(57)【要約】【課題】駆動効率の高い振動アクチュエータを提供する。【解決手段】圧電素子１２の弾性体１１側と反対側であり、圧電素子１２と加圧板４１との間に、ステータ部１０の端面に沿って、密度が例えば０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下の発泡体によって形成されたステータ支持部３０を設けることにより、弾性体１１の振動に追従して振動する部分の質量を小さくし、振動エネルギーの損失を小さくすることにより振動アクチュエータの駆動効率を向上させることを実現した。【選択図】図１
2006081371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子が接合される弾性体とを有する振動体と、
前記振動体に接触され、前記振動体に対して相対運動を行う相対運動部材と、
前記振動体と前記相対運動部材とを加圧する加圧部と、
前記電気機械変換素子の前記弾性体と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記振動体を支持する振動体側支持部と
を備えた振動アクチュエータ。
【請求項２】
電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子が接合される弾性体とを有する振動体と、
前記振動体に接触され、前記振動体に対して相対運動を行う相対運動部材と、
前記振動体と前記相対運動部材とを加圧する加圧部と、
前記相対運動部材の前記振動体と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記相対運動部材を支持する相対運動部材側支持部と
を備えた振動アクチュエータ。
【請求項３】
電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子が接合される弾性体とを有する振動体と、
前記振動体に接触され、前記振動体に対して相対運動を行う相対運動部材と、
前記振動体と前記相対運動部材とを加圧する加圧部と、
前記電気機械変換素子の前記振動体と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記振動体を支持する振動体側支持部と、
前記相対運動部材の前記振動体と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記相対運動部材を支持する相対運動部材側支持部と
を備えた振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記多孔質弾性材料は、発泡体であること
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記多孔質弾性材料は、密度が０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下であること
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記多孔質弾性材料は、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリフェノール、ポリプロピレン、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコンゴムの少なくとも１つを含むこと
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記多孔質弾性材料は、その反発弾性率が３０％以上であること
を特徴とする振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体を励振して進行波を発生させることにより、相対運動部材を振動体に対して相対運動させる振動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータとは、例えば、圧電素子等に交流電圧を印加して生じる振動を利用して、回転運動等の機械的出力を得るものを指し、特に超音波域の振動を利用するものは、超音波モータと称されている。
【０００３】
一般的に、進行波型の超音波モータは、金属等の弾性体と圧電素子等とが接合された振動体と、振動体と接する回転体と、振動体と回転体とを加圧する加圧部材とを備えている。
圧電素子は、予め定められた電極パターンが構成されており、２種類の印加電界の位相差を９０度ずらすことにより、振動体には屈曲進行波が生じる。このとき、弾性体表面の任意の点は、楕円運動をしている。振動体に加圧接触された回転体は、この楕円運動との接触による摩擦力により回転駆動される。
【０００４】
このとき、振動体は回転体と圧接しながら振動するため、従来、振動体を加圧する加圧部材と振動体との間には、防振のため、緩衝効果を有するフェルト等が緩衝材として用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
