振動波アクチュエータ

【課題】従来の技術よりも単位電力当たりの変位量（移動量）を大きくとることができる振動波アクチュエータを提供することができる。
【解決手段】振動体2の振動によって被駆動体13を変位させる振動波アクチュエータを次のように構成する。すなわち、該振動波アクチュエータに、被駆動体13と、前記被駆動体13に接触する振動体2と、前記振動体2と共に前記被駆動体13を挟持する固定体10と、を具備させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電素子等の振動子の振動を利用して被駆動体を駆動する振動波アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動波アクチュエータは、例えば圧電素子等の振動子に、所定の駆動電圧を印加して伸縮運動を生じさせ、該伸縮運動を利用して被駆動体を駆動するアクチュエータである。このような振動波アクチュエータに関連する技術として、例えば次のような技術が開示されている。
【０００３】
すなわち、特許文献１には、光ファイバの先端部近傍を外套するように当該光ファイバに被着される、円筒状の圧電式スキャナが開示されている。この円筒状の圧電式スキャナでは、圧電材料より成る円筒体の外表面に銀をスパッタリングすることにより、４つの電極が互いに接触しないように当該円筒体の周方向に等間隔で形成されている。また、前記円筒体の内表面全面には、銀をスパッタリングすることにより、一つの電極が形成されている。つまり、当該円筒体の外表面には互いに対向する一対の電極が二組配設され、当該円筒体の内表面全面にも電極が配置されている。そして、それら電極には、直流電源から電圧が個別に印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１１３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている円筒状の圧電式スキャナは、駆動時における移動方向の分離性が良好ではない。換言すれば、この円筒状の圧電式スキャナでは、或る方向へ変位する際に他方向への変位成分も生じてしまう。
これは、特許文献１に開示されている圧電式スキャナが円筒状であることに起因しており、或る方向へ変位する（曲がる）際に、その変位を妨げるように作用する部位が生じてしまうからである。従って、特許文献１に開示されている技術では、変位させる為に印加する電気エネルギーについてロスが発生してしまう。
【０００６】
本発明は、前記の事情を鑑みて成されたものであり、従来の技術よりも単位電力当たりの変位量（移動量）を大きくとることができる振動波アクチュエータ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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による振動波アクチュエータは、
振動体の振動によって被駆動体を変位させる振動波アクチュエータであって、
被駆動体と、
前記被駆動体に接触する第１の接触部材と、
前記第１の接触部材と共に、前記被駆動体を挟持する第２の接触部材と、
を具備し、
前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材のうち少なくとも一方は振動体である
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来の技術よりも単位電力当たりの変位量（移動量）を大きくとることができる振動波アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る振動波アクチュエータの駆動原理を示す図である。
【図２】図２は、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータの一構成を示す側面図である。
【図３】図３は、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータの上面図（図２に示す矢印Ａで示す方向から観た図）である。
【図４】図４は、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータの一変形例に係る構成を示す側面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る振動波アクチュエータの一駆動原理を示す図である。
【図６】図６は、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータの一構成を示す側面図である。
【図７】図７は、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータの上面図（図６に示す矢印Ａで示す方向から観た図）である。
