超音波アクチュエータ
【課題】小型化を阻害することなく、優れた駆動性能を安定して得ることが可能な超音波アクチュエータを提供する。
【解決手段】電気信号により伸縮する変位部と、変位部の伸縮により楕円運動を生じる当接部と、を備えた振動体と、当接部に接触し楕円運動により発生する摩擦力により振動体に対して相対移動を生じるガイド部材と、ガイド部材と当接部とを加圧接触させる加圧部材と、を有する超音波アクチュエータにおいて、ガイド部材と加圧部材は、一体化して形成されたものであり、加圧部材の材料は、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料である。
【解決手段】電気信号により伸縮する変位部と、変位部の伸縮により楕円運動を生じる当接部と、を備えた振動体と、当接部に接触し楕円運動により発生する摩擦力により振動体に対して相対移動を生じるガイド部材と、ガイド部材と当接部とを加圧接触させる加圧部材と、を有する超音波アクチュエータにおいて、ガイド部材と加圧部材は、一体化して形成されたものであり、加圧部材の材料は、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータに関し、特に振動体を被駆動体に加圧接触させて相対移動を発生させる超音波アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な移動装置に超音波アクチュエータを用いることが試みられている。超音波アクチュエータは、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と、該振動体に加圧された状態で接触する被駆動体（移動体）等から構成される。超音波アクチュエータは、振動体に駆動信号を入力して振動体を伸縮運動させ、振動体の一部に楕円振動（以下、円振動を含む。）をさせることにより、振動体に加圧接触された被駆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】
超音波アクチュエータは、小型、且つ静音性に優れていることから、電子カメラ等の電子機器の駆動装置として利用される様になり、その用途はさらに拡大しつつある。
【０００４】
この様な構成の超音波アクチュエータにおける走行機構としては、通常、リニア駆動平行ガイド方式が用いられている。
【０００５】
例えば、超音波振動子（振動体）を保持する一対の平行に配設されたガイド（被駆動体）と、一対のガイドの両側面に配設され、収容された超音波振動子とガイドとを所定の圧力で押圧する為に、ガイドを付勢する板ばね等から構成される走行機構（特許文献１参照）。
【０００６】
また、振動子（振動体）とガイド軸（被駆動体）とを所定の圧力で押圧する為に、平行に配された一対のガイド軸の一方を付勢するコイルばねを設けた走行機構（特許文献２参照）等が知られている。
【特許文献１】特開２００４−１０４９８４号公報
【特許文献２】特開２００５−５７８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている超音波アクチュエータは、一対の平行なガイドに板ばねを配設し、超音波振動子を挟み込んでいる。
【０００８】
この様な構成においては、ガイドの材料が金属（アルミニウム）である為、超音波振動子の振動が加振力となり、ガイドに固有振動等の不要振動が励起される場合がある。金属、とりわけアルミニウムは、損失係数が小さい為、振動し易い。不要振動が励起されると、超音波振動子の楕円振動とガイドの振動との周波数や位相の関係によっては、楕円振動の伝達効率が大きくて低下し、推力の低下や異音の発生を招く恐れがある。
【０００９】
また、振動がガイドを介して板ばねや超音波アクチュエータが組み込まれた装置へ伝達され、磨耗や異音の発生を招く恐れがある。
【００１０】
ここで、不要振動の駆動性能への影響について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、被駆動体に不要振動が発生していない場合、図８（ｂ）は、振動体の駆動周波数と被駆動体の固有振動周波数が一致した場合、図８（ｃ）は、振動体の駆動周波数より被駆動体の固有振動周波数が低い場合の駆動の様子を示す模式図である。
【００１１】
図８（ａ）の場合、振動体に設けられた当接部は、楕円運動を行うことにより、被駆動体と接触／離脱を繰返しながら、接触時に摩擦力により駆動力を伝達する。
【００１２】
しかしながら、被駆動体は、当接部の衝突により加振され、衝突周期（振動体の駆動周波数）と被駆動体の固有振動周波数の関係によっては、被駆動体に固有振動が励起される場合がある。固有振動は、被駆動体の大きさ、形状、材質に基づくものであり、被駆動体の小型化、長尺化、複雑化等に伴い、モード数が増加し、振動形態が複雑化する。
【００１３】
被駆動体に固有振動が励起され、振動体の駆動周波数と被駆動体の固有振動周波数が一致した場合、図８（ｂ）に示す様に、被駆動体が固有振動により、当接部の楕円振動に同期して振動（変形）する。この為、当接部が反駆動方向に移動する時にも、被駆動体から離脱できず、被駆動体に駆動力が働きブレーキとなり、出力が低下すると伴に、駆動状態が不安定になる。
【００１４】
また、振動体の駆動周波数より被駆動体の固有振動周波数が低い場合、図８（ｃ）に示す様に、両者の振動の周期が異なる為、当接部と被駆動体との接触／離脱が不規則になる。この為、当接部は、毎振動周期では被駆動体に接触できず（空振り）、出力の低下や異音の発生を招く。
【００１５】
また、特許文献２に開示されている超音波アクチュエータは、長穴に挿入された可動側ガイド軸をコイルばねにより固定側ガイド軸へ加圧し、振動子を狭持している。
【００１６】
この様な構成において、可動側ガイド軸を滑らかに上下運動させる為には、振動子の移動方向に多少のガタが必要である。振動子が楕円振動を行うと、接触しているガイド軸からの反力により駆動力を得て自走を行うが、可動側ガイド軸はガタがある為、起動時には、先ず、そのガタ分に応じた量だけ可動側ガイド軸が移動する。その間、可動側ガイド軸から駆動力が得られず、振動子の推力は半減する為、起動が遅れ、応答性が低下する。また可動側ガイド軸の移動に伴う音の発生を招く恐れもある。
【００１７】
また、ガイド軸、コイルばねを保持する為の筐体を必要とし、装置の小型化を阻害するといった問題もある。
【００１８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、小型化を阻害することなく、優れた駆動性能を安定して得ることが可能な超音波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】
【００１９】
上記目的は、下記の１乃至３のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【００２０】
１．電気信号により伸縮する変位部と、
前記変位部の伸縮により楕円運動を生じる当接部と、を備えた振動体と、
前記当接部に接触し前記楕円運動により発生する摩擦力により前記振動体に対して相対移動を生じるガイド部材と、
前記ガイド部材と前記当接部とを加圧接触させる加圧部材と、
を有する超音波アクチュエータにおいて、
前記ガイド部材と前記加圧部材は、一体化して形成されたものであり、
前記加圧部材の材料は、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料であることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【００２１】
２．前記加圧部材の剛性は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向よりも加圧方向において低いことを特徴とする前記１に記載の超音波アクチュエータ。
