(57)【要約】【課題】ロストモーションの発生を抑制することができる超音波モータ及び超音波ステージを提供すること。【解決手段】振動により移動対象を移動させる超音波モータであって、移動対象と接触する複数の振動子と、移動対象の移動方向と直交する方向の第１の振動を励起する第１の信号と、移動対象の移動方向と平行な方向の第２の振動を励起する第２の信号との印加に応じて振動することにより複数の振動子を楕円振動させる弾性変形可能な振動体と、楕円振動の節および該節の近傍領域を含む節領域と当接して振動体を支持する支持手段と、支持部材と当接しつつ、振動体を移動対象へ向けて押し付けるための押付力を加えて振動体を保持する保持機構と、を備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動により移動対象を移動させる超音波モータであって、
前記移動対象と接触する複数の振動子と、
前記移動対象の移動方向と直交する方向の第１の振動を励起する第１の信号と、前記移動対象の移動方向と平行な方向の第２の振動を励起する第２の信号との印加に応じて振動することにより前記複数の振動子を楕円振動させる弾性変形可能な振動体と、
前記楕円振動の節および該節の近傍領域を含む節領域と当接して前記振動体を支持する支持手段と、
前記支持部材と当接しつつ、前記振動体を前記移動対象へ向けて押し付けるための押付力を加えて前記振動体を保持する保持機構と、
を備えたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動体と前記支持手段との間で前記押付力に応じた荷重が加えられた状態で固着される弾性変形可能な振動遮断部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記保持機構は、前記押付力を発生する弾性部材を有し、
前記支持手段には、前記弾性部材を挿通する挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記振動体は、圧電セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記支持手段は、金属材料を用いて形成される少なくとも一つの高剛性部材を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記支持手段は、前記節領域とそれぞれ当接して前記振動体を支持する二つの高剛性部材を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記支持手段は、前記節領域と当接して前記振動体を支持する一つの高剛性部材を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の超音波モータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の超音波モータと、
前記保持機構を保持する基台部と、
前記基台部に対して移動可能に取り付けられた前記移動対象である移動部と、
前記第１及び第２の信号を前記超音波モータに印加する駆動手段と、
指示信号に応じて前記第１及び第２の信号を前記超音波モータに印加するように前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波ステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータ及び超音波ステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体や生体試料など微細構造の観察には、顕微鏡がよく利用されている。顕微鏡でこれらの標本を観察する場合には、標本をステージ上に載置する。このとき、観察対象の標本を位置合わせするために、平面内で直交する２つの方向に移動可能なステージ（ＸＹステージ）が利用される。
【０００３】
ステージには、主に手動型と電動型があり、電動型ステージのアクチュエータとしては、一般的に電磁型モータが利用されている。また、近年は、電動型ステージのアクチュエータとして、高精度な位置決めが行える超音波モータを用いることも提案されている。
【０００４】
超音波モータを用いてステージを移動させる技術として、内部電極を有する圧電セラミックスを積層して所定の方向に分極処理を施すことによって縦振動（１次モードの縦振動）と屈曲振動（２次モードの屈曲振動）とを生成して楕円振動を発生する振動体を有するリニア型の超音波モータが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
超音波モータの振動体が効率よく楕円振動を発生してその動力をステージに伝達するためには、縦振動及び屈曲振動のエネルギーがステージ以外の外部に漏れて損失しないように振動体を保持する必要がある。振動体を保持する技術として、保持部分にゴムシートを挿入する技術が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１３６３１８号公報
【特許文献２】特許第３１８４１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２では、縦振動及び屈曲振動により変位しない二つの節に応じた位置とは異なる位置で振動体を保持しているため、縦振動及び屈曲振動のエネルギーがゴムシートの弾性変形につかわれてしまい、楕円振動を発生するためのエネルギーの損失が発生してしまう（以下、このエネルギー損失をロストモーションという）。このロストモーションが発生すると、ステージの移動量の精度が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ロストモーションの発生を抑制することができる超音波モータ及び超音波ステージ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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる超音波モータは、振動により移動対象を移動させる超音波モータであって、前記移動対象と接触する複数の振動子と、前記移動対象の移動方向と直交する方向の第１の振動を励起する第１の信号と、前記移動対象の移動方向と平行な方向の第２の振動を励起する第２の信号との印加に応じて振動することにより前記複数の振動子を楕円振動させる弾性変形可能な振動体と、前記楕円振動の節および該節の近傍領域を含む節領域と当接して前記振動体を支持する支持手段と、前記支持部材と当接しつつ、前記振動体を前記移動対象へ向けて押し付けるための押付力を加えて前記振動体を保持する保持機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる超音波モータは、上記の発明において、前記振動体と前記支持手段との間で前記押付力に応じた荷重が加えられた状態で固着される弾性変形可能な振動遮断部材をさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる超音波モータは、上記の発明において、前記保持機構は、前記押付力を発生する弾性部材を有し、前記支持手段には、前記弾性部材を挿通する挿通孔が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる超音波モータは、上記の発明において、前記振動体は、圧電セラミックスからなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる超音波モータは、上記の発明において、前記支持手段は、金属材料を用いて形成される少なくとも一つの高剛性部材を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる超音波モータは、上記の発明において、前記支持手段は、前記節領域とそれぞれ当接して前記振動体を支持する二つの高剛性部材を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる超音波モータは、上記の発明において、前記支持手段は、前記節領域と当接して前記振動体を支持する一つの高剛性部材を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる超音波ステージは、上記の発明にかかる超音波モータと、前記保持機構を保持する基台部と、前記基台部に対して移動可能に取り付けられた前記移動対象である移動部と、前記第１及び第２の信号を前記超音波モータに印加する駆動手段と、指示信号に応じて前記第１及び第２の信号を前記超音波モータに印加するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ロストモーションの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる倒立顕微鏡の全体構成及び内部構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる電動ステージの全体構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の概略斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の分解斜視図である。
