振動型アクチュエータ
【課題】振動型アクチュエータ作動時の騒音を抑制する。
【解決手段】超音波アクチュエータ２は、アクチュエータ本体４と、アクチュエータ本体４に設けられて駆動力を出力する駆動子３とを備えている。超音波アクチュエータ２は、アクチュエータ本体４に設けられて主面４０ａ，４０ｂに交差する方向の両側へ突出するホルダ５と、ホルダ５をそれぞれ支持する２つの支持体６，６と、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触することによってアクチュエータ本体４の変位を制限する接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃとをさらに備えている。アクチュエータ本体４は、移動体１１側へ付勢されている。支持体６，６には、ホルダ５が嵌ると共にアクチュエータ本体４の付勢方向に延びる長孔６４が形成されている。接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、アクチュエータ本体４の各主面４０ａ，４０ｂにおいて長手方向の異なる位置に少なくとも２つ設けられている。
【解決手段】超音波アクチュエータ２は、アクチュエータ本体４と、アクチュエータ本体４に設けられて駆動力を出力する駆動子３とを備えている。超音波アクチュエータ２は、アクチュエータ本体４に設けられて主面４０ａ，４０ｂに交差する方向の両側へ突出するホルダ５と、ホルダ５をそれぞれ支持する２つの支持体６，６と、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触することによってアクチュエータ本体４の変位を制限する接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃとをさらに備えている。アクチュエータ本体４は、移動体１１側へ付勢されている。支持体６，６には、ホルダ５が嵌ると共にアクチュエータ本体４の付勢方向に延びる長孔６４が形成されている。接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、アクチュエータ本体４の各主面４０ａ，４０ｂにおいて長手方向の異なる位置に少なくとも２つ設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮振動及び屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体を備えた振動型アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、この種類の振動型アクチュエータとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この振動型アクチュエータは、伸縮振動及び屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体を備えている。アクチュエータ本体には、アクチュエータ本体の伸縮振動及び屈曲振動に伴って周回運動する駆動子が設けられている。振動型アクチュエータは、駆動子が相対移動部材に接触するようにして配設される。この状態でアクチュエータ本体を伸縮振動及び屈曲振動させることによって、駆動子を周回運動させて、相対移動部材及び振動型アクチュエータの何れか一方を他方に対して相対的に移動させる。このとき、アクチュエータ本体は、駆動子と相対移動部材との摩擦力を増大させるために、相対移動部材側に付勢されている。
【０００３】
ここで、アクチュエータ本体の支持構造についてさらに詳しく説明する。アクチュエータ本体には、アクチュエータ本体の厚み方向に突出する突出部が設けられている。この突出部は、支持体によって支持されている。詳しくは、支持体には、アクチュエータ本体の付勢方向へ延びる長孔が形成されている。突出部は、支持体の該長孔に嵌っていて、該長孔に沿って摺動可能になっている。つまり、アクチュエータ本体は、付勢方向へ摺動可能な状態で支持体に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように多少の自由度を有する状態でアクチュエータ本体を支持する構成においては、アクチュエータ本体が振動する際に、異音が発生する虞がある。例えば、前記支持体の長孔とアクチュエータ本体の突出部との間には、突出部の摺動を可能とする程度の微小な隙間が存在する。そのため、アクチュエータ本体が振動する際に、突出部が長孔の壁面に衝突して、異音が発生する場合がある。さらには、アクチュエータ本体が振動する際に、該アクチュエータ本体がその周辺に配置された部材、例えば、アクチュエータ本体を収容するケースや支持体と衝突して、異音が発生する虞もある。
【０００６】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動型アクチュエータ作動時の騒音を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された振動型アクチュエータは、相対向する一対の主面を有して、該主面の長手方向への伸縮振動及び該主面の短手方向への屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体の振動に従って周回運動することによって駆動力を出力する駆動子とを備え、該駆動子が当接する相対移動部材との間で相対移動を発生させる振動型アクチュエータである。そして、この振動型アクチュエータは、前記アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体から該主面に交差する方向の両側へ突出する突出部と、前記突出部をそれぞれ支持する２つの支持体と、前記アクチュエータ本体の両主面に対してそれぞれ設けられ、該主面に接触することによって該主面と交差する方向への該アクチュエータ本体の変位を制限する接触体とをさらに備え、前記アクチュエータ本体は、前記相対移動部材側へ付勢されており、前記支持体には、前記突出部が嵌ると共に、前記アクチュエータ本体の付勢方向に延びる長孔が形成されており、前記支持体は、前記アクチュエータ本体の各主面において前記長手方向の異なる位置に少なくとも２つ設けられているものとする。
【発明の効果】
【０００８】
この振動型アクチュエータによれば、振動型アクチュエータ作動時の騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの分解斜視図である。
【図２】超音波アクチュエータの斜視図である。
【図３】駆動装置の斜視図である。
【図４】圧電素子ユニットの分解斜視図である。
【図５】アクチュエータ本体の概略構成を示す概略正面図である。
【図６】アクチュエータ本体の長手方向への縦振動の１次モードによる変位を示す概念図である。
【図７】アクチュエータ本体の屈曲振動の２次モードによる変位を示す概念図である。
【図８】アクチュエータ本体の動作を示す概念図である。
【図９】超音波アクチュエータによるステージの駆動を説明するための概念図であって、（ａ）は駆動前の状態、（ｂ）はアクチュエータ本体が長手方向に伸張することで一方の駆動子によってステージを駆動する状態、（ｃ）はアクチュエータ本体が長手方向に収縮することで他方の駆動子によってステージを駆動する状態を示す。
【図１０】その他の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図１１】別のその他の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
《発明の実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの斜視図を示し、図２は、超音波アクチュエータの分解斜視図を示し、図３は、超音波アクチュエータを組み込んだ駆動装置の斜視図を示す。駆動装置１は、振動により駆動力を出力する超音波アクチュエータ２と、ガイド１２に沿って移動可能な移動体１１と、該超音波アクチュエータ２を駆動制御する制御装置（図示省略）とを備え、超音波アクチュエータ２によって移動体１１を駆動するためのものである。この超音波アクチュエータ２が振動型アクチュエータを構成し、移動体１１が相対移動部材を構成する。
【００１２】
移動体１１は、固定体としての基台（図示省略）上に固定されたガイド１２に摺動可能に取り付けられている。こうして、移動体１１は、ガイド１２が延びる方向に沿って移動可能に構成されている。これらガイド１２の延びる方向が移動体１１の可動方向となる。この移動体１１の底面にはアルミナで形成された摺動板１１ａが接着固定されていている。尚、摺動板１１ａの材質は、アルミナに限られるものではなく、任意の材質を用いて形成することができる。そして、前記超音波アクチュエータ２は、この移動体１１に接着された摺動板１１ａに後述する駆動子３，３が当接する状態で基台に配設されている。
【００１３】
超音波アクチュエータ２は、移動体１１に駆動力を出力して、該移動体１１を超音波アクチュエータ２に対して相対的に移動させるためのものである。超音波アクチュエータ２は、振動を発生させるアクチュエータ本体４と、該アクチュエータ本体４に設けられて該アクチュエータ本体４の駆動力を移動体１１に伝達する駆動子３，３と、アクチュエータ本体４を保持するホルダ５と、ホルダ５を支持する支持体６と、アクチュエータ本体４を移動体１１へ付勢するための板バネ７とを有している。
【００１４】
前記アクチュエータ本体４は、圧電素子で構成されている。アクチュエータ本体４は、図２に示すように、略長方形状の相対向する一対の主面４０ａ，４０ｂと、この主面４０ａ，４０ｂと直交して該主面４０ａ，４０ｂの長手方向に延びる、相対向する一対の長辺側面４０ｃ，４０ｄと、これら主面４０ａ，４０ｂ及び長辺側面４０ｃ，４０ｄの両方と直交して該主面４０ａ，４０ｂの短手方向に延びる、相対向する一対の短辺側面４０ｅ，４０ｆとを有する略直方体状をしている。
【００１５】
図４に、アクチュエータ本体４の分解斜視図を示す。アクチュエータ本体４は、図４に示すように、圧電体層（圧電素子）４１，４１，…と内部電極層４２，４４，４３，４４とを交互に積層して構成される。内部電極層４２，４４，４３，４４は、積層方向に圧電体層４１を介して交互に配された、第１給電電極層４２と共通電極層４４と第２給電電極層４３と共通電極層４４とを含んでいる。これら第１給電電極層４２と共通電極層４４と第２給電電極層４３と共通電極層４４とを１セットとして、複数セットの内部電極層４２，４４，４３，４４が圧電体層４１を介在させた状態で繰り返し積層されている。尚、積層方向の両端には、圧電体層４１，４１が位置するようになっている。これら第１給電電極層４２、第２給電電極層４３及び共通電極層４４のそれぞれは、各圧電体層４１の主面上に印刷されている。
【００１６】
前記各圧電体層４１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛などのセラミック材料からなる絶縁体層である。圧電体層４１は、前記アクチュエータ本体４と同様に、一対の主面と、一対の長辺側面と、一対の短辺側面とを有する略直方体状をしている。また、各圧電体層４１のそれぞれの長辺側面には、長手方向両端部に第１及び第２外部電極４６，４７が形成され、該第１及び第２外部電極４６，４７よりも長手方向内側には２つの共通外部電極４８，４８が形成されている。すなわち、圧電体層４１の各長辺側面には、第１外部電極４６、共通外部電極４８、共通外部電極４８、第２外部電極４７が、長手方向に沿ってこの順で、互いに間隔を空けて並んでいる。
【００１７】
前記各共通電極層４４は、圧電体層４１の主面の略全面に亘って設けられた略長方形状をしている。また、各共通電極層４４のそれぞれの長辺部からは、圧電体層４１の長辺側面に形成された共通外部電極４８，４８まで延びる引出電極４４ａ，４４ａが形成されている。
【００１８】
