JP4965973B2 - 振動型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、弾性体に振動を発生させ、その振動エネルギを利用して駆動力を得る超音波モータ等の振動型アクチュエータに関するものである。

従来から、被駆動物を直線状に駆動するタイプの超音波モータに関するさまざまな提案が行われている。例えば、特許文献１がある。その駆動原理について、図１７、図１８を用いて説明する。

図１７は、リニア型超音波モータの外観斜視図である。

同図において、リニア型超音波モータ５１０は、振動体５０１及びリニアスライダ５０６によって構成されている。振動子５０１は、矩形の薄板状に形成された圧電素子５０５と、この圧電素子５０５の一端面で接合されて一体化される振動体５０２とにより構成されている。振動体５０２は、矩形状に形成された基部と、この基部の上面に対して凸状に形成された２つの突起部５０３−１、５０３−２とを有している。

図１８は、図１７における振動子に励振される２つの振動モード（ＭＯＤＥ−Ａ、ＭＯＤＥ−Ｂ）の変形形状を示す図である。

ここで、２つの振動モードは、どちらも板状の振動子５０１の面外方向の曲げ振動モードであり、共振周波数が略一致するように振動子５０１の形状は選択されている。

図１８（ａ）の下２つの図は、振動子５０１をＹ方向から見たときの図であり、振動子５０１にＭＯＤＥ−Ａの振動を励起すると、同図の下に示すように、振動の節（α）が３箇所現れる（２次の曲げ振動モード）。この節は、振動子５０１のＹ方向に延びている。

突起部５０３−１、５０３−２は、図１８（ａ）に示すように、ＭＯＤＥ−Ａの振動において節となる位置の近傍に配置されており、ＭＯＤＥ−Ａの振動によって接触面５０４−１、５０４−２には矢印で示すようにＸ方向の往復運動が生じる。

図１８（ｂ）の下２つの図は、振動子５０１をＸ方向から見たときの図であり、振動子５０１にＭＯＤＥ−Ｂの振動を励起すると、同図の下に示すように、振動の節（β）が２箇所現れる（１次の曲げ振動モード）。この節は、振動子５０１のＸ方向に延びている。即ち、ＭＯＤＥ−Ａにおける振動の節と、ＭＯＤＥ−Ｂにおける振動の節とが、ＸＹ平面内において互いに直交するようになっている。

突起５０３−１、５０３−２は、図１８（ｂ）に示すように、ＭＯＤＥ−Ｂの振動において腹となる位置の近傍に配置されており、ＭＯＤＥ−Ｂの振動によって、接触面５０４−１、５０４−２には矢印で示すようにＺ方向の往復運動が生じる。

圧電素子５０５に所望の交流信号を入力すると、逆圧電効果により振動子５０１に上述した振動モードが励起される。振動モードＭＯＤＥ−ＡとＭＯＤＥ−Ｂとの振動位相が略±π／２となるように励振することで、接触面５０４−１、５０４−２には、図１７のＸＺ面内の略楕円運動が生成される。この楕円運動により、振動子５０１と、接触面５０４−１、５０４−２に加圧接触するリニアスライダ５０６との間には相対移動運動が発生する。

ここで、上述した振動モードが励振されているときの、振動子５０１に発生している歪について説明する。

先ずＭＯＤＥ−Ａの場合について説明する。図１８の符号（＋）、（−）は、振動子５０１に振動変形が生じているときのＸ方向の歪成分を符号で表している。符号（＋）は、圧電素子５０５がＸ方向に伸びていることを表し、符号（−）は、Ｘ方向に縮んでいることを表している。

符号（＋）、（−）により圧電素子５０５は、この厚さ方向に２つの領域に分割されることが確認できる。この領域が分割される部位をつないだ領域は、Ｘ方向の歪が生じていない面であり、中立面Ｔ１とする。また、Ｘ方向における圧電素子５０５の中心付近で折り返すと、符号が反転することが確認できる（図１８（ａ））。

