WO2015079736A1 - 駆動装置 - Google Patents

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WO2015079736A1
WO2015079736A1 PCT/JP2014/069016 JP2014069016W WO2015079736A1 WO 2015079736 A1 WO2015079736 A1 WO 2015079736A1 JP 2014069016 W JP2014069016 W JP 2014069016W WO 2015079736 A1 WO2015079736 A1 WO 2015079736A1
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WO
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vibration
elastic body
moving body
opening
piezoelectric element
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PCT/JP2014/069016
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征士朗 後藤
愛美 大塚
野村　淳一
林　宏一
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株式会社村田製作所
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Publication date
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Definitions

  • the present invention relates to a drive device that moves a moving body by driving a piezoelectric element, and more particularly to a drive device that uses a plurality of vibration modes.
  • Patent Document 1 a driving member that is displaced in the axial direction based on the expansion and contraction operation of the piezoelectric body is used.
  • a driven member is engaged with the driving member by a frictional force and is movable.
  • Patent Document 1 the operation of driving a piezoelectric body by applying a voltage in the same direction as the polarization direction and the operation of driving by applying a voltage in the opposite direction are repeated to feed the driven member in the axial direction. is doing.
  • Patent Document 2 discloses an ultrasonic motor using bending vibration and other vibrations.
  • a cylindrical slider is inserted into a through-hole of a disk-shaped substrate, and the slider moves in the axial direction.
  • Piezoelectric elements are provided on both sides of a disk-shaped substrate, and a combined resonance of the bending vibration and radial vibration of the disk is generated in the substrate.
  • the moving body could not sufficiently follow the expansion and contraction of the shaft of the driving member. For this reason, the movable body cannot be reliably pitched. In some cases, the vehicle moved backward during the forward movement period. Therefore, it is difficult to increase the moving speed of the moving body, and the moving speed is unstable.
  • Patent Document 2 a composite resonance of bending vibration and radial vibration is used. In this case, it is not easy to generate the bending vibration and the radial expansion / contraction vibration in the same cycle. Therefore, it is difficult to pitch the moving body, and it is also difficult to stabilize the moving speed of the moving body.
  • An object of the present invention is to provide a driving device that can stably move a moving body, hardly move backward, and can stabilize the moving speed.
  • the drive device has a plate-like shape having first and second main surfaces facing each other and having an opening penetrating from the first main surface toward the second main surface in the center.
  • a plate-like drive unit having an elastic body and a piezoelectric element bonded to at least one main surface of the plate-like elastic body; and the drive unit inserted into the opening of the plate-like elastic body.
  • a movable body that is moved in a direction connecting the first main surface and the second main surface of the plate-like elastic body, and driving the piezoelectric element to drive the plate-like drive
  • the unit vibrates with bending vibration and at least one other vibration different from the bending vibration, or with a combined mode vibration formed by combining bending vibration and at least one other vibration different from the bending vibration.
  • the other vibration or the coupling is configured to A movable state in which the inner wall of the opening of the elastic body is frictionally engaged with the moving body so that vibration of the card can move the moving body, and the inner wall of the opening of the elastic body is A vibration state that realizes a release state that is separated from the moving body or is in contact with the moving body with a frictional engagement force that is lower than the movable state, and the bending vibration of the drive unit and the The movable body is moved by another vibration or the vibration in the coupling mode.
  • the plate-like drive unit vibrates with the bending vibration and at least one other vibration different from the bending vibration.
  • the movable state in which the inner wall of the opening of the elastic body is frictionally engaged with the moving body so that the other vibration can move the moving body by the bending vibration.
  • a vibrating state in which the inner wall of the opening of the elastic body is separated from the moving body or is in contact with the moving body with a lower frictional engagement force than the movable state
  • the movable body is moved by pitch feed by the bending vibration and the other vibration of the drive unit.
  • the bending vibration and the other vibration are driven so as to have the same period.
  • the plate-like drive unit is configured to vibrate by the vibration of the coupling mode by driving the piezoelectric element.
  • a movable state in which the inner wall of the opening of the elastic body is frictionally engaged with the moving body so that vibration can move the moving body, and the inner wall of the opening of the elastic body is attached to the moving body.
  • having a vibration state that realizes a release state that is in contact with the moving body with a lower frictional engagement force than the movable state and the movement by the vibration of the coupling mode of the drive unit. Move your body.
  • the dimensions of the elastic body are adjusted so that the bending vibration and the other vibration are coupled to excite the coupling mode.
  • the planar shape of the moving body is a shape having non-circular anisotropy.
  • the planar shape of the opening is a shape having non-circular anisotropy.
  • the moving body has a side surface that extends in the moving direction and can frictionally engage with an opening of the elastic body.
  • a pressure contact member is provided to increase the frictional engagement force with respect to the opening.
  • the pressure contact member is a ring-shaped member that is attached to the side surface in the circumferential direction of the movable body and is diameter-reduced more than usual. In a state where it is attached to the side surface of the moving body, it exerts a resilience toward the outside from the side surface.
  • the ring-shaped member has a shape in which a part of the ring is cut out.
  • a groove is formed on a side surface of the movable body, and a part of the pressure contact member is fitted in the groove.
  • the direction in which the pressure contact member connects the first end and the second end opposite to the first end is the length direction.
  • a plurality of spring members, and each spring member is configured such that a portion between the first end portion and the second end portion can be displaced in a direction orthogonal to the length direction,
  • the first and second end portions of the spring member are fixed to the side surface of the moving body, and the spring member portion between the first end portion and the second end portion is from the side surface of the moving body. It is bent so as to be urged away, and the apex of the bent portion is pressed against the opening of the elastic body.
  • the planar shape of the plate-like elastic body and the piezoelectric element are different.
  • the piezoelectric element has an opening in the center, the opening of the piezoelectric element is larger than the opening of the elastic body, and the piezoelectric element is the elastic body. It does not reach the periphery of the opening.
  • a plurality of the piezoelectric elements are provided.
  • the other vibrations are a plurality of types of vibrations.
  • the piezoelectric element is provided on one main surface of the first and second main surfaces of the elastic body.
  • the drive device is electrically connected to the piezoelectric element, and a drive pulse is applied to the piezoelectric element so that the bending vibration and the other vibration are generated in the same cycle.
  • a drive pulse source is further provided.
  • the opening having first and second main surfaces facing each other and penetrating from the first main surface toward the second main surface in the center.
  • a plate-like drive unit having a plate-like elastic body having a portion and a piezoelectric element bonded to at least one main surface of the plate-like elastic body, and inserted into the opening of the plate-like elastic body.
  • a movable body that is moved in a direction connecting the first main surface and the second main surface of the plate-like elastic body by driving the drive unit, and driving the piezoelectric element.
  • the plate-like drive unit is coupled by bending vibration and at least one other vibration different from the bending vibration or by combining bending vibration and at least one other vibration different from the bending vibration.
  • An inner wall is separated from the moving body or has a vibrating state that realizes a released state in contact with the moving body with a lower frictional engagement force than the movable state, and the piezoelectric element is electrically
  • a drive pulse source for applying a drive pulse to the piezoelectric element so that the bending vibration and other vibrations or vibrations in the coupling mode are generated, and the bending vibration and the other of the drive unit
  • a driving device is provided that moves the moving body by vibration or vibration of the combined mode.
  • the plate-like drive unit is configured to vibrate with the bending vibration and at least one type of the other vibration different from the bending vibration.
  • the drive pulse source applies the drive pulse to the piezoelectric element so that the bending vibration and the other vibration are generated in the same cycle, thereby causing the movable body to move the bending vibration and the other vibration of the drive unit.
  • the pitch is fed by vibration.
  • the drive unit is configured to vibrate due to the vibration of the coupled mode, and the drive pulse source generates the vibration of the coupled mode.
  • a driving pulse is applied to the piezoelectric element.
  • the planar shape of the movable body of the drive unit is a shape having non-circular anisotropy.
  • the planar shape of the opening of the elastic body of the drive unit is a shape having non-circular anisotropy.
  • the movable body can be moved stably and reliably without causing retraction by bending vibration and other vibrations excited in the plate-like drive unit, or by vibration in the coupling mode. It is possible to stabilize the moving speed.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are a front sectional view and a plan view of a drive unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the driving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a front view of the drive unit used in the first embodiment of the present invention, and
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing details of the piezoelectric element.
  • FIG. 4 is a front sectional view showing a modification of the drive unit used in the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a support base used in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the moving body used in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the pressure contact member attached to the moving body in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a modification of the pressure contact member.
  • FIG. 9 is a diagram showing the resonance characteristics of the drive unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are schematic diagrams showing an initial state and a state in which the moving body is gripped in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A and FIG. 11B illustrate a state in which pitch feeding is performed and a step of detaching the plate-like elastic body from the moving body in the driving device according to the first embodiment of the present invention. It is each schematic diagram.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are schematic diagrams showing an initial state and a state in which the moving body is gripped in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A and FIG. 11B illustrate a state in which pitch feeding is performed and a step of detaching the plate-like elastic body from the moving body in the
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the drive pulse signal applied during driving, the bending vibration of the driving unit, and the spreading vibration in the driving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the applied drive pulse signal and the displacement amount of the moving body during the operation of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an appearance of a driving apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic plan view of a drive unit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing a vibration mode in a bending mode in the driving apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic perspective view for explaining a vibration state of the undulation vibration mode of the drive unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating impedance characteristics of the drive unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a drive unit used in the drive apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating impedance characteristics of the drive unit in the drive apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a plan view of a driving apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a perspective view of the driving device according to the fifth embodiment of the present invention as seen from the bottom surface side.
  • FIG. 23 is a perspective view showing a moving body and a pressure contact member used in the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a perspective view of a pressure contact member used in the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating the relationship among the applied drive pulse signal, the bending vibration displacement, and the displacement of the moving body during the operation of the comparative example.
  • FIG. 26 is a perspective view of a moving body used in the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a perspective view showing a pressure contact member used in the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a front sectional view of a structure in which a pressure contact member is attached to a moving body in the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a perspective view showing a moving body used in the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a front sectional view showing a structure in which four pressing members are attached to a moving body in the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a front sectional view showing a structure in which two pressing members are attached to a moving body used in the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a diagram showing the relationship between the thickness of the plate-like elastic body of the drive unit and the impedances of bending vibration and spreading vibration.
  • FIG. 33 is a diagram illustrating a vibration state of the drive unit in a case where the moving body is advanced by a combined mode of bending vibration and spread vibration.
  • FIG. 30 is a front sectional view showing a structure in which four pressing members are attached to a moving body in the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a front sectional view showing a structure in which two pressing members are attached to a moving body used in the seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 34 is a diagram illustrating a vibration state of the drive unit when the moving body is moved backward by a combined mode of bending vibration and spreading vibration.