前記第１及び第２給電電極層４２，４３は、図５に示すように、圧電体層４１の主面をその長手方向及び短手方向にそれぞれ２等分してなる４つの領域のうち該主面の対角線方向に位置する２対の領域のうち一方の対の領域にそれぞれ形成された一対の第１電極４２ａ，４２ｂと、他方の対の領域にそれぞれ形成された一対の第２電極４３ａ，４３ｂとを有する。これら第１電極４２ａ，４２ｂ及び第２電極４３ａ，４３ｂは、圧電体層４１を挟んで共通電極層４４と対向している。また、第１電極４２ａ，４２ｂのそれぞれからは、それらに近接する、圧電体層４１の長辺側面に形成された第１外部電極４６，４６まで延びる引出電極４２ｄ，４２ｄが形成されている。第２電極４３ａ，４３ｂのそれぞれからは、それらに近接する、圧電体層４１の長辺側面に形成された第２外部電極４７，４７まで延びる引出電極４３ｄ，４３ｄが形成されている。そして、第１給電電極層４２においては、第１電極４２ａ，４２ｂが第１導通電極４２ｃを介して導通している。また、第２給電電極層４３においては、第２電極４３ａ，４３ｂが第２導通電極４３ｃを介して導通している。
【００１９】
これら圧電体層４１，４１，…と内部電極層４２，４４，４３，４４とを交互に積層することで構成されたアクチュエータ本体４の各長辺側面４０ｃ，４０ｄにおいては、各圧電体層４１の共通外部電極４８，４８がそれぞれ積層方向に並んで一まとまりに形成されている。この外部電極４８には、前記共通電極層４４，４４に形成された引出電極４４ａ，４４ａが電気的に接続されている。こうして、異なる圧電体層４１，４１，…に設けられた共通電極層４４，４４，…は、共通外部電極４８，４８を介して互いに導通している。
【００２０】
同様に、アクチュエータ本体４の各長辺側面４０ｃ，４０ｄにおいては、各圧電体層４１の第１外部電極４６が積層方向に並んで一まとまりに形成されていると共に、各圧電体層４１の第２外部電極４７が積層方向に並んで一まとまりに形成されている。第１外部電極４６，４６には、前記第１電極４２ａ，４２ｂからの引出電極４２ｄ，４２ｄが電気的に接続されている。また、第２外部電極４７，４７には、前記第２電極４３ａ，４３ｂからの引出電極４３ｄ，４３ｄが電気的に接続されている。こうして、第１電極４２ａ，４２ｂは、第１導通電極４２ｃ及び第１外部電極４６，４６を介して、異なる圧電体層４１，４１，…に設けられた第１電極４２ａ，４２ｂと互いに導通している。また、第２電極４３ａ，４３ｂは、第２導通電極４３ｃ及び第２外部電極４７，４７を介して、異なる圧電体層４１，４１，…に設けられた第２電極４３ａ，４３ｂと互いに導通している。これら外部電極４６，４７，４８には、制御装置からの信号線が接続される。アクチュエータ本体４は、外部電極４６，４７，４８を介して給電される。
【００２１】
そして、アクチュエータ本体４の一方の長辺側面（すなわち、後述する屈曲振動の振動方向を向く一対の面のうちの一方の面。以下、設置面ともいう）４０ｃには、２個の駆動子３，３が設けられている。
【００２２】
これら駆動子３，３は、円柱状の部材であって、ジルコニア、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、タングステンカーバイド等で形成されている。駆動子３，３は、その軸方向がアクチュエータ本体４の厚み方向を向くように配設されている。駆動子３，３は、設置面４０ｃに対して接着剤を介して線接触状に取り付けられている。接着剤としては、アクチュエータ本体４の材料及び駆動子３の材料よりも柔らかいことが望ましい。具体的には、合成樹脂、特にエポキシ樹脂、シリコーン樹脂が挙げられる。このような材料を用いることによりアクチュエータ本体４の後述する振動をできるだけ阻害せずに駆動子３，３と設置面４０ｃとの間の固定を実現することができる。
【００２３】
また、駆動子３，３が設けられた位置は、設置面４０ｃにおいて、アクチュエータ本体４の長手方向両端部から該設置面４０ｃの全長の３０〜３５％距離だけ内側に入った位置であり、即ち、アクチュエータ本体４の後述する屈曲振動の２次モードの腹の位置であって、振動が最も大きくなる位置である。
【００２４】
このように構成されたアクチュエータ本体４は、前記外部電極４８をグランドに接続し、前記第１及び第２外部電極４６，４７に所定周波数の交流電圧を位相が９０°ずれた状態で印加することによって、圧電体層４１の主面の対角線方向に位置する一方の対の第１電極４２ａ，４２ｂと、他方の対の第２電極４３ａ，４３ｂとに互いに位相が９０°ずれた交流電圧が印加され、その長手方向への伸縮振動（いわゆる、縦振動）とその短手方向への屈曲振動（いわゆる、横振動）とが誘起される。
【００２５】
伸縮振動の共振周波数及び屈曲振動の共振周波数はそれぞれ、アクチュエータ本体４、即ち、アクチュエータ本体４の材料、形状等により決定される。さらに、両共振周波数は、アクチュエータ本体４を支持する力及び支持する部分によっても影響を受ける。これらを考慮して、両共振周波数を略一致させ、その近傍の周波数の交流電圧を位相を９０°ずらした状態で第１及び第２外部電極４６，４７のそれぞれに印加する。例えば、伸縮振動の１次モード（図６参照）の共振周波数と屈曲振動の２次モード（図７参照）の共振周波数とが一致するようにアクチュエータ本体４の形状等を設計して、該共振周波数近傍の交流電圧を前述の如く、位相を９０°ずらして印加することによって、アクチュエータ本体４には、伸縮振動の１次モードと屈曲振動の２次モードとが調和的に誘起され、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す形状の変化を順番に起こす。
【００２６】
その結果、アクチュエータ本体４に設けられた各駆動子３が該アクチュエータ本体４の主面と平行な平面（図７における紙面と平行な面）、即ち、長手方向と短手方向とを含む平面（さらに換言すれば、伸縮振動の振動方向と屈曲振動の振動方向とを含む平面）内で略楕円運動、即ち、周回運動を行う。
【００２７】
このように構成されたアクチュエータ本体４は、複数の振動の腹を有する。ここで、振動の腹とは振動の変位が極大となる箇所であり、本実施形態においては振動の腹の部分はアクチュエータ本体４の両短辺側面に位置する計２箇所の伸縮振動の腹と、アクチュエータ本体４の一方の長辺側面４０ｃ及び他方の長辺側面４０ｄの両端部の４箇所、さらに一方の長辺側面４０ｃ及び他方の長辺側面４０ｄにおける両端部からアクチュエータ本体４の長手方向の３０〜４０％内側の部分の４箇所の計８箇所の屈曲振動の腹とがある。すなわち、この超音波アクチュエータ２は、伸縮振動の腹と屈曲振動の腹とを合わせて１０箇所の振動の腹がある。そして、前記駆動子３，３は、一方の長辺側面である設置面４０ｃにおける長手方向両端部から内側へ３０〜３５％入った腹の部分に設けられている。
【００２８】
ホルダ５は、ポリカボネート（ガラス繊維入り）で形成されている。このホルダ５は、図２に示すように、アクチュエータ本体４の、駆動子３，３が設けられていない方の長辺側面４０ｄに取り付けられている。詳しくは、ホルダ５は、アクチュエータ本体４の該長辺側面４０ｄの長手方向中央部において、該アクチュエータ本体４を厚み方向から挟持するように取り付けられている。このアクチュエータ本体４の長辺側面４０ｄの長手方向中央部は、アクチュエータ本体４の伸縮振動の節の部分である。また、ホルダ５は、アクチュエータ本体４よりも、該アクチュエータ本体４の厚み方向の両側に突出している。このホルダ５が、突出部を構成している。
【００２９】
支持体６は、板状に形成された支持体本体６０と、支持体本体６０に設けられたガイド部材６３とを有している。この支持体６は、ホルダ５を介してアクチュエータ本体４を支持する。支持体本体６０は、基台に固定されたベース部材１４に取り付けられている。詳しくは、支持体本体６０は、ステンレス又は一般鋼等で構成されている。支持体本体６０には、２つの貫通孔６１，６１が厚み方向に貫通形成されている。支持体本体６０は、この貫通孔６１，６１に挿通されたネジ１６，１６によってベース部材１４に取り付けられる。
【００３０】
また、支持体本体６０の中央には、開口部６２が厚み方向に貫通形成されている。この開口部６２に、ホルダ５を支持するためのガイド部材６３が設けられる。ガイド部材６３は、支持体本体６０に接着固定されている。ガイド部材６３には、アクチュエータ本体４を移動体１１へ付勢する方向（即ち、アクチュエータ本体４の短手方向）に延びる長孔６４が貫通形成されている。この長孔６４には、ホルダ５の、アクチュエータ本体４の厚み方向に突出する端部が挿入される。ホルダ５の端部は、長孔６４内を長孔６４の延伸方向に摺動することができる。ガイド部材６３は、支持体本体６０よりも弾性率が小さく、又硬度が小さい材料で構成されている。また、ガイド部材６３は、ホルダ５よりも軟質で、しかも樹脂などに対して摺動性に優れる材料で構成されている。例えば、ガイド部材６３は、ポリアセタールで構成されている。尚、ホルダ５の突出量によっては、長孔６４はガイド部材６３を貫通せず、有底状であってもよい。
【００３１】
さらに、支持体本体６０の、アクチュエータ本体４と対向する面には、３つの接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを配設するための配設孔６５が形成されている。この配設孔６５は、有底状であって、アクチュエータ本体４の長手方向に延びるように形成されている。配設孔６５は、支持体本体６０において、開口部６２を挟んで、貫通孔６１，６１とは反対側の位置に設けられている。各接触ゴム６６は、シリコーンゴムで構成されている。接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、支持体６により支持されるアクチュエータ本体４の主面４０ａ（４０ｂ）の短手方向略中央において長手方向に概ね並んで配置されている。１番目と３番目の接触ゴム６６ａ，６６ｃは、アクチュエータ本体４の長手方向の両端から、長手方向の全長の略１３％だけ内方に入った位置に配置される。２番目の接触ゴム６６ｂは、アクチュエータ本体４の長手方向における略中央に配置される。これらアクチュエータ本体４の長手方向両端から全長の略１３％入った部分及び長手方向中央の部分は、アクチュエータ本体４の２次モードの屈曲振動の節となる部分である。また、アクチュエータ本体４の長手方向中央の部分は、アクチュエータ本体４の１次モードの伸縮振動の節となる部分である。尚、配設孔６５は、長孔ではくてもよい。すなわち、配設孔６５は、接触ゴム６６の個数に応じて設けられ、接触ゴム６６が嵌る程度の大きさを有する孔であってもよい。
【００３２】
これら接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、支持体６がアクチュエータ本体４を支持する状態において、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触している。これら接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、主面４０ａ，４０ｂと交差する方向へのアクチュエータ本体４の変位を制限する機能を有する。
【００３３】
板バネ７は、アクチュエータ本体４の、ホルダ５が取り付けられた長辺側面４０ｄと対向する位置に設けられている。詳しくは、板バネ７は、アクチュエータ本体４の、ホルダ５が取り付けられた長辺側面４０ｄと、ベース部材１４との間に設けられている。また、板バネ７の長手方向両端部には、ベース部材１４に設けられたネジ１５，１５の先端が嵌る開口部７１，７１が形成されている。詳しくは、ベース部材１４にはアクチュエータ本体４の短手方向と平行にネジ孔が貫通形成されており、このネジ孔にネジ１５，１５が螺合されている。これらネジ１５，１５の先端部は、ベース部材１４よりもアクチュエータ本体４側に突出するようになっている。そして、ネジ１５，１５の先端部は、板バネ７の開口部７１，７１に嵌っている。このように構成された板バネ７は、アクチュエータ本体４に取り付けられたホルダ５に当接している。つまり、ベース部材１４のネジ１５，１５をアクチュエータ本体４側へ突き出すことによって、板バネ７がホルダ５を介してアクチュエータ本体４を移動体１１側へ押圧するようになっている。
【００３４】
次に、超音波アクチュエータ２の組み立てについて説明する。
【００３５】
まず、アクチュエータ本体４の、駆動子３，３が設けられていない方の長辺側面４０ｄの長手方向中央部にホルダ５を接着固定する。また、支持体本体６０にガイド部材６３を接着固定する。さらに、支持体本体６０の配設孔６５内に、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを接着固定する。尚、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは接着固定ではなく、配設孔６５に嵌め込むだけであってもよい。
