駆動装置および振動体
【課題】小型化を図るに際して、駆動力の低下を抑制することが可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置１Ａは、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材１３と、互いに所定の角度を有する状態でチップ部材１３にそれぞれその一端側が接合される複数の圧電素子（変位素子）１１，１２と、複数の圧電素子１１，１２の各他端側に接合されるベース部材１４と、複数の変位素子１１，１２の少なくとも１つに駆動信号を付与することによってチップ部材１３に楕円振動を励起する制御回路８０とを備える。ベース部材１４は、接合部Ｃ１で圧電素子１１と接合され且つ接合部Ｃ２で圧電素子１２と接合されるとともに、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間においてチップ部材１３側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有する。
【解決手段】駆動装置１Ａは、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材１３と、互いに所定の角度を有する状態でチップ部材１３にそれぞれその一端側が接合される複数の圧電素子（変位素子）１１，１２と、複数の圧電素子１１，１２の各他端側に接合されるベース部材１４と、複数の変位素子１１，１２の少なくとも１つに駆動信号を付与することによってチップ部材１３に楕円振動を励起する制御回路８０とを備える。ベース部材１４は、接合部Ｃ１で圧電素子１１と接合され且つ接合部Ｃ２で圧電素子１２と接合されるとともに、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間においてチップ部材１３側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置および当該駆動装置に用いられる振動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子などに交流電圧を供給することによって振動体を振動させ、当該振動体との接触および離反を繰り返すことによって被駆動体を摩擦力で駆動する駆動装置が存在する（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３５８３８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような駆動装置においては、例えば、図３３に示すような参考例１に係る振動体１０Ｚが用いられ得る。なお、図３３の振動体１０Ｚは、上記特許文献２の振動体に若干の変更を加えたものに相当する。
【０００５】
この振動体１０Ｚは、略直角に交差する２つの圧電素子（変位素子）１１，１２と、当該２つの圧電素子１１，１２の交差端側に接合されるチップ部材１３と、当該２つの圧電素子の他端側に接合されるベース部材１４（詳細には１４Ｚ）とを有している。２つの圧電素子１１，１２に対して位相の異なる高周波信号がそれぞれ印加されることによって、チップ部材１３に楕円振動が発生し、この楕円振動に基づく駆動力が被駆動体３０に伝達される。
【０００６】
ところで、上記のような駆動装置においては、その振動体の小型化を図ることが好ましい。
【０００７】
図３４は、参考例２に係る振動体１０Ｙを示す図である。振動体１０Ｙは、振動体１０Ｚ（図３３）のベース部材１４Ｚの高さを低減することによって小型化されたものである。この振動体１０Ｙは、振動体１０Ｚとほぼ同様の構成を有するが、ベース部材１４Ｚの代わりにベース部材１４Ｙを有する点で振動体１０Ｚと相違する。ベース部材１４Ｙの基準高さｈ１は、ベース部材１４Ｚの基準高さｈ０に比べて低減されている。
【０００８】
しかしながら、このようにベース部材の高さを低減することのみによって振動体の小型化を図ると、駆動力が低下し、その駆動状態が不安定になるという問題が発生する。なお、このような駆動力の低下現象等については、後に詳述する。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、振動体の小型化を図るに際して、振動体の駆動力の低下を抑制することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段とを備え、前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段とを備え、前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３の発明に係る駆動装置において、前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材とを備え、前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６の発明に係る振動体において、前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材とを備え、前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８の発明に係る振動体において、前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項６ないし請求項９のいずれかの発明に係る振動体において、前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項１０に記載の発明によれば、振動体の駆動力の低下を抑制もしくは回避し、安定的な駆動状態を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
＜Ａ．第１実施形態＞
＜Ａ１．構成概要＞
＜全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置（振動アクチュエータ）１Ａの構成を示す図である。図２は、当該振動アクチュエータ１Ａに用いられる振動体１０（詳細には振動体１０Ａ）の正面図であり、図３は当該振動体１０Ａの側面図である。なお、これらの図においては、適宜ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を表現するものとする。
【００２３】
図１に示すように、振動アクチュエータ１Ａは、駆動源である振動体１０Ａと、振動体１０Ａにより駆動される１つの被駆動体（移動体）３０と、加圧部材４０と、規制部材６０（６０ａ，６０ｂ）と、制御回路８０とを備えている。加圧部材４０は、振動体１０Ａを加圧方向（図のＺ方向）において被駆動体３０に向けて押し付けるための部材（弾性部材）であり、振動体１０ＡのＺ方向下側に設けられている。また、規制部材６０は、駆動反力等による振動体１０ＡのＸ方向への移動を規制する役割を果たす。
【００２４】
この駆動装置１Ａは、複数の変位素子（ここでは圧電素子１１，１２）に交流電圧を供給することによって振動体１０Ａに楕円振動を励起し、当該振動体１０Ａとの接触および離反を繰り返すことによって被駆動体３０を摩擦力等を用いて駆動する装置である。
【００２５】
＜振動体＞
図２に示すように、振動体１０Ａは、２つの圧電素子１１，１２を用いたトラス型の振動発生体として構成される。具体的には、振動体１０Ａは、２つの圧電素子（変位素子）１１，１２と、チップ部材１３と、ベース部材１４（詳細にはベース部材１４Ａ）とを備えている。振動体１０Ａは、高周波電圧（高周波信号）の印加に応じて振動する。
【００２６】
細長形状を有する２つの圧電素子１１，１２は略直角に交差して配置される。当該２つの圧電素子１１，１２の各一端側（交差側端部）はチップ部材１３に接合されており、これら圧電素子１１，１２の各他端側はベース部材１４Ａに接合されている。詳細には、接合部Ｃ１においてベース部材１４と圧電素子１１とが接合されており、接合部Ｃ２においてベース部材１４と圧電素子１２とが接合されている。
【００２７】
チップ部材１３は、安定して高い摩擦係数を得ることができるとともに高い耐摩耗性を得ることができる材料（例えば、超硬合金や、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス）で形成されることが好ましい。ベース部材１４Ａは、大きな比重を有する材料（例えば、ＷＣ（タングステンカーバイド）系の超硬合金（換言すれば、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金）、タングステン、あるいはタングステン合金などの金属材料）で形成されることが好ましい。また、圧電素子１１，１２と各部材１３，１４とは、接着剤を用いて接合されている。接着剤としては、接着強度に優れたエポキシ系樹脂の接着剤を用いることが好ましい。
【００２８】
圧電素子１１は、積層型圧電素子であり、圧電特性を有する複数のセラミック薄板と電極とを交互に積層した構造を有している。圧電素子１１は、印加電圧の変更に応じて積層方向に伸縮する変位素子である。圧電素子１２も圧電素子１１と同様の構成を備えており、印加電圧の変更に応じて積層方向に伸縮する。具体的には、所定の符号の電圧を圧電素子１１に印加すると圧電素子１１は伸び、逆符号の電圧を圧電素子１１に印加すると圧電素子１１は縮む。そして、交流電圧を印加すれば、圧電素子１１は当該交流電圧の周期に応じて伸縮を繰り返すことになる。圧電素子１２についても同様である。このような交流電圧を印加することによって、圧電素子１１および／または圧電素子１２を振動させることができる。
【００２９】
このように、交流電圧を印加することによって、圧電素子１１，１２を振動させることができる。そして、次述するように、印加電圧を制御することによれば、チップ部材１３を楕円軌道（円軌道を含む）または直線軌道を描くように移動させることができる。なお、共振現象を用いることによって、圧電素子１１，１２の振幅は数倍から数十倍に増幅され、振動体１０Ａは比較的大きく振動する。
【００３０】
図４は、振動体１０Ａによる駆動動作を示す図である。図４に示すように、振動体１０Ａの圧電素子１１，１２に対する駆動交流電圧における駆動周波数を同一にするとともに、その位相差を制御することによって、チップ部材１３の移動動作を制御することができる。なお、図４（a）〜（c)のそれぞれにおける矢印は、微小振動の振動状態を概念的に表している。