【図８】図８は、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータの一変形例に係る構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る振動波アクチュエータについて、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動波アクチュエータの駆動原理を示す図である。図１に示す例では、振動波アクチュエータは、略直方体形状で長手方向における一方端部（後述する被駆動体１３に接触しない側の端部）が固定端である振動体２と、被駆動体１３に接する支持部１０ｔを備え、被駆動体１３に対する相対位置が固定された固定体１０と、略円柱状の被駆動体１３と、を具備する。
【００１１】
同図に示すように、本一実施形態に係る振動波アクチュエータにおいては、被駆動体１３の中心軸１３ｃに対して所定の傾きθを成した状態で当該被駆動体１３に接触するように振動体２が配設され、且つ、当該被駆動体１３を挟んで振動体２の対向側には当該被駆動体１３に対して支持部１０ｔで接触する固定体１０が配設されている。つまり、被駆動体１３は、固定体１０の支持部１０ｔと振動体２とによって挟持されている。ここで、前記振動体２は、例えば圧電体である。しかしながら、振動体２を圧電体以外の振動部材で構成しても勿論よい。
【００１２】
なお、固定体１０と振動体２とは、必ずしも対向の位置関係になくともよく、被駆動体１３を挟持できる態様であれば、どのような位置関係で配設されていてもよい。
また、被駆動体１３の中心軸１３ｃに対する振動体２の傾き角度θは任意の角度でよく、中心軸１３ｃと振動体２の長手方向とが平行でなければよい。換言すれば、被駆動体１３が、伸縮する振動体２によって突かれて変位するような態様で、振動体２を配設すればよい。
【００１３】
このように構成することで、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータでは、固定体１０と振動体２とで挟持した被駆動体１３を、当該被駆動体１３の中心軸１３ｃに対して所定の角度を成す方向から、伸縮する振動体２で突ついて変位させることで、図１において矢印ａで示す方向に被駆動体１３を傾けるように移動させることができる。
【００１４】
以下、上述の原理を利用した本第１実施形態に係る振動波アクチュエータについて説明する。
図２は、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータの一構成を示す側面図である。図３は、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータの上面図（図２に示す矢印Ａで示す方向から観た図）である。
【００１５】
図２に示す例では、振動波アクチュエータは、略円柱状の被駆動体１３と、被駆動体１３を移動可能に保持する略円環状の固定体１０と、略直方体形状で長手方向における一方端部が固定体１０に固定された振動体２−１，２−２，２−３，２−４と、を具備する。
【００１６】
図３に示すように、振動体２−１，２−２，２−３，２−４は、被駆動体１３の円周方向に等間隔で（被駆動体１３の円周を４分割するように９０度間隔で）配設されている。従って、図３に示すように、振動体２−１と振動体２−３とが互いに対向する位置関係にあり、且つ、振動体２−２と振動体２−４とが互いに対向する位置関係にある。
【００１７】
そして、これら振動体２−１，２−２，２−３，２−４は、図３に示すようにそれぞれ被駆動体１３の中心軸１３ｃに対して所定の傾きθを成した状態で当該被駆動体１３に接触している。
つまり、被駆動体１３は、振動体２−１と振動体２−３とによって挟持され、且つ、振動体２−２と振動体２−４とによって挟持された状態で、固定体１０の貫通孔（不図示）に挿通されている。換言すれば、被駆動体１３は、二組の互いに対向する一対の振動体によって挟持された状態で固定体１０の貫通孔（不図示）に挿通されている。
【００１８】
なお、振動体２−１と振動体２−３との位置関係、及び振動体２−２と振動体２−４との位置関係は、必ずしも対向関係でなくともよい。すなわち、被駆動体１３を挟持できる態様であれば、それらはどのような位置関係で配設されていてもよい。
ところで、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータを実際に駆動して被駆動体１３を傾かせる為には、互いに対向する振動体同士が互いに逆方向に伸縮するように、各振動体２−１，２−１，２−３，２−４に駆動電圧を印加する。すなわち、振動体２−１と振動体２−３とが互いに逆方向に伸縮するように、振動体２−２と振動体２−４とが互いに逆方向に伸縮するように、それらに駆動電圧を印加する。具体的には、駆動電圧としては例えば正弦波状の電圧信号を挙げることができる。
