特許 7516222 振動型アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】振動型アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/12 20060101AFI20240708BHJP

   H02N 2/16 20060101ALI20240708BHJP

   G02B 7/04 20210101ALI20240708BHJP

   G02B 7/08 20210101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

H02N2/12

H02N2/16

G02B7/04 E

G02B7/08 B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020194434

(22)【出願日】2020-11-24

(65)【公開番号】P2022083146

(43)【公開日】2022-06-03

【審査請求日】2023-08-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】小田 悠貴

(72)【発明者】

【氏名】土屋 聡司

【審査官】三澤 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－２８９３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１７８７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１７３３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１８０４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０４８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０４５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２５７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１３０７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８３９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８９２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２２９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０７２０９４（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ ２／１２

Ｈ０２Ｎ ２／１６

Ｇ０２Ｂ ７／０４

Ｇ０２Ｂ ７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性体と電気－機械エネルギー変換素子を備える振動体と、
前記振動体と接し前記振動体に対して相対的に移動する接触体と、
前記振動体を加圧する加圧部材と、
前記加圧部材と前記振動体との間に設けられた発泡部材、を有し、
前記発泡部材のセルの平均円相当径が７０μｍ以上１０５μｍ以下である振動型アクチュエータ。

【請求項2】

前記振動体との接触面において、前記発泡部材における表層は厚み６０μｍ以下のスキン層である請求項１に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項3】

前記発泡部材の硬度は平均のアスカーＣ硬度が７以上１０以下である請求項１または２のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項4】

前記発泡部材の厚さは１ｍｍ以上２ｍｍ以下であること請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項5】

前記発泡部材は前記振動体に生じる振動の腹と節とをともに加圧する面を備える請求項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。

【請求項6】

前記電気－機械エネルギー変換素子は圧電素子であり、前記圧電素子を構成する圧電材料の分極軸の方向ベクトルが前記発泡部材と交差する請求項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。

【請求項7】

前記振動体は環状であり、前記振動体に発生する振動は環状に進行する進行波振動である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項8】

前記振動体は矩形状であり、前記振動体に発生する振動は異なる２つの曲げ振動である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項9】

前記発泡部材はケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を骨格とし、前記骨格にメチル基が結合したポリマーを主成分とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項10】

前記発泡部材はシリコーンゴムを含有するスポンジである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項11】

前記発泡部材はエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）を含有するスポンジである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項12】

前記発泡部材はアクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）を含有するスポンジである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項13】

駆動部に請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを備えた光学機器。

【請求項14】

基材と、前記基材に請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを備えた電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動体に被駆動体を加圧接触させ摩擦駆動するいわゆる振動型アクチュエータに関し、特に振動型アクチュエータの振動体の加圧支持に関するものである

【背景技術】

【0002】

振動型アクチュエータは、圧電素子等の電気－機械エネルギー変換素子と弾性体とから構成された振動体と、振動体に加圧接触する接触体を有する。振動型アクチュエータは、振動体に励起された振動の駆動力によって生じる摩擦を利用して接触体を相対移動させる振動波モータとして利用されている。振動型アクチュエータの一種として円環状の振動波モータが挙げられる。円環状の振動波モータは中空部にレンズを取り付けてカメラのオートフォーカスやズーム機能のためにレンズを移動させたり、中空部に配線を通すことによりパン、チルト動作の駆動源として用いたりされている。

【0003】

振動型アクチュエータの一種である円環状の振動波モータの構造及び駆動原理の概略を示す。円環状の振動波モータは、円環状の振動体と該振動体に加圧部材によって加圧接触された円環状の接触体を備えている。この時、加圧部材が振動体を均一に与圧するためには剛性を高めて振動体と接することが望ましい。しかしながら、高剛性の部材が振動体に接すると振動体の振動を阻害する虞がある。そこで、加圧部材と振動体との間に振動を阻害しない部材を振動減衰部材等として配置する構造が知られている。

