振動アクチュエータ

【課題】安定して高い位置精度で、容易に相対移動を発生させることが可能な振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】移動体の振動体との接触面は、移動方向に沿って表面状態の異なる通常区間とスタック区間の連続する２つの区間から構成され、スタック区間における振動体から移動体に伝達される駆動力は、通常区間における駆動力よりも小さく、振動体の振動振幅を制御する制御部は、通常区間においてのみ移動体を移動可能な振動振幅で振動体を振動させる通常励振モードと、振動振幅が通常励振モードより大きく、通常区間およびスタック区間のいずれにおいても移動体を移動可能な振動振幅で振動体を振動させる拡大励振モードを備え、通常励振モードと拡大励振モードとをそれぞれ所定の時間毎に切替えて実行する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータに関し、特に振動体を移動体に加圧接触させて相対移動を発生させる振動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な移動装置に振動アクチュエータを用いることが試みられている。振動アクチュエータは、通常、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子を備えた振動体に駆動信号を入力して振動体を伸縮運動させ、振動体の表面に楕円運動をさせることにより、振動体に加圧された状態で接触する移動体との間で摩擦力により相対運動を発生させるものである。
【０００３】
しかしながら、振動アクチュエータは、駆動力がギヤ等によって伝達されるものではなく、振動体と移動体との接触部において摩擦により伝達される構成であることから、振動体と移動体との相対滑りが発生し、振動体の駆動量と移動体の移動量との関係が１対１の比例関係を満足しない場合がある。この為、エンコーダ等の位置検出センサを用いて振動体と移動体との相対位置を検出し、位置制御をおこなう必要があった。しかしながら、位置検出センサを用いることにより、装置の複雑化と高価格化を招く恐れがあるので、エンコーダ等の位置検出センサに代わる位置検出方法が種々検討されてきた。
【０００４】
例えば、ロータ（移動体）またはステータ（振動体）の一方に定在波を発生させ、他方でその振動を検出することにより相対位置を検出する方法（特許文献１参照）、また、ロータに設けられた突起と該突起に当接する負荷バネにより、ロータの回転に伴った負荷変動を発生させ、該負荷変動を超音波モータの駆動電流の変化として検出することにより、ロータ位置を検出する方法（特許文献２参照）が知られている。
【特許文献１】特開２０００−７８８６４号公報
【特許文献２】特開２００１−２１１６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この様に、エンコーダ等の位置検出センサに代わる位置検出方法が種々検討されてきた。しかしながら、特許文献１に開示されている方法においては、振動検出センサや検出回路等を備えた位置検出手段が必要であり、また、特許文献２に開示されている方法においては、負荷変動発生機構や電流検出回路等が必要であることから、依然として装置の複雑化と高価格化を抑えることは困難なものと考えられる。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、圧電素子を備えた振動体を移動体に加圧接触させて相対移動を発生させる振動アクチュエータにおいて、装置の複雑化と高価格化を招くことなく、安定して高い位置精度で、容易に相対移動を発生させることが可能な振動アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、下記の１乃至６のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【０００８】
１．圧電素子を備え、該圧電素子の励振により振動を発生する振動体と、該振動体に加圧接触され、該振動体に対して相対移動を生じる移動体と、該振動体の振動振幅を制御する制御部と、を備えた振動アクチュエータであって、