  • FIG. 35 is a diagram showing impedance-frequency characteristics of coupling mode vibration of the drive unit according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 36 is a diagram illustrating the relationship between the spread amplitude and the bending amplitude in the combined mode vibration in the eighth embodiment of the present invention and the vibration of the drive unit in the first embodiment.
  • FIG. 37 is a diagram showing the relationship between the drive pulse in the forward mode and the amount of displacement of bending vibration and spreading vibration in the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 38 is a diagram showing the relationship between the drive pulse in the backward mode and the displacement amount of the bending vibration and the spreading vibration in the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 39 is a diagram showing a driving pulse voltage and a displacement amount that is a moving amount of the moving body in the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 40 is a diagram showing the relationship between the drive frequency of the drive pulse and the moving speed of the moving body in the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the external appearance of the drive device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (a) is a front sectional view thereof.
  • the drive device 1 of the present embodiment has a support base 2.
  • a drive unit 3 is fixed on the support base 2.
  • the moving body 4 is moved by the drive unit 3.
  • the moving body 4 has a cylindrical holder 5 as shown in a perspective view in FIG.
  • a plurality of lenses 6 and 6 are disposed inside the holder 5.
  • a transparent plate 7 is attached so as to seal the opening end face of the holder 5.
  • the driving device 1 of the present embodiment moves the moving body 4 having the lenses 6 and 6 in the axial direction of the cylindrical holder 5.
  • a driving device 1 can be suitably used as a lens driving device including a camera lens, for example.
  • the arrow Z in FIG. 1A is the axial direction, and the driving apparatus 1 can pitch the moving body in the axial direction Z.
  • the material of the holder 5 constituting the moving body 4 is not particularly limited.
  • the holder 5 can be formed of, for example, metal, ceramics, or synthetic resin.
  • channel 5a is formed in the side surface of the holder 5 so that the circumferential direction may be extended.
  • a ring-shaped press contact member 8 is attached so as to fit into the groove 5a.
  • the pressure contact member 8 has a shape in which a part of an annular ring is cut out.
  • the pressure contact member 8 is made of metal.
  • the pressure contact member 8 is attached to the holder 5 in a state where the diameter is always reduced so as to narrow the notch portion. Therefore, a force in the direction in which the notch portion expands acts, and the pressure contact member 8 develops a resilient force in the diameter increasing direction.
  • the outer peripheral surface of the pressure contact member 8 is frictionally engaged with the inner wall of the opening 11c of the elastic body 11 of the drive unit 3 described later.
  • a closed annular pressure contact member 8 may be used.
  • Examples of such a closed annular pressure contact member 8 include a cylindrical pressure contact member 8 such as a cylindrical shape or a rectangular tube shape. Even in this case, the press contact member 8 may be extrapolated to the cylindrical holder 5 and fixed.
  • the support base 2 is made of metal, ceramics or synthetic resin. As shown in FIG. 5, the support base 2 includes a rectangular plate-like plate portion 2 a. A through hole 2b is provided in the center of the plate portion 2a. The through hole 2b is a part through which the moving body 4 is inserted as shown in FIG.
  • a support protrusion 2c protruding upward is provided.
  • the drive unit 3 is fixed to the upper surfaces of the plurality of support protrusions 2c. Accordingly, as shown in FIG. 1A, a space A is provided between the plate portion 2a and the drive unit 3. Since the space A is provided, vibration described later of the drive unit 3 is difficult to be prevented.
  • the drive unit 3 includes a plate-like elastic body 11 and a piezoelectric element 12 bonded to the lower surface of the plate-like elastic body 11.
  • the plate-like elastic body 11 is made of a metal plate such as stainless steel.
  • the elastic body 11 may be formed with plate-shaped elastic materials other than a metal plate.
  • the piezoelectric element 12 is bonded to the lower surface of the elastic body 11, but the piezoelectric element may be bonded to the upper surface of the elastic body 11 as indicated by a dashed line B in FIG. Furthermore, the piezoelectric element 12 may be bonded to both the lower surface and the upper surface of the elastic body 11.
  • the piezoelectric element 12 is formed only on one surface of the upper surface and the lower surface of the elastic body 11. In that case, the cost can be reduced.
  • the spread vibration described later is used as another vibration, but the spread vibration is easily excited when the piezoelectric element 12 is provided only on one surface of the elastic body 11.
  • the piezoelectric element 12 is provided on the lower surface of the elastic body 11. However, in order to move the moving body 4 upward, it is preferable to provide the piezoelectric element 12 only on the upper surface of the elastic body 11. However, in order to prevent contact of the piezoelectric element 12 with the outside, it is desirable that the piezoelectric element 12 be arranged on the support base 2 side as in this embodiment.
  • the plate-like elastic body 11 has an upper surface 11a as a first main surface and a lower surface 11b as a second main surface. Further, the elastic body 11 has an opening 11c penetrating from the upper surface 11a to the lower surface 11b at the center.
  • the opening portion 11c is a portion through which the moving body 4 is inserted, and the inner wall of the opening portion 11c is a portion that frictionally engages with the outer peripheral surface of the pressure contact member 8 attached to the moving body 4 described above.
  • the piezoelectric element 12 also has a through hole 12a.
  • the electrodes 14 are actually formed on both surfaces of the piezoelectric body 13 as shown in FIG. , 15 are formed.
  • a piezoelectric element 12 is joined to the elastic body 11 from the electrode 14 side.
  • the electrode 14 may be omitted and the elastic body 11 may be used as one electrode.
  • a conventionally known multilayer piezoelectric element may be used instead of the configuration using the single-layer piezoelectric body 13, a conventionally known multilayer piezoelectric element may be used. That is, a multilayer piezoelectric element having a plurality of piezoelectric layers and a plurality of internal electrodes may be used.
  • the planar shape of the piezoelectric element 12 is the same as the planar shape of the elastic body 11. However, the planar shape of the piezoelectric element 12 may be different from the planar shape of the elastic body 11. Preferably, the diameter of the through hole 12a of the piezoelectric element 12A is larger than the diameter of the opening 11c of the elastic body 11 as in the modification shown in FIG. In this case, the inner peripheral surface of the through hole 12a of the piezoelectric element 12A is located outside the opening edge of the opening 11c. Therefore, the contact between the piezoelectric element 12A and the moving body 4 can be more reliably prevented.
  • An appropriate piezoelectric ceramic such as PZT ceramic can be used as the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric body 13.
  • the electrodes 14 and 15 can be formed of an appropriate metal or alloy.
  • the piezoelectric element 12 is excited by applying a pulsed driving electric field to the piezoelectric element 12. Thereby, bending vibration and other vibrations are generated in the drive unit 3, and the bending vibration and other vibrations are used.
  • the drive unit 3 formed by bonding the piezoelectric element 12 and the elastic body 11 vibrates.
  • bending vibration occurs in which the center of the main surface of the drive unit 3 is displaced up and down.
  • spreading vibration in which the diameter of the opening 11c is increased or decreased is also excited. In the present embodiment, bending vibration and this spreading vibration are used.
  • the resonance frequency of both vibrations should be the same, or the resonance frequency of both vibrations should be at a specific frequency interval according to the drive pulse. You may adjust to. This frequency interval can be adjusted by changing the material and thickness of the elastic body 11 and the dimensions of the planar shape.
  • FIG. 9 shows the resonance characteristics of the drive unit 3 of the present embodiment.
  • the resonance of the bending vibration appears at the position indicated by the arrow C
  • the resonance of the spreading vibration appears at the position indicated by the arrow D higher than that.
  • the resonance frequency of the bending vibration is 0.059 MHz
  • the resonance frequency of the spreading vibration is 0.169 MHz.
  • bending vibration and spreading vibration can be generated in the same cycle by a drive pulse signal described later. Therefore, the drive unit 3 can be easily driven so that the period of bending vibration and spreading vibration is the same.
  • the spread vibration is separated from the movable state in which the inner wall of the opening 11 c of the elastic body 11 is frictionally engaged with the moving body 4 and the inner wall of the opening 11 c of the elastic body 11 with respect to the moving body 4. Or has a vibration state that realizes a released state in contact with the moving body 4 with a lower frictional engagement force than the movable state.
  • FIG. 10A shows an initial state.
  • the elastic body 11 is displaced by the spreading vibration so that the opening 11c is narrowed as indicated by an arrow.
  • a movable state that is, a gripping state in which the movable body 4 is gripped by the elastic body 11 is realized.
  • the drive unit 3 is displaced in the same phase by bending vibration, the drive unit 3 is displaced and the movable body 4 is moved upward as shown in FIG.
  • the elastic body 11 is displaced so as to be in the release state described above, and the inner wall of the opening 11c of the elastic body 11 is separated from the movable body 4, or the friction is lower than that in the movable state.
  • the released state is in contact with the moving body 4 by the engaging force.
  • the vicinity of the opening 11c of the elastic body 11 moves downward in the drive unit 3 as shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the drive pulse signal at the time of pitch feeding, bending vibration, and spreading vibration.
  • the solid line is the drive pulse signal
  • the broken line is the spread vibration displacement
  • the alternate long and short dash line is the bending vibration displacement.
  • the electric field intensity of the drive pulse signal changes so as to have a period indicated by a solid line.
  • the bending vibration and the spreading vibration are excited, and as is clear from FIG. 12, the period of the bending vibration and the period of the spreading vibration are substantially the same.
  • FIG. 13 is a diagram showing a displacement amount, that is, a pitch feed state of the moving body 4 when the drive pulse signal is given to the drive unit 3.
  • a solid line is a drive pulse signal, and a broken line indicates a displacement amount of the moving body.
  • the moving body 4 can be reliably pitch-fed by applying a drive pulse to the drive unit 3.
  • the inner wall of the opening 11 c of the elastic body 11 moves backward, that is, downward, in a released state with respect to the moving body 4. Therefore, there is almost no possibility that the moving body 4 moves backward during pitch feeding. Therefore, the movable body 4 can be stably pitched upward.
  • the moving speed for each pitch during pitch feeding is substantially constant, and the driving speed can be stabilized. This uses not only the bending vibration for moving the moving body 4 forward but also the spread vibration to realize the gripping state and the release state, and the period of the bending vibration and the spreading vibration is By being identical.
  • FIG. 25 the solid line is the drive pulse signal
  • the alternate long and short dash line is the waveform of the bending vibration
  • the broken line indicates the displacement amount of the moving body.
  • an arrow Y a reverse phenomenon is observed for each pitch at the stage where the pitch feed starts.
  • the moving body 4 can be moved without causing such a backward movement. Moreover, the moving body 4 can be stably moved in the axial direction immediately after driving.
  • the drive pulse can be moved backward by reversing the duty of the drive pulse.