【0004】

例えば、特許文献１には振動体の支持体としてスポンジ、発泡スチロール、フェルトが挙げられており、その中でも羊毛フェルトが特に優れているとの記載がある。特許文献１における振動体の支持体は振動を阻害しないための部材が用いられており、振動減衰部材と機能は同等である。

【0005】

また、特許文献２は円環状ではないが、振動遮断部材としてシリコーンゴム等からなる発泡性樹脂を用いる例が記載されている。特許文献２においても振動体と加圧部材との間に振動遮断部材が配置されており思想としては同様である。

【0006】

しかしながら、本発明者の検討によると、特許文献に記載されているように振動体と加圧部材の間にスポンジや発泡部材を配置した構成の振動型アクチュエータでは、十分な出力を生じさせることが困難であることが分かった。また、フェルトを用いた場合はフェルトが潰れてしまう等の経年変化により出力が低下する虞があった

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平３－２８９３７１号公報

【文献】特開２０１５－１４６７１８号広報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は上記課題に対して、振動体と加圧部材との間に発泡部材を配置した構成において、長期にわたり安定しかつ十分な出力が得られる振動型アクチュエータの提供を目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の振動型アクチュエータは、弾性体と電気－機械エネルギー変換素子を備える振動体と、
前記振動体と接し前記振動体に対して相対的に移動する接触体と、
前記振動体を加圧する加圧部材と、
前記加圧部材と前記振動体との間に設けられた発泡部材、を有し、
前記発泡部材のセルの平均円相当径が７０μｍ以上１０５μｍ以下であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、発泡部材と振動体との接触面積を減らし、発泡部材のバネ性を有効に利用することができるため、発泡部材が振動体の振動を阻害することなく十分な出力を得ることができる。また、発泡部材のセルの平均円相当径を適切に選ぶことで、発泡部材の潰れを抑制し、長期に良好な特性を保つことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施例における振動型アクチュエータの断面図である。

【図2】本発明の第１の実施例における振動型アクチュエータの振動体の固定状態を示す図である。

【図3】本発明の第１の実施例における振動型アクチュエータにおいて振動体と加圧部材との間に発泡部材を挟む構成を説明する図である。

【図4】本発明における発泡部材の検討結果である出力を比較したグラフである

【図5】本発明における発泡部材の特性の一覧表である。

【図6】本発明における発泡部材の検討結果である速度の最大値を比較したグラフである。

【図7】本発明における（ａ）は各サンプルの密度と入力電力の関係、（ｂ）は各サンプルの平均円相当径と入力電力の関係を示したグラフである。

【図8】本発明における発泡部材を表す模式図である。

【図9】本発明における発泡部材を加圧したときの変形を説明する図である。

【図10】図１０（ａ）、（ｂ）は本発明における発泡部材を側面から見た図である。

【図11】本発明の第２の実施例における振動型アクチュエータを駆動方向に垂直な方向から見た断面図である

【図12】本発明の第２の実施例における振動型アクチュエータの構成を説明する分解図である。

【図13】本発明の第３の実施例における雲台装置の図である。

【図14】本発明の第４の実施例におけるカメラの図である。

【図15】本発明の第２の実施例における振動体である。

【図16】本発明の第２の実施例における振動体の振動を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［第一の実施例］
図１は本発明の実施例１における回転型振動型アクチュエータの断面図である。また、中心線Ｌ１は回転型振動型アクチュエータの回転軸である。弾性体２の接触体５と接触する面に対向する面には電気‐機械エネルギー変換素子である圧電素子３が貼り付けられており振動体１を構成している。この圧電素子を構成する圧電材料の分極軸の方向ベクトルが以下に述べる発泡部材と交差するように構成してもよい。

【0013】

接触体５は本体部５ｂと接触部５ａとからなり、本体部５ｂと接触部５ａとは接着や溶接等により結合し形成されている。本実施例において、本体部５ｂは真鍮等の加工性に優れた金属で形成されている。また、接触部５ａは焼き入れ処理したステンレス鋼で形成されており、バネ性を有する厚みとなっている。そのため、振動体１に対して安定した接触が可能となっている。