【００１９】
上述したように、被駆動体１３の中心軸１３ｃに対して所定の傾きθを成した状態で当該被駆動体１３に接触するように振動体２−１，２−２，２−３，２−４が配設されているため、被駆動体１３を挟んで対向関係にある振動体のうち伸張した方の振動体によって押された被駆動体１３が、縮退した方の振動体側へ傾く。例えば、図２において振動体２−１を矢印ｂ１で示す方向に縮退させ、且つ、振動体２−３を矢印ｂ３で示す方向に伸張させることで、被駆動体１３を、符号１３´を付して破線で示す傾き状態に変位させることができる。
【００２０】
詳細には、各振動体２−１，２−２，２−３，２−４は図３に示すように９０度間隔で配置されているので、図３に示すＸ方向（振動体２−１と振動体２−３とを結ぶ直線方向）及びＹ方向（振動体２−２と振動体２−４とを結ぶ直線方向）に被駆動体１３を変位させることができる。
【００２１】
なお、上述した例は４つの振動体２−１，２−２，２−３，２−４を用いた構成例であるが、少なくとも２つの振動体を用いて、互いに対向関係にある一対の振動体を一組設ければ、少なくとも一軸方向（Ｘ方向またはＹ方向）に被駆動体１３を変位させることが可能な振動波アクチュエータを構成することができる。
【００２２】
以上説明したように、本第１実施形態によれば、従来の技術よりも単位電力当たりの変位量（移動量）を大きくとることができる振動波アクチュエータを提供することができる。具体的には、従来技術とは異なり、振動体として機能する部分（圧電体または圧電体と弾性体とから成る部分）を、複数に切り分けた構成とすることで（本第１実施形態における振動体２−１，２−２，２−３，２−４）、当該被駆動体１３の移動方向についての分離性を向上させた。
【００２３】
上述したように、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータは、被駆動体１３を２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）へ駆動することが可能であり、例えば走査型プローブ顕微鏡のスキャナや光ファイバのスキャン動作等に用いることができる。
なお、被駆動体１３の形状は上述した略円柱状に限られず、例えば球状等であってもよい。
《変形例》
ところで、振動体２−１，２−１，２−３，２−４は、上述の例のように圧電体のみで構成してもよいし、圧電体と弾性体とを組み合わせて構成してもよい。図４は、本第１実施形態に係る振動波アクチュエータの一変形例を示す側面図である。同図に示す例では、弾性体１０−１と、弾性体１０−２と、弾性体１０−３と、振動体２−４に対応する弾性体（不図示）とが、被駆動体１３の円周方向に等間隔で（被駆動体１３の円周を４分割するように９０度間隔で）固定体１０上に配設されている。
【００２４】
従って、図４に示すように、弾性体１０−１と弾性体１０−３とが互いに対向する位置関係にあり、且つ、弾性体１０−２と不図示の弾性体（振動体２−４に対応する位置の弾性体）とが互いに対向する位置関係にある。そして、弾性体１０−１、弾性体１０−２、弾性体１０−３、及び、振動体２−４に対応する弾性体（不図示）は、図４に示すようにそれぞれ被駆動体１３の中心軸１３ｃに対して所定の傾きθを成した状態で当該被駆動体１３に接触している。
【００２５】
そして、弾性体１０−１には、被駆動体１３に接触している面とは逆側の面に振動体２−１が設けられており、弾性体１０−２には、被駆動体１３に接触している面とは逆側の面に振動体２−２が設けられており、弾性体１０−３には、被駆動体１３に接触している面とは逆側の面に振動体２−３が設けられており、振動体２−４に対応する弾性体（不図示）には、被駆動体１３に接触している面とは逆側の面に振動体２−４が設けられている。
なお、各振動体２−１，２−２，２−３，２−４は、例えば厚み１００μｍ以下の薄膜の圧電体で構成されている。
【００２６】
以上説明したように、本変形例によれば、第１実施形態に係る振動波アクチュエータと同様の効果を奏する振動波アクチュエータを提供することができる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る振動波アクチュエータについて説明する。説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る振動波アクチュエータとの相違点を説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る振動波アクチュエータの一駆動原理を示す図である。
【００２７】
図５に示す例では、被駆動体１３を挟んで互いに対向する位置に固定体１０と振動体２とが配設され、被駆動体１３に対する相対位置が固定された固定体１０の支持部１０ｔと、被駆動体１３に接する振動体２の動力伝達部２ｔとによって、当該被駆動体１３が挟持されている。ここで、動力伝達部２ｔは、振動体２の伸縮振動を駆動源として、被駆動体１３を摩擦駆動する為の摩擦接触子である。