前記移動体の前記振動体との接触面は、移動方向に沿って表面状態の異なる通常区間とスタック区間の連続する２つの区間から構成され、
前記スタック区間における前記振動体から前記移動体に伝達される駆動力は、前記通常区間における前記駆動力よりも小さく、
前記制御部は、前記通常区間においてのみ前記移動体を移動可能な振動振幅で前記振動体を振動させる通常励振モードと、振動振幅が前記通常励振モードより大きく、前記通常区間および前記スタック区間のいずれにおいても前記移動体を移動可能な振動振幅で前記振動体を振動させる拡大励振モードを備え、前記通常励振モードと前記拡大励振モードとをそれぞれ所定の時間毎に切替えて実行することを特徴とする振動アクチュエータ。
【０００９】
２．前記スタック区間における前記移動体の前記振動体との接触面の摩擦係数は、前記通常区間における前記摩擦係数よりも小さいことを特徴とする前記１に記載の振動アクチュエータ。
【００１０】
３．前記スタック区間における前記移動体の前記振動体との接触面には、凹部または凸部が形成されていることを特徴とする前記１に記載の振動アクチュエータ。
【００１１】
４．前記制御部は、前記圧電素子に該圧電素子を駆動する電圧を供給し、前記拡大励振モード時には前記通常励振モード時よりも大きな前記電圧を前記圧電素子に供給することを特徴とする前記１乃至３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【００１２】
５．前記制御部は、前記圧電素子に該圧電素子を駆動する電流を供給し、前記拡大励振モード時には前記通常励振モード時よりも大きな前記電流を前記圧電素子に供給することを特徴とする前記１乃至３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【００１３】
６．前記制御部は、前記圧電素子に該圧電素子を駆動する駆動信号を供給し、前記拡大励振モード時と前記通常励振モード時とでは異なる周波数の前記駆動信号を前記圧電素子に供給することを特徴とする前記１乃至３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御部は、通常区間においてのみ移動体を移動可能な振動振幅で振動体を振動させる通常励振モードと、振動振幅が通常励振モードより大きく、通常区間およびスタック区間のいずれにおいても移動体を移動可能な振動振幅で振動体を振動させる拡大励振モードを備え、通常励振モードと拡大励振モードとをそれぞれ所定の時間毎に切替えて実行する様にした。したがって、通常励振モードと拡大励振モードのそれぞれの駆動時間を調整することにより、移動体を所定位置で停止および移動開始させることができる。これにより、位置検出手段を必要としないオープンループ制御によるステップ駆動が可能となり、制御の簡素化および装置の小型化、低価格化を図ることができる。
【００１５】
また、スタック区間における移動体の振動体との接触面の摩擦係数は、通常区間における摩擦係数よりも小さくする様にした。したがって、スタック区間における振動体から移動体に伝達される駆動力は、通常区間における駆動力よりも小さくすることができる。また、スタック区間における移動体の振動体との接触面には、凹部または凸部設ける様にした。したがって、移動方向に向けて凹部または凸部の上り傾斜面における振動体から移動体に伝達される駆動力は、通常区間における駆動力よりも小さくすることができる。
【００１６】
また、拡大励振モード時には通常励振モード時よりも大きな駆動電圧または駆動電流を圧電素子に供給する様にした。したがって、拡大励振モード時には通常励振モード時よりも大きな振動振幅で振動体を振動させることができる。また、拡大励振モード時と通常励振モード時とでは異なる周波数の駆動信号を圧電素子に供給する様にした。したがって、例えば、拡大励振モード時には、駆動信号の周波数を圧電素子の共振周波数に近づけることにより、通常励振モード時よりも大きな振動振幅で振動体を振動させることができ、また、低い駆動電圧で駆動することができる様になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面に基づいて、本発明に係る振動アクチュエータの実施の形態を説明する。