【図６】図６は、図４のＡ−Ａ線の概略部分断面図である。
【図７】図７は、図３のＢ−Ｂ線の概略部分断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１にかかる圧電素子の要部の構成を表す概念図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１にかかる電動移動モードにおいて、駆動部から超音波モータに印加される駆動信号の一例を表す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１にかかる振動体の屈曲振動を説明するための概略平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１にかかる振動体の屈曲振動を説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１にかかる振動体の縦振動を説明するための概略平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１にかかる振動体の縦振動を説明する図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。
【図１６】図１６は、一般的なゴム系材料の振動伝達率と周波数との関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１の変形例１−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態１の変形例１−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す分解斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す部分断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の分解斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態２の変形例２−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態２の変形例２−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す分解斜視図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施の形態２の変形例２−２にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施の形態２の変形例２−２にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、リニア駆動型超音波アクチュエータ（超音波モータ）を用いた倒立型顕微鏡について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる倒立顕微鏡２０１の全体構成及び内部構成を模式的に示す図である。同図に示す倒立顕微鏡２０１は、標本Ｓｐを載置する電動ステージ１００と、電動ステージ１００を支持する本体部３３と、本体部３３の上方に位置し、電動ステージ１００に載置された標本Ｓｐに対して透過照明を当てる透過照明部３４と、電動ステージ１００を制御する制御装置１１０と、を備える。電動ステージ１００及び制御装置１１０により超音波ステージを構成する。
【００２１】
本体部３３には、電動ステージ１００の下方に近接して対物レンズ３６が取り付けられる。また、本体部３３の内部には、対物レンズ３６を通過した光を反射する反射ミラー３７と、反射ミラー３７が反射した光を結像する結像光学系３８とが設けられている。結像光学系３８の光路上には、結像光学系３８が結像した光を集光する接眼レンズ３９が本体部３３の鏡筒３１に取り付けられる。
【００２２】
透過照明部３４は、透過照明支柱４１の上端から透過照明支柱４１が延びる方向と直交する方向に延びるアーム４２と、透過照明支柱４１の上端付近でアーム４２が延びる側と反対側に設けられる光源４３と、透過照明支柱４１の上端付近に取り付けられて光源４３を収容するランプハウス４４と、電動ステージ１００の上方に位置し、光源４３から出射された照明光を集光して標本Ｓｐに結像させるコンデンサレンズ４５と、透過照明支柱４１の略中央部に取り付けられてコンデンサレンズ４５を保持するコンデンサユニット４６と、を有する。また、アーム４２の内部には、光源４３から出射された光を集光するコレクタレンズ４７と、コレクタレンズ４７を通過した光の光量を調節可能な視野絞り４８と、視野絞り４８を通過した光を反射してコンデンサレンズ４５の光軸Ｎ１の方向（入射方向と直交する方向）へ折り曲げる反射ミラー４９とが設けられている。
【００２３】
図２は、本実施の形態１にかかる電動ステージ１００の全体構成を示す図である。図中、Ｘ方向（第１の方向）は電動ステージ１００の上面に平行な面内の任意の方向であり、Ｙ方向（第２の方向）は電動ステージ１００の上面に平行な面内でＸ方向（第１の方向）と直交する方向である。本実施の形態１は、電動により電動ステージ１００をＸＹ方向の任意の位置に移動もしくは任意の位置で静止させるための自動移動モードと、手動により電動ステージ１００をＸＹ方向の任意の位置に移動するための手動移動モードとを含む。
【００２４】
電動ステージ１００は、例えば、第１部材（基台部）１、第２部材（Ｘ方向移動部）２ｘ及び第３部材（Ｙ方向移動部）２ｙからなる移動部（ステージ）２、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙの移動をそれぞれガイドするガイドレール３（３ｘ及び３ｙ）、超音波アクチュエータ１０（１０ｘ及び１０ｙ：超音波モータ）、エンコーダ１１（１１ｘ及び１１ｙ）、及び制御装置１１０を含んで構成される。なお、基台部１、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙには、光軸Ｎ１（図１）に応じた開口（例えば、Ｙ方向移動部２ｙの開口２０）が形成される。なお、本明細書において、移動部２と表記するときは第２部材（Ｘ方向移動部）２ｘ及び第３部材（Ｙ方向移動部）２ｙのいずれか一方もしくは双方を指し示す。
【００２５】
基台部１は、図１に示す顕微鏡２０１に固定されており、その上面に、例えば、ボール循環式のガイドレール３ｘがＸ方向に沿って取り付けられている。また、基台部１上には、Ｘ方向移動部２ｘを移動するための超音波アクチュエータ１０ｘ、及びＸ方向移動部２ｘの変位量（基台部１とＸ方向移動部２ｘとの相対的位置関係）を検出するためのエンコーダ１１ｘが固定される。
【００２６】
Ｘ方向移動部２ｘは、ガイドレール３ｘに沿ってＸ方向（第１の方向）に往復移動可能に基台部１上に取り付けられる。Ｘ方向移動部２ｘのＸ方向に平行な側面には、例えば、セラミックスなどの硬い材料からなる摺動部材４ｘが設けられる。また、Ｘ方向移動部２ｘのＸ方向に平行な側面には、スケール１２ｘが設けられる。なお、図２では、摺動部材４ｘとスケール１２ｘは同一側面上に設けられているが、一方を反対側の側面に設けてもよい。
【００２７】
基台部１上のエンコーダ１１ｘは、スケール１２ｘに設けられた目盛り等のパターンを検出することにより、Ｘ方向移動部２ｘの変位量を検出して、Ｘ方向移動部２ｘの基台部１に対する相対的位置を表す座標位置情報を制御装置１１０内の検出部１１４に供給する。また、超音波アクチュエータ１０ｘは、摺動部材４ｘに接触、押圧するようにして基台部１に固定されており、制御装置１１０内の駆動部１１２から供給される駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）により駆動され、Ｘ方向移動部２ｘを基部１に対して相対的に移動させる。
【００２８】
また、Ｘ方向移動部２ｘの上面には、例えば、ボール循環式のガイドレール３ｙがＹ方向に沿って取り付けられている。さらに、Ｘ方向移動部２ｘ上には、Ｙ方向移動部２ｙを移動させるための超音波アクチュエータ１０ｙ、及びＹ方向移動部２ｙの変位量（Ｘ方向移動部２ｘとＹ方向移動部２ｙとの相対的位置関係）を検出するためのエンコーダ１１ｙが固定される。
【００２９】
