JP2017127154A - 振動型アクチュエータ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能であると共に振動体の姿勢を安定して保持することができる振動型アクチュエータを提供する。【解決手段】振動体１０は、２つの突起部１３が形成された矩形平板状の弾性体１１と、弾性体１１に接合された圧電素子１２を有する。振動体１０に、互いに交わらずに弾性体１１の短辺と交わる２本の節線Ｙ１，Ｙ２を有し、且つ、弾性体１１の長辺と交わる節線を有さない第１の曲げ振動モードの振動と、互いに交わらずに弾性体１１の長辺と交わる２本の節線Ｘ１，Ｘ２と、弾性体１１の短辺と交わる１本の節線Ｙ３とを有する第２の曲げ振動モードの振動を励起させて組み合わせることにより、突起部１３の先端の接触部１４に弾性体１１の長手方向と直交する面内で楕円運動を生じさせて、接触部１４と加圧接触する被駆動体２を弾性体１１の短手方向へ移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、２つの曲げ振動モードを組み合わせて駆動する振動型アクチュエータと、振動型アクチュエータを備える電子機器に関する。

圧電素子等の電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とを接合してなる振動体と被駆動体を加圧接触させ、振動体に励起した駆動振動によって振動体と被駆動体とを相対的に移動させる様々な振動型アクチュエータが知られている。そして、振動型アクチュエータには、振動体に励起する駆動振動として２つの曲げ振動モードを組み合わせた駆動方法を用いるものが知られている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、矩形平板状の弾性体と、弾性体の一方の面に接合された圧電素子と、弾性体の厚み方向に突出するように弾性体の他方の面の短手方向中央部において長手方向に所定間隔で設けられた２つの突起部とを有する振動体が開示されている。圧電素子への電圧印加により、突起部の上端面に弾性体の厚み方向と長手方向の両方向を含む面内で楕円運動を生じさせる。よって、弾性体の厚み方向において被駆動体と突起部の上端面とを加圧接触させることにより、振動体と被駆動体とを弾性体の長手方向（２つの突起部を結ぶ方向）に相対的に移動させることができる。

特許文献２には、矩形平板状の弾性体と、弾性体の一方の面に接合された圧電素子と、弾性体の厚み方向に突出するように弾性体の他方の面の短手方向中央部において長手方向に所定間隔で設けられた２つの角柱状の突起部とを有する第１の振動体が開示されている。圧電素子への電圧印加により、弾性体の長手方向と厚み方向の両方向を含む面内（弾性体の短手方向と直交する面内）での楕円運動を突起部の先端部に生じさせる。よって、突起部において弾性体の短手方向と直交する面の先端部に対して被駆動体を弾性体の厚み方向で加圧接触させることにより、第１の振動体と被駆動体とを弾性体の長手方向に相対的に移動させることができる。

また、特許文献２には、矩形平板状の弾性体と、弾性体の一方の面に接合された圧電素子と、弾性体の他方の面の各長辺側において長手方向に所定間隔で２カ所ずつ合計４カ所に設けられた角柱状の突起部とを有する第２の振動体が開示されている。圧電素子への電圧印加により、突起部の上端面に弾性体の厚み方向と長手方向の両方向を含む面内で楕円運動を生じさせる。よって、弾性体の厚み方向において被駆動体と突起部の上端面とを加圧接触させることにより、第２の振動体と被駆動体とを弾性体の長手方向に相対的に移動させることができる。

特許文献３には、矩形平板状の弾性体、弾性体の一方の面に接合された圧電素子、及び、弾性体の他方の面において弾性体の厚み方向に突出するように設けられた１つの突起部を有する振動体が開示されている。圧電素子への電圧印加により、突起部の上端面に弾性体の厚み方向と長手方向の両方向を含む面内で楕円運動を生じさせる。よって、弾性体の厚み方向において被駆動体と突起部の上端面とを加圧接触させることにより、振動体と被駆動体とを弾性体の長手方向に相対的に移動させることができる。

特許第４２６１９６４号公報 特許第３３６３５１０号公報 特開２００６−１１５５５９号公報

特許文献１に記載された振動体では、被駆動体と接触する突起部が弾性体の平面上で、弾性体の長手方向及び短手方向の各方向で対称的に配置されているため、突起部の先端部に加圧力が加えられても、振動体の重心回りの回転モーメントは発生し難い。そのため、重心支持された振動体は自身の姿勢を安定した状態に保つことができ、これにより、駆動効率の高い振動型アクチュエータを実現することができる。

しかし、特許文献１に記載された振動体に励起する振動モードの共振周波数は、振動体の小型化に伴って高くなるため、駆動回路等の周辺機構の制約によって駆動周波数に上限がある場合には、振動体を小型化するにも限界がある。そこで、振動体の更なる小型化が必要な場合には、より共振周波数の低い振動モードを利用する必要が生じる。

特許文献２に記載された第１の振動体の励振に用いられる振動モードの共振周波数は、特許文献１に記載された振動体の励振に用いられる振動モードの共振周波数よりも低い。そのため、特許文献２に記載された第１の振動体は、振動体の小型化が必要な用途に適していると考えられる。しかし、特許文献２に記載された第１の振動体では、被駆動体との加圧接触のために加圧力が加えられる突起部の接触部が、振動体の重心に対して偏った位置にある。そのため、振動体の重心回りに回転モーメントが発生してしまい、振動体自体の姿勢を安定して保持することが難しいという問題がある。また、特許文献２に記載された第２の振動体では、４つの突起部のうち、対角に位置するものは同位相で楕円運動を行うが、弾性体の長手方向で対向する突起部に生じる楕円運動は逆位相となる。そのため、４つの突起部の先端部に被駆動体を加圧接触させても、効率よく駆動力を取り出すことができないという問題がある。

特許文献３に記載された振動体の励振に用いられる振動モードの共振周波数は、特許文献１に記載された振動体の励振に用いられる振動モードの共振周波数よりも低い。しかし、特許文献３に記載された振動体も、特許文献２に記載された第１の振動体と同様に、被駆動体との加圧接触のために加圧力が加えられる突起部の接触部が、振動体の重心に対して偏った位置にある。そのため、振動体の重心回りに回転モーメントが発生してしまい、振動体自体の姿勢を安定して保持することが難しいという問題がある。

本発明は、小型化が可能であると共に振動体の姿勢を安定して保持することができる振動型アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明に係る振動型アクチュエータは、矩形平板状の弾性体と、前記弾性体の一方の面に接合される電気−機械エネルギ変換素子と、前記弾性体に設けられた少なくとも１つの突起部と、を有する振動体と、前記突起部の先端で前記振動体と加圧接触する被駆動体とを備える振動型アクチュエータであって、前記振動体には、互いに交わらずに前記弾性体の短辺と交わる２本の節線を有し、且つ、前記弾性体の２つの長辺を結ぶ節線を有さない第１の曲げ振動モードの振動と、前記弾性体の短手方向に前記弾性体の平板平面を２分割し、前記弾性体の長手方向に前記弾性体の平板平面を３分割した合計６つの領域において、それぞれの領域内に前記弾性体の平板平面の面外方向の振動における振幅極大が存在し、隣り合う領域において前記振幅極大における振動が逆位相となる第２の曲げ振動モードの振動の励起が可能であり、前記第１の曲げ振動モードの振動と前記第２の曲げ振動モードの振動を組み合わせた駆動振動により、前記弾性体の長手方向と直交する面内で前記突起部の先端に楕円運動を生じさせて、前記振動体と前記被駆動体を前記弾性体の短手方向で相対的に移動させることを特徴とする。