【００１８】
〔実施形態１〕
最初に、実施形態１による振動アクチュエータ１の構成を図１を用いて説明する。図１は、振動アクチュエータ１の全体構成の概要を示す図である。
【００１９】
振動アクチュエータ１は、図１に示す様に、振動体１０、保持部２０、ロータ３０（移動体）、及び制御部５０等を有し、電気−機械エネルギー変換素子である積層型圧電素子１１，１１’を備えた振動体１０に制御部５０より駆動信号を入力して振動体１０を伸縮運動させ、振動体１０の表面に楕円運動をさせることにより、振動体１０に加圧された状態で接触するロータ３０との間で摩擦力により相対運動を発生させるものである。
【００２０】
最初に、積層型圧電素子１１の構成を図２を用いて説明する。図２は、積層型圧電素子１１の構成を示す図である。
【００２１】
積層型圧電素子１１（以下、圧電素子１１と略称する）は、図２に示す様に、ＰＺＴ等の圧電特性を示す複数のセラミック薄板１１１と電極１１２，１１３を交互に積層したものであり、各セラミック薄板１１１と電極１１２，１１３とは接着剤等により固定されている。１つおきに配置された各電極１１２及び１１３は、それぞれ信号線１１４，１１５を介して駆動電源１１６に接続されている。信号線１１４と１１５の間に所定の電圧を印加すると、電極１１２と１１３に挟まれた各セラミック薄板１１１には、その積層方向に電界が発生し、その電界は１つおきに同じ方向である。従って、各セラミック薄板１１１は、１つおきに分極の方向が同じになる（隣接する２つのセラミック薄板１１１の分極方向は逆となる）ように積層されている。
【００２２】
駆動電源１１６により直流の駆動電圧を各電極１１２と１１３の間に印加すると、全てのセラミック薄板１１１が同方向に伸縮し、圧電素子１１が全体として伸縮する。電界が小さく、かつ変位の履歴が無視できる領域では、各電極１１２と１１３の間に発生する電界と圧電素子１１の変位との関係はほぼ直線的である。次に、駆動電源１１６により交流の駆動電圧を各電極１１２と１１３の間に印加すると、その電界に応じて各セラミック薄板１１１は同方向に伸縮を繰り返し、圧電素子１１が全体として伸縮を繰り返す。また、圧電素子１１には、その構造や電気的特性により決定される固有の共振周波数があり、交流の駆動電圧の周波数が圧電素子１１の共振周波数と一致すると、インピーダンスが最も低下し、圧電素子１１の変位が増大する。圧電素子１１は、その外形寸法に対して変位が小さいことから、低い電圧で駆動するためには、この共振現象を利用することが好適である。なお、圧電素子１１の構成は、前述の構成に限らず、圧電素子１１の変位により振動体１０のロータ３０との接触部に楕円振動（円振動を含む）を発生させる構成であればよい。
【００２３】
次に、振動体１０の構成を図３を用いて説明する。図３は、振動体１０の構成を示す図である。
【００２４】
振動体１０は、図３に示す様に、２つの圧電素子１１，１１’を備え、圧電素子１１，１１’のそれぞれの一端は略直角に交差して配置され、それらの交差側端部にチップ部材１２が接着剤により接合されている。一方、圧電素子１１，１１’のそれぞれの他端はベース部材１３に接着剤により接合されている。このような構成の振動体１０において、圧電素子１１，１１’を所定の位相差（例えば１８０度）を持つ異なる交流信号でそれぞれ駆動することにより、チップ部材１２を、図３に示す様に、楕円軌道Ｃ（円軌道を含む）を描くように移動、すなわち楕円振動をさせることができる。
【００２５】
チップ部材１２の楕円振動の振幅は圧電素子１１，１１’の変位で調整可能であり、圧電素子１１，１１’の変位は圧電素子１１，１１’を駆動する駆動電圧によって調整可能である。したがって、圧電素子１１，１１’の駆動電圧を調整することにより楕円振動の振幅を調整することができる。圧電素子１１，１１’の駆動電圧は後述の制御部５０で制御され、制御部５０は、通常励振モードと通常励振モードよりも大きな振幅でチップ部材２０を楕円振動させることができる拡大励振モードの２つの駆動モードを有している。尚、通常励振モード、拡大励振モードによる駆動の詳細は後述する。
