駆動装置
【課題】凝着の発生を抑制しつつ、異音の発生を抑制する
【解決手段】駆動装置１は、振動を発生させるアクチュエータ本体４とアクチュエータ本体４に設けられてアクチュエータ本体４の振動に伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子３，３とを有する超音波アクチュエータ２と、駆動子３，３が当接していて、超音波アクチュエータ２に対して相対移動する移動体１３とを備えている。移動体１３における、駆動子３，３と当接する当接面１３ｂは、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と、平滑部１３ｃよりも凹んだ凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在している。
【解決手段】駆動装置１は、振動を発生させるアクチュエータ本体４とアクチュエータ本体４に設けられてアクチュエータ本体４の振動に伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子３，３とを有する超音波アクチュエータ２と、駆動子３，３が当接していて、超音波アクチュエータ２に対して相対移動する移動体１３とを備えている。移動体１３における、駆動子３，３と当接する当接面１３ｂは、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と、平滑部１３ｃよりも凹んだ凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータと相対移動部材とを備えた駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動装置として、振動型アクチュエータと相対移動部材とを備えたものが知られている。詳しくは、振動型アクチュエータは、圧電素子を含んで構成された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た駆動子とを有している。この振動型アクチュエータは、駆動子が相対移動部材に当接するように配置されている。そして、駆動装置は、アクチュエータ本体に振動を発生させて、その振動に伴って駆動子を楕円運動させることによって、相対移動部材又は振動型アクチュエータを相対移動させる。
【０００３】
このように、振動型アクチュエータは、駆動子と相対移動部材との間の摩擦力を介して駆動力を出力するため、相対移動部材のうち、駆動子が当接する当接面の摩耗が問題となる。その一方で、当接面の摩耗を抑制すべく、当接面を鏡面加工すると、駆動子と当接面との間でビビリ音が発生してしまい、実用上、好ましくない。
【０００４】
そこで、特許文献１に係る駆動装置においては、相対移動部材のうち、駆動子が当接する当接面に研磨条痕を形成して、当接面の中心線平均粗さが０．０５μｍ以上１．０μｍとなるようにしている。こうすることで、当接面の摩耗を抑えつつ、当接面でのビビリ音の発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３１６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述のように、駆動子と相対移動部材との間の摩擦力を介して駆動力を出力する駆動装置においては、当接面における凝着の発生が問題となる。当接面上には微小な凹凸部が存在するが、この凹凸部のうち凸部に極めて大きな圧力が作用することによって、凸部が塑性変形したり、凸部が摩耗して摩耗粉が生成される。この塑性変形した部分や摩耗粉にさらに圧力が作用することによって、塑性変形した部分や摩耗粉が当接面で凝着してしまう。凝着が発生すると、摩擦係数が異常に高くなり、駆動性能が著しく悪化する。
【０００７】
前記特許文献１に係る駆動装置では、当接面における摩耗を抑制すべく、当接面の表面粗さを規定しているものの、凝着を抑制する点においては不十分である。
【０００８】
ただし、当接面において凸部をなくすべく、前述の如く、当接面を鏡面加工すると、駆動子と当接面との間で異音が発生してしまい、実用上、好ましくない。
【０００９】
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、異音の発生を抑制しつつ、凝着の発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示された駆動装置は、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伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子とを有する振動型アクチュエータと、前記駆動子が当接していて、前記振動型アクチュエータに対して相対移動する相対移動部材とを備えている。そして、前記相対移動部材における、前記駆動子と当接する当接面は、平滑部と、該平滑部よりも凹んだ凹部とが混在しているものとする。
【発明の効果】
【００１１】
前記駆動装置によれば、当接面は、凹部の存在により適度な粗さを有する一方で、平滑部の存在により凸状に突出する部分が少ない形状となる。その結果、当接面での異音の発生を抑制しつつ、当接面での凝着の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図２】駆動装置の分解斜視図である。
【図３】アクチュエータ本体の分解斜視図である。
【図４】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５】１次モードの伸縮振動によるアクチュエータ本体の変位を示す概念図である。
【図６】２次モードの屈曲振動によるアクチュエータ本体の変位を示す概念図である。
【図７】１次モードの伸縮振動及び２次モードの屈曲振動の合成振動によるアクチュエータ本体の変位を示す概念図である。
【図８】超音波アクチュエータによる移動体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移動体を駆動する状態、（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移動体を駆動する状態を示す。
【図９】当接面の概略断面図であって、（Ａ）は従来の当接面を、（Ｂ）は本実施形態に係る当接面を示す。
【図１０】当接面の画像を取得するための撮影装置の概略説明図である。
【図１１】平滑パラメータが１％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１２】平滑パラメータが１５％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１３】平滑パラメータが２０％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１４】平滑パラメータが３０％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１５】検査運転時に観測される位相差を表すグラフである。
【図１６】その他の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図１７】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】
【００１３】
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。
【００１４】
《発明の実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置１の斜視図であり、図２は、駆動装置１の分解斜視図である。駆動装置１は、移動体１３と、超音波アクチュエータ２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）とを備えている。
【００１５】
移動体１３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。つまり、移動体１３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１３の可動方向となる。この移動体１３にはアルミナからなる当接部材１３ａが接着固定されていている。尚、移動体１３に接着される当接部材１３ａ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、この当接部材１３ａの当接面１３ｂに後述する駆動子３，３が当接する状態で配設されている。この移動体１３は、前記超音波アクチュエータ２が発生する駆動力を受け、前記超音波アクチュエータ２に対して相対的に移動可能に構成された相対移動部材を構成する。
【００１６】
前記超音波アクチュエータ２は、図１，２に示すように、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１３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１３へ付勢するための板バネ７とを有している。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する。
【００１７】
前記アクチュエータ本体４は、圧電素子で構成されていて、略長方形状の互いに対向する一対の主面と、この主面と直交して該主面の長手方向に延びる、互いに対向する一対の長辺側面と、これら主面及び長辺側面の両方と直交して該主面の短手方向に延びる、互いに対向する一対の短辺側面とを有する略直方体状をしている。
【００１８】
図３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３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４４，４４のそれぞれは、各圧電体層４１の主面上に印刷されている。
【００１９】