【００３１】
たとえば、２つの圧電素子１１，１２に対して、同一周波数且つ同一位相の高周波交流電圧を付与することによれば、圧電素子１１，１２は常に同一の向きに振動し、図４（ａ）に示すように、チップ部材１３が上下方向に駆動される。なお、その周波数を共振周波数に合わせることで、２つの圧電素子１１，１２が同位相で伸縮する振動モード（以下、「同相モード」とも称する）が励起できる。その概念図を図５に示す。
【００３２】
また、２つの圧電素子１１，１２に対して、同一周波数且つ「逆位相」の高周波交流電圧を付与することによれば、圧電素子１１，１２は常に逆向きに振動し、図４（ｃ）に示すように、チップ部材１３が左右方向に駆動される。なお、その周波数を共振周波数に合わせることで、２つの圧電素子１１，１２が逆位相で伸縮する振動モード（以下、「逆相モード」とも称する）が励起できる。その概念図を図６に示す。
【００３３】
これら同相モード、逆相モードの共振周波数を一致させることで、両モードが同時に励起され、２つの圧電素子１１，１２に対して、９０度（deg）の位相差を有する共振周波数の高周波交流電圧を付与することによれば、図４（ｂ）に示すように、チップ部材１３は楕円軌道を描くように駆動される。また、両駆動電圧の位相差を様々な値に変更することによって、楕円軌道の形状を変更することが可能である。
【００３４】
振動体１０Ａは、このような楕円軌道を含む面（振動面とも称する）における振動動作を用いて、被駆動体３０を駆動する。具体的には、後述するように、チップ部材１３が被駆動体３０（図１）に適宜に押し付けられることによって、チップ部材１３の楕円運動が被駆動体３０の直線運動に変換され、被駆動体３０が駆動される。
【００３５】
なお、ここでは２つの圧電素子１１，１２の両方に駆動信号を付与する駆動方式、詳細には２つの圧電素子１１，１２に印加する駆動交流電圧の位相差を制御して振動体１０Ａを駆動する駆動方式（以下、「位相差駆動方式」とも称する）を例示している。ただし、本発明はこれに限定されず、複数の圧電素子（変位素子）の少なくとも１つに駆動信号を付与することによってチップ部材に楕円振動が励起されればよい。例えば、１つの圧電素子にのみ駆動信号を付与する駆動方式（以下、「単相駆動方式」とも称する）によって、振動体１０Ａを振動させるようにしてもよい。「単相駆動方式」は、同位相モードにおける共振周波数と逆相モードにおける共振周波数とに所定の差を設けた上で、２つの圧電素子１１，１２のうちの一方の圧電素子（例えば圧電素子１１）にのみ駆動信号を印加することによって振動体１０Ａを駆動する方式である。この単相駆動方式については後述する。
【００３６】
＜被駆動体＞
図１に示されるように、被駆動体３０は、振動体１０Ａに接触する部材であり、振動体１０Ａ（詳細にはチップ部材１３）からの駆動力が直接的に伝達される部材である。具体的には、被駆動体３０は、振動体１０Ａの振動動作に応じて振動体１０Ａとの接触（衝突）および振動体１０Ａからの離反を繰り返しつつ振動体１０Ａとの間に生じる摩擦力によって駆動される。換言すれば、振動体１０Ａは、被駆動体３０の表面において摩擦接触を伴う微小移動動作を繰り返すことによって、被駆動体３０を駆動することになる。
【００３７】
被駆動体３０は、たとえば、金属（ステンレスあるいはアルミニウム等）で形成される。また、チップ部材１３との接触による摩耗を防ぐため、被駆動体３０の表面には表面硬化処理が施されることが好ましい。たとえば、被駆動体３０としては、ステンレスなどの鉄系材料に対して焼き入れ処理ないし窒化処理等を施したものが用いられる。あるいは、アルミニウムにアルマイト処理を施したもの、ないし、金属表面にセラミックなどによる耐摩耗性のコーティング処理を施したものを被駆動体３０として用いるようにしてもよい。また、被駆動体３０は、金属以外の材料、たとえばセラミック（アルミナセラミックあるいはジルコニアセラミック等）で形成されてもよい。セラミックを用いれば、軽量化を図ることができるとともに、高い剛性および高い耐摩耗性を得ることができる。
【００３８】
被駆動体３０は、リニアガイド７０によって支持されており、図の左右方向においてスムーズに直線運動することができる。
【００３９】
＜加圧部材＞
また、振動体１０Ａに対して被駆動体３０とは反対側に加圧部材４０が設けられている。加圧部材４０は、２つの規制部材６０ａ，６０ｂの間に架け渡されており、その両端においてそれぞれ規制部材６０ａ，６０ｂに固定されている。また、加圧部材４０は、その２カ所において逆Ｕ字に曲げ加工されており、当該２つの逆Ｕ字部分ＰＵにおいて振動体１０Ａのベース部材１４Ａに接触している。加圧部材４０は弾性部材として機能し、振動体１０Ａを＋Ｚ方向に付勢する役割を果たす。加圧部材４０によるこの付勢力によって、振動体１０Ａは被駆動体３０に所定の力で押しつけられている。なお、振動体１０Ａの振動周期は加圧部材４０の伸縮動作が追従できない程に短い（すなわち非常に高い周波数である）ため、振動体１０Ａのチップ部材１３は、加圧部材４０の付勢力に抗して、被駆動体３０に対して接触と離反とを繰り返すことができる。したがって、上述のような駆動動作を行うことが可能である。
【００４０】
＜制御回路＞
制御回路８０は、ＭＰＵなどによって構成された電気回路である。制御回路８０は、圧電素子１１，１２に対する駆動信号を制御することによって、チップ部材１３の振動を制御する。
【００４１】
＜Ａ２．駆動原理＞
ここで、図７等を参照しながら、振動体１０による駆動原理についてさらに説明する。図７は、当該駆動原理について説明する図である。図７においては、振動体１０は簡略化して示されている。
【００４２】
図７に示すように、理想状態においては、まず、チップ部材１３が楕円軌道ＰＢの上側に存在する場合には、振動体１０のチップ部材１３が被駆動体３０に摩擦接触した状態で接触開始位置から接触終了位置まで（図の右側から左側へと）移動することによって、所定方向ＤＸ（図において左向き）の駆動力がチップ部材１３から被駆動体３０へと伝達される（図７（ａ））。そして、チップ部材１３が楕円軌道ＰＢの下側に存在する場合には（図７（ｂ））、チップ部材１３が被駆動体３０から離れた状態で図の左側から右側へと移動した後、接触開始位置側へと復帰して再び被駆動体３０への接触状態に復帰する（図７（ｃ））。以降同様の動作を繰り返すことによって、被駆動体３０がチップ部材１３と被駆動体３０との間に生じる摩擦力によって所定方向ＤＸ（Ｘ方向）に駆動される。すなわち、被駆動体３０は、振動体１０の振動動作に応じて振動体１０との接触および振動体１０からの離反を繰り返しつつ、振動体１０との間に生じる摩擦力によって駆動される。
【００４３】
このような駆動状態においては、被駆動体３０の速度は、楕円軌道における方向Ｔ（上述の加圧方向に垂直な方向に相当）の速度に依拠して決定される。したがって、楕円軌道（楕円軌跡）の方向Ｔの径Ｒｔが大きいほど、被駆動体３０の速度が大きくなる。また、被駆動体３０の駆動力は、基本的には、方向Ｎ（上述の加圧方向に相当）においてチップ部材１３に加わる垂直抗力と、チップ部材１３の被駆動体３０に対する接触点における摩擦係数との積に依拠して決定される。
【００４４】
被駆動体３０の駆動状態は、楕円軌道（楕円軌跡）の方向Ｎの径Ｒｎにも依拠する。上記においては考慮していなかったが、実際には被駆動体３０等に弾性変形が発生し、これに起因して駆動状態が不安定になることがある。具体的には、径Ｒｎが小さすぎる場合には、被駆動体３０および／またはチップ部材１３等の弾性変形によって、チップ部材１３と被駆動体３０とが常時接触した不安定な駆動状態になることがある。
【００４５】
図８は、不安定な駆動状態の一例を示す図である。ここでは、被駆動体３０に弾性変形が発生している場合を想定する。
【００４６】
図８に示すように、チップ部材１３が楕円軌道ＰＢの下側に存在する場合（図８（ｂ））にも、被駆動体３０の弾性変形に起因してチップ部材１３が被駆動体３０から離れることができない状態になっている。そのため、被駆動体３０の目標駆動方向とは逆向きの力がチップ部材１３から被駆動体３０に伝達されることになる。この力が制動力として作用し、ブレーキがかかった状態になるため、被駆動体３０は十分な駆動力を得ることができず、速度が低下することになる。
【００４７】
上記のような不都合が生じないようにして駆動状態を安定させるためには、楕円軌道の方向Ｎにおける径Ｒｎを所定値以上の値にすることが好ましい。すなわち、径Ｒｎは大きいことが好ましい。
【００４８】
図９は、２つの振動体１０Ｚ，１０Ｙ（図３３および図３４参照）をそれぞれ用いて同様の駆動を行った場合における両振動体１０Ｚ，１０Ｙの各楕円軌道ＥＬｚ，ＥＬｙを比較する図である。
【００４９】
図９からも判るように、振動体１０Ｙの楕円軌道ＥＬｙは、振動体１０Ｚの楕円軌道ＥＬｚに比べて、その（方向Ｎにおける）径Ｒｎが小さくなっている。
【００５０】
上述のように、十分な駆動力を確保するためには、チップ部材１３の楕円振動の所定方向Ｎにおける径Ｒｎが大きいことが好ましい。しかしながら、振動体１０Ｙにおいては、振動体１０Ｚに比べて楕円振動における径Ｒｎが低減している。振動体１０Ｙにおける駆動力低下の問題は、このような径Ｒｎの低減に起因するものであると考えられる。
【００５１】
＜Ａ３．ベース部材の構成＞
＜参考例に係る振動体の解析結果＞
上述のように、参考例１の振動体１０Ｚ（図３３参照）におけるベース部材１４の高さを単に低減して小型化した参考例２の振動体１０Ｙ（図３４参照）は、チップ部材１３の径Ｒｎが小さくなり、駆動力が低下するという問題を有している。
【００５２】
そこで、当該問題の解決策を探求するため、本願の発明者らは、参考例１に係る振動体１０Ｚにおいて、ベース部材１４Ｚの重量または弾性率が変化するときに、チップ部材１３の方向Ｎにおけるチップ変位がどのように変化するかを有限要素法を用いて解析した。具体的には、圧電構造解析シミュレータを用いて、圧電素子１１，１２、チップ部材１３およびベース部材１４Ｚの特性を考慮した解析を行った。また、解析の容易化のため、同相モードの振動状態における径Ｒｎを求めている。
【００５３】
