JP2014233191A - 振動型アクチュエータおよび光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動子を小型化することにより、小型の振動型アクチュエータを提供すること。【解決手段】超音波モータ１は、圧電素子１２を有する振動子１１と、振動子１１の第１の端部が固定された支持部材２１を備える。振動子１１には、第１の端部とは反対側の第２の端部に接触部１４が設けられており、摩擦部材（被駆動部材）３１は接触部１４と圧接して、振動子１１に対し相対的に移動する。振動子１１は、第１の端部が支持部材２１に固定され、反対側の第２の端部に接触部１４を設けた片持ち梁の構造である。接触部１４は、振動子１１の屈曲振動の腹およびねじり振動の腹に位置する。圧電素子１２の通電により、振動子１１の屈曲振動モードとねじり振動モードを利用して接触部１４に楕円運動を発生させることで、摩擦部材３１が駆動される。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置のレンズ鏡筒等に用いる振動型アクチュエータに関するものである。

圧電素子の超音波振動を利用した超音波モータは、小型で高い駆動力が得られ、広い速度レンジに対応でき、低振動かつ低騒音であるという特徴を有する。超音波モータの駆動原理としては、圧電効果による圧電素子の伸縮を用いて振動子の共振を発生させ、その振動を振動子に圧接された摩擦部材に伝えることで物体を駆動する。駆動のために振動子に発生させる振動モード及びその組み合わせは多種多様であり、それぞれの振動モードを発生しやすいように、様々な形状の振動子が提案されている。

直方体形状のチップ型振動子に複数の振動モードを発生させ、振動子において摩擦部材との接触部に楕円運動を発生させることで摩擦部材を駆動する構造が知られている。特許文献１や特許文献２に開示の装置では、２つの振動モードを組み合わせて接触部に楕円運動を発生させて摩擦部材を駆動する。この方式の特徴として、超音波モータの中でも振動子が比較的小型であり、また回転駆動および直進駆動の両駆動方式への応用が容易であるという点が挙げられる。そのため、チップ型振動子を用いた超音波モータは、小型で高トルクのモータが求められるカメラ等のレンズ鏡筒内にて、フォーカスレンズの直進駆動やカム筒の回転駆動等に使用される。

特開平１１−３２４９１号公報 特開平６−２８４７５２号公報

チップ型振動子を用いた超音波モータは、振動子が自由に振動するように両端を固定せず、両端自由梁における振動モードの共振を利用して摩擦部材の駆動を行う。振動子の長さは、両端自由梁の振動モードを発生させるのに適切な値に設定される。しかし、両端自由梁における振動モードは振動子の長さが最短になる振動モードではないため、振動子には未だ小型化の余地がある。チップ型振動子をさらに小型化するためには、振動子の小型化に適した振動モードを利用して振動子の接触部に楕円運動を発生させ、摩擦部材を駆動する必要があった。
本発明の目的は、振動子を小型化することにより、小型の振動型アクチュエータを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、圧電素子を有する振動子と、前記振動子の第１の端部が固定された支持部材と、前記振動子にて前記第１の端部とは反対側の第２の端部に設けられた接触部と、前記接触部と圧接して、前記振動子に対し相対的に移動する被駆動部材とを備え、前記接触部は、片持ち梁としての前記振動子の屈曲振動の腹およびねじり振動の腹に位置する。

本発明によれば、振動子を小型化することにより、小型の振動型アクチュエータを提供できる。

図２乃至図８と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、超音波モータの構成例を示す図である。 片持ち梁の振動を説明するための図である。 異音の発生や駆動性能の低下への対策を例示する図である。 超音波モータを適用した光学素子の駆動機構部の構成例を示す図である。 超音波モータに用いる振動子の形状を説明する図である。 図５とは異なる構成の振動子の形状を説明する斜視図である。 振動子の保持構造を例示する斜視図である。 溝部または孔部を形成した振動子を例示する斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波モータの構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る超音波モータの構成例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る超音波モータの構成例を示す図である。 固定条件による面外方向１次屈曲振動モードでの梁の形状変化を表した図である。 固定条件による面外方向１次ねじり振動モードでの梁の形状変化を表した図である。