ＭＯＤＥ−Ｂにおいて、圧電素子５０５に生じるＹ方向の歪成分の符号を表すと、符号の領域が厚さ方向に分割されることが確認できる（図１８（ｂ））。この分割される面を中立面Ｔ２とする。
特開２００４−３０４８８７号公報

一般的に、超音波モータは加圧接触される接触部材にばね性を持たせることで滑らかな接触が実現可能であることが知られている。

従来例の超音波モータでは、振動体５０２に一体的に設けられた２つの突起部５０３−１、５０３−２及びリニアスライダ５０６がともに構造的なばね性を持たない無機材料により構成されているため、滑らかな接触が得られていなかった。

そこで、本発明者は、図１９に示すようなばね性を有する接触部材６０９を設計した。本接触部材は、突起部６０３と突起部６０３を支持する２つの固定部６０７とばね部６０８からなる。突起部６０３は図中Ｘ方向に駆動されるリニアスライダ（不図示）と接触面６０４で接触するように突起状に形成される必要があるため、長方形接触面の２本の長辺エッジからショルダ部６１３を有する。

２つの固定部６０７は、リニアスライダの進行方向と平行な方向に距離をもって配置される。固定部６０７から水平方向に延伸されているばね部６０８がばね性を有するように振動体６０２には十分な深さの溝６１２が設けられている。

このような構成を導入することで、次に示す新たな課題が顕在化してきた。

まず、上述したように、図１８（ａ）のＭＯＤＥ−Ａ発生時において、符号（＋）はＸ方向に伸びていることを表し、符号（−）は、Ｘ方向に縮んでいることを表している。このＸ方向の伸縮は、接触部材６０９の２つの固定部６０７のＸ方向距離を遠ざけさせたり近づけたりしている。

図２０は、図１９における固定部６０７に面内方向の伸縮が発生しているときの接触部材６０９の変形を図１９中の座標系でＹ方向から見た図である。

それぞれ（ａ）は変形前の形状、（ｂ）は両固定部を離隔させたとき、（ｃ）は接近させたときの変形を示している。矢印は接触面６０４の変位方向を示しており、接触面６０４はショルダ部６１３の形状的な影響により両固定部の動きと同期してＺ方向（図中上下方向）に変位する。また、図１８（ａ）に示す変位が発生している瞬間において、右側の突起位置は振動の山であるため接触部材６０９の変形は図２０（ｂ）である。そして、左側の突起位置は振動の谷であるため接触部材６０９の変形は図２０（ｃ）である。つまり、１つの振動子６０１上にＺ方向変位が互いに逆相である接触部材６０９が２個存在している。

一方、接触面６０４−１、６０４−２には、振動モードＭＯＤＥ−ＡによるＸ方向の往復運動と振動モードＭＯＤＥ−ＢによるＺ方向の往復運動の位相を略±π／２とすることで略楕円運動が生成される。ところが、接触部材６０９を用いるときＭＯＤＥ−Ａにより接触面６０４にはＸ方向の変位とＺ方向の変位が足し合わされた方向への往復運動となる。

つまり、図１９中の座標系のＹ方向から見たとき、従来例では図２１（ａ）の軌道であったものが、図２１（ｂ）のように異なった軌道となる。さらに、２つの突起のＭＯＤＥ−ＡによるＺ方向変位は逆相であるから、接触面６０４−１が図２１（ｂ）のような軌道であれば、接触面６０４−２は図２１（ｃ）のような軌道となる。

以上より、接触部材にばね性を持たせることで、ＭＯＤＥ−Ａによる往復運動の方向が水平方向から大きく外れ楕円軌道が歪むことで、摺動損失が増大する、磨耗の進行が加速されるといった問題のほか、安定した接触が得られず異音が発生するなどの問題が生じる。