【0014】

振動体１は接触体５に複数の付勢部材１１により加圧されている。付勢部材１１と振動体１との間には複数の付勢部材１１の付勢力を均等に伝えるための加圧受け部材１０が設けられており、付勢部材１１と加圧受け部材１０を合わせて加圧部材９を構成している。そして加圧部材９と振動体１との間に発泡部材８が設けられており、振動体１で励振した振動が加圧部材に伝達することを防ぎ、異音の発生を抑制している。発泡部材としてふさわしい材料については後述する。本実施例では付勢部材１１としてコイルバネを用いているが、ウェーブワッシャや板バネ等を用いて付勢部材としてもよい。

【0015】

出力部７はシャフト１５と一体的に回転可能となるようシャフト１５にねじ１８で締結されている。出力部７と移動体５とはブチルゴム等のゴム部材６で連結されている。ゴム部材６の代わりに接着やねじ締結等の手段で固定してもよい。シャフト１５は支持部１３に二つの回転軸受け１７を介して相対的に回転可能に支持されている。二つの回転軸受け１７の外輪側は、支持部１３の内周側に設けられた突起部１３ａで回転軸Ｌ１方向に位置決めされている。また回転軸受け１７の内輪側は抜け防止部材１６で支持部１３に対して回転軸Ｌ１方向に位置決めされている。また、本実施例では回転軸受け１７として深溝玉軸受けを用いているが、滑り軸受やスラストベアリング等の別形態の軸受けを用いてもよい。

【0016】

図２は支持部１３が振動体１を支持した状態を示す斜視図である。弾性体２には複数の溝部２ｂにより隔てられた複数の突起２ａが設けられている。そして振動体１は不図示の電極によって交流電流を印可することにより進行波振動を励振し突起部２ａに楕円運動を生じさせ、突起部２ａと加圧接触した被駆動体である不図示の接触体５を相対的に回転させている。弾性体２は円環状のステンレス鋼等の金属材料である。また、突起部２ａの先端面には耐久性（耐摩耗性）を高めるための硬化処理として窒化処理や硬質粒子が含有されたメッキ処理等が施されている。

【0017】

図２において、位置止め部材１９に設けられた複数の突起部１９ａが弾性体２に設けられた溝部２ｂに挿入されている。そして、Ｚ軸方向において支持部１３と位置止め部材１９との間に弾性体２が位置するように支持部１３に位置止め部材１９が固定されている。これにより、振動体１が支持部１３とθ方向に相対的に移動することを防止している。

【0018】

図３は本実施例における振動型アクチュエータの加圧機構の組み込みを説明する図である。図３に示すように、複数の付勢部材１１の内周部に加圧受け部材１０に設けられた複数の突起部１０ａを挿入する。さらに、複数の付勢部材１１が支持部１３に設けられた複数の穴部１３ａに挿入されることで付勢部材１１及び加圧受け部材１３がθ方向に位置決めされる。そして加圧受け部材１０と振動体１との間に発泡部材８を挟持する。不図示の図１に記された移動体４をシャフト１５に固定することで振動体１と接触体５とが加圧接触した状態となる。

【0019】

発泡部材８を組み込んだ時の特性や最適な発泡部材について説明する。従来の振動型アクチュエータ、中でも円環型振動型アクチュエータでは振動体１と加圧部材９とで挟持される部材としてフェルトが用いられてきた。本発明者らは数種類の発泡部材を同一の振動型アクチュエータに組み込んだ時の振動型アクチュエータの特性の中でも出力（速度とトルク）に注目して比較を行った。発泡部材としてふさわしい材料として、ケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を骨格とし、この骨格にメチル基が結合したポリマーを主成分とするものが挙げられる。また、発泡部材はシリコーンゴムを含有するスポンジでもよい。あるいは発泡部材は、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）を含有するスポンジや、アクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）を含有するスポンジであってもよい。