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って、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。
【００２０】
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。
【００２１】
前記第１及び第２給電電極層４２，４３は、図４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。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。また、第１電極４２ａ，４２ｂのそれぞれからは、圧電体層４１の近接する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、圧電体層４１の近接する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。
【００２２】
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の各長辺側面においては、各圧電体層４１の共通外部電極４８，４８が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。
【００２３】
同様に、アクチュエータ本体４の各長辺側面においては、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。
【００２４】
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）４０ａには、２個の駆動子３，３が設けられている。
【００２５】
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４０ａ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４０ａとの間の固定を実現することができる。
【００２６】
また、駆動子３，３が設けられた位置は、設置面４０ａ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４０ａ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。
【００２７】
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、その長手方向への縦振動（いわゆる、伸縮振動）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。
【００２８】
縦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、縦振動の１次モード（図５参照）の共振周波数と屈曲振動の２次モード（図６参照）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、縦振動の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７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す形状の変化を順番に起こす。
【００２９】
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、縦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。
【００３０】
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箇所の縦振動の腹と、アクチュエータ本体４の一方の長辺側面及び他方の長辺側面の両端部の４箇所、さらに一方の長辺側面及び他方の長辺側面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４０ａ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。
【００３１】
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１，２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の長辺側面の長手方向中央部は、アクチュエータ本体４の縦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の厚み方向に突出している。
【００３２】
支持体６は、板状に形成されている。この支持体６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６には、２つの貫通孔６２，６２が厚み方向に貫通形成されている。支持体６は、この貫通孔６２，６２に挿通されたビス１６，１６によってベース部材１４に取り付けられる。また、支持体６の中央には、ホルダ５を支持するための開口部６１が厚み方向に貫通形成されている。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、この開口部６１に挿入される。尚、ホルダ５の、アクチュエータ本体４からの突出量によっては、開口部６１は支持体６を貫通していなくてもよい。こうして、ホルダ５が取り付けられたアクチュエータ本体４が支持体６，６に支持される。アクチュエータ本体４は、駆動子３，３が移動体１３の当接面１３ｂに当接した状態で支持体６，６に支持される。この開口部６１は、アクチュエータ本体４の短手方向に延びる長孔形状をしており、ホルダ５は、開口部６１内を長孔形状に沿って移動することができる。これにより、アクチュエータ本体４は、支持体６，６によってアクチュエータ本体４の短手方向に移動可能に支持されている。
【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、ベース部材１４からアクチュエータ本体４側に突出したネジ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、長手方向中央部において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１３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の長手方向中央部にホルダ５を接着固定する。次に、一方の支持体６をベース部材１４にビス１６，１６により取り付ける。その後、アクチュエータ本体４に取付けたホルダ５の一端部を支持体６の開口部６１に挿入し、さらに、ホルダ５の他端部に他方の支持体６の開口部６１を嵌め込み、該支持体６をベース部材１４にビス１６，１６により取り付ける。こうして、アクチュエータ本体４を支持体６，６で支持する。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。その状態から、ネジ１５，１５をアクチュエータ本体４側にさらに突出させることによって、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１３側へ付勢する。その結果、駆動子３，３が移動体１３に押し付けられる。
【００３６】
このように組み立てられた超音波アクチュエータ２の外部電極４６、４７、４８に制御装置からの信号線が接続される。
【００３７】
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に縦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７に示すような周回運動させることで、移動体１３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の縦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。
【００３８】
アクチュエータ本体４が、縦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１３の当接面１３ｂ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１３に付与しており、移動体１３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。
【００３９】
以下に、超音波アクチュエータ２による移動体１３の駆動を、図８を参照してさらに詳しく説明する。アクチュエータ本体４が長手方向（縦振動の振動方向）に伸張するとき、一方（例えば、図８の左側）の駆動子３は、図８（Ｂ）に示すように、移動体１３の当接面１３ｂ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１３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８の左側）へ移動させる。このとき、他方（図８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１３から離れた状態で変位するか、又は移動体１３の当接面１３ｂ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１３の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４０】