  • FIG. 14 is a perspective view of a drive device according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a schematic plan view showing the relationship between the drive unit and the moving body used in the second embodiment.
  • the drive device 31 includes a support base 2 and a drive unit 33 fixed on the support base 2.
  • the drive unit 33 has a rectangular frame shape in plan view.
  • a piezoelectric element 35 is bonded to the upper surface of a rectangular frame-shaped elastic body 34.
  • the piezoelectric element 35 also has a rectangular frame shape.
  • the moving body 4 is disposed in the opening 34c of the elastic body 34 having a rectangular frame shape.
  • the moving body 4 is configured in the same manner as in the first embodiment.
  • the outer peripheral surface of the movable body 4 is frictionally engaged with the centers of the four inner walls of the elastic body 34.
  • the piezoelectric element 35 is excited by applying an alternating electric field to the piezoelectric element 35. Then, the drive unit 33 in which the piezoelectric element 35 is attached to the elastic body 34 vibrates by bending vibration and spread vibration as in the first embodiment. In this embodiment as well, as in the first embodiment, the moving body 4 can be moved forward by bending vibration, and the gripping state in which the moving body 4 is gripped by spreading vibration is described above. The release state can be realized.
  • each of the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spreading vibration can be arbitrarily adjusted. Since the rectangular frame-shaped elastic body 11 and the rectangular frame-shaped piezoelectric element 35 are used, the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spreading vibration are adjusted by adjusting the dimensions of the rectangular frame shape. This can be easily adjusted. For example, the resonance frequency of the spread vibration can be easily adjusted by adjusting the dimension of the elastic body in the planar shape. The resonance frequency of the bending vibration can be easily adjusted by adjusting the size and thickness of the frame-like portion of the elastic body.
  • the resonance frequency of bending vibration and spreading vibration can be easily set to about 85 kHz. Can be adjusted.
  • the planar shape of the elastic body 11 is rectangular, and the planar shape of the opening 11c is circular.
  • the resonance frequency of the bending vibration and the spread vibration can be adjusted by adjusting the material and thickness of the elastic body and the dimensions of the planar shape.
  • the planar shape of the elastic body 34 is rectangular and the planar shape of the opening 34c is rectangular.
  • the resonance frequency of the spread vibration and the bending vibration can be adjusted more easily by changing the material and thickness of the elastic body and the size of the planar shape as described above.
  • the outer shape of the elastic body is circular and the opening has a circular shape, even if the material and thickness of the elastic body and the dimensions of the planar shape are adjusted, bending vibration and spread vibration The resonance frequency cannot be adjusted arbitrarily.
  • the planar outer shape of the elastic body and the planar shape of the opening are preferably non-circular. Accordingly, the frequency interval between the resonance frequency of the spreading vibration and the resonance frequency of the bending vibration can be easily adjusted so that the drive pulse signal is driven in the same cycle.
  • the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spread vibration so that the resonance frequency of the bending vibration is generated in the same cycle by the drive pulse signal. Therefore, the bending vibration and the spreading vibration can be generated at the same period with higher accuracy. Therefore, it is possible to more reliably feed the moving body 4 with a lower drive voltage than in the first embodiment. Furthermore, the stability of the moving speed at the time of pitch feeding can be further enhanced.
  • bending vibration and spread vibration are used as other vibrations.
  • the other vibration may be a vibration other than the spread vibration.
  • a rectangular frame-shaped drive unit 33 is used.
  • the drive unit 33 is configured similarly to the second embodiment.
  • the drive unit 33 vibrates in the bending mode as shown in FIG.
  • the drive unit 33 vibrates even with swell vibration.
  • the resonance frequency interval of both vibrations is adjusted so that bending vibration and spreading vibration are generated in the same cycle when driven by a certain drive pulse signal. Therefore, the drive unit 33 is also designed in this embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating impedance characteristics of the drive unit 33 according to the third embodiment.
  • a flex mode response appears at the position indicated by the arrow C1.
  • a response of swell vibration appears at the position indicated by the arrow D1. Both resonance frequencies can be easily adjusted by adjusting the size of the elastic body and the size of the piezoelectric element in the drive unit 33, as in the second embodiment.
  • one vibration such as a spread vibration or a swell vibration is used as another vibration mode, but a plurality of kinds of vibrations may be used as the other vibrations.
  • the other vibration may be a width direction vibration or a length direction vibration.
  • one piezoelectric element 12 is bonded to one surface of the elastic body 11, but a plurality of piezoelectric elements 42 are attached to the elastic body 41 as in the fourth embodiment shown in FIG. 19. It may be joined.
  • a rectangular frame-like elastic body 41 is used as the plate-like elastic body.
  • a plurality of piezoelectric elements 42, 42, 42, 42 are joined to one side of the elastic body 41.
  • Each piezoelectric element 42 is bonded to the upper surface of the elastic body 41 on one side of the rectangular frame shape.
  • the piezoelectric element 42 is excited by applying an alternating electric field to the piezoelectric element 42.
  • the drive unit 43 generates bending vibration and spreading vibration.
  • FIG. 20 is a diagram showing the impedance characteristics of the drive unit 43.
  • a flexural vibration response appears at the position indicated by the arrow C2
  • a spreading vibration response appears at the position indicated by the arrow D2.
  • the interval between the resonance frequencies of both vibrations is selected so that the bending vibration and the spreading vibration are generated in the same period. Therefore, the moving body can be accurately pitch-fed.
  • a plurality of piezoelectric elements may be bonded to one surface or both surfaces of the elastic body.
  • FIG. 21 is a plan view of a driving apparatus according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 22 is a perspective view seen from the bottom side thereof.
  • the driving device 51 has a driving unit 53.
  • the drive unit 53 has a rectangular frame-like planar shape.
  • FIGS. 21 and 22 it is pointed out that only the outer shape of the drive unit 53 including the elastic body 11 is schematically shown. That is, only the elastic body 11, the movable body 54, and the pressure contact member 58 are illustrated.
  • the piezoelectric element and the like can be configured in the same manner as in the first to fourth embodiments described above.
  • the outer shape of the planar shape of the elastic body 11 is rectangular, and the planar shape of the opening 11c is also rectangular.
  • a moving body 54 is disposed in the opening 11 c of the elastic body 11.
  • the moving body 54 has a rectangular parallelepiped shape, more specifically, a rectangular plate shape.
  • the shape of a moving body is not limited to a cylindrical body or a columnar body, It can be set as various shapes, such as a rectangular parallelepiped shape.
  • the pressure contact members 58 are fixed to a pair of opposing side surfaces of the moving body 54, respectively.
  • the press contact member 58 is made of metal and has a first end 58a and a second end 58b.
  • the pressure contact member 58 is fixed to the side surface of the moving body 54 at the first end portion 58a and the second end portion 58b. And it has the length direction which ties the 1st end part 58a and the 2nd end part 58b.
  • the central portion in the length direction is urged away from the side surface of the moving body 54.
  • the pressure contact member 58 has the above shape and acts as a leaf spring.
  • the elastic portion 58c between the first end portion 58a and the second end portion 58b is in contact with or pressed against the inner surface of the opening portion 11c.
  • the leaf spring-shaped press contact member 58 may be used.
  • FIG. 26 is a perspective view of the moving body 61 used in the sixth embodiment of the present invention.
  • the moving body 61 has a substantially rectangular plate shape. However, on one main surface of the moving body 61, protrusions 61a and 61a are provided at both ends in the length direction. On the other main surface, protrusions 61b and 61b are provided at both ends in the length direction.
  • FIG. 27 is a perspective view showing the pressure contact member 62 attached to the moving body in the present embodiment.
  • the pressure contact member 62 is made of a metal plate and acts as a leaf spring by being bent.
  • the length of the pressure contact member 62 is longer than the distance between the protrusion 61a and the protrusion 61a.
  • the pressure contact member 62 is bent and attached between the projecting portions 61a and 61a. As a result, the pressure contact member 62 acts as a leaf spring. Similarly, a pressure contact member 62 made of a leaf spring is attached between the protrusions 61b and 61b.
  • Such a structure in which the pressure contact member 62 is attached to the moving body 61 can be used in combination with, for example, the elastic body 11 having the rectangular frame-shaped opening used in the fifth embodiment.
  • FIG. 29 is a perspective view of a moving body used in the seventh embodiment of the present invention.
  • the moving body 71 has a rectangular parallelepiped shape. That is, the planar shape is substantially square.
  • protrusions 71a and 71a are provided along the edge formed by the side surfaces 71C and 71D.
  • the protrusions 71a and 71a protrude above the upper surface 71A.
  • the projecting portions 71a and 71a also project outward from the side surfaces 71C and 71D.
  • projecting portions 71b and 71b are provided along the respective edges formed by the lower surface 71B and the side surfaces 71C and 71D.
  • a moving body 71 having a square planar shape may be used like the moving body 71 shown in FIG.
  • the pressure contact member 62 shown in FIG. 27 is attached using the protrusions 71a and 71a or the protrusions 71b and 71b.
  • a pressure contact member 62 may be attached between the protrusions 71a and 71a on the upper surface 71A. Furthermore, also on the lower surface 71B, the press contact member 62 can be attached between the projecting portions 71b and 71b. Furthermore, also on the side surfaces 71C and 71D, the pressure contact member 62 can be attached between the protruding portion 71a and the protruding portion 71b.
  • the pressure contact members 62 and 62 may be attached only on the side surfaces 71C and 71D.
  • the press contact member 62 is configured by a leaf spring as in the sixth and seventh embodiments, the press contact member can be easily attached to the mobile body simply by devising the shape of the mobile bodies 61 and 71.
  • the configuration in which the protrusions 61a, 61a, 61b, and 61b in FIG. 26 are provided can be expressed as a structure in which concave portions are formed on the upper and lower surfaces of the rectangular plate-like moving body 61, if expressed differently.
  • the protrusions 61a and 61a may be formed by forming a recess on the upper surface so as to have a pair of opposing walls 61a1 and 61a1.
  • the protrusion parts 61a and 61a may be formed so that it may protrude upwards from the upper surface of a rectangular-plate-shaped state.
  • the plate-like drive unit may be configured to vibrate with a combined mode of vibration formed by combining bending vibration and at least one kind of vibration different from the bending vibration.
  • a combined mode of vibration formed by combining bending vibration and at least one kind of vibration different from the bending vibration.
  • the piezoelectric element shown in FIG. 19 is used.
  • Other configurations are the same as those of the drive device of the first embodiment except that the plate-like drive unit is configured to generate a coupling mode. Therefore, in the description of the eighth embodiment, FIGS. 1 (a) and 1 (b) to FIG. 8, FIG. 1 to FIG. 8, and the fourth embodiment shown for the drive device according to the first embodiment. The description explained with reference to FIG. 19 showing the embodiment will be incorporated.