本発明によれば、振動型アクチュエータの小型化を実現することができる。また、本発明によれば、振動体の姿勢を安定して保持することができるため、安定した駆動特性を得ることができると共に、高い駆動性能を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す斜視図と、振動型アクチュエータを構成する振動体とその周辺構成を示す外観斜視図である。 図１に示す振動体に励起させる２つの曲げ振動モード（モードＡ，Ｂ）を説明する斜視図である。 図１に示す振動体の図２に示すモードＡの振動による変形に伴う突起部及び接触部の動きを説明する図である。 図１に示す振動体の図２に示すモードＢの振動による変形に伴う接触部の動きを説明する図である。 図１に示す振動体に組立誤差がない場合のモードＢの振動に伴う節線と、組立誤差が生じた場合のモードＢの振動に伴う節線を模式的に示す図である。 図１に示す振動体を構成する圧電素子の電極パターンを示す図である。 従来例に係る振動体と図１に示す振動体のそれぞれの概略構成を示す斜視図と、被駆動体からそれぞれの振動体に対して作用する加圧力の振動体の姿勢へ影響を模式的に示す図である。 図１に示す振動体の姿勢を安定に維持するための接触部の位置と加圧力との関係を説明する図である。 振動体の姿勢を安定して保持することが可能な条件を満たす接触部の配置を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す斜視図と、振動型アクチュエータを構成する振動体とその周辺構成を示す外観斜視図である。 図１０に示す振動体に励起させる２つの曲げ振動モードを説明する斜視図である。 図１０に示す振動体のモードＡの振動による変形と突起部及び接触部の動きを説明する図である。 図１０に示す振動体のモードＢの振動による変形と突起部及び接触部の動きを説明する図である。 本発明の第３実施形態に係る振動型アクチュエータを構成する振動体の概略構成を示す斜視図と、振動体に励起される２つの曲げ振動モード毎の突起部の動きを説明する斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る振動型アクチュエータを構成する振動体の概略構成を示す斜視図と、振動体に励起される２つの曲げ振動モード毎の突起部の動きを説明する斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る振動型アクチュエータを構成する振動体の製造工程を簡略的に示す図である。 図１６に示す振動体の第１の変形例及び第２の変形例に係る振動体の概略構成を示す斜視図である。 図１６に示す振動体の第３の変形例及び第４の変形例に係る振動体の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す振動体を備える顕微鏡の外観斜視図である。 図１に示す振動体を備える撮像装置の概略構成を示す上面図とブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータ１の概略構成を示す斜視図である。また、図１（ｂ）は、振動型アクチュエータ１を構成する振動体１０とその周辺構成を示す外観斜視図である。振動型アクチュエータ１は、振動体１０及び被駆動体２を有する。振動体１０は、弾性体１１、圧電素子１２及び２つの突起部１３を有する。振動体１０は、フレキシブルプリント基板１５（以下「ＦＰＣ１５」と記す）を介して、基台３に保持される。

なお、図１（ａ），（ｂ）に示すように、三次元の直交座標系（Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向）を定め、適宜、以下の説明に用いることとする。後述するように、Ｘ方向は、被駆動体２と振動体１０との相対的な移動方向であり、振動体１０の短手方向でもある。Ｚ方向は、振動体１０と被駆動体２とを加圧接触させるための加圧方向である。また、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向であり、振動体１０の長手方向でもある。

弾性体１１は、マルテンサイト系のステンレス鋼であるＳＵＳ４２０Ｊ２等の金属材料からなり、Ｘ方向を短手方向、Ｙ方向を長手方向、Ｚ方向を厚み方向とする矩形平板状の形状を有する。２つの突起部１３は、弾性体１１の一方の面（被駆動体２側の面）のＹ方向端部、且つ、Ｘ方向の略中央において、Ｚ方向に突出するように設けられている。電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１２の一方の面（弾性体１１側の面）は、弾性体１１の他方の面（圧電素子１２側の面）に接合されている。また、圧電素子１２の他方の面（ＦＰＣ１５側の面）は、ベース部材がポリイミドフィルム等の樹脂材料で構成されているＦＰＣ１５に接合されている。ＦＰＣ１５においてＹ方向に延出した部分には孔部１７が設けられており、孔部１７にボルト４を通してボルト４を基台３に締結することにより、ＦＰＣ１５が基台３に固定され、これにより振動体１０がＦＰＣ１５を介して基台３に保持される。このように、ＦＰＣ１５を基台３に固定する構成とすることにより、振動体１０を支持するための新たな支持部材は不要となるため、部品点数と組立工程を削減することができる。なお、ＦＰＣ１５の基台３に対する固定方法は、ボルト４による締結に限定されるものではなく、例えば、押さえ板による挟み込みや接着剤による接着等の他の方法を用いても構わない。

突起部１３の先端部は、Ｚ方向に作用する加圧力によって被駆動体２と加圧接触する接触部１４となっている。接触部１４と被駆動体２を加圧接触させるための加圧方法に特に制限されない。例えば、バネ等による弾性力を被駆動体２から振動体１０に対して又は振動体１０から被駆動体２に対して加える方法や、ＦＰＣ１５に弾性力を持たせてその弾性力を接触部１４に与える方法を用いることができる。また、永久磁石を用いて被駆動体２と弾性体１１との間に磁気回路を形成して、接触部１４と被駆動体２とを加圧接触させる方法を用いることもできる。

接触部１４は、所定の摩擦係数を有すると共に、耐摩耗性に優れていることが望ましい。そこで、例えば、突起部１３をプレス加工等により弾性体１１と一体的に形成し、突起部１３の先端部に熱処理や表面研磨を施す。これにより、所定の摩擦係数と耐摩耗性を有する接触部１４を形成することができる。突起部１３、接触部１４及び弾性体１１を一体形成した場合、これらを別々に形成する場合に比べて、組立工数を減らすことができると共に、突起部１３の位置合わせを行う必要がなくなることで、部品間の寸法や性能のバラつきを抑えることができる。なお、突起部１３と接触部１４を形成する方法は、上述した方法に限定されるものではなく、種々の製造方法を用いることができる。例えば、突起部１３は、エッチング加工によって形成してもよく、弾性体１１と別に製造した後に弾性体１１に固定（接合）してもよい。また、接触部１４は、メッキ処理等により形成することもできる。

次に、振動体１０に励起させる２つの曲げ振動モードについて説明する。振動型アクチュエータ１では、振動体１０に２つの曲げ振動モードの振動を励起させ、励起させた振動を組み合わせた駆動振動により、弾性体１１の長手方向と直交する面内で同一方向に楕円軌跡を描く楕円運動を接触部１４に生じさせる。これにより、接触部１４が被駆動体２に対してＸ方向に摩擦駆動力を与えることで、被駆動体２と振動体１０とをＸ方向に相対的に移動させることができる。

振動体１０の形状は、２つの曲げ振動モードの共振周波数差が所望の値を取るように設計される。具体的には、振動体１０の長手方向（Ｙ方向）の寸法である長辺長さと短手方向（Ｘ方向）の寸法である短辺長さ、及び、厚み方向（Ｚ方向）の寸法である厚みの設計により、２つの曲げ振動モードの共振周波数差を所望の値に近付けることができる。本実施形態では、長辺長さ、短辺長さ及び厚みを、大凡、２０：１６：１の比に設定している。また、振動体１０の形状は、２つの曲げ振動モードの共振周波数のうち高い方の共振周波数をｆｒ、２つの曲げ振動モードの共振周波数の差をΔｆとしたときに、０＜Δｆ＜ｆｒ×０．１５の関係が成立するように設計されている。

図２は、振動体１０に励起する２つの曲げ振動モードを説明する斜視図である。図２（ａ）は、第１の曲げ振動モード（以下「モードＡ」という）での振動体１０の変形を模式的に示しており、図２（ｂ）は、第２の曲げ振動モード（以下「モードＢ」という）での振動体１０の変形を模式的に示している。図３は、モードＡの振動による振動体１０の変形に伴う突起部１３及び接触部１４の動きを説明する図であり、図３（ａ）はＺ方向から見た状態を示しており、図３（ｂ）はＹ方向から見た状態を示している。図４は、モードＢの振動による振動体１０の変形に伴う接触部１４の動きを説明する図であり、図４（ａ）はＺ方向から見た状態を示しており、図４（ｂ）はＹ方向から見た状態を示している。

モードＡの振動は、Ｘ方向における１次の屈曲振動であり、弾性体１１のＹ方向に略平行な２本の節線Ｙ１，Ｙ２を有する。略平行な２本の節線Ｙ１，Ｙ２とは、節線Ｙ１，Ｙ２が、連続的な曲線で、振動体１０の２つの短辺Ｓ１，Ｓ２と交差し、且つ、互いに交差することなく、且つ、弾性体１１の長辺Ｌ１，Ｌ２と交差せずに並列に並んでいることを意味する。なお、２つの曲げ振動モード（モードＡ，Ｂ）は、振動体１０のＸＹ平面に対する面外方向（Ｚ方向）の振動であるため、以下の説明において、節線や節とは、振動体１０においてＺ方向の振動が殆ど生じない位置（振幅極小位置）を意味する。

２つの突起部１３は、図３に示されるようにモードＡの振動の腹となる位置の近傍に配置されているため、モードＡの振動により同位相でＺ方向に往復運動を行う。このとき、２つの突起部１３が設けられた位置では、モードＡの振動によってＸ方向とＹ方向の変位は殆ど生じず、２つの突起部１３をそれぞれＺ方向に最も大きく変位させることができる。つまり、突起部１３の先端の接触部１４を、モードＡの振動によって、Ｚ方向のみに最大限に往復運動させることができる。