Ｙ方向移動部２ｙは、ガイドレール３ｙに沿ってＹ方向（第２の方向）に往復移動可能にＸ方向移動部２ｘ上に取り付けられる。Ｙ方向移動部２ｙのＹ方向に平行な側面には、例えば、セラミックスなどの硬い材料からなる摺動部材４ｙが設けられる。また、Ｙ方向移動部２ｙのＹ方向に平行な側面には、スケール１２ｙが設けられる。なお、図２では、摺動部材４ｙとスケール１２ｙは同一側面上に設けられているが、一方を反対側の側面に設けてもよい。
【００３０】
Ｘ方向移動部２ｘ上に設けられたエンコーダ１１ｙは、スケール１２ｙのパターンを検出することにより、Ｙ方向移動部２ｙの変位量を検出して、Ｙ方向移動部２ｙのＸ方向移動部２ｘに対する相対的位置を表す位置情報を制御装置１１０内の検出部１１４に供給する。また、超音波アクチュエータ１０ｙは、摺動部材４ｙに接触、押圧するようにしてＸ方向移動部２ｘに固定されており、制御装置１１０内の駆動部１１２から供給される駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）により駆動され、Ｙ方向移動部２ｙをＸ方向移動部２ｘに対して相対的に移動させる。
【００３１】
以上のように、Ｘ方向移動部２ｘは基台部１に対して第１の方向（Ｘ方向）に、Ｙ方向移動部２ｙはＸ方向移動部２ｘに対して第２の方向（Ｙ方向）に往復移動可能に取り付けられている。したがって、Ｙ方向移動部２ｙは、基台部１に対して、ＸＹ平面で任意の位置に移動することができる。
【００３２】
制御装置１１０は、例えば、制御部１１１、駆動部１１２、移動指示部１１３、検出部１１４を含んで構成され、電動ステージ１００の駆動制御を行う。移動指示部１１３は、電動ステージ１００の移動開始及び停止、移動方向や、移動モードの設定を入力する入力手段であり、ユーザは移動指示部１１３を操作して、電動ステージ１００を任意の位置に電動移動させる。なお、移動方向に加えて移動速度等を指示できるようにしてもよい。移動指示部１１３は、例えば、方向指示スイッチ、ジョイスティック等で構成される。移動指示部１１３は、少なくとも移動部２の移動方向を指示できるものであれば、その形態はどのようなものであってもよい。例えば、タッチパネルや表示画面上に表示されるソフトウェアスイッチ等であってもよい。また、複数の移動指示をシーケンスデータとして予め記録しておき、当該記録したシーケンスデータを再生することにより、自動で移動指示を行うようにしてもよい。また、本実施の形態では、移動の終了は、移動指示の入力中断により判断されるが、移動の終了を指示するスイッチ等を別に設けてもよい。
【００３３】
制御部１１１は、電動によりＸＹ方向に移動可能な電動移動モードにおいて、移動指示部１１３から移動指示が入力されると、駆動部１１２に対して、当該移動指示に対応する駆動信号を出力するように制御する。例えば、電動ステージ１００を所定方向に移動させる場合には、超音波アクチュエータ１０（１０ｘ及び１０ｙ）に対して、駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）を供給するように駆動部１１２を制御する。電動ステージ１００を静止させる場合には、駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）の供給を停止するように駆動部１１２を制御する。なお、本実施の形態において、電動ステージ１００の移動は、移動指示部１１３の操作を検出することにより自動的に行われるが、モード切り替えスイッチを別途設けて、電動ステージ１００を電動で移動させるモードと、手動で移動させるモードとを選択できるようにしてもよい。
【００３４】
検出部１１４は、エンコーダ１１（１１ｘ及び１１ｙ）からの位置情報を読み取り、基部１とＸ方向移動部２ｘとの相対位置関係、Ｘ方向移動部２ｘとＹ方向移動部２ｙとの相対位置関係をそれぞれ検出し、Ｘ方向移動部２ｘとＹ方向移動部２ｙのそれぞれの位置座標を検出する。検出した位置座標の情報は、制御部１１１に送られる。なお、検出部１１４は、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙの移動速度、加速度等を検出することもできる。また、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙに加えられる圧力を検出する圧力センサを備えていてもよい。
【００３５】
図３は、超音波アクチュエータ１０の概略平面図である。なお、移動部２ｘと移動部２ｙ、摺動部材４ｘと摺動部材４ｙ、超音波アクチュエータ１０ｘと超音波アクチュエータ１０ｙはそれぞれ同様の構成なので、ここでは移動部２、摺動部材４、超音波アクチュエータ１０として説明する。超音波アクチュエータ１０は、図２の基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に取り付けられ、圧電素子１０１と保持機構１０２を含んで構成される。
【００３６】
図４は、本実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子１０１の概略斜視図である。図５は、本実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子１０１の分解斜視図である。図６は、図４のＡ−Ａ線の概略部分断面図である。圧電素子１０１は、例えばセラミックスを用いて形成され、直方体形状の積層型圧電体で構成される圧電セラミックスからなる振動体１０１ａ、振動体１０１ａの移動部２に対向する側面上に振動子１０１ｂ及び１０１ｃ、振動遮断部材１０３、高剛性部材１０４，１０５を備える。高剛性部材１０４，１０５は、振動体１０１ａを支持する支持部材を構成する。
【００３７】
振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、移動部２の側面に設けられる摺動部材４に接触、押圧されている。振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、例えば強化繊維を含む摩擦係数の比較的小さな樹脂を母材とした材料で形成される。
【００３８】
振動遮断部材１０３は、振動体１０１ａの振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられる側面と反対側の側面に設けられる。振動遮断部材１０３は、略板状をなし、弾性変形可能な材料、例えば、ゴム系材料や発泡樹脂（例えばシリコーン系樹脂）などを用いて形成される。
【００３９】
高剛性部材１０４，１０５は、略帯状をなす部材の長手方向を主面に沿って湾曲してなる。高剛性部材１０４，１０５は、幅方向（部材の主面において、長手方向と直交する方向）の側面視でＬ字状をなしている。高剛性部材１０４，１０５は、アルミ系合金、鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金などの金属材料や、弾性コンプライアンス（弾性率の逆数）の小さいポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを用いて形成することができる。
【００４０】
高剛性部材１０４は、略板状をなす基部１０４ａと、基部１０４ａの一端から板状に延びるとともに、主面が該基部１０４ａの主面と略直交する延在部１０４ｂと、を有する。基部１０４ａは、延在部１０４ｂが延びる側の主面に設けられ、該主面から凸状をなして突出する凸部１０４ｃを有する。
【００４１】
高剛性部材１０５は、略板状をなす基部１０５ａと、基部１０５ａの一端から板状に延びるとともに、主面が該基部１０５ａの主面と略直交する延在部１０５ｂと、を有する。基部１０５ａは、延在部１０５ｂが延びる側の主面に設けられ、該主面から凸状をなして突出する凸部１０５ｃを有する。
【００４２】
圧電素子１０１では、振動体１０１ａの側面であって、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられる側面と反対側の側面に振動遮断部材１０３を配置後、振動遮断部材１０３の上面に延在部１０５ｂを載置し、さらに該延在部１０５ｂの上面に延在部１０４ｂを載置して組み立てられる。振動遮断部材１０３と延在部１０５ｂとの間、及び延在部１０４ｂと延在部１０５ｂとの間は、接着剤Ｇによって固着される。なお、振動体１０１ａと振動遮断部材１０３とは、接着剤Ｇで固着されていてもよいし、接着剤Ｇなどを用いずに、載置されている状態であってもよい。
【００４３】