  • a coupling mode formed by coupling bending vibration and spreading vibration is excited. It is configured.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment except for the driving method.
  • FIG. 32 shows changes in the resonance frequency of bending vibration and spreading vibration in this case. As apparent from FIG. 32, as the thickness of the elastic body increases, the resonance frequency of the bending vibration does not increase so much as the thickness increases.
  • the resonance frequency of the spreading vibration increases as the thickness of the elastic body 11 increases, and it can be seen that the resonance frequency of the bending vibration approaches the resonance frequency in the range of 1.2 mm to 1.5 mm.
  • the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spreading vibration are close to each other so as to be substantially the same. In such a case, the bending vibration and the spreading vibration are combined to generate a combined mode vibration.
  • the thickness of the elastic body 11 was set so as to generate such a coupled mode vibration.
  • FIG. 33 is a perspective view showing the vibration state of the drive unit 3 in the case of mode 1.
  • FIG. 34 is a perspective view showing the vibration mode in the coupled mode in the case of mode 2.
  • the movable state in which the inner wall of the opening 11c of the elastic body 11 is frictionally engaged with the moving body 4 and the inner wall of the opening 11c are separated from the moving body. Or has a vibrating state that realizes a released state in contact with the moving body 4 with a lower frictional engagement force than the movable state.
  • Such a vibration state occurs in both modes 1 and 2.
  • the movable body 4 is moved so that the movable body 4 moves forward by the coupling mode in the movable state.
  • mode 2 the inner wall of the opening 11c moves the moving body 4 backward in a movable state.
  • the moving body 4 when the coupling mode is mode 1, the moving body 4 can be moved forward by the vibration of the coupling mode. On the other hand, when it is desired to move backward, the moving body 4 can be moved backward by switching the drive frequency so that mode 2 occurs.
  • the vibration in the coupling mode is formed by coupling flexural vibration and spreading vibration.
  • the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spreading vibration are matched.
  • the resonance frequencies of the two do not have to be completely matched, and need only be substantially matched.
  • the absolute value of the difference between the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spreading vibration is within a range of ⁇ 15% of the average value of the resonance frequency in mode 1 and the resonance frequency in mode 2.
  • the average value is preferably within a range of ⁇ 5%. If it is in such a range, the said mode 1 and mode 2 can be expressed still more reliably.
  • the bending amplitude can be increased in the eighth embodiment as compared with the first embodiment. This is because the bending amplitude can be increased because the vibration is in the form of a single vibration. This will be described with reference to FIG.
  • the solid line in FIG. 36 is a diagram showing the displacement hysteresis in the case of mode 1, and the broken line is a diagram showing the displacement hysteresis in the case of the first embodiment.
  • the release state and the movable state are realized when the spread amplitude is negative and when the spread amplitude is positive, and the movable body 4 is moved by the magnitude of the bending amplitude. You can move forward.
  • the coupled mode realizes a release state when the spread amplitude is negative and a movable state where the spread amplitude is on the positive side. Is very big. Therefore, the moving body can be moved at a high speed and a large amount of displacement can be obtained. This will be described more specifically with reference to FIGS.
  • FIG. 37 is a diagram showing the relationship between the drive pulse in the above-described mode 1 and the amount of displacement of bending vibration and spreading vibration. It should be noted that the displacement of the bending vibration and the displacement of the spreading vibration are combined to realize mode 1 coupled mode vibration. In the case of mode 1, the bending vibration and the spreading vibration are coupled so that the bending vibration and the spreading vibration are almost in opposite phases. Therefore, the moving body 4 can be advanced.
  • FIG. 39 is a diagram showing temporal changes in the drive pulse and the displacement amount of the moving body 4 in the drive device of the eighth embodiment.
  • the moving body 4 can be moved from the beginning of driving and can be moved at a high speed. Further, as is apparent from FIG. 39, it can be seen that in the eighth embodiment, it is difficult for the moving body 4 to retreat.
  • FIG. 40 is a diagram showing the relationship between the drive frequency of the drive pulse and the speed of the moving body.
  • FIG. 40 is a diagram illustrating the relationship between the driving frequency near the driving frequency in which mode 1 occurs and the moving body speed.
  • the frequency is 93 kHz
  • the moving body 4 can be moved at the highest speed.
  • the moving body 4 can be moved at a sufficiently high speed if the drive frequency is in the range of 90 to 97 kHz. This is because the mode 1 coupled mode is strongly excited in such a frequency range.
  • the moving body 4 can be moved forward or backward at high speed in mode 1 or mode 2 by changing the drive frequency.
  • the coupling mode of bending vibration and spreading vibration is used, but other vibrations coupled with bending vibration are not limited to spreading vibration. That is, as long as it can be coupled with bending vibration, other vibrations similar to the other vibrations in the first embodiment described above can be used.
  • the vibration of the coupling mode is generated by adjusting the thickness of the elastic body 11, but not only the thickness of the elastic body 11 but also other dimensions and materials are taken into consideration.
  • vibrations in the above-described coupling mode may be generated.