図１０および図１１は、その解析結果を示す図である。図１０は、ベース部材１４Ｚの重量（ベース重量とも称する）とチップ部材１３の方向Ｎにおける変位（チップ変位とも称する）との関係を示しており、図１１は、ベース部材１４Ｚの弾性率（ベース弾性率とも称する）とチップ部材１３の方向Ｎにおける変位との関係を示している。なお、解析においては、便宜上、ベース部材１４Ｚの密度（比重）を変化させることによってベース部材１４Ｚの重量を変化させ、ベース部材１４Ｚのヤング率を変化させることによってベース部材１４Ｚの弾性率を変化させている。
【００５４】
まず、図１０のグラフを参照すると、ベース重量が大きくなるにつれて、チップ変位が大きくなっていることが判る。
【００５５】
図１２は、振動体１０をさらに簡略化したモデルを示す図である。ここでは、振動体１０の構成を、弾性体（バネ）の一端側にチップ部材１３が設けられ且つ他端側にベース部材１４Ｚ（１４）が設けられる構成に簡略化して模式化している。
【００５６】
同位相モードで共振する際の振動の節の位置Ｑは、チップ部材１３の質量ｍ１とベース部材１４の質量ｍ２との大小関係に応じて移動する。詳細には、当該節の位置Ｑは、ベース部材１４の質量ｍ２が大きくなるほど、ベース部材１４寄りに（図１２の右側へと）移動する。
【００５７】
ここで、ベース部材１４の質量が異なる２つの振動体において、その総振幅（具体的には、図１２において節より左側の振幅ＳＷ１と節より右側の振幅ＳＷ２との和）が同一であると仮定する。このとき、比較的重いベース部材１４を有する振動体の方が、他方の振動体（比較的軽いベース部材１４を有する振動体）に比べて、節の位置Ｑがさらにベース部材１４側に存在し、節より左側の振幅ＳＷ１が大きくなり、チップ変位が大きくなる。比較的大きな重量を有するベース部材１４を用いる方が、チップ変位が比較的大きくなるのは、以上のような理由によるものと考えられる。
【００５８】
また、図１１のグラフを参照すると、ベース弾性率が小さくなるにつれて、チップ変位が大きくなっていることが判る。
【００５９】
図１３および図１４は、それぞれ、ベース部材１４の弾性率を変更したときの同相モードにおける振動状態を示す図である。図１３は、ベース部材１４（１４Ｚ）が比較的小さな弾性率（低弾性率）を有する場合を示し、図１４は、ベース部材１４（１４Ｚ）が比較的大きな弾性率（高弾性率）を有する場合を示している。なお、図１３および図１４は、いずれも、同相モードにおける各圧電素子１１，１２の伸長時の状態を示している。
【００６０】
図１３および図１４を相互に比較すると判るように、高弾性率のベース部材１４を有する振動体（図１４）は、低弾性率のベース部材を有する振動体（図１３）に比べて、矢印ＡＲ１向きの曲げ変形が比較的大きく生じている。なお、矢印ＡＲ１向きの曲げ変形は、各圧電素子１１，１２の伸縮方向に垂直な方向への曲げ変形であって、内側方向への曲げ変形（あるいは、圧電素子１１，１２およびベース部材１４で囲まれる空間側への曲げ変形）であるとも表現される。
【００６１】
そのため、圧電素子１１，１２の伸長時において、チップ部材１３の＋Ｎ方向への伸びは、上記の曲げ変形によって比較的大きく減殺され、方向Ｎにおけるチップ変位は比較的小さくなる。
【００６２】
逆に、低弾性率のベース部材を有する振動体（図１３）は、高弾性率のベース部材を有する振動体（図１４）に比べて、矢印ＡＲ１の向きの曲げ変形が比較的小さくなる。そのため、圧電素子１１，１２の伸長時において、方向Ｎにおけるチップ部材１３の変位は比較的大きくなる。
【００６３】
以上のように、低弾性率のベース部材１４を用いる場合に比較的大きなチップ変位を得ることが可能である。
【００６４】
このように、ベース部材としては、その重量が大きいものであることが好ましく、その剛性が低いものであることが好ましいものと考えられる。
【００６５】
＜本実施形態に係る振動体の解析結果＞
本発明に係る振動体１０Ａ等は、このような解析結果をも考慮して本願発明者らによって案出されたものである。
【００６６】
具体的には、本発明に係る振動体１０Ａのベース部材１４Ａは、図２のような形状を有している。詳細には、ベース部材１４Ａは、Ｖ字状（逆Ｖ字状）の屈曲部分ＢＤ、換言すれば、チップ部材１３側に凸の屈曲部分ＢＤを有している。この屈曲部分ＢＤは、圧電素子１１と圧電素子１２とに挟まれる空間において、ベース部材１４Ａの（加圧方向Ｎにおける）基準高さｈ１に対応する位置よりもチップ部材１３側に張り出すように屈曲している。このベース部材１４Ａは、所定の幅を有する略棒状部材が、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間で屈曲されたような形状を有しているものとも表現される。なお、ここではベース部材１４Ａの材料として、ＷＣ（タングステンカーバイド）系超硬合金を用いている。また、ベース部材１４Ａの加圧方向における基準高さｈ１は、参考例２に係るベース部材１４Ｙの基準高さｈ１（図３４参照）と同じである。
【００６７】
さて、図１５は、振動体１０Ａを位相差駆動（位相差＝９０度）したときの楕円軌道ＥＬａ（実線）を示す図である。図１５には、参考例１，２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙについて、同様の楕円軌道ＥＬｚ，ＥＬｙ（破線）も併せて示されている。また、図１６および図１７は、有限要素法による振動体１０Ａの解析結果を示す図である。図１６は、同相モードにおける振動体１０Ａの変形状態を示す図であり、図１７は、逆相モードにおける振動体１０Ａの変形状態を示す図である。
【００６８】
図１５に示されるように、本願発明に係る振動体１０Ａは、参考例１，２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙのいずれに比べても、方向Ｎにおける径Ｒｎが大きくなっており、駆動力の低下が抑制（ここではさらに駆動力が向上）され安定的な駆動状態を実現できることが判る。すなわち、振動体１０Ａによれば、振動体１０Ｚに比べてベース部材の高さを低減して小型化を図るとともに、安定的な駆動状態をも実現することが可能である。
【００６９】
ここで、この現象をさらに検討するため、ベース部材１４における屈曲部分の有無が振動体１０Ａと相違する振動体との比較を行う。具体的には、参考例２に係る振動体１０Ｙ（図３４）を、振動体１０Ａ（図２）の比較の対象とする。ただし、必要に応じて、参考例２に係る振動体１０Ｙをより簡略化した参考例３に係る振動体１０Ｘ（図１８）をも比較の対象とする。なお、振動体１０Ｘのベース部材１４Ｘは、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間において略一定高さｈ１の棒状部分ＳＤを有しており、ベース部材１４Ｘの高さｈ１とベース部材１４Ａの高さｈ１とは同一である。ベース部材１４Ｘは、その上側に切り欠き部分を有しない点で、ベース部材１４Ｙと相違する。
【００７０】
屈曲部分を有するベース部材１４Ａ（図２）は、屈曲部分を有しないベース部材１４Ｙ（図３４）に比べて、約１．２倍の重量を有している。また、ベース部材１４Ａは、ベース部材１４Ｚ（図３３）と比べても約１．１倍の重量を有している。振動体１０Ｚを用いた上記の解析結果を考慮すると、このようなベース重量の増大が径Ｒｎの増大に寄与していると考えられる。
【００７１】
また、振動体１０Ａは、チップ部材１３側に張り出した屈曲部分ＢＤを有しており、圧電素子１１，１２の振動に応じて、屈曲部分ＢＤ（逆Ｖ字部分）の屈曲度合いが変化するように（換言すれば当該逆Ｖ字部分が開閉するように）揺動する。この場合、振動体１０Ａのベース部材１４Ａは、屈曲部分を有しないベース部材１４Ｘに比べて、ベース部材の実質的な腕長さが大きくなるため、その剛性が小さくなると考えられる。また、振動体１０Ｙのベース部材１４Ｙは、切り欠き部の存在によって振動体１０Ｘのベース部材１４Ｘよりも低剛性になっているため、ベース部材１４Ａとベース部材１４Ｙとの剛性比較は容易ではない。ただし、図１６を参照すると、振動体１０Ａにおける圧電素子１１，１２の矢印ＡＲ１の向きの曲げ変形は比較的小さくなっている。これは、図１３と図１４との比較検討結果（上述）を考慮すると、低剛性（低弾性率）に起因する状況であるものと推定される。振動体１０Ｚを用いた上記の解析結果を考慮すると、このようなベース剛性の低下が径Ｒｎの増大に寄与していると考えられる。なお、仮にベース剛性の低下が生じていないとしても、上述のベース重量の増大あるいは次述する接合点の後退量の減少等によって、径Ｒｎの低下抑制（ないし径Ｒｎの増大）が達成されるものと考えられる。
【００７２】
また、図１９は振動体１０Ｙ（または振動体１０Ｘ）を簡略化して示す図であり、図２０は本実施形態に係る振動体１０Ａを簡略化して示す図である。図１９および図２０は、同相モードの伸長時における各振動体１０Ｙ，１０Ａの変形の様子を示している。これらの図を参照しながら、各振動体１０Ｙ，１０Ａの同相モードの伸長時における接合点Ｃ２の後退量ＢＡについて考察する。
【００７３】
図１９に示すように、振動体１０Ｙのベース部材１４の（圧電素子１２との）接合部Ｃ２は、同相モードの伸長時にベース部材１４が弓形（ゆみなり）に変形することに応じて、圧電素子１１，１２の伸縮方向（ひいてはチップ部材１３の変位方向）において矢印ＡＲ２の向きに比較的大きく後退する。
【００７４】
これに対して、図２０に示すように、振動体１０Ａの接合部Ｃ２も、同相モードの伸長時において、圧電素子１１，１２の伸縮方向において矢印ＡＲ２の向きに後退する（矢印ＡＷ１参照）。ただし、振動体１０Ａにおいては、同相モードの伸長時に、屈曲部分ＢＤがそのＶ字頂点部分を中心としてその屈曲角度をさらに小さくするように変形することに応じて、当該接合部Ｃ２は接合部Ｃ１側へも移動する（矢印ＡＷ２参照）。
【００７５】
このため、ベース部材１４Ａの（圧電素子１２との）接合部Ｃ２は圧電素子１２の伸縮方向において矢印ＡＲ２の向きに若干後退するとしても、接合部Ｃ２のその後退量ＢＡは図１９の場合に比べて小さくなる。したがって、方向Ｎにおけるチップ変位が接合部Ｃ２の後退に起因して低下することを抑制することが可能である。
【００７６】
振動体１０Ａにおける径Ｒｎの大径化は、上述したような要因によって招来されるものと考察される。
【００７７】
以上のように、上記の振動体１０Ａを用いることによれば、図１５に示されるような振動特性を得ることが可能である。すなわち、方向Ｎにおける径Ｒｎを大きくして駆動力の低下を抑制（理想的には駆動力低下を回避）し、安定的な駆動状態を得ることが可能である。
【００７８】