【００２６】
また、圧電素子１１，１１’の変位は、圧電素子１１，１１’を駆動する駆動電流によっても調整可能であるので、駆動電流を調整することにより楕円振動の振幅を調整する様にしてもよい。また、圧電素子１１，１１’を駆動する信号の周波数が、圧電素子１１，１１’の共振周波数から離れるにつれて圧電素子１１，１１’の変位が小さくなることから、駆動信号の周波数を調整することにより楕円振動の振幅を調整する様にしてもよい。
【００２７】
このような構成の振動体１０において、楕円振動状態のチップ部材１２を所定の圧力でロータ３０に加圧すると、チップ部材１２の振動周期と同じ周期の繰り返し摩擦力がロータ３０とチップ部材１２との間に発生する状態となる。この繰り返し摩擦力が駆動力となり、ロータ３０を移動させることができる。駆動源は摩擦力であるから、摩擦係数が小さければ摩擦力も小さくなり、駆動力も小さくなる。駆動力がロータ３０の負荷を下回ればロータ３０を移動させることができない。逆に振動振幅が大きければ摩擦力は大きくなり、駆動力も大きくなる。
【００２８】
次に、保持部２０の構成を図４を用いて説明する。図４は、保持部２０の構成を示す図である。
【００２９】
保持部２０は、図４に示す様に、図示しないプレートに設けられた回転軸２０Ｘに回動可能に支持されている。引張コイルバネ２１はその一端がプレートに設けれたフック２３に取り付けられ、他端が保持部２０のバネ取り付け部２２に係合しており、保持部２０が時計方向に回転するよう保持部２０を付勢している。保持部２０は振動体１０と係合部２０ａ，２０ｂの２箇所で接触している。引張コイルバネ２１による保持部２０の時計方向回転力は係合部２０ａ，２０ｂを介して振動体１０に伝達され、振動体１０はロータ３０に押圧され、振動体１０のチップ部材１２がロータ３０の円筒面と接触する。この状態で振動体１０を振動させると、ロータ３０に駆動力を伝達することができる。
【００３０】
次に、ロータ３０の構成を図５を用いて説明する。図５は、ロータ３０の構成を示す図である。
【００３１】
ロータ３０は、本発明における移動体に該当し、図５に示す様に、図示しないプレートに設けられた回転軸３０Ｘに回動可能に支持された円筒形状の回転体である。ロータ３０の素材は耐摩耗性の高いアルミナ等が好適である。
【００３２】
図５に示す様に、ロータ３０がチップ部材１２と接触する接触面には表面粗さが均一な通常区間Ｎが設けられている。また、通常区間Ｎに挟まれて通常区間Ｎより表面粗さが小さいスタック区間Ｓが設けられている。スタック区間Ｓのロータ３０とチップ部材１２との接触面は研磨加工により表面粗さを通常区間Ｎより小さくしてあり、その結果摩擦係数が通常区間Ｎよりも小さい。前述のように、駆動力は繰り返し摩擦力であるから、ロータ３０とチップ部材１２との接触部の摩擦係数が小さければ駆動力も小さい。したがって、スタック区間Ｓにおける駆動力は通常区間Ｎにおける駆動力よりも小さい。
【００３３】
ここでロータ３０の負荷Ｆ０と駆動力Ｐの関係を図６を用いて説明する。図６は、励振モードによるロータ負荷Ｆ０と駆動力Ｐの関係を示す模式図である。
【００３４】
図６に示す様に、スタック区間Ｓにおける通常励振モード時の駆動力ＰＬ０のみがロータ負荷Ｆ０を下回るように設定されている。つまり、スタック区間Ｓにおける通常励振モード時のみロータ３０を駆動不能であり、それ以外の場合は駆動可能である。
【００３５】
図１に戻って、制御部５０は、制御ＣＰＵ５１、駆動回路５２等を有し、振動体１０の動作を統括制御する。
【００３６】
制御ＣＰＵ５１は、マイクロコンピュータからなり、振動体１０を励振する圧電素子１１，１１’の駆動電圧を駆動回路５２を介して制御する。制御ＣＰＵ５１は、通常励振モードと通常励振モードよりも大きな振幅で圧電素子１１，１１’を振動させることができる拡大励振モードの２つの駆動モードを有し、制御ＣＰＵ５１内に設けられた図示しない計時部によって計時された所定の時間毎に通常励振モードと拡大励振モードとを切替えて圧電素子１１，１１’を駆動する。
【００３７】