以下、本発明の各実施形態に係る振動型アクチュエータについて説明する。各実施形態では振動型アクチュエータとして超音波モータを例にして説明する。例えば、小型で高出力のモータが求められる撮像装置等の光学機器のレンズ鏡筒において、光学素子（フォーカスレンズ等）の直進駆動や、カム筒の回転駆動のための駆動源として利用可能である。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る超音波モータ１の構成例を示す。図１（Ａ）は超音波モータ１を、振動子１１と被駆動部材（以下、摩擦部材という）３１の相対移動方向から見た場合の図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す超音波モータ１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
振動子１１は振動子支持部材（以下、単に支持部材という）２１に保持されている。支持部材２１はレンズ鏡筒等に固定されるベース部材５１に対して固定されている。支持部材２１の振動子固定部２１ａには、振動子１１の片側の第１の端部が固定される。これにより振動子１１は片持ち梁の構造となる。振動子１１にて固定されていない方の第２の端部、つまり前記第１の端部と反対側の端部には、摩擦部材３１との接触部１４が設けられている。

振動子１１は複数の圧電素子１２を有する。これらの圧電素子１２に対し、不図示の制御手段である圧電素子駆動部から適切な交流電圧を印加すると、振動子１１は片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を行う。この振動を最も効率よく摩擦部材３１に伝達するために、接触部１４は屈曲振動の腹とねじり振動の腹とが重なる領域に設けられている。

図２は屈曲振動の腹とねじり振動の腹を表した説明図である。図２（Ａ）は振動子１１の支持部材２１にて片側の端部（第１の端部）が固定された振動子１１の屈曲振動モードを表している。この屈曲振動モードにおいて、屈曲振動の腹の位置を破線の矩形枠で示す。屈曲振動の腹とは、破線の矩形枠の平面近傍にて、大きな変位が得られる領域１１ａを示す。図２（Ｂ）は支持部材２１に第１の端部が固定された振動子１１のねじり振動モードを表している。このねじり振動モードにおいて、ねじり振動の腹の位置を破線の矩形枠で示す。ねじり振動の腹とは、破線の矩形枠の平面近傍にて、大きなねじり角が得られる領域１１ｂを示す。なお、図２は、振動モードの例として第３次振動モードにおける腹の説明図である。腹の定義は第３次振動モードには限らない。つまり、屈曲振動モードの腹とは大きな変位が得られる領域、ねじり振動モードの腹とは大きなねじり角が得られる領域を指す。

図１において、可動部材である摩擦部材３１には丸穴３１ａと長穴３１ｂが設けられている。丸穴３１ａと長穴３１ｂには、摩擦部材３１を保持する保持部材４１に設けた、複数の柱状のガイド部４１ａがそれぞれ嵌合することで案内される。摩擦部材３１はガイド部４１ａの長手方向に移動可能に保持されている。摩擦部材３１と保持部材４１との間には、付勢手段を構成する加圧部材６１が設けられている。加圧部材６１は、ばね等の弾性部材であり、ガイド部４１ａにそれぞれ挿通されている。
加圧部材６１による適度の付勢力により、摩擦部材３１は接触部１４に圧接される。保持部材４１は側面に複数の溝部４１ｂを有しており、ベース部材５１に設けた複数の溝部５１ｂと対向している。これらの溝部４１ｂと５１ｂとの間に転動部材７１を挟み込むことにより、保持部材４１はベース部材５１に対して相対的に（図１中ｘ方向参照）、移動可能である。転動部材７１はボールやコロ等である。