  • the eighth embodiment is different from the first and fourth embodiments in using the vibration of the coupling mode. Therefore, the other configurations are the same as those in the first embodiment and the first embodiment. As shown in the modification of the first embodiment and the second, third, and fifth to seventh embodiments, the embodiment can be appropriately modified. Therefore, the modifications of the first embodiment and the descriptions of the second, third, and fifth to seventh embodiments are also incorporated in the description of the drive device of the eighth embodiment.
  • the planar shape of the opening or the outer shape of the elastic body may be a circular shape or a non-circular shape having anisotropy such as a rectangular shape. May be. If the shape has a non-circular anisotropy, as described above, the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of other vibrations can be easily adjusted by adjusting the dimensions of the elastic body. be able to. Therefore, the planar shape of the elastic body and the planar shape of the opening are desirably non-circular anisotropic shapes. More preferably, both the planar shape of the outer shape of the elastic body and the planar shape of the opening are non-circular.

Landscapes

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Abstract

　駆動装置（１）は、板状の弾性体（１１）と、板状の弾性体（１１）の少なくとも一方主面に接合された圧電素子（１２）とを有する板状の駆動ユニット（３）と、弾性体（１１）の開口部（１１ｃ）に挿入されており、駆動ユニット（３）を駆動することによりピッチ送りで移動される移動体（４）とを備える。圧電素子（１２）を駆動することにより、駆動ユニット（３）が、屈曲振動と、屈曲振動とは異なる少なくとも１種の他の振動モードまたは屈曲振動と他の振動モードとの結合モードの振動で振動するように構成されており、前記振動が、移動体（４）を移動させ得るように移動体（４）に弾性体（１１）の開口部（１１ｃ）の内壁が摩擦係合している移動可能状態と、弾性体（１１）の開口部（１１ｃ）の内壁が移動体（４）に対して隔てられておりあるいは移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体（４）に接触しているリリース状態と実現する各振動姿態を有する。

Description

駆動装置
　本発明は、圧電素子を駆動して移動体を移動させる駆動装置に関し、より詳細には、複数の振動モードを利用した駆動装置に関する。
　従来、レンズなどを移動させる駆動装置として、圧電素子を用いた駆動装置が種々提案されている。下記の特許文献１では、圧電体の伸縮動作に基づいて軸方向に変位する駆動部材が用いられている。この駆動部材に、被駆動部材が摩擦力で係合されて移動可能とされている。特許文献１では、圧電体に分極方向と同方向で電圧を印加して駆動する動作と、逆方向に電圧を印加して駆動する動作とを繰り返すことにより、被駆動部材を軸方向にピッチ送りしている。
　他方、下記の特許文献２には、屈曲振動と他の振動を利用した超音波モータが開示されている。ここでは、筒状のスライダーが、円板状の基体の貫通孔に挿入され、該スライダーがその軸方向に移動するように構成されている。円板状の基体の両面に圧電素子が設けられており、円板の屈曲振動と径方向振動との複合共振を基体に発生させている。
特許第４４９２７５６号 特開平１－２９８９６８号公報
　特許文献１に記載の駆動装置では、駆動部材の軸の伸縮に、移動体が十分に追随できなかった。そのため、移動体を確実にピッチ送りすることができなかった。また、前方への移動期間で後退することがあった。よって、移動体の移動速度を高めることが困難であり、かつ移動速度が不安定であった。
　他方、特許文献２では、屈曲振動と径方向振動の複合共振を利用している。この場合、屈曲振動と径方向の伸縮振動とを同一周期で発生させることは容易ではない。そのため、移動体をピッチ送りすることは困難であり、移動体の移動速度の安定化も困難であった。
　本発明の目的は、移動体を安定に移動させることができ、後退が生じ難く、かつ移動速度の安定化を図ることができる、駆動装置を提供することにある。
　本発明に係る駆動装置は、対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動で、または屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる。　
　本発明に係る駆動装置のある特定の局面では、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記他の振動が、前記屈曲振動によって前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している前記移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触している前記リリース状態とを実現する振動姿態とを有し、前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により前記移動体をピッチ送りにより移動させる。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記屈曲振動と、前記他の振動とが同一周期となるように駆動される。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記結合モードの振動で振動するように構成されており、前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、前記駆動ユニットの前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記屈曲振動と、前記他の振動とが結合して前記結合モードが励振されるように、前記弾性体の寸法が調整されている。
　本発明に係る駆動装置の別の特定の局面では、前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。
　本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記移動体が、前記移動方向に延びかつ前記弾性体の開口部に摩擦係合し得る側面を有し、前記側面において、前記弾性体の前記開口部に対する摩擦係合力を高める圧接部材が設けられている。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧接部材が、前記側面におい前記移動体の周方向に延び、常時よりも縮径した状態で取り付けられているリング状部材であり、前記移動体の側面に取り付けられた状態で該側面から外側に向かう弾発力を発現している。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記リング状部材が、リングの一部が切り欠かれた形状を有する。
　本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記移動体の側面に溝が形成されており、前記圧接部材の一部が前記溝に嵌まり合っている。
　本発明の駆動装置のさらの他の特定の局面では、前記圧接部材が、第１の端部と、第１の端部とは反対側の第２の端部とを結ぶ方向が長さ方向である複数のバネ部材であり、各バネ部材は、第１の端部と第２の端部との間の部分が前記長さ方向と直交する方向に変位し得るように構成されており、前記移動体の前記側面に前記バネ部材の前記第１，第２の端部が固定されており、第１の端部と第２の端部との間のバネ部材部分が移動体の側面から遠ざかる方向に付勢するように撓まされており、撓んでいる部分の頂点が前記弾性体の前記開口部に圧接されている。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記板状の弾性体と前記圧電素子の平面形状が異なっている。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子が中央に開口部を有し、圧電素子の開口部が前記弾性体の開口部よりも大きく、前記圧電素子が前記弾性体の開口部の周縁に至っていない。
　本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電素子が複数設けられている。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記他の振動が複数種の振動である。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子が前記弾性体の第１及び第２の主面のうち一方の主面に設けられている。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備えられている。
　本発明の駆動装置の別の広い局面によれば、対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動によりまたは屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動または前記結合モードの振動が生じるように、前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備え、前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、駆動装置が提供される。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記屈曲振動及び前記他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に前記駆動パルスを与え、それによって前記移動体を前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動によりピッチ送りさせる。
　本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記駆動ユニットが、前記結合モードの振動により振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記結合モードの振動が生じるように前記圧電素子に駆動パルスを与える。
　本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記駆動ユニットの前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。
　本発明に係る駆動装置のさらに別の特定の局面では、前記駆動ユニットの前記弾性体の開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である。
　本発明に係る駆動装置では、上記板状の駆動ユニットにおいて励振される屈曲振動及び他の振動により、または上記結合モードの振動により、移動体を、後退を招くことなく、安定にかつ確実に移動させることができ、移動速度の安定化も図ることが可能となる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の正面断面図及び駆動ユニットの平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の外観を示す斜視図である。 図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態で用いられている駆動ユニットの正面図であり、図３（ｂ）は、圧電素子の詳細を示す断面図である。 図４は、本発明で用いられる駆動ユニットの変形例を示す正面断面図である。 図５は、本発明の第１の実施形態で用いられている支持台を示す斜視図である。 図６は、本発明の第１の実施形態で用いられている移動体を示す斜視図である。 図７は、本発明の第１の実施形態において移動体に取り付けられている圧接部材を示す斜視図である。 図８は、圧接部材の変形例を示す斜視図である。 図９は、本発明の第１の実施形態における駆動ユニットの共振特性を示す図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明の第１の実施形態において、初期状態及び移動体を把持した状態を示す各模式図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の駆動装置において、ピッチ送りを果たした状態と、板状の弾性体を移動体から離脱させる工程をそれぞれ説明する各模式図である。 図１２は、本発明の第１の実施形態の駆動装置において、駆動に際して印加される駆動パルス信号と、駆動ユニットの屈曲振動と、拡がり振動との関係を示す図である。 図１３は、本発明の第１の実施形態の動作時において、印加される駆動パルス信号と、移動体の変位量との関係を示す図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の外観を示す斜視図である。 図１５は、本発明の第２の実施形態における駆動ユニットの模式的平面図である。 図１６は、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置における屈曲モードの振動姿態を示す模式的斜視図である。 図１７は、本発明の第３の実施形態における駆動ユニットのうねり振動モードの振動姿態を説明するための模式的斜視図である。 図１８は、本発明の第３の実施形態における駆動ユニットのインピーダンス特性を示す図である。 図１９は、本発明の第４の実施形態に係る駆動装置で用いられる駆動ユニットを示す斜視図である。 