また、ベース部材１４の屈曲部分ＢＤは、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間において、チップ部材１３側に（図の上向きに）張り出しているので、他の向き（例えば、図の下向きに或いは横向き）に張り出す場合に比べて、小型化を図ることができる。
【００７９】
また、ベース部材１４の材料は、比較的比重の大きいもの（例えば、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金等）であることが好ましく、特に、チップ部材１３の材料よりも比重が大きいことが好ましい。これによれば、ベース重量を増大させて、より安定的な駆動状態を実現することができる。
【００８０】
＜Ｂ．第２実施形態＞
第２実施形態に係る振動アクチュエータ１Ｂは、第１実施形態と同様の構成を備える。ただし、振動体１０（１０Ｂ）、特にベース部材１４（１４Ｂ）において、第１実施形態と相違する。以下では、第２実施形態に係る振動アクチュエータ１Ｂについて、第１実施形態に係る振動アクチュエータ１Ａとの相違点を中心に説明する。
【００８１】
図２１は、第２実施形態に係る振動体１０Ｂの構成を示す正面図である。振動体１０Ｂは、ベース部材１４Ａではなくベース部材１４Ｂを有する点で、第１実施形態の振動体１０Ａと相違する。
【００８２】
ベース部材１４Ｂは、その一端側の接合部Ｃ１で圧電素子１１と接合され且つ他端側の別の接合部Ｃ２で圧電素子１２と接合される。また、ベース部材１４Ｂは、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間において、チップ部材１３側に突出する突出部分ＰＪと、局所的に剛性が低くなっている部分（以下、「局所的低剛性部分」とも称する）ＬＥとを有している。ここでは、局所的低剛性部分ＬＥは、スリットＳＬ（切り欠き部）を設けた部分においてベース部材１４Ｂの高さ（図２１の上下方向の長さ）を局所的に低減させることによって構成されている。この局所的低剛性部分ＬＥは、ベース部材１４ＢのＺ方向の大きさ（高さないし幅とも称する）が局所的に狭くなっているので、「狭幅部」とも称される。
【００８３】
このようなベース部材１４Ｂを用いることによって、振動体１０Ｂの小型化を図ることができる。なお、ベース部材１４Ｂの加圧方向における基準高さｈ１は、参考例２に係るベース部材１４Ｙの基準高さｈ１（図３４参照）と同じである。
【００８４】
図２２は、振動体１０Ｂを位相差駆動（位相差＝９０度）したときの楕円軌道ＥＬｂ（実線）を示す図である。図２２には、参考例１および参考例２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙについて同様の楕円軌道ＥＬｚ，ＥＬｙ（破線）が併せて示されている。また、図２３および図２４は、有限要素法による振動体１０Ｂの解析結果を示す図である。図２３は、同相モードにおける振動体１０Ｂの変形状態を示しており、図２４は、逆相モードにおける振動体１０Ｂの変形状態を示している。
【００８５】
図２２に示すように、本願発明に係る振動体１０Ｂは、参考例１，２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙのいずれに比べても、方向Ｎにおける径Ｒｎが大きくなっており、駆動力が低下することなく安定的な駆動状態になることが判る。
【００８６】
このように径Ｒｎが大きくなるのは、ベース重量の増大およびベース弾性率の低減が主要因であるものと考えられる。
【００８７】
例えば、ベース部材１４Ｂにおいては、突出部分ＰＪが設けられているため、ベース重量は比較的大きい。具体的には、ベース部材１４の突出部分ＰＪの有無が相違する２種類の振動体（振動体１０Ｂ（図２１参照）および振動体１０Ｘ（図１８参照））を想定し、両者を比較すると、図２１の振動体１０Ｂのベース重量は、そのベース部材１４Ｘが突出部分ＰＪを有しない振動体１０Ｘ（図１８参照）のベース重量に比べて大きい。
【００８８】
また、ベース部材１４Ｂにおいては、突出部分ＰＪの一部を切り欠いて構成されるスリットＳＬが設けられており、当該スリットによる切り欠き後の残部（狭幅部）は、局所的低剛性部分ＬＥとなっている。詳細には、スリットＳＬは、ベース部材１４の基準高さｈ１よりも残部の高さｈ２が小さくなる程の深さを有しており、当該残部（狭幅部）における局所的な強度が低下している。この状況は、ベース弾性率が低減されていることに相当する。
【００８９】
以上のように、振動体１０Ｂを用いて振動アクチュエータ１Ｂを構成することによれば、小型化を図るに際して、駆動力の低下を抑制（理想的には駆動力低下を回避）し、安定的な駆動状態を得ることが可能である。
【００９０】
＜Ｃ．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００９１】
＜スリットの位置＞
たとえば、上記第２実施形態においては、スリットＳＬが突出部分ＰＪの凸部側に設けられる場合を例示したが、これに限定されず、図２５に示すように、ベース部材（１４Ｃ）において、突出部分ＰＪの凸部側の反対側にスリットＳＬを設けるようにしてもよい。このような振動体１０Ｃを用いる場合においても、ベース重量の増大およびベース弾性率の低減によって径Ｒｎを大きくすることが可能である。
【００９２】
＜複数スリット＞
また、スリットＳＬの数は１つに限定されず、図２６に示すようにベース部材（１４Ｄ）に複数のスリットＳＬを設けた振動体１０Ｄを用いるようにしてもよい。
【００９３】
＜Ｗ字型、Ｕ字形＞
また、上記第１実施形態においては、逆Ｖ字形のベース部材１４Ａが用いられたがこれに限定されない。例えば、図２７に示すように、振動体１０（１０Ｅ）において、逆Ｗ字型（Ｍ字形）の屈曲部分ＢＭを設けたベース部材１４Ｅを用いるようにしてもよい。あるいは、図２８に示すように、振動体１０（１０Ｆ）において、逆Ｕ字形の屈曲部分ＢＵを有するベース部材１４Ｆを用いるようにしてもよい。
【００９４】
＜自走式＞
また、上記各実施形態等においては、被駆動体３０が移動する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、図２９に示すように、被駆動体３０を駆動する場合において、その駆動力による相対移動によって振動体１０Ａ側が移動する自走式の駆動装置（１Ｇ）であってもよい。
【００９５】
駆動装置１Ｇは、第１実施形態と同様に振動体１０Ａと加圧部材４０と２つの規制部材６０と被駆動体３０とを備えるとともに、さらに、台板９０と２つのガイドローラ７５とを備えている。台板９０には２つのガイドローラ７５と２つの規制部材６０とが固定されている。各ガイドローラ７５は被駆動体３０の側面上を回転しながら移動することが可能なように台板９０に軸支されている。また、各規制部材６０は、台板９０に固定されている。
【００９６】
振動体１０Ａは、その左右両側にそれぞれ規制部材６０が配置された状態で、当該規制部材６０に固定された加圧部材４０によって、被駆動体３０に押し付けられている。このため、被駆動体３０は、２つのガイドローラ７５と振動体１０Ａとによって３点で支持された状態となっている。
【００９７】
また、この駆動装置１Ｇにおいては、棒状の被駆動体３０の両端が固定部（筐体等）９５に固定されているので、当該被駆動体３０は移動できない。一方、台板９０は固定部９５に固定されていない。そのため、振動体１０Ａの振動によって、チップ部材１３から被駆動体３０へと駆動力が伝達されると、被駆動体３０と振動体１０Ａとの間にＸ方向の相対運動が生じ、台板９０等を含む振動体１０Ａ側が被駆動体３０に対して移動することになる。
【００９８】
＜単相駆動方式＞
また、上述したように、振動体１０Ａの駆動方式として、「単相駆動方式」を用いてもよい。
【００９９】
ここで、「単相駆動方式」における駆動原理について説明する。
【０１００】
図３０は、振動体１０Ａによる駆動動作のモデルを示す図である。図３０に示すように、振動体１０Ａの圧電素子１１，１２のうちの一方（ここでは圧電素子１１）に、駆動信号（交流電圧）を付与する。このような駆動信号が付与されると、その大きさが変化する駆動力Ｆが振動体１０Ａに作用する。このような駆動力Ｆが振動体１０Ａに作用すると、以下に示す共振現象によって振幅を数倍から数十倍に増幅しながら、チップ部材には比較的大きな楕円振動が励起される。
【０１０１】
ここで、この駆動信号付与による駆動力Ｆが、図３０の方向Ｎ（上述の加圧方向に相当）と当該方向Ｎに直交する方向Ｔとに分離されて作用するものと考え、方向Ｎにおける振動系（第１振動系とも称する）と方向Ｔにおける振動系（第２振動系とも称する）との両振動系における振動状態を考察する。第１振動系および第２振動系は、それぞれ、バネ、マス（重り）、ダンパで構成される１自由度の振動モデルで表現される。なお、ここでは、簡単化のため、ベース部材１４Ａは固定されており変形しないものとする。
【０１０２】
また、第１振動系のみによる振動状態は、２つの圧電素子１１，１２が同位相で伸縮する同相モード（図５参照）に対応付けて表現される。また、第２振動系のみによる振動状態は、２つの圧電素子１１，１２が逆位相で伸縮する逆相モード（図６参照）に対応付けて表現される。同相モードは、チップ部材１３が方向Ｎにおいて単振動する振動モードであり、逆相モードはチップ部材１３が方向Ｔにおいて単振動する振動モードである。
【０１０３】
図３１および図３２は、一方の圧電素子に付与される駆動信号の周波数（駆動周波数）と、各振動系（第１振動系および第２振動系）における振動状態との関係を示す図である。図３１は振幅の周波数特性を示す図であり、図３２は位相遅れの周波数特性を示す図である。図３１においては、駆動周波数ｆと第１振動系の振幅との関係を示す曲線ＬＡ１と、駆動周波数ｆと第２振動系の振幅との関係を示す曲線ＬＡ２とが示されている。図３２においては、駆動周波数ｆと第１振動系の位相遅れとの関係を示す曲線ＬＰ１と、駆動周波数ｆと第２振動系の位相遅れとの関係を示す曲線ＬＰ２と、駆動周波数ｆと両振動系の位相遅れの差との関係を示す曲線ＬＰ３（端的に言えば、曲線ＬＰ１，ＬＰ２の差を示す曲線）とが示されている。
【０１０４】
図３１および図３２に示すように、第１振動系および第２振動系の振動は、それぞれ、駆動周波数ｆに応じて変化する。具体的には、各振動系の振幅は、駆動周波数ｆが増大していくにつれて、増大していき、特定の周波数（「共振周波数」とも称する）のときに最大となり、その後減少していく。また、各振動系の位相遅れは、駆動周波数ｆが増大していくにつれて増大していく。
