(57)【要約】【課題】被駆動体を摩擦駆動する突起部を有する振動型アクチュエータにおいて、被駆動体に対して突起部を加圧接触させたときの突起部の接触面の変位分布を均一にする。【解決手段】振動子１０は、板状の弾性体１２の一方の主面に圧電素子１１が接合され、他方の主面に突起部１３が設けられた振動子１０において、突起部１３は、被駆動体と接触する接触面１８を有する接触部１７と、中空構造を有する連続した側壁部１５と、接触面１８と直交する方向に可撓性を有し、被駆動体と接触しないように接触面１８に対して段差を形成して、中央側において接触部１７と連結されると共に外周側で側壁部１５の上面と連結される板状の連結部１６とを有する。連結部１６の厚さを、側壁部１５と連結される外周側よりも接触部１７と連結される中央側で薄くした構造とする。【選択図】図１
2016039756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子と、
板状の形状を有し、厚さ方向と直交する一方の面に前記電気−機械エネルギ変換素子が接合されると共に、前記厚さ方向と直交する他方の面に突起部が設けられた弾性体と、を備える振動子であって、
前記突起部は、
前記弾性体の前記他方の面から前記厚さ方向に突出する中空構造を形成する連続した側壁部と、
被駆動体と接触する接触面を有し、前記接触面と直交する方向から見た場合に前記側壁部の内側に位置する接触部と、
前記接触面と直交する方向に可撓性を有し、前記接触部と前記側壁部の上面との間に設けられた連結部と、を有し、
前記連結部の第１の部分の厚さは、前記第１の部分よりも前記接触部に近い第２の部分の厚さよりも大きいことを特徴とする振動子。
【請求項２】
電気−機械エネルギ変換素子と、
板状の形状を有し、厚さ方向と直交する一方の面に前記電気−機械エネルギ変換素子が接合されると共に、前記厚さ方向と直交する他方の面に突起部が設けられた弾性体と、を備える振動子であって、
前記突起部は、
前記弾性体の前記他方の面から前記厚さ方向に突出する中空構造を形成する連続した側壁部と、
被駆動体と接触する接触面を有し、前記接触面と直交する方向から見た場合に前記側壁部の内側に位置する接触部と、
前記接触面と直交する方向に可撓性を有し、前記接触部と前記側壁部との間に設けられた連結部と、を有し、
前記連結部の第１の部分の剛性が、前記第１の部分より前記接触部に近い第２の部分の剛性よりも大きいことを特徴とする振動子。
【請求項３】
電気−機械エネルギ変換素子と、
板状の形状を有し、厚さ方向と直交する一方の面に前記電気−機械エネルギ変換素子が接合されると共に、前記厚さ方向と直交する他方の面に突起部が設けられた弾性体と、を備える振動子であって、
前記突起部は、
前記弾性体の前記他方の面から前記厚さ方向に突出する中空構造を形成する連続した側壁部と、
被駆動体と接触する接触面を有し、前記接触面と直交する方向から見た場合に前記側壁部の内側に位置する接触部と、
前記接触面と直交する方向に可撓性を有し、前記接触部と前記側壁部との間に設けられた連結部と、を有し、
前記接触部において前記連結部から突出した部分の根元部の外周の長さは前記接触面の外周の長さより短いことを特徴とする振動子。
【請求項４】
前記突起部において、前記側壁部は前記弾性体と連続する同じ金属材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項５】
前記突起部において、前記側壁部、前記連結部および前記接触部は連続する同じ金属材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項６】
前記連結部は、複数に分割されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項７】
前記突起部の前記側壁部は円筒状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項８】
前記弾性体は、略矩形の形状を有し、
前記突起部は、前記弾性体の短辺を等分すると共に長辺と平行な直線上に所定の間隔で２カ所に形成され、
前記電気−機械エネルギ変換素子に駆動電圧が印加されることにより、前記突起部には、前記接触面と直交し、かつ、前記長辺と平行な面内において楕円運動が生じることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動子と、
前記振動子の前記接触面と加圧接触する被駆動体と、
前記振動子を前記被駆動体に対して加圧することによって前記接触面を前記被駆動体に加圧接触させる付勢手段と、を備え、
前記振動子を被駆動体に加圧接触させて前記振動子に所定の振動を励起することで前記振動子と前記被駆動体とを相対的に移動させることを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９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の被駆動体により駆動されるレンズと、
前記レンズを通過した光が結像する位置に設けられた撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項９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おける被駆動体としてのステージと、を備えることを特徴とするステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる振動モードの振動を組み合わせて駆動される振動子、この振動子を備える振動型アクチュエータ、この振動型アクチュエータを備える撮像装置及びステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動振動が励起される振動子と、振動子に加圧接触する被駆動体とを備え、駆動振動により振動子と被駆動体とを相対的に移動させる振動型アクチュエータが知られており、その一例として、被駆動体を直線的に駆動するものが知られている。