また、圧電素子１０１では、凸部１０４ｃ，１０５ｃが接着材Ｇを介して振動体１０１ａに当接して固着されている。換言すれば、基部１０４ａ，１０５ａは、凸部１０４ｃ，１０５ｃを介して振動体１０１ａの対向する面を挟持して支持している。このとき、圧電素子１０１には、振動体１０１ａ、振動遮断部材１０３及び延在部１０４ｂ，１０５ｂの積層方向から与圧として荷重Ｆが加えられた状態となっている。すなわち、基部１０４ａ，１０５ａが振動体１０１ａを支持している状態において、振動遮断部材１０３は、基部１０４ａを振動体１０１ａから離間させる方向の荷重Ｆを加えている。このため、振動体１０１ａと凸部１０４ｃ，１０５ｃとの接触部分（接着剤Ｇ）には、振動遮断部材１０３が基部１０４ａ，１０５ａに対して加える荷重Ｆと反対方向の荷重がそれぞれ加わっている。なお、本実施の形態１では、凸部１０４ｃ，１０５ｃが接着材Ｇを介して振動体１０１ａと当接するものとして説明するが、それぞれが振動体１０１ａに対して押し付ける荷重を加えることができれば、接着剤Ｇを介さずに直接当接するものであってもよいし、振動体１０１ａの表面に設けられた凹部と嵌合するものであってもよい。
【００４４】
図７は、図３のＢ−Ｂ線の概略部分断面図である。保持機構１０２は、固定用ビス穴１３ａ，１３ｂを通してビスにより基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に固定され、圧電素子１０１を基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に対して保持する部材である。保持機構１０２は、例えば、アルミニウム等の金属で形成され、薄板ばね部１０２ａ、切り欠き穴部１０２ｂ、コイルばね１０６（弾性部材）を有する。薄板ばね部１０２ａの中央には、厚肉部１０２ｃが形成され、厚肉部１０２ｃは、圧電素子１０１に接着される。
【００４５】
また、保持機構１０２の中央にはネジ穴が形成され、図７に示すように、ネジ穴の中にコイルばね１０６が挿入される。コイルばね１０６を挿入した状態で、ネジ１０７をネジ穴にねじ込むことによって、コイルばね１０６が、ねじ込み量に応じた押圧力（押付力）で、厚肉部１０２ｃを押圧する。圧電素子１０１は、厚肉部１０２ｃを介して摺動部材４を押圧する。保持機構１０２は、図３の上下方向は弾性力による自由度を有し、左右方向は剛性を有する。なお、コイルばね１０６に代えて板ばねなどを弾性部材として用いてもよい。
【００４６】
また、コイルばね１０６の内側にはダンピング材１０６ａが挿入される。ダンピング材１０６ａは、例えば、ゴムで形成され、振動子１０１ｂ及び１０１ｃを振動させる際に、コイルばね１０６の共振により発生する音を抑える役割をする。
【００４７】
図８は、本実施の形態１にかかる圧電素子１０１の要部（振動体１０１ａ）の構成を表す概念図である。本発明の実施の形態１による振動体１０１ａは、内部に４つの屈曲振動用電極１０８ａ〜１０８ｄと１つの縦振動用電極１０８ｅとを有する。振動体１０１ａの摺動部材４に対向する側面には、上述したように振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられており、振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、摺動部材４に接触している。
【００４８】
図８に示すように、４つの屈曲振動用電極１０８ａ〜１０８ｄは、縦振動用電極１０８ｅを挟んで、振動体１０１ａの長手方向（移動部２の移動方向）に沿って２つずつ２列に配置される。屈曲振動用電極１０８ａ〜１０８ｄには、駆動部１１２から屈曲振動信号（第１の信号）が印加される。縦振動用電極１０８ｅには、駆動部１１２から縦振動信号（第２の信号）が印加される。
【００４９】
図８で縦振動用電極１０８ｅの左側に配置される屈曲振動用電極１０８ａ（摺動部材４から遠い電極）及び縦振動用電極１０８ｅの右側に配置される屈曲振動用電極１０８ｄ（摺動部材４に近い電極）の電極付近の圧電体と、縦振動用電極１０８ｅの右側に配置される屈曲振動用電極１０８ｂ（摺動部材４から遠い電極）及び縦振動用電極１０８ｅの左側に配置される屈曲振動用電極１０８ｃ（摺動部材４に近い電極）の電極付近の圧電体とでは分極方向が逆に設定される。
【００５０】
図９は、本実施の形態１にかかる電動移動モードにおいて、駆動部１１２から圧電素子１０１に印加される駆動信号の一例を表す図である。縦振動信号及び屈曲振動信号は、例えば、図９に示すように、高周波の正弦波信号であり、縦振動信号と屈曲振動信号とは、位相が９０°異なる。移動部２を移動させるには、これら縦振動信号と屈曲振動信号の双方が圧電素子１０１に印加される。
【００５１】
図１０は、本実施の形態１にかかる振動体１０１ａの屈曲振動を説明するための概略平面図である。図１１は、本実施の形態１にかかる振動体１０１ａの屈曲振動を説明する図である。図１２は、本実施の形態１にかかる振動体１０１ａの縦振動を説明するための概略平面図である。図１３は、本実施の形態１にかかる振動体１０１ａの縦振動を説明する図であって、図１３（ａ）は振動体１０１ａが長手方向に伸びた場合を説明する図であり、図１３（ｂ）は振動体１０１ａが長手方向に縮んだ場合を説明する図である。
【００５２】
屈曲振動用電極１０８ａ〜１０８ｄ及び縦振動用電極１０８ｅにプラス電圧が印加される間、「＋」符号の電極部分（電極１０８ａ，１０８ｄ，１０８ｅ）の圧電体は膨張する様に変形し、「−」符号の電極部分（電極１０８ｂ，１０８ｃ）の圧電体は縮む様に変形する。一方、屈曲振動用電極１０８ａ〜１０８ｄ及び縦振動用電極１０８ｅにマイナス電圧が印加される間、「＋」符号の電極部分（電極１０８ａ，１０８ｄ，１０８ｅ）の圧電体は縮む様に変形し、「−」符号の電極部分（電極１０８ｂ，１０８ｃ）の圧電体は膨張する様に変形する。本実施の形態による振動信号はいずれも高周波の正弦波信号であるので、これらの動作が繰り返される。
【００５３】
このため、屈曲振動用電極１０８ａ〜１０８ｄに、図８に示す屈曲振動信号を印加すると、図１０に模式的に示すように、屈曲変形振動（２次モードの屈曲振動：第１の振動）が励起される。具体的には、振動子１０１ｂが移動部２（摺動部材４）から遠ざかる方向に動くと、振動子１０１ｃは移動部２（摺動部材４）に押し付けられる方向に動き、その後、振動子１０１ｃが移動部２（摺動部材４）から遠ざかる方向に動くと、振動子１０１ｂが移動部２（摺動部材４）に押し付けられる方向に動くという動きを繰り返す。図１１に示す振動体１０１ａにおいて、ハッチングが濃いほど屈曲変形振動による変位が他の部分と比して小さく、各ハッチング領域の略中心には、屈曲変形振動が生じても全く動かない節Ｐｎ１〜Ｐｎ３が存在する。このとき、各節Ｐｎ１〜Ｐｎ３の近傍に位置する近傍領域Ｒ１〜Ｒ３は、屈曲変形振動が生じた場合でも相対的に変位が小さく、節Ｐｎ１〜Ｐｎ３に近いほどその変位がゼロに近づく。本明細書では、屈曲変形振動が生じた場合でも相対的に変位が小さい近傍領域を含み、変位が他の部分と相対的に小さい領域を節領域という。例えば、近傍領域Ｒ１を含む節領域をＲｎ１とする。なお、節Ｐｎ１〜Ｐｎ３及び近傍領域Ｒ１〜Ｒ３は、振動体１０１ａの幅や振動振幅などによって変化する。
【００５４】
これに対し、縦振動用電極１０８ｅに、図８に示す縦振動信号を印加すると、図１２に示すように、振動体１０１ａが長手方向に伸縮する縦振動（１次モードの縦振動：第２の振動）が励起される。図１３（ａ），（ｂ）に示す振動体１０１ａにおいて、ハッチングが濃いほど縦振動による変位が他の部分と比して小さく、各ハッチング領域の長手方向の略中央には、縦振動が生じても全く動かない節Ｐｎ４，Ｐｎ５が存在する。
【００５５】
振動体１０１ａが長手方向に伸びた場合（図１３（ａ））、節Ｐｎ４の近傍に位置する近傍領域Ｒ４は、縦振動が生じた場合でも相対的に変位が小さく、節Ｐｎ４に近いほどその変位がゼロに近づく。この近傍領域Ｒ４を含む節領域をＲｎ２とする。
【００５６】
一方、振動体１０１ａが長手方向に縮んだ場合（図１３（ｂ））、節Ｐｎ５の近傍に位置する近傍領域Ｒ５は、縦振動が生じた場合でも相対的に変位が小さく、節Ｐｎ５に近いほどその変位がゼロに近づく。この近傍領域Ｒ５を含む節領域をＲｎ３とする。
【００５７】
凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃは、振動体１０１ａの対向する表面であって、節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域の表面と当接して接着剤Ｇを介して振動体１０１ａを支持している。凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃによって挟み込まれている領域には、近傍領域Ｒ１，Ｒ４（Ｒ５）が含まれている。なお、本実施の形態１では、凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃの端面の中心が節Ｐｎ１を通過する直線上にある。凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃは、少なくとも振動体１０１ａを挟持することにより節Ｐｎ１，Ｐｎ４（Ｐｎ５）を抑えていればよい。
