(57)【要約】【課題】レンズ群の移動方向に応じて振動型アクチュエータの駆動条件を変えることなくレンズ群を移動方向によらずに同等の速度で駆動する。【解決手段】振動体１１と被駆動体１２とを有する振動型アクチュエータ１において、振動体１１は、平板状の弾性体１１２と、弾性体１１２の一方の面に設けられて被駆動体１２と当接する突起部１１２ａ，１１２ｂと、弾性体１１２の他方の面に接着された圧電素子１１１とを有する。突起部１１２ａ，１１２ｂを、弾性体１１２の厚み方向と振動体１１と被駆動体１２の相対的な移動方向の両方向と直交する方向に略平行な節線を有する振動モードを含む駆動振動が励起されたときの節線の位置から移動方向へ所定の距離ずれた位置に設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦部材に加圧接触させた振動体に駆動振動が励起されることで前記振動体と前記摩擦部材とが相対的に移動する振動型アクチュエータであって、
前記振動体は、
平板状の弾性体と、
前記弾性体の一方の面に該弾性体の厚み方向に突出するように設けられ、前記摩擦部材と当接する突起部と、
前記弾性体の他方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子と、を有し、
前記弾性体の厚み方向と前記振動体と前記摩擦部材の相対的な移動方向の両方向と直交する方向に略平行な節線を有する振動モードを含む前記駆動振動が励起されたときの前記節線の位置から前記移動方向へ所定の距離ずれた位置に前記突起部が設けられていることを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記所定の距離は、前記振動モードの波長の１／４未満であ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。
【請求項３】
複数の前記突起部が、前記移動方向において前記節線の位置から一律にずれた位置に設けられている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。
【請求項４】
前記移動方向における前記複数の突起部の間隔は、前記振動モードの波長の略整数倍であ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。
【請求項５】
摩擦部材に加圧接触させた振動体に駆動振動が励起されることで前記振動体と前記摩擦部材とが相対的に移動する振動型アクチュエータであって、
前記振動体は、
弾性体と、
前記弾性体の一方の面に該弾性体の厚み方向に突出するように設けられ、前記摩擦部材と当接する突起部と、
前記弾性体の他方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子と、を有し、
前記突起部は、前記弾性体の厚み方向と前記振動体と前記摩擦部材の相対的な移動方向の両方向を含む面内において前記突起部の先端が楕円運動を行うように前記振動体に駆動振動を励起したときに、前記面内での前記突起部の先端の楕円軌跡が前記楕円軌跡の中心を通り且つ前記厚み方向と平行な軸について線対称とならない位置に設けられていることを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
レンズを保持し、前記振動型アクチュエータにより光軸方向に駆動されるレンズ保持部材と、
前記レンズ保持部材を前記光軸方向の第１の方向に付勢する付勢部材と、
前記レンズ保持部材の前記光軸方向に案内する案内部材と、を備え、
前記振動型アクチュエータにおいて、前記突起部は、前記節線の位置から前記第１の方向とは反対の方向である第２の方向へ所定の距離ずれた位置に設けられていることを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項７】
請求項５に記載の振動型アクチュエータと、
レンズを保持し、前記振動型アクチュエータにより光軸方向に駆動されるレンズ保持部材と、
前記レンズ保持部材を前記光軸方向の第１の方向に付勢する付勢部材と、
前記レンズ保持部材の前記光軸方向に案内する案内部材と、を備え、
前記振動型アクチュエータにおいて、前記突起部の先端が楕円運動を行って前記摩擦部材に接触するときの力の前記移動方向の成分が、前記楕円運動の回転方向にかかわらず、前記第１の方向を向いていることを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のレンズ駆動装置を備え、
前記案内部材と前記振動型アクチュエータの前記摩擦部材とが固定され、前記レンズ保持部材と前記振動型アクチュエータにおいて前記振動体を保持する振動体保持部材とが連結されていることを特徴とする光学機器。