【０１０５】
ここで、振動体１０Ａにおいては、第１振動系におけるパラメータ（弾性係数、質量、減衰係数に関するパラメータ）と第２振動系におけるパラメータ（弾性係数、質量、減衰係数に関するパラメータ）とは若干相違するように構成されている。
【０１０６】
このため、図３１に示すように、第１振動系における共振周波数ｆ１と第２振動系における共振周波数ｆ２とは互いに異なっている。具体的には、駆動周波数ｆが値ｆ１のときに第１振動系の振幅が最大となり、駆動周波数ｆが値ｆ２（＞ｆ１）のときに第２振動系の振幅が最大となる。また、図３２に示すように、両振動系における位相遅れの度合いも異なっている。具体的には、各周波数において、第１振動系における位相遅れは第２振動系における位相遅れよりも大きくなっている。なお、ここでは、値ｆ１が値ｆ２よりも小さい場合を例示しているが、逆に値ｆ１が値ｆ２よりも大きくなることもある。
【０１０７】
振動体１０Ａにおける振動状態は、上記の第１振動系における振動と第２振動系における振動との合成振動として表現され、チップ部材１３は、楕円運動する。このような楕円運動におけるチップ部材１３の軌跡（楕円軌跡）の形状は、駆動周波数に応じて変化する。
【０１０８】
例えば、周波数ｆ３の駆動信号が付与されたときには、図４（ｂ）のような振動状態が発生する。より詳細には、図３１に示すように第１振動系の振幅と第２振動系の振幅とが同じ大きさを有しているため、方向Ｔと方向Ｎとの振幅が同じになるような楕円軌跡（円軌跡とも表現される）を描くようにチップ部材１３が振動する。また、図３２の曲線ＬＰ１，ＬＰ２に示すように第１振動系よりも第２振動系の方が位相遅れが小さく、図３２の曲線ＬＰ３に示すように、両振動系の位相遅れの差は９０度である。そのため、まず方向Ｔ（＋Ｔ）の変位が励起され、それに引き続いて位相が９０度遅れて方向Ｎ（＋Ｎ）の変位が励起されるため、反時計回りの振動が励起される。
【０１０９】
また、周波数ｆ３よりも小さな周波数を有する駆動信号が付与されたときには、第１振動系の振幅が第２振動系の振幅よりも大きい（図３１参照）ため、方向Ｎの振幅が方向Ｔの振幅よりも大きくなるような楕円軌跡を描くようにチップ部材１３が振動する。
【０１１０】
一方、周波数ｆ３よりも大きな周波数を有する駆動信号が付与されたときには、第２振動系の振幅が第１振動系の振幅よりも大きい（図３１参照）ため、方向Ｔの振幅が方向Ｎの振幅よりも大きくなるような楕円軌跡を描くようにチップ部材１３が振動する。
【０１１１】
また、圧電素子１２を駆動することで、楕円運動の回転方向が逆転（時計回り）し、駆動方向を切り換えることができる。
【０１１２】
以上のような単相駆動方式を用いて、振動体１０Ａを振動させるようにしてもよい。
【０１１３】
＜その他＞
上記各実施形態においては、２つの圧電素子１１，１２は略直角に交差して配置されているが、これに限定されない。具体的には、２つの圧電素子１１，１２は、所定の角度を有する状態（非平行状態）で配置されていればよい。
【０１１４】
また、上記各実施形態においては、ベース部材１４の材料として、比重が高いＷＣ系超硬合金を用いる場合を例示しているが、これに限定されない。例えば、比重が高く且つ弾性率が低い、タングステンあるいはタングステン合金（バインダー相をニッケル、銅および鉄等で構成したタングステン基焼結体）を用いるようにしてもよい。これによれば、より大きな効果を得ることができる。
【０１１５】
また、上記第２実施形態においては、切り欠き部としてスリットを用いることによって局所的低剛性部分ＥＬを実現する場合を例示したが、これに限定されず、別の形状（例えば半円状）の切り欠き部を用いて局所的低剛性部分を実現するようにしても良い。ただし、開口幅の比較的大きな形状を有する切り欠き部よりも、開口幅の比較的小さな形状（例えばスリット）を有する切り欠き部を用いることが好ましい。これによれば、切り欠き部の存在に伴うベース重量の低減を最小限に止めつつ弾性率を低下させることが可能であるので、より安定的な駆動状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】第１実施形態に係る駆動装置（振動アクチュエータ）の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る振動体の正面図である。
【図３】第１実施形態に係る振動体の側面図である。
【図４】振動体による駆動動作を示す図である。
【図５】同相モードを表す概念図である。
【図６】逆相モードを表す概念図である。
【図７】振動体による駆動原理を示す図である（安定駆動状態）。
【図８】振動体による駆動原理を示す図である（不安定駆動状態）。
【図９】参考例１，２に係る振動体の楕円軌道を示す図である。
【図１０】ベース重量とチップ変位との関係を示す図である。
【図１１】ベース弾性率とチップ変位との関係を示す図である。
【図１２】振動体を簡易化したモデルを示す図である。
【図１３】低弾性率を有する振動体の同相モードにおける振動状態を示す図である。
【図１４】高弾性率を有する振動体の同相モードにおける振動状態を示す図である。
【図１５】第１実施形態に係る振動体の楕円軌道を示す図である。
【図１６】第１実施形態に係る振動体の変形状態（同相モード）を示す図である。
【図１７】第１実施形態に係る振動体の変形状態（逆相モード）を示す図である。
【図１８】参考例３に係る振動体を示す図である。
【図１９】参考例２，３に係る振動体を簡略化して示す図である。
【図２０】本実施形態に係る振動体を簡略化して示す図である。
【図２１】第２実施形態に係る振動体の構成を示す図である。
【図２２】第２実施形態に係る振動体の楕円軌道を示す図である。
【図２３】第２実施形態に係る振動体の変形状態（同相モード）を示す図である。
【図２４】第２実施形態に係る振動体の変形状態（逆相モード）を示す図である。
【図２５】変形例に係る振動体を示す図である。
【図２６】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図２７】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図２８】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図２９】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図３０】駆動動作モデルを示す図である。
【図３１】振幅の周波数特性を示す図である。
【図３２】位相遅れの周波数特性を示す図である。
【図３３】参考例１に係る振動体を示す図である。
【図３４】参考例２に係る振動体を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１Ａ，１Ｂ，１Ｇ 振動アクチュエータ（駆動装置）
１０，１０Ａ〜１０Ｆ，１０Ｘ〜１０Ｚ 振動体
１１，１２ 圧電素子（変位素子）
１３ チップ部材
１４，１４Ａ〜１４Ｆ，１４Ｘ〜１４Ｚ ベース部材
３０ 被駆動体
４０ 加圧部材
６０，６０ａ，６０ｂ 規制部材
７０ リニアガイド
７５ ガイドローラ
９０ 台板
ＢＤ，ＢＭ，ＢＵ 屈曲部分
ＥＬａ，ＥＬｂ，ＥＬｙ，ＥＬｚ，ＰＢ 楕円軌道
ＬＥ 局所的低剛性部分
ＳＬ スリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置および当該駆動装置に用いられる振動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子などに交流電圧を供給することによって振動体を振動させ、当該振動体との接触および離反を繰り返すことによって被駆動体を摩擦力で駆動する駆動装置が存在する（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３５８３８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような駆動装置においては、例えば、図３３に示すような参考例１に係る振動体１０Ｚが用いられ得る。なお、図３３の振動体１０Ｚは、上記特許文献２の振動体に若干の変更を加えたものに相当する。
【０００５】
この振動体１０Ｚは、略直角に交差する２つの圧電素子（変位素子）１１，１２と、当該２つの圧電素子１１，１２の交差端側に接合されるチップ部材１３と、当該２つの圧電素子の他端側に接合されるベース部材１４（詳細には１４Ｚ）とを有している。２つの圧電素子１１，１２に対して位相の異なる高周波信号がそれぞれ印加されることによって、チップ部材１３に楕円振動が発生し、この楕円振動に基づく駆動力が被駆動体３０に伝達される。
【０００６】
ところで、上記のような駆動装置においては、その振動体の小型化を図ることが好ましい。
【０００７】
図３４は、参考例２に係る振動体１０Ｙを示す図である。振動体１０Ｙは、振動体１０Ｚ（図３３）のベース部材１４Ｚの高さを低減することによって小型化されたものである。この振動体１０Ｙは、振動体１０Ｚとほぼ同様の構成を有するが、ベース部材１４Ｚの代わりにベース部材１４Ｙを有する点で振動体１０Ｚと相違する。ベース部材１４Ｙの基準高さｈ１は、ベース部材１４Ｚの基準高さｈ０に比べて低減されている。
【０００８】
しかしながら、このようにベース部材の高さを低減することのみによって振動体の小型化を図ると、駆動力が低下し、その駆動状態が不安定になるという問題が発生する。なお、このような駆動力の低下現象等については、後に詳述する。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、振動体の小型化を図るに際して、振動体の駆動力の低下を抑制することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段とを備え、前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段とを備え、前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３の発明に係る駆動装置において、前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材とを備え、前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６の発明に係る振動体において、前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材とを備え、前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８の発明に係る振動体において、前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項６ないし請求項９のいずれかの発明に係る振動体において、前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項１０に記載の発明によれば、振動体の駆動力の低下を抑制もしくは回避し、安定的な駆動状態を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