モードＢの振動は、２次のねじり振動であり、弾性体１１のＹ方向と略平行な１本の節線Ｙ３と、Ｘ方向と略平行な２本の節線Ｘ１，Ｘ２を有する。略平行な２本の節線Ｘ１，Ｘ２とは、節線Ｘ１，Ｘ２が、連続的な曲線で、弾性体１１の２つの長辺Ｌ１，Ｌ２と交差し、且つ、互いに交差することなく、且つ、弾性体１１の短辺Ｓ１，Ｓ２と交差せずに並列に並んでいることを意味する。弾性体１１のＹ方向と略平行な節線Ｙ３とは、節線Ｙ３が、連続的な曲線で、弾性体１１の２つの短辺Ｓ１，Ｓ２と交差し、且つ、長辺Ｌ１，Ｌ２と交差せずに長辺Ｌ１，Ｌ２と並列に並んでいることを意味する。つまり、モードＢの振動には、弾性体１１の短手方向に弾性体１１の平板平面を２分割し、弾性体１１の長手方向に弾性体１１の平板平面を３分割した合計６つの領域の各領域内に、弾性体１１の平板平面の面外方向の振動における振幅極大が存在する。そして、これら６つの領域の隣り合う領域では、振幅極大における振動が逆位相となる。

２つの突起部１３は、図４（ａ）に示されるように、節線Ｙ３の位置の近傍（Ｘ方向の略中央）であって節線Ｘ１に近い短辺Ｓ１の近傍と節線Ｘ２に近い短辺Ｓ２の近傍に配置されているため、モードＢの振動により同位相でＸ方向に往復運動を行う。このとき、２つの突起部１３が設けられた位置では、モードＢの振動によってＹ方向とＺ方向の変位は殆ど生じない。また、接触部１４におけるＸ方向の往復運動は突起部１３の高さで変位拡大される。そのため、突起部１３のＺ方向の高さで設定されるものであり、突起部１３により接触部１４をそれぞれＸ方向に最も大きく変位させることができる。つまり、突起部１３の先端の接触部１４を、モードＢの振動によって、Ｘ方向のみに最大限に往復運動させることができる。

モードＡ，Ｂの各振動を組み合わせることにより、モードＡの振動の腹の位置とモードＢの振動の節線の位置とを略一致させることができる。したがって、この略一致する位置の近傍、且つ、弾性体１１の短辺Ｓ１，Ｓ２の近傍に突起部１３を設けることにより、高い出力を得ることができる。また、突起部１３の先端の接触部１４を、Ｚ方向及びＸ方向に大きく変位させることができるため、接触部１４は、接触部１４に加圧接触する被駆動体２に対して大きな摩擦駆動力を与えることができる。

なお、上記背景技術において説明した特許文献１に記載された振動体には、一次の面外曲げ振動モードの振動と二次の面外曲げ振動モードの振動を組み合わせた駆動振動が励起される。一次の面外曲げ振動は、２つの突起部を結ぶ方向と略平行に２本の節線が現れる振動である。また、二次の面外曲げ振動は、２つの突起部を結ぶ方向及び突起部の突出方向の両方向と直交する方向と略平行に３本の節線が現れる振動である。振動型アクチュエータ１を構成する振動体１０に励起されるモードＡの振動は、特許文献１に記載された振動体に励起される一次の面外曲げ振動と同じである。

ここで、特許文献１に記載された振動体と振動型アクチュエータ１を構成する振動体１０とが、突起部が設けられている位置を除いて同等の形状を有する場合を考える。この場合に、振動体１０の励振に用いられるモードＢの共振周波数が１３７ｋＨｚであるならば、特許文献１に記載された振動体の励振に用いられる二次の面外曲げ振動モードの共振周波数は２１１ｋＨｚとなる。このように、振動体１０では、特許文献１に記載された振動体と比較して、駆動周波数ｆｄを下げることができるため、振動型アクチュエータ１を駆動するための駆動回路を安価に構成することが可能になる。

また、特許文献１に記載された振動体について、二次の面外曲げ振動モードの共振周波数を図２（ｂ）のモードＢの共振周波数に近付け、且つ、一次の面外曲げ振動モードと組み合わせることを考えた場合、振動体の長辺長さを約１．２５倍に延ばす必要が生じる。つまり、共振周波数を同等とした場合に、特許文献１に記載された振動体のサイズは、振動型アクチュエータ１を構成する振動体１０のサイズよりも大きくなってしまう。換言すれば、図２のモードＡ，Ｂの各振動を組み合わせた駆動振動が励起される振動体１０は、特許文献１に記載された振動体よりも小型化が可能である。更に、振動体１０では、低次の曲げ振動モードを利用しているため、モードＡ，Ｂの各共振周波数のうち高い方の共振周波数ｆｒの付近に他の不要振動モードが少なく、よって、不要振動によるモードＡ，Ｂの各振動の励起が阻害され難い利点がある。

なお、振動体１０の形状（各辺の寸法比）やモードＡ，Ｂの共振周波数差Δｆは、モードＡ，Ｂの振動を組み合わせて駆動振動を励起することが可能であればよく、また、要求特性や用途、配設スペース等に応じた設計が可能であり、特定の値に限定されない。更に、振動体１０には、加工工程や組立工程において生じる寸法ずれによって形状に非対称性が生じ、支持位置や周辺部品の取り付け位置のずれにより配設状態に非対称性が生じることがある。その場合、２つの曲げ振動モードのモード形状に偏りが生じ、例えば、モードＡの２本の節線Ｙ１，Ｙ２のいずれか１本が、弾性体１１の長辺と交差し、弾性体１１の平面の投影面外に延出する可能性がある。

図５（ａ）は、振動体１０に組立誤差がない場合のモードＢの振動に伴う節線を模式的に示す図である。図５（ｂ）は、振動体１０に組立誤差が生じた場合のモードＢの振動に伴う節線を模式的に示す図である。図５（ａ）に示すモードＢの理想的なモード形状が、振動体１０の形状の非対称性により、図５（ｂ）に実線部（黒く塗り潰した部分）で示すような節線の位置が変化したモード形状となってしまうこともある。しかし、突起部１３の位置で上述した所定の方向の振動変位が生じていれば、接触部１４から被駆動体２に駆動力を与えることが可能である。特に、モードＢのモード形状が図５（ｂ）に示したように節線が変形した場合でも、その極近傍における振動の振幅は、振動の腹の位置と比較すると十分に小さいため、図５（ｂ）に破線で示す位置に節を持つモードと見なしても実質的に問題はない。つまり、２つの曲げ振動モードが有する節の位置は、その主要な特徴や本発明の技術思想から逸脱することがない範囲にあればよい。

図６は、圧電素子１２の電極パターンを示す図である。圧電素子１２は、矩形平板状の圧電セラミックスの表面（ＦＰＣ１５との接合面）に図６に示すＡ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂが形成され、裏面（弾性体１１との接合面）には不図示の全面電極が形成された構造を有する。Ａ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂは、モードＢのＹ方向に略平行な１本の節線Ｙ３を境界にして、Ｘ方向に２分割されるように形成されており、Ｚ方向の同一方向に分極処理されている。ＦＰＣ１５からＡ相電極１６ａに交流電圧Ｖ１が印加され、Ｂ相電極１６ｂに交流電圧Ｖ２が印加される。不図示の全面電極は、グラウンド電極として用いられる。なお、圧電素子１２を弾性体１１に接着した状態で不図示の全面電極は弾性体１１と導通するため、全面電極からは弾性体１１の表面を通して導通を取り出すことができる。これに限らず、圧電セラミックスにスルーホールを設けて或いは圧電セラミックスの側面から電極を引き回して、圧電素子１２の表面から全面電極の導通を取り出すこともできる。

交流電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値と周波数が同一である場合に、交流電圧Ｖ１，Ｖ２が同位相でＡ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂに入力されると、Ａ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂの各領域で生じる伸縮方向は同じ向きとなる。よって、Ａ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂの各領域で生じる伸縮方向が同じ向きであるモードＡの共振周波数付近に交流電圧Ｖ１，Ｖ２の周波数を近付けることで、振動体１０にモードＡの振動を励起することができる。一方、交流電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値と周波数が同一である場合に、交流電圧Ｖ１，Ｖ２が逆位相でＡ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂに入力されると、Ａ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂの各領域で生じる伸縮方向は逆向きとなる。よって、Ａ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂの各領域で生じる伸縮方向が逆向きであるモードＢの共振周波数付近に交流電圧Ｖ１，Ｖ２の周波数を近付けることで、振動体１０にモードＢの振動を励起することができる。