【請求項９】
請求項１乃至５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により駆動される駆動対象物と、を備えることを特徴とする電子機器。
【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、レンズ駆動装置、光学機器及び電子機器に関し、特に、振動型アクチュエータを用いてレンズ等の駆動対象物を移動させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型軽量で駆動力が大きく、広い速度レンジを有し、静音駆動が可能である等の特徴を有する振動型アクチュエータは、例えば、デジタルカメラ等の光学機器（撮像装置）でのレンズ駆動に採用されている。振動型アクチュエータには、様々な構造のもの知られている。例えば、特許文献１には、板状の弾性体の一方の面に突起部が設けられ、他方の面に圧電素子が接合された構造を有する振動体を備え、突起部の先端が被駆動体と加圧接触する構造を有する振動型アクチュエータが記載されている。この振動型アクチュエータでは、圧電素子に交流電圧を印加して突起部の先端に楕円運動を発生させ、突起部が被駆動体に推力（摩擦力）を与えることにより、振動体と被駆動体とを相対的に移動させることができる。
【０００３】
ところで、特許文献２には、レンズ群と、レンズ群を移動させるための送り棒と、送り棒に貫通支持されたレンズ移動枠と、付勢バネによってレンズ群を光軸方向に付勢して片寄せする機構を備えたレンズ鏡筒が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０４８８７号公報
【特許文献２】特開平４−３４２２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された振動型アクチュエータを特許文献２に記載されたレンズ鏡筒に適用して、レンズ群を光軸方向に駆動する構成を考える。特許文献２に記載されたレンズ鏡筒では、レンズ群を光軸方向で移動させるときの駆動負荷が、付勢バネがレンズ群を付勢する方向とその逆方向とで異なる。よって、付勢バネがレンズ群を付勢する方向とその逆方向とでレンズ群の移動速度を同じにするためには、レンズ群の移動方向に応じて駆動条件を変える必要がある。換言すれば、振動型アクチュエータの駆動条件をレンズ群の移動方向に関係なく一定とした場合には、レンズ群の移動方向によって移動速度に差が生じてしまうという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、駆動対象物が移動方向の一方の方向に付勢されている場合に、振動型アクチュエータの駆動条件を変えることなく、駆動対象物を移動方向によらずに同等な速度で駆動可能な振動型アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る振動型アクチュエータは、摩擦部材に加圧接触させた振動体に駆動振動が励起されることで前記振動体と前記摩擦部材とが相対的に移動する振動型アクチュエータであって、前記振動体は、平板状の弾性体と、前記弾性体の一方の面に該弾性体の厚み方向に突出するように設けられ、前記摩擦部材と当接する突起部と、前記弾性体の他方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子と、を有し、前記弾性体の厚み方向と前記振動体と前記摩擦部材の相対的な移動方向の両方向と直交する方向に略平行な節線を有する振動モードを含む前記駆動振動が励起されたときの前記節線の位置から前記移動方向へ所定の距離ずれた位置に前記突起部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、駆動対象物が移動方向の一方の方向に付勢されている場合に、振動型アクチュエータの駆動条件を変えることなく、駆動対象物を移動方向によらずに同等な速度で駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の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図である。
【図２】図１の振動型アクチュエータが備える振動体の概略構成を説明する図である。
【図３】従来例に係る振動体に励起される駆動振動の態様を説明する図である。
【図４】本実施形態での振動体に励起される駆動振動の態様を説明する図である。
【図５】従来例に係る振動体の突起部の先端に生じる振動変位を説明する図である。
【図６】本実施形態での振動体の突起部の先端に生じる振動変位を説明する図である。
【図７】従来例に係る振動体が摩擦部材に与える推力の作用を説明する図である。
