JPH10323061A

JPH10323061A - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: JPH10323061A
Application number: JP9126587A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsumoto; 豪松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】相対運動部材と支持機構との間の遊びを防止
する。【解決手段】平板状又は柱状の弾性体に縦振動と屈曲
振動とを励振し、前記弾性体の所定位置に設けられた駆
動力取出部に楕円運動を発生させる振動子（１１）と、
前記弾性体に略平行に配置された相対運動部材（２１）
を前記振動子と反対の側から支持部（３２）により支持
する支持機構（３１）とを備え、前記駆動力取出部を前
記相対運動部材に接触させることにより前記相対運動部
材と相対運動を行う振動アクチュエータにおいて、前記
支持機構は、前記支持部を弾性的に保持している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、支持機構により支
持された相対運動部材に、振動子からの力を作用させる
ことにより、その相対運動部材と相対運動を行う振動ア
クチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧電体を装着された弾性体に
駆動信号を印加して縦振動及び屈曲振動を調和的に発生
させ、弾性体の表面に楕円運動を発生させることによ
り、その弾性体に加圧接触する相対運動部材を駆動する
振動アクチュエータが知られている。このような振動ア
クチュエータについては、「光ピックアップ移動を目的
とした圧電リニア・モータ」（富川義朗氏他：第五回電
磁力関連のダイナミックシンポジウム講演論文集，第３
９３頁〜第３９８頁）において、その構成及び負荷特性
に関する解析結果が詳細に説明されている。また、新版
超音波モータ（上羽貞行氏、富川義朗氏共著，トリケッ
プス刊，第１４５頁〜第１４６頁）には、この振動アク
チュエータを用いた自走式装置が開示されている。

【０００３】図４は、従来の振動アクチュエータの一例
を示す図であり、図４（ａ）はその側面図、図４（ｂ）
は正面図、また、図４（ｃ）はその振動アクチュエータ
の支持機構の一部を示す側面図である。図４（ａ）に見
られるように、従来の振動アクチュエータ１００は、相
対運動部材１２０を駆動する振動子１１０、及び相対運
動部材を支持する支持機構１３０とから主に構成されて
いる。

【０００４】振動子１１０は、縦振動１次モード及び屈
曲振動４次モードのそれぞれの固有振動数が非常に近い
値となるように設計された平板状の弾性体１１２に２つ
圧電体１１４を接合したものである。各々の圧電体１１
４には、所定周波数の交流電圧が、所定の位相差をもっ
て印加される。ここで、所定周波数とは、弾性体１１２
の上記２つの振動モードの固有振動数に近い周波数のこ
とである。交流電圧印加により、圧電体は振動し、弾性
体１１２に上記２つのモードの振動を調和的に発生させ
る。弾性体に生じる屈曲４次モードの振動の腹となる部
分には、突起１１６が設けられており、弾性体１１２が
振動すると、この突起部１１６の先端に楕円運動が生じ
る。突起部１１６の先端は、相対運動部材１２０の上面
と所定の圧力で接触しており、その先端が上記楕円運動
を行うと、相対運動部材１２０が直線的に駆動される。

【０００５】支持機構１３０は、相対運動部材１２０を
支持する機構である。支持機構１３０は、ベアリング等
からなる４つのローラ１３２と、そのローラ１３２を回
転中心において保持するハウジング１３４とからなる。
４つのローラ１３２は、相対運動部材１２０の下面に接
し、相対運動部材１２０が弾性体の突起部１１６から離
れることを防止している。

【０００６】

【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では、ローラがハウジングに固定
されているので、振動アクチュエータを組み立てた段階
で、ローラと振動子との間隔が一定のものに固定されて
しまう。したがって、図４に例示した振動アクチュエー
タのように、相対運動部材の下面を４つのローラで支持
する場合には、各々のローラの僅かな配置の誤差によ
り、相対運動部材の荷重が各ローラに均等に分散しなく
なり、最悪の場合には、ローラと相対運動部材との間に
遊びが生じてしまうこともあった。一方、振動アクチュ
エータは、振動子が行うミクロンオーダーの振動を利用
して動作するものであるため、上記のように、各ローラ
の間で支持する荷重に差があったり、相対運動部材とロ
ーラの間で遊びが生じたりすると、振動アクチュエータ
の性能が十分に発揮されず、また、動作時に不快な騒音
が発生したりするという問題もあった。