【００２２】
３．前記加圧部材は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向に垂直な方向への該振動体の揺動を規制する規制部を有することを特徴とする前記１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ガイド部材と加圧部材とを一体化して形成し、加圧部材の材料として、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料を用いる様にした。すなわち、加圧部材は、樹脂材料で構成されているので、振動体の振動が加振力となり、ガイド部材に不要振動が起こり始めると、振動（変形）に対する樹脂材の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、不要振動が減衰される。また、ガイド部材と加圧部材とは、一体的に形成されることで、互いの密着性を確保することが出来るので、大きな制振効果を得ることが出来る。
【００２４】
この様にして、ガイド部材の不要振動を制振することで、楕円振動（以下、楕円運動とも記する）の伝達効率が高まり、駆動性能や安定性を高めることができる。また、異音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下図面に基づいて、本発明に係る超音波アクチュエータの実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００２６】
〔実施形態１〕
最初に、実施形態１による超音波アクチュエータ１の構成を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、超音波アクチュエータ１の全体構成の概要を示す正面図、図１（ｂ）は、側面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）においてＡ−Ａ′方向から見た側面断面図である。
【００２７】
超音波アクチュエータ１は、図１（ａ）に示す様に、振動体１０、ガイド部材２１，２２、及び加圧部材３０等を有する。
【００２８】
振動体１０は、２本のガイド部材２１，２２の間に配置され、後述の縦振動方向の一方の端部に設けられた当接部１０５，１０６でガイド部材２１と、また、他方の端部に設けられた当接部１０４でガイド部材２２と当接する。振動体１０は、図示しない駆動回路により印加される駆動信号により伸縮運動を行い、当接部１０５，１０６と当接部１０４が互いに逆方向に楕円振動を行うことにより、当接部１０５，１０６、及び当接部１０４にそれぞれ加圧接触されたガイド部材２１，２２との間で摩擦力により相対移動を行う。
【００２９】
ガイド部材２１は、図１（ａ）に示す様に、横方向に一部突出しており、突出部２１ａ、２１ｂを基準に装置へ組込み固定する。振動体１０の移動に伴って、ガイド部材２２には若干の傾きが生じるが、当接部１０４は、移動方向に対して当接部１０５，１０６の間に位置する為、ガイド部材２１に対する振動体１０の姿勢は常に変わらず、高精度な位置制御や速度制御を行うことができる。
【００３０】
ガイド部材２１，２２は、断面形状が円形や四角形等の長尺部品であり、材料には、安価で製造し易いステンレス等の金属部品を用いる。表面には、振動体１０との磨耗を防ぐ為、焼入れや窒化処理等の表面硬化処理を施す。ＣｒＮやＴｉＣＮ等のセラミックコーティングを行ってもよい。また、アルミナやジルコニア等のセラミックを用いることで、さらに耐磨耗性を上げることができる。
【００３１】
ガイド部材２１，２２には、ガイド部材２１，２２に振動体１０を加圧接触させる加圧部材３０が結合されている。加圧部材３０の両端には、バネ構成部３０ａが設けられ、バネ構成部３０ａの弾性により所定の力量で振動体１０を挟み込む。
【００３２】
バネ構成部３０ａは、図１（ｂ）に示す様に、菱形形状に形成されたバネ機構で、中央の屈曲部３０ａ１の変形、及び腕部３０ａ２の曲げ変形により弾性力を発生し、振動体１０に所定の力を印加する。この様な構成により、加圧方向（矢印Ｈ１，Ｈ２方向）のばね定数を小さくすることができるので、製造誤差や、振動体１０の位置による振動体１０への加圧力のばらつきを低減することができる。また、図１（ａ）に示す様に、バネ構成部３０ａの幅寸法Ｗ、すなわち、振動体１０の移動方向の寸法を十分大きくとり剛性を高めることで、振動体１０の移動に伴うガイド部材２１，２２間の横ズレ等を防止することができる。
【００３３】
尚、バネ構成部３０ａは、２箇所に限らず、３箇所以上設けてもよく、それらが連結されている必要もない。また、菱形形状に限らず、振動体１０の移動方向の剛性が高く、加圧方向（矢印Ｈ１，Ｈ２方向）のばね定数を低くできる構成であればよい。
【００３４】
ここで、超音波アクチュエータ１を用いて、例えばレンズブロック６０を駆動する場合の振動体１０とレンズブロック６０との連結方法を図２を用いて説明する。図２は、振動体１０とレンズブロック６０との結合方法の一例を示し、図１（ａ）においてＢ−Ｂ′方向から見た平面断面図である。
【００３５】
レンズブロック６０は、図示しないガイド部材に沿って移動を行い、レンズブロック６０に固定された２本の板バネ５０により、振動体１０の縦方向中央付近を挟み込む。振動体１０の移動に伴い、板バネ５０を介してレンズブロック６０に駆動力が伝達される。板バネ５０の力量は、振動体１０の振動を阻害しない程度の力量に設定する。板バネ５０と振動体１０との磨耗を防止する為に、板バネ５０と振動体１０とをゴム系等の柔らかい接着剤で固定してもよい。
【００３６】
次に、振動体１０の構成を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、振動体１０の構成を示す正面図、図３（ｂ）は、側面図である。
【００３７】
振動体１０は、図３（ａ）に示す様に、圧電変位部１０１、錘部材１０２，１０３、及び当接部１０４，１０５，１０６等を有する。
【００３８】
圧電変位部１０１は、本発明における変位部に該当し、図示しない駆動回路からの電力供給により変位し、さらにその変位を加振力として共振し楕円振動を生じる。錘部材１０２，１０３は、圧電変位部１０１の両端に設けられ、共振時における振動振幅を拡大する。当接部１０５，１０６、及び当接部１０４は、それぞれ前述のガイド部材２１、２２と接触し、摩擦力により楕円振動をガイド部材２１、２２に伝達する。
【００３９】
ここで、圧電変位部１０１の構成を図４を用いて説明する。図４は、圧電変位部１０１の内部電極構成を示し、図３（ａ）においてＣ−Ｃ′方向から見た平面断面図である。
【００４０】
圧電変位部１０１は、ＰＺＴなどの圧電特性を示す長方形の圧電セラミックス薄板（以下、圧電薄板とも称する。）と図４（ａ）に示す内部電極ａ２，ｂ２、図４（ｂ）に示す内部電極ａ１，ｂ１とが交互に積層されて構成される。また、内部電極ａ２，ｂ２、及び内部電極ａ１，ｂ１は、振動体１０の左右に２つに分割されている。
【００４１】
振動体１０の正面、及び背面には、それぞれ外部電極Ａ１，Ｂ１、及び外部電極Ａ２，Ｂ２が設けられ、端面に突出した内部電極ａ１，ｂ１、及び内部電極ａ２，ｂ２とそれぞれ接続される。また、外部電極Ａ１，Ｂ１、及び外部電極Ａ２，Ｂ２には、図示しないリード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）が接続され、駆動回路と接続される。
【００４２】
圧電薄板は、内部電極ａ１−ａ２方向、内部電極ｂ１−ｂ２方向に、外部電極Ａ１，Ａ２、及び外部電極Ｂ１，Ｂ２を介して、互いに同じ方向に分極処理される。
