、振れ回り部材１２０等の磨耗を抑制できる。

さらに、弾性部材１５２、１５４は径方向の付勢力によって、円周部６２２、６４２を振れ回り部材１２０に押し付ける。これにより、弾性部材１５２、１５４を軸方向に薄くでき、振動アクチュエータ１００の軸方向の長さを長くすることなく、振れ回り部材１２０の振れ回り運動を、トルクの高い回転運動に変換することができる。

なお、本実施形態においては、弾性部材１５２、１５４は回転軸１４０と共に回転して、振れ回り部材１２０により回転されるが、弾性部材１５２、１５４が振れ回り部材１２０に固定され、回転軸１４０を回転させてもよい。これにより、弾性部材１５２、１５４は、振れ回り部材１２０を回転軸１４０に径方向に軸対称に付勢する。また、このとき、回転軸１４０は、弾性部材１５２、１５４と当接する位置にＶ字溝等の斜面を有してもよい。

また、本実施形態においては、等間隔に配置された４枚の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む駆動部１３０を例示したが、駆動部１３０の構造はこれに限定されない。振れ回り部材１２０は、振れ回り部材１２０の周方向に配置された３以上の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む駆動部１３０によっても振れ回り運動を発生し得る。

図７は、他の実施形態に係る振動アクチュエータ７００の軸方向の断面図である。振動アクチュエータ７００は、振れ回り部材７２０の軸方向における両端部の近傍で振れ回り部材７２０を保持する一対の保持部１８０と保持部１９０とを備え、弾性部材１５４は、振れ回り部材７２０の軸方向における中央近傍に配される。

振動アクチュエータ７００は、回転軸７４０と、回転軸７４０と同軸に配され、振れ回り運動する振れ回り部材７２０と、振れ回り部材７２０を振れ回り運動させる駆動部１３０と、弾性部材１５４とを備える。弾性部材１５４は、回転軸７４０および振れ回り部材７２０の一方を他方に径方向に付勢すると共に、振れ回り部材７２０における振れ回り運動の変位を回転軸７４０に伝達することにより回転軸７４０を回転させる。

以上の構成により、回転軸７４０にかかる回転負荷が小さいときには、回転軸７４０と振れ回り部材７２０とのクリアランスが大きくなるので、上記回転負荷が小さいときには回転数を大きくすることができる。また、上記回転負荷が小さいときには、回転軸７４０と弾性部材１５４との接触圧、及び、振れ回り部材７２０と弾性部材１５４との接触圧が小さくなるので、回転軸７４０、弾性部材１５４、振れ回り部材７２０等の磨耗を抑制することができる。

なお、調整部７１０、振れ回り部材７２０、回転軸７４０、調整部７６０は、それぞれ、振動アクチュエータ１００の調整部１１０、振れ回り部材１２０、回転軸１４０、調整部１６０に対応する。振動アクチュエータ１００と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。また、対応する部材については、相違点を中心に説明して、類似する部材については説明を省く。

回転軸７４０は、円柱状の回転軸本体７４４と、回転軸本体７４４の中央近傍から上部に延伸する非円形部７４６とを一体的に有する。非円形部７４６は、平面部７４５、７４７を有する。平面部７４５、７４７と回転軸本体７４４との境界部分には、段差部６７５、６７７が形成される。非円形部７４６は周方向の位置によって径が異なる。

振れ回り部材７２０は、回転軸７４０より短く、円形の内周を有する筒型の四角柱形状をなしており、長手方向に貫通する貫通穴を有する。貫通穴は、円形の断面形状を有して、回転軸本体７４４の外径より大きな内径を有する。振れ回り部材７２０は貫通穴の中央近傍より上方にはネジ溝部８２２が形成され、中央近傍より下方には内周部８３０が形成される。ネジ溝部８２２の内径は、内周部８３０の内径よりも大きく、ネジ溝部８２２と内周部８３０との間には、すり鉢状の環状面である斜面８２４が形成される。内周部８３０の下部にはネジ溝部８１２が配される。

振れ回り部材７２０の長手方向と回転軸７４０の軸方向とが平行になるように、振れ回り部材７２０の貫通穴に回転軸７４０が挿通されることで、振れ回り部材７２０と回転軸７４０とが同軸に配される。振れ回り部材７２０の外周面には、駆動部１３０が装着される。

振れ回り部材７２０のネジ溝部８１２には、調整部７１０が螺合される。調整部７１０は、回転軸７４０を回転自在に支持する軸受部７１４と、水平面を含む斜面７１６とを有する。調整部７１０は、フランジ部７１１が振れ回り部材７２０の下端面８１１に当接することで振れ回り部材７２０の下端に止まる。

振れ回り部材７２０のネジ溝部８２２には、調整部７６０が螺合される。調整部７６０は、回転軸７４０を回転自在に支持する軸受部７６４と、斜面８２４に対応するすり鉢状の環状面である斜面７６６とを有する。斜面７６６と斜面８２４とにより、振れ回り部材７２０の内周の中央近傍には、弾性部材１５４が当接するＶ字溝８４４が形成される。調整部７６０のねじ込み量を調整することで、弾性部材１５４の付勢力を調整することができる。調整部７６０のフランジ部７６１が振れ回り部材７２０の上端面８２１に当接するとき、静止状態における弾性部材１５４の付勢力は最大になる。

弾性部材１５４は、回転軸７４０の段差部６７５、６７７及び振れ回り部材７２０のＶ字溝８４４に支持されて、弾性部材１５４の付勢力が軸方向に対して略垂直な方向に働くように、振れ回り部材７２０の内周に配される。また、弾性部材１５４の直線部６４３、６４５が、回転軸７４０の平面部７４５、７４７を挟むことで、弾性部材１５４と回転軸７４０がゆるやかに結合する。弾性部材１５４は、回転軸７４０および振れ回り部材７２０の少なくとも一方を他方に径方向に軸対称に付勢すると共に、振れ回り部材７２０における振れ回り運動の変位を回転軸７４０に効率的に伝達することができる。以上の構成により、振れ回り部材７２０の振れ回り運動が回転軸７４０を回転駆動する。

出力ギア１７０は、中心に軸穴１７２を有する。軸穴１７２は、回転軸７４０の非円形部７４６に嵌着する内面形状を有する。軸穴１７２に非円形部７４６を嵌着させた場合に、出力ギア１７０は回転軸７４０の回転と一体的に回転する。

保持部１８０は、振れ回り部材７２０の軸方向における上端近傍で振れ回り部材７２０を保持する。保持部１９０は、振れ回り部材７２０の軸方向における下端近傍で振れ回り部材７２０を保持する。保持部１９０は、保持部１８０と同様の構造を有する。

図８は、振れ回り部材７２０の振れ回り運動を説明する概念図である。振れ回り部材７２０は、振れ回り部材１２０と同様に、駆動部１３０に駆動電圧が印加されると、振れ回り部材７２０も伸張して、振れ回り部材７２０は屈曲する。そこで、振れ回り部材７２０の外周面に装着された電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に対して、順次π／２遅れた位相の交流電界を印加すると、紙面に直交する円を描く振れ回り運動が振れ回り部材７２０に生じる。