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８の右側）の駆動子３は、図８（Ｃ）に示すように、移動体１３の当接面１３ｂ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１３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８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１３の移動方向と同じである。このとき、一方（図８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１３から離れた状態で変位するか、又は移動体１３の当接面１３ｂ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１３の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４１】
尚、図８においては、移動体１３の移動に影響を与えない方の駆動子３は移動体１３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１３を移動させない程度の摩擦力で該移動体１３に当接している状態であってもよい。
【００４２】
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１３を所定の一方向へ移動させる。尚、前記交流電圧の位相を−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１３を他方向へ移動させることができる。
【００４３】
ここで当接面１３ｂについてさらに詳しく説明する。
【００４４】
当接面１３ｂは、一般的に平面研磨盤や遊離砥粒を用いた機械式ラップによって加工される場合が多い。この当接面１３ｂには、或る程度の平面度及び貼付け基準面（当接面１３ｂと反対側の面）に対する大きなうねりなどがない平行度が要求される。しかしながら、平行度、平面度に関して言えば、最初の加工となる平面研削加工で数μｍ〜１０μｍ程度に加工をしておけば、その後の加工においてそれほど大きく変化することがないため、大きな問題になることはない。最も問題となるのは最終仕上げ後の面形状である。
【００４５】
通常、汎用的な遊離砥粒を用いたラップ加工を行った場合には、図９（Ａ）のような凹凸を有する面形状となる。このときの中心線平均粗さの値は、使用する遊離砥粒の大きさや砥粒の種類で決定されることが一般的であり、中心線平均粗さの値は十分にコントロールすることが可能である。
【００４６】
しかしながら、このような通常のラップ加工で形成された面は、必ず凹凸部を有する。この凹凸部のうちの凸部に駆動子３が当接して極めて大きな圧力が作用すると、凸部が塑性変形したり、凸部が摩耗して摩耗粉が生成されたりする。その結果、塑性変形した部分や摩耗粉が当接面１３ｂで凝着してしまう。凝着が発生した部分は、凝着が発生していない部分と比較して、摩擦係数が異常に高くなり、駆動性能が著しく悪化する。
【００４７】
例えば、本実施形態のように、駆動子３が柱状に形成され、その軸がアクチュエータ本体４の厚さ方向を向く状態で駆動子３がアクチュエータ本体４の長辺側面に取り付けられている構成の場合、当接面１３ｂにおいて、駆動子３の軸方向の全領域に亘って一様に凝着現象が発生することは少なく、駆動子３の軸方向の一部分だけに凝着が発生する場合が多い。このような状態に陥ると、駆動子３は、その軸方向の全領域に亘って当接面１３ｂと一様に当接するのではなく、部分的に当接面１３ｂと当接する状態になる。そうすると、当接面１３ｂの凸部に作用する圧力がさらに大きくなり、凝着現象がより発生し易くなる。その結果、凝着部分の面積がさらに増大し、超音波アクチュエータ２の駆動性能を大きく低下させる。
【００４８】
また、大きな推力が必要な場合にはアクチュエータ本体４への板バネ７による付勢力を大きくする手法が取られるが、この場合には凝着現象が特に発生し易くなる。
【００４９】
さらに、移動体１３を静止させる際に、電力の供給を停止するのではなく、アクチュエータ本体４に屈曲振動だけ、又は伸縮振動だけを行わせる場合がある。すなわち、移動体１３を静止させるべく、駆動子３，３を移動体１３の当接面１３ｂの法線方向へのみ振動させる場合がある。かかる場合には、駆動子３，３が当接面１３ｂの同じ部分に当接したまま振動を繰り返すと共に、それに加えて、当接面１３ｂに作用する圧力がさらに大きくなるため、凝着現象がより発生し易くなる。
【００５０】
それに対して、本実施形態では、移動体１３の当接面１３ｂを図９（Ｂ）のような面形状としている。つまり、当接面１３ｂを、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在する状態に形成している。こうすることによって、当接面１３ｂにおける摩耗粉の凝着を抑制することができる。それに加えて、異音の発生も抑制することができる。この平滑部１３ｃ及び凹部１３ｄの幅は、少なくとも、駆動子３の幅（詳しくは、駆動方向への幅）よりも狭く、駆動子３の幅に比べて微小である。さらに、これら平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とは不規則に混在していることが好ましい。
【００５１】
以下に、様々な面形状の当接面１３ｂに関して行った駆動性能比較について説明する。
【００５２】
当接面１３ｂは、以下の方法で形成した。まず、平面研削盤等で当接部材１３ａの平行度および当接面１３ｂの平面度が所定の範囲になるように当接部材１３ａを加工する。その後、粗い粒度の遊離砥粒、例えば、＃１００〜＃１０００程度のダイヤモンド砥粒を用いて当接面１３ｂをラップする。このときには、当接面１３ｂには浅いスクラッチ傷や深いスクラッチ傷が不規則に形成され、その結果、当接面１３ｂには、様々な凹部及び凸部が不規則に形成される。次に、加工能力の低い＃１５０００程度の微細ダイヤモンド砥粒、例えば、平均粒径１μｍ程度のダイヤモンド砥粒（遊離砥粒）を用いて、当接面１３ｂの最終ラップを行う。平均粒径１μｍのダイヤモンドは加工能力が極端に低いため、当接面１３ｂの凹凸部のうち、凸部の先端部分が主に加工される。つまり、粗い砥粒で研磨した後、そのときできた凹部を消さない程度の細かい砥粒でラップする。その結果、当接面１３ｂは、図９（Ｂ）に示すように、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが不規則に混在した面形状となる。つまり、凹部１３ｄの幅は、始めのラップ加工における粗い砥粒の粒径と同程度である。また、平滑部１３ｃとして加工される前の凸部の幅も、始めのラップ加工における粗い砥粒の粒径と同程度であるため、平滑部１３ｃの幅も始めのラップ加工における粗い砥粒の粒径と同程度となる。
【００５３】
そして、最終ラップの度合い、例えば、処理時間を調整することによって、当接面１３ｂにおける平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…との割合を変えることができる。
【００５４】
尚、当接面１３ｂのラップは、＃１００〜＃１０００程度、平均粒径１μｍ程度のダイヤモンド砥粒で行ったが、これに限られるものではない。平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在した当接面１３ｂを形成できる限りにおいては、他の粒度の組み合わせやＧＣ砥粒やＷＡ砥粒でも構わない。
【００５５】
ここで、各当接面１３ｂにおける平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…との割合を表す指標として平滑パラメータを用いた。平滑パラメータは以下のようにして求めた。まず、マイクロスコープ９で当接面１３ｂの画像を取得し、該取得画像の輝度分布を求める。詳しくは、図１０に示すように、当接部材１３ａをステージ９１上に設置する。このとき、当接部材１３ａは、当接面１３ｂがマイクロスコープ９の鏡筒の光軸と直交するように設置される。そして、光源から光を当接面１３ｂに照射して、その反射光、即ち、当接面１３ｂの表面画像を、マイクロスコープ９の撮像素子で取得する。このとき、光源からの光は、鏡筒内に設けられたハーフミラー等によって、鏡筒の光軸と一致する方向に進んで当接面１３ｂに照射される。光源からの光の入射方向と鏡筒の光軸とが一致しているため、当接面１３ｂのうち、法線が光軸方向を向く（法線と光軸とのなす角が小さい）部分ほど輝度が高く、法線が光軸方向から逸れた（法線と光軸とのなす角が大きい）部分ほど輝度が低くなる。本実施例では、マイクロスコープとしてキーエンス製のＶＨＸ−２００を用いた。得られた表面画像の輝度分布を、０〜２５５階調で取得した。そして、０階調を０％とし、輝度の最大値（即ち、２５５階調の輝度ではなく、得られた輝度分布中の最大値）を１００％として、輝度が８５％〜１００％に該当する部分の面積を求めた。本実施例では、この輝度が８５％〜１００％に該当する部分を平滑部とし、当接面１３ｂの画像を取得した部分の全面積に対する平滑部の面積比を平滑パラメータとした。
【００５６】
例えば、平滑パラメータが１％，１５％，２０％，３０％の当接面１３ｂの輝度分布及び表面画像を図１１〜図１４に示す。平滑パラメータが１％の当接面１３ｂは、従来のラップ方法で形成された面である。つまり、この当接面１３ｂは、最終ラップ時の微細な砥粒に応じた凹凸部が満遍なく形成された面であり、輝度分布は、或る１つのピーク値を中心とした分布となる。平滑パラメータが１５％，２０％，３０％の当接面１３ｂの当接面１３ｂは、最終ラップ時の砥粒の粒径を、それよりも前のラップ時の砥粒の粒径よりも極端に微細にして形成された面であって、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが不規則に混在する面である。これらの当接面１３ｂの輝度分布は、平滑部１３ｃに対応する相対的に高いピークと、凹部１３ｄに対応する相対的に低いピークとを有している。つまり、平滑部１３ｃは、その法線方向がマイクロメータ９の鏡筒の光軸と概ね一致する、即ち、法線方向と該光軸とのなす角が小さいため、輝度が高くなる。一方、凹部１３ｄは、その法線方向がマイクロメータ９の鏡筒の光軸に対して大きく逸れる、即ち、法線方向と該光軸とのなす角が大きいため、輝度が低くなる。その結果、輝度分布は、相対的に高いピークと相対的に低いピークとの２つのピークを有するようになる。そして、高いピークは、輝度分布の０階調を０とし、輝度の最高値を１００％としたときの、輝度が８５％〜１００％の領域に含まれている。つまり、当接面１３に含まれる、輝度が８５％〜１００％の部分の割合によって、平滑部１３ｃに相当する部分がどの程度含まれるかがわかる。