また、上述した部分に加えて、回転体と回転体によって駆動される被駆動体との間に、フェルト等の緩衝材を設けることも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
しかし、フェルトは、振動体の振動エネルギーを吸収、遮断しやすいので、振動アクチュエータの駆動効率が低下するという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４６０７１号公報
【特許文献２】特開平６−４６５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、駆動効率の高い振動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、電気機械変換素子（１２）と、前記電気機械変換素子（１２）が接合される弾性体（１１）とを有する振動体（１０）と、前記振動体（１０）に接触され、前記振動体（１０）に対して相対運動を行う相対運動部材（２０）と、前記振動体（１０）と前記相対運動部材（２０）とを加圧する加圧部（４０）と、前記電気機械変換素子（１２）の前記弾性体（１１）と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記振動体（１０）を支持する振動体側支持部（３０）とを備えた振動アクチュエータである。
請求項２の発明は、電気機械変換素子（１２）と、前記電気機械変換素子（１２）が接合される弾性体（１１）とを有する振動体（１０）と、前記振動体（１０）に接触され、前記振動体（１０）に対して相対運動を行う相対運動部材（２０）と、前記振動体（１０）と前記相対運動部材（２０）とを加圧する加圧部（４０）と、前記相対運動部材（２０）の前記振動体（１０）と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記相対運動部材（２０）を支持する相対運動部材側支持部とを備えた振動アクチュエータである。
請求項３の発明は、電気機械変換素子（１２）と、前記電気機械変換素子（１２）が接合される弾性体（１１）とを有する振動体（１０）と、前記振動体（１０）に接触され、前記振動体（１０）に対して相対運動を行う相対運動部材（２０）と、前記振動体（１０）と前記相対運動部材（２０）とを加圧する加圧部（４０）と、前記電気機械変換素子（１２）の前記弾性体（１１）と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記振動体（１０）を支持する振動体側支持部（３０）と、前記相対運動部材（２０）の前記振動体（１０）と反対側に設けられ、多孔質弾性材料によって形成され、前記相対運動部材（２０）を支持する相対運動部材側支持部とを備えた振動アクチュエータである。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記多孔質弾性材料は、発泡体であることを特徴とする振動アクチュエータである。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記多孔質弾性材料は、密度が０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下であることを特徴とする振動アクチュエータである。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記多孔質弾性材料は、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリフェノール、ポリプロピレン、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコンゴムの少なくとも１つを含むことを特徴とする振動アクチュエータである。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記多孔質弾性材料は、その反発弾性率が３０％以上であることを特徴とする振動アクチュエータである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動体側支持部、相対運動部材側支持部の少なくとも一方を、その内部や表面に微細な孔が多数形成されている多孔質弾性材料により形成したので、同じ材料によって形成された孔を持たないものに比べて、見掛けの体積に対する質量が小さい。このため、振動アクチュエータの駆動時に、振動体、相対運動部材に追従して振動する部分の質量を小さくすることができ、振動エネルギーの損失が小さくなるので、振動アクチュエータの駆動効率を向上させることができ、また、製品を軽量化することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、駆動効率の高い振動アクチュエータを提供するという目的を、圧電素子の弾性体側とは反対側であり、圧電素子と加圧板との間に、ステータ部の端面に沿って、密度が例えば０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下の発泡体によって形成されたステータ支持部を設けることにより実現した。