【００３６】
次に、一方の支持体６をベース部材１４にネジ１６，１６により取り付ける。その後、治具等を用いて、アクチュエータ本体４をベース部材１４から所定距離だけ離れた位置に配設して、ホルダ５の一端部をベース部材１４に取り付けられた支持体６の長孔６４に挿入する。さらに、ホルダ５の他端部に他方の支持体６の長孔６４を嵌め込み、該支持体６をベース部材１４にネジ１６，１６により取り付ける。このとき、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、アクチュエータ本体４の両主面４０ａ，４０ｂと支持体６，６との間で挟持されて、圧縮変形する。例えば、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、約２０％程度、圧縮される。この圧縮量は、各種環境においてシリコーンゴムが塑性変形したときであっても圧縮性能を発揮する変形量である。前述のように、アクチュエータ本体４の位置を治具等で決めた状態で、他方の支持体６をベース部材１４に取り付けるため、アクチュエータ本体４に対する接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの接触位置を正確に位置決めすることができる。
【００３７】
続いて、アクチュエータ本体４とベース部材１４の間に板バネ７を配設する。そして、ベース部材１４のネジ孔にネジ１５，１５を螺合させ、ネジ１５，１５の先端部を板バネ７の開口部７１，７１に嵌め込む。ネジ１５，１５の、ベース部材１４からの突出量を調節することによって、板バネ７をホルダ５に当接させる。
【００３８】
尚、超音波アクチュエータ２の外部電極４６、４７、４８には、制御装置からの信号線が接続される。
【００３９】
このように組み立てられた超音波アクチュエータ２は、駆動子３，３が移動体１１の摺動板１１ａに当接する状態で、ベース部材１４が基台に取り付けられる。その後、ネジ１５，１５を調節することによって、板バネ７でホルダ５を押圧して、アクチュエータ本体４を移動体１１側へ付勢する。その結果、駆動子３，３が移動体１１に押し付けられる。
【００４０】
尚、以上、説明した超音波アクチュエータ２の組立順序については、一例であり、超音波アクチュエータ２を組み立てることができる限りは、組立順序を入れ替えることができる。例えば、ベース部材１４は、超音波アクチュエータ２の組立時に既に基台に取り付けられていてもよい。かかる場合には、超音波アクチュエータ２の組立が完了したときには、駆動子３，３が移動体へ当接した状態となる。
【００４１】
以下に、超音波アクチュエータ２の動作について、図９を参照しながら説明する。
【００４２】
制御装置は、外部からの動作指令を受けて、その動作指令に応じた周波数の交流電圧を動作指令に応じた位相差で第１及び第２外部電極４６，４７に印加する。こうして、制御装置は、アクチュエータ本体４に伸縮振動と屈曲振動とを調和的に発生させて、駆動子３，３を図８に示すように周回運動させることで、移動体１１を移動させる。さらに詳しくは、制御装置は、アクチュエータ本体４の異常発熱を防止すべく、アクチュエータ本体４の伸縮振動と屈曲振動との共通の共振周波数よりも少し高い周波数の交流電圧を第１及び第２外部電極４６，４７に印加する。このとき、かかる交流電圧は、互いに位相が９０°ずれた状態で第１及び第２外部電極４６，４７に印加される。
【００４３】
アクチュエータ本体４が、伸縮振動と屈曲振動との合成振動を行うと、駆動子３，３はアクチュエータ本体４の長手方向と短手方向とを含む平面内において略楕円運動を行う。こうすることで、駆動子３，３は、移動体１１の当接面との摩擦力の増減を周期的に繰り返しながら、アクチュエータ本体４の長手方向への駆動力を摩擦力を介して移動体１１に付与しており、移動体１１はガイド１２に沿って移動する。このアクチュエータ本体４の長手方向（ガイド１２が延びる方向と一致する）が、駆動子３，３が駆動力を出力する方向である駆動方向に相当する。
【００４４】
さらに詳しくは、アクチュエータ本体４が長手方向（伸縮振動の振動方向）に伸張するとき、一方（例えば、図９の左側）の駆動子３は、図９（Ｂ）に示すように、移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態（即ち、単に設置しただけの状態）よりも増大させながら変位するため、この摩擦力によって移動体１１を該長手方向における該一方の駆動子３が変位する側（図９の左側）へ移動させる。このとき、他方（図９の右側）の駆動子３は、該長手方向において一方の駆動子３とは逆向きに変位するが、該駆動子３は移動体１１から離れた状態で変位するか、又は移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態よりも減少させながら変位するため、移動体１１の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４５】
一方、アクチュエータ本体４が長手方向に収縮するときは、他方（図９の右側）の駆動子３は、図９（Ｃ）に示すように、移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態（即ち、単に設置しただけの状態）よりも増大させながら変位するため、この摩擦力によって移動体１１を該長手方向における該他方の駆動子３が変位する側（図９の左側）へ移動させる。この移動方向は、前述した、アクチュエータ本体４の伸張時における一方の駆動子３による移動体１１の移動方向と同じである。このとき、一方（図９の左側）の駆動子３は、該長手方向において他方の駆動子３とは逆向きに変位するが、該駆動子３は移動体１１から離れた状態で変位するか、又は移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態よりも減少させながら変位するため、移動体１１の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４６】
尚、図９においては、移動体１１の移動に影響を与えない方の駆動子３は移動体１１から離れているが、必ずしも離れている必要はない。すなわち、駆動子３は、移動体１１を移動させない程度の摩擦力で該移動体１１に当接している状態であってもよい。
【００４７】
こうして、一方の駆動子３と他方の駆動子３とは、位相が１８０°ずれた状態で交互に移動体１１を所定の一方向へ移動させる。尚、前記交流電圧を、その位相を−９０°ずらした状態で第１及び第２外部電極４６，４７に印加することによって、駆動子３，３が出力する駆動力を逆向きにすることができ、移動体１１を他方向へ移動させることができる。
【００４８】
このような超音波アクチュエータ２においては、アクチュエータ本体４を振動させて駆動力を出力させる際に、１次モードの伸縮振動及び２次モードの屈曲振動以外の固有振動が発生することや、アクチュエータ本体４が駆動子３と移動体１１との当接部やホルダ５と板バネ７との当接部により拘束されていること等に起因して、アクチュエータ本体４の略短手方向に延びる軸回りに（図３の矢印の方向に）該アクチュエータ本体４を揺動させる振動が生じる場合がある。アクチュエータ本体４に設けられたホルダ５は支持体６の長孔６４に嵌っているものの、ホルダ５と長孔６４との間には、ホルダ５の摺動を可能とする程度の隙間が設けられている。そのため、アクチュエータ本体４が略短手方向に延びる軸回りに揺動すると、アクチュエータ本体４に設けられたホルダ５がガイド部材６３に設けられた長孔６４の壁面と衝突を繰り返したり、アクチュエータ本体４が支持体６と衝突を繰り返したりする虞がある。そこで、本実施形態では、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを設けている。そのため、略短手方向に延びる軸回りのアクチュエータ本体４の揺動は、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃが弾性変形することによって減衰させられる。さらに、前記の揺動だけでなく、主面４０ａ，４０ｂに交差する方向へのアクチュエータ本体４の移動も、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの弾性変形によって吸収することができる。その結果、ホルダ５と長孔６４の壁面との衝突やアクチュエータ本体４と支持体６との衝突に起因する異音の発生を抑制することができる。
【００４９】
したがって、本実施形態によれば、アクチュエータ本体４の各主面４０ａ（４０ｂ）に対して長手方向の異なる位置で接触する少なくとも２つの接触ゴム６６ａ，…を設けることによって、超音波アクチュエータ２の作動時の騒音を抑制することができる。すなわち、アクチュエータ本体４が支持体６，６に支持された状態において、アクチュエータ本体４の両主面４０ａ，４０ｂには、接触ゴム６６ａ，…が接触しているため、主面４０ａ，４０ｂに交差する方向へのアクチュエータ本体４の変位を抑制することができる。さらに、各主面４０ａ，４０ｂにおいては、長手方向において異なる位置に複数の接触ゴム６６ａ，…が設けられているため、略短手方向に延びる軸回りのアクチュエータ本体４の揺動を抑制することができる。これらの結果、アクチュエータ本体４に設けられたホルダ５が支持体６のガイド部材６３と衝突を繰り返したり、アクチュエータ本体４が支持体６と衝突を繰り返したりすることを抑制することができる。こうして、超音波アクチュエータ２作動時の騒音を抑制することができる。
【００５０】
また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを長手方向中央において短手方向に延びる直線に対して線対称且つ、短手方向中央において長手方向に延びる直線に対して線対称に配置することによって、アクチュエータ本体４の振動の対称性を確保することができる。すなわち、アクチュエータ本体４のうち、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃが接触する部分は、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃにより振動が拘束される。そのため、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを前述の如く配置することによって、アクチュエータ本体４の振動に対する抵抗をアクチュエータ本体４の重心に対して伸縮振動及び屈曲振動の方向へ線対称に配置することができる。その結果、アクチュエータ本体４の振動の対称性を確保することができる。
【００５１】
さらに、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃをアクチュエータ本体４の長手方向両端から全長の１３％だけ内方に入った位置及び長手方向中央の位置に配置することによって、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃがアクチュエータ本体４の振動を阻害することを防止することができる。すなわち、アクチュエータ本体４の長手方向両端から全長の１３％だけ内方に入った部分は、アクチュエータ本体４の２次モードの屈曲振動の節（即ち、ノード）となる部分である。また、アクチュエータ本体４の長手方向中央の部分は、アクチュエータ本体４の１次モードの伸縮振動の節となる部分である。つまり、これらの部分は、アクチュエータ本体４が伸縮振動及び屈曲振動を行っても、あまり振動しない、そのため、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃをアクチュエータ本体４のこれらの位置に配置しても、アクチュエータ本体４の振動をほとんど阻害しない。その結果、アクチュエータ本体４の振動効率の低下を防止することができる。
【００５２】