【図８】本実施形態での振動体が摩擦部材に与える推力の作用を説明する図である。
【図９】振動型アクチュエータの速度−推力線図を従来例と実施例とで比較して説明する図である。
【図１０】本実施形態に係るレンズ駆動装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータ１の分解斜視図である。なお、図１（ａ）に示すように、互いに直交するｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向を規定する。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す断面Ａでの断面図（ｚｘ断面図）である。ｘ軸方向は、後述するように、振動型アクチュエータ１を構成する振動体１１と被駆動体１２との相対的な移動方向である。ｚ軸方向は、振動体１１を構成する弾性体１１２の厚み方向であり、弾性体１１２に設けられた突起部１１２ａ，１１２ｂの突出方向である。ｙ軸方向は、ｘ軸方向とｚ軸方向の両方向と直交する方向であり、弾性体１１２の幅方向でもある。
【００１１】
振動型アクチュエータ１は、振動体１１、被駆動体１２、ネジ１３、振動体保持部材１４、加圧ユニット１５、転動部材１６、カバープレート１７及びネジ１８を備える。振動体１１は、圧電素子１１１と弾性体１１２を備える。電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１１１は、例えば、矩形で平板状の圧電セラミックスの表裏面に所定の形状の電極膜が形成された構造を有する。圧電セラミックスとしては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられ、圧電セラミックスは、厚み方向であるｚ軸方向に分極されている。圧電素子１１１は、矩形で平板状の弾性体１１２の一方の面に接着剤を用いて接着されている。弾性体１１２は、例えば、ステンレス鋼（ステンレス鋼板）等からなる。弾性体１１２において圧電素子１１１が接着されている面の反対側の面には、長手方向（ｘ軸方向）に所定の間隔で２カ所に突起部１１２ａ，１１２ｂが形成されている。また、弾性体１１２の長手方向端にはそれぞれ、振動体１１を振動体保持部材１４に接合するための被接合部１１２ｃ，１１２ｄが形成されている。振動体１１に励起する駆動振動については後述する。
【００１２】
被駆動体１２は、摩擦部材１２１と摩擦部材固定部１２２を備える。摩擦部材１２１は、摩擦部材固定部１２２に対してネジ１３を用いて固定されているが、固定方法は限定されない。振動体１１の突起部１１２ａ，１１２ｂは、加圧ユニット１５からの加圧力によって摩擦部材１２１に当接している。詳細は後述するが、突起部１１２ａ，１１２ｂの先端に、ｚｘ面内での楕円運動を励起して、突起部１１２ａ，１１２ｂから摩擦部材１２１へ推力（摩擦力）を与えることで、振動体１１と被駆動体１２とをｘ軸方向において相対的に移動させることができる。振動体１１と被駆動体１２との相対移動を滑らかに行うと共に十分な耐久性を得る観点から、摩擦部材１２１において突起部１１２ａ，１１２ｂと加圧接触する摺動面は、平滑で且つ高硬度であることが望ましい。そのため、本実施形態では、摩擦部材１２１には、例えば、ステンレス鋼板が用いられている。なお、摩擦部材固定部１２２には、例えば、樹脂成形体を用いることができる。
【００１３】
振動体保持部材１４は、例えば、樹脂からなる。弾性体１１２の被接合部１１２ｃ，１１２ｄには穴部が形成されており、振動体保持部材１４には被接合部１１２ｃ，１１２ｄに形成された穴部と嵌合する凸部が形成されている。被接合部１１２ｃ，１１２ｄの穴部と振動体保持部材１４の凸部とを嵌合させて接着剤等により接着することにより、振動体１１は振動体保持部材１４に固定される。
【００１４】
加圧ユニット１５は、加圧板１５１と加圧部材１５２を備える。加圧板１５１は、フェルト等の弾性部材からなり、加圧部材１５２からの加圧力（付勢力）を圧電素子１１１に均等に付与すると共に振動体１１に励起した駆動振動の加圧部材１５２への伝達を抑制する。加圧部材１５２は、例えば、コイルばねであり、加圧板１５１と振動体保持部材１４との間に圧縮変形した状態で組み込まれている。よって、加圧部材１５２が伸びようとする力が加圧板１５１を介して振動体１１に伝達されることにより、突起部１１２ａ，１１２ｂの先端は摩擦部材１２１の摺動面に加圧接触する。振動体保持部材１４において振動体１１が配置される面の反対側の面には、転動部材１６が配置される案内溝１４ａが設けられている。
【００１５】