【実施例】
【００１０】
図１は、本発明による実施例１の振動アクチュエータの斜視図である。
図２は、本発明による実施例１の振動アクチュエータの断面図である。
なお、図２において、フレキシブルプリント基板１３は図示していない。
実施例１の振動アクチュエータは、超音波領域の振動を利用した、進行波型の振動波モータである。また、実施例１の振動アクチュエータは、ステータ部１０、ロータ部２０、ステータ支持部３０、加圧部４０、固定部材５０を備えている。これらは、それぞれリング状であり、その中心が略同心となるように配列されている。
【００１１】
ステータ部１０は、弾性体１１と、弾性体に接合される圧電素子１２とを有する振動体であり、リング状の部材である。
弾性体１１は、図２に示すように、その径方向に切ってみた断面が略矩形であるリング状の部材であり、その一方の端面（駆動面）１１ａ側には、放射状に溝を切った櫛歯が形成されており、もう一方の端面１１ｂには、後述する圧電素子１２が、エポキシ系接着剤により接合されている。
また、弾性体１１は、ステンレスやインバー等の鉄合金から形成され、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）により形成されている。
圧電素子１２は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子であり、図１に示すように、圧電素子１２に駆動信号を供給するフレキシブルプリント基板１３が、圧電素子１２の所定の電極部と電気的に接続されている。
【００１２】
ロータ部２０は、ステータ部１０に接触され、ステータ部１０に対して相対運動を行う相対運動部材である。ロータ部２０は、図２に示すように、その径方向に切ってみた断面が略矩形であるリング状の部材であり、一方の端面が弾性体１１の駆動面１１ａと接し、弾性体１１の周方向に沿って生じる進行波により、その中心を回転軸として回転駆動される。
また、ロータ部２０は、例えば、アルミニウム合金によって形成され、陽極酸化処理等を施すことにより、表面にはアルマイト等の酸化膜が形成されている。
【００１３】
ステータ支持部３０は、圧電素子１２の弾性体１１側と反対側であり、圧電素子１２と後述する加圧板４１との間に設けられ、多孔質弾性材料で形成された、ステータ部１０を支持する振動体側支持部である。
ここで、多孔質弾性材料とは、弾性があり、内部や表面に、多数の微細な気泡が略均一に分布するように形成された多孔質体のことであり、発泡体である。また、その密度は、例えば０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下である。
このステータ支持部３０は、その密度が例えば０．２×１０3ｋｇ／ｍ3であるポリエチレンを主原料とする発泡体を、抜き加工によりリング状に形成した部材であり、その径方向に切ってみた断面は略矩形であり、一方の端面は圧電素子１２と接し、もう一方の端面は後述する加圧板４１と接している。
【００１４】
加圧部４０は、加圧板４１、ばね４２を備え、ステータ支持部３０の圧電素子１２側と反対側に設けられ、ステータ部１０とロータ部２０と加圧し、接触させる部分である。
加圧板４１は、図２に示すように、リング状の平板の部材であり、一方の端面はステータ支持部３０と接し、もう一方の端面はばね４２と接している。
ばね４２は、リング状の部材であり、一方の端面は加圧板４１に接し、もう一方の端面は、後述する固定部材５０に接している。ばね４２は、加圧板４１をロータ部２０側の回転軸方向に沿って付勢する付勢部材であり、これにより、ステータ部１０とロータ部２０とは、加圧接触される。また、ばね４２は、図２では模式的に描かれているが、例えば、ウェーブワッシャーである。
【００１５】
固定部材５０は、ステータ部１０を所定の位置に固定する部材であり、これにより、例えば、ステータ部１０は、加圧部４０を介してカメラのレンズ鏡筒等に固定される。
【００１６】
実施例１の振動アクチュエータの動作について説明する。
圧電素子１２は、フレキシブルプリント基板１３から供給された駆動信号により伸縮し、弾性体１１に振動を発生させる。このとき、弾性体１１にはその周方向に沿って進行波が発生し、弾性体１１の駆動面１１ａ上の各質点は、楕円運動をしている。この状態のステータ部１０とロータ部２０とを加圧し、接触させると、ロータ部２０は、駆動面１１ａ上に生じた楕円運動との接触による摩擦力により回転駆動される。
このとき、ステータ支持部３０は、ステータ部１０を支持し、他の部材に伝播する振動を低減させる。