さらにまた、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触する接触体をゴムで構成することによって、アクチュエータ本体４の振動効率の低下を防止することができると共に、摩耗分の発生を抑制することができる。すなわち、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、アクチュエータ本体４が振動するのに伴って弾性変形することができる。そのため、アクチュエータ本体４の変位を高剛性の部材で押さえ付ける構成に比べて、アクチュエータ本体４を自由に振動させることができる。その結果、アクチュエータ本体４の振動効率の低下を防止することができる。また、接触体を高剛性の部材で構成した場合、接触体はほとんど変形しないため、振動するアクチュエータ本体４は接触体と摺接しながら振動する。その結果、アクチュエータ本体４及び接触体の摩耗粉が発生する虞がある。それに対して、接触体をゴムで構成することによって、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃがアクチュエータ本体４の振動に追従して変形するため、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃとアクチュエータ本体４とはほとんど摺動せず、両者の摩耗分はほとんど発生しない。こうして、摩耗粉の発生を抑制することができる。
【００５３】
また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを支持体６，６とアクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂとの間で挟持することによって、部品点数を削減することができる。すなわち、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを、支持体６とは別の部材に取り付けて、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触させてもよい。それに対して、本実施形態によれば、アクチュエータ本体４を支持する支持体６，６と該アクチュエータ本体４とで接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを挟持することによって、部品点数を削減して、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃをアクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触させる構成を実現することができる。それに加えて、超音波アクチュエータ２の組立性を向上させることもできる。
【００５４】
さらに、ガイド部材６３を、支持体本体６０よりも弾性率が小さい材料で構成することによって、ホルダ５がガイド部材６３に衝突するときの衝突音を抑制することができる。すなわち、支持体６は、アクチュエータ本体４を支持する部材であるため、或る程度の強度が要求され、弾性率又は硬度が高い材料で構成する必要がある。そこで、支持体６を支持体本体６０とガイド部材６３との別体で構成している。こうすることによって、支持体本体６０は、弾性率が高い材料で構成して、アクチュエータ本体４を支持する機能を発揮させることができると共に、ガイド部材６３は、支持体本体６０よりも弾性率が低い材料で構成して、ホルダ５との衝突音を低減させることができる。つまり、支持体６を、支持体本体６０とガイド部材６３との別体で構成することによって、アクチュエータ本体４の支持と、衝突音の低減とを両立させることができる。さらに、ガイド部材６３は、支持体本体６０よりも硬度が小さい材料で構成することが好ましい。
【００５５】
尚、ホルダ５とガイド部材６３との衝突音を抑制するためには、ガイド部材６３にホルダ５を固定する構成も考えられる。しかし、駆動子３，３がしだいに摩耗すると、アクチュエータ本体４を板バネ７で付勢しているにもかかわらず、駆動子３，３と移動体１１との間の摩擦力を確保できない虞がある。その場合、超音波アクチュエータ２の駆動効率を著しく低下させてしまう。つまり、ガイド部材６３に長孔６４を形成して、ホルダ５を長孔６４内で摺動可能に構成することによって、駆動子３，３と移動体１１との間の摩擦力を確保して、超音波アクチュエータ２の駆動効率を維持することができる。そして、そのためにも、ガイド部材６３には、ホルダ５の衝撃を吸収するための軟質性と、ホルダ５を摺動させるための高い摺動特性とが要求される。本実施形態では、ホルダ５はガラス繊維入りのポリカーボネートで、ガイド部材６３はポリアセタールで構成したが、これに限られるものではない。
【００５６】
《その他の実施形態》
本発明は、実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５７】
すなわち、接触ゴム６６ａ，…は、各主面４０ａ（４０ｂ）において、３つ設けられているが、これに限られるものではない。略短手方向に延びる軸回りのアクチュエータ本体４の揺動を抑制するためには、少なくとも２つの接触ゴム６６，６６を長手方向において異なる位置に設ければよい。例えば、前記実施形態において、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの何れか１つを省略してもよい。また、アクチュエータ本体４の一方の主面４０ａと他方の主面４０ｂとで、接触ゴム６６，…の個数及び／又は接触ゴム６６，…を設ける位置が異なっていてもよい。ただし、アクチュエータ本体４の振動効率の観点からは、接触ゴム６６，…をアクチュエータ本体４の重心に対して、伸縮振動及び屈曲振動の振動方向へ線対称に配置することが好ましい。例えば、前記実施形態で接触ゴム６６を１つ省略する場合には、アクチュエータ本体４の長手方向において２番目の接触ゴム６６ｂを省略することが好ましい。
【００５８】
また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの位置は、前記実施形態における位置に限られるものではない。例えば、前記実施形態では、アクチュエータ本体４の各主面４０ａ（４０ｂ）において、３つの接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは短手方向中央に設けられているが、短手方向中央に限られるものではない。さらには、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃごとに、短手方向位置が異なるように配置してもよい。また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、長手方向に関しても前記実施形態とは異なる位置に設けてもよい。
【００５９】
さらに、前記実施形態では、接触体として接触ゴムを採用しているが、これに限られるものではない。例えば、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに鋼球を接触させる構成であってもよい。接触体を鋼球のように高剛性且つ摩擦係数の小さな部材で構成することによって、アクチュエータ本体４の振動の阻害を防止することができる。ただし、摩耗粉を発生させないためにも、接触体はゴムで構成することが好ましい。
【００６０】
さらにまた、ホルダ５は、アクチュエータ本体４よりも、該アクチュエータ本体４の厚み方向に突出しているが、これに限られるものではない。例えば、ホルダ５は、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに交差する方向に突出していればよく、厚み方向に対して傾斜した方向に延びていてもよい。また、ホルダ５は、アクチュエータ本体４の長辺側面４０ｄに設けられているが、これに限られるものではない。アクチュエータ本体４を主面４０ａ，４０ｂと交差する方向に貫通するように設けられてもよい。また、ホルダ５は、１本の部材で構成されている必要はなく、２本の部材で構成され、アクチュエータ本体４の一方の主面４０ａと他方の主面４０ｂとからそれぞれ突出するように設けられていてもよい。
【００６１】
また、超音波アクチュエータ２は、アクチュエータ本体４に１次モードの伸縮振動と２次モードの屈曲振動とを発生させているが、これに限られるものではない。アクチュエータ本体４に伸縮振動と屈曲振動とを発生させる構成であれば、任意の次数の振動を発生させるアクチュエータ本体を採用することができる。
【００６２】
さらに、前記実施形態では、超音波アクチュエータ２によって移動体１１を移動させているが、これに限られるものではない。例えば、駆動子３，３がベース部材１４に当接する状態で超音波アクチュエータ２が移動体１１に取り付けられる構成であってもよい。かかる構成の場合、アクチュエータ本体４を振動させて駆動子３，３を周回運動させることによって、超音波アクチュエータ２を取り付けた移動体１１がベース部材１４に対して移動することになる。つまり、かかる構成においては、移動体１１ではなく、ベース部材１４が、超音波アクチュエータ２との間で相対移動を発生させる相対移動部材となる。
【００６３】
さらに、前記実施形態では、アクチュエータ本体４は、圧電素子で構成されているが、これに限られるものではない。例えば、アクチュエータ本体４は、金属製の弾性体に圧電素子を取り付けて構成された共振器であってもよい。
【００６４】
また、前記実施形態では、超音波アクチュエータの駆動力が付与されて駆動される相対移動部材としての移動体１１は直方体であるが、これに限られるものではなく、相対移動部材の構成としては任意の構成を採用することができる。例えば、図１０に示すように、可動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体１７であり、超音波アクチュエータの駆動子３，３が該円板体１７の側周面１７ａに当接するように構成された駆動装置２０１を採用してもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子３，３の概略楕円運動によって、該円板体１７が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。また、図１１に示すように、可動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体１８であり、超音波アクチュエータの駆動子３，３が該円板体１８の平面部１８ａに当接するように構成された駆動装置３０１を採用してもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子３，３の概略楕円運動によって、該円板体１８が駆動子３，３と当接部における接線方向に駆動され、結果として該円板体１８が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。
【００６５】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明は、伸縮振動及び屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体を備えた振動型アクチュエータについて有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 駆動装置
１１ 移動体（相対移動部材）
２ 超音波アクチュエータ（振動型アクチュエータ）
３ 駆動子
４ アクチュエータ本体
４０ａ，４０ｂ 主面
５ ホルダ（突出部）
６ 支持体
６０ 支持体本体
６３ ガイド部材
６４ 長孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮振動及び屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体を備えた振動型アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、この種類の振動型アクチュエータとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この振動型アクチュエータは、伸縮振動及び屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体を備えている。アクチュエータ本体には、アクチュエータ本体の伸縮振動及び屈曲振動に伴って周回運動する駆動子が設けられている。振動型アクチュエータは、駆動子が相対移動部材に接触するようにして配設される。この状態でアクチュエータ本体を伸縮振動及び屈曲振動させることによって、駆動子を周回運動させて、相対移動部材及び振動型アクチュエータの何れか一方を他方に対して相対的に移動させる。このとき、アクチュエータ本体は、駆動子と相対移動部材との摩擦力を増大させるために、相対移動部材側に付勢されている。