上記の構成において、振動子１１を振動させて２つの振動モードを適切に重ね合わせると、接触部１４にＡ−Ａ断面と略平行な平面内の楕円運動を発生させることができる。接触部１４の楕円運動を摩擦部材３１に伝達することで摩擦部材３１および保持部材４１が図１中のｘ方向に駆動される。また保持部材４１に設けた出力取り出し部４１ｃには、駆動対象が接続される。駆動対象とは、例えばフォーカスレンズ等の光学部材であり、振動型アクチュエータにより駆動される部材を意味する。

図４は、超音波モータ１の適用例を示す図である。図４では、カメラ用のレンズユニットにおけるフォーカスレンズ駆動を行うレンズ鏡筒の構成例を示す。図４（Ａ）は駆動機構部をレンズ鏡筒の光軸方向から見た場合の図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した場合の断面図である。駆動方向をｘ方向で示す。
駆動対象であるフォーカスレンズ（以下、単にレンズという）１１１は、レンズ鏡筒の光軸方向に沿って移動可能に支持されている。レンズ保持部材１２１には、丸穴１２１ａと長穴１２１ｂが設けられている。丸穴１２１ａと長穴１２１ｂは、複数のガイド部材１３１によってそれぞれ案内される。円柱状のガイド部材１３１は、光軸方向に沿ってレンズ鏡筒内に配置されている。つまり、ガイド部材１３１のそれぞれの長軸がレンズ鏡筒の光軸と略平行となるように、ガイド部材１３１の端部がレンズ鏡筒の固定部に取り付けられている。レンズ保持部材１２１は、複数のガイド部材１３１に沿って摺動することにより、レンズ鏡筒の光軸と略平行な方向に移動する。

超音波モータ１のベース部材５１は、レンズ鏡筒の固定部に取り付けられる。出力取り出し部４１ｃとレンズ保持部材１２１は接続されている。レンズ保持部材１２１には溝部１２１ｃが設けられ、これに出力取り出し部４１ｃが係合している。図４の例では、出力取り出し部４１ｃが突出軸であり、レンズ保持部材１２１には溝部１２１ｃが形成されている。逆に、出力取り出し部４１ｃが溝部で、レンズ保持部材１２１に突出軸を設けてもよい。この構成において振動子１１を駆動した場合、出力取り出し部４１ｃを介してレンズ保持部材１２１およびレンズ１１１がレンズ鏡筒の光軸方向に移動する。
ここで、摩擦部材３１の駆動において、片持ち梁における屈曲振動モードおよびねじり振動モードを利用することによる振動子１１の小型化について詳述する。一般的な梁の場合、屈曲振動、ねじり振動等の振動モードでの梁の形状は、両端の固定条件によって変化することが知られている。

まず、固定条件による面外方向１次屈曲振動モードでの梁の形状変化を、図１２にて模式的に例示する。図１２（Ａ）は梁の両端部を固定しない場合の面外方向１次屈曲振動を表す図である。図１２（Ｂ）は梁の両端を固定した場合の面外方向１次屈曲振動を表す図である。図１２（Ｃ）は梁の片側の端部だけを固定した場合の面外方向１次屈曲振動を表す図である。それぞれの場合において、特定の周波数ｆでの梁の共振に適した梁の長さをそれぞれｌ_１，ｌ_２，ｌ_３と記す。これらは下式で示す通りである。

上式中、断面２次モーメントＩ、縦弾性係数Ｅ、密度ρ、梁の断面積Ａが一定である場合、ｌ_１，ｌ_２，ｌ_３の関係について、「ｌ_３≒ｌ_１／２．５＝ｌ_２／２．５」となる。つまり、面外方向１次屈曲振動の共振に適した梁の長さは、梁の片端を固定した図１２（Ｃ）の場合に最も短くなる。