振動体１０は、上述の通り、モードＡ，Ｂの共振周波数を近付けて駆動される。そのため、Ａ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂのそれぞれに、駆動周波数ｆｄで電圧値が同じ交流電圧Ｖ１，Ｖ２を位相を９０°ずらして印加すると、振動体１０には、モードＡ，Ｂのそれぞれの振動は位相が９０°ずれて励起される。その結果、接触部１４にＺＸ面内で楕円運動を生じさせることができ、接触部１４が被駆動体２に対して摩擦駆動力を与えることにより、振動体１０と被駆動体２とを相対的にＸ方向に移動させることができる。

なお、駆動周波数ｆｄは、本実施形態では、モードＡとモードＢの共振周波数近傍の周波数に設定される。また、本実施形態では、圧電素子１２を構成する圧電セラミックスは、Ａ相電極１６ａとＢ相電極１６ｂがそれぞれ形成された領域で同一方向に分極処理されているものとした。しかし、モードＡ，Ｂの振動を振動体１０に励起することができる限りにおいて圧電素子１２の構成に制限はなく、圧電セラミックスに形成される電極パターンや分極方向は図６を参照して説明した構成に限定されるものではない。

次に、振動型アクチュエータ１における振動体１０の姿勢保持の特徴について説明する。ここでは、上記背景技術で説明した特許文献２に記載された第１の振動体を従来例として取り上げて、振動体１０と比較する。図７（ａ）は、従来例に係る（特許文献２に記載された）振動体９０の概略構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、不図示の被駆動体から振動体９０に対して作用する加圧力の振動体９０へ影響を模式的に示す図である。図７（ｃ）は、振動体１０の概略構成を示す斜視図であり、図７（ｄ）は、不図示の被駆動体から振動体１０に対して作用する加圧力の振動体１０へ影響を模式的に示す図である。なお、図７（ｃ）については、図１（ｂ）の一部と同じであるため、説明を省略する。

振動体９０は、矩形平板状の弾性体９１、弾性体９１の一方の面に接合された圧電素子９２、及び、弾性体９１の他方の面にその長手方向（Ｘ方向）において所定間隔で設けられた２つの角柱状の突起部９３を有する。不図示の被駆動体は、突起部９３において弾性体９１の短手方向（Ｚ方向）と直交する面の先端部９４に加圧接触しており、先端部９４にＺＸ面内で楕円運動を生じさせることにより、Ｘ方向に駆動される。このとき、図７（ｂ）に示すように、被駆動体から振動体９０の重心に対して偏りのある位置に加圧力Ｆが加わるため、加圧力Ｆを先端部９４で受けたときに回転のモーメントＭが発生する。その結果、振動体９０の姿勢が傾き、加圧力Ｆによる先端部９４での圧力分布にばらつきが生じてしまうことで、被駆動体に対する摩擦駆動力の伝達ロスが大きくなってしまうという問題が生じる。

これに対して図７（ｃ）に示されるように、振動体１０では、突起部１３は振動体１０の重心を通るＺ方向の軸に対して略回転対称となる位置に配置されている。また、図１（ｂ）に示されるように、基台３に対するＦＰＣ１５の固定部となる孔部１７の位置も、振動体１０の重心を通るＺ方向の軸に対して略回転対称となる位置に配置されている。よって、ＦＰＣ１５により振動体１０は加圧力と対になる方向から重心支持されている。ここで、図７（ｄ）に示されるように、２つの接触部１４がＹ方向において重心から距離ａ１，ａ２の位置にあり、接触部１４に加圧力Ｆが加わると仮定する。この場合、２つの接触部１４の一方にはモーメントＭ１（＝Ｆ×ａ１）が生じ、他方にはモーメントＭ２（＝Ｆ×ａ２）が生じる。

しかし、２つの接触部１４は“ａ１＝ａ２”の関係が成り立つ位置に配置されているために“Ｍ２＝−Ｍ１”となり、振動体１０には結果的にモーメントが生じない。これは、接触部１４における加圧力Ｆとその位置ベクトルの外積の総和と、振動体１０の重心に作用する加圧力とその位置ベクトルの外積とが一致することを示している。つまり、接触部１４が被駆動体２から加圧力を受けるときに、振動体１０の重心回りに力のモーメントが発生しないため、加圧力Ｆは基台３により重心支持されるＦＰＣ１５の支持部（ボルト４の取り付け位置）で生じる反力と釣り合う。こうして、振動体１０は、姿勢が保持された状態で、安定して接触部１４で被駆動体２からの加圧力を受けることができる。

図８は、振動体１０の姿勢を安定に保持するための接触部１４の位置と加圧力Ｆとの関係を説明する図である。振動体１０の重心を原点（０，０，０）とし、振動体１０は接触部１４を介して加圧力Ｆ＝（０，０，Ｆｚ）を受け、加圧力Ｆと対になる方向から振動体１０は重心支持されているものとする。この状態で、振動体１０に設けられた１つ以上の任意の接触点ａｉ＝（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝１，２，・・）を考える。接触部１４に加圧力Ｆが作用した状態を、接触点ａｉが加圧力Ｆｉを受け、加圧力Ｆと同じ方向にのみ接触点ａｉに力が加えられると仮定すると、下記式（１），（２）が成り立つ。この場合に、振動体１０の姿勢を保持するために生じるモーメントを相殺させるためには、下記式（３）が成立する必要がある。そして、接触点ａｉのＺ方向位置ｚｉについて、ｚｉ＝ｚ１（ｉ＝１，２，・・）の平面を考えたときに、式（３）の加圧力ＦｉはＺ方向にのみ成分を持つ。よって、接触点ａｉ´＝（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，２，・・・）を与えたときに、式（３）は下記式（４）の通りにより簡潔に表すことができる。

Ｆｉ＝（０，０，Ｆｚｉ）（Ｆｚｉ≧０、ｉ＝１，２，・・） ・・・（１）
ΣＦｚｉ＝Ｆｚ＞０ ・・・（２）
ΣＦｉ×ａｉ＝０ ・・・（３）
ΣＦｚｉ×ａｉ´＝０ ・・・（４）
ここで、加圧力Ｆｚｉは、スカラー量であり、接触点ａｉ´の位置ベクトルの係数である。よって、上記式（４）の条件を満たすためには、接触点ａｉ´が１カ所の場合はその接触点ａｉ´が振動体１０の重心と一致していればよく、接触点ａｉ´が２カ所の場合は、２つの接触点ａｉ´を結ぶ直線上に振動体１０の重心があればよい。また、接触点ａｉ´が３カ所以上の場合は、３カ所の以上の接触点ａｉ´で囲う領域内に重心である原点（０，０）が存在すればよい。

図９（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、接触部ＣＦが１カ所の場合、２カ所の場合及び３カ所以上の場合の一例としての４カ所の場合に、振動体の姿勢を安定して保持することが可能な条件を満たす接触点の配置を説明する図である。なお、接触部ＣＦが１カ所の場合は後述する振動体２０に、接触部ＣＦが２カ所の場合は上述した振動体１０に、接触部ＣＦが４カ所の場合は後述する振動体３０にそれぞれ対応する。接触部ＣＦが１カ所の場合には、接触部ＣＦの領域内に重心が存在すればよい。接触部ＣＦが２カ所の場合には、接触部ＣＦ内の領域内の任意の接触点ａｉ´（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，２）を結ぶ直線上に重心が存在すればよい。接触部１４が３カ所以上の場合には、任意の接触点ａｉ´（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，２，３，・・・）で囲まれる領域内に重心が存在すればよい。このような条件が満たされる場合には、振動型アクチュエータの駆動停止時に振動体が加圧力Ｆを受けても、振動体の姿勢が実質的に傾くことなく、全ての接触部ＣＦが同時に被駆動体と接触した状態を維持することができる。

なお、振動体に駆動振動を励起した際に複数の接触点ａｉにおける摩擦駆動力のばらつきを小さくするためには、それぞれの接触点ａｉで受ける加圧力Ｆｉが可能な限り等しいことが望ましい。そのためには、接触点ａｉは、振動体の重心を通るＺ方向の軸に対して略回転対称となる位置にあることが望ましく、振動型アクチュエータ１では、振動体１０の２つの接触部１４の重心が振動体１０の重心と一致するように設計されている。これにより、２つの接触部１４での加圧むらを小さくすることができ、被駆動体２に対する摩擦駆動力の伝達ロスを小さくすることができる。また、組立精度や寸法公差によるＺ方向位置ｚｉのばらつきは、ＦＰＣ１５を基台３に固定する支持部がＺ方向に弾性変形可能であれば、接触点ａｉで生じる加圧力のバラつきを緩和することができる。