【０００３】
ここで、アクチュエータ本体の支持構造についてさらに詳しく説明する。アクチュエータ本体には、アクチュエータ本体の厚み方向に突出する突出部が設けられている。この突出部は、支持体によって支持されている。詳しくは、支持体には、アクチュエータ本体の付勢方向へ延びる長孔が形成されている。突出部は、支持体の該長孔に嵌っていて、該長孔に沿って摺動可能になっている。つまり、アクチュエータ本体は、付勢方向へ摺動可能な状態で支持体に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように多少の自由度を有する状態でアクチュエータ本体を支持する構成においては、アクチュエータ本体が振動する際に、異音が発生する虞がある。例えば、前記支持体の長孔とアクチュエータ本体の突出部との間には、突出部の摺動を可能とする程度の微小な隙間が存在する。そのため、アクチュエータ本体が振動する際に、突出部が長孔の壁面に衝突して、異音が発生する場合がある。さらには、アクチュエータ本体が振動する際に、該アクチュエータ本体がその周辺に配置された部材、例えば、アクチュエータ本体を収容するケースや支持体と衝突して、異音が発生する虞もある。
【０００６】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動型アクチュエータ作動時の騒音を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された振動型アクチュエータは、相対向する一対の主面を有して、該主面の長手方向への伸縮振動及び該主面の短手方向への屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体の振動に従って周回運動することによって駆動力を出力する駆動子とを備え、該駆動子が当接する相対移動部材との間で相対移動を発生させる振動型アクチュエータである。そして、この振動型アクチュエータは、前記アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体から該主面に交差する方向の両側へ突出する突出部と、前記突出部をそれぞれ支持する２つの支持体と、前記アクチュエータ本体の両主面に対してそれぞれ設けられ、該主面に接触することによって該主面と交差する方向への該アクチュエータ本体の変位を制限する接触体とをさらに備え、前記アクチュエータ本体は、前記相対移動部材側へ付勢されており、前記支持体には、前記突出部が嵌ると共に、前記アクチュエータ本体の付勢方向に延びる長孔が形成されており、前記支持体は、前記アクチュエータ本体の各主面において前記長手方向の異なる位置に少なくとも２つ設けられているものとする。
【発明の効果】
【０００８】
この振動型アクチュエータによれば、振動型アクチュエータ作動時の騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの分解斜視図である。
【図２】超音波アクチュエータの斜視図である。
【図３】駆動装置の斜視図である。
【図４】圧電素子ユニットの分解斜視図である。
【図５】アクチュエータ本体の概略構成を示す概略正面図である。
【図６】アクチュエータ本体の長手方向への縦振動の１次モードによる変位を示す概念図である。
【図７】アクチュエータ本体の屈曲振動の２次モードによる変位を示す概念図である。
【図８】アクチュエータ本体の動作を示す概念図である。
【図９】超音波アクチュエータによるステージの駆動を説明するための概念図であって、（ａ）は駆動前の状態、（ｂ）はアクチュエータ本体が長手方向に伸張することで一方の駆動子によってステージを駆動する状態、（ｃ）はアクチュエータ本体が長手方向に収縮することで他方の駆動子によってステージを駆動する状態を示す。
【図１０】その他の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図１１】別のその他の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
《発明の実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの斜視図を示し、図２は、超音波アクチュエータの分解斜視図を示し、図３は、超音波アクチュエータを組み込んだ駆動装置の斜視図を示す。駆動装置１は、振動により駆動力を出力する超音波アクチュエータ２と、ガイド１２に沿って移動可能な移動体１１と、該超音波アクチュエータ２を駆動制御する制御装置（図示省略）とを備え、超音波アクチュエータ２によって移動体１１を駆動するためのものである。この超音波アクチュエータ２が振動型アクチュエータを構成し、移動体１１が相対移動部材を構成する。
【００１２】
移動体１１は、固定体としての基台（図示省略）上に固定されたガイド１２に摺動可能に取り付けられている。こうして、移動体１１は、ガイド１２が延びる方向に沿って移動可能に構成されている。これらガイド１２の延びる方向が移動体１１の可動方向となる。この移動体１１の底面にはアルミナで形成された摺動板１１ａが接着固定されていている。尚、摺動板１１ａの材質は、アルミナに限られるものではなく、任意の材質を用いて形成することができる。そして、前記超音波アクチュエータ２は、この移動体１１に接着された摺動板１１ａに後述する駆動子３，３が当接する状態で基台に配設されている。
【００１３】
超音波アクチュエータ２は、移動体１１に駆動力を出力して、該移動体１１を超音波アクチュエータ２に対して相対的に移動させるためのものである。超音波アクチュエータ２は、振動を発生させるアクチュエータ本体４と、該アクチュエータ本体４に設けられて該アクチュエータ本体４の駆動力を移動体１１に伝達する駆動子３，３と、アクチュエータ本体４を保持するホルダ５と、ホルダ５を支持する支持体６と、アクチュエータ本体４を移動体１１へ付勢するための板バネ７とを有している。
【００１４】
前記アクチュエータ本体４は、圧電素子で構成されている。アクチュエータ本体４は、図２に示すように、略長方形状の相対向する一対の主面４０ａ，４０ｂと、この主面４０ａ，４０ｂと直交して該主面４０ａ，４０ｂの長手方向に延びる、相対向する一対の長辺側面４０ｃ，４０ｄと、これら主面４０ａ，４０ｂ及び長辺側面４０ｃ，４０ｄの両方と直交して該主面４０ａ，４０ｂの短手方向に延びる、相対向する一対の短辺側面４０ｅ，４０ｆとを有する略直方体状をしている。
【００１５】
図４に、アクチュエータ本体４の分解斜視図を示す。アクチュエータ本体４は、図４に示すように、圧電体層（圧電素子）４１，４１，…と内部電極層４２，４４，４３，４４とを交互に積層して構成される。内部電極層４２，４４，４３，４４は、積層方向に圧電体層４１を介して交互に配された、第１給電電極層４２と共通電極層４４と第２給電電極層４３と共通電極層４４とを含んでいる。これら第１給電電極層４２と共通電極層４４と第２給電電極層４３と共通電極層４４とを１セットとして、複数セットの内部電極層４２，４４，４３，４４が圧電体層４１を介在させた状態で繰り返し積層されている。尚、積層方向の両端には、圧電体層４１，４１が位置するようになっている。これら第１給電電極層４２、第２給電電極層４３及び共通電極層４４のそれぞれは、各圧電体層４１の主面上に印刷されている。
【００１６】
前記各圧電体層４１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛などのセラミック材料からなる絶縁体層である。圧電体層４１は、前記アクチュエータ本体４と同様に、一対の主面と、一対の長辺側面と、一対の短辺側面とを有する略直方体状をしている。また、各圧電体層４１のそれぞれの長辺側面には、長手方向両端部に第１及び第２外部電極４６，４７が形成され、該第１及び第２外部電極４６，４７よりも長手方向内側には２つの共通外部電極４８，４８が形成されている。すなわち、圧電体層４１の各長辺側面には、第１外部電極４６、共通外部電極４８、共通外部電極４８、第２外部電極４７が、長手方向に沿ってこの順で、互いに間隔を空けて並んでいる。
【００１７】
前記各共通電極層４４は、圧電体層４１の主面の略全面に亘って設けられた略長方形状をしている。また、各共通電極層４４のそれぞれの長辺部からは、圧電体層４１の長辺側面に形成された共通外部電極４８，４８まで延びる引出電極４４ａ，４４ａが形成されている。
【００１８】
前記第１及び第２給電電極層４２，４３は、図５に示すように、圧電体層４１の主面をその長手方向及び短手方向にそれぞれ２等分してなる４つの領域のうち該主面の対角線方向に位置する２対の領域のうち一方の対の領域にそれぞれ形成された一対の第１電極４２ａ，４２ｂと、他方の対の領域にそれぞれ形成された一対の第２電極４３ａ，４３ｂとを有する。これら第１電極４２ａ，４２ｂ及び第２電極４３ａ，４３ｂは、圧電体層４１を挟んで共通電極層４４と対向している。また、第１電極４２ａ，４２ｂのそれぞれからは、それらに近接する、圧電体層４１の長辺側面に形成された第１外部電極４６，４６まで延びる引出電極４２ｄ，４２ｄが形成されている。第２電極４３ａ，４３ｂのそれぞれからは、それらに近接する、圧電体層４１の長辺側面に形成された第２外部電極４７，４７まで延びる引出電極４３ｄ，４３ｄが形成されている。そして、第１給電電極層４２においては、第１電極４２ａ，４２ｂが第１導通電極４２ｃを介して導通している。また、第２給電電極層４３においては、第２電極４３ａ，４３ｂが第２導通電極４３ｃを介して導通している。
【００１９】
これら圧電体層４１，４１，…と内部電極層４２，４４，４３，４４とを交互に積層することで構成されたアクチュエータ本体４の各長辺側面４０ｃ，４０ｄにおいては、各圧電体層４１の共通外部電極４８，４８がそれぞれ積層方向に並んで一まとまりに形成されている。この外部電極４８には、前記共通電極層４４，４４に形成された引出電極４４ａ，４４ａが電気的に接続されている。こうして、異なる圧電体層４１，４１，…に設けられた共通電極層４４，４４，…は、共通外部電極４８，４８を介して互いに導通している。
【００２０】
同様に、アクチュエータ本体４の各長辺側面４０ｃ，４０ｄにおいては、各圧電体層４１の第１外部電極４６が積層方向に並んで一まとまりに形成されていると共に、各圧電体層４１の第２外部電極４７が積層方向に並んで一まとまりに形成されている。第１外部電極４６，４６には、前記第１電極４２ａ，４２ｂからの引出電極４２ｄ，４２ｄが電気的に接続されている。また、第２外部電極４７，４７には、前記第２電極４３ａ，４３ｂからの引出電極４３ｄ，４３ｄが電気的に接続されている。こうして、第１電極４２ａ，４２ｂは、第１導通電極４２ｃ及び第１外部電極４６，４６を介して、異なる圧電体層４１，４１，…に設けられた第１電極４２ａ，４２ｂと互いに導通している。また、第２電極４３ａ，４３ｂは、第２導通電極４３ｃ及び第２外部電極４７，４７を介して、異なる圧電体層４１，４１，…に設けられた第２電極４３ａ，４３ｂと互いに導通している。これら外部電極４６，４７，４８には、制御装置からの信号線が接続される。アクチュエータ本体４は、外部電極４６，４７，４８を介して給電される。
【００２１】
そして、アクチュエータ本体４の一方の長辺側面（すなわち、後述する屈曲振動の振動方向を向く一対の面のうちの一方の面。以下、設置面ともいう）４０ｃには、２個の駆動子３，３が設けられている。
【００２２】
これら駆動子３，３は、円柱状の部材であって、ジルコニア、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、タングステンカーバイド等で形成されている。駆動子３，３は、その軸方向がアクチュエータ本体４の厚み方向を向くように配設されている。駆動子３，３は、設置面４０ｃに対して接着剤を介して線接触状に取り付けられている。接着剤としては、アクチュエータ本体４の材料及び駆動子３の材料よりも柔らかいことが望ましい。具体的には、合成樹脂、特にエポキシ樹脂、シリコーン樹脂が挙げられる。このような材料を用いることによりアクチュエータ本体４の後述する振動をできるだけ阻害せずに駆動子３，３と設置面４０ｃとの間の固定を実現することができる。
【００２３】