振れ回り部材７２０は、両端近傍に形成された切欠き部７０２、７０４において、保持部１８０、１９０によって支持されているので、振れ回り運動を生じた振れ回り部材７２０は、長手方向の中央近傍において、紙面に直交する円を描く腹Ｙを形成する。これらの現象により、振れ回り部材７２０全体に、中央近傍を腹Ｙとして、両端近傍を節Ｘ、Ｚとする振れ回り運動が生じる。

振れ回り運動により生じる振れ回り部材７２０の水平方向の変位は、長手方向について腹Ｙの近傍において最も大きい。そこで、振れ回り部材７２０に生じた振れ回り運動の腹Ｙにおいて弾性部材１５４を接触させることにより、回転軸７４０を周方向に効率よく回転させることができる。

図９は、弾性部材の他の実施形態を説明する概念図である。本実施形態に係る弾性部材９１０は、例えば、金属の薄板を打ち抜くことで得られ、弾性部材１５４と同様の作用効果を奏する。弾性部材９１０は、振れ回り部材１２０又は振れ回り部材７２０の内周に沿った形状を有する円周部９１２と、回転軸１４０の非円形部１４６又は回転軸７４０の非円形部７４６を挟む挟持部９１４とを有する。挟持部９１４は、円周部９１２の両端から円周部９１２の内側に延伸しており、回転軸１４０の非円形部１４６又は回転軸７４０の非円形部７４６の外周に沿った形状を有する。本実施形態において、挟持部９１４は、平板状の一対の直線部９１３，９１５を有する。

図１０は、弾性部材の更に他の実施形態を説明する概念図である。本実施形態に係る弾性部材９２０は、２巻きのバネ状形状を有して、弾性部材１５４と同様の作用効果を奏する。弾性部材９２０は、振れ回り部材１２０又は振れ回り部材７２０の内周に沿った形状を有する円周部９２２と、回転軸１４０の非円形部１４６又は回転軸７４０の非円形部７４６を挟む挟持部９２４とを有する。挟持部９２４は、円周部９２２の両端から円周部９２２の内側に延伸しており、回転軸１４０の非円形部１４６又は回転軸７４０の非円形部７４６の外周に沿った形状を有する。本実施形態において、挟持部９２４は、一対の直線部９２３，９２５を有する。

なお、この場合に、弾性部材９２０の円周部９２２が当接する箇所は、振れ回り部材１２０および調整部１１０、１６０により形成されるＶ字溝２４２および２４４、又は、振れ回り部材７２０および調整部７６０により形成されるＶ字溝８４４に限られない。Ｖ字溝２４２、２４４、８４４に代えて、例えば、振れ回り部材１２０又は振れ回り部材７２０における軸方向に平行な内周部２３０又は内周部８３０に弾性部材９２０の円周部９２２が当接してもよい。

図１１は、他の振動アクチュエータ１００の構造を示す分解斜視図である。なお、以下に説明する部分を除くと、振動アクチュエータ１００の構造は、他の実施形態と共通である。従って、同じ要素には共通の参照番号を付して重複する説明を省く。また、以下の記載においては、図面の表示に従って、各要素の軸方向の一端を上端、他端を下端と記載する。しかしながら、このような記載は、振動アクチュエータ１００の使用を、図示の方向に限定するものではない。

振動アクチュエータ１００は、振れ回り部材１２０と、振れ回り部材１２０を振れ回り運動させる駆動部１３０と、振れ回り部材１２０の端部以外の振れ回り運動における腹で振れ回り部材１２０に接触して振れ回り運動による駆動力を受けて回転する回転軸１４０と、駆動力伝達環１５３に連れ回される回転フランジ１４８を含む回転軸本体１４４とを備える。また、この振動アクチュエータ１００は、回転軸１４０を回転自在に支持する調整部１１０、１６０と、回転軸１４０を付勢する付勢部材１５０と、回転軸１４０の回転を外部に伝達する出力ギア１７０とを備える。

回転軸１４０は、円柱状の回転軸本体１４４と、回転軸本体１４４の軸方向の中程に形成された、やはり円柱状の回転フランジ１４８とを一体的に有する。回転フランジ１４８の外径は、回転軸本体１４４の外径よりも大きい。

また、回転軸１４０は、回転軸本体１４４の外径と略同じ内径を有し、回転フランジ１４８の外径と略同じ外径を有する駆動力伝達環１５３と、駆動力伝達環１５３およじ回転フランジ１４８の間に挟まれる駆動力伝達軸１５７とを有する。駆動力伝達軸１５７は、回転軸本体１４４の側面に形成された挿通穴１５１に挿通される。また、駆動力伝達環１５３の上面には、駆動力伝達軸１５７を係止するＶ字型の伝達溝１５５が、駆動力伝達環１５３の径方向に形成される。

振れ回り部材１２０は、回転軸１４０よりも短い筒型をなして、長手方向に貫通する貫通穴を有する。貫通穴は、円形の断面形状を有して、上端において回転フランジ１４８の外径よりも大きな内径を有する。また、貫通穴の端部近傍には、ネジ溝部１２２、２２２を有する。振れ回り部材１２０は、種々の金属、プラスチックまたはセラミックスにより形成し得る。

駆動部１３０は、３以上、好ましくは４以上の領域に個別に配置できる寸法を有する電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む。互いに略同じ寸法を有する電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の各々は、振れ回り部材１２０の長手方向に長い矩形で、振れ回り部材１２０の外周面に倣った曲面をなす。

電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含む。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電材料を含む。

なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料で補強することが好ましい。あるいは、振れ回り部材１２０自体を担体にして、振れ回り部材１２０の表面に圧電材料層を形成して、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を形成してもよい。圧電材料に駆動電圧を印加する場合に用いる電極は、ニッケル、金等の電極材料を、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接に形成してもよい。

調整部１１０は、フランジ部１１１およびネジ山部１１２を有する。調整部１６０も、フランジ部１６１およびネジ山部１６２を有する。調整部１１０、１６０のそれぞれにおいて、フランジ部１１１、１６１は、振れ回り部材１２０の貫通穴の内径よりも大きな外径を有する。また、フランジ部１１１、１６１は、振れ回り部材１２０の貫通穴の内径よりも大きな外径を有する。

更に、フランジ部１１１、１６１の中央には、回転軸本体１４４の外径と略同じ内径を有する軸受部１１４、１６４が形成される。ネジ山部１１２、１６２は、振れ回り部材１２０のネジ溝部１２２、２２２に螺合する寸法を有する。

付勢部材１５０は、回転フランジ１４８の外径よりも小さな外径と、回転軸本体１４４の外径よりも大きな内径とを有する。図中では回転軸１４０に挿入されたコイルばねとして描かれているが、この構造に限られるものではない。

出力ギア１７０は、中心に軸穴１７２を有する。軸穴１７２は、回転軸１４０の回転軸本体１４４に嵌着する内径を有する。軸穴１７２に回転軸本体１４４を嵌着させた場合に、出力ギア１７０は回転軸１４０の回転と一体的に回転する。

図１２は、図１１に示した振動アクチュエータ１００の構造を示す断面図である。なお、図１１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

電気機械変換素子１３２、１３６を含む駆動部１３０は、振れ回り部材１２０の周面上に接着される。これにより、駆動電圧が印加されて電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のいずれかが伸張した場合に、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が接着された部分において振れ回り部材１２０も共に伸張する。