駆動回路５２は、制御ＣＰＵ５１で設定された励振モードに基づいて、圧電素子１１，１１’を駆動する電圧を生成し、供給する。
【００３８】
次に、このような構成の振動アクチュエータ１において、ロータ３０を１回転ずつステップ的に回転させる動作について図７、図８を用いて説明する。図７は、ロータ３０の回転動作を示す模式図、図８は、１サイクルにおけるロータ３０の動作状態、区間、励振モード、及び駆動力等を示すタイムチャートである。
【００３９】
最初に、図７（ａ）に示す様に、チップ部材１２の位置が通常区間Ｎとスタック区間Ｓの境界位置Ｈにあるとき、拡大励振モードで圧電素子１１，１１’の駆動を開始する。駆動時間は、図８に示す様に、所定時間ｔｗ０である。所定時間ｔｗ０は拡大励振モードで境界位置Ｈからスタック区間Ｓの全域を移動するのに必要な時間の最大値より長く、１回転して再び境界位置Ｈに到達するまでの時間より短い既知の時間である。ｔｗ０期間では、駆動力がＰＨ０となり常にロータ負荷Ｆ０を上回っているので振動体１０はロータ３０を停止させることなく回転させる。そしてスタック区間Ｓを通過し、図７（ｃ）に示す位置に到達する。次に励振モードを通常励振モードに切替え、圧電素子１１，１１’を所定時間ｔｗ１の間駆動する。ここでも駆動力ＰＬ１がロータ負荷Ｆ０を上回っているのでロータ３０は継続して回転し、１回転して再び境界位置Ｈに到達する。ところが境界位置Ｈから先のスタック区間Ｓでは駆動力がＰＬ１からＰＬ０に低下しロータ負荷Ｆ０を下回るのでロータ３０は回転を行うことができずに境界位置Ｈで停滞する。この状態はｔｗ１が経過するまで継続し、ｔｗ１が経過するとロータ３０は再び境界位置Ｈで停止する。所定時間ｔｗ１は通常区間Ｎを全域移動するのに必要な時間の最大値より長い既知の時間である。
【００４０】
このように、所定時間ｔｗ０の拡大励振モード駆動と所定時間ｔｗ１の通常励振モードを１ステップ（１サイクル）として、図９に示す様に、この１ステップ動作を繰り返すことにより、ロータ３０の停止位置Ｈを起点として１回転ずつステップ的に駆動することができる。
【００４１】
この様に、本発明に係る振動アクチュエータ１においては、制御部５０は、通常区間Ｎにおいてのみロータ３０を移動可能な振動振幅で振動体１０を振動させる通常励振モードと、振動振幅が通常励振モードより大きく、通常区間Ｎおよびスタック区間Ｓのいずれにおいてもロータ３０を移動可能な振動振幅で振動体１０を振動させる拡大励振モードを備え、通常励振モードと拡大励振モードとをそれぞれ所定の時間毎に切替えて実行する様にした。したがって、通常励振モードと拡大励振モードのそれぞれの駆動時間を調整することにより、ロータ３０を所定位置で停止および移動開始させることができる。これにより、位置検出手段を必要としないオープンループ制御によるステップ駆動が可能となり、制御の簡素化および装置の小型化、低価格化を図ることができる様になる。
【００４２】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２による振動アクチュエータ１について説明する。その要部構成は、前述した実施形態１と略同様なので詳細な説明は省略し、第１の実施形態と構成の異なるロータ３０について説明する。
【００４３】
最初に、ロータ３０の構成およびロータ負荷Ｆ０について図１０乃至図１３を用いて説明する。図１０は、実施形態２によるロータ３０の構成を示す図、図１１は、チップ部材１２が通常区間Ｎにてロータ３０から受ける反力を示す模式図、図１２は、チップ部材１２が下り勾配のスタック区間Ｓにてロータ３０から受ける反力を示す模式図、図１３は、チップ部材１２が上り勾配のスタック区間Ｓにてロータ３０から受ける反力を示す模式図である。
【００４４】