【００５７】
そして、前記の方法で加工処理した様々な形状の当接面１３ｂについて、凝着及び異音の発生の有無を以下のようにして調べた。まず、超音波アクチュエータ２により移動体１３を凝着が発生し得る条件で往復駆動する運転（以下、試運転という）を行った。この試運転の後、超音波アクチュエータ２により移動体１３を凝着の発生を調べるための条件で往復駆動する運転（以下、検査運転という）を行った。試運転では、ストロークが２０ｍｍ、駆動子３，３の移動体１３への付勢力が８Ｎ、移動速度が２０ｍｍ／ｓであって、２０ｍｍのストローク中の３ｍｍ、１０ｍｍ、１７ｍｍの位置の３箇所でアクチュエータ本体４に屈曲振動だけ発生させる停止モード（２つの交流電圧の位相差は１８０°）を行った。検査運転では、２０ｍｍのストロークを８ｍｍ／ｓで往復させ、その間に、アクチュエータ本体４に実際に印加される２つの交流電圧の位相差を観察した。そして、位相差に変動があったときには、そのとき駆動子３，３が当接している場所に凝着が発生していると判断した。凝着が発生している場合には、図１５に示すような位相差が観測される。図１５は、２０ｍｍのストロークを２往復する間の、２つの交流電圧の位相差である。図１５では、２０ｍｍのストローク中の３ｍｍと、１０ｍｍと、１７ｍｍの位置に凝着が発生し、位相変動が生じている。
【００５８】
さらに、位相差の変動に加えて、異音が発生するか否かも調べた。異音の有無は、聴覚で聞き取れるか否かで判定した。
【００５９】
尚、従来のラップ方法（例えば、＃１０００、＃５０００、＃１５０００の順で砥粒の粒径を段階的に細かくしていくラップ方法）でラップ処理した当接面１３ｂについても凝着及び異音の発生の有無を調べた。
【００６０】
その結果を、表１に示す。表では、平滑パラメータを百分率で表している。表１中の比較例１は、従来のラップ方法で当接面１３ｂをラップ処理したものである。比較例２，３及び実施例１〜８については、微細ダイヤモンド砥粒による最終ラップ処理時の処理時間、処理圧力、処理速度が異なる。これからわかるように、平滑パラメータが５％から６５％の間では凝着が発生せず、５％未満では凝着が発生している。また、従来のラップ方法でも凝着が発生している。また、平滑パラメータが６５％以上になると、当接面１３ｂが鏡面に近くなり、駆動子３と当接面１３ｂとの当接により異音が発生している。この異音は、表面粗さが小さい面同士がこすれるときに発生するビビリ音であると考えられる。以上より、当接面１３ｂの平滑パラメータは、５〜６０％が適していることがわかった。
【００６１】
【表１】
【００６２】
したがって、本実施形態によれば、当接部材１３の当接面１３ｂを、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…と混合させた形状に形成することによって、当接面１３ｂにおける凝着の発生を抑制することができると共に、異音の発生を抑制することができる。つまり、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…を存在させることによって、当接面１３ｂにおける凸部が減少するため、駆動子３と当接面１３ｂとの間の摩擦力が増大する部分を減少させることができる。その結果、当接面１３ｂにおける摩耗粉の発生や凸部の塑性変形を抑制することができるため、ひいては、凝着の発生を抑制することができる。また、凹部１３ｄ，１３ｄ，…を存在させることによって、当接面１３ｂに適度な表面粗さを確保することができるため、異音の発生を抑制することができる。
【００６３】
また、当接面を、平滑パラメータが５％以上且つ６０％以下の範囲内となるように形成することが好ましい。こうすることによって、当接面１３ｂにおける凝着の発生を抑制することができると共に、異音の発生を抑制することができる。
【００６４】
また、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを不規則に混在させることによって、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在する当接面１３ｂであっても、アクチュエータ本体４に印加される２つの交流電圧の位相差の変動を抑制することができる。すなわち、平坦部１３ｃと凹部１３ｄが規則的に並んでいると、平坦部１３ｃと凹部１３ｄとの規則的な配列が位相変動に現れてしまう。駆動装置１においては、アクチュエータ本体４に実際に供給される２つの交流電圧の位相差を監視しながら、２つの交流電圧を調節して、超音波アクチュエータ２の制御を行ったり、さらには、２つの交流電圧の位相差を調節することによって、超音波アクチュエータ２の制御を行うことがある。つまり、駆動装置１の制御性においては、２つの交流電圧の位相差は非常に重要なものである。それにもかかわらず、２つの交流電圧の位相差が変動してしまうと、超音波アクチュエータ２を所望の通りに制御することが難しくなる。それに対して、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを不規則に混在させることによって、平坦部１３ｃと凹部１３ｄとの配列が位相変動に与える影響を抑えることができる。その結果、２つの交流電圧の位相差の変動を抑制することができるため、超音波アクチュエータ２の制御性を向上させることができる。
【００６５】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６６】
すなわち、前記実施形態では、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを有する当接面１３ｂを遊離砥粒によるラップ処理で形成しているが、これに限られるものではない。平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを有する当接面１３ｂを形成することができる方法であれば、任意の方法を採用することができる。
【００６７】
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次の伸縮振動と２次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の振動により駆動子３，３から駆動力を出力させることができる構成であれば、任意の次数の、任意の様式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。
【００６８】
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１３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１３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が取り付けられた移動体１３がベース部材１４に対して移動することになる。つまり、駆動子３とベース部材１４の当接面との間の摩擦力を介して駆動力が出力される。この場合には、ベース部材１４の当接面が、平滑部と凹部とが混在した形状に形成される。こうすることで、ベース部材１４の当接面における異音の発生を抑制しつつ、凝着の発生を抑制することができる。
【００６９】
また、前記実施形態では、駆動子３，３がアクチュエータ本体４の長辺側面に設けられているが、これに限られるものではない。例えば、駆動子３をアクチュエータ本体４の短辺側面に設けてもよい。この場合、アクチュエータ本体４は、その長手方向が移動体１３の当接面１３ｂの法線方向に一致するように配設される。
【００７０】
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。
【００７１】
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１３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１６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１７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。
【００７２】
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】
【００７３】
以上説明したように、本発明は、振動型アクチュエータと相対移動部材とを備えた駆動装置について有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 駆動装置
２ 超音波アクチュエータ
３ 駆動子
４ アクチュエータ本体
１３ 移動体（相対移動部材）
１３ｂ 当接面
１３ｃ 平滑部
１３ｄ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータと相対移動部材とを備えた駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動装置として、振動型アクチュエータと相対移動部材とを備えたものが知られている。詳しくは、振動型アクチュエータは、圧電素子を含んで構成された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た駆動子とを有している。この振動型アクチュエータは、駆動子が相対移動部材に当接するように配置されている。そして、駆動装置は、アクチュエータ本体に振動を発生させて、その振動に伴って駆動子を楕円運動させることによって、相対移動部材又は振動型アクチュエータを相対移動させる。
【０００３】