以上の説明の通り、本実施形態に係る振動型アクチュエータ１は、振動体１０に駆動振動を励起させる２つの曲げ振動モードの共振周波数を低くすることができ、逆に、共振周波数を高くすることなく小型化することができる。また、このような効果と同時に、振動型アクチュエータ１は、被駆動体２からの加圧力に対して振動体１０の姿勢を安定して保持することができる効果を奏する。

＜第２実施形態＞
図１０（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータ１Ａの概略構成を示す斜視図である。また、図１（ｂ）は、振動型アクチュエータ１Ａを構成する振動体２０とその周辺構成を示す外観斜視図である。なお、振動型アクチュエータ１Ａにおいて、第１実施形態で説明した振動型アクチュエータ１と共通する構成要素については、同じ名称及び同じ符号を用いて、ここでの重複する説明を省略する。

振動型アクチュエータ１Ａは、振動体２０及び被駆動体２を有する。振動体２０は、弾性体１１、圧電素子１２及び１つの突起部２３を有する。突起部２３の先端部は、被駆動体２と加圧接触する接触部２４となっている。振動体２０は、ＦＰＣ１５を介して、基台３に保持される。突起部２３は、弾性体１１の中央部（モードＢの節線Ｙ３の近傍、且つ、モードＢの節線Ｘ１，Ｘ２の中間部（Ｙ方向中央近傍））に設けられている。突起部２３は突起部１３と同等であり、接触部２４は接触部１４と同等である。

振動型アクチュエータ１Ａでは、突起部２３の先端の接触部２４のみが被駆動体２に対して摩擦駆動力を与える構成となっている。そのため、複数の突起部を持つ振動体で生じ得る各接触部での楕円運動のバラつきによる被駆動体２に対する滑りのロスを無くすことができる。また、振動体１０のように２つの突起部１３が隔てて配置されていないため、被駆動体２の小型化が可能となり、これにより、振動型アクチュエータ１Ａ全体としての小型化と、振動型アクチュエータ１Ａの配設スペースを省スペース化することができる。

振動体２０に駆動振動を励起するための２つの曲げ振動モードは、第１実施形態で説明したモードＡ，Ｂであるため、ここでの説明を省略する。また、圧電素子１２に対する交流電圧の印加方法、接触部２４とこれに作用する加圧力との関係も、第１実施形態で説明した通りであるため、ここでの説明を省略する。

モードＡ，Ｂと突起部２３（接触部２４）との関係について説明する。図１１は、振動体２０に励起する２つの曲げ振動モードを説明する斜視図である。図１１（ａ）は、モードＡでの振動体２０の変形を模式的に示しており、図１１（ｂ）は、モードＢでの振動体２０の変形を模式的に示している。図１２は、モードＡの振動による振動体２０の変形に伴う突起部２３及び接触部２４の動きを説明する図であり、図１２（ａ）はＺ方向から見た状態を示しており、図１２（ｂ）はＹ方向から見た状態を示している。図１３は、モードＢの振動による振動体２０の変形に伴う突起部２３及び接触部２４の動きを説明する図であり、図１３（ａ）はＺ方向から見た状態を示しており、図１３（ｂ）はＹ方向から見た状態を示している。

突起部２３は、モードＡの振動の腹となる位置の近傍、且つ、モードＢの振動のＹ方向に略平行な節線Ｙ３となる位置の近傍、且つ、モードＢの振動のＸ方向に略平行な２本の節線Ｘ１，Ｘ２の間の領域に配置されている。突起部２３をモードＡの振動の腹となる位置に配置することにより、接触部２４は、不要な方向の振動変位成分を持たずにＺ方向に大きな往復運動を行うことができる。また、モードＢの振動は、Ｘ方向を除く不要な方向の振動変位成分を持たないため、接触部２４にＸ方向の往復運動だけを生じさせることができる。特に、突起部２３は、Ｙ方向において、Ｘ方向に略平行な２本の節線Ｘ１，Ｘ２の中間部に配置されることが望ましく、これにより、モードＢの振動により接触部２４で生じるＸ方向の往復運動を最大限に取り出すことが可能となる。

すなわち、上述の通りに突起部２３を配置することにより、モードＡの振動によりＺ方向の往復振動を最大限に取り出すことができ、且つ、モードＢの振動によりＸ方向の往復振動を最大限に取り出すことができるため、大きな摩擦駆動力を発生させることができる。また、突起部２３が弾性体１１の中央部に配置されているため、被駆動体２からの加圧力に対して、第１実施形態で図７（ａ），（ｂ）を参照して説明したような回転のモーメントが振動体２０に生じることはない。よって、第１実施形態で説明した振動体１０の支持構成を振動体２０に対して適用することができ、これにより、振動体２０の姿勢を傾かせることなく被駆動体２から安定して加圧力を受けることができるため、安定した駆動特性を得ることができる。

＜第３実施形態＞
図１４（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る振動型アクチュエータを構成する振動体３０の概略構成を示す斜視図である。振動体３０は、弾性体１１、圧電素子１２及び４つの突起部３３を有する。それぞれの突起部３３の先端部は、不図示の被駆動体と加圧接触する接触部３４となっている。振動体３０は、ＦＰＣ１５を介して、基台３に保持される。振動体３０は、弾性体１１のＹ方向端にそれぞれ２つずつの突起部２３が設けられている点で、弾性体１１のＹ方向端にそれぞれ１つずつの突起部１３が設けられている振動体１０（第１実施形態）と異なる。なお、振動体３０において、第１実施形態で説明した振動体１０と共通する構成要素については、同じ名称及び同じ符号を用いて、ここでの重複する説明を省略する。また、突起部３３は突起部１３と同等であり、接触部３４は接触部１４と同等である。

第１実施形態で説明した振動体１０では、接触部１４のＺ方向の往復運動をモードＡの振動から取り出し、Ｘ方向の往復運動をモードＢの振動からを取り出した。これに対して、振動体３０では、Ｘ方向の往復運動をモードＡの振動から取り出し、Ｚ方向の往復運動をモードＢの振動から取り出す。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、被駆動体と振動体３０との接触面積を増加させることができるため、同じ被駆動体から振動体１０と振動体３０のそれぞれに加圧力が作用したときには、接触部３４が受ける面圧を接触部１４が受ける面圧よりも小さくすることができる。これにより、接触部３４の摩耗量を低減させて、振動型アクチュエータの耐久性を向上させることができる。また、振動体３０は、振動体１０よりも被駆動体に対する接触部を多く有するため、振動体３０の姿勢がより安定することで接触部３４が受ける加圧力のばらつきが低減され、これにより被駆動体に対する摩擦駆動力の伝達ロスを低減させることができる。

振動体３０に駆動振動を励起するための２つの曲げ振動モードは、第１実施形態で説明したモードＡ，Ｂであるため、ここでの説明を省略する。また、圧電素子１２に対する交流電圧の印加方法、接触部３４とこれに作用する加圧力との関係も、第１実施形態で説明した通りであるため、ここでの説明を省略する。

モードＡ，Ｂの振動と突起部３３（接触部３４）の動きについて説明する。突起部３３は、モードＡの振動の２つの節線Ｙ１，Ｙ２の近傍であって、モードＢの振動の節線Ｙ３から離れた振動の腹となる位置の近傍、且つ、モードＢの振動の節線Ｘ１，Ｘ２から近い弾性体１１の短辺近傍に配置されている。これにより、突起部３３には、不要な方向の振動変位成分を持たせずに、Ｘ方向に大きな往復運動を行わせることができる。

図１４（ｂ）は、振動体３０に励起されるモードＡの振動による振動体３０の変形に伴う突起部３３の動きを説明する図である。図１４（ｂ）には、モードＡの振動が励起された際に突起部３３に生じるＸ方向の往復運動のある瞬間における運動方向が矢印Ｄ１で示されている。４つの突起部３３のうち、弾性体１１のＸ方向で対向する２つの突起部では、Ｘ方向の変位方向が逆方向（往復運動が逆位相）になっていることがわかる。また、４つの突起部３３のうち、弾性体１１のＹ方向で対向する２つの突起部では、Ｘ方向の変位方向が同じ方向（往復運動が同位相）になっていることがわかる。