ロータ３０がチップ部材１２と接触する接触面の摩擦係数は均一であるが、図１０に示す様に、接触面にはＶ字型の凹部３０Ｖが一箇所形成されている。チップ部材１２が凹部３０Ｖ以外の区間にあるときは、チップ部材１２がロータ３０から受ける反力は図１１に示す様に、押圧方向の反力Ｎのみであり、駆動方向の成分は発生しない。チップ部材１２が凹部３０Ｖの駆動方向に対して下り勾配区間上にあるときは、図１２に示す様に、駆動方向の成分（Ｎ・ｔａｎθ）が発生する。この成分は駆動力を増加させる成分として作用する。一方、チップ部材１２が凹部３０Ｖの駆動方向に対して上り勾配区間上にあるときは、図１３に示す様に、駆動方向とは逆の成分（Ｎ・ｔａｎθ）が発生する。この成分は駆動力を減少させる成分として作用する。したがって、ロータ負荷Ｆ０は凹部３０以外の区間ではＦ０、下り勾配区間ではＦＬ（Ｆ０−（Ｎ・ｔａｎθ））、上り勾配区間ではＦＨ（Ｆ０＋（Ｎ・ｔａｎθ））となり、上り勾配区間がスタック区間Ｓ、それ以外の区間が通常区間Ｎとなる。
【００４５】
また、圧電素子１１，１１’の駆動モードは実施形態１と同様に駆動電圧によって通常励振モードと拡大励振モードの切り替えが可能である。摩擦係数は均一なので、駆動力は通常励振モード時のＰＬ、拡大励振モード時のＰＨの２種である。
【００４６】
ここでロータ３０の負荷Ｆ０と駆動力Ｐの関係を図１４を用いて説明する。図１４は、励振モードによるロータ負荷Ｆ０と駆動力Ｐの関係を示す模式図である。
【００４７】
図１４に示す様に、駆動力がロータ負荷を下回るのは上り勾配区間における通常励振モード時のＰＬのみである。したがって上り勾配区間における通常励振モード時のみロータ３０を駆動不能であり、それ以外の場合は駆動可能である。
【００４８】
次に、このような構成の振動アクチュエータ１において、ロータ３０を１回転ずつステップ的に回転させる動作について図１５、図１６を用いて説明する。図１５は、ロータ３０の回転動作を示す模式図、図１６は、１サイクルにおけるロータ３０の動作状態、区間、励振モード、及び駆動力等を示すタイムチャートである。
【００４９】
最初に、図１５（ａ）に示す様に、チップ部材１２がＶ字型の凹部３０Ｖへの落ち込み位置Ｈにあるとき、拡大励振モードで圧電素子１１，１１’の駆動を開始する。駆動時間は、図１６に示す様に、所定時間ｔｗ０である。所定時間ｔｗ０は拡大励振モードで落ち込み位置Ｈから上り勾配区間ＵＨ（スタック区間Ｓ）を乗り越えるのに必要な時間の最大値より長く、１回転して再び落ち込み位置Ｈに到達するまでの時間より短い既知の時間である。ｔｗ０期間では、駆動力がＰＨとなり常にロータ負荷ＦＨまたはＦ０を上回っているので振動体１０はロータ３０を停止させることなく回転させる。
【００５０】
そして上り勾配区間ＵＨを通過し、図１５（ｃ）に示す位置に到達する。次に励振モードを通常励振モードに切替え、圧電素子１１，１１’を所定時間ｔｗ１の間駆動する。ここでも駆動力ＰＬがロータ負荷Ｆ０を上回っているのでロータ３０は継続して回転し、１回転して再び落ち込み位置Ｈに到達する。ところが落ち込み位置Ｈから先の上り勾配区間ＵＨではロータ負荷がＦＬからＦＨに増大し駆動力ＰＬを上回るのでロータ３０は回転を行うことができずに落ち込み位置Ｈで停滞する。この状態はｔｗ１が経過するまで継続し、ｔｗ１が経過するとロータ３０は再び落ち込み位置Ｈで停止する。所定時間ｔｗ１は上り勾配区間ＵＨと通常区間Ｎとの境界位置から落ち込み位置Ｈまでの区間を駆動するのに必要な時間の最大値より長い既知の時間である。
【００５１】
このように、所定時間ｔｗ０の拡大励振モード駆動と所定時間ｔｗ１の通常励振モードを１ステップ（１サイクル）として、図１７に示す様に、この１ステップ動作を繰り返すことにより、ロータ３０の落ち込み位置Ｈを起点として１回転ずつステップ的に駆動することができる。
【００５２】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は前述の実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、適宜変更、改良が可能であることは勿論である。
【００５３】
例えば、前述の各実施形態ではロータ３０がチップ部材１２と接触する接触面には通常区間Ｎに挟まれて通常区間Ｎより表面粗さが小さいスタック区間ＳやＶ字型の凹部３０Ｖが形成された上り勾配区間ＵＨ（スタック区間Ｓ）を一箇所設けたが、図１８、図１９に示す様に、通常区間Ｎとスタック区間Ｓを交互に複数個設ける様にしてもよい。これにより１ステップの移動量を小さくするここができ、ロータ３０の回転位置を高い精度で制御することができる。