また、駆動子３，３が設けられた位置は、設置面４０ｃにおいて、アクチュエータ本体４の長手方向両端部から該設置面４０ｃの全長の３０〜３５％距離だけ内側に入った位置であり、即ち、アクチュエータ本体４の後述する屈曲振動の２次モードの腹の位置であって、振動が最も大きくなる位置である。
【００２４】
このように構成されたアクチュエータ本体４は、前記外部電極４８をグランドに接続し、前記第１及び第２外部電極４６，４７に所定周波数の交流電圧を位相が９０°ずれた状態で印加することによって、圧電体層４１の主面の対角線方向に位置する一方の対の第１電極４２ａ，４２ｂと、他方の対の第２電極４３ａ，４３ｂとに互いに位相が９０°ずれた交流電圧が印加され、その長手方向への伸縮振動（いわゆる、縦振動）とその短手方向への屈曲振動（いわゆる、横振動）とが誘起される。
【００２５】
伸縮振動の共振周波数及び屈曲振動の共振周波数はそれぞれ、アクチュエータ本体４、即ち、アクチュエータ本体４の材料、形状等により決定される。さらに、両共振周波数は、アクチュエータ本体４を支持する力及び支持する部分によっても影響を受ける。これらを考慮して、両共振周波数を略一致させ、その近傍の周波数の交流電圧を位相を９０°ずらした状態で第１及び第２外部電極４６，４７のそれぞれに印加する。例えば、伸縮振動の１次モード（図６参照）の共振周波数と屈曲振動の２次モード（図７参照）の共振周波数とが一致するようにアクチュエータ本体４の形状等を設計して、該共振周波数近傍の交流電圧を前述の如く、位相を９０°ずらして印加することによって、アクチュエータ本体４には、伸縮振動の１次モードと屈曲振動の２次モードとが調和的に誘起され、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す形状の変化を順番に起こす。
【００２６】
その結果、アクチュエータ本体４に設けられた各駆動子３が該アクチュエータ本体４の主面と平行な平面（図７における紙面と平行な面）、即ち、長手方向と短手方向とを含む平面（さらに換言すれば、伸縮振動の振動方向と屈曲振動の振動方向とを含む平面）内で略楕円運動、即ち、周回運動を行う。
【００２７】
このように構成されたアクチュエータ本体４は、複数の振動の腹を有する。ここで、振動の腹とは振動の変位が極大となる箇所であり、本実施形態においては振動の腹の部分はアクチュエータ本体４の両短辺側面に位置する計２箇所の伸縮振動の腹と、アクチュエータ本体４の一方の長辺側面４０ｃ及び他方の長辺側面４０ｄの両端部の４箇所、さらに一方の長辺側面４０ｃ及び他方の長辺側面４０ｄにおける両端部からアクチュエータ本体４の長手方向の３０〜４０％内側の部分の４箇所の計８箇所の屈曲振動の腹とがある。すなわち、この超音波アクチュエータ２は、伸縮振動の腹と屈曲振動の腹とを合わせて１０箇所の振動の腹がある。そして、前記駆動子３，３は、一方の長辺側面である設置面４０ｃにおける長手方向両端部から内側へ３０〜３５％入った腹の部分に設けられている。
【００２８】
ホルダ５は、ポリカボネート（ガラス繊維入り）で形成されている。このホルダ５は、図２に示すように、アクチュエータ本体４の、駆動子３，３が設けられていない方の長辺側面４０ｄに取り付けられている。詳しくは、ホルダ５は、アクチュエータ本体４の該長辺側面４０ｄの長手方向中央部において、該アクチュエータ本体４を厚み方向から挟持するように取り付けられている。このアクチュエータ本体４の長辺側面４０ｄの長手方向中央部は、アクチュエータ本体４の伸縮振動の節の部分である。また、ホルダ５は、アクチュエータ本体４よりも、該アクチュエータ本体４の厚み方向の両側に突出している。このホルダ５が、突出部を構成している。
【００２９】
支持体６は、板状に形成された支持体本体６０と、支持体本体６０に設けられたガイド部材６３とを有している。この支持体６は、ホルダ５を介してアクチュエータ本体４を支持する。支持体本体６０は、基台に固定されたベース部材１４に取り付けられている。詳しくは、支持体本体６０は、ステンレス又は一般鋼等で構成されている。支持体本体６０には、２つの貫通孔６１，６１が厚み方向に貫通形成されている。支持体本体６０は、この貫通孔６１，６１に挿通されたネジ１６，１６によってベース部材１４に取り付けられる。
【００３０】
また、支持体本体６０の中央には、開口部６２が厚み方向に貫通形成されている。この開口部６２に、ホルダ５を支持するためのガイド部材６３が設けられる。ガイド部材６３は、支持体本体６０に接着固定されている。ガイド部材６３には、アクチュエータ本体４を移動体１１へ付勢する方向（即ち、アクチュエータ本体４の短手方向）に延びる長孔６４が貫通形成されている。この長孔６４には、ホルダ５の、アクチュエータ本体４の厚み方向に突出する端部が挿入される。ホルダ５の端部は、長孔６４内を長孔６４の延伸方向に摺動することができる。ガイド部材６３は、支持体本体６０よりも弾性率が小さく、又硬度が小さい材料で構成されている。また、ガイド部材６３は、ホルダ５よりも軟質で、しかも樹脂などに対して摺動性に優れる材料で構成されている。例えば、ガイド部材６３は、ポリアセタールで構成されている。尚、ホルダ５の突出量によっては、長孔６４はガイド部材６３を貫通せず、有底状であってもよい。
【００３１】
さらに、支持体本体６０の、アクチュエータ本体４と対向する面には、３つの接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを配設するための配設孔６５が形成されている。この配設孔６５は、有底状であって、アクチュエータ本体４の長手方向に延びるように形成されている。配設孔６５は、支持体本体６０において、開口部６２を挟んで、貫通孔６１，６１とは反対側の位置に設けられている。各接触ゴム６６は、シリコーンゴムで構成されている。接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、支持体６により支持されるアクチュエータ本体４の主面４０ａ（４０ｂ）の短手方向略中央において長手方向に概ね並んで配置されている。１番目と３番目の接触ゴム６６ａ，６６ｃは、アクチュエータ本体４の長手方向の両端から、長手方向の全長の略１３％だけ内方に入った位置に配置される。２番目の接触ゴム６６ｂは、アクチュエータ本体４の長手方向における略中央に配置される。これらアクチュエータ本体４の長手方向両端から全長の略１３％入った部分及び長手方向中央の部分は、アクチュエータ本体４の２次モードの屈曲振動の節となる部分である。また、アクチュエータ本体４の長手方向中央の部分は、アクチュエータ本体４の１次モードの伸縮振動の節となる部分である。尚、配設孔６５は、長孔ではくてもよい。すなわち、配設孔６５は、接触ゴム６６の個数に応じて設けられ、接触ゴム６６が嵌る程度の大きさを有する孔であってもよい。
【００３２】
これら接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、支持体６がアクチュエータ本体４を支持する状態において、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触している。これら接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、主面４０ａ，４０ｂと交差する方向へのアクチュエータ本体４の変位を制限する機能を有する。
【００３３】
板バネ７は、アクチュエータ本体４の、ホルダ５が取り付けられた長辺側面４０ｄと対向する位置に設けられている。詳しくは、板バネ７は、アクチュエータ本体４の、ホルダ５が取り付けられた長辺側面４０ｄと、ベース部材１４との間に設けられている。また、板バネ７の長手方向両端部には、ベース部材１４に設けられたネジ１５，１５の先端が嵌る開口部７１，７１が形成されている。詳しくは、ベース部材１４にはアクチュエータ本体４の短手方向と平行にネジ孔が貫通形成されており、このネジ孔にネジ１５，１５が螺合されている。これらネジ１５，１５の先端部は、ベース部材１４よりもアクチュエータ本体４側に突出するようになっている。そして、ネジ１５，１５の先端部は、板バネ７の開口部７１，７１に嵌っている。このように構成された板バネ７は、アクチュエータ本体４に取り付けられたホルダ５に当接している。つまり、ベース部材１４のネジ１５，１５をアクチュエータ本体４側へ突き出すことによって、板バネ７がホルダ５を介してアクチュエータ本体４を移動体１１側へ押圧するようになっている。
【００３４】
次に、超音波アクチュエータ２の組み立てについて説明する。
【００３５】
まず、アクチュエータ本体４の、駆動子３，３が設けられていない方の長辺側面４０ｄの長手方向中央部にホルダ５を接着固定する。また、支持体本体６０にガイド部材６３を接着固定する。さらに、支持体本体６０の配設孔６５内に、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを接着固定する。尚、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは接着固定ではなく、配設孔６５に嵌め込むだけであってもよい。
【００３６】
次に、一方の支持体６をベース部材１４にネジ１６，１６により取り付ける。その後、治具等を用いて、アクチュエータ本体４をベース部材１４から所定距離だけ離れた位置に配設して、ホルダ５の一端部をベース部材１４に取り付けられた支持体６の長孔６４に挿入する。さらに、ホルダ５の他端部に他方の支持体６の長孔６４を嵌め込み、該支持体６をベース部材１４にネジ１６，１６により取り付ける。このとき、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、アクチュエータ本体４の両主面４０ａ，４０ｂと支持体６，６との間で挟持されて、圧縮変形する。例えば、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、約２０％程度、圧縮される。この圧縮量は、各種環境においてシリコーンゴムが塑性変形したときであっても圧縮性能を発揮する変形量である。前述のように、アクチュエータ本体４の位置を治具等で決めた状態で、他方の支持体６をベース部材１４に取り付けるため、アクチュエータ本体４に対する接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの接触位置を正確に位置決めすることができる。
【００３７】
続いて、アクチュエータ本体４とベース部材１４の間に板バネ７を配設する。そして、ベース部材１４のネジ孔にネジ１５，１５を螺合させ、ネジ１５，１５の先端部を板バネ７の開口部７１，７１に嵌め込む。ネジ１５，１５の、ベース部材１４からの突出量を調節することによって、板バネ７をホルダ５に当接させる。
【００３８】
尚、超音波アクチュエータ２の外部電極４６、４７、４８には、制御装置からの信号線が接続される。
【００３９】
このように組み立てられた超音波アクチュエータ２は、駆動子３，３が移動体１１の摺動板１１ａに当接する状態で、ベース部材１４が基台に取り付けられる。その後、ネジ１５，１５を調節することによって、板バネ７でホルダ５を押圧して、アクチュエータ本体４を移動体１１側へ付勢する。その結果、駆動子３，３が移動体１１に押し付けられる。
【００４０】
尚、以上、説明した超音波アクチュエータ２の組立順序については、一例であり、超音波アクチュエータ２を組み立てることができる限りは、組立順序を入れ替えることができる。例えば、ベース部材１４は、超音波アクチュエータ２の組立時に既に基台に取り付けられていてもよい。かかる場合には、超音波アクチュエータ２の組立が完了したときには、駆動子３，３が移動体へ当接した状態となる。
【００４１】
以下に、超音波アクチュエータ２の動作について、図９を参照しながら説明する。
【００４２】
制御装置は、外部からの動作指令を受けて、その動作指令に応じた周波数の交流電圧を動作指令に応じた位相差で第１及び第２外部電極４６，４７に印加する。こうして、制御装置は、アクチュエータ本体４に伸縮振動と屈曲振動とを調和的に発生させて、駆動子３，３を図８に示すように周回運動させることで、移動体１１を移動させる。さらに詳しくは、制御装置は、アクチュエータ本体４の異常発熱を防止すべく、アクチュエータ本体４の伸縮振動と屈曲振動との共通の共振周波数よりも少し高い周波数の交流電圧を第１及び第２外部電極４６，４７に印加する。このとき、かかる交流電圧は、互いに位相が９０°ずれた状態で第１及び第２外部電極４６，４７に印加される。
【００４３】