【0020】

その時の検討結果を図４～図７に示す。図４は発泡部材のセル（気泡）のサイズと最大出力（トルク）の関係を示したグラフである。本発明者らの検討においては発泡部材としてゴムスポンジを選定し、硬度や密度の異なる複数のサンプルについて比較を行っている。図５はこれらのサンプルの特徴についてセルサイズの他、硬度や密度の差を表にまとめたものである。図６は各サンプルに一定の負荷をかけて駆動したときの最大速度を比較したものである。図７（ａ）は各サンプルの密度と入力電力の関係を、図７（ｂ）は各サンプルの平均円相当径と入力電力の関係を示したグラフである。

【0021】

ここで、発泡部材のセルサイズの定義について説明する。図８は本発明の発泡部材を顕微鏡等で拡大して観察した状態を表す模式図である。図８に示すように発泡部材８には多数のセル８ａが存在する。発泡部材８は例えばゴムスポンジであり、ゴムに発泡剤を混入し発泡させたものである。発泡で生じた気孔を本実施例ではセルと表記する。図８において、セル８ａは発泡で生じたものであるが球状ではなく不定形となっている。そこで、セルサイズの指標として平面上の平均円相当径を算出している。すなわち、図８に示す模式図のような画像に対して画像処理を行い各セルの断面積と個数を算出する。算出した各セルの断面積を円に換算したときの直径を求め、各セルの直径の平均値を本実施例における平均円相当径と定義する。ここで求める平均円相当径は非圧縮状態のものであり、実際に使用するときは圧縮された状態となっている。

【0022】

図４に示したように、発泡部材のセルの平均円相当径が２０μｍ未満のシリコーンＤとシリコーンＥの最大トルクは目標トルクに未達であった。平均円相当径が２５μｍ以上１２０μｍ以下の範囲のものは目標値を超えており充分なトルクが得られた。より好適な発泡部材のセルの平均円相当径は２５μｍ以上１１０μｍ以下の範囲が望ましく、特に平均円相当径が７０μｍ以上１０５μｍ以下の範囲にあるものは最もトルクが大であり望ましい特性となっている。なお、この平均円相当径は本発明者らが顕微鏡等を用いて断面を観察した結果から算出したものである。そのため、観察するときの画像の明るさ等の影響を受けやすく、観察結果に対し画像処理でセルと表面を切り分ける際にセルの一部が表面に含まれたり、表面の一部がセルに含まれたりするなどして結果に誤差が生じることがある。したがって、２つ以上の複数の部位において得られた結果、あるいは複数回の計測を行った結果の平均値を発泡部材のセルの平均円相当径として採用する。

【0023】

図４に示した材質の中では気泡径が大きいシリコーンＡの方が出力トルクは低く、出力トルクの向上に関しては平均円相当径以外の要素があるとも考えられるが、平均円相当径が２５μｍ以上１２０μｍ以下の範囲のものは十分な出力トルクを得ることができた。

【0024】

硬度や密度を比較した結果を図５に示す。図５において、硬度が例えば７±５と表記されている例においては複数回あるいは複数の部位の高度の計測を行った結果、その平均値が７であり±５の範囲に複数の計測結果がそれぞれ収まっている、という意味である。

【0025】

図５に示すように、シリコーンＡはシリコーンＢ、シリコーンＣより硬度が高いため振動体の振動を阻害しやすくなるため出力が出にくいと考えらえる。また、図６に示すグラフのシリコーンＢとシリコーンＣの比較から、硬度が低いときも最大速度が低下することが分かった。本発明者の検討においてはアスカーＣ硬度８±５のシリコーンＢの最大速度が大であったことから硬度８±５が望ましかった。より好ましくは発泡部材の硬度は平均のアスカーＣ硬度が７以上１０以下である。

【0026】

また、測定したサンプルであるゴムスポンジのセルの評価については、空隙率という指標もある。ここでは、空隙率をゴムスポンジと振動体との接触面において、セルの占める割合を表すものとする。空隙率を求める際は顕微鏡等を用いて表面を観察し、観察面内におけるセルの割合を算出しており、セルサイズは空隙率には影響しない。本発明者らが検討したサンプルでは空隙率はどのサンプルも６６％～８０％で同等であり、特に相関性は見られなかった。