【００５８】
このように、２種類の振動の位相を９０°ずらして同時に励起させると、図１０に示す屈曲振動と図１２に示す縦振動が合成され、振動体１０１ａの振動子１０１ｂ及び１０１ｃは図８に破線の楕円で示す軌跡を描くように振動する。すなわち、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが、同じ楕円軌道を描くとともに、同時刻での変位が半周ずれて、摺動部材４に対して交互に接近・離反を繰り返すように変位する。なお、図８において、楕円の矢印の位置は、振動子１０１ｂ及び１０１ｃの同時刻における変位が同じ楕円軌道上で半周ずれていることを模式的に表している。振動体１０１ａは、伸縮運動の振動モードと屈曲運動の振動モードとの各共振周波数が一致するように、その寸法が決められている。
【００５９】
また、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが、図１０に示す屈曲振動をすることで、摺動部材４と接触する際に生じる摩擦力を減らすことができる。また、縦振動用電極１０８ｅに対して図８に示す縦振動信号を印加することで、図１２に示すように、振動体１０１ａが長手方向に沿って伸縮運動を引き起こす。この伸縮運動と屈曲運動とが合成されて移動部２（ステージ）を動かす。
【００６０】
高剛性部材１０４，１０５は、凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃにより節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域の表面と当接して振動体１０１ａを支持しているため、振動体１０１ａが振動している際に、該振動のエネルギーが高剛性部材１０４，１０５を介して保持機構１０２から外部に漏れることはない。このため、振動体１０１ａの振動のロストモーションを抑制し、振動のエネルギーを振動子１０１ｂ及び１０１ｃが楕円振動するためのエネルギーとして効率よく伝達される。
【００６１】
なお、目標位置への位置決めが完了した後に、移動部２を停止（静止）状態にするには、圧電素子１０１への電圧（駆動信号）印加を停止する。電圧印加を停止することにより、振動体１０１ａの振動子１０１ｂ及び１０１ｃが一定の圧力で摺動部材４を押し付け、移動部２を停止（静止）させる。
【００６２】
図１４は、本実施の形態１にかかる超音波アクチュエータ１０の概略平面図であって、コイルばね１０６による荷重の加わり方を説明する図である。コイルばね１０６は、ネジ１０７のねじ込み量に応じた押圧力で、厚肉部１０２ｃを押圧する。このときのコイルばね１０６の圧縮力の反作用により生じる押付力をＦ１とし、該押付力Ｆ１により高剛性部材１０４，１０５を介して振動体１０１に加わる荷重をＦ１’、押付力Ｆ１により凸部１０４ｃ，１０５ｃが振動体１０１に加える荷重をＦ１’’とする。つまり、重力や自重などによる力を除けば、Ｆ１＝Ｆ１’＋Ｆ１’’の関係が成り立つ。なお、荷重Ｆ１’は、高剛性部材１０４，１０５が各々振動体１０１に加える二つの荷重の和であるものとして説明する。
【００６３】
上述したように、凸部１０４ｃ，１０５ｃと振動体１０１との間には、予め荷重Ｆが加えられた状態で、接着剤Ｇにより固着されている。本実施の形態１では、この荷重Ｆと、該荷重Ｆ１と反対方向の荷重Ｆ１’との絶対値が等しくなるようにネジ１０７のねじ込み量が調整されている。したがって、荷重Ｆと荷重Ｆ１’とは、互いに力が相殺されるため、高剛性部材１０４，１０５を介して振動体１０１に加わる荷重Ｆ１’は、実質的にゼロとなる。このため、コイルばね１０６の押付力Ｆ１により振動体１０１ａに加わる荷重は、荷重Ｆ１’’となる。
【００６４】
これにより、振動体１０１ａと凸部１０４ｃ，１０５ｃとの間には、コイルばね１０６の押付力Ｆ１に起因する応力が加わらないため、振動体１０１ａの割れを抑制することができる。一方で、振動体１０１ａには、振動遮断部材１０３及び高剛性部材１０４，１０５を介して荷重Ｆ１’’が加わることとなるが、一般にセラミックスは、圧縮応力に対する耐破壊力が、引っ張り応力に対する耐破壊力より大きいため、荷重Ｆ１’’が加わることにより振動体１０１ａの割れを引き起こす要因とはならない。
【００６５】
振動体１０１ａは、コイルばね１０６の押付力Ｆ１により振動遮断部材１０３及び高剛性部材１０４，１０５を介して荷重Ｆ１’’が加わると、振動子１０１ｂ及び１０１ｃを介して摺動部材４に対し荷重Ｆ２及びＦ３を加える。なお、荷重Ｆ１’’、荷重Ｆ２及びＦ３は、重力や自重などによる力を除けば、Ｆ１’’＝Ｆ２＋Ｆ３の関係が成り立つ。
【００６６】
このように、振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、摺動部材４に荷重Ｆ２及びＦ３を加えた状態で摩擦接触する。これにより、超音波アクチュエータ（超音波モータ）として必要な駆動力を発生させるための振動子１０１ｂ及び１０１ｃと摺動部材４との間の摩擦力が発生する。
【００６７】
図１５は、本実施の形態１にかかる超音波アクチュエータ（超音波モータ）の概略平面図であって、摺動部材４が移動した際に振動体１０１ａに加わる荷重を説明する図である。摺動部材４が移動した際に生じる荷重をＦ４とし、該荷重Ｆ４により振動体１０１ａと凸部１０４ｃとの間に加わる荷重をＦ５、該荷重Ｆ４により振動体１０１ａと振動遮断部材１０３との間に加わる荷重をＦ６とする。
【００６８】
荷重Ｆ４が生じると、振動体１０１ａと高剛性部材１０４，１０５との間に加わる荷重Ｆにより振動体１０１ａと振動遮断部材１０３とが圧接しているため、反作用により荷重Ｆ４とは反対方向の荷重Ｆ５が生じる。また、振動体１０１ａと凸部１０４ｃ，１０５ｃとの間には、荷重Ｆ４とは反対方向（荷重Ｆ５と略同一の方向）の荷重Ｆ６が生じる。つまり、摺動部材４の移動により生じた荷重Ｆ４は、荷重Ｆ５，Ｆ６に分散される。
【００６９】
ここで、振動体１０１ａと高剛性部材１０４，１０５との間に振動遮断部材１０３が配置されていない場合、上述した荷重Ｆ５は発生しないため、摺動部材４の移動により生じた荷重Ｆ４は、分散されずに荷重Ｆ６として振動体１０１ａと凸部１０４ｃ，１０５ｃとの間に加えられる。この場合、振動体１０１ａと凸部１０４ｃ，１０５ｃとの間に応力が集中してしまい、振動体１０１ａの割れを引き起こす要因となってしまう。
【００７０】
これに対して、本実施の形態１では、振動体１０１ａと高剛性部材１０４，１０５との間に振動遮断部材１０３を配置して、反作用により荷重Ｆ４とは反対方向の荷重Ｆ５が生じるようにしているので、摺動部材４の移動により生じた荷重Ｆ４を、荷重Ｆ５，Ｆ６に分散することで振動体１０１ａと凸部１０４ｃ，１０５ｃとの間に応力が集中することを防ぎ、振動体１０１ａの割れを抑制することができる。
【００７１】
図１６は、一般的なゴム系材料の振動伝達率と周波数との関係を示すグラフである。振動遮断部材１０３として用いられるゴム系材料や発泡樹脂は、一般に周波数が高くなると振動伝達率が低下する。本実施の形態１では、振動遮断部材１０３が振動体１０１ａの共通の節領域とは異なる位置に設けられているが、伸縮運動の振動モードと屈曲運動の振動モードとの各共振周波数が十分に高い（例えば、８０ｋＨｚ）ため、振動遮断部材１０３は、伸縮運動及び屈曲運動のための各振動エネルギーを伝達することはない。これにより、振動遮断部材１０３によるロストモーションの発生を抑制することができる。
【００７２】
上述した本実施の形態１によれば、高剛性部材１０４，１０５に形成した凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃが、節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域で振動体１０１ａを支持するようにしたので、ロストモーションの発生を抑制することができる。ロストモーションの発生を抑制することにより、超音波アクチュエータ（超音波モータ）として必要な駆動力を発生させた場合であっても振動体１０１ａの割れを抑制することができる。
【００７３】
また、上述した本実施の形態１によれば、凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃが、接着剤Ｇを介して振動体１０１ａに強固に接着されているため、振動体１０１ａが微小に動作してもその動作にかかる動力が高剛性部材１０４，１０５を介して振動が外部に漏れることがないため、超音波アクチュエータ（超音波モータ）として発生させた駆動力（エネルギー）を振動子１０１ｂ及び１０１ｃを楕円振動させるためのエネルギーとして伝達することができる。
【００７４】
また、上述した本実施の形態１によれば、振動体１０１ａと、弾性コンプライアンスが小さい高剛性部材１０４，１０５との間に与圧を加えた状態で固着される振動遮断部材１０３を配置するようにしたので、振動体１０１ａと凸部１０４ｃ及び凸部１０５ｃとの間にコイルばね１０６の押付力Ｆ１に起因する応力が加わらず、振動体１０１ａの割れを抑制することができる。