本発明の目的は、摺動損失を低減し高耐久化が図られ、さらに異音が発生しない安定した接触が得られる接触部材を有する振動型アクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の振動型アクチュエータは、駆動のために変形する振動体にばね性を有する接触部材を取り付け、前記接触部材が、被駆動体に接触する突起部と、前記振動体と固着される複数の固定部からなる振動型アクチュエータにおいて、前記接触部材は、前記突起部と前記複数の固定部の間に変換部を備え、前記変換部は、前記突起部に設けられる前記被駆動体との接触面に対して傾斜し、かつ前記接触面の反対側に延伸された斜面を有し、前記振動体の変形により生じる前記複数の固定部間の第１軸方向の相対的な距離の変化を、前記接触面の第２軸方向の変位に変換することを特徴とする。

本発明により、振動板の変形により発生する突起部の不要な変位を抑制することが可能となり、突起部は理想的な楕円軌道を形成することができる。これにより、摺動損失を低減し高耐久化が図られ、さらに安定した接触が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る振動型アクチュエータを構成する接触部材を各機能部分により構成される構造体として説明する図である。

接触部材９は、突起部３と固定部７と変換部１１からなる。突起部３は、被駆動体に押圧接触される接触面４を表面に形成している。固定部７は、駆動のために変形する基部（後述する振動板２）との連結部であり、かつ相対する方向から突起部３を支持するように複数配置される。

変換部１１は、突起部３と複数の固定部７の間にそれぞれ設けられる。基部が曲げ振動や縦振動などの変形を起すことで、複数の固定部７は面内方向に近づいたり遠ざかったりする。このとき、複数の固定部７間の相対的な距離の変化が振動に同期して発生し、変換部１１は、この距離の変化量を接触面変位δに変換する。

実駆動時の接触面変位δの利用方法としては２種類の形態がある。１つ目は、駆動に用いる基部の振動により不要な振幅が接触面４に発生している場合に、この不要振幅を抑制するために変換部１１を設ける形態である。そして、２つ目は、接触面に発生する不要な振幅を抑制することで、より大きな接触面振幅が得られる位置に変換部１１を設置できるようにする使用形態である。

１つ目の使用形態について第１の実施の形態で説明する。そして、２つ目の使用形態について第２の実施の形態で説明する。第２の実施の形態の応用形態として、第３と第４の実施の形態を示す。

（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る（ａ）振動体と、（ｂ）その接触部材の斜視図である。

本実施の形態の構成は、従来技術として上述したリニア超音波モータのＭＯＤＥ−Ａの節となる位置の近傍に配置された接触部材６０９−１、６０９−２を、新規の接触部材１０９−１、１０９−２に置き換えたものである。ただし、接触部材１０９は、基部である振動体１０２とは別体で、図２（ｂ）の形状に成形されたのち固着される。

接触部材１０９は、突起部１０３と、突起部１０３を支持する２つの固定部１０７と、変換部１１１とからなる。突起部１０３は、図中Ｘ方向に駆動されるリニアスライダ（不図示）と接触面１０４で接触するように突起状に形成される必要があるため、長方形接触面の２本の長辺エッジからＲ部を介して高さ方向（Ｚ方向）に延伸されているショルダ部１１３を有する。

２つの固定部１０７は、不図示のリニアスライダの進行方向（Ｘ方向）と平行な方向に距離をもって配置される。ショルダ部１１３と固定部１０７の間に変換部１１１が配置される。変換部１１１は、接触面１０４に対して傾斜し、かつ、接触面１０４から遠ざかるように接触面の高さ方向（Ｚ方向）の反対側に延伸している。

振動体（振動型アクチュエータ）１０１の振動板１０２には十分な深さの溝１１２が設けられており、変換部１１１がばね性を有するような構造になっている。溝に関しては、振動板１０２側の固定部１０７を取り付ける位置に突起を設けて底高にするか、固定部が突出するように構造を工夫することで溝１１２をなくすことも可能である。