【０００３】
図１２は、周知のリニア駆動型の振動型アクチュエータ１００の概略構造と駆動原理を説明する図である。振動型アクチュエータ１００の駆動原理は、後述する本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータでも用いるために、ここで、詳細に説明することとする。
【０００４】
図１２（ａ）は、振動型アクチュエータ１００の概略構造を示す斜視図である。図１２（ｂ）は、振動型アクチュエータ１００の構成部品である圧電素子１１４の概略構造を示す平面図である。図１２（ｃ）は、振動型アクチュエータ１００を構成する振動子１１５に励振される第１の振動モード（以下「モードＡ」と称呼する）を説明する図である。図１（ｄ）は、振動型アクチュエータ１００を構成する振動子１１５に励振される第２の振動モード（以下「モードＢ」と称呼する）を説明する図である。
【０００５】
振動型アクチュエータ１００は、被駆動体１１１及び振動子１１５を備える。振動子１１５は、概ね、略矩形で平板状の弾性体１１３と、弾性体１１３の一方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１１４と、弾性体１１３の他方の面に設けられた２つの突起部１１２から構成される。被駆動体１１１は、振動子１１５と加圧接触可能に構成されている。
【０００６】
振動型アクチュエータ１００においては、圧電素子１１４に特定の周波数の電圧を印加することで、所望の振動モードを複数励振し、これら振動モードを重ね合わせることにより、駆動するための振動を形成する。例えば、２つの曲げ振動モードを励起することで、被駆動体を駆動することができる。
【０００７】
圧電素子１１４には、図１２（ｂ）に示すように、例えば、長手方向で２等分された電極領域が形成されており、各電極領域における分極方向は同一方向（＋）となっている。圧電素子１１４の２つの電極領域のうち、図中右側の電極領域に交番電圧ＶＢが印加され、図中左側の電極領域に交番電圧ＶＡが印加される。交番電圧ＶＢ，ＶＡを第１の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、同位相の交番電圧とすると、圧電素子１１４全体（２つの電極領域）が、ある瞬間には伸び、別の瞬間には縮む。その結果、振動子１１５には、図１（ｃ）に示す第１の振動モード（以下「モードＡ」と称呼する）の振動が発生する。また、交番電圧ＶＢ，ＶＡを第２の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、位相が１８０°ずれた交番電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子１１４の図中右側の電極領域が縮むと共に図中左側の電極領域が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。その結果、振動子１１５には、図１２（ｄ）に示す第２の振動モード（以下「モードＢ」と称呼する）の振動が発生する。
【０００８】
振動型アクチュエータ１００では、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す２つの曲げ振動モードを振動子１１５に励振させる。これら２つの曲げ振動モードであるモードＡ，Ｂはどちらも、板状の振動子１１５の面外方向の曲げ振動モードである。モードＡは、振動子１１５の長辺と略平行に２つの節が現れる一次の面外曲げ振動モードである。モードＢは、振動子１１５の短辺に略平行に３つの節が現れる二次の面外曲げ振動モードである。
【０００９】
突起部１１２は、モードＡの振動において振動の節となる位置の近傍、且つ、モードＢの振動において振動の腹となる位置の近傍に配置されている。そのため、突起部１１２の先端面は、モードＡの振動の節を支点として振り子運動を行ってＸ方向に往復運動すると共に、モードＢの振動によってＺ方向に往復運動する。よって、モードＡ，Ｂの振動位相差が±π／２近傍となるように同時に励振して重ね合わせることで、突起部１１２の先端面にＸＺ面内の楕円運動を生じさせることができる。突起部１１２と被駆動体１１１との間には、加圧接触による摩擦力が働いているため、突起部１１２の楕円運動によって、被駆動体１１１をＸ方向に駆動する駆動力（推力）を発生させることができる。
【００１０】
ここで、振動型アクチュエータでは、加圧接触される接触部材にばね性を持たせることで、滑らかな接触状態を実現することができ、これにより良好な駆動性能を得ることができる。しかしながら、振動型アクチュエータ１００では、弾性体１１３に設けられた突起部１１２と被駆動体１１１には、ばね性が殆どない。そこで、図１２を参照して説明した駆動原理を用いた振動型アクチュエータに用いられる振動子として、突起部にばね性を持たせた構造を有するものが提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