カバープレート１７は、ネジ１８（又はビス等）を用いて摩擦部材固定部１２２に固定される。このとき、転動部材１６であるボールが、振動体保持部材１４に設けられた案内溝１４ａとカバープレート１７の間に嵌入される。これにより、振動体１１、振動体保持部材１４及び加圧ユニット１５は、一体となって案内溝１４ａに案内されて、被駆動体１２に対して相対的にｘ軸方向に移動可能となっている。
【００１６】
なお、図１に示す構成は本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの構成の一例であって、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの構成は、図１で示す構成に限定されない。例えば、振動体１１を摩擦部材１２１に加圧接触させる構成は、加圧部材１５２が伸びようとする力で加圧板１５１を押す構成ではなく、加圧部材１５２が縮もうとする力で加圧板１５１を引っ張る構成であってもよい。また、振動体１１が移動する構成ではなく、摩擦部材１２１が移動する構成でもよい。
【００１７】
次に、振動体１１における突起部１１２ａ，１１２ｂの位置と振動体１１に励起する駆動振動について説明する。図２（ａ）は、振動体１１の側面図である。図２（ｂ）は、振動体１１の正面図である。図２（ｃ）は、振動体１１の底面図である。図２（ａ），（ｃ）に破線で示される突起部１１２ａ０，１１２ｂ０はそれぞれ、従来例（上記特許文献１）に係る振動体の突起部を示している。図３は、従来例に係る振動体１１´を簡略化し、振動体１１´に励起される駆動振動の態様を説明する図である。図３（ａ）は、振動体１１´をｙ軸方向から見た図（側面図）であり、図３（ｂ）は、振動体１１´をｘ軸方向から見た図（正面図）である。また、図４は、本実施例での振動体１１を簡略化し、振動体１１に励起される駆動振動の態様を説明する図である。図４（ａ）は、振動体１１をｙ軸方向から見た図（側面図）であり、図４（ｂ）は、振動体１１をｘ軸方向から見た図（正面図）である。
【００１８】
従来例に係る振動体に励起される駆動振動と突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の動きと、本実施形態での振動体１１に励起される駆動振動と突起部１１２ａ，１１２ｂの動きとを比較して説明する。図２、図３及び図４において、位置Ｍ，Ｐは、振動体１１´が備える突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の中心のｘ軸方向での位置を表している。また、位置Ｏは、振動体１１，１１´のｘ軸方向での中心を表しており、振動体１１，１１´で共通している。位置Ｌは、振動体１１，１１´のｙ軸方向での中心を表しており、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の中心のｙ軸方向での位置であり、突起部１１２ａ，１１２ｂの中心のｙ軸方向での位置でもある。また、図２及び図４において、位置Ｎ，Ｑは、振動体１１が備える突起部１１２ａ，１１２ｂの中心のｘ軸方向での位置を表している。ｘ軸方向における位置Ｍと位置Ｎの間隔及び位置Ｐと位置Ｑの間隔は共に所定の距離δとなっている。
【００１９】
振動体１１，１１´には同じ駆動振動が励起される。駆動振動は、２つ振動モードとの振動を同時に振動体１１，１１´に励起させることによって生じさせることができる。１つの振動モードは、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、ｘ軸方向にｙ軸と略平行な３つの節線を持つ固有振動モード（モード１（一次の面外曲げ振動モード））である。そして、別の１つの振動モードは、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、ｙ軸方向にｘ軸と略平行な２つの節線を持つ固有振動モード（モード２（二次の面外曲げ振動モード））である。なお、図３及び図４では、各振動モードでの振動体１１，１１´の変形の様子を誇張して示している。
【００２０】
突起部１１２ａ０，１１２ｂ０は、モード１の振動によりｘ軸方向に振動し、モード２の振動によりｙ軸方向に振動する。よって、モード１とモード２の各振動を所定の位相差で同時に励起することにより、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の先端がｚｘ面内で楕円軌跡を描く運動（楕円運動）が生じる駆動振動を振動体１１´に生じさせることができる。これと同様に、突起部１１２ａ，１１２ｂの先端にも、モード１とモード２の各振動を所定の位相差で同時に励起することによって、楕円運動を生じさせることができる。
【００２１】