【0027】

空隙率は一般的には発泡部材に含まれるセルをある断面で見たものであり、セルが含まれる割合を２次元的に表したものであるが、３次元的に占有率を考えても同等の値となると考えられる。発泡部材における密度とはみかけ密度であり、発泡部材の外形はセルを含んだものとなるため、発泡部材の密度はセルが占める体積、すなわち占有率によって変化しセルサイズでは変わらない。すなわち、同一の材料であれば占有率が高いほど密度が小さくなると言える。一般に、ゴムにおいては用途に応じて材料のゴムに様々な配合剤を加えることで硬度を変化させることが可能であるが、その時に密度も変化する。すなわち、ゴムスポンジのような発泡部材においては発泡前の材料の密度、すなわち材料の硬度やセルの占有率によって発泡部材の見かけ密度が変化するため、見かけ密度だけを指標として発泡部材の特性を切り分けることは困難である。

【0028】

次に、シリコーンＢとシリコーンＥとの差について、セルサイズの影響の観点から述べる。図５に示すようにシリコーンＢとシリコーンＥとは硬度、密度が同等であるが、図４、図６に示すように出力トルクや最大速度の差が生じている。これはセルサイズの影響が大きく、大きなセルが少数含まれるものと小さなセルが多数含まれるものとの差と考えられる。以下、この時の差について説明する。図９は発泡部材に面荷重Ｆが加わったときのセル周辺の変形を示す模式図であり、セル８を側面から見たものである。図９では表面は平らとして模式図を書いているが、実際には細かな凹凸が存在する。実線は変形前の状態を表し、破線は変形後の状態を表しており、表面の沈み込み量をΔＴとする。図９に示すように、表層部に見えているセル８ａの形はほぼ変化せずそのまま沈み込む。そして、内部側のセル８ｂが圧縮方向に変形し、セル８ｂがバネのように作用している。図９は表層付近のセル８ａ、８ｂを図示しているが実際には内部にも多数のセル８ｂが存在しており圧縮変形している。この時、ゴムスポンジの硬度が同程度であればセルのサイズに比例してセルの圧縮量が大きくなり、その結果変位量ΔＴが大となる。すなわち、セルサイズが小さいときはバネとしての効力が小さくなり、振動を阻害してしまう。ゆえにセルサイズが小さいシリコーンＥ及びシリコーンＦでは出力が小さくなる。

【0029】

以上説明したように、発泡部材８はセルがバネのように変形することで振動体１の振動を阻害することなく、振動体１に加圧部材９の加圧力を伝達することができる。このとき、セルの変形量はセルサイズに比例して大となり、セルサイズが大であるほど振動体１の振動を阻害しにくくなる。そのため、本発明者らが検討した中ではセルサイズ２５μｍ～１００μｍ程度のものを用いたときに充分なトルクが得られていた。

【0030】

また、各サンプルで測定した電力についても比較した。図７（ａ）は各サンプルの密度と入力電力の関係についてグラフ化したものであり、図７（ｂ）は各サンプルの平均円相当径と入力電力について比較したものである。図７（ａ）に示すように、密度が同等でも入力電力が大となるサンプルや、密度が約０．１５ｇ／ｃｍ^３のサンプルの方が密度が０．３ｇ／ｃｍ^３弱のサンプルよりも入力電力が大となる例があり、密度と入力電力との間に相関性が見られない。それに対し、図７（ｂ）では平均円相当径が大のサンプルの方が入力電力が小さい傾向があることから入力電力は平均円相当径が大の方が小さくなると言える。