次に、固定条件による面外方向１次ねじり振動モードでの梁の形状変化を図１３にて模式的に例示する。図１３（Ａ）は梁の両端を固定しない場合の１次ねじり振動を表す図である。図１３（Ｂ）は梁の両端を固定した場合の面外方向１次ねじり振動を表す図である。図１３（Ｃ）は梁の片端を固定した場合の面外方向１次ねじり振動を表す図である。それぞれの場合において、特定の周波数ｆでの梁の共振に適した梁の長さＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３と記す。これらは下式で示す通りである。

上式中、断面ねじりモーメントＪ、横弾性係数Ｇ、密度ρ、断面２次モーメントＩｐが一定である場合、Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３の関係は「Ｌ_３＝Ｌ_１／２＝Ｌ_２／２」となる。つまり、面外方向１次ねじり振動の共振に適した梁の長さは、梁の片端を固定した図１３（Ｃ）の場合に最も短くなる。

図１（Ａ）に示すように、振動子１１の第１の端部を支持部材２１に固定し、摩擦部材３１の駆動に振動子１１の片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を用いることで、振動子１１の長さを短くすることができる。振動子１１の小型化により、超音波モータのサイズを小さくできる。

次に、振動子１１の構成及び固定方法を説明する。
図５は本実施形態における振動子１１の第１の構成例を示す。図５（Ａ）は振動子１１と支持部材２１の一部を示す斜視図である。振動子１１は、例えば圧電素子１２を平板部材１３に貼り付けた構造をもつ。平板部材１３の第１の端部は支持部材２１に対して接着や締結等により保持されている。平板部材１３は、例えばステンレス鋼等を用いた金属板である。平板部材１３にて接触部１４を設ける位置は、例えば片持ち梁における１次屈曲振動モードの腹であって、かつ１次ねじり振動モードの腹となる位置である。図５に示す接触部１４は、平板部材１３にて圧電素子１２とは反対側であって、支持部材２１に保持されていない第２の端部に配置される。接触部１４は、例えば樹脂材や金属材の接着又は平板部材１３に対する切削加工やプレス加工により形成される。なお、接触部１４を圧電素子１２に設ける場合には、例えば樹脂材や金属材の接着により形成される。

圧電素子１２は、片持ち梁形状における、長手方向に直交する幅方向にて２分割された２相の分極領域部１２ａ、１２ｂを備える。２相の分極領域部１２ａ、１２ｂの伸縮のタイミングを制御することより２つの振動モードの振動を振動子１１に発生させることができる。図５（Ｂ）は、分極領域部１２ａ、１２ｂが同じタイミングで伸縮する場合の振動モードを誇張して表す側面図及び正面図である。図５（Ｃ）は、分極領域部１２ａ、１２ｂが逆のタイミングで伸縮する場合の振動モードを誇張して表す側面図及び正面図である。図５（Ｂ）では、圧電素子１２が２相共に同方向に伸縮し、振動子１１にて片持ち梁における屈曲振動が発生する様子を模式的に示している。また図５（Ｃ）では、圧電素子１２の一方の相の分極領域部が伸びた時に、他方の相の分極領域部が縮むため、片持ち梁におけるねじり振動が発生する様子を模式的に示している。摩擦部材３１を駆動するために圧電素子駆動部は、圧電素子１２に印加する交流電圧を制御し、２つの振動モードの振動を組み合わせて摩擦部材３１に楕円運動を発生させる。図５の構成例では、圧電素子１２に２相の分極領域部を設けているが、屈曲振動及びねじり振動が発生可能な配置であれば、圧電素子の分極領域部として２相より多い相数でもよい。