【００１７】
ここで、実施例１の振動アクチュエータの効果を確認するために、ステータ支持部３０を形成する素材が不織布である比較例１、比較例２の振動アクチュエータを、実施例１の振動アクチュエータと同一条件下で駆動し、所定の出力を得るために必要な電力を測定した。
比較例１、比較例２の振動アクチュエータは、実施例１と略同形状であるが、ステータ支持部３０を形成する素材が不織布である点でのみ実施例１とは異なる。よって、実施例１と同様の機能を果たす部分には同一の記号を付し、重複する部分の説明は適宜省略する。
【００１８】
比較例１の振動アクチュエータのステータ支持部３０は、ポリエステル、ポリウレタンを主原料とする不織布で形成され、その密度は例えば０．３０×１０3ｋｇ／ｍ3である。
比較例２の振動アクチュエータのステータ支持部３０は、ポリエステルを主原料とする不織布で形成され、その密度は例えば０．２５×１０3ｋｇ／ｍ3である。
【００１９】
また、実施例１の振動アクチュエータと略同形状であるが、ステータ支持部３０を形成する発泡体の密度が異なる実施例２から実施例４までの振動アクチュエータについても、
実施例１の振動アクチュエータと同一条件下で駆動し、所定の出力を得るために必要な電力を測定した。
実施例２から実施例４の振動アクチュエータは、実施例１と略同形状であるが、ステータ支持部３０を形成する発泡体の材料とその密度の点でのみ異なる。よって、実施例１と同様の機能を果たす部分には同一の記号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００２０】
実施例２の振動アクチュエータのステータ支持部３０は、クロロプレンゴムを主原料とする発泡体で形成され、その密度は例えば０．１８×１０3ｋｇ／ｍ3である。
実施例３の振動アクチュエータのステータ支持部３０は、ポリウレタンを主原料とする発泡体で形成され、その密度は例えば０．０９×１０3ｋｇ／ｍ3である。
実施例４の振動アクチュエータのステータ支持部３０は、ポリエチレンを主原料とする発泡体で形成され、その密度は例えば０．０３３×１０3ｋｇ／ｍ3である。
【００２１】
図３は、実施例１から実施例４及び比較例１、比較例２の振動アクチュエータの測定結果を示す表である。
比較例１の振動アクチュエータを駆動し、所定の出力を得るために必要とした電力を基準値とし、各振動アクチュエータが必要とした電力を相対値で示した。
その結果、ステータ支持部３０を形成する素材の密度が小さくなるにつれ、振動アクチュエータを駆動し所定の出力を得るために必要とする電力が小さくなり、ステータ支持部３０を形成する素材を発泡体とし、その密度を例えば０．２×１０3ｋｇ／ｍ3以下とした実施例１から実施例４までの振動アクチュエータでは、ステータ支持部３０を形成する素材を密度０．３×１０3ｋｇ／ｍ3のフェルトとした比較例１の振動アクチュエータに比べて、約６７％から約７４％の電力で、所定の出力を得ることができるという結果が得られた。
【００２２】
これは、ステータ支持部３０を形成する素材を発泡体とし、その密度を小さくすることにより、ステータ部１０の振動に追従して振動するステータ支持部３０の質量が小さくなり、振動エネルギーの吸収損失が小さくなったためであると推定される。また、発泡体は、密度が疎であるため、振動エネルギーの外部への伝達も防ぐことができると推定される。
よって、ステータ支持部３０を発泡体によって形成し、その密度を例えば０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下に小さくすることにより、振動アクチュエータの駆動効率を向上させることができる。
また、ステータ支持部３０に発泡体を用いることにより、製品を軽量化できる。
【００２３】
ステータ支持部３０を形成する素材の反発弾性率についても、振動アクチュエータを実際に駆動して、所定の出力を得るために必要な電力を測定した。測定に使用した実施例５、実施例６、比較例３、比較例４の振動アクチュエータは、実施例１と略同形状であるが、ステータ支持部３０を形成する発泡体の反発弾性率の点でのみ異なる。よって、実施例１と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する部分の説明は適宜省略する。
【００２４】
実施例５、実施例６、比較例３、比較例４の振動アクチュエータのステータ支持部３０は、ポリウレタンを主原料とする発泡体により形成され、その反発弾性率は、比較例３のステータ支持部３０は例えば１８％、比較例４のステータ支持部３０は例えば２７％、実施例５のステータ支持部３０は例えば３０％、実施例６のステータ支持部３０は例えば３３％である。
【００２５】
図４は、実施例５、実施例６、比較例３、比較例４の振動アクチュエータの測定結果を示す表である。