＜Ａ．第１実施形態＞
＜Ａ１．構成概要＞
＜全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置（振動アクチュエータ）１Ａの構成を示す図である。図２は、当該振動アクチュエータ１Ａに用いられる振動体１０（詳細には振動体１０Ａ）の正面図であり、図３は当該振動体１０Ａの側面図である。なお、これらの図においては、適宜ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を表現するものとする。
【００２３】
図１に示すように、振動アクチュエータ１Ａは、駆動源である振動体１０Ａと、振動体１０Ａにより駆動される１つの被駆動体（移動体）３０と、加圧部材４０と、規制部材６０（６０ａ，６０ｂ）と、制御回路８０とを備えている。加圧部材４０は、振動体１０Ａを加圧方向（図のＺ方向）において被駆動体３０に向けて押し付けるための部材（弾性部材）であり、振動体１０ＡのＺ方向下側に設けられている。また、規制部材６０は、駆動反力等による振動体１０ＡのＸ方向への移動を規制する役割を果たす。
【００２４】
この駆動装置１Ａは、複数の変位素子（ここでは圧電素子１１，１２）に交流電圧を供給することによって振動体１０Ａに楕円振動を励起し、当該振動体１０Ａとの接触および離反を繰り返すことによって被駆動体３０を摩擦力等を用いて駆動する装置である。
【００２５】
＜振動体＞
図２に示すように、振動体１０Ａは、２つの圧電素子１１，１２を用いたトラス型の振動発生体として構成される。具体的には、振動体１０Ａは、２つの圧電素子（変位素子）１１，１２と、チップ部材１３と、ベース部材１４（詳細にはベース部材１４Ａ）とを備えている。振動体１０Ａは、高周波電圧（高周波信号）の印加に応じて振動する。
【００２６】
細長形状を有する２つの圧電素子１１，１２は略直角に交差して配置される。当該２つの圧電素子１１，１２の各一端側（交差側端部）はチップ部材１３に接合されており、これら圧電素子１１，１２の各他端側はベース部材１４Ａに接合されている。詳細には、接合部Ｃ１においてベース部材１４と圧電素子１１とが接合されており、接合部Ｃ２においてベース部材１４と圧電素子１２とが接合されている。
【００２７】
チップ部材１３は、安定して高い摩擦係数を得ることができるとともに高い耐摩耗性を得ることができる材料（例えば、超硬合金や、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス）で形成されることが好ましい。ベース部材１４Ａは、大きな比重を有する材料（例えば、ＷＣ（タングステンカーバイド）系の超硬合金（換言すれば、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金）、タングステン、あるいはタングステン合金などの金属材料）で形成されることが好ましい。また、圧電素子１１，１２と各部材１３，１４とは、接着剤を用いて接合されている。接着剤としては、接着強度に優れたエポキシ系樹脂の接着剤を用いることが好ましい。
【００２８】
圧電素子１１は、積層型圧電素子であり、圧電特性を有する複数のセラミック薄板と電極とを交互に積層した構造を有している。圧電素子１１は、印加電圧の変更に応じて積層方向に伸縮する変位素子である。圧電素子１２も圧電素子１１と同様の構成を備えており、印加電圧の変更に応じて積層方向に伸縮する。具体的には、所定の符号の電圧を圧電素子１１に印加すると圧電素子１１は伸び、逆符号の電圧を圧電素子１１に印加すると圧電素子１１は縮む。そして、交流電圧を印加すれば、圧電素子１１は当該交流電圧の周期に応じて伸縮を繰り返すことになる。圧電素子１２についても同様である。このような交流電圧を印加することによって、圧電素子１１および／または圧電素子１２を振動させることができる。
【００２９】
このように、交流電圧を印加することによって、圧電素子１１，１２を振動させることができる。そして、次述するように、印加電圧を制御することによれば、チップ部材１３を楕円軌道（円軌道を含む）または直線軌道を描くように移動させることができる。なお、共振現象を用いることによって、圧電素子１１，１２の振幅は数倍から数十倍に増幅され、振動体１０Ａは比較的大きく振動する。
【００３０】
図４は、振動体１０Ａによる駆動動作を示す図である。図４に示すように、振動体１０Ａの圧電素子１１，１２に対する駆動交流電圧における駆動周波数を同一にするとともに、その位相差を制御することによって、チップ部材１３の移動動作を制御することができる。なお、図４（a）〜（c)のそれぞれにおける矢印は、微小振動の振動状態を概念的に表している。
【００３１】
たとえば、２つの圧電素子１１，１２に対して、同一周波数且つ同一位相の高周波交流電圧を付与することによれば、圧電素子１１，１２は常に同一の向きに振動し、図４（ａ）に示すように、チップ部材１３が上下方向に駆動される。なお、その周波数を共振周波数に合わせることで、２つの圧電素子１１，１２が同位相で伸縮する振動モード（以下、「同相モード」とも称する）が励起できる。その概念図を図５に示す。
【００３２】
また、２つの圧電素子１１，１２に対して、同一周波数且つ「逆位相」の高周波交流電圧を付与することによれば、圧電素子１１，１２は常に逆向きに振動し、図４（ｃ）に示すように、チップ部材１３が左右方向に駆動される。なお、その周波数を共振周波数に合わせることで、２つの圧電素子１１，１２が逆位相で伸縮する振動モード（以下、「逆相モード」とも称する）が励起できる。その概念図を図６に示す。
【００３３】
これら同相モード、逆相モードの共振周波数を一致させることで、両モードが同時に励起され、２つの圧電素子１１，１２に対して、９０度（deg）の位相差を有する共振周波数の高周波交流電圧を付与することによれば、図４（ｂ）に示すように、チップ部材１３は楕円軌道を描くように駆動される。また、両駆動電圧の位相差を様々な値に変更することによって、楕円軌道の形状を変更することが可能である。
【００３４】
振動体１０Ａは、このような楕円軌道を含む面（振動面とも称する）における振動動作を用いて、被駆動体３０を駆動する。具体的には、後述するように、チップ部材１３が被駆動体３０（図１）に適宜に押し付けられることによって、チップ部材１３の楕円運動が被駆動体３０の直線運動に変換され、被駆動体３０が駆動される。
【００３５】
なお、ここでは２つの圧電素子１１，１２の両方に駆動信号を付与する駆動方式、詳細には２つの圧電素子１１，１２に印加する駆動交流電圧の位相差を制御して振動体１０Ａを駆動する駆動方式（以下、「位相差駆動方式」とも称する）を例示している。ただし、本発明はこれに限定されず、複数の圧電素子（変位素子）の少なくとも１つに駆動信号を付与することによってチップ部材に楕円振動が励起されればよい。例えば、１つの圧電素子にのみ駆動信号を付与する駆動方式（以下、「単相駆動方式」とも称する）によって、振動体１０Ａを振動させるようにしてもよい。「単相駆動方式」は、同位相モードにおける共振周波数と逆相モードにおける共振周波数とに所定の差を設けた上で、２つの圧電素子１１，１２のうちの一方の圧電素子（例えば圧電素子１１）にのみ駆動信号を印加することによって振動体１０Ａを駆動する方式である。この単相駆動方式については後述する。
【００３６】
＜被駆動体＞
図１に示されるように、被駆動体３０は、振動体１０Ａに接触する部材であり、振動体１０Ａ（詳細にはチップ部材１３）からの駆動力が直接的に伝達される部材である。具体的には、被駆動体３０は、振動体１０Ａの振動動作に応じて振動体１０Ａとの接触（衝突）および振動体１０Ａからの離反を繰り返しつつ振動体１０Ａとの間に生じる摩擦力によって駆動される。換言すれば、振動体１０Ａは、被駆動体３０の表面において摩擦接触を伴う微小移動動作を繰り返すことによって、被駆動体３０を駆動することになる。
【００３７】
被駆動体３０は、たとえば、金属（ステンレスあるいはアルミニウム等）で形成される。また、チップ部材１３との接触による摩耗を防ぐため、被駆動体３０の表面には表面硬化処理が施されることが好ましい。たとえば、被駆動体３０としては、ステンレスなどの鉄系材料に対して焼き入れ処理ないし窒化処理等を施したものが用いられる。あるいは、アルミニウムにアルマイト処理を施したもの、ないし、金属表面にセラミックなどによる耐摩耗性のコーティング処理を施したものを被駆動体３０として用いるようにしてもよい。また、被駆動体３０は、金属以外の材料、たとえばセラミック（アルミナセラミックあるいはジルコニアセラミック等）で形成されてもよい。セラミックを用いれば、軽量化を図ることができるとともに、高い剛性および高い耐摩耗性を得ることができる。
【００３８】
被駆動体３０は、リニアガイド７０によって支持されており、図の左右方向においてスムーズに直線運動することができる。
【００３９】
＜加圧部材＞
また、振動体１０Ａに対して被駆動体３０とは反対側に加圧部材４０が設けられている。加圧部材４０は、２つの規制部材６０ａ，６０ｂの間に架け渡されており、その両端においてそれぞれ規制部材６０ａ，６０ｂに固定されている。また、加圧部材４０は、その２カ所において逆Ｕ字に曲げ加工されており、当該２つの逆Ｕ字部分ＰＵにおいて振動体１０Ａのベース部材１４Ａに接触している。加圧部材４０は弾性部材として機能し、振動体１０Ａを＋Ｚ方向に付勢する役割を果たす。加圧部材４０によるこの付勢力によって、振動体１０Ａは被駆動体３０に所定の力で押しつけられている。なお、振動体１０Ａの振動周期は加圧部材４０の伸縮動作が追従できない程に短い（すなわち非常に高い周波数である）ため、振動体１０Ａのチップ部材１３は、加圧部材４０の付勢力に抗して、被駆動体３０に対して接触と離反とを繰り返すことができる。したがって、上述のような駆動動作を行うことが可能である。