図６は本実施形態における振動子１１の第２の構成例を示す。図６（Ａ）は振動子１１と支持部材２１の一部を示す斜視図である。振動子１１は圧電素子１２のみで構成されており、第１の端部が支持部材２１に接着や締結等で固定されている。接触部１４を設ける位置は、例えば片持ち梁における１次屈曲振動モードの腹であって、かつ１次ねじり振動モードの腹となる位置である。接触部１４は、振動子１１が支持部材２１に保持された部分（被保持部）とは反対側の第２の端部に設けられている。接触部１４は、例えば樹脂材や金属材の接着により形成される。圧電素子１２は片持ち梁形状における幅方向に２分割され、さらには長手方向および幅方向に対して直交する厚み方向に２分割されることにより、４相の分極領域部１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆを備える。これらの４相の分極領域部１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆの伸縮のタイミングを制御することより、２つの振動モードの振動を振動子１１に発生させることができる。

図６（Ｂ）は振動子１１に片持ち梁における屈曲振動モードを発生させた場合を誇張して表した側面図及び正面図である。片持ち梁にて幅方向に並んで配置した分極領域部１２ｃおよび１２ｄを１つの組とし、分極領域部１２ｅおよび１２ｆを１つの組とし、これらの２つの組を逆方向に伸縮させることで、片持ち梁における屈曲振動が発生する。また、図６（Ｃ）は振動子１１に片持ち梁におけるねじり振動モードを発生させた場合を誇張して表した側面図及び正面図である。振動子１１の長手方向に沿う方向から見た場合に、対角に位置する分極領域部１２ｃおよび１２ｆを１つの組とし、対角に位置する分極領域部１２ｄおよび１２ｅを１つの組とする。これらの２つの組を逆方向に伸縮させることで、片持ち梁におけるねじり振動が発生する。摩擦部材３１を駆動するために圧電素子駆動部は圧電素子１２に印加する交流電圧を制御し、２つの振動モードの振動を組み合わせて摩擦部材３１に楕円運動を発生させる。

本構成例では４相の分極領域部を設けているが、屈曲振動及びねじり振動が発生可能な配置であれば圧電素子１２の分極領域部として４相より多い相数でもよい。
なお、第１および第２の構成例にて発生させる屈曲振動とねじり振動は共に１次の振動モードとしている。これに限らず、摩擦部材３１の駆動に十分な振動振幅を得られる範囲内であれば、２次以上の高次の振動モードでもよい。

図７は、図５で示した振動子１１の第１の構成例について固定方法を例示した斜視図である。図７（Ａ）は、振動子１１の第１の端部を支持部材２１に接着した構成を示す。図７（Ｂ）は、平板部材１３の第１の端部の側面部に締結部１３ａ、１３ｂをそれぞれ設け、複数の締結部材２１１により支持部材２１に締結した構成を示す。図７（Ｃ）は、平板部材１３の端部に締結部１３ｃを設け、複数の締結部材２１１により支持部材２１に締結した構成を示す。これらの構成例では、接着や締結により平板部材１３を固定することで振動子１１の片側の端部が支持部材２１に固定される。同様の方法により、圧電素子１２を支持部材２１に直接固定してもよい。さらに、図７（Ｄ）では、振動子１１の片側の端部を、確実に固定して理想的な片持ち梁に近づけるための構成を示す。振動子１１の片側の端部を、固定用部材２２１と支持部材２１とで挟持することにより、圧電素子１２および平板部材１３の両部材を堅牢に固定できる。なお、図示は省略するが、図６に示す第２の構成例に係る振動子１１を支持部材２１に対して固定する方法についても図７と同様であり、接着や締結、固定用部材を用いる方法が適宜に採用される。