【００４３】
外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に同極性の電圧（例えば、Ａ１＝Ｂ１＝０Ｖ、Ａ２＝Ｂ２＝１０Ｖ）を印加すると全ての圧電薄板が伸び（または、縮み）、全体として伸張（または、収縮）する。また、Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に逆極性の電圧（例えばＡ１＝Ｂ２＝１０Ｖ、Ａ２＝Ｂ１＝０Ｖ）を印加すると、圧電薄板の左半分は伸び（または、縮み）、右半分は縮み（または、伸び）、全体として圧電部に屈曲変形が生じることになる。
【００４４】
図３に戻って、錘部材１０２，１０３は、圧電変位部１０１の積層方向の両端に、エポキシ等の弾性率の比較的高い接着剤により固定され、共振時における振動振幅を拡大する。錘部材１０２，１０３の材料は、比重の大きいものが効果的である為、タングステン（比重≒１９）やニッケル、銅、鉄等をバインダとしたタングステン合金（比重≒１８）、タングステンカーバイト系超硬合金（比重≒１５）、タングステン粉末と樹脂を複合化したタングステン樹脂（比重≒１０〜１３）等を用いる。
【００４５】
圧電変位部１０１は、振動体１０より充分大きなブロック単位で積層を行った後、ダイサ等で振動体１０の大きさに切り出して製造する。尚、積層工程時に錘部材１０２，１０３も同時に積層、接着しておくことで、振動体単位での貼り付け作業を行わなくて済むので、製造工程を大きく簡略化でき、コストを低減させることができる。
【００４６】
当接部１０４，１０５，１０６の材料は、磨耗を防止する為、超硬合金やアルミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いる。当接部１０４、及び当接部１０５，１０６は、エポキシ等の比較的高弾性率の接着剤を用いてそれぞれ錘部材１０３，１０２に固定する。
【００４７】
ここで、この様な構成の振動体１０に励振される楕円振動について図５を用いて説明する。振動体１０は、共振を利用して駆動される。図５は、共振駆動に用いる固有モードによる振動体１０の変形の様子を示し、図５（ａ）は、縦（伸縮）１次振動モード、図５（ｂ）は、屈曲１次振動モードである。
【００４８】
縦１次振動モードは、図５（ａ）に示す様に、振動体１０の中央部Ｐを節として伸縮振動を行い、当接部１０４乃至１０６が縦方向（Ｙ方向）に変位する。屈曲１次振動モードは、図６（ｂ）に示す様に、Ｐ１，Ｐ２の２箇所を節として、１次の曲げ変形を行い、当接部１０４乃至１０６の先端が横方向（Ｘ方向）に変位する。
【００４９】
縦１次振動モードは、外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に同位相の駆動信号をその共振周波数で印加することで励起できる。屈曲１次振動モードは、外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に逆位相の駆動信号をその共振周波数で印加することで励起できる。
【００５０】
これらの２つのモードを略一致させ、外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に位相差が９０度の駆動信号をその共振周波数で印加することで、両モードが励起され、振動体１０の両端部に楕円振動が生成される。外部電極Ａ１−Ａ２間に、外部電極Ｂ１−Ｂ２間に対して９０度位相の進んだ駆動信号を印加すると、当接部１０４の端面には、反時計周り、当接部１０５，１０６の端面には、時計周りに回転する楕円振動が励起される。印加する駆動信号の位相を反転（−９０度）すると、各当接点の楕円振動の回転方向が逆になる。
【００５１】
この様な構成の超音波アクチュエータ１において、本発明は、振動体１０の加振力によりガイド部材２１，２２に励起される固有振動等の不要振動を効率よく制振するものである。以下にその詳細を説明する。
【００５２】
加圧部材３０は、図１（ａ）に示す様に、ガイド部材２１，２２の略全長にわたって結合しており、損失係数の大きい樹脂材料で構成されている。振動体１０の振動が加振力となり、ガイド部材２１，２２に不要振動が起こり始めると、振動（変形）に対する樹脂材の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、不要振動が減衰される。
【００５３】
加圧部材３０の材料には、金属の様に損失係数が小さい（０．０１未満）材料は適さず、損失係数が大きい材料が好ましいが、実験では、ゴム等のヤング率が小さい（０．１ＧＰａ未満）比較的柔らかい材料は、制振効果が小さかった。ゴムは、一般的には損失係数が大きく、比較的低周波の振動には大きな制振効果を発揮するが、超音波アクチュエータのように数十ｋＨｚ以上の微小振動には効果が小さい。
【００５４】
したがって、加圧部材３０の材料には、損失係数０．０１以上、及びヤング率０．１ＧＰａ以上の樹脂材料が好ましく、良好なばね性を発揮し、衝撃に強いＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の材料を用いる。
【００５５】
また、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とは、インサート成型等により一体化して成型されることで、容易に製造が可能であり、互いの密着性を確保できるので、大きな制振効果を発揮することができる。尚、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とはエポキシ等の接着剤で結合してもよい。
【００５６】
また、加圧部材３０には、図１（ｃ）に示す様に、振動体１０の進行方向と垂直な方向への振動体１０の揺動を規制する為の、本発明における規制部に該当する側壁３０ｂ、３０ｃが一体的に形成されている。
【００５７】
この様に、本発明の実施形態１に係る超音波アクチュエータ１においては、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とを一体化して形成し、加圧部材３０の材料として、損失係数が０．０１以上、およびヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料を用いる様にした。すなわち、加圧部材３０は、損失係数の大きい樹脂材料で構成されているので、振動体１０の振動が加振力となり、ガイド部材２１，２２に不要振動が起こり始めると、振動（変形）に対する樹脂材の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、不要振動が減衰される。また、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とは、一体的に形成されることで、互いの密着性を確保することが出来るので、大きな制振効果を得ることができる。
【００５８】
この様に、ガイド部材２１，２２の不要振動を制振することで、楕円振動の伝達効率が高まり、駆動性能や安定性を高めることができる。また、異音の発生を防止することができる。さらに、超音波アクチュエータ１が組み込まれた装置への振動の伝達を防止し、装置における異音の発生や磨耗等を防ぐことができる。
【００５９】
また、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とを一体加して形成することにより、超音波アクチュエータ１の小型化、及び製造工程を簡略化することができる。また、前述の特許文献２の場合の様な筐体が不要であり、より小型化することができる。
【００６０】