図１３は、弾性体１２２の上面に設けた突起部１２３にばね性を持たせた振動子１２０の概略構造を示す斜視図及び斜視断面図である。振動子１２０は、弾性体１２２と、弾性体１２２の一方の面（下面）に接着された圧電素子１２１と、弾性体１２２の他方の面（上面）の２カ所において弾性体１２２と一体的に形成された突起部１２３とで構成されている。２カ所の突起部１２３はそれぞれ、円筒状の側壁部１２５、不図示の被駆動体との接触面１２８を有する接触部１２７、及び、側壁部１２５と接触部１２７とを連結する連結部１２６からなる。
【００１２】
連結部１２６と接触部１２７との間には被駆動体が連結部１２６と接触しないように段差が設けられており、また、連結部１２６は厚さを減じることによってＺ方向の剛性を下げて、ばね性を持たせることができる。なお、弾性体１２２には、突起部１２３との接続部において、薄肉部１２４が形成されている。弾性体１２２をプレス加工して突起部１２３を一体成型する際に薄肉部１２４を形成することで、この部分の減肉分を側壁部１２５に流動させて、側壁部１２５の厚みを確保して、剛性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２３４６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図１３に示す振動子１２０の構造では、被駆動体から加圧力を受けたときに接触面１２８に変位分布が生じてしまう。図１４は、突起部１２３が被駆動体から加圧力を受けたときの接触面１２８の変位分布を説明する断面図である。突起部１２３が加圧力Ｆを受けると、連結部１２６だけでなく、接触部１２７の内部でも図中の破線のように曲げ変形が生じ、その結果、変形後の接触面１２８ａでは外周部よりも中央部においてＺ方向での変位が大きくなる変位分布が生じる。接触部１２７が接触面１２８ａの状態で被駆動体に接触すると、接触部１２７の上面外周近傍の面圧が高くなって駆動による局所的な摩耗が発生し、摩耗が進むと、接触部１２７と被駆動体との接触状態が変化して、駆動性能が変化してしまう。
【００１５】
本発明は、被駆動体を摩擦駆動する突起部を有する振動型アクチュエータにおいて、被駆動体に対して突起部を加圧接触させたときの突起部の接触面の変位分布を均一にする技術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】
【００１６】
本発明に係る振動子は、電気−機械エネルギ変換素子と、板状の形状を有し、厚さ方向と直交する一方の主面に前記電気−機械エネルギ変換素子が接合されると共に、前記厚さ方向と直交する他方の主面に突起部が設けられた弾性体と、を備える振動子であって、前記突起部は、被駆動体と接触する接触面を有する接触部と、前記弾性体の前記他方の主面から前記厚さ方向に突出する中空構造を有する連続した側壁部と、前記接触面と直交する方向に可撓性を有し、前記被駆動体と接触しないように前記接触面に対して段差を形成して、中央側において前記接触部と連結されると共に外周側で前記側壁部の上面と連結される板状の連結部と、を有し、前記連結部の厚さは、前記側壁部と連結される外周側よりも、前記接触部と連結される中央側で薄いことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る別の振動子は、電気−機械エネルギ変換素子と、板状の形状を有し、厚さ方向と直交する一方の主面に前記電気−機械エネルギ変換素子が接合されると共に、前記厚さ方向と直交する他方の主面に突起部が設けられた弾性体と、を備える振動子であって、前記突起部は、被駆動体と接触する接触面を有する接触部と、前記弾性体の前記他方の主面から前記厚さ方向に突出する筒状の連続した側壁部と、前記接触面と直交する方向に可撓性を有し、前記被駆動体と接触しないように前記接触面に対して段差を形成して、中央側において前記接触部と連結されると共に外周側で前記側壁部の上面と連結される板状の連結部と、を有し、前記接触部において前記連結部から突出した部分の根元部の外周の長さは前記接触面の外周の長さより短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被駆動体を摩擦駆動する突起部を有する振動型アクチュエータにおいて、接触部の接触面の変位分布を均一にすることができる。これにより、接触部での局所的な摩耗の発生を回避して、接触部全体の摩耗を抑制することができ、また、経時的に突起部に生じる摩耗を均一にすることができる。こうして、本発明に係る振動型アクチュエータでは、駆動性能を使用初期の段階から安定させ、しかも、駆動特性を長く維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動子の部分断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る振動子の部分断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る振動子の部分断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る振動子の部分断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る振動子の部分断面図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る振動子の部分断面図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る振動子の部分断面図である。