なお、振動子１１にねじり振動モードを発生させる時、例えば、図５（Ｃ）に示すように圧電素子１２の分極領域部１２ａと１２ｂの伸縮が逆方向となる。このため、片持ち梁における幅方向中心部で伸縮が阻害しあい駆動効率が低下する可能性がある。そこで、振動子１１の片持ち梁における幅方向の中央位置にて、片持ち梁における厚み方向の溝部又は孔部を設けると、分極領域同士の伸縮の阻害による影響を低減できる。前記第１および第２の構成例にて、振動子１１の片持ち梁における幅方向の中央に孔部を形成した例を図８に示す。図８（Ａ）は、図５に示す第１の構成例にて、振動子１１に孔部１１ａを形成した例を示す。振動子１１を構成する圧電素子１２及び平板部材１３に対し、振動子１１の片持ち梁における幅方向の中央位置（図中の破線参照）に沿って延在する孔部１１ａを設けている。また、孔部１１ａに代えて溝部を設ける場合には、振動子１１において圧電素子１２と平板部１３のどちらに設けてもよい。図８（Ｂ）は、図６に示す第２の構成例にて、振動子１１を構成する圧電素子１２に、振動子１１の片持ち梁における幅方向の中央位置（図中の破線参照）に沿って孔部１１ａを設けている。

本実施形態では、振動子の長さを短くできる振動モードとして、片端が固定端で他端が自由端の片持ち梁における振動モードを利用することにより、振動子を小型化し、小型超音波モータを実現できる。
なお、本実施形態で説明した超音波モータ１は、振動型アクチュエータの一例であり、本発明は各種形態での適用が可能である。例えば、被駆動部材として円環状部材を用いることで回転駆動方式の超音波モータにも本発明は応用可能である。また、不要振動や異音発生への対策を講じることができる。以下、第１実施形態の変形例を説明する。

［第１実施形態の変形例］
図３は、振動子１１の振動が支持部材２１やベース部材５１に伝達する場合に、異音の発生や駆動性能の低下が起こらないようにするための構成を例示する。図３（Ａ）は、超音波モータ１において、振動子１１と支持部材２１との間に振動減衰部材８１を配置した構成例を、振動子１１と摩擦部材３１の相対移動方向から見た場合の図である。振動子１１から支持部材２１やベース部材５１への振動の伝達を防ぐため、振動減衰部材８１を支持部材２１に隣接させると効果的である。この振動減衰部材８１は、例えばブチルゴムなどの減衰性を有する緩衝材である。振動減衰部材８１の介在により、振動子１１から支持部材２１へ伝達する振動のレベルを低減できる。

また、図３（Ｂ）は、超音波モータ１において支持部材２１とベース部材５１との間に振動減衰部材８１を配置した構成例を、振動子１１と摩擦部材３１の相対移動方向から見た場合の図である。振動減衰部材８１の介在により、振動子１１から支持部材２１を介してベース部材５１へ伝達する振動のレベルを低減できる。
なお、このような変形例については後述する実施形態にも適用できる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態にて第１実施形態の場合と同様の構成部については既に使用した符号を用いることにより、その詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。このような説明の省略の仕方は後述する他の実施形態でも同様である。
図９は本実施形態に係る超音波モータ２の構成例を示す。図９（Ａ）は超音波モータ２を、振動子１１と摩擦部材３１の相対移動方向から見た場合の図である。駆動方向（ｘ方向）を紙面に垂直な方向とする。また図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す超音波モータ２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。ｘ方向を左右方向とする。

振動子１１は、第１の端部が支持部材２１の固定部２１ａに固定されている。この支持部材２１は、ｘ方向に移動可能な可動部材である。複数の転動部材７１は、支持部材２１に設けた溝部２１ｂとベース部材５１に設けた溝部５１ｂとの間に配置されている。複数の転動部材７１の介在によって、支持部材２１はベース部材５１に対してｘ方向にのみ移動可能に支持されている。振動子１１は片持ち梁の構造となる。振動子１１を構成する圧電素子１２に対し、圧電素子駆動部から適切な交流電圧を印加すると振動子１１は片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を行う。この振動を最も効率よく摩擦部材３１に伝達するため、接触部１４は屈曲振動の腹とねじり振動の腹が重なる位置に設けられている。また、摩擦部材３１は丸穴３１ａと長穴３１ｂを有する。丸穴３１ａと長穴３１ｂは摩擦部材３１の保持部材４１に設けた複数の柱状のガイド部４１ａにそれぞれ嵌合された状態で案内される。このため、摩擦部材３１はガイド部４１ａの長手方向に移動可能に保持されている。保持部材４１はベース部材５１に固定され、ガイド部４１ａには加圧部材６１が配置されている。加圧部材６１は摩擦部材３１を適度の付勢力で接触部１４に圧接させる。