【0031】

ここで、発泡部材の厚さの定義について説明する。図１０（ａ）は本実施例の発泡部材８の一部を側面から見た模式図である。本実施例で観察した発泡部材８であるゴムスポンジは図１０（ａ）のように表面にセルの穴８ａが開いているものが多数であった。このような発泡部材８では振動体との接触面８ｂから加圧受け部材との接触面８ｃまでを発泡部材８の厚さＴとする。厚さの測定には一般にはシックネスゲージが用いられるが、測定時に加圧力がかかってしまうため柔らかい発泡部材８では変形する恐れがある。そのため、マイクロゲージやノギス等を用いて発泡部材８が変形しない程度の力で挟み込んだ時の厚さを測定する。厚さは例えば円環型の発泡部材８を９０°毎に測定し、４か所の平均値を算出する。４か所でなく６か所、あるいは８か所の平均としてもよい。または実体顕微鏡等を用いて厚さ方向から観察し厚さを測定したり、レーザ変位計等の非接触式の測定器で厚さを測定したりしてもよい。非接触式の測定器であればゴムスポンジが変形しないため、測定の精度が高くなる。

【0032】

発泡部材が１ｍｍより小さいときは振動体１が加圧受け部材１０の影響を受けてしまい振動が阻害される虞がある。発泡部材８が厚くなると発泡部材８の変形量を考慮する必要が出るため、振動体１と接触体５との間に作用する与圧力を付勢部材１１で適正に管理することが難しくなる。また、振動型アクチュエータが大型化してしまうという問題がある。そのため、発泡部材８の厚さとして１ｍｍ以上２ｍｍ以下が望ましい。

【0033】

図１０（ｂ）は本実施例で検討した発泡部材８のほかの形態を持つ発泡部材８１の一部を側面から見た模式図である。図１０（ｂ）において、発泡部材８１はセル８１ｂが存在する発泡層８１ｂとセルが設けられていない層８１ｃ、８１ｄの３層に分けられている。層８１ｃ、８１ｄをスキン層とする。この時、スキン層８１ｃが厚いと接触体との接触面８１ｅが硬度の高い弾性体として作用し振動体１の振動を阻害してしまうため、振動型アクチュエータに組み込んで振動を阻害しないためにはスキン層８１ｃの厚さを制限する必要がある。スキン層の厚さＴ２、Ｔ３とは発泡部材８１の表面層８１ｅと複数のセル８１ａを通る接線で表層８１ｅと略並行なものとの間の距離を厚さと定義する。検討ではスキン層が６０μｍ以下のサンプルでは振動を阻害せず使用することが可能であった。なお、加圧受け部材との接触面８１ｆ側のスキン層８１ｄの厚さＴ３は振動体の振動には影響しないため６０μｍより大きくても問題なく、例えば発泡部材８１の厚さＴの１／４程度の厚さであってもよい。発泡部材８１がゴムスポンジのようにゴムを主体としたものであればスキン層８１ｄは未発泡のゴムであり、弾性を備えているため加圧受け部材１０の影響を受けないため、発泡部材８１の厚さも１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。

【0034】

以上説明したように、発泡部材とのセルサイズを適切に管理することで発泡部材が振動型アクチュエータの振動を阻害することなく、十分な出力が得られる振動型アクチュエータを実現することが可能となる。さらに硬度を管理することでより効果の高い発泡部材を選定することが可能である。

【0035】

［第２の実施例］
図１１は本実施例におけるリニア型の振動型アクチュエータをその駆動方向と加圧方向に垂直な方向から見た断面図を示した図である。振動型アクチュエータの駆動方向をＸ軸、加圧方向をＺ軸とする。

【0036】

ここで、本実施例におけるリニア型の振動型アクチュエータの駆動原理について説明する。図１５において、振動体１０１は振動板１０４と突起部１０６とで構成され、電気－機械エネルギー変換素子である圧電素子１０５が接着されている。

【0037】

ここで、振動体の駆動基本構成を簡単に説明する。図１６は該圧電振動体の二つの曲げ振動モードを表した図である。図１６（ａ）における振動モードは、二つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（Ａモードとする）を表している。このＡモードは、矩形の振動体１０１の長辺方向（矢印Ｘ方向）における二次の屈曲運動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）と平行な３本の節を有している。

【0038】

ここで、突起部１０６はＡモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動により矢印Ｘ方向（＝電気－機械エネルギー変換素子が接合された面と平行な方向）で往復運動を行う。

