(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部分を有する略円筒形状を有し、放射方向に伸縮する径方向対称伸び振動モードと、同一面内で非軸対称に屈曲する非軸対称面内振動モードとを同時に発生する振動子を用いた振動アクチュエータにおいて、
前記中空部分で、前記振動子を軸支持する支持部を備え、
前記支持部は、前記中空部分に設けられた軸部と、前記軸部と前記中空部分を形成する面との間に前記軸部を取り囲むように設けられた弾性層と、前記弾性層と前記軸部との間及び前記弾性層と前記中空部分を形成する面との間に設けられた接着層とを有すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記軸部は、前記中空部分の片側を覆うように設けられた座面を有すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性層は、層厚が０．０２５ｍｍ以上あること、
を特徴とする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、
前記弾性層は、弾性係数が１０ＭＰａ以下、又は、デュロメータＡタイプ硬さが８０以下であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、径方向対称伸び振動モードと非軸対称面内振動モードとを利用した振動アクチュエータに関し、特に、振動子の固定支持構造を改良した振動アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の振動アクチュエータは、中心から外周方向に向かって伸びる（放射方向に伸縮する）径方向対称伸び振動モードと、同一面内で非軸対称に屈曲する非軸対称面内振動モードとを同時に発生するドーナツ板状の振動子を用いた構造ものが開示されており、薄型構造に適し、高速，高推力等の特徴を備えるものである。
【０００３】
図３は、径方向対称伸び振動モードと非軸対称面内振動モードとを利用した振動アクチュエータの振動子の従来例を示す図である。
振動子１０は、圧電素子１１と、電極１２等とを備えている。圧電素子１１は、例えば、ＰＺＴなどの圧電材料をドーナツ板形状に形成し、全面を板厚方向に分極したものである。このドーナツ板形状は、径方向対称伸び振動モード（Ｒ，１）と非軸対称面内振動モード（（１，１））の共振周波数がほぼ等しくなるように設計、製造されている。
【０００４】
この圧電素子１１は、表面には、扇形の第１，第２の電極１２ａ，１２ｂが形成されており［図３（Ａ）］、裏面には、ほぼ全面に第３の電極１２ｃが形成されている［図３（Ｂ）］。
【０００５】
振動子１０は、発振器，移相器，増幅器等を含む駆動電圧発生装置によって、第１の電極１２ａには、第１の交流電圧が印加される。また、第２の電極１２ｂには、第１の交流電圧とは電気的に位相が（π／２）だけ異なる第２の交流電圧が印加される。裏面の第３の電極１２ｃは、ＧＮＤ電位に接続される。
【０００６】
この振動子１０は、交流電圧の周波数を２つの振動モードの共振周波数に近づけることによって、２つのモードで共振し、径方向対称伸び振動と、非軸対称面内振動とが同時に発生する。
【０００７】
径方向対称伸び振動（Ｒ，１）は、図３（Ｃ）に示すように、Ａ点を節とした放射方向（径方向）の対称な伸縮振動であり、Ｃ１，Ｃ２点では、径方向の成分Ｕｒをもつ。
また、非軸対称面内振動（（１，１））は、図３（Ｄ）に示すように、Ｂ１，Ｂ２点を節として、破線で示すように、同一面内で潰れる（ひしゃげる）ような変形を、図３（Ｄ）の左右に繰り返す屈曲振動であり、円周上のＣ１，Ｃ２点では、矢印方向の変位成分Ｕθをもつ。
そして、振動子１０は、Ｃ１，Ｃ２点（駆動力取出部）の位置に、２つの振動が合成された変位として、図３（Ａ）に示すような楕円運動が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の振動アクチュエータは、図３（Ｃ），（Ｄ）に示すように、２つの振動モードの節の位置（Ａ点，Ｂ１，Ｂ２点）が異なるので、振動子１０の固定支持を強固に行うと、振動を抑制してしまう。また更に、各モードの共振周波数が、固定前と比較してずれて、駆動効率が低下するという問題があった。
特に、中心の中空部分を軸等にしまりばめとして固定すると、軸と振動子がほぼ全周で接触し、振動子が振動すると軸も一体となって振動してしまう。軸は、特に振動子の中空部分の内径が伸縮する（Ｒ，１）モードの振動を受けやすい。振動子側から見ると、中空部分の内周が軸の剛性で拘束されているので、（Ｒ，１）モードの共振周波数が上昇してしまう。その結果、（Ｒ，１），（（１，１））モードの共振周波数が大きくなり、最悪の場合には、駆動できなくなってしまう場合があった。
また、振動子１０が薄板であるので、ネジ等で強固に固定すると、破損する可能性もある。逆に、緩やかな支持をして、ガタが生ずる場合には、位置決めの制御性の低下をきたし、安定した駆動ができない。
更に、振動子は、筐体などの支持フレームに、位置決めを行って、ネジなどで固定しなければならず、組立性が悪かった。
【０００９】