【０００７】本発明は、上記のような問題に鑑みてなさ
れたものであり、支持部が配置された位置の誤差に影響
を受けず、また、支持部の個数が３を越える場合であっ
ても、支持機構が相対運動部材を適切に支持する構成の
振動アクチュエータを提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、平板状又は柱状の弾性体に
縦振動と屈曲振動とを励振し、前記弾性体の所定位置に
設けられた駆動力取出部に楕円運動を発生させる振動子
と、前記弾性体に略平行に配置された相対運動部材を前
記振動子と反対の側から支持部により支持する支持機構
とを備え、前記駆動力取出部を前記相対運動部材に接触
させることにより前記相対運動部材と相対運動を行う振
動アクチュエータにおいて、前記支持機構は、前記支持
部を弾性的に保持していることを特徴とする振動アクチ
ュエータである。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１に記載に
振動アクチュエータにおいて、前記支持機構は、前記支
持部の移動可能な方向を、前記屈曲振動の振幅方向と略
平行な方向に案内する案内部を有することを特徴として
いる振動アクチュエータである。請求項３に係る発明
は、請求項１又は請求項２に記載の振動アクチュエータ
において、前記支持部は、２つ以上あり、前記支持機構
は、各々の支持部を相互に独立した機構により弾性的に
保持していることを特徴とする振動アクチュエータであ
る。

【００１０】請求項４に係る発明は、平板状又は柱状の
弾性体に縦振動と屈曲振動とを励振し、前記弾性体の所
定位置に設けられた駆動力取出部に楕円運動を発生させ
る振動子と、前記弾性体に略平行に配置された相対運動
部材を前記振動子と反対の側から支持部により支持する
支持機構と、前記駆動力取出部と前記相対運動部材を加
圧接触させための加圧力を前記振動子に加える加圧機構
とを備え、前記相対運動部材と相対運動を行う振動アク
チュエータにおいて、前記支持機構は、前記支持部を前
記屈曲振動の振幅方向と略平行な方向に案内する案内部
と、前記加圧力と反発する方向の力を前記支持部に作用
させることにより、前記支持部を前記相対運動部材に接
触させる力作用部とを有することを特徴としている振動
アクチュエータである。

【００１１】請求項５に係る発明は、請求項４に記載の
振動アクチュエータにおいて、前記力作用部は、バネ性
を有する部材であることを特徴とする振動アクチュエー
タである。請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項
５に記載の振動アクチュエータにおいて、前記支持部
は、２つ以上あり、前記支持機構は、前記支持部の各々
に対応した別個の力作用部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７に係る発明は、平板状又は柱状の
弾性体に縦振動と屈曲振動とを励振し、前記弾性体の所
定位置に設けられた駆動力取出部に楕円運動を発生させ
る振動子と、前記弾性体に略平行に配置された相対運動
部材を前記振動子と反対の側から支持部により支持する
支持機構とを備え、前記駆動力取出部を前記相対運動部
材に接触させることにより前記相対運動部材と相対運動
を行う振動アクチュエータにおいて、前記支持機構は、
前記支持部を、前記屈曲振動の振幅方向と略平行な方向
に位置調整可能に保持していることを特徴としている振
動アクチュエータである。請求項８に係る発明は、請求
項７に記載の振動アクチュエータにおいて、前記支持部
は、２つ以上あり、前記支持部の各々は、独立にその位
置を調整可能であることを特徴とする振動アクチュエー
タである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
に係る実施形態について、さらに詳しく説明する。な
お、以降の説明は、振動アクチュエータとして、超音波
の振動域を利用する超音波モータを例にとって行う。