このように、振動型アクチュエータは、駆動子と相対移動部材との間の摩擦力を介して駆動力を出力するため、相対移動部材のうち、駆動子が当接する当接面の摩耗が問題となる。その一方で、当接面の摩耗を抑制すべく、当接面を鏡面加工すると、駆動子と当接面との間でビビリ音が発生してしまい、実用上、好ましくない。
【０００４】
そこで、特許文献１に係る駆動装置においては、相対移動部材のうち、駆動子が当接する当接面に研磨条痕を形成して、当接面の中心線平均粗さが０．０５μｍ以上１．０μｍとなるようにしている。こうすることで、当接面の摩耗を抑えつつ、当接面でのビビリ音の発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３１６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述のように、駆動子と相対移動部材との間の摩擦力を介して駆動力を出力する駆動装置においては、当接面における凝着の発生が問題となる。当接面上には微小な凹凸部が存在するが、この凹凸部のうち凸部に極めて大きな圧力が作用することによって、凸部が塑性変形したり、凸部が摩耗して摩耗粉が生成される。この塑性変形した部分や摩耗粉にさらに圧力が作用することによって、塑性変形した部分や摩耗粉が当接面で凝着してしまう。凝着が発生すると、摩擦係数が異常に高くなり、駆動性能が著しく悪化する。
【０００７】
前記特許文献１に係る駆動装置では、当接面における摩耗を抑制すべく、当接面の表面粗さを規定しているものの、凝着を抑制する点においては不十分である。
【０００８】
ただし、当接面において凸部をなくすべく、前述の如く、当接面を鏡面加工すると、駆動子と当接面との間で異音が発生してしまい、実用上、好ましくない。
【０００９】
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、異音の発生を抑制しつつ、凝着の発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示された駆動装置は、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伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子とを有する振動型アクチュエータと、前記駆動子が当接していて、前記振動型アクチュエータに対して相対移動する相対移動部材とを備えている。そして、前記相対移動部材における、前記駆動子と当接する当接面は、平滑部と、該平滑部よりも凹んだ凹部とが混在しているものとする。
【発明の効果】
【００１１】
前記駆動装置によれば、当接面は、凹部の存在により適度な粗さを有する一方で、平滑部の存在により凸状に突出する部分が少ない形状となる。その結果、当接面での異音の発生を抑制しつつ、当接面での凝着の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図２】駆動装置の分解斜視図である。
【図３】アクチュエータ本体の分解斜視図である。
【図４】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５】１次モードの伸縮振動によるアクチュエータ本体の変位を示す概念図である。
【図６】２次モードの屈曲振動によるアクチュエータ本体の変位を示す概念図である。
【図７】１次モードの伸縮振動及び２次モードの屈曲振動の合成振動によるアクチュエータ本体の変位を示す概念図である。
【図８】超音波アクチュエータによる移動体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移動体を駆動する状態、（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移動体を駆動する状態を示す。
【図９】当接面の概略断面図であって、（Ａ）は従来の当接面を、（Ｂ）は本実施形態に係る当接面を示す。
【図１０】当接面の画像を取得するための撮影装置の概略説明図である。
【図１１】平滑パラメータが１％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１２】平滑パラメータが１５％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１３】平滑パラメータが２０％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１４】平滑パラメータが３０％の当接面の、（Ａ）輝度分布と、（Ｂ）表面画像である。
【図１５】検査運転時に観測される位相差を表すグラフである。
【図１６】その他の実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図１７】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】
【００１３】
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。
【００１４】
《発明の実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置１の斜視図であり、図２は、駆動装置１の分解斜視図である。駆動装置１は、移動体１３と、超音波アクチュエータ２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）とを備えている。
【００１５】
移動体１３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。つまり、移動体１３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１３の可動方向となる。この移動体１３にはアルミナからなる当接部材１３ａが接着固定されていている。尚、移動体１３に接着される当接部材１３ａ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、この当接部材１３ａの当接面１３ｂに後述する駆動子３，３が当接する状態で配設されている。この移動体１３は、前記超音波アクチュエータ２が発生する駆動力を受け、前記超音波アクチュエータ２に対して相対的に移動可能に構成された相対移動部材を構成する。
【００１６】
前記超音波アクチュエータ２は、図１，２に示すように、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１３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１３へ付勢するための板バネ７とを有している。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する。
【００１７】
前記アクチュエータ本体４は、圧電素子で構成されていて、略長方形状の互いに対向する一対の主面と、この主面と直交して該主面の長手方向に延びる、互いに対向する一対の長辺側面と、これら主面及び長辺側面の両方と直交して該主面の短手方向に延びる、互いに対向する一対の短辺側面とを有する略直方体状をしている。
【００１８】
図３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３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４４，４４のそれぞれは、各圧電体層４１の主面上に印刷されている。
【００１９】
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って、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。
【００２０】
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。
【００２１】
前記第１及び第２給電電極層４２，４３は、図４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。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。また、第１電極４２ａ，４２ｂのそれぞれからは、圧電体層４１の近接する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、圧電体層４１の近接する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。
【００２２】
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の各長辺側面においては、各圧電体層４１の共通外部電極４８，４８が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。
【００２３】
同様に、アクチュエータ本体４の各長辺側面においては、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。
【００２４】
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）４０ａには、２個の駆動子３，３が設けられている。
【００２５】
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４０ａ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４０ａとの間の固定を実現することができる。
【００２６】
また、駆動子３，３が設けられた位置は、設置面４０ａ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４０ａ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。
【００２７】