接触部材１０９は、長方形板材のプレス加工により成形されているため、固定部１０７、変換部１１１、突起部１０３は一体的な構造である。材質はプレス成形性の良好なステンレス材料を用い、成形後の厚さは固定部１０７から反対の固定部１０７までほぼ均一である。固定部１０７は基部である振動板１０２に溶接や接着などにより固着される。

次に、変換部１１１の機能的な特徴を説明する。上述したが、本実施の形態の構成は従来技術の突起部１０３−１、１０３−２を新規の接触部材１０９に置き換えたものである。従って、ＭＯＤＥ−Ａの節近傍に配置された接触部材１０９−１、１０９−２は、図１８（ａ）に示すＸ方向の歪成分の影響を受け両、固定部間距離が面内方向で伸縮している。

変換部１１１は、固定部１０７に対して突起の突き出し方向とは反対方向（−Ｚ方向）に延伸し、傾斜している平面を備えている。そのため、突起部１０３が面内方向の伸縮に対して図２０のような挙動を示すが、変換部１１は突起部１０３と逆の極性の挙動を示す。つまり、変換部１１１の機能は、両固定部１０７が隔離するとき接触面１０４をＺ方向に押し上げ、両固定部１０７が接近するとき接触面を−Ｚ方向に押し下げる。このように、変換部１１１はＸ方向という第１軸方向における両固定部１０７の伸縮変形を、Ｚ方向という第２軸方向における接触面１０４の往復運動に変換する。

変換部１１１だけの作用を説明したが、次に、変換部１１１と突起部１０３それぞれの働きをトータルしたときの接触部材１０９の挙動を説明する。

図３は、図２における接触部材の変形状態を図２中の座標系でＹ方向から見た図である。

図３（ａ）は変形前、（ｂ）は両固定部１０７を離隔させたとき、（ｃ）は接近させたときで、矢印は接触面１０４の変形方向を示している。変換部１１１を持たない接触部材の場合の変形を示している図２０と比較する。

図２０（ｂ）の両固定部を離隔させたときの接触面１０４の変形方向は紙面下方向で図３（ｂ）と同じである。また、図２０（ｃ）の両固定部が接近させたときも図３（ｃ）と変形方向は一致する。つまり、固定部１０７の動きに対する接触面１０４の変形方向の極性は図３と図２０で同じである。

これは、上述したように、変換部１１１と突起部１０３の極性は逆であるが、突起部１０３の作用の方が大きいため変換部１１１の作用を吸収し、トータルでは変換部１１１を設けた場合も変換部１１１のない場合と同じ極性になっているということである。なお、変形を分かりやすくするために表示スケールを変えている。従って、図３と図２０の変位量を当図から比較することはできない。

図４は、図２における接触部材の固定部同士の距離が１μｍ接近及び離隔したとき、変換部の斜度θと接触面のＺ軸方向変位δの関係を示す図である。

斜度θは、図３に示す通り、接触面１０４を水平と考え、変換部１１１の斜面と鉛直方向（Ｚ軸方向）の成す角度のことである。従って、本図の横軸である変換部１１１の斜度が９０度のときは、固定部１０７と変換部１１１が同一平面を形成するので、図１９の接触部材と同じで変換部１１１がない場合を表している。

よって、本図において、θ＝９０度のときの値は、変換部１１１がないので突起部１０３のみの変位発生量である。そして、θ＝９０度のときの変位量を最大値とし、斜度が小さくなり変換部斜面が立ってくるほど、変換部１１１により不要なＺ方向変形の一部がキャンセルされ、接触面変位δが小さくなっていることがわかる。

δが十分微小になるように斜度θを小さくすることで、振動子１０１の楕円軌道は図２１（ｂ）、（ｃ）から図２１（ａ）に改善される。なお、δが微小であるがδを限りなく０に近づけたいときは、接触部材１０９の設置位置をＸ軸方向にわずかにシフトすることで対応することが可能である。