【００１４】図１は、本発明に係る超音波モータの一実
施形態を示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１
（ｂ）は正面図、また、図１（ｃ）は相対運動部材を支
持する支持機構の一部を示す側面図である。さらに、図
２は、図１に示す超音波モータの振動子の斜視図であ
る。

【００１５】はじめに、図２を用いて振動子１１の構成
について説明する。振動子１１は、４次の屈曲振動と１
次の縦振動とを同時に行うことにより、相対運動部材を
駆動するための駆動力を発生させる部材である。振動子
１１は、弾性体１２と、その弾性体１２の上面に接合さ
れた２つの圧電体１３ａ及び１３ｂとから構成される。

【００１６】弾性体１２は、金属材料又はプラスチック
材料等の弾性材料からなる矩形平板状の部材である。弾
性体１２の下面であって、前述した４次の屈曲振動の腹
が生じる位置には、２つの直方体型の駆動力取出部１２
ａ、１２ｂが突起状に形成されている。また、弾性体１
２は、１次の伸縮振動（縦振動）の節位置、すなわち長
手方向の中央部に、断面が半円形をしている切り欠き部
１２ｃ及び１２ｄを設けられている。２つの圧電体１３
ａ、１３ｂは、本実施形態ではＰＺＴにより構成される
電気機械変換素子である。圧電体１３ａ、１３ｂは、弾
性体１２の駆動力取出部１２ａ、１２ｂが形成されてい
るのと反対の面に接着されている。

【００１７】図１に示されるように、振動子１１は、相
対運動部材２１の上面に配置され、ハウジング４０に固
定された支持ピン２９ａ及び２９ｂにより支持されてい
る。支持ピン２９ａ及び２９ｂは、その先端部を弾性体
１２の切り欠き１２ｃ又は１２ｄに配置させることで、
図面中の左右の方向及び図面に垂直な方向に関する振動
子１１の位置決めを行っている。なお、ハウジング４０
は、超音波モータ１の筐体の一部である。支持ピン２９
ａ、２９ｂの外周には、コイルバネ２８ａ、２８ｂが配
置されている。コイルバネ２８ａ及び２８ｂは、圧縮さ
れた状態にあり、振動子の出力取出部１２ａ、１２ｂが
所定の圧力をもって相対運動部材２１の上面と加圧接触
するよう、振動子１１に図面下方を向く力（加圧力）を
作用させている。

【００１８】相対運動部材２１は、平板状の部材であ
り、図面中の左右方向へ移動可能となるように、その下
面を支持機構３０により支持されている。支持機構３０
は、ハウジング３１に４つのローラ３２を回転自在に取
り付けた構成を有し、その４つのローラ３２を相対運動
部材２１の下面に当てることにより、これを支持してい
る。ハウジング３１は、ハウジング４０と同様、超音波
モータ１の筐体の一部である。ハウジング３１は、上面
に支持柱３５をローラ３２に対応する個数だけ有してい
る。支持柱３５は、その上端に、振動子１１が行う屈曲
振動の振幅の方向に対し平行に設けられた溝部３６を有
しており、この溝部３６には、ローラ３２の回転軸３３
が挿入されている。したがって、ローラ３２は、溝部３
６に案内されて、相対運動部材２１の下面に垂直な方向
へ移動可能となっている。

【００１９】溝部３６の中には、バネ３４が備えられて
いる。バネ３４は、ローラの回転軸３３に、相対運動部
材２１の方へ向いた力を作用させ、もって、ローラ３２
を相対運動部材に押し付ける役割を果たすものである。
なお、本実施形態では、各溝部３６にバネ３４を配置し
ているので、４つのローラ３２は、各々独立に弾性的に
支持されている。よって、各ローラ３２は、厳密な位置
の設定をしなくても、また、相対運動部材２１の下面に
多少の凹凸があっても、それぞれ確実に相対運動部材２
１の下面に接触し、これを支持する。