一方、振れ回り部材１２０の貫通穴は、図中の上側において大きく、下側においては小さな内径を有する。これにより形成された傾斜した駆動面１２１は、振れ回り部材１２０の内周面に沿ってすり鉢状の環状面をなす。

調整部１１０、１６０のそれぞれは、ネジ溝部１２２、２２２に対してネジ山部１１２、１６２を螺着させることにより、振れ回り部材１２０の長手方向両端に装着される。装着された調整部１１０、１６０は、各々のフランジ部１１１、１６１が振れ回り部材１２０の端面に当接することにより振れ回り部材１２０の両端に停まる。

なお、本実施形態では、調整部１１０のネジ山部１１２を振れ回り部材１２０のネジ溝部１２２に、調整部１６０のネジ山部１６２を振れ回り部材１２０のネジ溝部２２２にそれぞれ螺合させることにより調整部１１０、１６０が固定される。しかしながら、調整部１１０、１６０は、接着、嵌め合い等の他の方法により振れ回り部材１２０に固定されてもよい。

回転軸１４０は、挿通穴１５１に駆動力伝達軸１５７を側方から挿通された上で、回転軸本体１４４の下側を挿通することにより駆動力伝達環１５３を装着される。こうして形成された回転軸１４０が、振れ回り部材１２０の貫通穴に上方から挿通される。

ここで、回転軸本体１４４の下端および上端は調整部１１０、１６０の軸受部１１４、１６４を通じて外部まで延在する。回転軸本体１４４は、上端側においてより長く延在して、先端部に出力ギア１７０が装着される。

なお、図示の例では回転軸１４０の一端に出力ギア１７０を装着した。しかしながら、回転軸本体１４４を下方にも延長して、回転軸１４０の両端に出力ギア１７０を装着することもできる。

回転軸本体１４４は、調整部１１０、１６０の軸受部１１４、１６４により、回転自在に位置決めされる。軸受部１１４、１６４は、転がり軸受け、滑り軸受け等であってもよい。軸受部１１４、１６４および回転軸本体１４４の間の間隙は十分に小さいので、振れ回り部材１２０の内部まで塵芥が侵入することが防止される。

一方、回転軸１４０の駆動力伝達環１５３は、振れ回り部材１２０の内面の駆動面１２１に当接する。換言すれば、振れ回り部材１２０の貫通穴は、駆動面１２１よりも上側においては、駆動力伝達環１５３の外径よりも大きな内径を有する。また、駆動面１２１よりも下側においては、駆動力伝達環１５３の外径よりも小さな内径を有する。これにより、回転フランジ１４８外周の下側角部が、被駆動部１５９として駆動面１２１に当接する。

更に、駆動力伝達環１５３は、駆動力伝達軸１５７を介して、回転フランジ１４８に当接する。これにより、駆動力伝達環１５３に生じた回転駆動力は、回転軸本体１４４に伝達される。

付勢部材１５０は、回転軸本体１４４を挿通させることにより振れ回り部材１２０の内部に配置される。ここで、付勢部材１５０の上端は調整部１６０の下面に、付勢部材１５０の下端は回転フランジ１４８の上面に、それぞれ当接する。

更に、付勢部材１５０は、調整部１６０および回転フランジ１４８の間で圧縮された状態で装着される。従って、付勢部材１５０は、回転フランジ１４８を下方に付勢する。

付勢された回転フランジ１４８は、振れ回り部材１２０の肩部１１８が形成する駆動面１２１に係止される。これにより、回転フランジ１４８の被駆動部１５９が、振れ回り部材１２０の駆動面１２１に押し付けられる。このような構造により、振れ回り部材１２０の振れ回り運動が回転軸１４０を回転駆動させる作用部２００が形成される。

なお、回転フランジ１４８は回転軸１４０の一部として回転する。このため、付勢部材１５０両端の少なくとも一方は、当接する部材に対して摺動する。この摺動部における摩擦を低減するこれにより、振動アクチュエータ１００の動損を低減し得る。具体的には、摺動部に潤滑材を塗布または貼付してもよい。

上記のような構造を有する振動アクチュエータ１００は、以下のように動作する。なお、この実施形態においても、振れ回りは、両端において外部から支持されているものとする。

図８を参照して説明したように、駆動部１３０の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に駆動電圧が印加された場合は、振れ回り部材１２０の長手方向に伸張する。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８のいずれかが伸張した場合、当該電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が接着された箇所において振れ回り部材１２０も伸張するので振れ回り部材１２０は屈曲する。

電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８の各々に対して、振れ回り部材１２０の周方向に沿って順次駆動電圧が印加されると、振れ回り部材１２０の屈曲の向きが順次変化する。そこで、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に対して、順次π／２遅れた位相の交流電界を印加すると、紙面に直交する円を描く振れ回り運動が生じる。

一方、振れ回り部材１２０は、両端において外部から支持されている。従って、振れ回り運動は、長手方向中央付近に、紙面に直交する円を描く腹Ｙを形成する。これらの現象により、振れ回り部材１２０全体に、上下端を節Ｘ、Ｚとして、中央付近を腹Ｙとする振れ回り運動が生じる。

また、振れ回り運動により生じる振れ回り部材１２０の水平方向の変位は、振れ回り部材１２０の長手方向について略中央においてもっとも大きい。これにより、腹Ｙにおいて接触させることにより、駆動力伝達環１５３に大きな駆動力を伝達できる。

振れ回り部材１２０の振れ回り運動による駆動面１２１の水平な変位は、傾斜した被駆動部１５９を介して回転フランジ１４８に作用する。被駆動部１５９に水平方向の変位が作用した場合、駆動力伝達環１５３は、付勢部材１５０の付勢に逆らって軸方向に変位する。

駆動力伝達環１５３が軸方向に変位すると、被駆動部１５９および駆動面１２１の間に間隙が生じる。更に、振れ回り運動においては、駆動面１２１が変位する位置が周方向に沿って変位するので、被駆動部１５９および駆動面１２１の間に、駆動力伝達環１５３を回転させる摩擦が生じる。この摩擦により駆動されて生じた回転フランジ１４８の回転は、駆動力伝達軸１５７、回転フランジ１４８、回転軸本体１４４および出力ギア１７０を順次介して外部に伝えられる。

なお、駆動部１３０に印加される駆動電圧の周波数は、振れ回り部材１２０を含む振動系の固有振動数に応じた共振周波数を含むことが好ましい。これにより、振れ回り部材は、投入された駆動電力に対して効率よく振れ回り運動を生じて、それを継続できる。また、振れ回り部材１２０を、複数の腹および節を生じるような他の振動モードで振れ回り運動させることもできる。

更に、等間隔に配置された４枚の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む駆動部１３０を例示したが、駆動部１３０の構造はこれに限定されない。振れ回り部材１２０は、振れ回り部材１２０の周方向に配置された３以上の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を含む駆動部１３０によっても振れ回り運動を発生し得る。

また更に、作用部２００において、被駆動部１５９および駆動面１２１は、相互に当接および離間を繰り返す。従って、被駆動部１５９および駆動面１２１の少なくとも表面は、耐磨耗性の高いセラミックス等の材料により形成することができる。これにより、振動アクチュエータ１００の寿命が延長される。