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、その長手方向への縦振動（いわゆる、伸縮振動）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。
【００２８】
縦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、縦振動の１次モード（図５参照）の共振周波数と屈曲振動の２次モード（図６参照）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、縦振動の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７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す形状の変化を順番に起こす。
【００２９】
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、縦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。
【００３０】
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箇所の縦振動の腹と、アクチュエータ本体４の一方の長辺側面及び他方の長辺側面の両端部の４箇所、さらに一方の長辺側面及び他方の長辺側面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４０ａ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。
【００３１】
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１，２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の長辺側面の長手方向中央部は、アクチュエータ本体４の縦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の厚み方向に突出している。
【００３２】
支持体６は、板状に形成されている。この支持体６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６には、２つの貫通孔６２，６２が厚み方向に貫通形成されている。支持体６は、この貫通孔６２，６２に挿通されたビス１６，１６によってベース部材１４に取り付けられる。また、支持体６の中央には、ホルダ５を支持するための開口部６１が厚み方向に貫通形成されている。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、この開口部６１に挿入される。尚、ホルダ５の、アクチュエータ本体４からの突出量によっては、開口部６１は支持体６を貫通していなくてもよい。こうして、ホルダ５が取り付けられたアクチュエータ本体４が支持体６，６に支持される。アクチュエータ本体４は、駆動子３，３が移動体１３の当接面１３ｂに当接した状態で支持体６，６に支持される。この開口部６１は、アクチュエータ本体４の短手方向に延びる長孔形状をしており、ホルダ５は、開口部６１内を長孔形状に沿って移動することができる。これにより、アクチュエータ本体４は、支持体６，６によってアクチュエータ本体４の短手方向に移動可能に支持されている。
【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、ベース部材１４からアクチュエータ本体４側に突出したネジ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、長手方向中央部において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１３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の長手方向中央部にホルダ５を接着固定する。次に、一方の支持体６をベース部材１４にビス１６，１６により取り付ける。その後、アクチュエータ本体４に取付けたホルダ５の一端部を支持体６の開口部６１に挿入し、さらに、ホルダ５の他端部に他方の支持体６の開口部６１を嵌め込み、該支持体６をベース部材１４にビス１６，１６により取り付ける。こうして、アクチュエータ本体４を支持体６，６で支持する。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。その状態から、ネジ１５，１５をアクチュエータ本体４側にさらに突出させることによって、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１３側へ付勢する。その結果、駆動子３，３が移動体１３に押し付けられる。
【００３６】
このように組み立てられた超音波アクチュエータ２の外部電極４６、４７、４８に制御装置からの信号線が接続される。
【００３７】
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に縦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７に示すような周回運動させることで、移動体１３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の縦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。
【００３８】
アクチュエータ本体４が、縦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１３の当接面１３ｂ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１３に付与しており、移動体１３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。
【００３９】
以下に、超音波アクチュエータ２による移動体１３の駆動を、図８を参照してさらに詳しく説明する。アクチュエータ本体４が長手方向（縦振動の振動方向）に伸張するとき、一方（例えば、図８の左側）の駆動子３は、図８（Ｂ）に示すように、移動体１３の当接面１３ｂ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１３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８の左側）へ移動させる。このとき、他方（図８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１３から離れた状態で変位するか、又は移動体１３の当接面１３ｂ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１３の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４０】
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８の右側）の駆動子３は、図８（Ｃ）に示すように、移動体１３の当接面１３ｂ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１３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８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１３の移動方向と同じである。このとき、一方（図８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１３から離れた状態で変位するか、又は移動体１３の当接面１３ｂ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１３の移動にはほとんど影響を与えない。
【００４１】
尚、図８においては、移動体１３の移動に影響を与えない方の駆動子３は移動体１３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１３を移動させない程度の摩擦力で該移動体１３に当接している状態であってもよい。
【００４２】
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１３を所定の一方向へ移動させる。尚、前記交流電圧の位相を−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１３を他方向へ移動させることができる。
【００４３】
ここで当接面１３ｂについてさらに詳しく説明する。
【００４４】
当接面１３ｂは、一般的に平面研磨盤や遊離砥粒を用いた機械式ラップによって加工される場合が多い。この当接面１３ｂには、或る程度の平面度及び貼付け基準面（当接面１３ｂと反対側の面）に対する大きなうねりなどがない平行度が要求される。しかしながら、平行度、平面度に関して言えば、最初の加工となる平面研削加工で数μｍ〜１０μｍ程度に加工をしておけば、その後の加工においてそれほど大きく変化することがないため、大きな問題になることはない。最も問題となるのは最終仕上げ後の面形状である。
【００４５】
通常、汎用的な遊離砥粒を用いたラップ加工を行った場合には、図９（Ａ）のような凹凸を有する面形状となる。このときの中心線平均粗さの値は、使用する遊離砥粒の大きさや砥粒の種類で決定されることが一般的であり、中心線平均粗さの値は十分にコントロールすることが可能である。
【００４６】
しかしながら、このような通常のラップ加工で形成された面は、必ず凹凸部を有する。この凹凸部のうちの凸部に駆動子３が当接して極めて大きな圧力が作用すると、凸部が塑性変形したり、凸部が摩耗して摩耗粉が生成されたりする。その結果、塑性変形した部分や摩耗粉が当接面１３ｂで凝着してしまう。凝着が発生した部分は、凝着が発生していない部分と比較して、摩擦係数が異常に高くなり、駆動性能が著しく悪化する。