【００２０】次に、超音波モータ１の駆動回路、及び超
音波モータ１の動作について説明する。図３は、超音波
モータ１の駆動回路を示すブロック図である。駆動回路
４１は、駆動信号を発振する発振器４２と、この駆動信
号を（π／２）位相差のある信号に変換する移相器４３
と、圧電体１３ａに入力する駆動信号を増幅する増幅器
４４と、圧電体１３ｂに入力する変換された駆動信号を
増幅する増幅器４５とを備える。

【００２１】駆動回路４１により、圧電体１３ａ、１３
ｂには、電気的に位相が９０°異なる交流電圧が印加さ
れる。なお、圧電体１３ａ、１３ｂに上記交流電圧を印
加する際に、弾性体１２がＧＮＤ電位に接続される。交
流電圧印加の結果、圧電体１３ａと１３ｂは、互いに９
０°の位相差を有する振動を行い、弾性体１２に１次の
縦振動及び４次の屈曲振動を調和的に発生させる。この
ような２種類のモードの振動が弾性体１２に励振される
結果、これらの振動の合成である楕円運動が、駆動力取
出部１２ａ、１２ｂの端面に発生する。そして、駆動力
取出部１２ａ、１２は、この楕円運動を用いて、加圧接
触する相対運動部材２１に１次元（図面中の左右方向）
の相対運動を行わせる。

【００２２】以上説明したように、本実施形態では、ロ
ーラ３２がハウジング３１に固定されておらず、溝部３
６により移動可能に保持されている。よって、ローラ３
２は、相対運動部材２１の下面の位置に合わせ、その位
置を調整することができ、従来のように、超音波モータ
の組立時にその位置を厳密に設定する必要はない。ま
た、本実施形態では、ローラ３２をバネ３４によって、
弾性的に支持している。つまり、ローラ３２は、常にバ
ネ３４により、相対運動部材の方へ向けて押されている
ので、ローラ３２は、相対運動部材の下面を支持できる
位置へ自動的に配置される。よって、本実施形態では、
ローラ３２の位置を調整するための特別な作業は必要と
されず、個々の相対運動部材の間で板厚のバラツキがあ
っても、あるいは１つの相対運動部材において板厚が位
置により変化することであっても、ローラ３２は、常に
相対運動部材を適切に支持する。

【００２３】さらに、本実施形態では、各ローラ３２
を、それぞれ別個独立のバネ３４により弾性的に支持す
ることとしている。よって、支持すべき相対運動部材２
１の下面が平坦でなくても、また、支持機構３０に、平
面を定義するのに必要な個数を越える４個のローラが使
用されていても、いずれかのローラと相対運動部材の間
で遊びが生じることはなく、かかる遊びを起因として超
音波モータ１の性能が劣化したり、動作時に騒音が発生
したりすることはない。

【００２４】さらにまた、本実施形態では、溝部３６に
より、ローラ３２が移動できる方向を制限している。し
たがって、ローラ３２が相対運動部材２１に引きずられ
て、相対運動の方向と平行な方向に移動してしまい、そ
の結果、相対運動部材を十分に支持できなくなるなど、
ローラ３２が移動可能となったことに基づく弊害が生じ
ることもない。

【００２５】（その他の実施形態）なお、本発明は、上
記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態
は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された
技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効
果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技
術的範囲に包含される。

【００２６】１）上記実施形態では、弾性体を励振す
る振動発生源として圧電体を用いる場合を例に説明をし
たが、これは、本発明において使用可能な振動発生源の
種類を何ら限定するものではない。振動発生源は、弾性
体に所定の振動を与えることができるものであればなん
でもよく、電気エネルギー、磁気エネルギー又は熱エネ
ルギー等を機械的変位に変換することで弾性体を励振す
るその他の素子（電歪素子、磁歪素子等）であってもよ
い。２）上記実施形態では、横幅の狭いローラを４つ用い
て相対運動部材を支持する場合を説明したが、これは、
ローラの形状及び個数を何ら限定する意味のものではな
く、相対運動部材の横幅と同程度の幅を有する幅広のロ
ーラを、相対運動部材の長手方向に２つ又は３つ以上配
置することとしてもよい。また、回転可能なローラの代
わりに、相対運動部材との摩擦係数が小さい摺動部材を
支持柱３５の上端に配置し、相対運動部材を摺動部材上
で滑らせることとしてもよい。３）上記実施形態では、コイルバネの弾性力を用いて
ローラに力を相対運動部材に接触させる場合について説
明したが、これは、ゴム等の他の弾性部材の弾性力を利
用することであってもよく、また、磁力、静電力、流体
の圧力等を利用することであってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
支持機構の支持部の位置を厳密に設定しなくても、その
支持部は、確実に相対運動部材の一の面を支持する。よ
って、支持部と相対運動部材との間で遊びが生じ、振動
アクチュエータの特性が劣化したり、振動アクチュエー
タの動作時に騒音が発生したりすることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの一実施形態を示す
図である。