図１４（ｃ）は、振動体３０に励起されるモードＢの振動による弾性体１１の変形に伴う突起部３３の動きを説明する図である。図１４（ｃ）には、モードＢの振動が励起された際に突起部３３に生じるＺ方向の往復運動のある瞬間における運動方向が矢印Ｄ２で示されている。前述のモードＡの場合と同様に、４つの突起部３３のうち、弾性体１１のＸ方向で対向する２つの突起部では、Ｚ方向の変位方向が逆方向（往復運動が逆位相）になっていることがわかる。また、４つの突起部３３のうち、弾性体１１のＹ方向で対向する２つの突起部では、Ｚ方向の変位方向が同じ方向（往復運動が同位相）になっていることがわかる。

これらのことから、位相を９０°ずらしてモードＡ，Ｂの振動を励起させることにより、４つの接触部３４の全てに被駆動体を同じ方向に駆動可能な楕円運動を生じさせることができる。このとき、振動体３０においてＸ方向で対向する２つの突起部３３には逆位相で楕円運動が生じているため、４つの接触部３４のうちＹ方向で対向する２組の接触部３４が、交互に被駆動体と接触する。

振動体３０を用いた振動型アクチュエータでは、４つの接触部３４に存在する加圧力のばらつきによって生じる摩擦駆動力の伝達ロスを小さく抑えることができ、振動体３０の耐久性を向上させることができる。また、４つの接触部３４は、弾性体１１に対してＸ方向及びＹ方向において対称的に配置されているため、被駆動体からの加圧力に対して、第１実施形態で図７（ａ），（ｂ）説明したような回転のモーメントが振動体３０に生じることはない。よって、第１実施形態で説明した振動体１０の支持構成を振動体３０に対して適用することができ、これにより、振動体３０は、その姿勢を傾かせることなく被駆動体から安定して加圧力を受けて、安定した駆動特性を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図１５（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る振動型アクチュエータを構成する振動体４０の概略構成を示す斜視図である。振動体４０は、弾性体１１、圧電素子１２及び２つの突起部４３を有する。それぞれの突起部４３の先端部は、不図示の被駆動体と加圧接触する接触部４４となっている。振動体４０は、ＦＰＣ１５を介して、基台３に保持される。振動体４０は、モードＢの節線Ｘ１，Ｘ２の中間部において、モードＡの節線Ｙ１，Ｙ２の近傍に２つの突起部２３が設けられている点で、弾性体１１の略中央に１つの突起部２３が設けられている振動体２０（第２実施形態）と異なる。なお、振動体４０において、第１実施形態で説明した振動体１０と共通する構成要素については、同じ名称及び同じ符号を用いて、ここでの重複する説明を省略する。また、突起部４３は振動体１０の突起部１３と同等で有り、接触部４４は振動体１０の接触部１４と同等である。

第２実施形態で説明した振動体２０では、接触部２４のＺ方向の往復運動をモードＡの振動から取り出し、Ｘ方向の往復運動をモードＢの振動からを取り出した。これに対して、振動体４０では、第３実施形態で説明した振動体３０と同様に、Ｘ方向の往復運動をモードＡの振動から取り出し、Ｚ方向の往復運動をモードＢの振動から取り出す。これにより、第２実施形態と同様の効果が得られる。また、同じ被駆動体から加圧力が振動体２０と振動体４０のそれぞれに作用したときを比較すると、被駆動体との接触面積が振動体４０では振動体２０よりも大きいため、接触部２４が受ける面圧よりも接触部４４が受ける面圧を小さくすることができる。これにより、接触部４４の摩耗量を低減させて、耐久性を向上させることができる。また、振動体４０は、振動体２０よりも被駆動体に対する接触部を多く有するため、振動体４０の姿勢がより安定することで接触部４４が受ける加圧力のばらつきが低減され、被駆動体に対する摩擦駆動力の伝達ロスを低減させることができる。

振動体４０に駆動振動を励起するための２つの曲げ振動モードは、第１実施形態で説明したモードＡ，Ｂであるため、ここでの説明を省略する。また、圧電素子１２に対する交流電圧の印加方法、接触部４４とこれに作用する加圧力との関係も、第１実施形態で説明した通りであるため、ここでの説明を省略する。

モードＡ，Ｂの振動と突起部４３（接触部４４）の動きについて説明する。突起部４３は、モードＡの振動の２つの節線Ｙ１，Ｙ２となる位置の近傍であって、モードＢの振動の節線Ｙ３から離れた振動の腹となる位置の近傍、且つ、モードＢの振動の節線Ｘ１，Ｘ２の略中央に配置されている。これにより、突起部３３には、不要な方向の振動変位成分を持たせずに、Ｘ方向に大きな往復運動を行わせることができる。

図１５（ｂ）は、振動体４０に励起されるモードＡの振動による弾性体１１の変形に伴う突起部４３の動きを説明する図である。図１５（ｂ）には、モードＡの振動が励起された際に突起部４３に生じるＸ方向の往復運動のある瞬間における運動方向が矢印Ｄ３で示されており、２つの突起部４３ではＸ方向の変位方向が逆方向になっていることがわかる。図１５（ｃ）は、振動体４０に励起されるモードＢの振動による弾性体１１の変形に伴う突起部４３の動きを説明する図である。図１５（ｃ）には、モードＢの振動が励起された際に突起部４３に生じるＺ方向の往復運動のある瞬間における運動方向が矢印Ｄ４で示されており、２つの突起部４３ではＺ方向の変位方向が逆方向になっていることがわかる。よって、位相を９０°ずらしてモードＡ，Ｂの振動を励起させることにより、２つの接触部４４に、被駆動体を同じ方向に駆動可能な楕円運動を生じさせることができる。２つの突起部４３は、逆位相で楕円運動が生じているために交互に被駆動体と接触して、被駆動体をＸ方向に駆動する。

振動体４０では、２つの接触部４４は、弾性体１１に対してＸ方向及びＹ方向において対称的に配置されているため、被駆動体からの加圧力に対して、第１実施形態で図７（ａ），（ｂ）説明したような回転のモーメントが振動体４０に生じることはない。よって、第１実施形態で説明した振動体１０の支持構成を振動体４０に対して適用することができ、これにより、振動体４０は、その姿勢を傾かせることなく被駆動体から安定して加圧力を受けて、安定した駆動特性を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図１６は、本発明の第５実施形態に係る振動型アクチュエータを構成する振動体５０の製造工程を簡略的に示す図である。振動体５０は、弾性体５１と、弾性体５１のＹ方向端に設けられた２つの突起部５３と、弾性体５１に接合された圧電素子１２とを有し、２つの突起部５３の各先端部が接触部５４となっている。圧電素子１２は、第１実施形態で説明した圧電素子１２と同じである。

振動体５０の製造工程は、概略、次の通りである。最初に、Ｙ方向に突出する突出部５８を有する平板状の弾性体５１を準備する。なお、突出部５８が一体形成された弾性体５１は、例えば、ワイヤ加工等による切り出しや金型によるパンチング等によって作製することができるが、その作製方法には制限はない。続いて、曲げ加工により突出部５８をＺ方向に突出させることにより突起部５３を形成する。突起部５３が形成された弾性体５１に熱処理等を施すことにより硬度を高めた後、突起部５３の先端部に研磨処理を施す。これにより、突起部５３の先端部に、耐摩耗性に優れ、且つ、所望の摩擦係数を有する接触部５４を形成することができる。そして、弾性体５１において突起部５３が突出している向きの反対側の面に圧電素子１２を接合することにより、振動体５０を作製することができる。

こうして作製された振動体５０は、Ｚ方向から見たときに圧電素子１２と２つの突起部５３とが重複しない構造となっているため、突起部５３は圧電素子１２が接合されている方向、つまり、被駆動体からの加圧力が作用するＺ方向への弾性変形が可能となる。このように突起部５３にばね性を持たせることにより、被駆動体に対する接触部５４の加圧状態を安定させることができ、これにより、安定した駆動特性を得ることができる。

例えば、第１実施形態で説明した振動体１０において、弾性体１１のＺ方向に弾性変形が可能な突起部１３を弾性体１１に一体形成する場合には、絞り加工等によりボス形状とする手法を用いることが考えられる。しかし、この場合、振動体１０の小型化に伴って加工が困難になるという問題が生じる。これに対して、振動体５０には、小型化した場合であっても、突起部５３を曲げ加工により容易に形成することができる利点がある。また、振動体５０は、弾性体５１に対して突起部５３を曲げ加工により簡単に形成することができるため、例えば、溶接等によって突起部を弾性体に接合する場合よりも、組立工程を簡略化することができ、部品点数を減らすこともできる。更に、振動体５０には、摩擦材を用いることなく、突起部５３が形成された弾性体５１の熱処理とその後の研磨処理によって、簡単に所望する特性を有する接触部５４を形成することができる利点がある。