本発明の課題は、振動を抑制することなく、適度な強さで振動子を位置決めして、固定支持ができ、しかも、組立が容易である支持部をもつ振動アクチュエータを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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、本発明の実施形態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。すなわち、請求項１の発明は、中空部分（１０−１ａ，１０−２ａ）を有する略円筒形状を有し、放射方向に伸縮する径方向対称伸び振動モードと、同一面内で非軸対称に屈曲する非軸対称面内振動モードとを同時に発生する振動子（１０−１，１０−２）を用いた振動アクチュエータにおいて、前記中空部分で、前記振動子を軸支持する支持部を備え、前記支持部は、前記中空部分に設けられた軸部（２１，２２）と、前記軸部と前記中空部分を形成する面との間に前記軸部を取り囲むように設けられた弾性層（４１，４３）と、前記弾性層と前記軸部との間及び前記弾性層と前記中空部分を形成する面との間に設けられた接着層（４２）とを有すること、を特徴とする振動アクチュエータである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記軸部は、前記中空部分の片側を覆うように設けられた座面を有すること、を特徴とする振動アクチュエータである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の振動アクチュエータにおいて、前記弾性層（４１，４３）は、層厚が０．０２５ｍｍ以上あること、を特徴とする振動アクチュエータである。
【００１３】
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、前記弾性層（４１，４３）は、弾性係数が１０ＭＰａ以下、又は、デュロメータＡタイプ硬さが８０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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による振動アクチュエータの第１実施形態の上面図及び断面図である。
なお、各実施形態の説明において、前述した部分と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
振動アクチュエータ１は、径方向対称伸び振動モードと非軸対称面内振動モードとを利用した振動アクチュエータであって、振動子１０−１，弾性層４１，接着層４２，芯部２１，ベース２０等を備えている。尚、振動アクチュエータ１は、図示しないが、他に相対運動部材，加圧装置等を備えており、アクチュエータとして動作をするものである。
【００１７】
振動子１０−１は、圧電素子１１及び圧電素子１１の一方の面に設けられた第１，第２の電極１２ａ，１２ｂを有し、更に圧電素子１１の他方の面のほぼ全面に図示されない電極を有している。そして、この振動子１０−１は、径方向対称伸び振動（Ｒ，１）モードと、非軸対称面内振動（（１，１））モードとを同時に発生する振動子であり、両モードの共振周波数がほぼ一致するように設計、加工されている。また、振動子１０−１は、その中央に小判形状の中空部分１０−１ａが設けられ、駆動時の回転止めの役割を果たす。
【００１８】
弾性層４１は、振動子１０−１の支持軸となる芯部２１と振動子１０−１の中空部分１０−１ａを形成する面との間に設けられた層であり、高い弾性を有する弾性体により形成された部材を挿入して設けられる。
弾性層４１は、振動子１０を支持するために十分な剛性を有しつつ、振動子１０が駆動するために必要な振動を抑制しないために、変形しやすさが必要である。具体的には、ニトリルブタジェンゴム（ＮＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）等が適しており、層厚は、全周０．５ｍｍとした。これらの材料の弾性を示すパラメータとして、表１に、デュロメータＡタイプの硬さを示す。
【００１９】
【表１】
0004438152.tif 000002
【００２０】
材料の弾性を示すためには、一般にヤング率を用いる場合が多いが、ゴム等のように変形しやすい素材については、測定上等の理由により、ヤング率を使用しない場合が多く、また、素材メーカも、全ての物性を公表していないため、ここでは、ヤング率の代わりに硬さを使用した。
【００２１】
接着層４２は、弾性層４１を中空部分１０−１ａ及び芯部２１に接着するための接着剤の層である。本実施形態に使用した接着剤を、先の表１に、弾性層４１とともに示した。
【００２２】
芯部２１は、ベース２０に振動子１０を固定支持するために、ベース２０に設けられた樹脂製の軸部であり、中空部分１０−１ａの形状に合わせた形状をしている。また、芯部２１は、根元に座面２１ａを有し、組み立て時に、はみ出す接着剤４２が振動子１０の裏面をベース２０に対して広範囲に接着してしまわないために隙を設ける役割を果たし、はみ出した接着剤は、座面２１ａ上に流れ込む（４２ｃ）。
ベース２０は、振動子１０を固定するためのベースであり、芯部２１が設けられている。
【００２３】