図１３および図１４は、図１１および図１２に示した振動アクチュエータ１００における変換部３００の動作を説明する図である。変換部３００は、駆動力伝達環１５３、駆動力伝達軸１５７、回転フランジ１４８および付勢部材１５０を含んで形成される。

図１３は、回転負荷が小さい状態で動作する振動アクチュエータ１００の状態を示す。図１２を参照して説明したように、振れ回り部材１２０の振れ回り運動による駆動面１２１の水平な変位（図中の矢印Ｐ）は、傾斜した被駆動部１５９を介して回転フランジ１４８に作用する。

被駆動部１５９に水平方向の変位が作用した場合、駆動力伝達環１５３は、付勢部材１５０の付勢に逆らって軸方向に変位する（図中の矢印Ｑ）。振れ回り運動においては、駆動面１２１が変位する位置は周方向に沿って変位するので、駆動面１２１は、被駆動部１５９を介して駆動力伝達環１５３を回転させる。駆動力伝達軸１５７は、駆動力伝達環１５３の上面に形成された伝達溝１５５の中に入り込んで、駆動力伝達環１５３と共に回転する。

回転軸本体１４４と一体の回転フランジ１４８は、付勢部材１５０により駆動力伝達軸１５７に上方から押しつけられているので、駆動力伝達環１５３と共に回転する。こうして、駆動力伝達環１５３に生じた回転は、回転軸本体１４４を一定の駆動力で回転させる（図中の矢印Ｒ）。

図１４は、回転負荷が大きい状態で動作する振動アクチュエータ１００の状態を示す。回転負荷が大きくなると、回転フランジ１４８は、駆動力伝達軸１５７から伝達される回転駆動力に抗して回転（図中の矢印Ｒ）の速度を減じる力（図中の矢印Ｓ）を生じる。この力により、回転フランジ１４８および駆動力伝達環１５３の間に、回転方向のずれが生るので、駆動力伝達軸１５７の周面には、回転フランジ１４８および駆動力伝達環１５３から互いに異なる方向の力が作用する。

周面に方向の異なる力が作用した場合、駆動力伝達軸１５７は転動して、付勢部材１５０の付勢に逆らって伝達溝１５５の斜面を登り始める（図中の矢印Ｔ）。駆動力伝達環１５３は、駆動面１２１により下方から位置決めされているので、伝達溝１５５を登る駆動力伝達軸１５７は、回転フランジ１４８を上方に押し上げ（図中の矢印Ｕ）、付勢部材１５０を圧縮する。圧縮された付勢部材１５０は、より大きな付勢力により回転フランジ１４８を下方に向かって付勢する。

回転フランジ１４８に対する大きくなった付勢力は、駆動力伝達軸１５７を介して駆動力伝達環１５３に作用するので、被駆動部１５９を駆動面１２１に押しつける力も大きくなる。これにより、駆動面１２１は、より大きな回転トルクを生じるように駆動力伝達環１５３を駆動する。

このように、例えば、振動アクチュエータ１００が起動する場合のように、振動アクチュエータ１００に対する回転負荷が大きい場合は、駆動力伝達環１５３が振れ回り部材１２０に強く押し付けられるので、被駆動部１５９と駆動面１２１との間の摩擦力が大きくなり、回転トルクが大きくなる。また、回転軸１４０が定常回転している場合のように回転負荷が小さくい場合は、上記付勢力が小さくなり、駆動力伝達環１５３を振れ回り部材１２０に強く押し付ける力が小さくなる。

これにより、特別な起動時制御をすることなく、振動アクチュエータ１００を円滑に起動させることができる。また、負荷が小さい場合は付勢力も小さくなるので、被駆動部１５９および駆動面１２１の磨耗が抑制され、振動アクチュエータ１００が長寿命化される。

図１５は、振動アクチュエータ１０１の分解斜視図を示す。また、図１６は、振動アクチュエータ１０１が、回転軸１４０の軸方向と直交する方向（以下、径方向という）から見た断面図を示す。なお、説明の便宜上、回転軸１４０の軸方向における駆動出力側を出力側、その反対側を非出力側と記載する。

図１５および図１６に示すように、振動アクチュエータ１０１は、回転軸１４０と、振れ回り部材１２０と、駆動部１３０と、弾性部材１５２、１５４とを備えている。回転軸１４０は、回転して動力を出力する。回転軸１４０は、周方向の位置によって径が異なる非円形部１４２、１４６を有する。

振れ回り部材１２０は、回転軸１４０と同軸に配されている。また、振れ回り部材１２０は円形の内周を有する筒型とされている。駆動部１３０は、振れ回り部材１２０を振れ回り運動させる。

弾性部材１５２、１５４は、回転軸１４０および振れ回り部材１２０に当接して振れ回り部材１２０における振れ回り運動の変位を回転軸１４０に伝達することにより回転軸１４０を回転させる。また、弾性部材１５２、１５４は、振れ回り部材１２０の内周に沿って巻回された捻りバネであり、互いに交差した一対の挟持部６４４を両端側に有する。一対の挟持部６４４は、互いに接近する方向への付勢力により非円形部１４２、１４６を狭持する。また、弾性部材１５２、１５４は、振れ回り部材１２０の軸方向両端部に一対、配される。

また、振れ回り部材１２０には、弾性部材１５２、１５４が当接する内周に沿ったＶ字溝２４２、２４４が設けられる。さらに、振動アクチュエータ１０１は、振れ回り部材１２０の軸方向中央部で振れ回り部材１２０を固定保持する保持部１８０をさらに備える。

以下、振動アクチュエータ１０１の構成について詳細に説明する。図１５及び図１６に示すように、振れ回り部材１２０は、弾性変形可能な種々の金属材料、樹脂材料、セラミックス材料等により、回転軸１４０の軸方向を長手方向とする矩形柱状に形成されている。また、振れ回り部材１２０は中空とされており、その内部には回転軸１４０が挿通されている。また、振れ回り部材１２０の内部には、回転軸１４０の軸方向から見て円状の内周部２３０が形成されている。なお、振れ回り部材１２０は円柱状等の他の形状であってもよい。

回転軸１４０は、出力側に非円形部１４６が、非出力側に非円形部１４２が形成された円柱状の部材とされている。非円形部１４６の先端側は、振れ回り部材１２０から出力側へ突出しており、非円形部１４２の先端側は、振れ回り部材１２０から非出力側へ突出している。

回転軸１４０の出力側の端部には、出力ギア１７０が配されている。出力ギア１７０の軸心には、非円形部１４６と嵌合可能な矩形状の軸穴１７２が形成されており、出力ギア１７０は、非円形部１４６と軸穴１７２とが嵌合した状態で非円形部１４６と一体的に回転する。

また、振れ回り部材１２０の出力側の端部には、調整部１６０が取り付けられている。当該端部には、ネジ溝部２２２が回転軸１４０と同軸に形成されている。一方、調整部１６０には、ネジ溝部２２２と螺合するネジ山部１６２と、ネジ山部１６２の出力側端部から径方向へ拡がる円盤状のフランジ部１６１とが備えられている。ネジ山部１６２及びフランジ部１６１の軸心には、回転軸１４０の出力側を回転自在に支持する円孔としての軸受部１６４が形成されている。