【００７５】
（変形例１−１）
図１７は、本実施の形態１の変形例１−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す断面図であって、図４のＡ−Ａ線に応じた平面を切断面とする概略部分断面図である。図１８は、本実施の形態１の変形例１−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す分解斜視図である。変形例１−１にかかる圧電素子１０１Ａは、上述した振動体１０１ａを備える。また、振動体１０１ａには、振動遮断部材１０３及び高剛性部材１０９が設けられる。
【００７６】
高剛性部材１０９は、略帯状をなす部材の長手方向の両端側を主面に沿ってそれぞれ湾曲してなり、幅方向（部材の主面において、長手方向と直交する方向）の側面視でＵ字状をなしている。高剛性部材１０９は、アルミ系合金、鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金などの金属材料や、弾性コンプライアンスの小さいポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを用いて形成することができる。
【００７７】
高剛性部材１０９は、略板状をなす基部１０９ａと、基部１０９ａの長手方向の一端部から板状に延びるとともに、主面が該基部１０９ａの主面と略直交する第１延在部１０９ｂと、基部１０９ａの長手方向の他端部から板状に延びるとともに、主面が該基部１０９ａの主面と略直交する第２延在部１０９ｃと、を有する。
【００７８】
第１延在部１０９ｂは、基部１０９ａが延びる側の主面に設けられ、該主面から凸状をなして突出する第１凸部１０９ｄを有する。第２延在部１０９ｃは、基部１０９ａが延びる側の主面に設けられ、該主面から凸状をなして突出する第２凸部１０９ｅを有する。第１凸部１０９ｄ及び第２凸部１０９ｅは、第１延在部１０９ｂ及び第２延在部１０９ｃの互いに向かい合う主面から突出している。
【００７９】
圧電素子１０１Ａは、振動体１０１ａの側面であって、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられる側面と反対側の側面に振動遮断部材１０３を配置後、振動遮断部材１０３の上面に基部１０９ａを載置して組み立てられる。振動遮断部材１０３と基部１０９ａとの間は、接着剤Ｇによって固着される。
【００８０】
また、圧電素子１０１Ａでは、第１凸部１０９ｄ及び第２凸部１０９ｅが接着材Ｇを介して振動体１０１ａに固着されている。換言すれば、第１延在部１０９ｂ及び第２延在部１０９ｃは、第１凸部１０９ｄ及び第２凸部１０９ｅを介して振動体１０１ａの対向する面を挟持して支持している。このとき、圧電素子１０１Ａには、振動体１０１ａ、振動遮断部材１０３及び基部１０９ａの積層方向から与圧として荷重Ｆ（図６参照）が加えられた状態となっている。
【００８１】
また、第１凸部１０９ｄ及び第２凸部１０９ｅは、上述した節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域の表面と当接して接着剤Ｇを介して振動体１０１ａを支持している。第１凸部１０９ｄ及び第２凸部１０９ｅによって挟み込まれている領域には、近傍領域Ｒ１，Ｒ４（Ｒ５）が含まれている。なお、本変形例１−１では、第１凸部１０９ｄ及び第２凸部１０９ｅの端面の中心が節Ｐｎ１を通過する直線上にある。
【００８２】
上述した本変形例１−１によれば、振動体１０１ａと、弾性コンプライアンスが小さい高剛性部材１０９との間に与圧を加えた状態で固着される振動遮断部材１０３を配置し、かつ高剛性部材１０９に形成した第１凸部１０９ｄ及び第２凸部１０９ｅが、節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域で振動体１０１ａを支持するようにしたので、ロストモーションの発生を抑制することができる。
【００８３】
また、本変形例１−１によれば、一つの高剛性部材１０９によって振動体１０１ａを支持するとともに、与圧を加えた状態で振動遮断部材１０３を固着するようにしたので、上述した実施の形態１と比して部品点数を削減した構成とすることができる。
【００８４】
（実施の形態２）
図１９は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータ１０Ａ（超音波モータ）の概略平面図である。図２０は、本実施の形態２にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す部分断面図であって、図４のＡ−Ａ線に応じた平面を切断面とする概略部分断面図である。図２１は、本実施の形態２にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の分解斜視図である。なお、図１等で説明した構成と同一の構成要素には、同一の符号が付してある。
【００８５】
図１９に示す超音波アクチュエータ１０Ａは、図２の基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に取り付けられ、圧電素子１０１Ｂと保持機構１０２Ａを含んで構成される。圧電素子１０１Ｂは、上述した振動体１０１ａ、振動子１０１ｂ及び１０１ｃ、ならびに振動遮断部材１０３と、高剛性部材１２０及びばね受け部材１２１とを備える。
【００８６】
高剛性部材１２０は、帯状をなす基部１２０ａと、基部１２０ａの長手方向と直交する方向の側面であって、該側面の長手方向の中央部から略帯状に延びるとともに、主面が該基部１２０ａの主面と略直交する第１延在部１２０ｂと、基部１２０ａの長手方向と直交する方向の側面であって、第１延在部１２０ｂが延びる側面と反対側の側面の中央部から略帯状に延びるとともに、主面が該基部１２０ａの主面と略直交する第２延在部１２０ｃと、を有する。
【００８７】
高剛性部材１２０は、アルミ系合金、鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金などの金属材料や、弾性コンプライアンスの小さいポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを用いて形成することができる。
【００８８】
基部１２０ａには、主面の中央部に設けられ、該主面と直交する方向に貫通し、コイルばね１０６を挿通する挿通孔１２０ｄと、長手方向の両端部にそれぞれ設けられ、該主面と直交する方向に貫通する貫通孔１２０ｅ，１２０ｆと、が形成されている。第１延在部１２０ｂには、先端側に設けられ、該主面と直交する方向に貫通する貫通孔１２０ｇが形成されている。挿通孔１２０ｄの径は、コイルばね１０６の径（巻回がなす外周の径）よりも大きい。
【００８９】
ばね受け部材１２１は、板状をなす。ばね受け部材１２１は、アルミ系合金、鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金などの金属材料や、弾性コンプライアンスの小さいポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを用いて形成することができる。
【００９０】
圧電素子１０１Ｂは、振動体１０１ａの側面であって、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられる側面と反対側の側面に振動遮断部材１０３を配置後、振動遮断部材１０３の上面にばね受け部材１２１、基部１２０ａの順で載置して組み立てられる。振動体１０１ａと振動遮断部材１０３との間、及び振動遮断部材１０３とばね受け部材１２１との間は、接着剤Ｇによって固着される。
【００９１】
また、圧電素子１０１Ｂでは、高剛性部材１２０が、円形板１２２，１２３、ネジ１２４及び接着材Ｇを介して振動体１０１ａに固着されている。具体的には、円形板１２２，１２３が振動体１０１ａの対向する面にそれぞれ接着剤Ｇにより固着され、第１延在部１２０ｂ及び第２延在部１２０ｃが、接着剤Ｇを介して円形板１２２，１２３に固着されている。ここで、振動体１０１ａは、貫通孔１２０ｇと螺合するネジ１２４により押圧されている。なお、本実施の形態２では、高剛性部材１２０が円形板１２２，１２３及び接着材Ｇを介して振動体１０１ａと当接するものとして説明するが、高剛性部材１２０が振動体１０１ａを挟持して荷重を加えることができれば、円形板１２２，１２３や接着剤Ｇを介さずに直接当接するものであってもよい。
【００９２】