位置Ｍ，Ｏ，Ｐはモード１の振動の節線の位置（以下「節位置」という）に対応しており、位置Ｌはモード２の振動の腹位置に対応している。従来例に係る突起部１１２ａ０と１１２ｂ０の中心のｘ軸方向での位置は位置Ｍ，Ｐと合致し、ｙ軸方向での位置は位置Ｌと合致している。一方、本実施形態での突起部１１２ａ，１１２ｂの中心のｘ軸方向での位置は位置Ｍ，Ｐから距離δだけ一律にｘ軸方向にずれた位置Ｎ，Ｑと合致しており、ｙ軸方向での位置は位置Ｌと合致している。ここで、２つの突起部１１２ａ，１１２ｂの間隔ｄは、モード１の波長の略整数倍（但し、ゼロを除く）に設定されている。なお、突起部１１２ａ，１１２ｂと突起部１１２ａ０，１１２ｂ０とでは、振動体１１，１１´でのＸ軸方向での位置が異なることによって、それぞれの先端に生じる楕円運動の軌跡に違いが生じることとなり、その詳細については後述する。
【００２２】
次に、本実施形態での振動体１１の動作について、従来例に係る振動体１１´の動作と比較して説明する。図５（ａ）は、モード１，２の振動の位相差を略π／２（略９０°）に設定して従来例に係る振動体１１´に駆動振動を励起したときの突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の先端の振動変位を説明する図である。図５（ｂ）は、モード１，２の振動を位相差を略π／２に設定して振動体１１´に駆動振動を励起したときの突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の先端の振動変位の軌跡を説明する図である。
【００２３】
従来例に係る振動体１１´では、上述したように、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の中心は、モード１の振動の節位置にあり、且つ、モード２の振動の腹位置にある。図３に示すように、振動体１１´にモード１の振動を励起すると、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の先端には、ｘ軸方向の変位を主成分とし、ｙ軸方向及びｚ軸方向の変位が十分に小さい振動変位が生じる。また、振動体１１´にモード２の振動を励起すると、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０には、ｚ軸方向の変位を主成分とし、ｘ軸方向及びｙ軸方向の変位が十分に小さい振動変位が生じる。よって、モード１，２の振動の位相差を略π／２に設定した場合、図５（ａ）に示すように、ｘ軸方向の振動変位とｚ軸方向の振動変位の振動位相φ´も略π／２となる。その結果、図５（ｂ）に示すように、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の先端にｚｘ面内で楕円運動を生じさせることができ、このときの楕円軌跡は、ｚ軸に平行で楕円中心を通る軸について略線対称な形状となる。なお、モード１，２の位相差を＋π／２にした場合と−π／２にした場合とでは、楕円運動の回転方向が逆となる。
【００２４】
図６（ａ）は、モード１，２の振動の位相差を略π／２に設定して本実施形態での振動体１１に駆動振動を励起したときの突起部１１２ａ，１１２ｂの先端の振動変位を説明する図である。図６（ｂ）は、モード１，２の振動を位相差をπ／２に設定して振動体１１に駆動振動を励起したときの突起部１１２ａ，１１２ｂの先端の振動変位の軌跡を説明する図である。
【００２５】
振動体１１では、突起部１１２ａ，１１２ｂの中心が、モード２の振動に関しては腹位置にあるが、モード１の振動に関しては節位置から距離δだけずれた位置にある。図４に示すように、振動体１１にモード２の振動を励起した場合には、従来例に係る振動体１１´と同様に、突起部１１２ａ，１１２ｂには、ｚ軸方向の変位を主成分とし、ｘ軸方向及びｙ軸方向の変位が十分に小さい振動変位が生じる。この場合の振動変位は、図６（ａ）の上段に実線で示されている。一方、振動体１１にモード１の振動を励起すると、突起部１１２ａ，１１２ｂの先端には、ｙ軸方向の変位は十分に小さいが、ｘ軸方向及びｚ軸方向に変位を有する振動変位が生じる。
【００２６】
よって、モード１，２の振動の位相差を略π／２に設定すると、図６（ａ）の下段に示すように、振動変位のｚ軸方向成分は、モード１の振動変位のｚ軸方向成分（実線）とモード２の振動変位のｚ軸方向成分（破線）を重ね合わせた振動変位（一点鎖線）となる。その結果、ｘ軸方向の振動変位とｚ軸方向の振動変位との振動位相φはπ／２未満となり、突起部１１２ａ，１１２ｂの先端がｚｘ面内で描く楕円軌跡は、図６（ｂ）に示すように、ｚ軸に平行で楕円中心を通る軸について線対称ではない非対称形状となる。なお、突起部１１２ａ，１１２ｂのｘ軸方向の間隔ｄは前述の通りにモード１の波長の略整数倍に設定されているため、突起部１１２ａの先端が描く楕円軌跡の形状と突起部１１２ｂの先端が描く楕円軌跡の形状は、図６（ｂ）に示した形状で略一致する。