【００５４】
また、実施形態１におけるスタック区間Ｓは研磨加工する等して表面粗さを小さくするようにしたが、スタック区間Ｓの素材を通常区間Ｎの素材より摩擦係数の小さい他の素材で構成してもよい。また、スタック区間Ｓの表面にＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）等の低摩擦コーティングを施してもよい。反対に通常区間Ｎに高摩擦コーティングを施してもよい。
【００５５】
また、実施形態２におけるスタック区間ＳにはＶ字型の凹部３０Ｖを設けたが、図２０、２１に示す様に、幅が一定のスリット溝３０Ｍや凸部３０Ｔを設ける様にしてもよい。いずれの場合もスタック区間Ｓは、振動体１０がロータ３０から受ける接触反力が駆動方向と逆の成分を発生する区間となるように構成されている。尚、スタック区間を凸部３０Ｔで形成した場合の、ロータ３０の回転動作、及び１サイクルにおけるロータ３０の動作状態、区間、励振モード、及び駆動力等を示すタイムチャートをそれぞれ図２２、２３に示す。動作の詳細は、実施形態２で前述した図１５、１６を用いた説明と略同様なので省略する。
【００５６】
また、前述の各実施形態では移動体として、回動可能に支持された円筒形状の回転体であるロータ３０用いたが、直線移動可能に指示された直動スライダを用いる様にしてもよい。
【００５７】
また、前述の各実施形態においては、振動体１０は図示しないプレートに保持部２０を介して固定した位置に保持され、ロータ（移動体）３０が振動体１０に対して移動するような構成にしたが、ロータ３０をプレートに固定し振動体１０をロータ３０に対して移動させる様にしてもよい。また、上述の様にロータ３０の替わりに直線スライダを用いた場合においても、同様に直線スライダをプレートに固定し振動体１０を直線スライダに対して移動させる様にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態１による全体構成図である。
【図２】本発明に係る振動アクチュエータにおける積層型圧電素子の構成図である。
【図３】本発明に係る振動アクチュエータにおける振動体の構成図である。
【図４】本発明に係る振動アクチュエータにおける保持部の構成図である。
【図５】本発明に係る振動アクチュエータにおけるロータの接触面の構成図である。
【図６】本発明に係る振動アクチュエータにおける励振モードによる駆動力とロータ負荷との関係を示す模式図である。
【図７】本発明に係る振動アクチュエータにおけるロータの回転動作を示す模式図である。
【図８】本発明に係る振動アクチュエータにおける１サイクルの動作モードを示すタイムチャートである。
【図９】本発明に係る振動アクチュエータにおける繰返し動作モードを示すタイムチャートである。
【図１０】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２によるロータの接触面の構成図である。
【図１１】本発明に係る振動アクチュエータにおけるチップ部材が通常区間にてロータから受ける反力を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る振動アクチュエータにおけるチップ部材が下り勾配のスタック区間にてロータから受ける反力を示す模式図である。
【図１３】本発明に係る振動アクチュエータにおけるチップ部材が上り勾配のスタック区間にてロータから受ける反力を示す模式図である。
【図１４】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２における励振モードによる駆動力とロータ負荷との関係を示す模式図である。
【図１５】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２によるロータの回転動作を示す模式図である。
【図１６】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２による１サイクルの動作モードを示すタイムチャートである。