円形板１２２，１２３は、上述した節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む振動体１０１ａの表面に接着剤Ｇを介して固着されている。円形板１２２，１２３は、円形板１２２，１２３の中心をそれぞれ通過する直線が、節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域を通過するように配置されている。このため、ネジ１２４が、円形板１２２を介して振動体１０１ａにおける共通の節領域を押圧するため、結果として高剛性部材１２０は、円形板１２２，１２３を介して節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域に当接して振動体１０１ａを支持することとなる。
【００９３】
保持機構１０２Ａは、固定用ビス穴１３ａ，１３ｂを通してビスにより、基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に固定され、圧電素子１０１Ｂを基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に対して保持する部材である。保持機構１０２Ａは、例えば、アルミニウム等の金属で形成され、切り欠き部１０２ｄ、コイルばね１０６を有する。切り欠き部１０２ｄは、保持機構１０２Ａの一つの側面の中央部を切り欠いた切り欠き形状をなしている。高剛性部材１２０は、貫通孔１２０ｅ，１２０ｆを介してネジ１３ｃ，１３ｄにより保持機構１０２Ａに固着される。
【００９４】
図２２は、本実施の形態２にかかる超音波アクチュエータ（超音波モータ）の概略平面図であって、コイルばね１０６による荷重の加わり方を説明する図である。保持機構１０２Ａの中央にはネジ穴が形成され、ネジ穴の中にコイルばね１０６が挿入される。ネジ穴の中に挿入されたコイルばね１０６は、挿通孔１２０ｄに挿通され、ばね受け部材１２１に当接する。コイルばね１０６を挿入した状態で、ネジ１０７をネジ穴にねじ込むことによって、コイルばね１０６が、ネジ１０７のねじ込み量に応じた押圧力で、ばね受け部材１２１を押圧する。
【００９５】
このときのコイルばね１０６の圧縮力の反作用により生じる押付力をＦ７とし、該押付力Ｆ７によりばね受け部材１２１を介して振動体１０１に加わる荷重をＦ７’とする。つまり、重力や自重などによる力を除けば、Ｆ７＝Ｆ７’の関係が成り立つ。
【００９６】
コイルばね１０６は、挿通孔１２０ｄに挿通され、高剛性部材１２０とは非接触の状態にある。このため、コイルばね１０６の押付力Ｆ７は、高剛性部材１２０には加わらない。これにより、振動体１０１ａと、高剛性部材１２０（具体的には円形板１２２，１２３及び接着剤Ｇを介して振動体１０１ａにそれぞれ接着される第１延在部１２０ｂ及び第２延在部１２０ｃ）との間には、コイルばね１０６の押付力Ｆ７に起因する応力が加わらないため、振動体１０１ａの割れを抑制することができる。一方で、振動体１０１ａには、振動遮断部材１０３及びばね受け部材１２１を介して押付力Ｆ７に応じた荷重Ｆ７’が加わることとなるが、上述したように、一般にセラミックスは、圧縮応力に対する耐破壊力が、引っ張り応力に対する耐破壊力より大きいため、荷重Ｆ７’が加わることにより振動体１０１ａの割れを引き起こす要因とはならない。
【００９７】
振動体１０１ａは、コイルばね１０６の押付力Ｆ７により振動遮断部材１０３及びばね受け部材１２１を介して荷重Ｆ７’が加わると、振動子１０１ｂ及び１０１ｃを介して摺動部材４に対し荷重Ｆ８及びＦ９を加える。なお、荷重Ｆ７’、荷重Ｆ８及びＦ９は、重力や自重などによる力を除けば、Ｆ７’＝Ｆ８＋Ｆ９の関係が成り立つ。
【００９８】
このように、振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、摺動部材４に荷重Ｆ８及びＦ９を加えた状態で接触する。これにより、超音波アクチュエータ（超音波モータ）として必要な駆動力を発生させるための振動子１０１ｂ及び１０１ｃと摺動部材４との間の摩擦力が発生する。
【００９９】
図２３は、本実施の形態２にかかる超音波アクチュエータ（超音波モータ）の概略平面図であって、摺動部材４が移動した際に振動体１０１ａに加わる荷重を説明する図である。摺動部材４が移動した際に生じる荷重をＦ１０とし、該荷重Ｆ１０により振動体１０１ａと、高剛性部材１２０（具体的には円形板１２２，１２３及び接着剤Ｇを介して振動体１０１ａにそれぞれ接着される第１延在部１２０ｂ及び第２延在部１２０ｃ）との間に加わる荷重をＦ１０’とする。
【０１００】
荷重Ｆ１０が生じると、振動体１０１ａと高剛性部材１２０（例えば円形板１２２及び接着剤Ｇを介して振動体１０１ａに接着される第１延在部１２０ｂ）との間には、反作用により荷重Ｆ１０とは反対方向の荷重Ｆ１０’が生じる。
【０１０１】
本実施の形態２では、コイルばね１０６による押付力Ｆ７及び摺動部材４の慣性力による荷重Ｆ１０が加わった場合に、圧電素子１０１Ｂに加わる荷重の支点の位置が異なるため、両方の力（押付力Ｆ７及び荷重Ｆ１０）が同時に加わった場合であっても、応力が振動体１０１ａの一点に集中することを防ぎ、振動体１０１ａの割れを抑制することができる。
【０１０２】
振動遮断部材１０３は、振動体１０１ａの伸縮運動の振動モードと屈曲運動の振動モードとの共通の節領域とは異なる位置に接着されているので、コイルばね１０６を介して振動のエネルギーが漏れる可能性がある。本実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様、伸縮運動の振動モードと屈曲運動の振動モードとの共振周波数が十分に高い（例えば、８０ｋＨｚ）ため、振動遮断部材１０３は、伸縮運動及び屈曲運動のための各振動のエネルギーを伝達することはない。これにより、振動遮断部材１０３によるロストモーションの発生を抑制することができる。
【０１０３】
上述した本実施の形態２によれば、高剛性部材１２０とは非接触の状態にあるコイルばね１０６の押付力Ｆ７を振動体１０１ａに加えて振動体１０１ａ（振動子１０１ｂ及び１０１ｃ）を摺動部材４に圧接させ、かつ高剛性部材１２０が、円形板１２２，１２３及び接着剤Ｇを介して節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域で振動体１０１ａを支持するようにしたので、ロストモーションの発生を抑制することができる。
【０１０４】
また、上述した本実施の形態２によれば、高剛性部材１２０が、貫通孔１２０ｅ，１２０ｆを介してネジ１３ｃ，１３ｄにより保持機構１０２Ａに固着されるようにしたので、上述した実施の形態１と比して、保持機構１０２Ａと高剛性部材１２０との連結を一層確実なものとすることができる。
【０１０５】
（変形例２−１）
図２４は、本実施の形態２の変形例２−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す断面図であって、図４のＡ−Ａ線に応じた平面を切断面とする概略部分断面図である。図２５は、本実施の形態２の変形例２−１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す分解斜視図である。変形例２−１にかかる圧電素子１０１Ｃは、上述した振動体１０１ａ、振動子１０１ｂ及び１０１ｃ、ならびに振動遮断部材１０３と、高剛性部材１３０とを備える。
【０１０６】
高剛性部材１３０は、帯状をなす基部１３０ａと、上述した第１延在部１２０ｂ及び第２延在部１２０ｃと、を有する。基部１３０ａは、上述した基部１２０ａに対して挿通孔１２０ｄを有しない構成となっている。
【０１０７】
高剛性部材１３０は、アルミ系合金、鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金などの金属材料や、弾性コンプライアンスの小さいポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを用いて形成することができる。
【０１０８】
圧電素子１０１Ｃは、振動体１０１ａの側面であって、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられる側面と反対側の側面に振動遮断部材１０３を配置後、振動遮断部材１０３の上面に基部１３０ａの順で載置して組み立てられる。振動体１０１ａと振動遮断部材１０３との間、及び振動遮断部材１０３と基部１３０ａとの間は、接着剤Ｇによって固着される。
【０１０９】
また、圧電素子１０１Ｃでは、高剛性部材１３０が、円形板１２２，１２３、ネジ１２４及び接着材Ｇを介して振動体１０１ａに固着されている。このとき、圧電素子１０１Ｃには、振動体１０１ａ、振動遮断部材１０３及び基部１３０ａの積層方向から与圧として荷重Ｆ（図６参照）が加えられた状態となっている。変形例２−１では、基部１３０ａにコイルばね１０６の押付力Ｆ７が加わるため、上述した荷重Ｆ１＝Ｆ１’＋Ｆ１’’の関係を満たすようにネジ１０７のねじ込み量が調整される。
【０１１０】