【００２７】
振動型アクチュエータ１において、振動体１１は加圧ユニット１５によって摩擦部材１２１側へ加圧されており、突起部１１２ａ，１１２ｂは摩擦部材１２１と加圧接触している。よって、突起部１１２ａ，１１２ｂの先端に上述の通りに楕円運動を励起すると、突起部１１２ａ，１１２ｂから摩擦部材１２１へ推力が与えられる。こうして、一体となった振動体１１、振動体保持部材１４及び加圧ユニット１５と、一体となった被駆動体１２及びカバープレート１７と、をｘ軸方向において相対移動させることができる。その際に、振動体１１が摩擦部材１２１に対して与える推力の作用について、従来例に係る振動体１１´が摩擦部材１２１に対して与える推力の作用と比較して、以下に説明する。
【００２８】
図７は、従来例に係る振動体１１´が摩擦部材１２１に与える推力の作用を説明する図である。図７（ａ），（ｂ）では、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の楕円運動の回転方向が逆となっている。図８は、本実施形態での振動体１１が摩擦部材１２１に与える推力の作用を説明する図である。図８（ａ），（ｂ）では、突起部１１２ａ，１１２ｂの楕円運動の回転方向が逆となっている。なお、図７及び図８ではそれぞれ、振動体１１´，１１の構造を簡略化し、振動体１１´，１１の変形の様子を誇張して表している。
【００２９】
図７（ａ）では、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の回転方向が摩擦部材１２１の摺動面に対してｘ軸方向の負方向であるため、摩擦部材１２１が固定されていると仮定した場合には、振動体１１´はｘ軸方向の正方向に移動する。このときの無負荷速度をｖａ´とする。図７（ｂ）では、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の回転方向が摩擦部材１２１の摺動面に対してｘ軸方向の正方向であるため、摩擦部材１２１が固定されていると仮定した場合には、振動体１１´はｘ軸方向の負方向に移動する。このときの無負荷速度をｖｂ´とする。同様に、図８（ａ）では、突起部１１２ａ，１１２ｂの回転方向が摩擦部材１２１の摺動面に対してｘ軸方向の負方向であるため、摩擦部材１２１が固定されていると仮定した場合には、振動体１１はｘ軸方向の正方向に移動する。このときの無負荷速度をｖａとする。図８（ｂ）では、突起部１１２ａ，１１２ｂの回転方向が摩擦部材１２１の摺動面に対してｘ軸方向の正方向であるため、摩擦部材１２１が固定されていると仮定した場合には、振動体１１はｘ軸方向の負方向に移動する。このときの無負荷速度をｖｂとする。
【００３０】
従来例に係る振動体１１´の突起部１１２ａ０，１１２ｂ０が、図７（ａ）に示すように摩擦部材１２１に接触するときの力の向きをｆａ´とし、このときに摩擦部材１２１の摺動面に対して作用する推力のｘ軸方向の力をｆａｘ´とする。また、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０が、図７（ｂ）に示すように摩擦部材１２１に接触するときの力の向きをｆｂ´とし、このときに摩擦部材１２１の摺動面に作用するｘ軸方向の力をｆｂｘ´とする。すると、力ｆａｘ´はｘ軸の負方向を向き、力ｆｂｘ´はｘ軸の正方向を向き、力ｆａｘ´，ｆｂｘ´の向きは互いに逆向きとなる。このとき、図５（ｂ）に示したように、突起部１１２ａ０，１１２ｂ０の先端が描く楕円軌跡は、ｚ軸に平行で楕円中心を通る軸について略線対称な形状であるため、力ｆａｘ´の大きさと力ｆｂｘ´の大きさは略一致する。したがって、無負荷速度ｖａ´と無負荷速度ｖｂ´は略一致する。
【００３１】
一方、本実施形態での振動体１１の突起部１１２ａ，１１２ｂが、図８（ａ）に示すように摩擦部材１２１に接触するときの力をｆａとし、このときに摩擦部材１２１の摺動面に対して作用するｘ軸方向の力をｆａｘとする。また、突起部１１２ａ，１１２ｂが、図８（ｂ）に示すように摩擦部材１２１に接触するときの力をｆｂとし、このときに摩擦部材１２１の摺動面に対して作用するｘ軸方向の力をｆｂｘとする。力ｆａｘはｘ軸の負方向を向いており、ｘ軸の負方向は突起部１１２ａ，１１２ｂが摩擦部材１２１の摺動面上を移動する方向であるため、力ｆａｘは振動体１１のｘ軸の正方向への移動を促進するように作用する。これに対して、力ｆｂｘはｘ軸の負方向を向いており、ｘ軸の負方向は突起部１１２ａ，１１２ｂが摩擦部材１２１の摺動面上を移動する方向とは逆方向であるため、力ｆｂｘは振動体１１のｘ軸の負方向への移動を抑制するように作用する。その結果、無負荷速度ｖｂは無負荷速度ｖａよりも遅くなり、この点で、振動体１１の駆動特性は従来例に係る振動体１１´の駆動特性と異なる。なお、突起部１１２ａ，１１２ｂが描く楕円軌跡の形状は略一致しているため、突起部１１２ａ，１１２ｂが送り出す力は干渉（相殺）せず、よって、突起部１１２ａ，１１２ｂの先端の楕円運動による力を効率的に摩擦部材１２１に伝達することができる。