なお、比較例３の振動アクチュエータを駆動し、所定の出力を得るために必要とした電力を基準値とし、各振動アクチュエータが必要とした電力を相対値で示した。
測定結果より、ステータ支持部３０を形成する発泡体の反発弾性率が高くなるにつれ、振動アクチュエータを駆動し所定の出力を得るために必要な電力は小さくなり、発泡体の反発弾性率を例えば３０％以上とした実施例５、実施例６の振動アクチュエータは、発泡体の反発弾性率を例えば１８％とした比較例３の振動アクチュエータに比べ、約６７％から約６８％の電力で、所定の出力を得ることができるという結果が得られた。
【００２６】
これは、反発弾性率が高い発泡体をステータ支持部３０に適用することにより、ステータ部１０の振動が他の部材へ伝播して吸収される振動エネルギーが減少したからであると推定される。
よって、ステータ支持部３０を形成する発泡体の反発弾性率を例えば３０％以上とすることにより、振動アクチュエータの駆動効率を向上させることができる。
【００２７】
（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）実施例１から実施例６において、圧電素子１２と加圧部４０の加圧板４１との間に、ステータ支持部３０を設ける例を示したが、これに限らず、ロータ部２０のステータ部１０側とは反対側に、相対運動部材側支持部としてロータ支持部を設けてもよい。
また、ステータ支持部３０、ロータ支持部をともに設けてもよい。
【００２８】
（２）実施例１から実施例６において、ステータ支持部３０を形成する発泡体の主原料として、ポリエチレン、クロロプレンゴム、ポリウレタンを用いる例を示したが、これに限らず、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフェノール、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコンゴムの少なくとも１つを含めばよい。
【００２９】
（３）実施例１から実施例４において、ステータ支持部３０を形成する発泡体は、その密度が例えば０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下である例を示し、実施例５、実施例６において、その反発弾性率が例えば３０％以上である例を示したが、これに限らず、ステータ支持部３０を形成する発泡体は、その密度が例えば０．４×１０3ｋｇ／ｍ3以下であり、なおかつ、その反発弾性率が例えば３０％以上としてもよい。
【００３０】
（４）実施例１から実施例６において、ステータ支持部３０は、打ち抜き加工により成形する例を示したが、これに限らず、例えば、射出成形等の他の加工方法を用いて成形してもよい。
【００３１】
（５）実施例１から実施例６において、ステータ支持部３０は、発泡体を単体で使用する例を示したが、これに限らず、例えば、発泡体にフィルムを接合したものを使用してもよい。
【００３２】
（６）実施例１から実施例６において、発泡体は、回転型振動アクチュエータのステータ支持部３０に適用される例を示したが、これに限らず、例えば、リニア型振動アクチュエータの振動体及び相対運動部材の支持部材に適用してもよいし、ねじり結合子型振動アクチュエータの振動体及び相対運動部材の支持部材に適用してもよい。
【００３３】
（７）実施例１から実施例６において、振動アクチュエータは、超音波領域の振動を利用した振動アクチュエータである例を示したが、これに限らず、利用する振動の周波数領域は可聴域であってもよく、例えば、超音波領域の振動を利用しない電気機械変換アクチュエータとしてもよい。
【００３４】
（８）実施例１から実施例６において、多孔質弾性材料は、断面が略矩形のリング形状である例を示したが、これに限らず、他の形状であってもよい。例えば、ステータ側に対向する面に、ウェーブ、エンボス加工等を施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による実施例１の振動アクチュエータの斜視図である。
【図２】本発明による実施例１の振動アクチュエータの断面図である。
【図３】本発明による実施例１から実施例４及び比較例１、比較例２の振動アクチュエータの測定結果を示す表である。
【図４】本発明による実施例５、実施例６、比較例３、比較例４の振動アクチュエータの測定結果を示す表である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    ステータ部
１１    弾性体
１２    圧電素子
１３    フレキシブルプリント基板
２０    ロータ部
３０    ステータ支持部
４０    加圧部
４１    加圧板
４２    ばね
５０    固定部材
【図１】
2006081371.tif 000003
【図２】
2006081371.tif 000004
【図３】
2006081371.tif 000005
【図４】
2006081371.tif 000006