【図８】本発明の第８実施形態に係る振動子の外観斜視図、部分的な斜視断面図及び突起部の平面図である。
【図９】本発明の第９実施形態に係る振動子を構成する突起部の平面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを搭載したレンズ鏡筒の概略構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを搭載した顕微鏡の外観斜視図である。
【図１２】周知のリニア駆動型の振動型アクチュエータ１００の概略構造と駆動原理を説明する図である。
【図１３】弾性体の上面に設けた突起部にばね性を持たせた周知の振動子の概略構造を示す斜視図及び斜視断面図である。
【図１４】図１３の振動子の突起部が被駆動体から加圧力を受けたときの接触面の変位分布を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。なお、本実施形態では、振動型アクチュエータとは、駆動振動が励起される振動子と、振動子に加圧接触する被駆動体とを備え、駆動振動により振動子と被駆動体とを相対的に移動させる構成を有するものを指すこととする。つまり、振動子の駆動出力を、振動子と被駆動体との相対的な移動によって取り出すことができる構成となっているものを指すものとする。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動子１０の部分断面図であり、より詳しくは、振動子１０における突起部１３近傍の拡大断面図である。なお、振動子１０の全体的な構造は、図１３に示した振動子１２０の全体的な構造に準ずる。つまり、振動子１０は、略矩形で平板状の弾性体１２と、弾性体１２の一方の主面（下面）に接合された電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１１と、弾性体１２の他方の主面（上面）の２カ所において弾性体１２の厚さ方向に突出する突起部１３とを有する。なお、弾性体１２の主面とは、弾性体１２の外観に現れる面のうち、面積が最も大きい面（厚さ方向と直交する面）を指す。
【００２２】
２カ所の突起部１３は、中空構造を有し、弾性体１２の短辺を等分すると共に長辺と平行な直線上に所定の間隔で弾性体１２と一体的に形成されている。図１には、図１４に準ずる１カ所の突起部１３のＸＺ断面が示されている。突起部１３は、弾性体１２と連続する円筒状の側壁部１５、不図示の被駆動体との接触面１８を有し、接触面１８と直交する方向から見たときに側壁部１５の内側に位置する接触部１７、及び、外周側で側壁部１５の上面と連結されると共に中央側で接触部１７と連結される板状の連結部１６を有する。
【００２３】
なお、突起部１３は、ステンレス材等の金属材料からなる弾性体１２をプレス加工することによって形成されている。そのため、突起部１３は弾性体１２と連続する同じ金属材料からなり、突起部１３を構成する側壁部１５、接触部１７及び連結部１６もまた連続する同一の金属材料からなる。また、弾性体１２には、突起部１３との接続部において薄肉部１４が形成されており、連結部１６と接触部１７との間にはＺ方向において段差が設けられている。薄肉部１４を形成する理由及び連結部１６と接触部１７との間には段差を設ける理由はそれぞれ、図１３に示した振動子１２０において薄肉部１２４を形成する理由及び連結部１２６と接触部１２７との間に段差を設ける理由と同じであるので、ここでの説明を省略する。更に、振動子１０及び後述する第２乃至第８実施形態に係る振動子２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０をそれぞれ備える振動型アクチュエータの駆動原理は、図１２を参照して説明した通りである。つまり、圧電素子１１に所定の駆動電圧が印加されることで、２箇所の突起部１３には、接触面１８と直交し、かつ、弾性体１２の長辺と平行な面内において、楕円運動が生じる。
【００２４】
振動子１０では、側壁部１５が筒状に連続しているため、突起部１３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。ここで、突起部１３の駆動高速化とは、弾性体１２に生ずる振動に対して応答性の高い振動を生じさせることができることをいう。
【００２５】
連結部１６において、第１の部分と第２の部分とを、第１の部分よりも第２の部分の方が接触部１７に近いと定義したときに、第１の部分の厚さは第２の部分の厚さよりも大きい。具体的には、連結部１６は、厚さが均一ではなく、接触部１７と連結する内周部１６ａでは内周側に向かうに従って厚さが薄くなるように形成されている。これにより、連結部１６は、接触面１８と直交する方向であるＺ方向に可撓性を有すると共に、内周部１６ａの剛性が接触部１７内部の剛性より相対的に充分小さくなる構造となっている。
【００２６】
図１には、接触面１８に対して接触面１８と略直交する加圧力Ｆが作用したために連結部１６が変形した状態が破線で示されている。接触面１８に不図示の被駆動体からの加圧力Ｆが作用したとき、連結部１６は破線で示されるように変形する。しかし、突起部１３における変形は連結部１６に止まり、接触部１７の内部には曲げ変形は生じない。つまり、加圧力Ｆを受けた接触面１８ａの全面が、連結部１６の変形によって、ほぼ均一にＺ方向に変位する（つまり、その全面にほぼ均一な変位分布を生じさせる）ことができる。
【００２７】