振動体５０に駆動振動を励起するための２つの曲げ振動モードは、第１実施形態で説明したモードＡ，Ｂであるため、ここでの説明を省略する。また、圧電素子１２に対する交流電圧の印加方法、接触部５４とこれに作用する加圧力との関係も、第１実施形態で説明した通りであるため、ここでの説明を省略する。

振動体５０は、第１実施形態で説明した振動体１０の突起部１３を、弾性体１１と一体的に曲げ加工により形成可能な突起部５３に変更した形態と考えることができる。よって、第３実施形態で説明した振動体３０についても、４つの突起部３３を弾性体１１と一体的に曲げ加工により形成可能な突起部に変更した形態へと変更することができることは、言うまでもない。

曲げ加工により弾性体と一体的に形成可能な突起部の形態は、突起部５３のように、弾性体５１のＺ方向と平行となるように折り曲げた形態に限定されるものではない。図１７（ａ）は、振動体５０の第１の変形例に係る振動体６０の概略構成を示す斜視図であり、図１７（ｂ）は、振動体５０の第２の変形例に係る振動体７０の概略構成を示す斜視図である。振動体６０，７０において、振動体５０と共通する構成要素については、同じ名称及び同じ符号を用いて、ここでの重複する説明を省略する。

振動体６０は、弾性体５１と一体的に形成され、Ｘ方向から見たときに略Ｚ型の形状とされた突起部６３を有しており、突起部６３の上端面（Ｚ方向と略直交する面）が被駆動体との接触部６４となっている。振動体７０は、弾性体５１と一体的に形成され、Ｘ方向から見たときに略Ｃ型の形状とされた突起部７３を有しており、突起部７３の上端面が被駆動体との接触部７４となっている。突起部６３，７３はそれぞれ、少なくとも一部がＺ方向から見たときに圧電素子１２と重複しないように形成される。突起部６３，７３には、被駆動体からの加圧力が作用するＺ方向におけるばね性の調整が容易であり、また、被駆動体との接触面積の調整も容易であるという特徴がある。これにより、被駆動体に対する安定した駆動特性を得ることができると共に、耐久性を向上させることが可能となる。

図１８（ａ）は、振動体５０の第３の変形例に係る振動体８０Ａの概略構成を示す斜視図である。振動体８０Ａは、突出部５８を曲げて突起部５３が形成された弾性体５１（図１６参照）と同様に、突出部を曲げて突起部８３が形成され、突起部８３の上端面が被駆動体との接触部８４となっている弾性体８１を有する。そして、振動体８０Ａでは、弾性体８１において突起部８３が突出している側の面上に、圧電素子１２が接合されている。振動体８０Ａでも、振動体５０と同様の効果が得られ、また、圧電素子１２が弾性体８１の突起部８３側に設けられているため、振動体５０と比較して、更に省スペース化を図ることができる。

図１８（ｂ）は、振動体５０の第４の変形例に係る振動体８０Ｂの概略構成を示す斜視図である。振動体８０Ｂは、弾性体１１と、圧電素子１２と、２つの突起部８７と１つの接触部８８が一体的に曲げ加工等によって形成された部材とを有し、この部材は弾性体９１の面上に溶接されている。振動体８０Ｂでは、モードＡ，Ｂの２つの曲げ振動モードの振動を弾性体１１に励起したときに２つの突起部８７で生じる振動変位は同一であるため、接触部８８に安定した楕円運動を生じさせることができる。このとき、被駆動体と接触部８８の接触面積が十分に大きくなるため、接触部８８での面圧を低下させて、耐久性を向上させることが可能となる。また、２つの突起部８７には、加圧方向に対する所望のばね定数を形状によって設定することができる。更に、駆動方向（Ｘ方向）における接触部８８の幅を短くすることにより、被駆動体に対する所定の加圧力に対して面圧を維持することができると共に、駆動方向での楕円運動のバラつきを小さくすることができる。これにより、摩擦駆動力の伝達ロスを小さく抑えることができ、安定した駆動特性を得ることが可能となる。

上記のいずれの実施形態であっても、弾性体に設けられる突起部には、接触部における駆動方向の振動の振幅を拡大させると共に、形状を工夫することによって加圧力に対して所望のばね定数を与えることができる。また、接触部は、被駆動体に駆動力を伝達すると共に、配置によって加圧力に対する振動体の姿勢を決めるものである。そのため、突起部や接触部の形状は、上述した内容に基づいて、所望する特性が得られるように、適宜、設定することができる。

＜第６実施形態＞
第６実施形態では、第１実施形態で説明した振動体１０を備える電子機器の一例として、Ｘ−Ｙステージを備える顕微鏡の構成について説明する。図１９は、顕微鏡４００の外観斜視図である。顕微鏡４００は、撮像素子と光学系を内蔵する撮像部４１０と、基台上に設けられ、少なくとも２つの振動体１０によりＸ−Ｙ面内で移動される被駆動体としてのステージ４２０を有するステージ装置の一例である自動ステージ４３０を有する。少なくとも１つの振動体１０は、ステージ４２０のＸ方向駆動に用いられ、振動体１０のＸ方向がステージ４２０のＸ方向と一致するように配置される。また、少なくとも１つの振動体１０は、ステージ４２０のＹ方向駆動に用いられ、振動体１０のＸ方向がステージ４２０のＹ方向と一致するように配置される。振動体１０の駆動方法については、説明済みであるため、ここでの説明を省略する。

被観察物をステージ４２０の上面にセットし、拡大画像を撮像部４１０で撮影する。観察範囲が広範囲にある場合には、２つの振動体１０の駆動を制御することによってステージ４２０をＸＹ面内の所望の方向に移動させて位置決めし、被観察物を撮影する。こうして多数の画像を撮影し、撮影画像を不図示のコンピュータ等で画像処理により結合させることにより、観察範囲が広範囲で高精細な１枚の画像を取得することができる。

＜第７実施形態＞
第７実施形態では、第１実施形態で説明した振動体１０を備える電子機器の一例としての撮像装置について説明する。図２０（ａ）は、撮像装置７００の概略構成を示す上面図である。撮像装置７００は、撮像素子７１０及び電源ボタン７２０を搭載したカメラ本体７３０を備える。また、撮像装置７００は、第１レンズ群（不図示）、第２レンズ群３２０、第３レンズ群（不図示）、第４レンズ群３４０、振動型駆動装置６２０，６４０を有するレンズ鏡筒７４０を備える。レンズ鏡筒７４０は、交換レンズとして取り換え可能であり、撮影対象に合わせて適したレンズ鏡筒７４０をカメラ本体７３０に取り付けることができる。撮像装置７００では、２つの振動型駆動装置６２０，６４０によってそれぞれ、第２レンズ群３２０，第４レンズ群３４０の駆動が行われる。

振動型駆動装置６２０は、第１実施形態で説明した振動体１０と、円環状の被駆動体と、振動体１０の圧電素子１２に駆動信号を印加する駆動回路を有する。被駆動体は、ラジアル方向が光軸と略直交するように、レンズ鏡筒７４０内に配置される。被駆動体は、レンズ鏡筒７４０内に配置された状態で、光軸と略直交する摺動面を有する。例えば、３つの振動体１０が、それぞれの接触部１４が被駆動体の摺動面と加圧接触し、光軸を中心とする円の接線方向に被駆動体に対して摩擦駆動力（推力）を与えるように、光軸を中心とする円周上に等間隔で円環状の基台に固定される。なお、振動体１０の駆動方法については、説明済みであるため、ここでの説明を省略する。このような構成により、振動型駆動装置６２０では、被駆動体を光軸回りに回転させ、不図示のギア等を介して被駆動体の回転出力を光軸方向での直進運動に変換することによって、第２レンズ群３２０を光軸方向に移動させる。振動型駆動装置６４０は、振動型駆動装置６２０と同様の構成を有することにより、第４レンズ群３４０を光軸方向に移動させる。

図２０（ｂ）は、撮像装置７００の概略構成を示すブロック図である。第１レンズ群３１０、第２レンズ群３２０、第３レンズ群３３０、第４レンズ群３４０及び光量調節ユニット３５０が、レンズ鏡筒７４０内部の光軸上の所定位置に配置される。第１レンズ群３１０〜第４レンズ群３４０と光量調節ユニット３５０とを通過した光は、撮像素子７１０に結像する。撮像素子７１０は、光学像を電気信号に変換して出力し、その出力は、カメラ処理回路７５０へ送られる。