【図２】図１に示す超音波モータの振動子の斜視図であ
る。

【図３】本発明に係る超音波モータの駆動回路を示すブ
ロック図である。

【図４】従来の振動アクチュエータを用いた振動アクチ
ュエータを示す図である。

【符号の説明】

１超音波モータ１１振動子２１相対運動部材３０支持機構３１ハウジング３２ローラ３４バネ３５支持柱３６溝部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状又は柱状の弾性体に縦振動と屈曲
振動とを励振し、前記弾性体の所定位置に設けられた駆
動力取出部に楕円運動を発生させる振動子と、前記弾性体に略平行に配置された相対運動部材を前記振
動子と反対の側から支持部により支持する支持機構とを
備え、前記駆動力取出部を前記相対運動部材に接触させること
により前記相対運動部材と相対運動を行う振動アクチュ
エータにおいて、前記支持機構は、前記支持部を弾性的に保持しているこ
とを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】請求項１に記載に振動アクチュエータに
おいて、前記支持機構は、前記支持部の移動可能な方向を、前記
屈曲振動の振幅方向と略平行な方向に案内する案内部を
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又は請求項２に記載の振動アク
チュエータにおいて、前記支持部は、２つ以上あり、前記支持機構は、各々の支持部を相互に独立した機構に
より弾性的に保持していることを特徴とする振動アクチ
ュエータ。
【請求項４】平板状又は柱状の弾性体に縦振動と屈曲
振動とを励振し、前記弾性体の所定位置に設けられた駆
動力取出部に楕円運動を発生させる振動子と、前記弾性体に略平行に配置された相対運動部材を前記振
動子と反対の側から支持部により支持する支持機構と、前記駆動力取出部と前記相対運動部材を加圧接触させた
めの加圧力を前記振動子に加える加圧機構とを備え、前記相対運動部材と相対運動を行う振動アクチュエータ
において、前記支持機構は、前記支持部を前記屈曲振動の振幅方向
と略平行な方向に案内する案内部と、前記加圧力と反発する方向の力を前記支持部に作用させ
ることにより、前記支持部を前記相対運動部材に接触さ
せる力作用部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５】請求項４に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記力作用部は、バネ性を有する部材であることを特徴
とする振動アクチュエータ。
【請求項６】請求項４又は請求項５に記載の振動アク
チュエータにおいて、前記支持部は、２つ以上あり、前記支持機構は、前記支持部の各々に対応した別個の力
作用部を有することを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項７】平板状又は柱状の弾性体に縦振動と屈曲
振動とを励振し、前記弾性体の所定位置に設けられた駆
動力取出部に楕円運動を発生させる振動子と、前記弾性体に略平行に配置された相対運動部材を前記振
動子と反対の側から支持部により支持する支持機構とを
備え、前記駆動力取出部を前記相対運動部材に接触させること
により前記相対運動部材と相対運動を行う振動アクチュ
エータにおいて、前記支持機構は、前記支持部を、前記屈曲振動の振幅方
向と略平行な方向に位置調整可能に保持していることを
特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項８】請求項７に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記支持部は、２つ以上あり、前記支持部の各々は、独立にその位置を調整可能である
ことを特徴とする振動アクチュエータ。