こうして、第１実施形態に係る振動子１０では、接触部１７に接触面１８の外周近傍において局所的に面圧が大きくなることを抑制して、駆動によって局所的に摩耗が進むことを抑制することができる。ひいては、経時的に突起部に生じる摩耗を均一にすることができる。こうして、振動子１０を備える振動型アクチュエータでは、駆動性能を使用初期の段階から安定させ、しかも、駆動特性を長く維持することが可能になる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る振動子２０の部分断面図であり、より詳しくは、振動子２０における突起部２３近傍の拡大断面図である。なお、振動子２０の全体的な構造は、図１３に示した振動子１２０の全体的な構造に準ずる。つまり、振動子２０は、弾性体２２と、弾性体２２の下面に接着された圧電素子２１と、弾性体２２の上面の２カ所に弾性体２２と一体的に形成された突起部２３とで構成されている。そして、図２には、図１４に準ずる１カ所の突起部２３のＸＺ断面が示されている。
【００２９】
突起部２３は、円筒状の側壁部２５、不図示の被駆動体との接触面２８を有し、接触面２８と直交する方向から見たときに側壁部２５の内側に位置する接触部２７、及び、側壁部２５と接触部２７とを連結する連結部２６からなる。弾性体２２には、突起部２３との接続部において薄肉部２４が形成されており、連結部２６と接触部２７との間にはＺ方向において段差が設けられている。振動子２０においても、側壁部２５が筒状に連続しているため、突起部２３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。
【００３０】
連結部２６には、外周側から内周側に向かうに従って徐々に厚さが小さくなるように、上面２６ａに傾斜が設けられている。これにより、第１実施形態に係る振動子１０と同様に、連結部２６の内周部での剛性を接触部２７の剛性より相対的に充分小さくすることができる。よって、図１に示す加圧力Ｆに相当する加圧力が接触面２８に作用したとき、突起部２３における変形は連結部２６に止まり、接触部２７の内部に曲げ変形が生じることを抑制することができる。つまり、加圧力を受けた接触面２８の全面が、連結部２６の変形によって、ほぼ均一にＺ方向に変位する。よって、第２実施形態に係る振動子２０も、第１実施形態に係る振動子１０と同じ効果を奏する。
【００３１】
＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態に係る振動子３０の部分断面図であり、より詳しくは、振動子３０における突起部３３近傍の拡大断面図である。なお、振動子３０の全体的な構造は、図１３に示した振動子１２０の全体的な構造に準ずる。つまり、振動子３０は、弾性体３２と、弾性体３２の下面に接着された圧電素子３１と、弾性体３２の上面の２カ所に弾性体３２と一体的に形成された突起部３３とで構成されている。そして、図３には、図１４に準ずる１カ所の突起部３３のＸＺ断面が示されている。
【００３２】
突起部３３は、円筒状の側壁部３５、不図示の被駆動体との接触面３８を有し、接触面３８と直交する方向から見たときに側壁部３５の内側に位置する接触部３７、及び、側壁部３５と接触部３７とを連結する連結部３６からなる。弾性体３２には、突起部３３との接続部において薄肉部３４が形成されており、連結部３６と接触部３７との間にはＺ方向において段差が設けられている。振動子３０においても、側壁部３５が筒状に連続しているため、突起部３３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。
【００３３】
連結部３６には、外周側から内周側に向かうに従って徐々に厚さが小さくなるように、下面３６ａに傾斜が設けられている。これにより、第２実施形態に係る振動子２０と同様に、連結部３６の内周部での剛性を接触部３７の剛性より相対的に充分小さくすることができる。よって、図１に示す加圧力Ｆに相当する加圧力が接触面３８に作用したとき、突起部３３における変形は連結部３６に止まり、接触部３７の内部に曲げ変形が生じることを抑制することができる。つまり、加圧力を受けた接触面３８の全面が、連結部３６の変形によって、ほぼ均一にＺ方向に変位する。よって、第３実施形態に係る振動子３０も、第２実施形態に係る振動子２０と同じ効果、つまり、振動子１０と同じ効果を奏する。
【００３４】
＜第４実施形態＞
図４は、本発明の第４実施形態に係る振動子４０の部分断面図であり、より詳しくは、振動子４０における突起部４３近傍の拡大断面図である。なお、振動子４０の全体的な構造は、図１３に示した振動子１２０の全体的な構造に準ずる。つまり、振動子４０は、弾性体４２と、弾性体４２の下面に接着された圧電素子４１と、弾性体４２の上面の２カ所に弾性体４２と一体的に形成された突起部４３とで構成されている。そして、図４には、図１４に準ずる１カ所の突起部４３のＸＺ断面が示されている。
【００３５】
突起部４３は、円筒状の側壁部４５、不図示の被駆動体との接触面４８を有し、接触面４８と直交する方向から見たときに側壁部４５の内側に位置する接触部４７、及び、側壁部４５と接触部４７とを連結する連結部４６からなる。弾性体４２には、突起部４３との接続部において薄肉部４４が形成されており、連結部４６と接触部４７との間にはＺ方向において段差が設けられている。振動子４０においても、側壁部４５が筒状に連続しているため、突起部４３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。
【００３６】