本図において、固定部１０７の面内方向の伸縮に対する接触面１０４の面外方向変位量の感度は、変換部１１１の長さ、肉厚などによって調節することができ、本図の曲線はその中のある１つの条件における傾向を表しているものとする。なお、傾斜部が平面ではなくロールしている曲面であっても同様の効果が得られることがわかっている。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、変換部１１１を設置することにより、接触面１０４に発生する不要な振幅を抑制する例を説明した。本実施の形態以降は、接触面に発生する不要な振幅を抑制することで、より大きな接触面振幅が得られる位置に変換部を設置できるようにするための実施の形態について説明する。本実施の形態における振動子も、図１８（ａ）、（ｂ）と同じ２つの振動モード（ＭＯＤＥ−Ａ、ＭＯＤＥ−Ｂ）が励振される。

図５は、図２における振動板のＸ座標とＭＯＤＥ−Ａ発生時における振動板の表面の（ａ）Ｘ軸方向の振幅、（ｂ）Ｚ軸方向の振幅の関係を示す図である。

横軸は振動体２０２のＸ座標で、図１８（ａ）のＹ軸方向から振動子を見たときのセンタ位置をＸ＝０としている。図５（ａ）の節位置は、図５（ｂ）の山位置及び谷位置の近傍という関係になっている。

従来技術の突起部５０３−１、５０３−２は、ＭＯＤＥ−Ａ発生により接触面の不要なＺ軸方向変位δを発生させないために図５（ｂ）の節位置の近傍に配置されている。

図５（ａ）によると、Ｘ方向振動の最大振幅は、図５（ｂ）の節位置よりも｜Ｘ｜値が大きい両端部の領域で発生していることがわかる。しかし、この領域は不要なＺ方向の振幅も同時に発生するため使用されなかった。そこで、第２の実施の形態である図６に示す接触部材を用いることで、この領域に接触面を配置することを可能とした。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る振動体の接触部材の斜視図である。図７に示すように、接触部材２０９は、固定部２０７及び変換部２１１からなる板状加工品に突起部２０３を固着させたものである。

以下に示す突起部２０３の変更点以外に関しては、構造的に図２と同じであるため説明を省略する。第１の実施の形態では、接触面１０４が突出した突起部１０３を形成するためにショルダ部１１３を設けていた。そのため、固定部１０７間の面内伸縮により図２０に示す接触面１０４のＺ方向変位が発生していた。

本実施の形態では、突起部２０３の接触面の下部を中空構造から中実構造に変え、突起部２０３を剛体として扱えるように変更した。このとき、固定部２０７の面内方向伸縮に対して突起部２０３は接触面のＺ方向変位を発生しない。それゆえ、接触部材２０９に面内方向伸縮を与えたときの変形方向は変換部２１１のみの挙動を考えればよい。

図８は、図６の接触部材の変形を図６中の座標系でＹ方向から見た図である。

図８（ａ）は変形前、（ｂ）は両固定部２０７を離隔させたとき、（ｃ）は接近させたときで、矢印は接触面２０４の変形方向を示している。

両固定部２０７が隔離するとき、変換部２１１は接触面をＺ方向に押し上げ、両固定部２０７が接近するとき、変換部２１１は接触面を−Ｚ方向に押し下げる。本図と図３、図２０を比較すると、固定部２０７の動きに対する接触面２０４の変形方向の極性が逆であることがわかる。

ここで、図５のＸ＝Ｘ１の位置に接触部材２０９を設置したとする。図５（ｂ）より、この位置のＭＯＤＥ−ＡによるＺ変位は大きくプラス方向に振れているから、接触面２０４の楕円軌道は図２１（ｂ）、（ｃ）のようになる。