図２０は、本発明の第４の実施形態の駆動装置における駆動ユニットのインピーダンス特性を示す図である。 図２１は、本発明の第５の実施形態に係る駆動装置の平面図である。 図２２は、本発明の第５の実施形態の駆動装置の底面側からみた斜視図である。 図２３は、本発明の第５の実施形態で用いられている移動体と圧接部材とを示す斜視図である。 図２４は、本発明の第５の実施形態で用いられている圧接部材の斜視図である。 図２５は、比較例の動作時において、印加される駆動パルス信号と、屈曲振動の変位と、移動体の変位量との関係を示す図である。 図２６は、本発明の第６の実施形態で用いられている移動体の斜視図である。 図２７は、本発明の第６の実施形態で用いられている圧接部材を示す斜視図である。 図２８は、本発明の第６の実施形態において、移動体に圧接部材が取り付けられている構造の正面断面図である。 図２９は、本発明の第７の実施形態で用いられている移動体を示す斜視図である。 図３０は、本発明の第７の実施形態において、移動体に４つの圧接部材が取り付けられている構造を示す正面断面図である。 図３１は、本発明の第７の実施形態で用いられている移動体に、２つの圧接部材が取り付けられている構造を示す正面断面図である。 図３２は、駆動ユニットの板状の弾性体の厚みと屈曲振動及び拡がり振動のインピーダンスとの関係を示す図である。 図３３は、屈曲振動と拡がり振動の結合モードにより移動体を前進させる場合の駆動ユニットの振動姿態を示す図である。 図３４は、屈曲振動と拡がり振動の結合モードにより移動体を後退させる場合の駆動ユニットの振動姿態を示す図である。 図３５は、本発明の第８の実施形態における駆動ユニットの結合モードの振動のインピーダンス－周波数特性を示す図である。 図３６は、本発明の第８の実施形態における結合モードの振動及び第１の実施形態における駆動ユニットの振動における拡がり振幅と屈曲振幅との関係を示す図である。 図３７は、本発明の第８の実施形態において、前進モード時の駆動パルスと、屈曲振動及び拡がり振動の変位量との関係を示す図である。 図３８は、本発明の第８の実施形態において、後退モード時の駆動パルスと、屈曲振動及び拡がり振動の変位量との関係を示す図である。 図３９は、本発明の第８の実施形態における駆動パルス電圧と移動体の移動量である変位量を示す図である。 図４０は、本発明の第８の実施形態における駆動パルスの駆動周波数と、移動体の移動速度との関係を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　図２は本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の外観を示す斜視図であり、図１（ａ）は、その正面断面図である。
　本実施形態の駆動装置１は、支持台２を有する。支持台２上に、駆動ユニット３が固定されている。本実施形態では、駆動ユニット３により、移動体４が移動される。
　移動体４は、図２に斜視図で示すように、円筒状のホルダ５を有する。このホルダ５の内部には、複数のレンズ６，６が配置されている。また、ホルダ５の開口端面を封止するように透明板７が取り付けられている。
　本実施形態の駆動装置１は、レンズ６，６を有する移動体４を円筒状のホルダ５の軸方向に移動させる。このような駆動装置１は、例えばカメラのレンズを含むレンズ駆動装置として好適に用いることができる。なお、図１（ａ）における矢印Ｚが上記軸方向であり、駆動装置１では、移動体を軸方向Ｚにおいてピッチ送りすることが可能とされている。
　上記移動体４を構成するホルダ５の材料は特に限定されない。ホルダ５は、例えば金属、セラミックス、または合成樹脂などにより形成することができる。
　なお、図６に示すように、ホルダ５の側面には、溝５ａが周方向に延びるように形成されている。この溝５ａに嵌まり合うようにリング状の圧接部材８が取り付けられている。本実施形態では、図７に示すように、圧接部材８は、円環状のリングの一部を切り欠いた形状を有する。圧接部材８は、金属からなる。また、圧接部材８は、切欠きの部分を狭めるようにして常時より縮径された状態で、ホルダ５に取り付けられている。そのため、上記切欠きの部分が拡がる方向の力が作用し、圧接部材８は、拡径方向に弾発力を発現する。
　本実施形態では、上記圧接部材８の外周面が、後述する駆動ユニット３の弾性体１１の開口部１１ｃの内壁に摩擦係合する。
　なお、図８に示すように、閉じた環状の圧接部材８を用いてもよい。このような閉じた環状の圧接部材８としては、円筒状または角筒状などの筒状の圧接部材８を挙げることができる。この場合においても、圧接部材８を、筒状のホルダ５に外挿し、固定すればよい。
　支持台２は、金属、セラミックスまたは合成樹脂からなる。支持台２は、図５に示すように、矩形板状のプレート部２ａを有する。プレート部２ａの中央に、貫通孔２ｂが設けられている。貫通孔２ｂは、図１（ａ）に示すように、移動体４を挿通させる部分である。
　プレート部２ａのコーナー部分においては、上方に突出した支持突起２ｃが設けられている。複数の支持突起２ｃの上面に、駆動ユニット３が固定されている。従って、図１（ａ）に示すように、プレート部２ａと駆動ユニット３との間に空間Ａが設けられている。空間Ａが設けられているため、駆動ユニット３の後述する振動が妨げられ難い。
　駆動ユニット３は、板状の弾性体１１と、板状の弾性体１１の下面に接合された圧電素子１２とを有する。板状の弾性体１１は、本実施形態では、ステンレスなどの金属板からなる。もっとも、金属板以外の板状の弾性材料により弾性体１１が形成されていてもよい。
　なお、圧電素子１２は、弾性体１１の下面に接合されているが、図１（ａ）に一点鎖線Ｂで示すように、弾性体１１の上面に圧電素子が接合されていてもよい。さらに、弾性体１１の下面及び上面の双方に圧電素子１２が接合されていてもよい。
　好ましくは、圧電素子１２は、弾性体１１の上面及び下面のうち一方の面にのみ形成される。その場合には、コストを低減することができる。また、本実施形態では、他の振動として後述する拡がり振動を利用するが、圧電素子１２が弾性体１１の片面にのみ設けられている場合に拡がり振動が容易に励振される。
　なお、本実施形態では、弾性体１１の下面に圧電素子１２が設けられているが、移動体４を上方に移動させるには、弾性体１１の上面にのみ圧電素子１２を設けることが好ましい。もっとも、圧電素子１２の外部との接触を防止するには、本実施形態のように圧電素子１２は支持台２側に配置されていることが望ましい。
　上記板状の弾性体１１は、第１の主面としての上面１１ａと、第２の主面としての下面１１ｂとを有する。また、弾性体１１は中央に上面１１ａから下面１１ｂに貫通している開口部１１ｃを有する。開口部１１ｃは、移動体４を挿通させる部分であり、かつ開口部１１ｃの内壁が、前述した移動体４に取り付けられている圧接部材８の外周面と摩擦係合する部分である。圧電素子１２もまた、貫通孔１２ａを有する。
　図１（ａ）、図２及び図３（ａ）では、圧電素子１２の詳細は示していなかったが、図３（ｂ）に示すように、実際には、圧電体１３の両面に電極１４，１５が形成されている。この電極１４側から弾性体１１に圧電素子１２が接合されている。なお、弾性体１１が金属板の場合には、電極１４を省略し、弾性体１１を一方の電極として用いてもよい。
　なお、単層の圧電体１３を用いた構成に代えて、従来より周知の積層型の圧電素子を用いてもよい。すなわち、複数の圧電体層と複数の内部電極とを有する積層型圧電素子を用いてもよい。
　圧電素子１２の平面形状は、弾性体１１の平面形状と同一とされている。もっとも、圧電素子１２の平面形状は弾性体１１の平面形状と異なっていてもよい。好ましくは、図４に示す変形例のように、圧電素子１２Ａの貫通孔１２ａの径を、弾性体１１の開口部１１ｃの径よりも大きくすることが望ましい。この場合には、圧電素子１２Ａの貫通孔１２ａの内周面が、開口部１１ｃの開口縁よりも外側に位置する。従って、圧電素子１２Ａと移動体４との接触をより一層確実に防止することができる。
　上記圧電体１３を構成する圧電セラミックスとしてＰＺＴ系セラミックスなどの適宜の圧電セラミックスを用いることができる。電極１４，１５は、適宜の金属もしくは合金により形成することができる。
　本実施形態では、上記圧電素子１２にパルス状の駆動電界を与えて圧電素子１２を励振させる。それによって、駆動ユニット３において屈曲振動と他の振動とを発生させ、屈曲振動と他の振動とを利用する。
　すなわち、圧電素子１２を励振すると、圧電素子１２と弾性体１１とを貼り合わせてなる駆動ユニット３が振動することとなる。この駆動ユニット３において、駆動ユニット３の主面中央が上下に変位する屈曲振動が生じる。同時に、上記開口部１１ｃの径が大きくなったり、小さくなったりする拡がり振動も励振される。本実施形態では、屈曲振動とこの拡がり振動とが利用される。
　本実施形態では、図１（ａ）に略図的に示す駆動パルス源１６から駆動パルスを圧電素子１２に与えた場合、同一周期の屈曲振動と拡がり振動とが励振される。
　上記のように、屈曲振動と拡がり振動とを同一周期で発生させるには、両振動の共振周波数を同じにする、もしくは、駆動パルスに応じて両振動の共振周波数を特定の周波数間隔となるように調整すればよい。この周波数間隔は、弾性体１１の材質や厚み、平面形状の寸法の変更により調整することができる。
　図９は、本実施形態の駆動ユニット３の共振特性を示し、ここでは、矢印Ｃで示す位置に屈曲振動の共振が、それより高い矢印Ｄで示す位置に拡がり振動の共振が現れている。その屈曲振動の共振周波数は０．０５９ＭＨｚであり、拡がり振動の共振周波数は０．１６９ＭＨｚである。この場合、後述する駆動パルス信号により同一周期で屈曲振動及び拡がり振動を発生させることができる。従って、屈曲振動と拡がり振動の周期が同一となるように容易に駆動ユニット３を駆動することができる。
　本実施形態の駆動装置１による移動体４のピッチ送り動作を図１０及び図１１を参照して説明する。
　上記のように、屈曲振動と拡がり振動とが用いられる。ここで、拡がり振動は、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に摩擦係合している移動可能状態と、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に対して隔てられており、あるいは移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体４に接触しているリリース状態とを実現する各振動姿態を有する。
　図１０（ａ）は、初期状態を示す。ピッチ送りに際し、まず、図１０（ｂ）に示すように、拡がり振動により、矢印で示すように開口部１１ｃが狭まるように弾性体１１が変位する。その結果、移動可能状態、すなわち弾性体１１による移動体４を把持した把持状態が実現される。この状態で、駆動ユニット３が屈曲振動により同位相で変位するため、図１１（ａ）に示すように、駆動ユニット３が変位し、移動体４が上方に移動される。
　次に、拡がり振動において、前述したリリース状態となるように弾性体１１が変位し、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に対して隔てられ、あるいは上記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体４に接触しているリリース状態となる。同時に、このリリース状態において、屈曲振動により図１１（ｂ）に示すように、駆動ユニット３において、弾性体１１の開口部１１ｃ付近が下方に移動する。
　しかる後、次の駆動パルスにより、再度把持状態となると共に、屈曲振動による変位により、図１１（ｂ）に示すように移動体４が再度上方に移動される。このようにして、移動体４が上方にピッチ送りされる。
　本実施形態では、上記屈曲振動の周期と、上記拡がり振動の周期が同一となるように駆動パルス源から駆動パルス信号が与えられる。これを、図１２及び図１３を参照してより具体的に説明する。図１２は、上記ピッチ送りに際しての駆動パルス信号と、屈曲振動及び拡がり振動との関係を示す図である。実線が駆動パルス信号であり、破線が拡がり振動の変位量を、一点鎖線が屈曲振動の変位量を示す。駆動パルス信号の電界強度が実線で示す周期を有するように変化する。これに応じて、上記屈曲振動及び拡がり振動が励振されるが、図１２から明らかなように、屈曲振動の周期と、拡がり振動の周期がほぼ一致している。
　図１３は、上記駆動パルス信号を駆動ユニット３に与えた場合の移動体４の変位量すなわちピッチ送り状態を示す図である。実線が駆動パルス信号であり、破線が移動体の変位量を示す。
　図１３から明らかなように、駆動パルスを駆動ユニット３に与えることにより、移動体４を確実にピッチ送りし得ることがわかる。特に、本実施形態では、移動体４のピッチ送りに際し、移動体４に対してリリース状態で弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が後方すなわち下方に移動することとなる。従って、移動体４がピッチ送りに際して後退するおそれがほとんどない。従って、上方に移動体４を安定にピッチ送りすることができる。しかも、図１３の破線から明らかなように、ピッチ送りに際しての１ピッチ毎の移動速度がほぼ一定であり、駆動速度の安定化も図ることができる。これは、移動体４を前方に移動させるための屈曲振動だけでなく、上記把持状態と、リリース状態とを実現するのに拡がり振動を利用しており、かつ上記屈曲振動と拡がり振動の周期が同一であることによる。
　比較のために、拡がり振動を用いず、屈曲振動のみを用いることを除いては、上記実施形態と同様にして構成した駆動装置を用意した。この比較例の動作を図２５に示す。図２５において、実線が駆動パルス信号であり、一点鎖線が屈曲振動の波形であり、破線が移動体の変位量を示す。図２５の破線から明らかなように、比較例では、変位開始直後に移動体がさほど移動しない期間Ｘが存在する。従って駆動後の応答性が悪いことがわかる。加えて、矢印Ｙで示すように、ピッチ送りが始まった段階において、ピッチ毎に後退現象がみられる。
　これに対して、図１３の破線から明らかなように、本実施形態によれば、このような後退を引き起こすことなく移動体４を移動させることができる。しかも、駆動直後から速やかに移動体４をその軸方向に安定に移動させることができる。
　なお、第１の実施形態では、駆動パルスのデューティーを逆転させれば、後退させることができる。
　図１４は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の斜視図であり、図１５は第２の実施形態で用いられる駆動ユニットと移動体との関係を示す模式的平面図である。
　図１４に示すように、駆動装置３１は、支持台２と、支持台２上に固定されている駆動ユニット３３とを有する。駆動ユニット３３は、図１５に示すように、平面形状が矩形枠状の形状を有している。駆動ユニット３３では、矩形枠状の弾性体３４の上面に、圧電素子３５が接合されている。圧電素子３５も矩形枠状の形状を有している。