アクチュエータ本体４が、伸縮振動と屈曲振動との合成振動を行うと、駆動子３，３はアクチュエータ本体４の長手方向と短手方向とを含む平面内において略楕円運動を行う。こうすることで、駆動子３，３は、移動体１１の当接面との摩擦力の増減を周期的に繰り返しながら、アクチュエータ本体４の長手方向への駆動力を摩擦力を介して移動体１１に付与しており、移動体１１はガイド１２に沿って移動する。このアクチュエータ本体４の長手方向（ガイド１２が延びる方向と一致する）が、駆動子３，３が駆動力を出力する方向である駆動方向に相当する。
【００４４】
さらに詳しくは、アクチュエータ本体４が長手方向（伸縮振動の振動方向）に伸張するとき、一方（例えば、図９の左側）の駆動子３は、図９（Ｂ）に示すように、移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態（即ち、単に設置しただけの状態）よりも増大させながら変位するため、この摩擦力によって移動体１１を該長手方向における該一方の駆動子３が変位する側（図９の左側）へ移動させる。このとき、他方（図９の右側）の駆動子３は、該長手方向において一方の駆動子３とは逆向きに変位するが、該駆動子３は移動体１１から離れた状態で変位するか、又は移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態よりも減少させながら変位するため、移動体１１の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４５】
一方、アクチュエータ本体４が長手方向に収縮するときは、他方（図９の右側）の駆動子３は、図９（Ｃ）に示すように、移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態（即ち、単に設置しただけの状態）よりも増大させながら変位するため、この摩擦力によって移動体１１を該長手方向における該他方の駆動子３が変位する側（図９の左側）へ移動させる。この移動方向は、前述した、アクチュエータ本体４の伸張時における一方の駆動子３による移動体１１の移動方向と同じである。このとき、一方（図９の左側）の駆動子３は、該長手方向において他方の駆動子３とは逆向きに変位するが、該駆動子３は移動体１１から離れた状態で変位するか、又は移動体１１との間の摩擦力を駆動前の状態よりも減少させながら変位するため、移動体１１の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４６】
尚、図９においては、移動体１１の移動に影響を与えない方の駆動子３は移動体１１から離れているが、必ずしも離れている必要はない。すなわち、駆動子３は、移動体１１を移動させない程度の摩擦力で該移動体１１に当接している状態であってもよい。
【００４７】
こうして、一方の駆動子３と他方の駆動子３とは、位相が１８０°ずれた状態で交互に移動体１１を所定の一方向へ移動させる。尚、前記交流電圧を、その位相を−９０°ずらした状態で第１及び第２外部電極４６，４７に印加することによって、駆動子３，３が出力する駆動力を逆向きにすることができ、移動体１１を他方向へ移動させることができる。
【００４８】
このような超音波アクチュエータ２においては、アクチュエータ本体４を振動させて駆動力を出力させる際に、１次モードの伸縮振動及び２次モードの屈曲振動以外の固有振動が発生することや、アクチュエータ本体４が駆動子３と移動体１１との当接部やホルダ５と板バネ７との当接部により拘束されていること等に起因して、アクチュエータ本体４の略短手方向に延びる軸回りに（図３の矢印の方向に）該アクチュエータ本体４を揺動させる振動が生じる場合がある。アクチュエータ本体４に設けられたホルダ５は支持体６の長孔６４に嵌っているものの、ホルダ５と長孔６４との間には、ホルダ５の摺動を可能とする程度の隙間が設けられている。そのため、アクチュエータ本体４が略短手方向に延びる軸回りに揺動すると、アクチュエータ本体４に設けられたホルダ５がガイド部材６３に設けられた長孔６４の壁面と衝突を繰り返したり、アクチュエータ本体４が支持体６と衝突を繰り返したりする虞がある。そこで、本実施形態では、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを設けている。そのため、略短手方向に延びる軸回りのアクチュエータ本体４の揺動は、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃが弾性変形することによって減衰させられる。さらに、前記の揺動だけでなく、主面４０ａ，４０ｂに交差する方向へのアクチュエータ本体４の移動も、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの弾性変形によって吸収することができる。その結果、ホルダ５と長孔６４の壁面との衝突やアクチュエータ本体４と支持体６との衝突に起因する異音の発生を抑制することができる。
【００４９】
したがって、本実施形態によれば、アクチュエータ本体４の各主面４０ａ（４０ｂ）に対して長手方向の異なる位置で接触する少なくとも２つの接触ゴム６６ａ，…を設けることによって、超音波アクチュエータ２の作動時の騒音を抑制することができる。すなわち、アクチュエータ本体４が支持体６，６に支持された状態において、アクチュエータ本体４の両主面４０ａ，４０ｂには、接触ゴム６６ａ，…が接触しているため、主面４０ａ，４０ｂに交差する方向へのアクチュエータ本体４の変位を抑制することができる。さらに、各主面４０ａ，４０ｂにおいては、長手方向において異なる位置に複数の接触ゴム６６ａ，…が設けられているため、略短手方向に延びる軸回りのアクチュエータ本体４の揺動を抑制することができる。これらの結果、アクチュエータ本体４に設けられたホルダ５が支持体６のガイド部材６３と衝突を繰り返したり、アクチュエータ本体４が支持体６と衝突を繰り返したりすることを抑制することができる。こうして、超音波アクチュエータ２作動時の騒音を抑制することができる。
【００５０】
また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを長手方向中央において短手方向に延びる直線に対して線対称且つ、短手方向中央において長手方向に延びる直線に対して線対称に配置することによって、アクチュエータ本体４の振動の対称性を確保することができる。すなわち、アクチュエータ本体４のうち、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃが接触する部分は、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃにより振動が拘束される。そのため、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを前述の如く配置することによって、アクチュエータ本体４の振動に対する抵抗をアクチュエータ本体４の重心に対して伸縮振動及び屈曲振動の方向へ線対称に配置することができる。その結果、アクチュエータ本体４の振動の対称性を確保することができる。
【００５１】
さらに、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃをアクチュエータ本体４の長手方向両端から全長の１３％だけ内方に入った位置及び長手方向中央の位置に配置することによって、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃがアクチュエータ本体４の振動を阻害することを防止することができる。すなわち、アクチュエータ本体４の長手方向両端から全長の１３％だけ内方に入った部分は、アクチュエータ本体４の２次モードの屈曲振動の節（即ち、ノード）となる部分である。また、アクチュエータ本体４の長手方向中央の部分は、アクチュエータ本体４の１次モードの伸縮振動の節となる部分である。つまり、これらの部分は、アクチュエータ本体４が伸縮振動及び屈曲振動を行っても、あまり振動しない、そのため、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃをアクチュエータ本体４のこれらの位置に配置しても、アクチュエータ本体４の振動をほとんど阻害しない。その結果、アクチュエータ本体４の振動効率の低下を防止することができる。
【００５２】
さらにまた、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触する接触体をゴムで構成することによって、アクチュエータ本体４の振動効率の低下を防止することができると共に、摩耗分の発生を抑制することができる。すなわち、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、アクチュエータ本体４が振動するのに伴って弾性変形することができる。そのため、アクチュエータ本体４の変位を高剛性の部材で押さえ付ける構成に比べて、アクチュエータ本体４を自由に振動させることができる。その結果、アクチュエータ本体４の振動効率の低下を防止することができる。また、接触体を高剛性の部材で構成した場合、接触体はほとんど変形しないため、振動するアクチュエータ本体４は接触体と摺接しながら振動する。その結果、アクチュエータ本体４及び接触体の摩耗粉が発生する虞がある。それに対して、接触体をゴムで構成することによって、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃがアクチュエータ本体４の振動に追従して変形するため、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃとアクチュエータ本体４とはほとんど摺動せず、両者の摩耗分はほとんど発生しない。こうして、摩耗粉の発生を抑制することができる。
【００５３】
また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを支持体６，６とアクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂとの間で挟持することによって、部品点数を削減することができる。すなわち、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを、支持体６とは別の部材に取り付けて、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触させてもよい。それに対して、本実施形態によれば、アクチュエータ本体４を支持する支持体６，６と該アクチュエータ本体４とで接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを挟持することによって、部品点数を削減して、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃをアクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに接触させる構成を実現することができる。それに加えて、超音波アクチュエータ２の組立性を向上させることもできる。
【００５４】
さらに、ガイド部材６３を、支持体本体６０よりも弾性率が小さい材料で構成することによって、ホルダ５がガイド部材６３に衝突するときの衝突音を抑制することができる。すなわち、支持体６は、アクチュエータ本体４を支持する部材であるため、或る程度の強度が要求され、弾性率又は硬度が高い材料で構成する必要がある。そこで、支持体６を支持体本体６０とガイド部材６３との別体で構成している。こうすることによって、支持体本体６０は、弾性率が高い材料で構成して、アクチュエータ本体４を支持する機能を発揮させることができると共に、ガイド部材６３は、支持体本体６０よりも弾性率が低い材料で構成して、ホルダ５との衝突音を低減させることができる。つまり、支持体６を、支持体本体６０とガイド部材６３との別体で構成することによって、アクチュエータ本体４の支持と、衝突音の低減とを両立させることができる。さらに、ガイド部材６３は、支持体本体６０よりも硬度が小さい材料で構成することが好ましい。
【００５５】