連結部４６は、側壁部４５とで成す稜線の外Ｒ（外角部の曲率）４６ｄを内Ｒ（内角部の曲率）４６ｃより小さくすることによって、連結部４６の板厚が外周部厚さ４６ａよりも内周部厚さ４６ｂの方が薄くなるように構成されている。これにより、第１実施形態に係る振動子１０と同様に、連結部４６の内周部での剛性を接触部４７の剛性より相対的に充分小さくすることができる。よって、図１に示す加圧力Ｆに相当する加圧力が接触面４８に作用したとき、突起部４３における変形は連結部４６に止まり、接触部４７の内部に曲げ変形が生じることを抑制することができる。つまり、加圧力を受けた接触面４８の全面が、連結部４６の変形によって、ほぼ均一にＺ方向に変位する。よって、第４実施形態に係る振動子４０も、第１実施形態に係る振動子１０と同じ効果を奏する。
【００３７】
＜第５実施形態＞
図５は、本発明の第５実施形態に係る振動子５０の部分断面図であり、より詳しくは、振動子５０における突起部５３近傍の拡大断面図である。なお、振動子５０の全体的な構造は、図１３に示した振動子１２０の全体的な構造に準ずる。つまり、振動子５０は、弾性体５２と、弾性体５２の下面に接着された圧電素子５１と、弾性体５２の上面の２カ所に弾性体５２と一体的に形成された突起部５３とで構成されている。そして、図５には、図１４に準ずる１カ所の突起部５３のＸＺ断面が示されている。
【００３８】
突起部５３は、円筒状の側壁部５５、不図示の被駆動体との接触面５８を有し、接触面５８と直交する方向から見たときに側壁部５５の内側に位置する接触部５７、及び、側壁部５５と接触部５７とを連結する連結部５６からなる。弾性体５２には、突起部５３との接続部において薄肉部５４が形成されており、連結部５６と接触部５７との間にはＺ方向において段差が設けられている。振動子５０においても、側壁部５５が筒状に連続しているため、突起部５３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。
【００３９】
接触部５７は、根元部５７ａと先端部５７ｂとからなり、根元部５７ａの外周の長さ（或いは外径）を先端部５７ｂの外周の長さ（或いは外径）よりも短くすることによって、接触部５７における剛性が内周部よりも外周部で小さくなる構造となっている。これにより、図１に示す加圧力Ｆに相当する加圧力が接触面５８に作用したとき、接触面５８は、図１４の接触面１２８ａと同様に変形しようとするが、接触部５７の内部においてその変形を相殺するような曲げ変形が生じるため、結果として接触面５８の全面がほぼＺ方向に均一に変位する。よって、第５実施形態に係る振動子５０も、第１実施形態に係る振動子１０と同じ効果を奏することができる。
【００４０】
＜第６実施形態＞
図６は、本発明の第６実施形態に係る振動子６０の部分断面図であり、より詳しくは、振動子６０における突起部６３近傍の拡大断面図である。なお、振動子６０の全体的な構造は、図１３に示した振動子１２０の全体的な構造に準ずる。つまり、振動子６０は、弾性体６２と、弾性体６２の下面に接着された圧電素子６１と、弾性体６２の上面の２カ所に弾性体６２と一体的に形成された突起部６３とで構成されている。そして、図６には、図１４に準ずる１カ所の突起部６３のＸＺ断面が示されている。
【００４１】
突起部６３は、円筒状の側壁部６５、不図示の被駆動体との接触面６８を有し、接触面６８と直交する方向から見たときに側壁部６５の内側に位置する接触部６７、及び、側壁部６５と接触部６７とを連結する連結部６６からなる。弾性体６２には、突起部６３との接続部において薄肉部６４が形成されており、連結部６６と接触部６７との間にはＺ方向において段差が設けられている。振動子６０においても、側壁部６５が筒状に連続しているため、突起部６３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。
【００４２】
接触部６７は、根元部６７ａと先端部６７ｂとからなり、根元部６７ａの外径が先端部６７ｂから離れる（連結部６６に近付く）にしたがって短くなるように構成されており、これにより、接触部６７における剛性を内周部よりも外周部で小さくすることができる。よって、図１に示す加圧力Ｆに相当する加圧力が接触部６７の接触面６８に作用したとき、接触面６８は、図１４の接触面１２８ａと同様に変形しようとするが、接触部６７の内部においてその変形を相殺するような曲げ変形が生じ、結果として接触面６８の全面がほぼＺ方向に均一に変位する。よって、第６実施形態に係る振動子６０も、第５実施形態に係る振動子５０と同じ効果、つまり、振動子１０と同じ効果を奏する。
【００４３】
＜第７実施形態＞
図７は、本発明の第７実施形態に係る振動子７０の部分断面図であり、より詳しくは、振動子７０における突起部７３近傍の拡大断面図である。なお、振動子７０の全体的な構造は、図１３に示した振動子１２０の全体的な構造に準ずる。つまり、振動子７０は、弾性体７２と、弾性体７２の下面に接着された圧電素子７１と、弾性体７２の上面の２カ所に弾性体７２と一体的に形成された突起部７３とで構成されている。そして、図７には、図１４に準ずる１カ所の突起部７３のＸＺ断面が示されている。
【００４４】
突起部７３は、円筒状の側壁部７５、不図示の被駆動体との接触面７８を有し、接触面７８と直交する方向から見たときに側壁部７５の内側に位置する接触部７７、及び、側壁部７５と接触部７７とを連結する連結部７６からなる。弾性体７２には、突起部７３との接続部において薄肉部７４が形成されており、連結部７６と接触部７７との間にはＺ方向において段差が設けられている。振動子７０においても、側壁部７５が筒状に連続しているため、突起部７３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。
【００４５】