【００４７】
例えば、本実施形態のように、駆動子３が柱状に形成され、その軸がアクチュエータ本体４の厚さ方向を向く状態で駆動子３がアクチュエータ本体４の長辺側面に取り付けられている構成の場合、当接面１３ｂにおいて、駆動子３の軸方向の全領域に亘って一様に凝着現象が発生することは少なく、駆動子３の軸方向の一部分だけに凝着が発生する場合が多い。このような状態に陥ると、駆動子３は、その軸方向の全領域に亘って当接面１３ｂと一様に当接するのではなく、部分的に当接面１３ｂと当接する状態になる。そうすると、当接面１３ｂの凸部に作用する圧力がさらに大きくなり、凝着現象がより発生し易くなる。その結果、凝着部分の面積がさらに増大し、超音波アクチュエータ２の駆動性能を大きく低下させる。
【００４８】
また、大きな推力が必要な場合にはアクチュエータ本体４への板バネ７による付勢力を大きくする手法が取られるが、この場合には凝着現象が特に発生し易くなる。
【００４９】
さらに、移動体１３を静止させる際に、電力の供給を停止するのではなく、アクチュエータ本体４に屈曲振動だけ、又は伸縮振動だけを行わせる場合がある。すなわち、移動体１３を静止させるべく、駆動子３，３を移動体１３の当接面１３ｂの法線方向へのみ振動させる場合がある。かかる場合には、駆動子３，３が当接面１３ｂの同じ部分に当接したまま振動を繰り返すと共に、それに加えて、当接面１３ｂに作用する圧力がさらに大きくなるため、凝着現象がより発生し易くなる。
【００５０】
それに対して、本実施形態では、移動体１３の当接面１３ｂを図９（Ｂ）のような面形状としている。つまり、当接面１３ｂを、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在する状態に形成している。こうすることによって、当接面１３ｂにおける摩耗粉の凝着を抑制することができる。それに加えて、異音の発生も抑制することができる。この平滑部１３ｃ及び凹部１３ｄの幅は、少なくとも、駆動子３の幅（詳しくは、駆動方向への幅）よりも狭く、駆動子３の幅に比べて微小である。さらに、これら平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とは不規則に混在していることが好ましい。
【００５１】
以下に、様々な面形状の当接面１３ｂに関して行った駆動性能比較について説明する。
【００５２】
当接面１３ｂは、以下の方法で形成した。まず、平面研削盤等で当接部材１３ａの平行度および当接面１３ｂの平面度が所定の範囲になるように当接部材１３ａを加工する。その後、粗い粒度の遊離砥粒、例えば、＃１００〜＃１０００程度のダイヤモンド砥粒を用いて当接面１３ｂをラップする。このときには、当接面１３ｂには浅いスクラッチ傷や深いスクラッチ傷が不規則に形成され、その結果、当接面１３ｂには、様々な凹部及び凸部が不規則に形成される。次に、加工能力の低い＃１５０００程度の微細ダイヤモンド砥粒、例えば、平均粒径１μｍ程度のダイヤモンド砥粒（遊離砥粒）を用いて、当接面１３ｂの最終ラップを行う。平均粒径１μｍのダイヤモンドは加工能力が極端に低いため、当接面１３ｂの凹凸部のうち、凸部の先端部分が主に加工される。つまり、粗い砥粒で研磨した後、そのときできた凹部を消さない程度の細かい砥粒でラップする。その結果、当接面１３ｂは、図９（Ｂ）に示すように、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが不規則に混在した面形状となる。つまり、凹部１３ｄの幅は、始めのラップ加工における粗い砥粒の粒径と同程度である。また、平滑部１３ｃとして加工される前の凸部の幅も、始めのラップ加工における粗い砥粒の粒径と同程度であるため、平滑部１３ｃの幅も始めのラップ加工における粗い砥粒の粒径と同程度となる。
【００５３】
そして、最終ラップの度合い、例えば、処理時間を調整することによって、当接面１３ｂにおける平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…との割合を変えることができる。
【００５４】
尚、当接面１３ｂのラップは、＃１００〜＃１０００程度、平均粒径１μｍ程度のダイヤモンド砥粒で行ったが、これに限られるものではない。平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在した当接面１３ｂを形成できる限りにおいては、他の粒度の組み合わせやＧＣ砥粒やＷＡ砥粒でも構わない。
【００５５】
ここで、各当接面１３ｂにおける平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…との割合を表す指標として平滑パラメータを用いた。平滑パラメータは以下のようにして求めた。まず、マイクロスコープ９で当接面１３ｂの画像を取得し、該取得画像の輝度分布を求める。詳しくは、図１０に示すように、当接部材１３ａをステージ９１上に設置する。このとき、当接部材１３ａは、当接面１３ｂがマイクロスコープ９の鏡筒の光軸と直交するように設置される。そして、光源から光を当接面１３ｂに照射して、その反射光、即ち、当接面１３ｂの表面画像を、マイクロスコープ９の撮像素子で取得する。このとき、光源からの光は、鏡筒内に設けられたハーフミラー等によって、鏡筒の光軸と一致する方向に進んで当接面１３ｂに照射される。光源からの光の入射方向と鏡筒の光軸とが一致しているため、当接面１３ｂのうち、法線が光軸方向を向く（法線と光軸とのなす角が小さい）部分ほど輝度が高く、法線が光軸方向から逸れた（法線と光軸とのなす角が大きい）部分ほど輝度が低くなる。本実施例では、マイクロスコープとしてキーエンス製のＶＨＸ−２００を用いた。得られた表面画像の輝度分布を、０〜２５５階調で取得した。そして、０階調を０％とし、輝度の最大値（即ち、２５５階調の輝度ではなく、得られた輝度分布中の最大値）を１００％として、輝度が８５％〜１００％に該当する部分の面積を求めた。本実施例では、この輝度が８５％〜１００％に該当する部分を平滑部とし、当接面１３ｂの画像を取得した部分の全面積に対する平滑部の面積比を平滑パラメータとした。
【００５６】
例えば、平滑パラメータが１％，１５％，２０％，３０％の当接面１３ｂの輝度分布及び表面画像を図１１〜図１４に示す。平滑パラメータが１％の当接面１３ｂは、従来のラップ方法で形成された面である。つまり、この当接面１３ｂは、最終ラップ時の微細な砥粒に応じた凹凸部が満遍なく形成された面であり、輝度分布は、或る１つのピーク値を中心とした分布となる。平滑パラメータが１５％，２０％，３０％の当接面１３ｂの当接面１３ｂは、最終ラップ時の砥粒の粒径を、それよりも前のラップ時の砥粒の粒径よりも極端に微細にして形成された面であって、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが不規則に混在する面である。これらの当接面１３ｂの輝度分布は、平滑部１３ｃに対応する相対的に高いピークと、凹部１３ｄに対応する相対的に低いピークとを有している。つまり、平滑部１３ｃは、その法線方向がマイクロメータ９の鏡筒の光軸と概ね一致する、即ち、法線方向と該光軸とのなす角が小さいため、輝度が高くなる。一方、凹部１３ｄは、その法線方向がマイクロメータ９の鏡筒の光軸に対して大きく逸れる、即ち、法線方向と該光軸とのなす角が大きいため、輝度が低くなる。その結果、輝度分布は、相対的に高いピークと相対的に低いピークとの２つのピークを有するようになる。そして、高いピークは、輝度分布の０階調を０とし、輝度の最高値を１００％としたときの、輝度が８５％〜１００％の領域に含まれている。つまり、当接面１３に含まれる、輝度が８５％〜１００％の部分の割合によって、平滑部１３ｃに相当する部分がどの程度含まれるかがわかる。
【００５７】
そして、前記の方法で加工処理した様々な形状の当接面１３ｂについて、凝着及び異音の発生の有無を以下のようにして調べた。まず、超音波アクチュエータ２により移動体１３を凝着が発生し得る条件で往復駆動する運転（以下、試運転という）を行った。この試運転の後、超音波アクチュエータ２により移動体１３を凝着の発生を調べるための条件で往復駆動する運転（以下、検査運転という）を行った。試運転では、ストロークが２０ｍｍ、駆動子３，３の移動体１３への付勢力が８Ｎ、移動速度が２０ｍｍ／ｓであって、２０ｍｍのストローク中の３ｍｍ、１０ｍｍ、１７ｍｍの位置の３箇所でアクチュエータ本体４に屈曲振動だけ発生させる停止モード（２つの交流電圧の位相差は１８０°）を行った。検査運転では、２０ｍｍのストロークを８ｍｍ／ｓで往復させ、その間に、アクチュエータ本体４に実際に印加される２つの交流電圧の位相差を観察した。そして、位相差に変動があったときには、そのとき駆動子３，３が当接している場所に凝着が発生していると判断した。凝着が発生している場合には、図１５に示すような位相差が観測される。図１５は、２０ｍｍのストロークを２往復する間の、２つの交流電圧の位相差である。図１５では、２０ｍｍのストローク中の３ｍｍと、１０ｍｍと、１７ｍｍの位置に凝着が発生し、位相変動が生じている。
【００５８】
さらに、位相差の変動に加えて、異音が発生するか否かも調べた。異音の有無は、聴覚で聞き取れるか否かで判定した。
【００５９】
尚、従来のラップ方法（例えば、＃１０００、＃５０００、＃１５０００の順で砥粒の粒径を段階的に細かくしていくラップ方法）でラップ処理した当接面１３ｂについても凝着及び異音の発生の有無を調べた。
【００６０】
その結果を、表１に示す。表では、平滑パラメータを百分率で表している。表１中の比較例１は、従来のラップ方法で当接面１３ｂをラップ処理したものである。比較例２，３及び実施例１〜８については、微細ダイヤモンド砥粒による最終ラップ処理時の処理時間、処理圧力、処理速度が異なる。これからわかるように、平滑パラメータが５％から６５％の間では凝着が発生せず、５％未満では凝着が発生している。また、従来のラップ方法でも凝着が発生している。また、平滑パラメータが６５％以上になると、当接面１３ｂが鏡面に近くなり、駆動子３と当接面１３ｂとの当接により異音が発生している。この異音は、表面粗さが小さい面同士がこすれるときに発生するビビリ音であると考えられる。以上より、当接面１３ｂの平滑パラメータは、５〜６０％が適していることがわかった。