上記の構成において、振動子１１における２つの振動モードを適切に重ね合わせることにより、接触部１４にＣ−Ｃ断面と略平行な平面内の楕円運動を発生させることができる。接触部１４の楕円運動を摩擦部材３１に伝達することで、振動子１１および支持部材２１が図中のｘ方向に駆動される。支持部材２１に設けた出力取り出し部２１ｃは駆動対象に接続されており、駆動対象（光学素子のホルダ等）が駆動される。
本実施形態では、振動子１１の片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を用いることで摩擦部材３１を駆動する場合に、振動子１１の長さを短くすることができる。振動子１１および支持部材２１の移動によって駆動対象を駆動することができる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態を説明する。
図１０は本実施形態に係る超音波モータ３の構成例を示す。図１０（Ａ）は超音波モータ３を、振動子１１と摩擦部材３１の相対移動方向から見た場合の図である。駆動方向（ｘ方向）を紙面に垂直な方向とする。また図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す超音波モータ３のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。ｘ方向を左右方向とする。

振動子１１を保持する支持部材２１は、ベース部材５１に対して相対移動可能な可動部材であり、丸穴２１ｄと長穴２１ｅを有する。丸穴２１ｄと長穴２１ｅには、ベース部材５１に設けた複数の柱状のガイド部５１ａがそれぞれ嵌合され、支持部材２１が案内される。支持部材２１はガイド部５１ａの長手方向に移動可能に支持されている。振動子１１の第１の端部は、支持部材２１の固定部２１ａに取り付けられる。よって振動子１１は片持ち梁の構造となる。この場合、支持部材２１の質量及び慣性モーメントを振動子１１の質量及び慣性モーメントに比べて十分に大きく設計することで、振動子１１の振動時に支持部材２１の発振が抑制される。振動子１１を構成する圧電素子１２に対し、圧電素子駆動部から適切な交流電圧を印加すると、振動子１１は片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を行う。この振動を最も効率よく摩擦部材３１に伝達するため、接触部１４は屈曲振動の腹とねじり振動の腹が重なる位置に設けられている。また、摩擦部材３１は保持部材４１に固定されている。保持部材４１は複数の溝部４１ｂを有する。ベース部材５１は、複数の溝部４１ｂにそれぞれ対向する複数の溝部５１ｂを有する。複数の転動部材７１は複数の溝部４１ｂと５１ｂとの間に挟み込まれた状態で配置される。複数の転動部材７１の介在により、保持部材４１はベース部材５１に対してｘ方向にのみ移動可能に支持されている。また、支持部材２１とベース部材５１との間には加圧部材６１が配置されている。加圧部材６１は支持部材２１及び振動子１１を介して、適度の力で接触部１４を摩擦部材３１に圧接させる。