また、振れ回り部材１２０の非出力側の端部には、調整部１１０が取り付けられている。当該端部には、ネジ溝部２１２が回転軸１４０と同軸に形成されている。一方、調整部１１０は、調整部１６０と同様の構成とされており、ネジ山部１６２がネジ溝部２１２に螺合され、回転軸１４０の出力側を回転自在に支持している。即ち、回転軸１４０は、一対の調整部１６０、１１０を介して振れ回り部材１２０に、振れ回り部材１２０の軸線回りに回転自在に支持されている。

振れ回り部材１２０の外周部には、駆動部１３０が配されている。駆動部１３０は、回転軸１４０の回転方向に沿って配された複数枚（本実施形態においては４枚）の電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を備えている。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、回転軸１４０の軸方向を長手方向とする矩形板状体であり、それぞれ、振れ回り部材１２０の外周部における４面のうちの一に接着等により取り付けられている。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８には、図示しない電極が設けられている。電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、図示しない電源部から上記電極を介して駆動電圧を印加される。

また、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８は、駆動電圧を印加された場合に伸張する圧電材料を含んでいる。具体的には、チタン酸チタン酸ジルコン酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電材料を含んでいる。

なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料で補強することが好ましい。あるいは、振れ回り部材１２０自体を担体にして、振れ回り部材１２０の表面に圧電材料層を形成することにより、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８を形成してもよい。また、上記電極は、ニッケル、金等の電極材料を、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料の表面に直接に形成すればよい。振れ回り部材１２０の外周の軸方向中央部には、保持部１８０が取り付けられている。保持部１８０は、回転軸１４０と同軸に配された円盤状部材であり、振れ回り部材１２０が挿通される矩形状の開口１８６と、ネジ等が挿通される取付穴１８４とが形成されている。

ここで、振れ回り部材１２０の対角間は開口１８６の各辺よりも僅かに長く設定されており、振れ回り部材１２０の角部と開口１８６の縁辺の中央部とが当接した状態で、振れ回り部材１２０と開口１８６とが嵌合する。また、振れ回り部材１２０の上記角部の軸方向中央部には、開口１８６の縁辺の中央部が嵌合可能な切欠き部１０２が形成されている。

このため、振れ回り部材１２０を、開口１８６に挿通した後に軸線回りに回転させ、四方の切欠き部１０２を四方の開口１８６縁辺の中央部に嵌合させることにより、振れ回り部材１２０を、軸線回りに位置決めした状態で保持部１８０と一体化できる。なお、保持部１８０は、取付穴１８４に挿通されるネジ等により、振動アクチュエータ１０１を駆動源として用いる被駆動装置に取り付けられる。

また、非円形部１４６、１４２にはそれぞれ弾性部材１５４、１５２が配される。弾性部材１５４、１５２は同一形状及び同一寸法の捩じりバネとされており、それぞれ非円形部１４６、１４２の基端部に取り付けられている。弾性部材１５４、１５２は、円周部６４２と、一対の狭持部６４４とを備えている。

円周部６４２は、弾性を有する線材が内周部２３０に沿って巻回されることにより形成されている。また、狭持部６４４は、当該線材の両端部が内周側へ屈曲されることにより形成されている。円周部６４２の両端部は、上下に重ね合わされ、また、一対の狭持部６４４は、円周部６４２の中心に対して左右対称とされている。

また、振れ回り部材１２０の内周部２３０の軸方向両端部には、両端側へかけて外径側へ傾斜した斜面２２４が形成され、ネジ山部１６２の先端部には、先端側へかけて外径側へ傾斜した斜面１６６が形成されている。斜面２２４、１６６は回転軸１４０の軸方向に向き合うことによりＶ字溝２４４、２４２を形成しており、このＶ字溝２４４に弾性部材１５４、１５２の円周部６４２が挟み込まれている。

図１７は、図１６のＡ−Ａ´断面図を示す。図１７に示すように、回転軸１４０の出力側には、軸心Ｃに対して対称な一対の円弧部６１６が形成されている。この一対の円弧部６１６が軸受部１６４に回転自在に嵌合している。なお、調整部１１０による回転軸１４０の非出力側の支持構造は、調整部１６０による回転軸１４０の出力側の支持構造と同様なので、説明は省略する。

図１８は、図１６のＢ−Ｂ´断面図を示す。図１８に示すように、非円形部１４６は、軸心Ｃに対して左右対称な一対の平面部１４１を備えている。平面部１４１は、回転軸１４０の円周面に対して内径側へ凹んだ段部とされている。即ち、平面部１４１の軸心Ｃからの距離ｒ２は、回転軸１４０の半径ｒ１より小さい。また、一対の狭持部６４４の間隔は、弾性部材１５４が無負荷の状態で非円形部１４６の厚み（２＊ｒ２）より狭く、非円形部１４６は、円周部６４２を弾性変形させた状態で一対の狭持部６４４の間に挟み込まれている。

ここで、回転軸１４０が基準以上のトルクで回転された場合に、弾性部材１５４、１５２が弾性変形されるように、弾性部材１５４、１５２の弾性定数、直径、一対の狭持部６４４の間隔等、各種パラメータが設定されている。なお、非円形部１４２と弾性部材１５２との取付構造は、非円形部１４６と弾性部材１５４との取付構造と同様なので、説明は省略する。

次に、本実施形態における作用について説明する。図１９（Ａ）、（Ｂ）には、振動アクチュエータ１０１の駆動状態における振れ回り部材１２０の振れ回り運動を説明する概念図が示されている。振動アクチュエータ１０１の駆動状態では、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に対して、順次π／２遅れた位相の交流電圧が印加される。

ここで、回転軸１４０の軸線に対して互いに対称に配された電気機械変換素子１３２、１３６、同じく回転軸１４０の軸線に対して互いに対称に配された電気機械変換素子１３４、１３８にはそれぞれ、正負逆の駆動電圧が同位相で印加されることになる。これにより、電気機械変換素子１３２、１３６の一方が伸張して他方が収縮する動作と、他方が伸張して一方が収縮する動作とが交互に繰り返される。また、電気機械変換素子１３４、１３８の一方が伸張して他方が収縮する動作と他方が伸張して一方が収縮する動作とが交互に繰り返される。

また、振れ回り部材１２０の軸方向中央部は、保持部１８０により固定保持されている。このため、振れ回り部材１２０の軸方向両端部が、電気機械変換素子１３２側と電気機械変換素子１３６側とへ交互に屈曲したり、電気機械変換素子１３４側と電気機械変換素子１３８側とへ交互に屈曲したりする。

そして、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８に印加される駆動電圧の位相が、順次π／２ずつ遅れていることにより、振れ回り部材１２０の軸方向両端部における屈曲方向が、回転軸１４０回りの一方向へとシフトしていく。これにより、図１９（Ｂ）に示すように、振れ回り部材１２０の軸方向両端部が、回転軸１４０回りに円運動する。即ち、振れ回り部材１２０全体に、軸方向両端部を腹Ｘ、軸方向中央部を節Ｙとする振れ回り運動が生じる。そして、振れ回り部材１２０の振れ回り運動が弾性部材１５２、１５４を介して回転軸１４０に伝達されることにより、回転軸１４０が回転され、出力ギア１７０を介してモータ駆動力が出力される。