一方、図１８（ａ）において、振動板表面の歪を示す符号は（−）であるから、この位置ではＸ方向に縮んでいる。接触部材２０９の固定部２０７は接近するから、接触面２０４は、図８（ｃ）のように−Ｚ方向の変位を発生する。これら２つの変位を互いに打ち消しあうように設定することで、Ｘ＝Ｘ１におけるＭＯＤＥ−ＡによるＺ振幅を約０とし、このとき楕円軌道は図２１（ａ）のようにすることが可能である。このように、振動板表面のＸ方向の面内伸縮によるＺ振幅の影響を抑制することで、Ｚ振幅の大きなＸ＝Ｘ１の位置での振動体表面の楕円起動の歪みを低減させることができる。よって、振動板表面のＺ振幅が従来よりも大きなＸ＝Ｘ１の位置に接触部材２０９を配置することが可能となる。

図９は、図６の接触部材の固定部同士の距離が１μｍ接近及び離隔したときの、変換部の斜度θと接触面のＺ軸方向変位δの関係を示す図である。

図９において、斜度は、接触面２０４を水平と考え、変換部２１１の斜面と鉛直方向（Ｚ軸方向）の成す角度のことである。従って、本図の横軸である変換部２１１の斜度において、９０度は固定部２０７と変換部２１１が同一平面を形成するので、図１９の接触部材と同じで変換部がない場合を表している。

第１の実施の形態の説明と同様に、本図においても固定部２０７の面内方向の伸縮に対する接触面２０４の面外方向変位量の感度は、変換部２１１の長さ、肉厚などによって調節することができ、本図の曲線はその中のある１つの条件における傾向を表しているものとする。

なお、突起部３の形状は略剛体として扱える形状であればよく、例えば図２（ｂ）の接触部材２０９の突起部２０３の側壁部であるショルダ部２１３の板厚を十分厚くし、固定部２０７のＸ方向伸縮に対する突起部２０３の変形がほとんど発生しないような場合を想定する。この場合は、突起部２０３を剛体として考えることができるので、このような場合も同様の効果が得られる。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態で説明した図６に示す接触部材をリング型超音波モータに搭載した例を説明する。

図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る振動体の斜視図である。（ａ）は上方斜視図（ｂ）は下方斜視図である。

図１０において、リング型超音波モータを構成する振動子３０１は、円環形状の弾性体３１５と圧電素子３０５を備え、弾性体３１５の軸方向一方の側には、くし歯状の突起群３１６が形成されている。これら突起群３１６の上面には、摩擦材料３１７が接着されている。また、弾性体３１５の軸方向他方の側には、電気−機械エネルギ変換素子として円環状の圧電素子３０５が接着されており、圧電素子３０５にはパターン電極３１８が形成されている。

パターン電極３１８は、振動子３０１の円環部に励起する振動モードの次数に対応して、次数の四倍の数に等分割されており、それぞれの電極には、順に時間位相が９０°ずつ異なる略サイン波形状の交流電圧が供給される。

励起する振動モードの固有振動数付近の周波数で交流電圧を供給すると、圧電素子３０５の伸縮により弾性体３１５に加わる曲げモーメントによって弾性体３１５が共振し、９０°ずつ異なる交流電圧に対してそれぞれ励起される振動（モード）は同形状で、かつ位相が異なり、その合成によって進行性振動波（進行波）が形成される。

図１１は、リング型超音波モータへの接触部材の搭載例を示す斜視図である。

図１１において、接触部材３０９の２つの固定部３０７を隣り合う突起群３１６の突起にそれぞれ１つずつ設置し、隣り合う突起のほぼ中央付近に接触部材３０９の接触面４が配置されている。振動子３０１はくし歯状突起群３１６と同数の接触部材３０９を有し、全周にわたって周方向に接触部材３０９が並ぶ構成となっている。接触部材３０９は、図２の接触部材２０９と同じ構成である。