【００６１】
【表１】
【００６２】
したがって、本実施形態によれば、当接部材１３の当接面１３ｂを、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…と混合させた形状に形成することによって、当接面１３ｂにおける凝着の発生を抑制することができると共に、異音の発生を抑制することができる。つまり、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…を存在させることによって、当接面１３ｂにおける凸部が減少するため、駆動子３と当接面１３ｂとの間の摩擦力が増大する部分を減少させることができる。その結果、当接面１３ｂにおける摩耗粉の発生や凸部の塑性変形を抑制することができるため、ひいては、凝着の発生を抑制することができる。また、凹部１３ｄ，１３ｄ，…を存在させることによって、当接面１３ｂに適度な表面粗さを確保することができるため、異音の発生を抑制することができる。
【００６３】
また、当接面を、平滑パラメータが５％以上且つ６０％以下の範囲内となるように形成することが好ましい。こうすることによって、当接面１３ｂにおける凝着の発生を抑制することができると共に、異音の発生を抑制することができる。
【００６４】
また、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを不規則に混在させることによって、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とが混在する当接面１３ｂであっても、アクチュエータ本体４に印加される２つの交流電圧の位相差の変動を抑制することができる。すなわち、平坦部１３ｃと凹部１３ｄが規則的に並んでいると、平坦部１３ｃと凹部１３ｄとの規則的な配列が位相変動に現れてしまう。駆動装置１においては、アクチュエータ本体４に実際に供給される２つの交流電圧の位相差を監視しながら、２つの交流電圧を調節して、超音波アクチュエータ２の制御を行ったり、さらには、２つの交流電圧の位相差を調節することによって、超音波アクチュエータ２の制御を行うことがある。つまり、駆動装置１の制御性においては、２つの交流電圧の位相差は非常に重要なものである。それにもかかわらず、２つの交流電圧の位相差が変動してしまうと、超音波アクチュエータ２を所望の通りに制御することが難しくなる。それに対して、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを不規則に混在させることによって、平坦部１３ｃと凹部１３ｄとの配列が位相変動に与える影響を抑えることができる。その結果、２つの交流電圧の位相差の変動を抑制することができるため、超音波アクチュエータ２の制御性を向上させることができる。
【００６５】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６６】
すなわち、前記実施形態では、平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを有する当接面１３ｂを遊離砥粒によるラップ処理で形成しているが、これに限られるものではない。平滑部１３ｃ，１３ｃ，…と凹部１３ｄ，１３ｄ，…とを有する当接面１３ｂを形成することができる方法であれば、任意の方法を採用することができる。
【００６７】
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次の伸縮振動と２次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の振動により駆動子３，３から駆動力を出力させることができる構成であれば、任意の次数の、任意の様式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。
【００６８】
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１３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１３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が取り付けられた移動体１３がベース部材１４に対して移動することになる。つまり、駆動子３とベース部材１４の当接面との間の摩擦力を介して駆動力が出力される。この場合には、ベース部材１４の当接面が、平滑部と凹部とが混在した形状に形成される。こうすることで、ベース部材１４の当接面における異音の発生を抑制しつつ、凝着の発生を抑制することができる。
【００６９】
また、前記実施形態では、駆動子３，３がアクチュエータ本体４の長辺側面に設けられているが、これに限られるものではない。例えば、駆動子３をアクチュエータ本体４の短辺側面に設けてもよい。この場合、アクチュエータ本体４は、その長手方向が移動体１３の当接面１３ｂの法線方向に一致するように配設される。
【００７０】
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。
【００７１】
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１３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１６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１７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。
【００７２】
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】
【００７３】
以上説明したように、本発明は、振動型アクチュエータと相対移動部材とを備えた駆動装置について有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 駆動装置
２ 超音波アクチュエータ
３ 駆動子
４ アクチュエータ本体
１３ 移動体（相対移動部材）
１３ｂ 当接面
１３ｃ 平滑部
１３ｄ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子とを有する振動型アクチュエータと、
前記駆動子が当接していて、前記振動型アクチュエータに対して相対移動する相対移動部材とを備えた駆動装置であって、
前記相対移動部材における、前記駆動子と当接する当接面は、平滑部と、該平滑部よりも凹んだ凹部とが混在している駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記平滑部と前記凹部とは、不規則に混在している駆動装置。
【請求項３】
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伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子とを有する振動型アクチュエータと、
前記駆動子が当接していて、前記振動型アクチュエータに対して相対移動する相対移動部材とを備えた駆動装置であって、
前記相対移動部材における、前記駆動子と当接する当接面は、該当接面に当てた光の反射光の輝度の最大値を１００％としたときに、該当接面の面積に対する、該輝度が８５％〜１００％に該当する部分の面積比が５％以上且つ６０％以下の範囲内にある駆動装置。
【請求項１】
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伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子とを有する振動型アクチュエータと、
前記駆動子が当接していて、前記振動型アクチュエータに対して相対移動する相対移動部材とを備えた駆動装置であって、
前記相対移動部材における、前記駆動子と当接する当接面は、平滑部と、該平滑部よりも凹んだ凹部とが混在している駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記平滑部と前記凹部とは、不規則に混在している駆動装置。
【請求項３】
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伴って周回運動することにより駆動力を出力する駆動子とを有する振動型アクチュエータと、
前記駆動子が当接していて、前記振動型アクチュエータに対して相対移動する相対移動部材とを備えた駆動装置であって、
前記相対移動部材における、前記駆動子と当接する当接面は、該当接面に当てた光の反射光の輝度の最大値を１００％としたときに、該当接面の面積に対する、該輝度が８５％〜１００％に該当する部分の面積比が５％以上且つ６０％以下の範囲内にある駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１５５５２（Ｐ２０１１−１５５５２Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５８０５４（Ｐ２００９−１５８０５４）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【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１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【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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