図２０には、例えば、外部から回転軸１４０を無理に回転させる等して、回転軸１４０に対して外部から基準以上のトルクが入力された状態が、図１６のＢ−Ｂ´断面図にて示されている。なお、出力側と非出力側とで生じる作用は同様なので、以下、出力側における作用を例にとって説明し、非出力側における作用については説明を省略する。

この図に示すように、回転軸１４０に対して外部から基準以上のトルクが入力された場合には、回転軸１４０が、弾性部材１５４に対して相対回転することにより、一対の平面部１４１が、一対の狭持部６４４を円周部６４２の弾性付勢力に抗して互いに離間する方向（図中矢印Ｒ方向）へ変位させる。これにより、図中矢印Ｓで示すように、弾性部材１５４の円周部６４２の半径が減少するので、円周部６４２とＶ字溝２４４との接触圧力が減少する。

よって、外部から回転軸１４０が無理に回転させられた場合には、まず、回転軸１４０が弾性部材１５４に対して相対回転することにより円周部６４２とＶ字溝２４４との接触圧力が減少した状態または離間した状態になり、その後、弾性部材１５４が回転軸１４０の回転に連れ回って、Ｖ字溝２４４に対して摺動回転または空回りする。また、回転軸１４０の回転負荷が基準以下まで減少した後は、弾性部材１５４が弾性復帰することにより、円周部６４２の半径が拡がって、再びＶ字溝２４４に高い接触圧力で接触する。

即ち、弾性部材１５４は、回転軸１４０に基準以上の回転負荷が生じた場合に、振れ回り部材１２０との接触圧力を減少させる。これにより、回転軸１４０に基準以上の回転負荷が生じた場合に、弾性部材１５４と振れ回り部材１２０との間に生じる摩擦力を軽減でき、弾性部材１５４と振れ回り部材１２０との磨耗劣化を抑制できる。

従って、弾性部材１５４と振れ回り部材１２０との接触部を保護でき、製品寿命を延長できる振動アクチュエータ１０１を提供できる。また、振動アクチュエータ１０１の駆動が停止している状態では、弾性部材１５４の円周部６４２が、Ｖ字溝２４４に対して所定の接触圧力をもって当接するので、回転軸１４０を一定の位置で停止（自己保持）させることができる。

また、本実施形態では、弾性部材１５４、１５２を回転軸１４０の軸方向両端部、即ち回転軸１４０の振れ回り運動の腹Ｘに相当する位置に配したことにより、振れ回り部材１２０から弾性部材１５４へ効率よく振動を伝達でき、モータ出力を効率よく高めることができる。また、本実施形態では、弾性部材１５４の円周部６４２が当接するＶ字溝２４４を、内周部２３０に形成したことにより、弾性部材１５４を回転軸１４０の軸方向に位置決めでき、弾性部材１５４を内周部２３０に当接させるための付勢部材等を不要にできるので、構成を簡素化でき、コストを低減できる。

さらに、本実施形態では、調整部１６０、１１０を回転軸１４０の軸方向へ変位させることにより、Ｖ字溝２４４、２４２における互いに向き合う一対の斜面１６６、２２４の一方を他方に対して近接および離間させることができる。これにより、当該斜面１６６、２２４における弾性部材１５４、１５２と当接する径方向の位置を調節でき、弾性部材１５４と振れ回り部材１２０との接触圧力を調整できる。

次に、本発明の他の実施形態に係る振動アクチュエータ８０１について説明する。なお、他の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。図２１には、本実施形態に係る振動アクチュエータ８０１が径方向から見た断面図にて示されている。

この図に示すように、振動アクチュエータ８０１では、Ｖ字溝２４４が回転軸２４０の軸方向中央部に配されている。また、非円形部１４６が回転軸２４０の軸方向における出力側端部から中央部まで形成されており、弾性部材１５４が回転軸２４０の軸方向中央部に配されている。さらに、一対の保持部１８０が、回転軸２４０の軸方向両端部を固定保持している。

次に、本実施形態における作用について説明する。図２２（Ａ）、（Ｂ）には、振動アクチュエータ８０１の駆動状態における振れ回り部材１２０の振れ回り運動を説明する概念図が示されている。振動アクチュエータ８０１が駆動している状態では、電気機械変換素子１３２、１３４、１３６、１３８が他の実施形態と同様の方法で駆動される。ここで、振れ回り部材２２０の軸方向両端部が、一対の保持部１８０により固定保持されているので、振れ回り部材２２０全体に、軸方向中央部を腹Ｘ、軸方向両端部を節Ｙとする振れ回り運動が生じる。そして、振れ回り部材２２０の振れ回り運動が弾性部材１５４を介して回転軸２４０に伝達されることにより、回転軸２４０が回転され、出力ギア１７０を介してモータ駆動力が出力される。

ここで、本実施形態では、弾性部材１５４を回転軸２４０の軸方向中央部、即ち回転軸２４０の振れ回り運動の腹Ｘに相当する位置に配している。これにより、振れ回り部材２２０から弾性部材１５４へ振動を効率良く伝達でき、モータ出力を効率よく高めることができる。

次に、振動アクチュエータ８０２について説明する。なお、他の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。図２３には、本実施形態に係る振動アクチュエータ８０２が径方向から見た断面図にて示されている。この図に示すように、振動アクチュエータ８０２では、振れ回り部材３２０の軸方向中央部に段差部３０２が形成されており、内周部２３０は、段差部３０２を境に出力側の拡径部３０４と非出力側の縮径部３０６とに分かれている。

弾性部材１５４は、拡径部３０４に配され、段差部３０２に当接している。また、回転軸３４０の軸方向中央部には、外径側へ拡がった円盤状のフランジ部３４２が配されている。また、フランジ部３４２と調整部１６０との間には弾性部材３４４が配されている。この弾性部材３４４は、回転軸３４０の軸方向に弾性収縮可能な圧縮コイルバネであり、フランジ部３４２を非出力側へ付勢することにより、フランジ部３４２を介して弾性部材１５４を段差部３０２に押圧する。これにより、弾性部材１５４が、振れ回り部材３２０の軸方向中央部に位置決めされる。

また、振れ回り部材３２０の振動が、弾性部材１５４に対して、側方側からに加えて下方側からも加えられるので、回転軸３４０に加わる振動を効率よく増加させることができ、振動アクチュエータ８０２の出力を効率よく高めることができる。

次に、また他の実施形態について説明する。なお、他の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。図２４には、本実施形態に係る振動アクチュエータ８０３が分解斜視図にて示されている。また、図２５には、振動アクチュエータ８０３が、径方向から見た断面図にて示されている。

これらの図に示すように、振動アクチュエータ８０３は、振れ回り部材１２０と、回転軸８４０と、一対の係合部４５６とを備えている。振れ回り部材１２０は、円形の内周部２３０を有する筒型とされている。回転軸８４０は、軸方向の一部において外周の一部が径方向に窪んだ凹部としての被係合部４４２、４４４を有する。一対の係合部４５６は、振れ回り部材１２０の内周に沿って巻回され、両端側に互いに離間する方向への付勢力により被係合部４４２、４４４の側壁４４６、４４７に係合する一対の係合部４５６を有する捩じりバネとされている。