また、バネ構成部３０ａは、加圧方向（矢印Ｈ１，Ｈ２方向）のばね定数を小さくすることができるので、製造誤差や、振動体１０の位置による振動体１０への加圧力のばらつきを低減することができる。また、バネ構成部３０ａの幅寸法Ｗ、すなわち、振動体１０の移動方向の寸法を十分大きくとり剛性を高めることで、振動体１０の移動に伴うガイド部材２１，２２間の横ズレ等を防止することができる。これにより、起動時の応答性を高めるとともに、振動体１０の移動に伴う押圧力の変化を小さくすることができるので、駆動安定性を高めることができる。
【００６１】
また、加圧部材３０に振動体１０の進行方向と垂直な方向への振動体１０の揺動を規制する為の側壁３０ｂ、３０ｃを設ける様にした。これにより、ガイド部材２１，２２や振動体１０にその機能を持たせる必要がないので、ガイド部材２１，２２、及び振動体１０の当接部１０４，１０５，１０６の形状を簡素化することができる。また、加圧部材３０の材料は、樹脂であることから、射出成型により、容易に、且つコストを上げることなく製造することができる。
【００６２】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２による超音波アクチュエータ１について説明する。尚、その要部構成は、前述した実施形態１による超音波アクチュエータ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振動体等について説明する。第１の実施形態による超音波アクチュエータ１では、矩形振動体を用いたが、第２の実施形態の場合は、トラス型振動体を用いるものである。
【００６３】
最初に、実施形態２による超音波アクチュエータ１の構成を図６を用いて説明する。図６（ａ）は、超音波アクチュエータ１の全体構成の概要を示す正面図、図６（ｂ）は、側面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）においてＡ−Ａ′方向から見た側面断面図である。
【００６４】
超音波アクチュエータ１は、図６（ａ）に示す様に、振動体１０、ガイド部材２１，２２、加圧部材３０、保持板４０、及びローラ４５等を有する。
【００６５】
振動体１０は、図６（ａ）に示す様に、２つの圧電変位部１０１、当接部１０４、及びベース部材１０８等を備え、圧電変位部１０１の一端には当接部１０４が接着剤等により接合されている。一方、圧電変位部１０１の他端はベース部材１０８が接着剤等により接合されている。尚、接着剤には、接着強度が高く、剛性の高いエポキシ系接着剤を用いる。
【００６６】
２つの圧電変位部１０１は、当接部１０４を介して略９０度に配置され、くの字型に一体化して形成されている。尚、この様な構成の振動体１０は、例えば特開２０００−３５８３８７号公報に開示されているトラス型振動体に準拠するものであり詳細な説明は省略する。
【００６７】
トラス型の振動体１０は、その１箇所、すなわち１つの当接部１０４が楕円振動を行うタイプである為、振動体１０と接するガイド部材はガイド部材２２のみである。
【００６８】
振動体１０は、図６（ｂ）に示す様に、ベース部材１０８を介してその背面に設けられた保持板４０に固定される。保持板４０には、ガイド部材２１が振動体１０を加圧保持したときの移動抵抗を低減する為のローラ４５、または図示しないベアリング等が設けられている。
【００６９】
ガイド部材２２が、振動体１の当接部１０４に接触し、ガイド部材２１がローラ４５に接触する。尚、ガイド部材２１を設けずに、ローラ４５が直接加圧部材３０を転がる様な構成にしてもよい。
【００７０】
〔実施形態３〕
次に、実施形態３による超音波アクチュエータ１について説明する。第１の実施形態、第２の実施形態による超音波アクチュエータ１は、一対の平行に配設されたガイド部材２１，２２の間に挟持された振動体１０が、ガイド部材２１，２２に沿って直線的に移動する、所謂リニア駆動平行ガイド方式である。一方、第３の実施形態の場合は、円弧状の形状をなすガイド部材２１、２２に沿って振動体１０が揺動（回動）するものである。
【００７１】
最初に、実施形態３による超音波アクチュエータ１の構成を図７を用いて説明する。図７は、超音波アクチュエータ１の全体構成の概要を示す正面図である。
【００７２】
超音波アクチュエータ１は、図７に示す様に、２つの振動体１０、ガイド部材２１，２２、及び加圧部材３０、等を有する。
【００７３】
振動体１０は、実施形態２で用いたトラス型振動体であり、図７に示す様に、それぞれの振動体１０に設けられたベース１０８が対向して図示しない保持板に結合されている。
【００７４】
ガイド部材２１，２２は、正面視形状が円弧をなし、断面形状が円形や四角形等の長尺部品ある。
【００７５】
ガイド部材２１，２２周縁には、ガイド部材２１，２２に２つの振動体１０をそれぞれ加圧接触させる正面視形状が円形の加圧部材３０が結合されている。加圧部材３０の左右には、バネ構成部３０ａが設けられ、バネ構成部３０ａの矢印Ｈ３方向の弾性により所定の力量で振動体１０を挟み込む。
【００７６】
振動体１０は、図示しない駆動回路により印加される駆動信号により伸縮運動を行い、２つの当接部１０４が同じ方向に楕円振動を行うことにより、２つの当接部１０４にそれぞれ加圧接触されたガイド部材２１，２２との間で摩擦力により矢印Ｐ、Ｑ方向に揺動（回動）する。尚、振動体１０を図示しない筐体に固定し、ガイド部材２１，２２を揺動（回動）させる様にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施形態１による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図２】実施形態１による振動体とレンズブロックとの結合方法の一例を示す図である。
【図３】実施形態１による振動体の構成を示す図である。
【図４】実施形態１による圧電変位部の内部電極構成を示す図である。
【図５】実施形態１による振動体の固有モードにおける変形の様子を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図７】本発明の実施形態３による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図８】楕円振動による駆動の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 超音波アクチュエータ
１０ 振動体
１０１ 圧電変位部
１０２，１０３ 錘部材
１０４，１０５，１０６ 当接部
１０８ ベース部材
２１，２２ ガイド部材
３０ 加圧部材
４０ 保持板
４５ ローラ
５０ 板バネ
６０ レンズブロック
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２ 外部電極
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２ 内部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータに関し、特に振動体を被駆動体に加圧接触させて相対移動を発生させる超音波アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な移動装置に超音波アクチュエータを用いることが試みられている。超音波アクチュエータは、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と、該振動体に加圧された状態で接触する被駆動体（移動体）等から構成される。超音波アクチュエータは、振動体に駆動信号を入力して振動体を伸縮運動させ、振動体の一部に楕円振動（以下、円振動を含む。）をさせることにより、振動体に加圧接触された被駆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】