カメラ処理回路７５０は、撮像素子７１０からの出力信号に対して増幅やガンマ補正等を施す。カメラ処理回路７５０は、ＡＥゲート７５５を介してＣＰＵ７９０に接続されると共に、ＡＦゲート７６０とＡＦ信号処理回路７６５とを介してＣＰＵ７９０に接続されている。カメラ処理回路７５０において所定の処理が施された映像信号は、ＡＥゲート７５５と、ＡＦゲート７６０及びＡＦ信号処理回路７６５を通じてＣＰＵ７９０へ送られる。なお、ＡＦ信号処理回路７６５は、映像信号の高周波成分を抽出して、オートフォーカス（ＡＦ）のための評価値信号を生成し、生成した評価値をＣＰＵ７９０へ供給する。

ＣＰＵ７９０は、撮像装置７００の全体的な動作を制御する制御回路であり、取得した映像信号から、露出決定やピント合わせのための制御信号を生成する。ＣＰＵ７９０は、決定した露出と適切なフォーカス状態が得られるように、振動型駆動装置６２０，６４０及びメータ６３０の駆動を制御することによって、第２レンズ群３２０、第４レンズ群３４０及び光量調節ユニット３５０の光軸方向位置を調整する。ＣＰＵ７９０による制御下において、振動型駆動装置６２０は第２レンズ群３２０を光軸方向に移動させ、振動型駆動装置６４０は第４レンズ群３４０を光軸方向に移動させ、光量調節ユニット３５０はメータ６３０により駆動制御される。

振動型駆動装置６２０により駆動される第２レンズ群３２０の光軸方向位置は第１リニアエンコーダ７７０により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０に通知されることで、振動型駆動装置６２０の駆動にフィードバックされる。同様に、振動型駆動装置６４０により駆動される第４レンズ群３４０の光軸方向位置は第２リニアエンコーダ７７５により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０に通知されることで、振動型駆動装置６４０の駆動にフィードバックされる。光量調節ユニット３５０の光軸方向位置は、絞りエンコーダ７８０により検出され、検出結果がＣＰＵ７９０へ通知されることで、メータ６３０の駆動にフィードバックされる。

撮像装置７００の所定のレンズ群を光軸方向に移動させる用途に振動型アクチュエータを用いた場合、レンズ群を停止させた状態でも大きな保持力が維持される。これにより、レンズ鏡筒や撮像装置本体に外力が作用しても、レンズ群にずれが生じることを抑制することができる。

ここでは、円環状の被駆動体を有する振動型駆動装置６２０，６４０を用いてレンズ群を光軸方向に移動させる例について説明したが、振動型アクチュエータ（振動体）を用いてレンズ群を光軸方向に移動させる構成は、これに限られない。例えば、振動体１０は被駆動体２を直線的に駆動することができる。よって、レンズを保持した保持部材を被駆動体に取り付け、レンズの光軸方向と被駆動体の駆動方向とが略平行となる構成とすることによって、レンズ群を光軸方向に移動させて、レンズ群を位置決めすることができる。また、レンズ鏡筒に手ぶれ補正用レンズが内蔵される場合に、手ぶれ補正用レンズを光軸と略直交する面内の任意の方向に移動させる手ぶれ補正ユニットに、振動体１０を用いることができる。その場合、光軸方向と略直交する面内において直交する２方向にレンズ保持部材を移動させることができるように、レンズ保持部材を駆動する１又は複数の振動体１０を配置する。手ぶれ補正ユニットは、手ぶれ補正用レンズを駆動する構成に代えて、撮像装置の本体に内蔵される撮像素子７１０を光軸と直交する面内の任意の方向に移動させる構成としてもよい。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

上記実施形態では、振動体１０を用いた電子機器として、顕微鏡４００と撮像装置７００を取り上げたが、振動体１０は、その他の電子機器への適用が可能である。例えば、撮像装置７００では、振動体１０を用いて回転駆動力を取り出す構成とした。このような振動体１０を用いた回転駆動力は、例えば、画像形成装置の感光ドラム等の駆動や多関節ロボットにおけるアームの回転駆動等に適用することができる。

１，１Ａ 振動型アクチュエータ
２ 被駆動体
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０Ａ，８０Ｂ 振動体
１１，５１ 弾性体
１２ 圧電素子
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，８７ 突起部
１４，２４，３４，４４，５４，６４，７４，８４，８８ 接触部
１５ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
５８ 突出部
４００ 顕微鏡
７００ 撮像装置

Claims (16)

1. 矩形平板状の弾性体と、
   前記弾性体の一方の面に接合される電気−機械エネルギ変換素子と、
   前記弾性体に設けられた少なくとも１つの突起部と、を有する振動体と、
   前記突起部の先端で前記振動体と加圧接触する被駆動体とを備える振動型アクチュエータであって、
   前記振動体には、互いに交わらずに前記弾性体の短辺と交わる２本の節線を有し、且つ、前記弾性体の２つの長辺を結ぶ節線を有さない第１の曲げ振動モードの振動と、前記弾性体の短手方向に前記弾性体の平板平面を２分割し、前記弾性体の長手方向に前記弾性体の平板平面を３分割した合計６つの領域において、それぞれの領域内に前記弾性体の平板平面の面外方向の振動における振幅極大が存在し、隣り合う領域において前記振幅極大における振動が逆位相となる第２の曲げ振動モードの振動の励起が可能であり、
   前記第１の曲げ振動モードの振動と前記第２の曲げ振動モードの振動を組み合わせた駆動振動により、前記弾性体の長手方向と直交する面内で前記突起部の先端に楕円運動を生じさせて、前記振動体と前記被駆動体を前記弾性体の短手方向で相対的に移動させることを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 前記第１の曲げ振動モードが有する２本の節線は、
   前記弾性体の有する２つの長辺のうち少なくとも１つの長辺とは交わらないことを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
3. 前記第１の曲げ振動モードが有する２本の節線は、
   前記弾性体の有する２つの長辺とは交わらないことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記第２の曲げ振動モードは、
   互いに交わらずに前記弾性体の長辺と交わる２本の節線と前記弾性体の短辺と交わる１本の節線とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記第２の曲げ振動モードが有する前記２本の節線は、
   前記弾性体の２つの短辺と交わらないことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
6. 前記弾性体の長辺と交わる前記第２の曲げ振動モードの２本の節線は、前記弾性体の短辺と交わらないことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記振動体は、前記突起部を１つ有し、
   前記被駆動体から前記振動体へ作用する加圧力の加圧方向から見たときに、１つの前記突起部の先端の任意の点と前記振動体の重心とが一致するように、１つの前記突起部が前記弾性体に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
8. １つの前記突起部は、前記弾性体の中央部に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の振動型アクチュエータ。
9. 前記振動体は、前記突起部を２つ有し、
   前記被駆動体から前記振動体へ作用する加圧力の加圧方向から見たときに、２つの前記突起部のそれぞれの先端の任意の点を結ぶ直線上に前記振動体の重心があるように、２つの前記突起部が前記弾性体に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
10. ２つの前記突起部は、前記弾性体の短辺近傍で、前記弾性体の短辺と交わる前記第２の曲げ振動モードの１本の節線の近傍に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の振動型アクチュエータ。
11. ２つの前記突起部は、前記弾性体の短辺と交わる前記第１の曲げ振動モードの２本の節線の近傍で、前記弾性体の長辺と交わる前記第２の曲げ振動モードの２本の節線の中間部に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の振動型アクチュエータ。
12. 前記振動体は、前記弾性体の短辺近傍に設けられた少なくとも３つの前記突起部を有し、
    前記被駆動体から前記振動体へ作用する加圧力の加圧方向から見たときに、少なくとも３つの前記突起部のそれぞれの先端の任意の点を結ぶ領域内に前記振動体の重心があるように、少なくとも３つの前記突起部が前記弾性体に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
13. ４つの前記突起部が、前記弾性体の短辺近傍で、前記弾性体の短辺と交わる前記第１の曲げ振動モードの２本の節線の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
14. 前記突起部は、前記弾性体の厚み方向から見たときに、前記突起部の少なくとも一部は前記電気−機械エネルギ変換素子と重複しないように前記弾性体に設けられていることを特徴とする請求項１０又は１３に記載の振動型アクチュエータ。
15. 前記突起部は、前記弾性体と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
    前記振動型アクチュエータを構成する振動体と被駆動体のうち前記振動型アクチュエータの駆動によって移動する方に接合されて、前記振動型アクチュエータの駆動によって所定の位置に移動して位置決めされる部材と、を備えることを特徴とする電子機器。