【００２８】
同図に示すように、被駆動体１３は、当該被駆動体１３の中心軸１３ｃが振動体２に対して傾かないように（力の釣り合いがとれた状態（初期状態と称する）で）、支持部１０ｔと動力伝達部２ｔとによって挟持されている。
なお、固定体１０と振動体２とは必ずしも対向の位置関係になくともよく、被駆動体１３を挟持できる態様であれば、どのような位置関係で配設されていてもよい。
【００２９】
このように構成することで、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータでは、固定体１０と振動体２とで挟持した被駆動体１３の中心軸１３ｃを傾けるように振動体２を伸縮させることで（初期状態における力の釣り合いを崩してモーメントを発生させることで）、図５において矢印ａで示す方向に当該被駆動体１３を傾けるように移動させることができる。
【００３０】
以下、上述の原理を利用した本第２実施形態に係る振動波アクチュエータについて説明する。
図６は、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータの一構成を示す側面図である。図７は、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータの上面図（図６に示す矢印Ａで示す方向から観た図）である。
【００３１】
図６に示す例では、振動波アクチュエータは、略円柱状の被駆動体１３と、被駆動体１３を移動可能に保持する略円環状の固定体１０と、略直方体形状で長手方向における一方端部が固定体１０に固定された振動体２−１，２−２，２−３，２−４と、を具備する。
【００３２】
本第２実施形態に係る振動波アクチュエータでは、振動体２−１は動力伝達部２ｔ−１を備え、振動体２−２は動力伝達部２ｔ−２を備え、振動体２−３は動力伝達部２ｔ−３を備え、振動体２−４は動力伝達部２ｔ−４を備えている。そして、被駆動体１３を挟んで互いに対向する位置に各振動体２−１，２−２，２−３，２−４が配設され、互いに対向関係にある２つの振動体の各動力伝達部によって、当該被駆動体１３が挟持されている。
【００３３】
図６に示すように、被駆動体１３は、当該被駆動体１３に掛かる力の釣り合いがとれた状態（初期状態と称する；当該被駆動体１３の中心軸１３ｃが振動体２−１，２−２，２−３，２−４に対して傾かない状態）で、互いに対向する動力伝達部２ｔ−１と動力伝達部２ｔ−３、及び動力伝達部２ｔ−２と動力伝達部２ｔ−４とによって挟持されている。
【００３４】
ところで、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータを実際に駆動して被駆動体１３を傾かせる為には、互いに対向する振動体同士が互いに逆方向に伸縮するように、各振動体２−１，２−２，２−３，２−４に駆動電圧を印加する。すなわち、振動体２−１と振動体２−３とが互いに逆方向に伸縮するように、振動体２−２と振動体２−４とが互いに逆方向に伸縮するように、それらに駆動電圧を印加する。このように駆動する際には、伸縮させる振動体に対応する動力伝達部を、被駆動体１３に押し付けるように、振動体を被駆動体１３に向かって押圧する。
【００３５】
例えば、図６において矢印ｂ１方向に振動体２−１を縮退させると共に、矢印ｂ３で示す方向に振動体２−３を伸張させることで、被駆動体１３を、符号１３´を付して破線で示す傾き状態に変位させることができる。このように駆動する際には、動力伝達部２ｔ−１を被駆動体１３に圧接させる為に、矢印ｂ２方向に振動体２−１を押圧し、且つ、動力伝達部２ｔ−３を被駆動体１３に圧接させる為に、矢印ｂ４方向の力を振動体２−３に印加する。
【００３６】
このように駆動することで、上述した初期状態における被駆動体１３に掛かる力の釣り合いを崩してモーメントを発生させることができ、図６において矢印ａで示す方向に当該被駆動体１３を傾けるように移動させることができる。
すなわち、互いに対向する各振動体に電圧を印加することで、被駆動体１３を挟んで対向する振動体が互いに逆方向に伸縮し、それによって被駆動体１３に掛かる力の釣り合いがずれてモーメントが発生し、被駆動体１３が傾く。具体的には、当該被駆動体１３を挟んで対向関係にある振動体のうち伸張した方の振動体によって押された被駆動体１３が、縮退した方の振動体側へ傾く。
【００３７】
図７に示すように、動力伝達部２ｔ−１，２ｔ−２，２ｔ−３，２ｔ−４を介して被駆動体１３に接触する振動体２−１，２−２，２−３，２−４は、被駆動体１３の円周方向に９０度間隔で配置されているので、２軸方向へ（図７に示すＸ方向（振動体２−１と振動体２−３とを結ぶ直線方向）及びＹ方向（振動体２−２と振動体２−４とを結ぶ直線方向））、被駆動体１３を変位させることができる。