超音波アクチュエータは、小型、且つ静音性に優れていることから、電子カメラ等の電子機器の駆動装置として利用される様になり、その用途はさらに拡大しつつある。
【０００４】
この様な構成の超音波アクチュエータにおける走行機構としては、通常、リニア駆動平行ガイド方式が用いられている。
【０００５】
例えば、超音波振動子（振動体）を保持する一対の平行に配設されたガイド（被駆動体）と、一対のガイドの両側面に配設され、収容された超音波振動子とガイドとを所定の圧力で押圧する為に、ガイドを付勢する板ばね等から構成される走行機構（特許文献１参照）。
【０００６】
また、振動子（振動体）とガイド軸（被駆動体）とを所定の圧力で押圧する為に、平行に配された一対のガイド軸の一方を付勢するコイルばねを設けた走行機構（特許文献２参照）等が知られている。
【特許文献１】特開２００４−１０４９８４号公報
【特許文献２】特開２００５−５７８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている超音波アクチュエータは、一対の平行なガイドに板ばねを配設し、超音波振動子を挟み込んでいる。
【０００８】
この様な構成においては、ガイドの材料が金属（アルミニウム）である為、超音波振動子の振動が加振力となり、ガイドに固有振動等の不要振動が励起される場合がある。金属、とりわけアルミニウムは、損失係数が小さい為、振動し易い。不要振動が励起されると、超音波振動子の楕円振動とガイドの振動との周波数や位相の関係によっては、楕円振動の伝達効率が大きくて低下し、推力の低下や異音の発生を招く恐れがある。
【０００９】
また、振動がガイドを介して板ばねや超音波アクチュエータが組み込まれた装置へ伝達され、磨耗や異音の発生を招く恐れがある。
【００１０】
ここで、不要振動の駆動性能への影響について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、被駆動体に不要振動が発生していない場合、図８（ｂ）は、振動体の駆動周波数と被駆動体の固有振動周波数が一致した場合、図８（ｃ）は、振動体の駆動周波数より被駆動体の固有振動周波数が低い場合の駆動の様子を示す模式図である。
【００１１】
図８（ａ）の場合、振動体に設けられた当接部は、楕円運動を行うことにより、被駆動体と接触／離脱を繰返しながら、接触時に摩擦力により駆動力を伝達する。
【００１２】
しかしながら、被駆動体は、当接部の衝突により加振され、衝突周期（振動体の駆動周波数）と被駆動体の固有振動周波数の関係によっては、被駆動体に固有振動が励起される場合がある。固有振動は、被駆動体の大きさ、形状、材質に基づくものであり、被駆動体の小型化、長尺化、複雑化等に伴い、モード数が増加し、振動形態が複雑化する。
【００１３】
被駆動体に固有振動が励起され、振動体の駆動周波数と被駆動体の固有振動周波数が一致した場合、図８（ｂ）に示す様に、被駆動体が固有振動により、当接部の楕円振動に同期して振動（変形）する。この為、当接部が反駆動方向に移動する時にも、被駆動体から離脱できず、被駆動体に駆動力が働きブレーキとなり、出力が低下すると伴に、駆動状態が不安定になる。
【００１４】
また、振動体の駆動周波数より被駆動体の固有振動周波数が低い場合、図８（ｃ）に示す様に、両者の振動の周期が異なる為、当接部と被駆動体との接触／離脱が不規則になる。この為、当接部は、毎振動周期では被駆動体に接触できず（空振り）、出力の低下や異音の発生を招く。
【００１５】
また、特許文献２に開示されている超音波アクチュエータは、長穴に挿入された可動側ガイド軸をコイルばねにより固定側ガイド軸へ加圧し、振動子を狭持している。
【００１６】
この様な構成において、可動側ガイド軸を滑らかに上下運動させる為には、振動子の移動方向に多少のガタが必要である。振動子が楕円振動を行うと、接触しているガイド軸からの反力により駆動力を得て自走を行うが、可動側ガイド軸はガタがある為、起動時には、先ず、そのガタ分に応じた量だけ可動側ガイド軸が移動する。その間、可動側ガイド軸から駆動力が得られず、振動子の推力は半減する為、起動が遅れ、応答性が低下する。また可動側ガイド軸の移動に伴う音の発生を招く恐れもある。
【００１７】
また、ガイド軸、コイルばねを保持する為の筐体を必要とし、装置の小型化を阻害するといった問題もある。
【００１８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、小型化を阻害することなく、優れた駆動性能を安定して得ることが可能な超音波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】
【００１９】
上記目的は、下記の１乃至３のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【００２０】
１．電気信号により伸縮する変位部と、
前記変位部の伸縮により楕円運動を生じる当接部と、を備えた振動体と、
前記当接部に接触し前記楕円運動により発生する摩擦力により前記振動体に対して相対移動を生じるガイド部材と、
前記ガイド部材と前記当接部とを加圧接触させる加圧部材と、
を有する超音波アクチュエータにおいて、
前記ガイド部材と前記加圧部材は、一体化して形成されたものであり、
前記加圧部材の材料は、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料であることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【００２１】
２．前記加圧部材の剛性は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向よりも加圧方向において低いことを特徴とする前記１に記載の超音波アクチュエータ。
【００２２】
３．前記加圧部材は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向に垂直な方向への該振動体の揺動を規制する規制部を有することを特徴とする前記１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ガイド部材と加圧部材とを一体化して形成し、加圧部材の材料として、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料を用いる様にした。すなわち、加圧部材は、樹脂材料で構成されているので、振動体の振動が加振力となり、ガイド部材に不要振動が起こり始めると、振動（変形）に対する樹脂材の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、不要振動が減衰される。また、ガイド部材と加圧部材とは、一体的に形成されることで、互いの密着性を確保することが出来るので、大きな制振効果を得ることが出来る。
【００２４】
この様にして、ガイド部材の不要振動を制振することで、楕円振動（以下、楕円運動とも記する）の伝達効率が高まり、駆動性能や安定性を高めることができる。また、異音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下図面に基づいて、本発明に係る超音波アクチュエータの実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００２６】
〔実施形態１〕
最初に、実施形態１による超音波アクチュエータ１の構成を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、超音波アクチュエータ１の全体構成の概要を示す正面図、図１（ｂ）は、側面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）においてＡ−Ａ′方向から見た側面断面図である。