【００３２】
図９（ａ）は、従来例に係る振動体１１´を備える振動型アクチュエータの速度−推力線図である。図９（ｂ）は、本実施形態での振動体１１を備える振動型アクチュエータ１の速度−推力線図である。以下の説明では、図７及び図８を参照して説明したときの、摩擦部材１２１が固定されて振動体１１，１１´がｘ軸方向に移動すること、を前提とする。図９（ｂ）において、振動体１１がｘ軸の正方向に移動するときの速度と推力の関係は実線で表されており、振動体１１がｘ軸の負方向に移動するときの速度と推力の関係は破線で表されている。
【００３３】
図９（ａ）に示すように、振動体１１´に対する負荷が無負荷（Ｔ＝０）のとき、振動体１１´がｘ軸の正方向に移動するときの無負荷速度ｖａ´と負方向に移動するときの無負荷速度ｖｂ´は略同じ速度ｖとなる。これに対して、図９（ｂ）に示すように、振動体１１に対する負荷が無負荷のとき、振動体１１がｘ軸の正方向に移動するときの無負荷速度ｖａは、ｘ軸の負方向に移動するときの無負荷速度ｖｂよりも大きい。一方、突起部１１２ａ，１１２ｂの摩擦部材１２１に対する静止摩擦力は同等であるため、振動体１１の移動方向に関係なく、停止トルクＴｓは一致する。
【００３４】
振動体１１，１１´のそれぞれに対する負荷がｘ軸の正方向と負方向とで異なり、図９に示すように、一方の方向（正方向）では駆動負荷がＴ１であり、他方の方向（負方向）では駆動負荷がＴ２であり、Ｔ１＞Ｔ２、の関係が成り立っているとする。この場合、従来例に係る振動体１１´では、駆動負荷Ｔ１が作用している方向への移動速度はｖ１´となり、駆動負荷Ｔ２が作用している方向への移動速度がｖ２´となって、移動方向によって移動速度に大きな差が生じる。これに対して、本実施形態での振動体１１では、無負荷速度がｖａ（＞ｖｂ）となる方向を駆動負荷がＴ１となる方向と一致させ、無負荷速度がｖｂとなる方向を駆動負荷がＴ２となる方向と一致させる。これにより、駆動負荷Ｔ１が作用している方向への移動速度ｖ１と、駆動負荷Ｔ２が作用している方向への移動速度ｖ２との差を小さくすることができる。つまり、本実施形態に係る振動型アクチュエータ１では、振動体１１と被駆動体１２とを相対移動させる各移動方向で駆動負荷が異なる場合に、振動体１１を駆動するための交流電圧の制御を行うことなく、各移動方向での移動速度の差を小さくすることができる。
【００３５】
次に、振動型アクチュエータ１の適用例について、デジタルカメラ等の撮像装置が備えるレンズ鏡筒の内部に装備されるレンズ駆動装置を取り上げて説明する。図１０は、レンズ鏡筒の内部に装備されるレンズ駆動装置４０の概略構成を示す断面図である。レンズ駆動装置４０は、振動型アクチュエータ１、被駆動部９１、付勢部材９２及び案内部材９３を備える。なお、図１０では、振動型アクチュエータ１の構成を簡略的に表している。振動型アクチュエータ１は、振動体１１と被駆動体１２との相対的な移動方向（ｘ軸方向）が光軸方向と一致する（ｘ軸と光軸とが略平行となる）ように、レンズ鏡筒内に配置されている。また、被駆動体１２は、レンズ鏡筒の不図示のフレーム等に固定されており、振動型アクチュエータ１を駆動したときには、被駆動体１２に対して振動体１１を保持した振動体保持部材１４がｘ軸方向（光軸方向）に移動可能となっている。
【００３６】
被駆動部９１は、レンズ９１１とレンズ保持部材９１２を有する。レンズ９１１は、例えば、フォーカスレンズ又はズームレンズである。フォーカスレンズを光軸方向に移動させることにより、所望する被写体にピントを合わせる（合焦させる）ことができる。また、ズームレンズを光軸方向に移動させることにより、撮影画角を変更することができる。なお、ここでは、被駆動部９１として１枚のレンズ９１１を備える構成を示しているが、被駆動部９１は、複数枚のレンズからなるレンズ群がレンズ保持部材９１２に保持された構成であってもよい。
【００３７】
２本の案内部材９３はそれぞれ、例えば、円柱形状の棒状部材であり、スラスト方向（軸方向）がレンズ９１１の光軸方向と平行となるように、不図示のフレーム等に配置されている。レンズ９１１を保持するレンズ保持部材９１２は、振動体保持部材１４に連結されると共に、２本の案内部材９３に対して光軸方向に移動可能に嵌合している。よって、振動型アクチュエータ１を駆動して振動体１１を被駆動体１２に対して相対移動させることにより、被駆動部９１を光軸方向に移動させることができる。