【図１７】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２による繰返し動作モードを示すタイムチャートである。
【図１８】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態１の別例によるロータの接触面の構成図である。
【図１９】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２の別例１によるロータの接触面の構成を示す図である。
【図２０】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２の別例２によるロータの接触面の構成を示す図である。
【図２１】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２の別例３によるロータの接触面の構成を示す図である。
【図２２】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２の別例３によるロータの回転動作を示す模式図である。
【図２３】本発明に係る振動アクチュエータの実施形態２の別例３による１サイクルの動作モードを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１振動アクチュエータ
１０振動体
１１，１１’ 積層型圧電素子
１１１セラミック薄板
１１２，１１３電極
１１４，１１５信号線
１１６駆動電源
１２チップ部材
１３ベース部材
２０保持部
２１引張りコイルバネ
２２バネ取付け部
２３フック
３０ロータ（移動体）
５０制御部
５１制御ＣＰＵ
５２駆動回路

【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を備え、該圧電素子の励振により振動を発生する振動体と、該振動体に加圧接触され、該振動体に対して相対移動を生じる移動体と、該振動体の振動振幅を制御する制御部と、を備えた振動アクチュエータであって、
前記移動体の前記振動体との接触面は、移動方向に沿って表面状態の異なる通常区間とスタック区間の連続する２つの区間から構成され、
前記スタック区間における前記振動体から前記移動体に伝達される駆動力は、前記通常区間における前記駆動力よりも小さく、
前記制御部は、前記通常区間においてのみ前記移動体を移動可能な振動振幅で前記振動体を振動させる通常励振モードと、振動振幅が前記通常励振モードより大きく、前記通常区間および前記スタック区間のいずれにおいても前記移動体を移動可能な振動振幅で前記振動体を振動させる拡大励振モードを備え、前記通常励振モードと前記拡大励振モードとをそれぞれ所定の時間毎に切替えて実行することを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記スタック区間における前記移動体の前記振動体との接触面の摩擦係数は、前記通常区間における前記摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記スタック区間における前記移動体の前記振動体との接触面には、凹部または凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧電素子に該圧電素子を駆動する電圧を供給し、前記拡大励振モード時には前記通常励振モード時よりも大きな前記電圧を前記圧電素子に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記制御部は、前記圧電素子に該圧電素子を駆動する電流を供給し、前記拡大励振モード時には前記通常励振モード時よりも大きな前記電流を前記圧電素子に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記制御部は、前記圧電素子に該圧電素子を駆動する駆動信号を供給し、前記拡大励振モード時と前記通常励振モード時とでは異なる周波数の前記駆動信号を前記圧電素子に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。

【図１】