尚、ホルダ５とガイド部材６３との衝突音を抑制するためには、ガイド部材６３にホルダ５を固定する構成も考えられる。しかし、駆動子３，３がしだいに摩耗すると、アクチュエータ本体４を板バネ７で付勢しているにもかかわらず、駆動子３，３と移動体１１との間の摩擦力を確保できない虞がある。その場合、超音波アクチュエータ２の駆動効率を著しく低下させてしまう。つまり、ガイド部材６３に長孔６４を形成して、ホルダ５を長孔６４内で摺動可能に構成することによって、駆動子３，３と移動体１１との間の摩擦力を確保して、超音波アクチュエータ２の駆動効率を維持することができる。そして、そのためにも、ガイド部材６３には、ホルダ５の衝撃を吸収するための軟質性と、ホルダ５を摺動させるための高い摺動特性とが要求される。本実施形態では、ホルダ５はガラス繊維入りのポリカーボネートで、ガイド部材６３はポリアセタールで構成したが、これに限られるものではない。
【００５６】
《その他の実施形態》
本発明は、実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５７】
すなわち、接触ゴム６６ａ，…は、各主面４０ａ（４０ｂ）において、３つ設けられているが、これに限られるものではない。略短手方向に延びる軸回りのアクチュエータ本体４の揺動を抑制するためには、少なくとも２つの接触ゴム６６，６６を長手方向において異なる位置に設ければよい。例えば、前記実施形態において、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの何れか１つを省略してもよい。また、アクチュエータ本体４の一方の主面４０ａと他方の主面４０ｂとで、接触ゴム６６，…の個数及び／又は接触ゴム６６，…を設ける位置が異なっていてもよい。ただし、アクチュエータ本体４の振動効率の観点からは、接触ゴム６６，…をアクチュエータ本体４の重心に対して、伸縮振動及び屈曲振動の振動方向へ線対称に配置することが好ましい。例えば、前記実施形態で接触ゴム６６を１つ省略する場合には、アクチュエータ本体４の長手方向において２番目の接触ゴム６６ｂを省略することが好ましい。
【００５８】
また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃの位置は、前記実施形態における位置に限られるものではない。例えば、前記実施形態では、アクチュエータ本体４の各主面４０ａ（４０ｂ）において、３つの接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは短手方向中央に設けられているが、短手方向中央に限られるものではない。さらには、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃごとに、短手方向位置が異なるように配置してもよい。また、接触ゴム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、長手方向に関しても前記実施形態とは異なる位置に設けてもよい。
【００５９】
さらに、前記実施形態では、接触体として接触ゴムを採用しているが、これに限られるものではない。例えば、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに鋼球を接触させる構成であってもよい。接触体を鋼球のように高剛性且つ摩擦係数の小さな部材で構成することによって、アクチュエータ本体４の振動の阻害を防止することができる。ただし、摩耗粉を発生させないためにも、接触体はゴムで構成することが好ましい。
【００６０】
さらにまた、ホルダ５は、アクチュエータ本体４よりも、該アクチュエータ本体４の厚み方向に突出しているが、これに限られるものではない。例えば、ホルダ５は、アクチュエータ本体４の主面４０ａ，４０ｂに交差する方向に突出していればよく、厚み方向に対して傾斜した方向に延びていてもよい。また、ホルダ５は、アクチュエータ本体４の長辺側面４０ｄに設けられているが、これに限られるものではない。アクチュエータ本体４を主面４０ａ，４０ｂと交差する方向に貫通するように設けられてもよい。また、ホルダ５は、１本の部材で構成されている必要はなく、２本の部材で構成され、アクチュエータ本体４の一方の主面４０ａと他方の主面４０ｂとからそれぞれ突出するように設けられていてもよい。
【００６１】
また、超音波アクチュエータ２は、アクチュエータ本体４に１次モードの伸縮振動と２次モードの屈曲振動とを発生させているが、これに限られるものではない。アクチュエータ本体４に伸縮振動と屈曲振動とを発生させる構成であれば、任意の次数の振動を発生させるアクチュエータ本体を採用することができる。
【００６２】
さらに、前記実施形態では、超音波アクチュエータ２によって移動体１１を移動させているが、これに限られるものではない。例えば、駆動子３，３がベース部材１４に当接する状態で超音波アクチュエータ２が移動体１１に取り付けられる構成であってもよい。かかる構成の場合、アクチュエータ本体４を振動させて駆動子３，３を周回運動させることによって、超音波アクチュエータ２を取り付けた移動体１１がベース部材１４に対して移動することになる。つまり、かかる構成においては、移動体１１ではなく、ベース部材１４が、超音波アクチュエータ２との間で相対移動を発生させる相対移動部材となる。
【００６３】
さらに、前記実施形態では、アクチュエータ本体４は、圧電素子で構成されているが、これに限られるものではない。例えば、アクチュエータ本体４は、金属製の弾性体に圧電素子を取り付けて構成された共振器であってもよい。
【００６４】
また、前記実施形態では、超音波アクチュエータの駆動力が付与されて駆動される相対移動部材としての移動体１１は直方体であるが、これに限られるものではなく、相対移動部材の構成としては任意の構成を採用することができる。例えば、図１０に示すように、可動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体１７であり、超音波アクチュエータの駆動子３，３が該円板体１７の側周面１７ａに当接するように構成された駆動装置２０１を採用してもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子３，３の概略楕円運動によって、該円板体１７が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。また、図１１に示すように、可動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体１８であり、超音波アクチュエータの駆動子３，３が該円板体１８の平面部１８ａに当接するように構成された駆動装置３０１を採用してもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子３，３の概略楕円運動によって、該円板体１８が駆動子３，３と当接部における接線方向に駆動され、結果として該円板体１８が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。
【００６５】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明は、伸縮振動及び屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体を備えた振動型アクチュエータについて有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 駆動装置
１１ 移動体（相対移動部材）
２ 超音波アクチュエータ（振動型アクチュエータ）
３ 駆動子
４ アクチュエータ本体
４０ａ，４０ｂ 主面
５ ホルダ（突出部）
６ 支持体
６０ 支持体本体
６３ ガイド部材
６４ 長孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する一対の主面を有して、該主面の長手方向への伸縮振動及び該主面の短手方向への屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体の振動に従って周回運動することによって駆動力を出力する駆動子とを備え、該駆動子が当接する相対移動部材との間で相対移動を発生させる振動型アクチュエータであって、
前記アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体から該主面に交差する方向の両側へ突出する突出部と、
前記突出部をそれぞれ支持する２つの支持体と、
前記アクチュエータ本体の両主面に対してそれぞれ設けられ、該主面に接触することによって該主面と交差する方向への該アクチュエータ本体の変位を制限する接触体とをさらに備え、
前記アクチュエータ本体は、前記相対移動部材側へ付勢されており、
前記支持体には、前記突出部が嵌ると共に、前記アクチュエータ本体の付勢方向に延びる長孔が形成されており、
前記接触体は、前記アクチュエータ本体の各主面において前記長手方向の異なる位置に少なくとも２つ設けられている振動型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記接触体は、少なくとも前記アクチュエータ本体の前記屈曲振動の節の部分に接触する振動型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記接触体は、弾性体である振動型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記接触体は、前記支持体と前記アクチュエータ本体との間に挟持されている振動型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記支持体は、支持体本体と、該支持体本体に設けられ、前記長孔が形成されたガイド部材とを有し、
前記ガイド部材は、前記支持体本体よりも弾性率が小さい振動型アクチュエータ。
【請求項１】
相対向する一対の主面を有して、該主面の長手方向への伸縮振動及び該主面の短手方向への屈曲振動を発生させるアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体の振動に従って周回運動することによって駆動力を出力する駆動子とを備え、該駆動子が当接する相対移動部材との間で相対移動を発生させる振動型アクチュエータであって、
前記アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体から該主面に交差する方向の両側へ突出する突出部と、
前記突出部をそれぞれ支持する２つの支持体と、
前記アクチュエータ本体の両主面に対してそれぞれ設けられ、該主面に接触することによって該主面と交差する方向への該アクチュエータ本体の変位を制限する接触体とをさらに備え、
前記アクチュエータ本体は、前記相対移動部材側へ付勢されており、
前記支持体には、前記突出部が嵌ると共に、前記アクチュエータ本体の付勢方向に延びる長孔が形成されており、
前記接触体は、前記アクチュエータ本体の各主面において前記長手方向の異なる位置に少なくとも２つ設けられている振動型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記接触体は、少なくとも前記アクチュエータ本体の前記屈曲振動の節の部分に接触する振動型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記接触体は、弾性体である振動型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記接触体は、前記支持体と前記アクチュエータ本体との間に挟持されている振動型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の振動型アクチュエータにおいて、
前記支持体は、支持体本体と、該支持体本体に設けられ、前記長孔が形成されたガイド部材とを有し、
前記ガイド部材は、前記支持体本体よりも弾性率が小さい振動型アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３０３７５（Ｐ２０１１−３０３７５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４２１７（Ｐ２００９−１７４２１７）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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