【００３８】
レンズ駆動装置４０に実装された振動型アクチュエータ１の構成は、図２及び図８に示した構成と同じである。つまり、振動体１１の突起部１１２ａ，１１２ｂのｘ軸方向での位置は、モード１の振動の節位置からｘ軸方向の正方向（第２の方向）に距離δだけ一律にずれた位置に設けられている。換言すれば、振動体１１の突起部１１２ａ，１１２ｂは、モード１振動の節位置から付勢部材９２による付勢方向の逆方向に距離δだけずれた位置に設けられている。また、距離δは、モード１の振動の波長の１／４未満に設定されている。その他の構成は、図２を参照して説明した構成に準ずる。
【００３９】
ここで、レンズ保持部材９１２と振動体保持部材１４の連結部分に嵌合隙間が生じないように、レンズ保持部材９１２は付勢部材９２により常にｘ軸方向の負方向（第１の方向）へ付勢されている。つまり、付勢部材９２には、縮もうとする力が常に生じている。なお、本実施形態では、付勢部材９２としてコイルばねを用いているが、これに限定されるものではない。２本の案内部材９３の一方を付勢部材９２であるコイルばねに挿通させ、コイルばねの一端は、レンズ保持部材９１２に固定され、他端はレンズ鏡筒の不図示のフレーム等に固定される。
【００４０】
レンズ保持部材９１２が付勢部材９２によりｘ軸方向の負方向に常に付勢されているため、レンズ保持部材９１２をｘ軸方向の正方向に移動させるために振動体１１をｘ軸方向の正方向に移動させる際には、付勢部材９２の付勢力に逆らう力が必要となる。そのため、振動体１１をｘ軸方向の正方向に移動させるための駆動負荷は、振動体１１をｘ軸方向の負方向に移動させるための駆動負荷よりも大きくなる。
【００４１】
そこで、振動体１１をｘ軸方向の正方向に移動させる際には、図８（ａ）に示したように突起部１１２ａ，１１２ｂの先端がｚｘ面内で時計回りの楕円軌跡を描くように駆動する。これにより、振動体１１をｘ軸方向の正方向に移動させる際の速度−推力線図を、図９（ｂ）中の実線で示す特性に設定することができる。また、振動体１１をｘ軸方向の負方向に移動させる際には、図８（ｂ）に示したように突起部１１２ａ，１１２ｂの先端がｚｘ面内で反時計回りの楕円軌跡を描くように駆動する。これにより、振動体１１をｘ軸方向の負方向に移動させる際の速度−推力線図を、図９（ｂ）中の破線で示す特性に設定することができる。よって、レンズ保持部材９１２を光軸方向において進退させるために振動体１１の移動方向をｘ軸方向の正方向／負方向で切り替えるときに、振動体１１を駆動するための交流電圧の制御を行うことなく、各移動方向での移動速度の差を小さくすることができる。
【００４２】
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。例えば、振動体１１について、２つの突起部１１２ａ，１１２ｂを備えるものについて説明したが、３つ以上の複数の突起部を備えるものであってもよいし、逆に１つの突起部しか備えていないものであってもよい。突起部が１つの場合でも、突起部は、ｘ軸方向におけるモード１の振動の節位置（位置Ｍ，Ｏ，Ｐ）からｘ軸の正方向に距離δだけずれた位置で、且つ、モード２の振動の腹位置に設ければよい。また、上記実施形態では、振動体が摩擦部材に対して直線的に相対移動するリニア駆動型の振動型アクチュエータを取り上げたが、本発明はリニア駆動型の振動型アクチュエータに限定して適用可能なものではない。例えば、円環状や円板状の摩擦部材を回転駆動させる構成の振動型アクチュエータであっても、被駆動体の駆動負荷が回転方向によって異なる場合に振動体１１を適用することで、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。図１０を参照して説明したレンズ駆動装置４０は、撮像装置のレンズ鏡筒に限らず、例えば、顕微鏡や望遠鏡、その他の種々の光学機器のレンズ駆動源として用いることができる。また、振動型アクチュエータにより駆動される駆動対象物はレンズ保持部材以外であってもよく、光学機器以外の電子機器にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１    振動型アクチュエータ
１１    振動体
１２    被駆動体
１５    加圧ユニット
４０    レンズ駆動装置
９２    付勢部材
９３    案内部材
１１１  圧電素子
１１２  弾性体
１１２ａ，１１２ｂ    突起部
１２１    摩擦部材
９１１    レンズ
９１２    レンズ保持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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