【0039】

また、図１６（ｂ）に示す振動モードは二つの曲げ振動モードの内他方の曲げ振動モード（Ｂモードと呼ぶ）を表している。このＢモードは、矩形の振動体１０６の短辺方向（矢印Ｙ方向）における一次の屈曲振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）と平行な２本の節を有している。

【0040】

ここで、Ａモードにおける節とＢモードにおける節は、ＸＹ平面内において略直交するようになっている。

【0041】

また、突起部１０６はＢモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動により矢印Ｚ方向（＝電気－機械エネルギー変換素子が接合された面と垂直な方向）に往復運動を行う。

【0042】

上述したＡモードとＢモードの振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部１０６の先端に楕円運動を発生させ、図１５の矢印Ｘ方向（＝電気－機械エネルギー変換素子が接合された面と平行な方向）の駆動力を与えている。

【0043】

図１１において、５２は弾性体、５３は電気－機械エネルギー変換素子である圧電素子である。弾性体５２の一方の面には２つの突起５２ａが設けられており、弾性体５２の突起５２ａが設けられた面と対抗する面に圧電素子５３が接着されて振動体５１を構成している。弾性体５２は焼き入れ処理されたステンレス鋼などの金属材料で形成されている。突起５２ａは弾性体５２ａと一体的に形成されていてもよいし、溶接等の手段によって別部材を取り付けてもよい。振動体５１は振動体支持部材６２によって支持されている。

【0044】

５５は接触体、５６は接触体５５を支持する接触体支持部であり、接触体５５と接触体支持部５６とが結合されて移動部材５４を構成している。接触体５５はステンレス鋼で形成されており、振動体５１との接触面には耐久性（耐摩耗性）を高めるための効果処理として窒化処理や硬質粒子が含有されたメッキ処理等が施されている。接触体支持部はステンレス鋼やアルミ等の金属材で形成されている。本実施例では移動部材５４を接触体５５と接触体支持部５６との２部品で構成しているが、必ずしも２部品でなければならないものではなく、振動体と相対的に移動する構成要素群を本実施例では移動部材としている。

【0045】

６０は付勢部材としての竹の子形状のコイルバネである。また、５７は発泡部材、５９はコイルバネ６０の加圧力を振動体５１に伝達する加圧伝達部材、６１は振動型アクチュエータの外装部である。コイルバネ６０と加圧伝達部材５９とを合わせて加圧部材５８を構成している。コイルバネの形状は竹の子形状でなくてもよく、円筒形状でも構わない。また、コイルバネでなくても板バネやばねワッシャ等を用いてもよい。

【0046】

本実施例においても第１の実施例と同様に、発泡部材５７のセルの平均円相当径は２０μｍ～１００μｍであることが望ましい。厚さや硬度についても第１の実施例と同様である。

【0047】

図１３は本実施例における振動型アクチュエータを分解した状態を表す投影図である。コイルバネ６０は外装部６１に設けられた孔部６１ｂに挿入されることでＸ軸方向所定の位置に位置決めされている。加圧伝達部材５９に設けられたピンをコイルバネ６０の内径側に挿入することで加圧伝達部材がコイルバネ６０及び外装部６１に対してＸ軸方向所定の位置に位置決めされる。

【0048】

そして加圧伝達部材５９と振動体５１との間に矩形状の発泡部材５７を挟み込むようにして、外装部６１に設けられたピン６１ａを振動体支持部材６２に設けられた穴部に挿入し振動体５１と加圧伝達部材５９とで発泡部材５７を挟持する。これにより、振動体支持部材６２及び振動体５１がＸ軸方向所定の位置に位置決めされている。

【0049】

接触体支持部５６には複数の溝５６ａ、５６ｂ、５６ｃが設けられている。ただし、５６ｃは図では見えない位置に設けられている。そして複数の溝５６ａ、５６ｂ、５６ｃと外装部カバーの溝６３ａ、６４ａとで複数のボール６８を挟み込むように外装部カバー６３及び６４が外装部６１に取り付けられる。ボールは硬度の高いものが望ましく、本実施例においてはセラミック球を用いているがこれに限定されるものではない。これにより、振動体５１が移動体５４と加圧接触した状態となり、さらに移動体５４がＺ軸方向に安定した状態でＸ軸方向に移動可能となる。