　また、矩形枠状の弾性体３４の開口部３４ｃ内に移動体４が配置されている。移動体４は第１の実施形態と同様に構成されている。移動体４の外周面が、上記弾性体３４の４つの内側壁の各中央に摩擦係合している。
　圧電素子３５に交番電界を印加することにより、圧電素子３５が励振される。そして、圧電素子３５が弾性体３４に張り付けられている駆動ユニット３３は、第１の実施形態と同様に、屈曲振動と拡がり振動とで振動する。そして、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、屈曲振動により移動体４を前方に移動させることができ、拡がり振動により、移動体４を把持している把持状態と、前述したリリース状態とを実現することができる。
　なお、図１４及び図１５では図示を省略しているが、第１の実施形態で用いた圧接部材８を本実施形態において採用してもよい。
　本実施形態では、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数のそれぞれを任意に調整することができる。これは、矩形枠状の弾性体１１及び矩形枠状の圧電素子３５を用いているため、この矩形枠状の形状における寸法を調整することにより、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数を容易に調整することができることによる。例えば、拡がり振動の共振周波数は、弾性体の平面形状における寸法を調整することにより容易に調整することができる。また、屈曲振動の共振周波数は、弾性体の枠状部分の寸法や厚みを調整することによって容易に調整することができる。例えば、８．５ｍｍ×８．５ｍｍ×厚み１．２ｍｍの外形を有し、枠状部分の幅が１．０ｍｍのステンレスを用いることにより、屈曲振動及び拡がり振動の共振周波数を８５ｋＨｚ程度に容易に調整することができる。
　前述した第１の実施形態では、弾性体１１の平面形状の外形が矩形であり、開口部１１ｃの平面形状が円形である。この場合には、開口部が等方性の形状を有するため、弾性体の材質や厚み、平面形状の寸法を調整することにより、屈曲振動と拡がり振動の共振周波数を調整することができる。これに対して、第２の実施形態では、弾性体３４の平面形状の外形が矩形であり、かつ開口部３４ｃの平面形状が矩形である。この場合には、上記のように弾性体の材質や厚み、平面形状の寸法の変更によって、より一層容易に拡がり振動と屈曲振動の共振周波数を調整することができる。なお、弾性体の平面形状の外形が円形であり、かつ開口部の平面形状が円形である場合、弾性体の材質や厚さ、平面形状の寸法を調整しても、屈曲振動と拡がり振動の共振周波数を任意に調整することはできない。
　従って上記のように、弾性体の平面形状の外形及び開口部の平面形状は、非円形であることが好ましい。それによって、駆動パルス信号により同一周期で駆動されるように、拡がり振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との周波数間隔に容易に調整することができる。
　第２の実施形態では、屈曲振動の共振周波数と拡がり振動の共振周波数とを、駆動パルス信号により同一周期で発生させるように、これらの共振周波数を容易に調整することができる。従って、屈曲振動と拡がり振動とをより一層高精度に同一周期で発生させることができる。そのため、第１の実施形態に比べ、より低い駆動電圧で、移動体４をより確実にピッチ送りすることができる。さらに、ピッチ送りに際しての移動速度の安定性もより一層高めることができる。
　上記第１及び第２の実施形態では、屈曲振動と、他の振動として拡がり振動とを利用した。本発明においては、他の振動は、拡がり振動以外の振動であってもよい。
　図１６～図１８を参照して、第３の実施形態として、他の振動がうねり振動である駆動装置を説明する。
　第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、矩形枠状の駆動ユニット３３を用いる。駆動ユニット３３は、第２の実施形態と同様に構成されている。もっとも、本実施形態では、図１６に振動姿態を示すように駆動ユニット３３が屈曲モードで振動する。同時に、図１７に振動姿態を示すように、駆動ユニット３３はうねり振動でも振動する。本実施形態では、ある駆動パルス信号で駆動した場合に、屈曲振動及び拡がり振動が同一周期で発生するように両振動の共振周波数間隔が調整されている。よって、本実施形態においても、駆動ユニット３３が設計されている。
　図１８は、第３の実施形態の駆動ユニット３３のインピーダンス特性を示す図である。矢印Ｃ１で示す位置に屈曲モードの応答が現れている。また、矢印Ｄ１に示す位置にうねり振動の応答が現れている。両者の共振周波数は、第２の実施形態と同様に、駆動ユニット３３における弾性体の寸法や圧電素子の寸法を調整することにより容易に調整することができる。
　また、第１～第３の実施形態では、他の振動モードとして拡がり振動またはうねり振動のような１つの振動を利用したが、他の振動として複数種の振動を利用してもよい。
　さらに、他の振動は、幅方向振動や長さ方向の振動などであってもよい。
　また、第１の実施形態では、弾性体１１の片面に１つの圧電素子１２が貼り合わされていたが、図１９に示す第４の実施形態のように、複数の圧電素子４２が弾性体４１に接合されていてもよい。本実施形態では板状の弾性体として矩形枠状の弾性体４１が用いられている。この弾性体４１の片面に、複数の圧電素子４２，４２，４２，４２が接合されている。各圧電素子４２は、矩形枠状の一辺において、弾性体４１の上面に接合されている。
　上記圧電素子４２に交番電界を印加することにより圧電素子４２を励振する。その結果、駆動ユニット４３は、屈曲振動と、拡がり振動を生じる。
　図２０は、駆動ユニット４３のインピーダンス特性を示す図である。矢印Ｃ２で示す位置に屈曲振動の応答が現れており、矢印Ｄ２で示す位置に拡がり振動の応答が現れている。本実施形態においても、屈曲振動と拡がり振動とが同一周期で発生するように、両振動の共振周波数の間隔が選ばれている。従って、移動体を正確にピッチ送りすることが可能となる。このように、弾性体の片面または両面に複数の圧電素子が接合されていてもよい。
　図２１は、本発明の第５の実施形態に係る駆動装置の平面図であり、図２２はその底面側からみた斜視図である。
　駆動装置５１は、駆動ユニット５３を有する。本実施形態では、駆動ユニット５３は、矩形枠状の平面形状を有する。図２１及び図２２では、弾性体１１を含む駆動ユニット５３の外形のみを略図的に図示してあることを指摘しておく。すなわち、弾性体１１と移動体５４と、圧接部材５８のみを図示することとする。圧電素子等については、前述した第１～第４の実施形態と同様に構成することができる。
　本実施形態においては、弾性体１１の平面形状の外形が矩形であり、開口部１１ｃの平面形状も矩形である。この弾性体１１の開口部１１ｃ内に、移動体５４が配置されている。移動体５４は、直方体状、より詳細には矩形板状の形状を有している。このように、本発明においては、移動体の形状は、筒状体や柱状体に限定されず、直方体状などの様々な形状とすることができる。
　図２３に示すように、本実施形態では、移動体５４の対向し合う一対の側面に、それぞれ、圧接部材５８が固定されている。図２４に示すように、圧接部材５８は、金属からなり、第１の端部５８ａと第２の端部５８ｂとを有する。圧接部材５８は、第１の端部５８ａ及び第２の端部５８ｂにおいて、移動体５４の側面に固定されている。そして、第１の端部５８ａと第２の端部５８ｂとを結ぶ長さ方向を有する。この長さ方向中央部が図２１に示すように、移動体５４の側面から遠ざかるように付勢されている。圧接部材５８は、上記形状を有し、板バネとして作用する。
　上記第１の端部５８ａと第２の端部５８ｂとの間の弾発部５８ｃが開口部１１ｃの内側面に接触すなわち圧接されている。このように、本実施形態では、板バネ状の圧接部材５８を用いてもよい。なお、板バネに限らず、直線状の弾性部材を中央部において弾発力を有するように形成してなる、線バネを用いてもよい。
　図２６は本発明の第６の実施形態で用いられている移動体６１の斜視図である。移動体６１は、略矩形板状の形状を有する。もっとも、移動体６１の一方の主面上には、長さ方向両端に突出部６１ａ，６１ａが設けられている。他方主面上においても、長さ方向両端に突出部６１ｂ，６１ｂが設けられている。
　図２７は、本実施形態で移動体に取り付けられる圧接部材６２を示す斜視図である。圧接部材６２は金属板からなり、屈曲させることにより板バネとして作用する。
　この圧接部材６２の長さは、上記突出部６１ａと突出部６１ａとの間の距離よりも長くされている。
　図２８に示すように、上記圧接部材６２を屈曲させ、突出部６１ａ，６１ａ間に取り付ける。それによって、圧接部材６２が板バネとして作用することとなる。突出部６１ｂ，６１ｂ間にも、同様に板バネからなる圧接部材６２が取り付けられている。
　このような移動体６１に圧接部材６２を取り付けた構造は、例えば、第５の実施形態で用いた矩形枠状の開口部を有する弾性体１１と組み合わせて用いることができる。
　また、図２９は、本発明の第７の実施形態で用いられている移動体の斜視図である。移動体７１は、直方体状の形状を有する。すなわち、平面形状がほぼ正方形である。移動体７１の上面７１Ａにおいては、側面７１Ｃ，７１Ｄとのなす端縁に沿うように、突出部７１ａ，７１ａが設けられている。突出部７１ａ，７１ａは上面７１Ａよりも上方に突出している。また、突出部７１ａ，７１ａは、側面７１Ｃ，７１Ｄよりも外側にも突出している。同様に、下面７１Ｂにおいては、下面７１Ｂと側面７１Ｃ，７１Ｄとのなす各端縁に沿うように、突出部７１ｂ，７１ｂが設けられている。
　図２９に示す移動体７１のように、平面形状が正方形の移動体７１を用いてもよい。ここでは、図２７に示した圧接部材６２が上記突出部７１ａ，７１ａまたは突出部７１ｂ，７１ｂを利用して取り付けられる。
　図３０に示すように、上面７１Ａにおいて、突出部７１ａ，７１ａ間に圧接部材６２を取り付けてもよい。さらに、下面７１Ｂにおいても、突出部７１ｂ，７１ｂ間に圧接部材６２を取り付けることができる。さらに、側面７１Ｃ，７１Ｄにおいても、突出部７１ａと突出部７１ｂとの間に圧接部材６２を取り付けることができる。
　あるいは、図３１に示すように、側面７１Ｃ，７１Ｄにおいてのみ圧接部材６２，６２を取り付けてもよい。
　第６及び第７の実施形態のように、圧接部材６２を板バネで構成する場合、移動体６１，７１の形状を工夫するだけで、圧接部材を容易に移動体に取り付けることができる。
　なお、図２６における突出部６１ａ，６１ａ，６１ｂ，６１ｂが設けられている構成は、表現を変えれば、矩形板状の移動体６１の上面及び下面に凹部を形成した構造と表現することもできる。すなわち、一対の対向壁６１ａ１，６１ａ１を有するように上面に凹部を形成することにより、突出部６１ａ，６１ａを形成してもよい。あるいは、前述したように、矩形板状の状態の上面から上方に突出するように突出部６１ａ，６１ａが形成されていてもよい。
　（結合モードを利用した第８の実施形態）
　本発明の駆動装置では、板状の駆動ユニットは、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されてもよい。このような結合モードの振動を利用した第８の実施形態を以下において説明する。
　なお、第８の実施形態に係る駆動装置では、図１９に示した圧電素子を用いている。また、その他の構成については、板状の駆動ユニットにおいて結合モードが生じるように構成されていることを除いては、第１の実施形態の駆動装置と同様である。従って、第８の実施形態の説明において、第１の実施形態に係る駆動装置について示した、図１（ａ）及び図１（ｂ）～図８、並びに図１～図８と、第４の実施形態について示した図１９とを参照して説明した説明を援用することとする。
　具体的には、第８の実施形態では、板状の駆動ユニット３の弾性体１１の寸法を調整することにより、屈曲振動と、拡がり振動とを結合してなる結合モードが励振されるように構成されている。その他の構成については、駆動方法を除いては、第１の実施形態と同様である。
　上記駆動ユニット３における弾性体１１として、ステンレスからなり、８．５ｍｍ×８．５ｍｍ並びに矩形の開口縁と外周縁とを結ぶ幅方向の寸法が１．０ｍｍの弾性体１１を用意した。この弾性体１１において、厚みを種々変化させ、弾性体表面に圧電素子１２を貼り合せ、駆動ユニット３を構成した。この厚みが異なる駆動ユニット３の圧電素子を駆動し、振動させた。この場合の屈曲振動及び拡がり振動の共振周波数の変化を図３２に示す。図３２から明らかなように、弾性体の厚みが増加するにつれて、屈曲振動の共振周波数は厚みが増加してもさほど上昇しない。これに対して、拡がり振動の共振周波数は、弾性体１１の厚みが増加するにつれて上昇し、厚みが１．２ｍｍ～１．５ｍｍの範囲では、屈曲振動の共振周波数に近づいていることがわかる。特に、厚みが１．３ｍｍ～１．４ｍｍにおいて、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数がほぼ一致する程度に近接していることがわかる。このような場合、屈曲振動と拡がり振動が結合し、結合モードの振動が生じる。このような結合モードの振動が生じるように弾性体１１の厚みを設定した。
　より具体的には、厚みを１．３７ｍｍとし、駆動パルス信号を、周波数を変化させつつ印加した。この駆動ユニット３の共振特性を図３５に示す。図３５から明らかなように、駆動周波数が９０．２ｋＨｚのところに共振周波数を有するモード１と、駆動周波数が８７ｋＨｚの場合に共振周波数が現れるモード２とが存在することがわかる。図３３は、モード１の場合の駆動ユニット３の振動姿態を示す斜視図である。図３４は、モード２の場合の結合モードの振動姿態を示す斜視図である。
　上記屈曲振動と拡がり振動の結合モードの振動では、弾性体１１の開口部１１ｃの内壁が移動体４に摩擦係合している移動可能状態と、開口部１１ｃの内壁が移動体に対して隔てられており、あるいは移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体４に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有する。このような振動姿態は、モード１及びモード２のいずれの場合においても生じる。但し、モード１では、移動可能状態において結合モードにより、移動体４が前進するように移動体４が移動されることになる。他方、モード２では、移動可能状態において、開口部１１ｃの内壁が移動体４を後退させる。