また、上述した実施の形態２のように、円形板１２２，１２３は、円形板１２２，１２３の中心をそれぞれ通過する直線が、節領域Ｒｎ１〜Ｒｎ３を含む共通の節領域を通過するように配置されている。このため、ネジ１２４は、円形板１２２を介して振動体１０１ａにおける共通の節領域を押圧する。
【０１１１】
上述した本変形例２−１によれば、振動体１０１ａと、弾性コンプライアンスが小さい高剛性部材１３０との間に与圧を加えた状態で固着される振動遮断部材１０３を配置し、かつ高剛性部材１３０が、円形板１２２，１２３及び接着剤Ｇを介して領域Ｒ１，Ｒ４（Ｒ５）を含む共通の節領域で振動体１０１ａを支持するようにしたので、ロストモーションの発生を抑制することができる。
【０１１２】
（変形例２−２）
図２６は、本実施の形態２の変形例２−２にかかる超音波アクチュエータ１０Ｂ（超音波モータ）の概略平面図である。図２７は、本実施の形態２の変形例２−２にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の要部の構成を示す斜視図である。
【０１１３】
図２６に示す超音波アクチュエータ１０Ｂは、図２の基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に取り付けられ、圧電素子１０１Ｄと保持機構１０２Ｂを含んで構成される。圧電素子１０１Ｄは、上述した振動体１０１ａ、振動子１０１ｂ，１０１ｃ、振動遮断部材１０３及びばね受け部材１２１と、高剛性部材１４０とを備える。
【０１１４】
高剛性部材１４０は、帯状をなす基部１２０ａと、基部１２０ａの長手方向と直交する方向の側面であって、該側面の長手方向の中央部から略帯状に延びるとともに、主面が該基部１２０ａの主面と略直交する第１延在部１２０ｂと、基部１２０ａの長手方向と直交する方向の側面であって、第１延在部１２０ｂが延びる側面と反対側の側面の中央部から略帯状に延びるとともに、主面が該基部１２０ａの主面と略直交する第２延在部１２０ｃと、基部１２０ａの長手方向の一端から略帯状に延びるとともに、主面が該基部１２０ａの主面と略直交する第３延在部１２０ｉと、を有する。
【０１１５】
高剛性部材１４０は、アルミ系合金、鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金などの金属材料や、弾性コンプライアンスの小さいポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを用いて形成することができる。
【０１１６】
基部１２０ａには、主面の中央部に設けられ、該主面と直交する方向に貫通する挿通孔１２０ｄと、第３延在部１２０ｉが延びる側と反対側の端部に設けられ、該主面と直交する方向に貫通する貫通孔１２０ｆと、が形成されている。第１延在部１２０ｂには、先端側に設けられ、該主面と直交する方向に貫通する貫通孔１２０ｇが形成されている。第３延在部１２０ｉには、先端側に設けられ、該主面と直交する方向に貫通する貫通孔１２０ｊが形成されている。
【０１１７】
保持機構１０２Ｂは、固定用ビス穴１３ａ、１３ｂを通してビスにより、基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に固定され、圧電素子１０１Ｄを基台部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に対して保持する部材である。保持機構１０２Ｂは、例えば、アルミニウム等の金属で形成され、切り欠き部１０２ｅ、コイルばね１０６を有する。切り欠き部１０２ｅは、保持機構１０２Ｂの直交する二つの側面に跨って切り欠いた切り欠き形状をなしている。高剛性部材１２０は、貫通孔１２０ｆ，１２０ｊを介してネジ１３ｃ，１３ｅにより保持機構１０２Ｂに固着される。
【０１１８】
本変形例２−２の構成においても、上述した実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
なお、上述した実施の形態２（変形例２−１，２−２を含む）では、高剛性部材１２０，１３０，１４０が、円形板１２２，１２３を介して振動体１０１ａに固着されるものとして説明したが、実施の形態１のように、円形板１２２，１２３に代えて高剛性部材に凸部を設けることにより接着剤Ｇを介して振動体１０１ａを支持するものであってもよい。これにより、部品点数を削減することができる。
【０１２０】
なお、上述した実施の形態１，２では、倒立型の顕微鏡を例に説明したが、例えば、正立型の顕微鏡に本発明の電動ステージを適用してもよいし、観察対象の標本を載置して該標本の像を撮像するためのステージを備えた撮像装置に本発明の電動ステージを適用することができる。
【０１２１】
また、上述した実施の形態１，２は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施の形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは、上記記載から自明である。
【０１２２】
以上のように、本発明にかかる超音波モータ及び超音波ステージは、ロストモーションの発生を抑制することに有用である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  基台部
２  移動部
３  ガイドレール
４  摺動部材
１０  超音波アクチュエータ（超音波モータ）
１１  エンコーダ
１２  スケール
１３ａ，１３ｂ  固定用ビス穴
１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１０７，１２４  ネジ
３１  鏡筒
３３  本体部
３４  透過照明部
３６  対物レンズ
３７  反射ミラー
３８  結像光学系
３９  接眼レンズ
４１  透過照明支柱
４２  アーム
４３  光源
４４  ランプハウス
４５  コンデンサレンズ
４６  コンデンサユニット
４７  コレクタレンズ
４８  視野絞り
４９  反射ミラー
１００  電動ステージ（超音波ステージ）
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ  圧電素子
１０１ａ  振動体
１０１ｂ，１０１ｃ  振動子
１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ  保持機構
１０２ａ  薄板ばね部
１０２ｂ  切り欠き穴部
１０２ｃ  厚肉部
１０２ｄ，１０２ｅ  切り欠き部
１０３  振動遮断部材
１０４，１０５，１０９，１２０，１３０，１４０  高剛性部材（支持部材）
１０４ａ，１０５ａ，１０９ａ，１２０ａ，１３０ａ  基部
１０４ｂ，１０５ｂ  延在部
１０４ｃ，１０５ｃ  凸部
１０６  コイルばね
１０８  振動用電極
１０９ｂ，１２０ｂ  第１延在部
１０９ｃ，１２０ｃ  第２延在部
１０９ｄ  第１凸部
１０９ｅ  第２凸部
１１０  制御装置
１１１  制御部
１１２  駆動部
１１３  移動指示部
１１４  検出部
１２０ｄ  挿通孔
１２０ｅ，１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｊ  貫通孔
１２０ｉ  第３延在部
１２１  ばね受け部材
１２２，１２３  円形板
【図１】
2015146718.tif 000003
【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】
2015146718.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015146718.tif 000012
【図１１】
2015146718.tif 000013
【図１２】
2015146718.tif 000014
【図１３】
2015146718.tif 000015
【図１４】
2015146718.tif 000016
【図１５】
2015146718.tif 000017
【図１６】
2015146718.tif 000018
【図１７】
2015146718.tif 000019
【図１８】
2015146718.tif 000020
【図１９】
2015146718.tif 000021
【図２０】
2015146718.tif 000022
【図２１】
2015146718.tif 000023
【図２２】
2015146718.tif 000024
【図２３】
2015146718.tif 000025
【図２４】
2015146718.tif 000026
【図２５】
2015146718.tif 000027
【図２６】
2015146718.tif 000028
【図２７】
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