【００２７】
超音波アクチュエータ１は、図１（ａ）に示す様に、振動体１０、ガイド部材２１，２２、及び加圧部材３０等を有する。
【００２８】
振動体１０は、２本のガイド部材２１，２２の間に配置され、後述の縦振動方向の一方の端部に設けられた当接部１０５，１０６でガイド部材２１と、また、他方の端部に設けられた当接部１０４でガイド部材２２と当接する。振動体１０は、図示しない駆動回路により印加される駆動信号により伸縮運動を行い、当接部１０５，１０６と当接部１０４が互いに逆方向に楕円振動を行うことにより、当接部１０５，１０６、及び当接部１０４にそれぞれ加圧接触されたガイド部材２１，２２との間で摩擦力により相対移動を行う。
【００２９】
ガイド部材２１は、図１（ａ）に示す様に、横方向に一部突出しており、突出部２１ａ、２１ｂを基準に装置へ組込み固定する。振動体１０の移動に伴って、ガイド部材２２には若干の傾きが生じるが、当接部１０４は、移動方向に対して当接部１０５，１０６の間に位置する為、ガイド部材２１に対する振動体１０の姿勢は常に変わらず、高精度な位置制御や速度制御を行うことができる。
【００３０】
ガイド部材２１，２２は、断面形状が円形や四角形等の長尺部品であり、材料には、安価で製造し易いステンレス等の金属部品を用いる。表面には、振動体１０との磨耗を防ぐ為、焼入れや窒化処理等の表面硬化処理を施す。ＣｒＮやＴｉＣＮ等のセラミックコーティングを行ってもよい。また、アルミナやジルコニア等のセラミックを用いることで、さらに耐磨耗性を上げることができる。
【００３１】
ガイド部材２１，２２には、ガイド部材２１，２２に振動体１０を加圧接触させる加圧部材３０が結合されている。加圧部材３０の両端には、バネ構成部３０ａが設けられ、バネ構成部３０ａの弾性により所定の力量で振動体１０を挟み込む。
【００３２】
バネ構成部３０ａは、図１（ｂ）に示す様に、菱形形状に形成されたバネ機構で、中央の屈曲部３０ａ１の変形、及び腕部３０ａ２の曲げ変形により弾性力を発生し、振動体１０に所定の力を印加する。この様な構成により、加圧方向（矢印Ｈ１，Ｈ２方向）のばね定数を小さくすることができるので、製造誤差や、振動体１０の位置による振動体１０への加圧力のばらつきを低減することができる。また、図１（ａ）に示す様に、バネ構成部３０ａの幅寸法Ｗ、すなわち、振動体１０の移動方向の寸法を十分大きくとり剛性を高めることで、振動体１０の移動に伴うガイド部材２１，２２間の横ズレ等を防止することができる。
【００３３】
尚、バネ構成部３０ａは、２箇所に限らず、３箇所以上設けてもよく、それらが連結されている必要もない。また、菱形形状に限らず、振動体１０の移動方向の剛性が高く、加圧方向（矢印Ｈ１，Ｈ２方向）のばね定数を低くできる構成であればよい。
【００３４】
ここで、超音波アクチュエータ１を用いて、例えばレンズブロック６０を駆動する場合の振動体１０とレンズブロック６０との連結方法を図２を用いて説明する。図２は、振動体１０とレンズブロック６０との結合方法の一例を示し、図１（ａ）においてＢ−Ｂ′方向から見た平面断面図である。
【００３５】
レンズブロック６０は、図示しないガイド部材に沿って移動を行い、レンズブロック６０に固定された２本の板バネ５０により、振動体１０の縦方向中央付近を挟み込む。振動体１０の移動に伴い、板バネ５０を介してレンズブロック６０に駆動力が伝達される。板バネ５０の力量は、振動体１０の振動を阻害しない程度の力量に設定する。板バネ５０と振動体１０との磨耗を防止する為に、板バネ５０と振動体１０とをゴム系等の柔らかい接着剤で固定してもよい。
【００３６】
次に、振動体１０の構成を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、振動体１０の構成を示す正面図、図３（ｂ）は、側面図である。
【００３７】
振動体１０は、図３（ａ）に示す様に、圧電変位部１０１、錘部材１０２，１０３、及び当接部１０４，１０５，１０６等を有する。
【００３８】
圧電変位部１０１は、本発明における変位部に該当し、図示しない駆動回路からの電力供給により変位し、さらにその変位を加振力として共振し楕円振動を生じる。錘部材１０２，１０３は、圧電変位部１０１の両端に設けられ、共振時における振動振幅を拡大する。当接部１０５，１０６、及び当接部１０４は、それぞれ前述のガイド部材２１、２２と接触し、摩擦力により楕円振動をガイド部材２１、２２に伝達する。
【００３９】
ここで、圧電変位部１０１の構成を図４を用いて説明する。図４は、圧電変位部１０１の内部電極構成を示し、図３（ａ）においてＣ−Ｃ′方向から見た平面断面図である。
【００４０】
圧電変位部１０１は、ＰＺＴなどの圧電特性を示す長方形の圧電セラミックス薄板（以下、圧電薄板とも称する。）と図４（ａ）に示す内部電極ａ２，ｂ２、図４（ｂ）に示す内部電極ａ１，ｂ１とが交互に積層されて構成される。また、内部電極ａ２，ｂ２、及び内部電極ａ１，ｂ１は、振動体１０の左右に２つに分割されている。
【００４１】
振動体１０の正面、及び背面には、それぞれ外部電極Ａ１，Ｂ１、及び外部電極Ａ２，Ｂ２が設けられ、端面に突出した内部電極ａ１，ｂ１、及び内部電極ａ２，ｂ２とそれぞれ接続される。また、外部電極Ａ１，Ｂ１、及び外部電極Ａ２，Ｂ２には、図示しないリード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）が接続され、駆動回路と接続される。
【００４２】
圧電薄板は、内部電極ａ１−ａ２方向、内部電極ｂ１−ｂ２方向に、外部電極Ａ１，Ａ２、及び外部電極Ｂ１，Ｂ２を介して、互いに同じ方向に分極処理される。
【００４３】
外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に同極性の電圧（例えば、Ａ１＝Ｂ１＝０Ｖ、Ａ２＝Ｂ２＝１０Ｖ）を印加すると全ての圧電薄板が伸び（または、縮み）、全体として伸張（または、収縮）する。また、Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に逆極性の電圧（例えばＡ１＝Ｂ２＝１０Ｖ、Ａ２＝Ｂ１＝０Ｖ）を印加すると、圧電薄板の左半分は伸び（または、縮み）、右半分は縮み（または、伸び）、全体として圧電部に屈曲変形が生じることになる。
【００４４】
図３に戻って、錘部材１０２，１０３は、圧電変位部１０１の積層方向の両端に、エポキシ等の弾性率の比較的高い接着剤により固定され、共振時における振動振幅を拡大する。錘部材１０２，１０３の材料は、比重の大きいものが効果的である為、タングステン（比重≒１９）やニッケル、銅、鉄等をバインダとしたタングステン合金（比重≒１８）、タングステンカーバイト系超硬合金（比重≒１５）、タングステン粉末と樹脂を複合化したタングステン樹脂（比重≒１０〜１３）等を用いる。
【００４５】
圧電変位部１０１は、振動体１０より充分大きなブロック単位で積層を行った後、ダイサ等で振動体１０の大きさに切り出して製造する。尚、積層工程時に錘部材１０２，１０３も同時に積層、接着しておくことで、振動体単位での貼り付け作業を行わなくて済むので、製造工程を大きく簡略化でき、コストを低減させることができる。
【００４６】
当接部１０４，１０５，１０６の材料は、磨耗を防止する為、超硬合金やアルミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いる。当接部１０４、及び当接部１０５，１０６は、エポキシ等の比較的高弾性率の接着剤を用いてそれぞれ錘部材１０３，１０２に固定する。
【００４７】