上記の構成において、振動子１１における２つの振動モードを適切に重ね合わせることで、接触部１４にＤ−Ｄ断面と略平行な平面内の楕円運動を発生させることができる。接触部１４の楕円運動を伝達することにより、摩擦部材３１および保持部材４１がｘ方向に駆動される。保持部材４１に設けた出力取り出し部４１ｃには駆動対象が接続されて駆動される。
本実施形態によれば、振動子１１の片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を用いることで摩擦部材３１を駆動する場合に、振動子１１の長さを短くすることができる。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態を説明する。
図１１は本実施形態に係る超音波モータ４の構成例を示す。図１１（Ａ）は超音波モータ４を、振動子１１と摩擦部材３１の相対移動方向から見た場合の図である。ｘ方向を紙面に垂直な方向とする。また図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す超音波モータ４のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。振動子１１を保持する支持部材２１はレンズ鏡筒等に固定されるベース部材５１に固定されている。振動子１１の第１の端部が固定部２１ａに取り付けられることにより、振動子１１は片持ち梁の構造となる。振動子１１を構成する圧電素子１２に対して圧電素子駆動部から適切な交流電圧を印加すると、振動子１１は片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を行う。この振動を最も効率よく摩擦部材３１に伝達するため、接触部１４は屈曲振動の腹とねじり振動の腹が重なる位置に設けられている。また、摩擦部材３１は保持部材４１に固定されている。複数の転動部材７１は、保持部材４１に設けた複数の溝部４１ｂと、ベース部材５１に設けた複数の溝部５１ｂとの間に挟み込まれた状態で配置される。これにより、保持部材４１はベース部材５１に対し、ｘ方向にのみ移動可能に支持されている。振動子１１の固定部２１ａと、接触部１４の接触面との間隔は適切な長さに設定されている。振動子１１を固定部２１ａに固定した際、振動子１１に撓みが生じ、振動子１１の弾性力により適度の力で接触部１４が摩擦部材３１に対して圧接される。よって加圧部材は不要である。

上記の構成において、振動子１１における２つの振動モードを適切に重ね合わせることにより、接触部１４にＥ−Ｅ断面と略平行な平面内の楕円運動を発生させることができる。接触部１４の楕円運動を伝達することで、摩擦部材３１および保持部材４１がｘ方向に駆動される。保持部材４１に設けた出力取り出し部４１ｃには、フォーカスレンズ等の駆動対象が接続されて駆動される。
本実施形態では、振動子１１の片持ち梁における屈曲振動及びねじり振動を用いて摩擦部材３１を駆動する場合に、振動子１１の長さを短くすることができる。簡易な構成で小型の振動型アクチュエータを実現できる。

１ないし４ 超音波モータ
１１ 振動子
１２ 圧電素子
１４ 接触部
２１ 支持部材
３１ 摩擦部材（被駆動部材）

Claims (13)

1. 圧電素子を有する振動子と、
   前記振動子の第１の端部が固定された支持部材と、
   前記振動子にて前記第１の端部とは反対側の第２の端部に設けられた接触部と、
   前記接触部と圧接して、前記振動子に対し相対的に移動する被駆動部材とを備え、
   前記接触部は、片持ち梁としての前記振動子の屈曲振動の腹およびねじり振動の腹に位置することを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 前記圧電素子は複数の分極領域部を有する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. 前記振動子は前記圧電素子を平板部材に取り付けた構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記圧電素子は、前記平板部材の長手方向に直交する幅方向に分割された２相の分極領域部を有することを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記圧電素子は、接着または前記平板部材に設けた締結部により前記支持部材に固定されることを特徴とする請求項３または４に記載の振動型アクチュエータ。
6. 前記圧電素子は、長手方向に直交する幅方向および厚み方向にそれぞれ２分割された４相の分極領域部を有することを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記振動子は、長手方向に直交する幅方向の中央位置に溝部又は孔部を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
8. 前記振動子は、片持ち梁として１次屈曲振動および１次ねじり振動を行うことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
9. 前記支持部材を支持するベース部材をさらに備え、
   前記振動子と支持部材との間、または前記支持部材とベース部材との間に振動減衰部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
10. 前記接触部を前記被駆動部材に対して付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
11. 前記接触部は前記振動子の撓みにより前記被駆動部材に圧接していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
    前記被駆動部材を保持する保持部材と、
    光学素子を保持する可動部材を備え、
    前記可動部材は前記保持部材に接続され、前記被駆動部材および保持部材の移動によって駆動されることを特徴とする光学機器。
13. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
    光学素子を保持する可動部材を備え、
    前記可動部材は前記支持部材に接続され、前記支持部材の移動によって駆動されることを特徴とする光学機器。
    
    

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