回転軸８４０の出力側及び非出力側には、それぞれ、外周部の一部が内径側へ凹み、反対側へ貫通された被係合部４４４、４４２が形成されている。この被係合部４４４、４４２が備える一対の側壁４４６、４４７は、回転軸８４０の軸心Ｃに対して左右対称な平面とされている。被係合部４４４は、Ｖ字溝２４４と径方向に向き合う位置まで延び、被係合部４４２は、Ｖ字溝２４２と径方向に向き合う位置まで延びている。

また、被係合部４４４、４４２にはそれぞれ弾性部材４５４、４５２が配されている。弾性部材４５２、４５４は同一形状及び同一寸法の捩じりバネとされており、それぞれ被係合部４４４、４４２の底部に取り付けられている。

図２６には、図２５のＡ−Ａ´断面図が示されている。この図に示すように、弾性部材４５４、４５２は、円周部７４２と、一対の係合部４５６とを備えている。円周部７４２は、弾性を有する線材が内周部２３０に沿って巻回されることにより形成されている。また、係合部４５６は、当該線材の両端部が内周側へ屈曲されることにより形成されており、Ｖ字溝２４４、２４２に嵌め込まれている。円周部７４２の両端部は、周方向に互いに離間され、また、一対の係合部４５６は、円周部７４２の中心に対して左右対称とされている。

一対の係合部４５６の間隔は、弾性部材４５４が無負荷の状態で一対の側壁４４６、４４７の間隔より広い。即ち、一対の側壁４４６、４４７は、円周部７４２を弾性変形させた状態で一対の係合部４５６を挟み込んでいる。ここで、回転軸８４０が基準以上のトルクで回転された場合に、弾性部材４５４、４５２が弾性変形されるように、弾性部材４５４、４５２の弾性定数、一対の係合部４５６の間隔等、各種パラメータが設定されている。なお、被係合部４４２と弾性部材４５２との取付構造は、被係合部４４４と弾性部材４５４との取付構造と同様なので、説明は省略する。

次に、本実施形態における作用について説明する。図２７には、回転軸８４０に対して外部から基準以上のトルクが入力された場合における作動状態が、図２５のＡ−Ａ´断面図にて示されている。なお、出力側と非出力側とで生じる作用は同様なので、以下、出力側における作用を例にとって説明し、非出力側における作用については説明を省略する。

この図に示すように、回転軸８４０に対して外部から基準以上のトルクが入力された場合には、回転軸８４０が、弾性部材４５４に対して相対回転すると共に、一対の側壁４４６が、一対の係合部４５６を円周部７４２の弾性付勢力に抗して互いに接近する方向へ変位させる。これにより、弾性部材４５４の円周部７４２の半径が減少するので、円周部７４２とＶ字溝２４４との接触圧力が減少する。

即ち、弾性部材４５４は、回転軸８４０に基準以上の回転負荷が生じた場合に、振れ回り部材１２０との接触圧力を減少させる。これにより、回転軸８４０に基準以上の回転負荷が生じた場合に、弾性部材４５４と振れ回り部材１２０との間に生じる摩擦力を軽減でき、弾性部材４５４と振れ回り部材１２０との接触部を保護できる。また、本実施形態では、振動アクチュエータ８０３の駆動が停止している状態で、弾性部材４５４の円周部７４２が、Ｖ字溝２４４に対して所定の接触圧力をもって当接するので、回転軸８４０を一定の位置で停止（自己保持）させることができる。

なお、本実施形態では、被係合部４４２、４４４を、回転軸８４０の出力側又は非出力側を径方向に二分するスリットとした。しかし、被係合部４４２、４４４は、一対の係合部４５６が自身の弾性力により係合する一対の側壁を備えていればよく、例えば、矩形状の貫通孔又は窪みであってもよい。

図２８は、振動アクチュエータ７００を含む撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。撮像装置４００は、レンズユニット４１０およびボディ４６０を含む。レンズユニット４１０は、マウント４５０を介して、ボディ４６０に対して着脱自在に装着される。レンズユニット４１０は、光学部材４２０、光学部材４２０を収容するレンズ鏡筒４３０、および、レンズ鏡筒４３０の内部に設けられて光学部材４２０を駆動する振動アクチュエータ７００を備える。

光学部材４２０は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、フロントレンズ４２２、コンペンセータレンズ４２４、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８を含む。フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８の間には、アイリスユニット４４０が配置される。

振動アクチュエータ７００は、保持部１８０、１９０において、螺子等の固定部材によって、レンズ鏡筒４３０の内部に固定される。保持部１８０、１９０は、振れ回り部材７２０の振れ回り運動における節の位置で、振れ回り部材７２０を支持する。これにより、振れ回り部材７２０の振動をレンズ鏡筒４３０に伝達させることがなく、振れ回り部材７２０の振動の撮像装置４００への影響を軽減することができる。

振動アクチュエータ７００は、光軸方向についてレンズ鏡筒４３０の中程にあって相対的に小径なフォーカシングレンズ４２６の下方に配置される。これにより、レンズ鏡筒４３０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ７００はレンズ鏡筒４３０内に収容される。振動アクチュエータ７００は、例えば輪列を介してフォーカシングレンズ４２６を光軸方向に前進または後退させる。

ボディ４６０は、メインミラー５４０、ペンタプリズム４７０、接眼系４９０を含む光学部材を収容する。メインミラー５４０は、レンズユニット４１０を介して入射した入射光の光路上に傾斜して配置される待機位置と、入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。

待機位置にあるメインミラー５４０は、入射光の大半を、上方に配置されたペンタプリズム４７０に導く。ペンタプリズム４７０は、入射光の鏡映を接眼系４９０に向かって出射するので、フォーカシングスクリーン４７２の映像を接眼系４９０から正像として見ることができる。入射光の残りは、ペンタプリズム４７０により測光ユニット４８０に導かれる。測光ユニット４８０は、入射光の強度およびその分布等を測定する。

なお、ペンタプリズム４７０および接眼系４９０の間には、ファインダ液晶４９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーン４７２の映像に重ねるハーフミラー４９２が配置される。表示画像は、ペンタプリズム４７０から投影された画像に重ねて表示される。

また、メインミラー５４０は、入射光の入射面に対する裏面にサブミラー５４２を有する。サブミラー５４２は、メインミラー５４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距ユニット５３０に導く。これにより、メインミラー５４０が待機位置にある場合は、測距ユニット５３０が被写体までの距離を測定する。なお、メインミラー５４０が撮影位置に移動した場合は、サブミラー５４２も入射光の光路から退避する。

更に、入射光に対してメインミラー５４０の後方には、シャッタ５２０、光学フィルタ５１０および撮像部５００が順次配置される。シャッタ５２０が開放される場合、その直前にメインミラー５４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像部５００に入射される。これにより、入射光の形成する画像が電気信号に変換される。これにより、撮像部５００は、レンズユニット４１０によって結像された画像を撮像する。

撮像装置４００において、レンズユニット４１０とボディ４６０とは電気的にも結合されている。従って、例えば、ボディ４６０側の測距ユニット５３０が検出した被写体までの距離の情報を参照しつつ振動アクチュエータ７００の回転を制御することにより、オートフォーカス機構を形成できる。また、測距ユニット５３０が振動アクチュエータ７００の動作量を参照することにより、フォーカスエイド機構を形成することもできる。振動アクチュエータ７００および撮像部５００は、制御部５５０により上記の通り制御される。