　言い換えれば、本実施形態では、上記結合モードがモード１の場合には、移動体４を上記結合モードの振動により前進させることができる。他方、後退させたい場合には、モード２が生じるように駆動周波数を切り替えることにより、移動体４を後退させることができる。
　上記結合モードの振動は、本実施形態では、屈曲振動と、拡がり振動とが結合することにより形成されている。結合させるには、好ましくは、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数が一致されておればよい。もっとも、双方の共振周波数は、完全に一致されておらずともよく、ほぼ一致されておればよい。より具体的には、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数との差の絶対値が、モード１における共振周波数と、モード２における共振周波数との平均値±１５％の範囲内、より好ましくは平均値±５％の範囲内であればよい。このような範囲内であれば、上記モード１及びモード２をより一層確実に発現させることができる。
　上記結合モードの振動を利用することにより、第８の実施形態では、第１の実施形態に比べて、屈曲振幅を大きくすることができる。これは、振動が単振動の形となるため、屈曲振幅を大きくすることができることによる。これを、図３６を参照して説明する。図３６の実線は、上記モード１の場合の変位ヒステリシスを示す図であり、破線は第１の実施形態の場合の変位ヒステリシスを示す図である。
　図３６の破線で示すように、第１の実施形態では、拡がり振幅がマイナスの場合とプラスの場合とで、リリース状態及び移動可能状態が実現され、かつ屈曲振幅の大きさだけ移動体４を前進させることができる。
　他方、実線で示す第８の実施形態においては、結合モードにより、拡がり振幅がマイナスの場合のリリース状態と、拡がり振幅がプラス側である移動可能状態とが実現され、いずれにしても、屈曲振幅は非常に大きい。そのため、移動体を高速で移動させることができ、かつ大きな変位量を得ることができる。これを、図３７～図４０を参照してより具体的に説明する。
　図３７は、前述したモード１の場合の駆動パルスと、屈曲振動及び拡がり振動の変位量との関係を示す図である。なお、この屈曲振動の変位及び拡がり振動の変位が結合し、モード１の結合モードの振動が実現されている。モード１の場合には、屈曲振動と拡がり振動とがほぼ逆位相となるように、屈曲振動と拡がり振動とが結合されている。従って、移動体４を前進させることができる。
　これに対して、図３８に示すように、モード２の場合には、屈曲振動の位相と拡がり振動の位相がほぼ一致するように両者が結合されている。そのため、モード２では、移動体４を後退させることができる。
　いずれにしても、屈曲振動の変位量が前進時及び後退時のいずれにおいてもかなり大きいため、また屈曲振動が正弦波の形で変位するため、大きな変位量の得られることがわかる。
　図３９は、第８の実施形態の駆動装置における駆動パルス及び移動体４の変位量の時間的変化を示す図である。図３９から明らかなように、第８の実施形態では、駆動開始当初から移動体４を移動させることができ、かつ高速で移動させ得ることがわかる。また、図３９から明らかなように、第８の実施形態では、移動体４の後退も生じ難いことがわかる。
　図４０は、上記駆動パルスの駆動周波数と、移動体の速度との関係を示す図である。
　第８の実施形態において、上記駆動パルスの周波数を変化させると、前述したように、モード１またはモード２の結合モードが強く励振される。図４０は、モード１が生じる駆動周波数付近の駆動周波数と移動体速度との関係を示す図である。本実施形態では、９３ｋＨｚとすれば、移動体４を最も高速で移動することができることがわかる。また、駆動周波数が９０～９７ｋＨｚの範囲内であれば、移動体４を十分に高速で移動させ得ることがわかる。このような周波数範囲では、モード１の結合モードが強く励振されるためである。
　なお、図４０では図示していないが、９０ｋＨｚよりも低い周波数域では、前述したモード２の結合モードが強く励振される周波数範囲が現れる。従って、駆動周波数を変化させることにより、モード１あるいはモード２により、移動体４を高速で前進または後退させることができる。
　第８の実施形態では、屈曲振動と、拡がり振動との結合モードを用いたが、屈曲振動と結合される他の振動は拡がり振動に限定されない。すなわち、屈曲振動と結合し得る限り、前述した第１の実施形態における他の振動と同様の他の振動を用いることができる。
　また、第８の実施形態では、弾性体１１の厚みを調整することにより、結合モードの振動を生じさせていたが、弾性体１１の厚みだけでなく、他の寸法や材質などを考慮して、上記結合モードの振動を生じさせてもよい。
　前述したように、第８の実施形態は上記結合モードの振動を利用したことにおいて第１，第４の実施形態と異なるものであり、従って、その他の構成については、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例、並びに第２，第３，及び第５～第７の実施形態で示したように、適宜変形することができる。よって、第１の実施形態の変形例や第２，第３，及び第５～第７の実施形態についての説明も第８の実施形態の駆動装置の説明に援用することとする。
　なお、上記第１～第８の実施形態から明らかなように、弾性体の開口部もしくは外形の平面形状は、円形であってもよく、矩形などの異方性を有する非円形の形状であってもよい。そして、非円形の異方性を有する形状である場合には、前述したように、弾性体の寸法を調整することにより、屈曲振動の共振周波数と、他の振動の共振周波数を容易に調整することができる。従って、弾性体の平面形状や開口部の平面形状は、非円形の異方性を有する形状であることが望ましい。より好ましくは、弾性体の外形の平面形状と、開口部の平面形状との双方が非円形であることが好ましい。
１…駆動装置
２…支持台
２ａ…プレート部
２ｂ…貫通孔
２ｃ…支持突起
３…駆動ユニット
４…移動体
５…ホルダ
５ａ…溝
６…レンズ
７…透明板
８…圧接部材
１１…弾性体
１１ａ…上面
１１ｂ…下面
１１ｃ…開口部
１２，１２Ａ…圧電素子
１２ａ…貫通孔
１３…圧電体
１４，１５…電極
１６…駆動パルス源
３１…駆動装置
３３…駆動ユニット
３４…弾性体
３４ｃ…開口部
３５…圧電素子
４１…弾性体
４２…圧電素子
４３…駆動ユニット
５１…駆動装置
５３…駆動ユニット
５４…移動体
５８…圧接部材
５８ａ，５８ｂ…第１，第２の端部
５８ｃ…弾発部
６１，７１…移動体
６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ…突出部
６１ａ１…対向壁
６２…圧接部材
７１Ａ…上面
７１Ｂ…下面
７１Ｃ，７１Ｄ…側面

Claims (23)

  1. 　対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、
    　前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、
    　前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動で、または屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、
    　前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、
    　前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、駆動装置。
  2. 　前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記他の振動が、前記屈曲振動によって前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している前記移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触している前記リリース状態とを実現する振動姿態とを有し、
    　前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により前記移動体をピッチ送りにより移動させる、請求項１に記載の駆動装置。
  3. 　前記屈曲振動と、前記他の振動とが同一周期となるように駆動される、請求項１または２に記載の駆動装置。
  4. 　前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、前記結合モードの振動で振動するように構成されており、
    　前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、
    　前記駆動ユニットの前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、請求項１に記載の駆動装置。
  5. 　前記屈曲振動と、前記他の振動とが結合して前記結合モードが励振されるように、前記弾性体の寸法が調整されている、請求項４に記載の駆動装置。
  6. 　前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１～５のいずれか１項に記載の駆動装置。
  7. 　前記開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１～６のいずれか１項に記載の駆動装置。
  8. 　前記移動体が、前記移動方向に延びかつ前記弾性体の開口部に摩擦係合し得る側面を有し、前記側面において、前記弾性体の前記開口部に対する摩擦係合力を高める圧接部材が設けられている、請求項１～７のいずれか１項に記載の駆動装置。
  9. 　前記圧接部材が、前記側面において前記移動体の周方向に延び、常時よりも縮径した状態で取り付けられているリング状部材であり、前記移動体の側面に取り付けられた状態で該側面から外側に向かう弾発力を発現している、請求項８に記載の駆動装置。
  10. 　前記リング状部材が、リングの一部が切り欠かれた形状を有する、請求項９に記載の駆動装置。
  11. 　前記移動体の側面に溝が形成されており、前記圧接部材の一部が前記溝に嵌まり合っている、請求項８～１０のいずれか１項に記載の駆動装置。
  12. 　前記圧接部材が、第１の端部と、第１の端部とは反対側の第２の端部とを結ぶ方向が長さ方向である複数のバネ部材であり、各バネ部材は、第１の端部と第２の端部との間の部分が前記長さ方向と直交する方向に変位し得るように構成されており、前記移動体の前記側面に前記バネ部材の前記第１，第２の端部が固定されており、第１の端部と第２の端部との間のバネ部材部分が移動体の側面から遠ざかる方向に付勢するように撓まされており、撓んでいる部分の頂点が前記弾性体の前記開口部に圧接されている、請求項８に記載の駆動装置。
  13. 　前記板状の弾性体と前記圧電素子の平面形状が異なっている、請求項１～１２のいずれか１項に記載の駆動装置。
  14. 　前記圧電素子が中央に開口部を有し、圧電素子の開口部が前記弾性体の開口部よりも大きく、前記圧電素子が前記弾性体の開口部の周縁に至っていない、請求項１～１３のいずれか１項に記載の駆動装置。
  15. 　前記圧電素子が複数設けられている、請求項１～１４のいずれか１項に記載の駆動装置。
  16. 　前記他の振動が複数種の振動である、請求項１～１５のいずれか１項に記載の駆動装置。
  17. 　前記圧電素子が前記弾性体の第１及び第２の主面のうち一方の主面に設けられている、請求項１～１６のいずれか１項に記載の駆動装置。
  18. 　前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備える、請求項１～１７のいずれか１項に記載の駆動装置。
  19. 　対向し合う第１，第２の主面を有しかつ中央に第１の主面から第２の主面に向かって貫通している開口部を有する板状の弾性体と、該板状の弾性体の少なくとも一方の主面に接合された圧電素子とを有する板状の駆動ユニットと、
    　前記板状の弾性体の開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより前記板状の弾性体の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向に移動される移動体とを備え、
    　前記圧電素子を駆動することにより前記板状の駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動で、または屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動が結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、
    　前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の内壁が前記移動体に対して隔てられておりあるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有し、
    　前記圧電素子に電気的に接続されており、前記屈曲振動及び他の振動または前記結合モードの振動が生じるように、前記圧電素子に駆動パルスを与える駆動パルス源をさらに備え、
    　前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により前記移動体を移動させる、駆動装置。
  20. 　前記板状の駆動ユニットが、前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動で振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記屈曲振動及び前記他の振動が同一周期で発現するように前記圧電素子に前記駆動パルスを与え、それによって前記移動体を前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動によりピッチ送りさせる、請求項１９に記載の駆動装置。
  21. 　前記駆動ユニットが、前記結合モードの振動により振動するように構成されており、前記駆動パルス源が、前記結合モードの振動が生じるように前記圧電素子に駆動パルスを与える、請求項１９に記載の駆動装置。
  22. 　前記駆動ユニットの前記移動体の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１９～２１のいずれか１項に記載の駆動装置。
  23. 　前記駆動ユニットの前記弾性体の開口部の平面形状が非円形の異方性を有する形状である、請求項１９～２２のいずれか１項に記載の駆動装置。
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