接触面３０４を１つのみ有する接触部材３０９を複数個用いているが、コスト面や製造工程の簡単さを考慮し、リング形状の接触部材３０９を用いてもよい。また、本実施の形態では突起と接触部材３０９を同数としたが、接触面３０４の配置方法によっては同数としない方が都合の良い場合もあるため、これに限られるものではない。

図１２は、駆動振動と突起群の関係を図１０のリング状振動体の外形方向から見た図である。

図１２において、進行波１波長分の長さの中には複数の突起が含まれ、突起と波の山谷の位置によって隣り合う突起間では相対的な周方向の距離の変化が発生する。山では突起先端が離隔し、谷では突起先端が接近する。この周方向の距離の変化が、前述してきた第１、第２の実施の形態におけるＸ方向の伸縮と同様の効果を接触部材にもたらす。

図１２に示したように、山の頂点付近では隣り合う突起間距離は広がるため、接触部材９には図８（ｂ）の変形が起こり、軸方向の振幅を増大させることが可能である。リング状振動子３０１は突起間距離が十分大きいため、接触部材３０９の変換部を長くすることができる。そのため、固定部間距離の変化を接触面変位に変換するときの変換率を大きく設定することができる。

よって、本構造を用いることにより、軸方向振幅を増大させた楕円軌道を接触面３０４に発生させることが可能となる。さらに、本接触部材３０９を用いることによって振動子３０１側の接触面３０４にばね性も同時に持たせることができるため、安定した駆動が可能である。

（第４の実施の形態）
第２の実施の形態で説明した図６に示す接触部材をキツツキ型アクチュエータに搭載した例を説明する。

図１３は、図６の接触部材を搭載したキツツキ型アクチュエータの構成図である。

図１３において、励起する縦振動モードの固有振動数付近の周波数で交流電圧を供給すると、振動子７０１に挟持されている圧電素子７０５は軸方向の伸縮を繰り返し、これにより先端部がキツツキのように被駆動体７１９の表面をたたきつける。これにより被駆動体７１９に摩擦駆動力が伝達され、被駆動体７１９は図中矢印の方向に駆動される。

図１４は、第４の実施の形態に係る振動体の斜視図である。

図１４において、四角柱状振動体の片側の面に圧電素子４０５を固着し、圧電素子４０５とは反対側の面に接触部材４０９を配置している。

図１５は、図１４の振動体と被駆動体の位置関係を示す図である。

図１５において、被駆動体４１９は、振動子４０１と平行に並べられ軽く当接するように設置される。

駆動方法として、例えば、本振動子４０１に縦波１次の共振周波数付近で加振すると、振動子４０１の軸方向の中央付近が縦波１次の節になり、両端部は逆方向へのそれぞれ変位を発生する。

図１６は、図１４の振動体と被駆動体との間で発生する変位量を説明する図である。

図１６において、横軸は、図１４のＸ座標であり、Ｘ＝０が振動体の中心（節位置）、縦軸はＸ軸方向の変位量である。

このとき、Ｘ＝Ｘ１の位置に、第２の実施の形態で示した図６の接触部材２０９と同様の構成からなる接触部材４０９が配置されているから、接触部材４０９が設置されている先端部付近の側面に生じる歪により接触部材４０９の固定部４０７間の距離が離隔する。つまり、縦波１次の振動モードと同期して接触面４０４が被駆動体４１９側へ押し出される。

これにより、接触面４０４は図１５中の矢印の方向に往復運動を行い、被駆動体表面にキツツキのように駆動力を伝達し被駆動体４１９が駆動される。

よって、従来の振動体が被駆動体側の接触面に対し振動体を斜めに配置しなければならなかったのに対して、本実施の形態は、振動子４０１を平行に配置することが可能となる。そのため振動子４０１の占有スペースを大幅に削減することが可能となる。さらに、本実施の形態の接触部材４０９を用いることによって、振動子４０１側の接触面４０４にばね性も同時に持たせることができるため、滑らかな接触が得られ安定した駆動が可能である。