【００４０】
＜制御回路＞
制御回路８０は、ＭＰＵなどによって構成された電気回路である。制御回路８０は、圧電素子１１，１２に対する駆動信号を制御することによって、チップ部材１３の振動を制御する。
【００４１】
＜Ａ２．駆動原理＞
ここで、図７等を参照しながら、振動体１０による駆動原理についてさらに説明する。図７は、当該駆動原理について説明する図である。図７においては、振動体１０は簡略化して示されている。
【００４２】
図７に示すように、理想状態においては、まず、チップ部材１３が楕円軌道ＰＢの上側に存在する場合には、振動体１０のチップ部材１３が被駆動体３０に摩擦接触した状態で接触開始位置から接触終了位置まで（図の右側から左側へと）移動することによって、所定方向ＤＸ（図において左向き）の駆動力がチップ部材１３から被駆動体３０へと伝達される（図７（ａ））。そして、チップ部材１３が楕円軌道ＰＢの下側に存在する場合には（図７（ｂ））、チップ部材１３が被駆動体３０から離れた状態で図の左側から右側へと移動した後、接触開始位置側へと復帰して再び被駆動体３０への接触状態に復帰する（図７（ｃ））。以降同様の動作を繰り返すことによって、被駆動体３０がチップ部材１３と被駆動体３０との間に生じる摩擦力によって所定方向ＤＸ（Ｘ方向）に駆動される。すなわち、被駆動体３０は、振動体１０の振動動作に応じて振動体１０との接触および振動体１０からの離反を繰り返しつつ、振動体１０との間に生じる摩擦力によって駆動される。
【００４３】
このような駆動状態においては、被駆動体３０の速度は、楕円軌道における方向Ｔ（上述の加圧方向に垂直な方向に相当）の速度に依拠して決定される。したがって、楕円軌道（楕円軌跡）の方向Ｔの径Ｒｔが大きいほど、被駆動体３０の速度が大きくなる。また、被駆動体３０の駆動力は、基本的には、方向Ｎ（上述の加圧方向に相当）においてチップ部材１３に加わる垂直抗力と、チップ部材１３の被駆動体３０に対する接触点における摩擦係数との積に依拠して決定される。
【００４４】
被駆動体３０の駆動状態は、楕円軌道（楕円軌跡）の方向Ｎの径Ｒｎにも依拠する。上記においては考慮していなかったが、実際には被駆動体３０等に弾性変形が発生し、これに起因して駆動状態が不安定になることがある。具体的には、径Ｒｎが小さすぎる場合には、被駆動体３０および／またはチップ部材１３等の弾性変形によって、チップ部材１３と被駆動体３０とが常時接触した不安定な駆動状態になることがある。
【００４５】
図８は、不安定な駆動状態の一例を示す図である。ここでは、被駆動体３０に弾性変形が発生している場合を想定する。
【００４６】
図８に示すように、チップ部材１３が楕円軌道ＰＢの下側に存在する場合（図８（ｂ））にも、被駆動体３０の弾性変形に起因してチップ部材１３が被駆動体３０から離れることができない状態になっている。そのため、被駆動体３０の目標駆動方向とは逆向きの力がチップ部材１３から被駆動体３０に伝達されることになる。この力が制動力として作用し、ブレーキがかかった状態になるため、被駆動体３０は十分な駆動力を得ることができず、速度が低下することになる。
【００４７】
上記のような不都合が生じないようにして駆動状態を安定させるためには、楕円軌道の方向Ｎにおける径Ｒｎを所定値以上の値にすることが好ましい。すなわち、径Ｒｎは大きいことが好ましい。
【００４８】
図９は、２つの振動体１０Ｚ，１０Ｙ（図３３および図３４参照）をそれぞれ用いて同様の駆動を行った場合における両振動体１０Ｚ，１０Ｙの各楕円軌道ＥＬｚ，ＥＬｙを比較する図である。
【００４９】
図９からも判るように、振動体１０Ｙの楕円軌道ＥＬｙは、振動体１０Ｚの楕円軌道ＥＬｚに比べて、その（方向Ｎにおける）径Ｒｎが小さくなっている。
【００５０】
上述のように、十分な駆動力を確保するためには、チップ部材１３の楕円振動の所定方向Ｎにおける径Ｒｎが大きいことが好ましい。しかしながら、振動体１０Ｙにおいては、振動体１０Ｚに比べて楕円振動における径Ｒｎが低減している。振動体１０Ｙにおける駆動力低下の問題は、このような径Ｒｎの低減に起因するものであると考えられる。
【００５１】
＜Ａ３．ベース部材の構成＞
＜参考例に係る振動体の解析結果＞
上述のように、参考例１の振動体１０Ｚ（図３３参照）におけるベース部材１４の高さを単に低減して小型化した参考例２の振動体１０Ｙ（図３４参照）は、チップ部材１３の径Ｒｎが小さくなり、駆動力が低下するという問題を有している。
【００５２】
そこで、当該問題の解決策を探求するため、本願の発明者らは、参考例１に係る振動体１０Ｚにおいて、ベース部材１４Ｚの重量または弾性率が変化するときに、チップ部材１３の方向Ｎにおけるチップ変位がどのように変化するかを有限要素法を用いて解析した。具体的には、圧電構造解析シミュレータを用いて、圧電素子１１，１２、チップ部材１３およびベース部材１４Ｚの特性を考慮した解析を行った。また、解析の容易化のため、同相モードの振動状態における径Ｒｎを求めている。
【００５３】
図１０および図１１は、その解析結果を示す図である。図１０は、ベース部材１４Ｚの重量（ベース重量とも称する）とチップ部材１３の方向Ｎにおける変位（チップ変位とも称する）との関係を示しており、図１１は、ベース部材１４Ｚの弾性率（ベース弾性率とも称する）とチップ部材１３の方向Ｎにおける変位との関係を示している。なお、解析においては、便宜上、ベース部材１４Ｚの密度（比重）を変化させることによってベース部材１４Ｚの重量を変化させ、ベース部材１４Ｚのヤング率を変化させることによってベース部材１４Ｚの弾性率を変化させている。
【００５４】
まず、図１０のグラフを参照すると、ベース重量が大きくなるにつれて、チップ変位が大きくなっていることが判る。
【００５５】
図１２は、振動体１０をさらに簡略化したモデルを示す図である。ここでは、振動体１０の構成を、弾性体（バネ）の一端側にチップ部材１３が設けられ且つ他端側にベース部材１４Ｚ（１４）が設けられる構成に簡略化して模式化している。
【００５６】
同位相モードで共振する際の振動の節の位置Ｑは、チップ部材１３の質量ｍ１とベース部材１４の質量ｍ２との大小関係に応じて移動する。詳細には、当該節の位置Ｑは、ベース部材１４の質量ｍ２が大きくなるほど、ベース部材１４寄りに（図１２の右側へと）移動する。
【００５７】
ここで、ベース部材１４の質量が異なる２つの振動体において、その総振幅（具体的には、図１２において節より左側の振幅ＳＷ１と節より右側の振幅ＳＷ２との和）が同一であると仮定する。このとき、比較的重いベース部材１４を有する振動体の方が、他方の振動体（比較的軽いベース部材１４を有する振動体）に比べて、節の位置Ｑがさらにベース部材１４側に存在し、節より左側の振幅ＳＷ１が大きくなり、チップ変位が大きくなる。比較的大きな重量を有するベース部材１４を用いる方が、チップ変位が比較的大きくなるのは、以上のような理由によるものと考えられる。
【００５８】
また、図１１のグラフを参照すると、ベース弾性率が小さくなるにつれて、チップ変位が大きくなっていることが判る。
【００５９】
図１３および図１４は、それぞれ、ベース部材１４の弾性率を変更したときの同相モードにおける振動状態を示す図である。図１３は、ベース部材１４（１４Ｚ）が比較的小さな弾性率（低弾性率）を有する場合を示し、図１４は、ベース部材１４（１４Ｚ）が比較的大きな弾性率（高弾性率）を有する場合を示している。なお、図１３および図１４は、いずれも、同相モードにおける各圧電素子１１，１２の伸長時の状態を示している。
【００６０】
図１３および図１４を相互に比較すると判るように、高弾性率のベース部材１４を有する振動体（図１４）は、低弾性率のベース部材を有する振動体（図１３）に比べて、矢印ＡＲ１向きの曲げ変形が比較的大きく生じている。なお、矢印ＡＲ１向きの曲げ変形は、各圧電素子１１，１２の伸縮方向に垂直な方向への曲げ変形であって、内側方向への曲げ変形（あるいは、圧電素子１１，１２およびベース部材１４で囲まれる空間側への曲げ変形）であるとも表現される。
【００６１】
そのため、圧電素子１１，１２の伸長時において、チップ部材１３の＋Ｎ方向への伸びは、上記の曲げ変形によって比較的大きく減殺され、方向Ｎにおけるチップ変位は比較的小さくなる。
【００６２】
逆に、低弾性率のベース部材を有する振動体（図１３）は、高弾性率のベース部材を有する振動体（図１４）に比べて、矢印ＡＲ１の向きの曲げ変形が比較的小さくなる。そのため、圧電素子１１，１２の伸長時において、方向Ｎにおけるチップ部材１３の変位は比較的大きくなる。
【００６３】
以上のように、低弾性率のベース部材１４を用いる場合に比較的大きなチップ変位を得ることが可能である。
【００６４】
このように、ベース部材としては、その重量が大きいものであることが好ましく、その剛性が低いものであることが好ましいものと考えられる。
【００６５】
＜本実施形態に係る振動体の解析結果＞
本発明に係る振動体１０Ａ等は、このような解析結果をも考慮して本願発明者らによって案出されたものである。
【００６６】
具体的には、本発明に係る振動体１０Ａのベース部材１４Ａは、図２のような形状を有している。詳細には、ベース部材１４Ａは、Ｖ字状（逆Ｖ字状）の屈曲部分ＢＤ、換言すれば、チップ部材１３側に凸の屈曲部分ＢＤを有している。この屈曲部分ＢＤは、圧電素子１１と圧電素子１２とに挟まれる空間において、ベース部材１４Ａの（加圧方向Ｎにおける）基準高さｈ１に対応する位置よりもチップ部材１３側に張り出すように屈曲している。このベース部材１４Ａは、所定の幅を有する略棒状部材が、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間で屈曲されたような形状を有しているものとも表現される。なお、ここではベース部材１４Ａの材料として、ＷＣ（タングステンカーバイド）系超硬合金を用いている。また、ベース部材１４Ａの加圧方向における基準高さｈ１は、参考例２に係るベース部材１４Ｙの基準高さｈ１（図３４参照）と同じである。
【００６７】
さて、図１５は、振動体１０Ａを位相差駆動（位相差＝９０度）したときの楕円軌道ＥＬａ（実線）を示す図である。図１５には、参考例１，２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙについて、同様の楕円軌道ＥＬｚ，ＥＬｙ（破線）も併せて示されている。また、図１６および図１７は、有限要素法による振動体１０Ａの解析結果を示す図である。図１６は、同相モードにおける振動体１０Ａの変形状態を示す図であり、図１７は、逆相モードにおける振動体１０Ａの変形状態を示す図である。