ここで、この様な構成の振動体１０に励振される楕円振動について図５を用いて説明する。振動体１０は、共振を利用して駆動される。図５は、共振駆動に用いる固有モードによる振動体１０の変形の様子を示し、図５（ａ）は、縦（伸縮）１次振動モード、図５（ｂ）は、屈曲１次振動モードである。
【００４８】
縦１次振動モードは、図５（ａ）に示す様に、振動体１０の中央部Ｐを節として伸縮振動を行い、当接部１０４乃至１０６が縦方向（Ｙ方向）に変位する。屈曲１次振動モードは、図６（ｂ）に示す様に、Ｐ１，Ｐ２の２箇所を節として、１次の曲げ変形を行い、当接部１０４乃至１０６の先端が横方向（Ｘ方向）に変位する。
【００４９】
縦１次振動モードは、外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に同位相の駆動信号をその共振周波数で印加することで励起できる。屈曲１次振動モードは、外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に逆位相の駆動信号をその共振周波数で印加することで励起できる。
【００５０】
これらの２つのモードを略一致させ、外部電極Ａ１−Ａ２間と外部電極Ｂ１−Ｂ２間に位相差が９０度の駆動信号をその共振周波数で印加することで、両モードが励起され、振動体１０の両端部に楕円振動が生成される。外部電極Ａ１−Ａ２間に、外部電極Ｂ１−Ｂ２間に対して９０度位相の進んだ駆動信号を印加すると、当接部１０４の端面には、反時計周り、当接部１０５，１０６の端面には、時計周りに回転する楕円振動が励起される。印加する駆動信号の位相を反転（−９０度）すると、各当接点の楕円振動の回転方向が逆になる。
【００５１】
この様な構成の超音波アクチュエータ１において、本発明は、振動体１０の加振力によりガイド部材２１，２２に励起される固有振動等の不要振動を効率よく制振するものである。以下にその詳細を説明する。
【００５２】
加圧部材３０は、図１（ａ）に示す様に、ガイド部材２１，２２の略全長にわたって結合しており、損失係数の大きい樹脂材料で構成されている。振動体１０の振動が加振力となり、ガイド部材２１，２２に不要振動が起こり始めると、振動（変形）に対する樹脂材の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、不要振動が減衰される。
【００５３】
加圧部材３０の材料には、金属の様に損失係数が小さい（０．０１未満）材料は適さず、損失係数が大きい材料が好ましいが、実験では、ゴム等のヤング率が小さい（０．１ＧＰａ未満）比較的柔らかい材料は、制振効果が小さかった。ゴムは、一般的には損失係数が大きく、比較的低周波の振動には大きな制振効果を発揮するが、超音波アクチュエータのように数十ｋＨｚ以上の微小振動には効果が小さい。
【００５４】
したがって、加圧部材３０の材料には、損失係数０．０１以上、及びヤング率０．１ＧＰａ以上の樹脂材料が好ましく、良好なばね性を発揮し、衝撃に強いＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の材料を用いる。
【００５５】
また、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とは、インサート成型等により一体化して成型されることで、容易に製造が可能であり、互いの密着性を確保できるので、大きな制振効果を発揮することができる。尚、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とはエポキシ等の接着剤で結合してもよい。
【００５６】
また、加圧部材３０には、図１（ｃ）に示す様に、振動体１０の進行方向と垂直な方向への振動体１０の揺動を規制する為の、本発明における規制部に該当する側壁３０ｂ、３０ｃが一体的に形成されている。
【００５７】
この様に、本発明の実施形態１に係る超音波アクチュエータ１においては、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とを一体化して形成し、加圧部材３０の材料として、損失係数が０．０１以上、およびヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料を用いる様にした。すなわち、加圧部材３０は、損失係数の大きい樹脂材料で構成されているので、振動体１０の振動が加振力となり、ガイド部材２１，２２に不要振動が起こり始めると、振動（変形）に対する樹脂材の粘弾性によって、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、不要振動が減衰される。また、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とは、一体的に形成されることで、互いの密着性を確保することが出来るので、大きな制振効果を得ることができる。
【００５８】
この様に、ガイド部材２１，２２の不要振動を制振することで、楕円振動の伝達効率が高まり、駆動性能や安定性を高めることができる。また、異音の発生を防止することができる。さらに、超音波アクチュエータ１が組み込まれた装置への振動の伝達を防止し、装置における異音の発生や磨耗等を防ぐことができる。
【００５９】
また、ガイド部材２１，２２と加圧部材３０とを一体加して形成することにより、超音波アクチュエータ１の小型化、及び製造工程を簡略化することができる。また、前述の特許文献２の場合の様な筐体が不要であり、より小型化することができる。
【００６０】
また、バネ構成部３０ａは、加圧方向（矢印Ｈ１，Ｈ２方向）のばね定数を小さくすることができるので、製造誤差や、振動体１０の位置による振動体１０への加圧力のばらつきを低減することができる。また、バネ構成部３０ａの幅寸法Ｗ、すなわち、振動体１０の移動方向の寸法を十分大きくとり剛性を高めることで、振動体１０の移動に伴うガイド部材２１，２２間の横ズレ等を防止することができる。これにより、起動時の応答性を高めるとともに、振動体１０の移動に伴う押圧力の変化を小さくすることができるので、駆動安定性を高めることができる。
【００６１】
また、加圧部材３０に振動体１０の進行方向と垂直な方向への振動体１０の揺動を規制する為の側壁３０ｂ、３０ｃを設ける様にした。これにより、ガイド部材２１，２２や振動体１０にその機能を持たせる必要がないので、ガイド部材２１，２２、及び振動体１０の当接部１０４，１０５，１０６の形状を簡素化することができる。また、加圧部材３０の材料は、樹脂であることから、射出成型により、容易に、且つコストを上げることなく製造することができる。
【００６２】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２による超音波アクチュエータ１について説明する。尚、その要部構成は、前述した実施形態１による超音波アクチュエータ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振動体等について説明する。第１の実施形態による超音波アクチュエータ１では、矩形振動体を用いたが、第２の実施形態の場合は、トラス型振動体を用いるものである。
【００６３】
最初に、実施形態２による超音波アクチュエータ１の構成を図６を用いて説明する。図６（ａ）は、超音波アクチュエータ１の全体構成の概要を示す正面図、図６（ｂ）は、側面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）においてＡ−Ａ′方向から見た側面断面図である。
【００６４】
超音波アクチュエータ１は、図６（ａ）に示す様に、振動体１０、ガイド部材２１，２２、加圧部材３０、保持板４０、及びローラ４５等を有する。
【００６５】