本発明の実施の形態に係る振動型アクチュエータを構成する接触部材を各機能部分により構成される構造体として説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る（ａ）振動体と、（ｂ）その接触部材の斜視図である。 図２における接触部材の変形状態を図２中の座標系でＹ方向から見た図である。 図２における接触部材の固定部同士の距離が１μｍ接近及び離隔したとき、変換部の斜度θと接触面のＺ軸方向変位δの関係を示す図である。 図２における振動板のＸ座標とＭＯＤＥ−Ａ発生時における振動板の表面の（ａ）Ｘ軸方向の振幅、（ｂ）Ｚ軸方向の振幅の関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る振動体の接触部材の斜視図である。 図６の接触部材の分解斜視図である。 図６の接触部材の変形を図６中の座標系でＹ方向から見た図である。 図６の接触部材の固定部同士の距離が１μｍ接近及び離隔したときの、変換部の斜度θと接触面のＺ軸方向変位δの関係を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る振動体の斜視図である。 リング型超音波モータへの接触部材の搭載例を示す斜視図である。 駆動振動と突起群の関係を図１０のリング状振動体の外形方向から見た図である。 図６の接触部材を搭載したキツツキ型アクチュエータの構成図である。 第４の実施の形態に係る振動体の斜視図である。 図１４の振動体と被駆動体の位置関係を示す図である。 図１４の振動体と被駆動体との間で発生する変位量を説明する図である。 従来技術のリニア型超音波モータの外観斜視図である。 図１７における振動体振動体に励振される振動モードを示す図である。 ばね性を有する接触部材を搭載する振動体の斜視図である。 図１９における接触部材の固定部に面内方向の伸縮が発生しているときの接触部材の変形図である。 図１９における接触部材の接触面の楕円軌道を示す図である。

符号の説明

１０１、３０１ 振動子（振動型アクチュエータ）
１０２、４０２ 振動体
３、１０３、２０３、３０３ 突起部
１０４、２０４、３０４、４０４ 接触面
１０５、３０５、４０５ 圧電素子

７、１０７、２０７、３０７、４０７ 固定部

９、１０９、２０９、３０９、４０９ 接触部材
１０ リニア超音波モータ
１１、１１１、２１１、３１１ 変換部
１１２ 溝
１１３ ショルダ部
３１５ 弾性体
３１６ 突起群
３１７ 摩擦材料
３１８ パターン電極
４１９ 被駆動体

Claims (5)

1. 駆動のために変形する振動体にばね性を有する接触部材を取り付け、前記接触部材が、被駆動体に接触する突起部と、前記振動体と固着される複数の固定部からなる振動型アクチュエータにおいて、
   前記接触部材は、前記突起部と前記複数の固定部の間に変換部を備え、
   前記変換部は、前記突起部に設けられる前記被駆動体との接触面に対して傾斜し、かつ前記接触面の反対側に延伸された斜面を有し、前記振動体の変形により生じる前記複数の固定部間の第１軸方向の相対的な距離の変化を、前記接触面の第２軸方向の変位に変換することを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 前記振動体の変形により生じる前記複数の固定部間の第１軸方向の相対的な距離の変化によって前記突起部が変形し、前記突起部の変形による前記接触面の前記第２軸方向の変位と、前記変換部による前記接触面の第２軸方向の変位が、逆向きとなることを特徴とする請求項１記載の振動型アクチュエータ。
3. 前記振動体は、第１軸方向に伸縮するとともに第２軸方向に変位する変形を生じるものであり、前記振動体の前記第２軸方向の変位と、前記変換部による前記接触面の第２軸方向の変位が、逆向きとなることを特徴とする請求項１記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記変換部は、前記接触面の法線方向に可撓性を有することを特徴とする請求項２記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記複数の固定部は、前記被駆動体の動作方向に間隔を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動型アクチュエータ。

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