【0050】

本実施例においても発泡部材５７の機能は第１の実施例と同様であり、適切なセルサイズの発泡部材を選定することで十分な出力を持つリニア型振動型アクチュエータを提供することが可能となる。

【0051】

［第３の実施例］
第３の実施例として本発明の振動型アクチュエータを少なくとも２つ以上備える装置の一例として、雲台装置（旋回装置）の構成について説明する。

【0052】

図１３（ａ）は本実施例における雲台装置２００の正面図、図１３（ｂ）は本実施例における雲台装置２００の側面図である。

【0053】

雲台２００はヘッド部２１０と、ベース部２２０と、Ｌアングル２３０と、撮像装置２４０とを有する。ヘッド部２１０の内部に本発明の振動型アクチュエータが２つ配置されている。

【0054】

パン用の振動型アクチュエータ２８０は、出力部がベース部材２２０と連結されており、振動型アクチュエータ２８０の回転駆動により、ヘッド部２１０をベース部２２０に対して相対的にパン駆動させる。

【0055】

チルト用の振動型アクチュエータ２７０は、出力部がＬアングル２３０と連結され、振動型アクチュエータ２７０の回転駆動によりＬアングル２３０をヘッド部２１０に対して相対的にチルト駆動させる。

【0056】

Ｌアングル２３０に取り付けられた撮像装置２４０は動画や静止画の撮影用カメラであり、撮影を行いながら２つの振動型アクチュエータの駆動によりパン及びチルト動作が可能となっている。

【0057】

以上説明したように、本発明の振動型アクチュエータを雲台装置の駆動源として用いることができる。

【0058】

［第４の実施例］
第４の実施例として本発明の振動型アクチュエータを備える光学装置の一例として、カメラのレンズを駆動する構成について説明する。

【0059】

図１４は本実施例におけるレンズを備えたカメラを示す図である。

【0060】

カメラ本体３１０は着脱可能であるレンズ鏡筒３２０を備える。レンズ鏡筒３２０の内部には振動型アクチュエータ３００が設けられており、振動型アクチュエータ３００のリニア駆動によりフォーカスレンズまたはズームレンズ３３０を移動させる。

【0061】

以上説明したように、本発明の振動型アクチュエータをレンズの駆動源として用いることができる。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明は超音波モータ等の振動型アクチュエータに利用可能である。また駆動部に上記の振動アクチュエータを備えた光学機器、基材と上記の振動アクチュエータを備えた電子機器として利用することも可能である。

【符号の説明】

【0063】

１ 振動体
２ 弾性体
３ 電気‐機械エネルギー変換素子
４ 移動体
５ 接触体
６ ゴム部材
７ 出力部
８ 発泡部材
９ 加圧部材
１０ 加圧受け部材
１１ 付勢部材
１２ 外装部
１３ 支持部
１６ 抜け防止部材
１７ 回転軸受け
１９ 位置止め部材
５１ 振動体
５２ 弾性体
５３ 電気－機械エネルギー変換素子
５４ 移動部材
５５ 接触体
５６ 接触体支持部
５７ 発泡部材
５８ 加圧部材
５９ 加圧伝達部材
６０ 付勢部材
６１ 外装部
６２ 振動体支持部
６３ 外装部カバー
６４ 外装部カバー
６８ ボール
１０１ 振動体
１０４ 振動板
１０５ 電気-機械エネルギー変換素子
１０６ 突起部
２００ 雲台装置
２１０ ヘッド部
２２０ ベース部
２３０ Ｌアングル
２４０ 撮像装置
２７０ 振動型アクチュエータ
２８０ 振動型アクチュエータ
３００ 振動型アクチュエータ
３１０ カメラ
３２０ レンズ鏡筒
３３０ レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】