振動体１０は、図６（ａ）に示す様に、２つの圧電変位部１０１、当接部１０４、及びベース部材１０８等を備え、圧電変位部１０１の一端には当接部１０４が接着剤等により接合されている。一方、圧電変位部１０１の他端はベース部材１０８が接着剤等により接合されている。尚、接着剤には、接着強度が高く、剛性の高いエポキシ系接着剤を用いる。
【００６６】
２つの圧電変位部１０１は、当接部１０４を介して略９０度に配置され、くの字型に一体化して形成されている。尚、この様な構成の振動体１０は、例えば特開２０００−３５８３８７号公報に開示されているトラス型振動体に準拠するものであり詳細な説明は省略する。
【００６７】
トラス型の振動体１０は、その１箇所、すなわち１つの当接部１０４が楕円振動を行うタイプである為、振動体１０と接するガイド部材はガイド部材２２のみである。
【００６８】
振動体１０は、図６（ｂ）に示す様に、ベース部材１０８を介してその背面に設けられた保持板４０に固定される。保持板４０には、ガイド部材２１が振動体１０を加圧保持したときの移動抵抗を低減する為のローラ４５、または図示しないベアリング等が設けられている。
【００６９】
ガイド部材２２が、振動体１の当接部１０４に接触し、ガイド部材２１がローラ４５に接触する。尚、ガイド部材２１を設けずに、ローラ４５が直接加圧部材３０を転がる様な構成にしてもよい。
【００７０】
〔実施形態３〕
次に、実施形態３による超音波アクチュエータ１について説明する。第１の実施形態、第２の実施形態による超音波アクチュエータ１は、一対の平行に配設されたガイド部材２１，２２の間に挟持された振動体１０が、ガイド部材２１，２２に沿って直線的に移動する、所謂リニア駆動平行ガイド方式である。一方、第３の実施形態の場合は、円弧状の形状をなすガイド部材２１、２２に沿って振動体１０が揺動（回動）するものである。
【００７１】
最初に、実施形態３による超音波アクチュエータ１の構成を図７を用いて説明する。図７は、超音波アクチュエータ１の全体構成の概要を示す正面図である。
【００７２】
超音波アクチュエータ１は、図７に示す様に、２つの振動体１０、ガイド部材２１，２２、及び加圧部材３０、等を有する。
【００７３】
振動体１０は、実施形態２で用いたトラス型振動体であり、図７に示す様に、それぞれの振動体１０に設けられたベース１０８が対向して図示しない保持板に結合されている。
【００７４】
ガイド部材２１，２２は、正面視形状が円弧をなし、断面形状が円形や四角形等の長尺部品ある。
【００７５】
ガイド部材２１，２２周縁には、ガイド部材２１，２２に２つの振動体１０をそれぞれ加圧接触させる正面視形状が円形の加圧部材３０が結合されている。加圧部材３０の左右には、バネ構成部３０ａが設けられ、バネ構成部３０ａの矢印Ｈ３方向の弾性により所定の力量で振動体１０を挟み込む。
【００７６】
振動体１０は、図示しない駆動回路により印加される駆動信号により伸縮運動を行い、２つの当接部１０４が同じ方向に楕円振動を行うことにより、２つの当接部１０４にそれぞれ加圧接触されたガイド部材２１，２２との間で摩擦力により矢印Ｐ、Ｑ方向に揺動（回動）する。尚、振動体１０を図示しない筐体に固定し、ガイド部材２１，２２を揺動（回動）させる様にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施形態１による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図２】実施形態１による振動体とレンズブロックとの結合方法の一例を示す図である。
【図３】実施形態１による振動体の構成を示す図である。
【図４】実施形態１による圧電変位部の内部電極構成を示す図である。
【図５】実施形態１による振動体の固有モードにおける変形の様子を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図７】本発明の実施形態３による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図８】楕円振動による駆動の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 超音波アクチュエータ
１０ 振動体
１０１ 圧電変位部
１０２，１０３ 錘部材
１０４，１０５，１０６ 当接部
１０８ ベース部材
２１，２２ ガイド部材
３０ 加圧部材
４０ 保持板
４５ ローラ
５０ 板バネ
６０ レンズブロック
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２ 外部電極
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２ 内部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号により伸縮する変位部と、
前記変位部の伸縮により楕円運動を生じる当接部と、を備えた振動体と、
前記当接部に接触し前記楕円運動により発生する摩擦力により前記振動体に対して相対移動を生じるガイド部材と、
前記ガイド部材と前記当接部とを加圧接触させる加圧部材と、
を有する超音波アクチュエータにおいて、
前記ガイド部材と前記加圧部材は、一体化して形成されたものであり、
前記加圧部材の材料は、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料であることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】
前記加圧部材の剛性は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向よりも加圧方向において低いことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項３】
前記加圧部材は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向に垂直な方向への該振動体の揺動を規制する規制部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項１】
電気信号により伸縮する変位部と、
前記変位部の伸縮により楕円運動を生じる当接部と、を備えた振動体と、
前記当接部に接触し前記楕円運動により発生する摩擦力により前記振動体に対して相対移動を生じるガイド部材と、
前記ガイド部材と前記当接部とを加圧接触させる加圧部材と、
を有する超音波アクチュエータにおいて、
前記ガイド部材と前記加圧部材は、一体化して形成されたものであり、
前記加圧部材の材料は、ヤング率が０．１ＧＰａ以上の高分子材料であることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】
前記加圧部材の剛性は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向よりも加圧方向において低いことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項３】
前記加圧部材は、前記振動体の前記ガイド部材に対する相対移動方向に垂直な方向への該振動体の揺動を規制する規制部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１７８２０９（Ｐ２００８−１７８２０９Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８９７４（Ｐ２００７−８９７４）
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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