振動子１０を芯部２１へ接着した後の、径方向対称伸び振動（Ｒ，１）モード及び非軸対称面内振動（（１，１））モードの共振周波数は、振動子１０単体の場合と同様、ほぼ一致しており、優れた駆動性能が得られた。
【００２４】
本実施形態によれば、振動子１０は、弾性層４１を介して芯部２１に固定されているので、振動子１０の振動を抑制することなく固定支持することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図２は、本発明による振動アクチュエータの第２実施形態の上面図及び断面図である。
第２実施形態における振動アクチュエータ２は、第１実施形態に示した振動アクチュエータ１の固定支持部分を更に改良した形態である。
振動アクチュエータ２は、振動子１０−２、芯部２２、弾性層４３等を有している。
【００２６】
振動子１０−２は、中空部分１０−２ａが円形である他は、第１実施形態における振動子１０−１と同様である。
【００２７】
芯部２２は、はめ合わされる中空部分１０−２ａが円形であることに対応して円形になっており、中空部分１０−２ａの内径と芯部２２の軸外径との差は、０．０５〜０．１０ｍｍとなるように設定されている。
【００２８】
弾性層４３は、芯部２２と中空部分１０−２ａとを接着する接着剤が硬化して形成された層であり、第１実施形態における弾性層４１及び接着層４２を兼ねた層である。弾性層４３に使用可能な接着剤は、多数あるが、ここでは、その具体例を表２に示す。本実施形態では、これらの中から、Ｎｏ．３，Ｎｏ．４を使用した。尚、表２中の硬さを示す各パラメータ間の関係は、デュロメータＡタイプ硬さ８０が、ヤング率で約１０ＭＰａに相当し、デュロメータＡタイプ硬さ９０が、デュロメータＤタイプ硬さ５０に相当する。
【００２９】
【表２】
0004438152.tif 000003
【００３０】
これらの２種類のシリコーン含有接着剤（Ｎｏ．３，Ｎｏ．４）は、どちらを使用しても、第１実施形態と同様に、共振周波数の変化がほとんどなく、優れた駆動性能が得られた。また、一般に寸法精度の低いゴム部材等を介さないので、高精度な位置決めをすることができる。
【００３１】
尚、シリコーン含有接着剤２種（Ｎｏ．３，Ｎｏ．４）の他に、Ｎｏ．１，Ｎｏ．２に示すエポキシ接着剤等を使用してもよい。これらの場合は、Ｎｏ．３，Ｎｏ．４よりも周波数変化が大きいので、この周波数変化を予め考慮して振動子を設計すれば、２つのモードの共振周波数をほぼ等しくすることができ、優れた駆動性能が得られる。また、これらの比較的硬い接着剤を使用する場合には、弾性層の剛性が高いので、振動子のガタが更に小さくなり、より精度の高い位置決めが可能である。
【００３２】
本実施形態によれば、弾性層を接着剤により形成したので、第１実施形態の効果にくわえて次の効果がある。すなわち、回転止め形状を必要とせず、部品点数も少なくなることにより、構造が簡単になるので低価格に製造することができ、また、高精度で位置決めをすることができる。
【００３３】
（変形形態）
以上説明した実施形態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。
【００３４】
（１）第１実施形態において、中空部分は、回転止めの形状を有する例を示したが、これに限らず、例えば、接着剤の接着力のみで十分な場合には、単なる円形としてもよい。
【００３５】
（２）第１実施形態において、弾性層を接着剤により固定する例を示したが、これに限らず、例えば、芯部及び弾性層に抜け止め形状を設けて、弾性層の弾性を利用して組立、固定してもよい。
【００３６】
（３）第２実施形態において、中空部分１０−２ａは、回転止め形状を持たない例を示したが、これに限らず、例えば、第１実施形態と同様な回転止め形状を設けてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、以下の効果がある。
【００３８】
（１）弾性層を介して振動子を固定支持するので、駆動に必要な振動子の振動を抑制することなく、２つのモードの共振周波数をほぼ一致させることができる。
【００３９】
（２）弾性層を接着剤により形成したので、別途新たな部品等を必要とせずに振動子を固定支持することができる。
【００４０】
（３）弾性層を接着剤により形成したので、回転止め部を設けなくても、振動子の回転を防止することができる。
【００４１】
（４）各振動子に併せて最適な弾性を持つ素材を弾性層に使用するので、振動を抑制しないで、かつ、適度な強さで振動子を位置決めして、固定支持をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による振動アクチュエータの第１実施形態の上面図及び断面図である。
【図２】本発明による振動アクチュエータの第２実施形態の上面図及び断面図である。
【図３】径方向対称伸び振動モードと非軸対称面内振動モードとを利用した振動アクチュエータの振動子を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０−１，１０−２  振動子
２０  ベース
２１，２２  芯部
４１，４３  弾性層
４２  接着層
【図１】
0004438152.tif 000004
【図２】
0004438152.tif 000005
【図３】
0004438152.tif 000006