接触部７７は、その外径が接触面７８から接触部７７の根元（連結部６６側）へ向かって近付くにしたがって短くなるように構成されており、こうして、接触部７７における剛性が内周部よりも外周部で小さくなる構造となっている。これにより、図１に示す加圧力Ｆに相当する加圧力が接触面７８に作用したとき、接触面７８は、図１４の接触面１２８ａと同様に変形しようとするが、接触部７７の内部においてその変形を相殺するような曲げ変形が生じ、結果として接触面７８の全面がほぼＺ方向に均一に変位する。よって、第７実施形態に係る振動子７０も、第５実施形態に係る振動子５０と同じ効果、つまり、振動子１０と同じ効果を奏する。
【００４６】
＜第８実施形態＞
図８は、本発明の第８実施形態に係る振動子８０の概略構造を示す図であり、図８（ａ）は振動子８０全体の外観斜視図を、図８（ｂ）は突起部８３の部分的な斜視断面図を、図８（ｃ）は突起部８３の上面図（平面図）をそれぞれ示している。振動子８０は、弾性体８２と、弾性体８２の下面に接着された圧電素子８１と、弾性体８２の上面の２カ所に弾性体８２と一体的に形成された突起部８３とで構成されている。
【００４７】
突起部８３は、円筒状の側壁部８５、不図示の被駆動体との接触面８８を有し、接触面８８と直交する方向から見たときに側壁部８５の内側に位置する接触部８７、及び、側壁部８５と接触部８７とを連結する連結部８６からなる。弾性体８２には、突起部８３との接続部において薄肉部８４が形成されており、連結部８６と接触部８７との間にはＺ方向において段差が設けられている。振動子８０においても、側壁部８５が筒状に連続しているため、突起部８３の駆動方向の剛性が保たれ、駆動力を損なうことなく駆動高速化を図ることができる。
【００４８】
連結部８６は、外周部幅８６ａよりも内周部幅８６ｂの方が短い略扇形の形状を有し、周方向に等間隔に接触部８７と側壁部８５とに架設されており、その結果、それぞれの連結部８６の間に穴部８９が等間隔に形成されている。こうして複数に分割された連結部８６では、Ｚ方向の剛性が低下して、ばね性を有するようになる。また、連結部８６は、外周部幅８６ａよりも内周部幅８６ｂの方が短いために、連結部８６の内周部の剛性を接触部８７の剛性よりも相対的に充分小さくすることができる。よって、振動子８０は、第１乃至第４実施形態に係る振動子１０乃至４０と同様に、図１に示す加圧力Ｆに相当する加圧力が接触面８８に作用したとき、突起部８３における変形は連結部８６に止まり、接触部８７の内部に曲げ変形が生じることを抑制することができる。つまり、加圧力を受けた接触面８８の全面が、連結部８６の変形によって、ほぼ均一にＺ方向に変位する。よって、第８実施形態に係る振動子２０も、第１実施形態に係る振動子１０と同じ効果を奏する。
【００４９】
＜第９実施形態＞
図９は、本発明の第９実施形態に係る振動子を構成する突起部９３の上面図（平面図）である。なお、突起部９３を備える振動子の全体構造は、第８実施形態に係る振動子８０に準じており、ここでの図示と説明を省略する。
【００５０】
突起部９３の連結部９６は、外周部幅９６ａよりも内周部幅９６ｂの方が短くなるように、側壁部９５と連結する隅部での曲率９６ｄを、接触部９７と連結する隅部での曲率９６ｃよりも大きくしている。こうして複数に分割された連結部９６では、Ｚ方向の剛性が低下して、ばね性を有するようになる。また、連結部９６は、外周部幅９６ａよりも内周部幅９６ｂの方が短いために、連結部９６の内周部の剛性を接触部９７の剛性よりも相対的に充分小さくすることができる。つまり、加圧力を受けた接触面９８の全面が、連結部９６の変形によって、ほぼ均一にＺ方向に変位するため、第９実施形態に係る振動子も、第１実施形態に係る振動子１０と同じ効果を奏する。
【００５１】
＜第１０実施形態＞
上述した本実施形態に係る各種の振動子を用いた振動型アクチュエータを備える装置の一例であるカメラ等の撮像装置（光学機器）の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、レンズ鏡筒のレンズ駆動機構部３００の概略構造を示す斜視図である。レンズ駆動機構部３００は、被駆動体であるレンズホルダ３０２、レンズホルダ３０２を駆動する振動子３０１、加圧磁石３０５、第１のガイドバー３０３、第２のガイドバー３０４及び不図示の基体を備える。
【００５２】
レンズホルダ３０２は、円筒状の本体部３０２ａと、振動子３０１及び加圧磁石３０５を保持する保持部３０２ｂと、第１のガイドバー３０３と嵌合することによって第１のガイド部を形成する第１のガイド部３０２ｃと、脱落防止部３０２ｄを有する。本体部３０２ａには、レンズ３０７が保持されている。第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４は互いに平行に配置されており、第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４のそれぞれの両端は、不図示の基体に固定されている。
【００５３】
加圧手段を構成する加圧磁石３０５は、永久磁石と、永久磁石の両端に配置される２つのヨークから構成される。加圧磁石３０５と第２のガイドバー３０４との間に磁気回路が形成され、これら部材間に吸引力が発生する。これにより、振動子３０１に設けられた２カ所の突起部の先端が所定の力で第２のガイドバー３０４に押し当てられた状態で保持され、第２のガイド部が形成される。
【００５４】