なお、振動アクチュエータ７００をフォーカシングレンズ４２６の駆動に用いる場合について例示したが、アイリスユニット４４０の開閉、ズームレンズにおけるバリエータレンズの移動等を振動アクチュエータ７００で駆動できることはいうまでもない。この場合も、電気信号を介して測光ユニット４８０、ファインダ液晶４９４等と情報を参照し合うことにより、振動アクチュエータ７００は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に関与する。

また、振動アクチュエータ７００を備えた場合について説明したが、振動アクチュエータ７００に換えて振動アクチュエータ１００を用いてもよいことはいうまでもない。振動アクチュエータ１００、７００は、回転負荷が大きい場合に自律的に回転トルクを増加させるので、振動アクチュエータ１００、７００の制御を簡単にすることができる。また、負荷変動に対して安定して動作する。

更に、振動アクチュエータ１００に換えて、振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３のいずれかを用いることもできる。この場合、過大な回転負荷に対して振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３が自律的にロータの接触圧を低下させるので、複雑な制御なしに振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３の磨耗による劣化を防止できる。

例えば、撮像装置４００には、オートフォーカス動作中にフォーカスリング５６０によるマニュアルフォーカス操作が可能になる、いわゆるＭ／Ａモードが搭載されている。フォーカスリング５６０が操作された場合は、振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３の出力に代えて、ユーザによるフォーカスリング５６０の回転操作によりフォーカシングレンズ４２６が駆動される。

振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３とフォーカスリング５６０とはギア列を介して連結されており、フォーカスリング５６０の回転がギア列により振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３に伝達される。このため、オートフォーカス動作中にフォーカスリング５６０が手動により高速で回転された場合、あるいは振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３の駆動が停止している状態でフォーカスリング５６０が回転された場合等には、振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３の回転軸２４０に基準以上のトルクが入力されることがある。

この場合、振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３においては、弾性部材１５４、１５２が、振れ回り部材１２０との接触圧力を減少させる。従って、回転軸２４０に基準以上のトルクが入力された場合でも、弾性部材１５４、１５２と回転軸２４０との間に生じる摩擦力を軽減でき、弾性部材１５４、１５２と回転軸２４０との接触部を保護できる。

以上のように、振動アクチュエータ１００、７００または、振動アクチュエータ１０１、８０１、８０２、８０３は、撮影機、双眼鏡等の光学系において、合焦機構、ズーム機構、手振れ補正機構等の駆動に好適に使用できる。さらに、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源に使用されうるが、用途がこれらに限られないことはいうまでもない。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (10)

1. 回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配された振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   前記回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢する付勢力を発生すると共に、前記振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達することにより前記回転軸を回転させる弾性部材と、
   前記回転軸に対する負荷トルクの増加に応じて前記回転軸と前記弾性部材との間に生じた変位を、前記付勢力の変化に変換する変換部と、
   を備える振動アクチュエータ。
2. 周方向の位置によって径が異なる非円形部を有する回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配され、円形の内周を有する筒型の振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達する伝達部材と、
   前記回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢する付勢力を発生し、振れ回り部材における振れ回り運動の変位を前記回転軸に伝達することにより前記回転軸を回転させる弾性部材と、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記振れ回り部材の前記内周に沿った円周部、および、前記円周部の両端から前記円周部の内側に延伸し、前記回転軸の前記非円形部を挟む挟持部を有する振動アクチュエータ。
3. 回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配された振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達する伝達部材と、
   前記回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢する付勢力を発生し、振れ回り部材における振れ回り運動の変位を前記回転軸に伝達することにより前記回転軸を回転させる弾性部材と、
   を備え、
   前記回転軸および前記振れ回り部材の前記他方には、前記弾性部材が当接するＶ字溝が設けられる振動アクチュエータ。
4. 前記回転軸および前記振れ回り部材の前記他方には、前記Ｖ字溝における向かい合う一対の斜面の一方を他方に対して近接および離間することにより、前記弾性部材に当接する径方向の位置を調節する調整部が設けられる請求項３に記載の振動アクチュエータ。
5. 回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配された振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達する伝達部材と、
   前記回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢する付勢力を発生し、振れ回り部材における振れ回り運動の変位を前記回転軸に伝達することにより前記回転軸を回転させる弾性部材と、
   前記振れ回り部材の軸方向における両端部の近傍で前記振れ回り部材を保持する一対の保持部と、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記振れ回り部材の軸方向における中央近傍に配される振動アクチュエータ。
6. 回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配された振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達する伝達部材と、
   前記回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢する付勢力を発生し、振れ回り部材における振れ回り運動の変位を前記回転軸に伝達することにより前記回転軸を回転させる弾性部材と、
   前記振れ回り部材の軸方向における中央近傍で前記振れ回り部材を保持する保持部と、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記振れ回り部材の軸方向における両端部近傍に一対配される振動アクチュエータ。
7. 回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配された振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達する伝達部材と、
   前記回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢する付勢力を発生し、振れ回り部材における振れ回り運動の変位を前記回転軸に伝達することにより前記回転軸を回転させる弾性部材と、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記回転軸にかかる回転負荷が大きいほど押し広げられてより大きな付勢力を生じる振動アクチュエータ。
8. 回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配され、円筒形の内面を有して筒をなす振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達し、前記内面に接する外周部を有する伝達部材と、
   前記伝達部材を前記振れ周り部材に向かって付勢する付勢力を発生する付勢部材と
   前記回転軸に対する負荷トルクの増加に応じて前記回転軸と前記伝達部材との間に生じた変位が大きいほど、前記付勢力を増加させる変換部と、
   を備え、
   前記回転軸は、前記内面と同軸に配され、
   前記付勢部材は、前記回転軸の軸方向に前記回転軸を付勢し、
   前記伝達部材および前記回転軸の一方に形成されて、前記回転軸と直交する一の面から前記回転軸の周方向に沿って連続的に遠ざかる斜面と、
   前記伝達部材および前記回転軸の他方に形成されて、前記斜面に当接する当接部と
   を有する振動アクチュエータ。
9. 回転軸と、
   前記回転軸と同軸に配された振れ回り部材と、
   前記振れ回り部材を振れ回り運動させる駆動部と、
   振れ回り運動による前記振れ回り部材の振動を受けて回転運動し、前記回転運動を前記回転軸に伝達する伝達部材と、
   前記伝達部材を前記振れ周り部材に向かって付勢する付勢力を発生する付勢部材と
   前記回転軸に対する負荷トルクの増加に応じて前記回転軸と前記伝達部材との間に生じた変位を、前記付勢力の変化に変換する変換部と、
   を備え、
   前記変換部は、前記回転軸に対する負荷トルクの増加に応じて前記回転軸と前記伝達部材との間に生じた変位が大きいほど、前記付勢力を減少させる振動アクチュエータ。
10. 前記回転軸および前記振れ回り部材の少なくとも一方を他方に径方向に付勢すると共に、前記振れ回り部材における振れ回り運動の変位を前記回転軸に伝達することにより前記回転軸を回転させる弾性部材を備え、前記弾性部材は、前記回転軸にかかる回転負荷が大きいほど引き絞られて付勢力を減じる前記変換部をなす請求項９に記載の振動アクチュエータ。

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