【００３８】
なお、上述した例は４つの振動体２−１，２−２，２−３，２−４を用いた構成例であるが、少なくとも２つの振動体を用いて互いに対向関係にある振動体を一組設ければ、少なくとも一軸方向に被駆動体１３を変位させることが可能な振動波アクチュエータを構成することができる。
【００３９】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、前記第１実施形態に係る振動波アクチュエータと同様の効果を奏する振動波アクチュエータを提供することができる。
《変形例》
ところで、振動体２−１，２−２，２−３，２−４は、上述の例のように圧電体のみで構成してもよいし、圧電体と弾性体とを組み合わせて構成してもよい。図８は、本第２実施形態に係る振動波アクチュエータの一変形例を示す図である。同図に示す例では、弾性体１０−１と、振動体２−２に対応する弾性体（不図示）と、弾性体１０−３と、振動体２−４に対応する弾性体（不図示）とが、被駆動体１３の円周方向に等間隔で（被駆動体１３の円周を４分割するように９０度間隔で）配設されている。
【００４０】
従って、図８に示すように、弾性体１０−１と弾性体１０−３とが互いに対向する位置関係にあり、且つ、振動体２−２に対応する弾性体（不図示）と振動体２−４に対応する弾性体（不図示）とが互いに対向する位置関係にある。そして、各弾性体のうち被駆動体１３に接触している面とは逆側の面には、それぞれの位置に対応する振動体２−１，２−２，２−３，２−４が設けられている。
なお、各振動体２−１，２−２，２−３，２−４は、例えば厚み１００μｍ以下の薄膜の圧電体で構成されている。
【００４１】
以上説明したように、本変形例によれば、第２実施形態に係る振動波アクチュエータと同様の効果を奏する振動波アクチュエータを提供することができる。
以上、第１実施形態及び第２実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
【００４２】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００４３】
２，２−１，２−２，２−３，２−４…振動体、１０ｔ…支持部、１０…固定体、１０−１，１０−２，１０−３，１０−４…弾性体、２ｔ，２ｔ−１，２ｔ−２，２ｔ−３，２ｔ−４…動力伝達部、１３…被駆動体、１３ｃ…中心軸。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体の振動によって被駆動体を変位させる振動波アクチュエータであって、
被駆動体と、
前記被駆動体に接触する第１の接触部材と、
前記第１の接触部材と共に、前記被駆動体を挟持する第２の接触部材と、
を具備し、
前記第１の接触部材及び前記第２の接触部材のうち少なくとも一方は振動体である
ことを特徴とする振動波アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の接触部材と前記第２の接触部材とは、前記被駆動体を挟んで互いに対向する位置に配設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項３】
前記振動体は、前記被駆動体に対して所定の角度を成す態様で前記被駆動体に接触している
ことを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項４】
前記被駆動体は、前記第１の接触部材と前記第２の接触部材とによって、当該被駆動体に掛かる力が釣り合うように挟持されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ
【請求項５】
前記振動体は、前記被駆動体に接触する弾性体と、前記弾性体に設けられた圧電体と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項６】
前記被駆動体に接触する第３の接触部材と、
前記第３の接触部材と共に、前記被駆動体を挟持する第４の接触部材と、
を更に具備し、
前記第３の接触部材及び前記第４の接触部材のうち少なくとも一方は振動体である
ことを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の接触部材と前記第２の接触部材とは、前記被駆動体を挟んで互いに対向する位置に配設され、且つ、前記第３の接触部材と前記第４の接触部材とは、前記被駆動体を挟んで互いに対向する位置に配設され、
前記第１の接触部材と前記第２の接触部材とによって前記被駆動体が変位させられる方向と、前記第３の接触部材と前記第４の接触部材とによって前記被駆動体が変位させられる方向とは、略９０度を成す
ことを特徴とする請求項６に記載の振動波アクチュエータ。

【図１】