なお、加圧磁石３０５は、第２のガイドバー３０４とは間隔を空けて配置されており、第２のガイドバー３０４と非接触である。そのため、第２のガイド部が外力を受ける等すると、振動子３０１の突起部と第２のガイドバー３０４とが引き離される状態が生じるおそれがある。しかし、そのときには、レンズホルダ３０２に設けられた脱落防止部３０２ｄが第２のガイドバー３０４に当接し、レンズホルダ３０２の保持部３０２ｂが本来の位置に戻ることで、振動子３０１の突起部が第２のガイドバー３０４に当接した状態に戻るようになっている。
【００５５】
振動子３０１は、第１実施形態に係る振動子１０と同じ構造を有しており、よって、振動子３０１の駆動方法は、振動子１０の駆動方法（つまり、図１２を参照して説明した振動子１１５の駆動方法）と同じである。即ち、振動子３０１に所定の交番電圧を印加することによって、２カ所の突起部に楕円振動を発生させることで、振動子３０１第２のガイドバー３０４との間に摩擦駆動力を発生させる。このとき、第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４は固定されているため、発生した摩擦駆動力によって、レンズホルダ３０２を第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４の長さ方向に沿って移動させることができる。
【００５６】
なお、レンズ駆動機構部３００では、加圧機構として磁力（加圧磁石３０５）を用いたが、これに限られず、ばねによる付勢力を用いてもよい。また、ここでは、レンズ駆動機構部３００は、リニア型の振動型アクチュエータとして構成されているが、これに限られず、回転型の振動型アクチュエータとして構成することもできる。即ち、被駆動体の回転力を用いてレンズを保持した環状部材を回転させ、このとき、カムピンとカム溝との係合等の手法を用いて、環状部材の回転量を光軸方向での直線移動量に変換する。これにより、レンズを光軸方向で移動させることができる。
【００５７】
なお、振動型アクチュエータによるレンズの駆動は、オートフォーカス用のレンズの駆動に好適であるが、これに限られず、ズーム用のレンズについても、同様の構成による駆動が可能である。また、振動型アクチュエータは、レンズを通過した光が結像する撮像素子の駆動や、手ぶれ補正時のレンズ或いは撮像素子の駆動にも用いることができる。
【００５８】
＜第１１実施形態＞
上述した本実施形態に係る各種の振動子を用いた振動型アクチュエータを備える装置の一例である顕微鏡等のステージ装置の構成について、図１１を参照して説明する。図１１は、顕微鏡４００の外観斜視図である。顕微鏡４００は、撮像素子と光学系を内蔵する撮像部４１０と、基台上に設けられ、振動型アクチュエータにより移動されるステージ４２０を有する自動ステージ４３０とを有する。振動型アクチュエータの振動子には、本実施形態に係る上述の振動子１０等を用いることができる。
【００５９】
被観察物をステージ４２０の上面に置いて、拡大画像を撮像部４１０で撮影する。観察範囲が広範囲にある場合には、自動ステージ４３０を駆動してステージ４２０を面内でＸ方向やＹ方向に移動させて被観察物を移動させることにより、多数の撮影画像を取得する。撮影された画像を不図示のコンピュータで画像処理により結合させることで、観察範囲が広範囲で、高精細な１枚の画像を取得することができる。
【００６０】
＜その他の実施形態＞
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、本発明に係る振動子は、図１２（ａ）に示したリニア型の振動型アクチュエータに限って適用されるものではなく、回転型の振動型アクチュエータや、多自由度を有する振動型アクチュエータにも適用が可能である。また、振動子が有する突起部１３等の形状も、円筒状に限定されるものではなく、側壁部１５等が連続した筒状であればよい。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０    振動子
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１    圧電素子
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２    弾性体
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３    突起部
１５，２５，３５，４５，５５，６５，７５，８５，９５    側壁部
１６，２６，３６，４６，５６，６６，７６，８６，９６    連結部
１７，２７，３７，４７，５７，６７，７７，８７，９７    接触部
１８，２８，３８，４８，５８，６８，７８，８８，９８    接触面
【図１】
2016039756.tif 000003
【図２】
2016039756.tif 000004
【図３】
2016039756.tif 000005
【図４】
2016039756.tif 000006
【図５】
2016039756.tif 000007
【図６】
2016039756.tif 000008
【図７】
2016039756.tif 000009
【図８】
2016039756.tif 000010
【図９】
2016039756.tif 000011
【図１０】
2016039756.tif 000012
【図１１】
2016039756.tif 000013
【図１２】
2016039756.tif 000014
【図１３】
2016039756.tif 000015
【図１４】
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