【００６８】
図１５に示されるように、本願発明に係る振動体１０Ａは、参考例１，２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙのいずれに比べても、方向Ｎにおける径Ｒｎが大きくなっており、駆動力の低下が抑制（ここではさらに駆動力が向上）され安定的な駆動状態を実現できることが判る。すなわち、振動体１０Ａによれば、振動体１０Ｚに比べてベース部材の高さを低減して小型化を図るとともに、安定的な駆動状態をも実現することが可能である。
【００６９】
ここで、この現象をさらに検討するため、ベース部材１４における屈曲部分の有無が振動体１０Ａと相違する振動体との比較を行う。具体的には、参考例２に係る振動体１０Ｙ（図３４）を、振動体１０Ａ（図２）の比較の対象とする。ただし、必要に応じて、参考例２に係る振動体１０Ｙをより簡略化した参考例３に係る振動体１０Ｘ（図１８）をも比較の対象とする。なお、振動体１０Ｘのベース部材１４Ｘは、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間において略一定高さｈ１の棒状部分ＳＤを有しており、ベース部材１４Ｘの高さｈ１とベース部材１４Ａの高さｈ１とは同一である。ベース部材１４Ｘは、その上側に切り欠き部分を有しない点で、ベース部材１４Ｙと相違する。
【００７０】
屈曲部分を有するベース部材１４Ａ（図２）は、屈曲部分を有しないベース部材１４Ｙ（図３４）に比べて、約１．２倍の重量を有している。また、ベース部材１４Ａは、ベース部材１４Ｚ（図３３）と比べても約１．１倍の重量を有している。振動体１０Ｚを用いた上記の解析結果を考慮すると、このようなベース重量の増大が径Ｒｎの増大に寄与していると考えられる。
【００７１】
また、振動体１０Ａは、チップ部材１３側に張り出した屈曲部分ＢＤを有しており、圧電素子１１，１２の振動に応じて、屈曲部分ＢＤ（逆Ｖ字部分）の屈曲度合いが変化するように（換言すれば当該逆Ｖ字部分が開閉するように）揺動する。この場合、振動体１０Ａのベース部材１４Ａは、屈曲部分を有しないベース部材１４Ｘに比べて、ベース部材の実質的な腕長さが大きくなるため、その剛性が小さくなると考えられる。また、振動体１０Ｙのベース部材１４Ｙは、切り欠き部の存在によって振動体１０Ｘのベース部材１４Ｘよりも低剛性になっているため、ベース部材１４Ａとベース部材１４Ｙとの剛性比較は容易ではない。ただし、図１６を参照すると、振動体１０Ａにおける圧電素子１１，１２の矢印ＡＲ１の向きの曲げ変形は比較的小さくなっている。これは、図１３と図１４との比較検討結果（上述）を考慮すると、低剛性（低弾性率）に起因する状況であるものと推定される。振動体１０Ｚを用いた上記の解析結果を考慮すると、このようなベース剛性の低下が径Ｒｎの増大に寄与していると考えられる。なお、仮にベース剛性の低下が生じていないとしても、上述のベース重量の増大あるいは次述する接合点の後退量の減少等によって、径Ｒｎの低下抑制（ないし径Ｒｎの増大）が達成されるものと考えられる。
【００７２】
また、図１９は振動体１０Ｙ（または振動体１０Ｘ）を簡略化して示す図であり、図２０は本実施形態に係る振動体１０Ａを簡略化して示す図である。図１９および図２０は、同相モードの伸長時における各振動体１０Ｙ，１０Ａの変形の様子を示している。これらの図を参照しながら、各振動体１０Ｙ，１０Ａの同相モードの伸長時における接合点Ｃ２の後退量ＢＡについて考察する。
【００７３】
図１９に示すように、振動体１０Ｙのベース部材１４の（圧電素子１２との）接合部Ｃ２は、同相モードの伸長時にベース部材１４が弓形（ゆみなり）に変形することに応じて、圧電素子１１，１２の伸縮方向（ひいてはチップ部材１３の変位方向）において矢印ＡＲ２の向きに比較的大きく後退する。
【００７４】
これに対して、図２０に示すように、振動体１０Ａの接合部Ｃ２も、同相モードの伸長時において、圧電素子１１，１２の伸縮方向において矢印ＡＲ２の向きに後退する（矢印ＡＷ１参照）。ただし、振動体１０Ａにおいては、同相モードの伸長時に、屈曲部分ＢＤがそのＶ字頂点部分を中心としてその屈曲角度をさらに小さくするように変形することに応じて、当該接合部Ｃ２は接合部Ｃ１側へも移動する（矢印ＡＷ２参照）。
【００７５】
このため、ベース部材１４Ａの（圧電素子１２との）接合部Ｃ２は圧電素子１２の伸縮方向において矢印ＡＲ２の向きに若干後退するとしても、接合部Ｃ２のその後退量ＢＡは図１９の場合に比べて小さくなる。したがって、方向Ｎにおけるチップ変位が接合部Ｃ２の後退に起因して低下することを抑制することが可能である。
【００７６】
振動体１０Ａにおける径Ｒｎの大径化は、上述したような要因によって招来されるものと考察される。
【００７７】
以上のように、上記の振動体１０Ａを用いることによれば、図１５に示されるような振動特性を得ることが可能である。すなわち、方向Ｎにおける径Ｒｎを大きくして駆動力の低下を抑制（理想的には駆動力低下を回避）し、安定的な駆動状態を得ることが可能である。
【００７８】
また、ベース部材１４の屈曲部分ＢＤは、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間において、チップ部材１３側に（図の上向きに）張り出しているので、他の向き（例えば、図の下向きに或いは横向き）に張り出す場合に比べて、小型化を図ることができる。
【００７９】
また、ベース部材１４の材料は、比較的比重の大きいもの（例えば、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金等）であることが好ましく、特に、チップ部材１３の材料よりも比重が大きいことが好ましい。これによれば、ベース重量を増大させて、より安定的な駆動状態を実現することができる。
【００８０】
＜Ｂ．第２実施形態＞
第２実施形態に係る振動アクチュエータ１Ｂは、第１実施形態と同様の構成を備える。ただし、振動体１０（１０Ｂ）、特にベース部材１４（１４Ｂ）において、第１実施形態と相違する。以下では、第２実施形態に係る振動アクチュエータ１Ｂについて、第１実施形態に係る振動アクチュエータ１Ａとの相違点を中心に説明する。
【００８１】
図２１は、第２実施形態に係る振動体１０Ｂの構成を示す正面図である。振動体１０Ｂは、ベース部材１４Ａではなくベース部材１４Ｂを有する点で、第１実施形態の振動体１０Ａと相違する。
【００８２】
ベース部材１４Ｂは、その一端側の接合部Ｃ１で圧電素子１１と接合され且つ他端側の別の接合部Ｃ２で圧電素子１２と接合される。また、ベース部材１４Ｂは、接合部Ｃ１と接合部Ｃ２との間において、チップ部材１３側に突出する突出部分ＰＪと、局所的に剛性が低くなっている部分（以下、「局所的低剛性部分」とも称する）ＬＥとを有している。ここでは、局所的低剛性部分ＬＥは、スリットＳＬ（切り欠き部）を設けた部分においてベース部材１４Ｂの高さ（図２１の上下方向の長さ）を局所的に低減させることによって構成されている。この局所的低剛性部分ＬＥは、ベース部材１４ＢのＺ方向の大きさ（高さないし幅とも称する）が局所的に狭くなっているので、「狭幅部」とも称される。
【００８３】
このようなベース部材１４Ｂを用いることによって、振動体１０Ｂの小型化を図ることができる。なお、ベース部材１４Ｂの加圧方向における基準高さｈ１は、参考例２に係るベース部材１４Ｙの基準高さｈ１（図３４参照）と同じである。
【００８４】
図２２は、振動体１０Ｂを位相差駆動（位相差＝９０度）したときの楕円軌道ＥＬｂ（実線）を示す図である。図２２には、参考例１および参考例２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙについて同様の楕円軌道ＥＬｚ，ＥＬｙ（破線）が併せて示されている。また、図２３および図２４は、有限要素法による振動体１０Ｂの解析結果を示す図である。図２３は、同相モードにおける振動体１０Ｂの変形状態を示しており、図２４は、逆相モードにおける振動体１０Ｂの変形状態を示している。
【００８５】
図２２に示すように、本願発明に係る振動体１０Ｂは、参考例１，２に係る振動体１０Ｚ，１０Ｙのいずれに比べても、方向Ｎにおける径Ｒｎが大きくなっており、駆動力が低下することなく安定的な駆動状態になることが判る。
【００８６】
このように径Ｒｎが大きくなるのは、ベース重量の増大およびベース弾性率の低減が主要因であるものと考えられる。
【００８７】
例えば、ベース部材１４Ｂにおいては、突出部分ＰＪが設けられているため、ベース重量は比較的大きい。具体的には、ベース部材１４の突出部分ＰＪの有無が相違する２種類の振動体（振動体１０Ｂ（図２１参照）および振動体１０Ｘ（図１８参照））を想定し、両者を比較すると、図２１の振動体１０Ｂのベース重量は、そのベース部材１４Ｘが突出部分ＰＪを有しない振動体１０Ｘ（図１８参照）のベース重量に比べて大きい。
【００８８】
また、ベース部材１４Ｂにおいては、突出部分ＰＪの一部を切り欠いて構成されるスリットＳＬが設けられており、当該スリットによる切り欠き後の残部（狭幅部）は、局所的低剛性部分ＬＥとなっている。詳細には、スリットＳＬは、ベース部材１４の基準高さｈ１よりも残部の高さｈ２が小さくなる程の深さを有しており、当該残部（狭幅部）における局所的な強度が低下している。この状況は、ベース弾性率が低減されていることに相当する。
【００８９】
以上のように、振動体１０Ｂを用いて振動アクチュエータ１Ｂを構成することによれば、小型化を図るに際して、駆動力の低下を抑制（理想的には駆動力低下を回避）し、安定的な駆動状態を得ることが可能である。
【００９０】
＜Ｃ．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００９１】
＜スリットの位置＞
たとえば、上記第２実施形態においては、スリットＳＬが突出部分ＰＪの凸部側に設けられる場合を例示したが、これに限定されず、図２５に示すように、ベース部材（１４Ｃ）において、突出部分ＰＪの凸部側の反対側にスリットＳＬを設けるようにしてもよい。このような振動体１０Ｃを用いる場合においても、ベース重量の増大およびベース弾性率の低減によって径Ｒｎを大きくすることが可能である。
【００９２】
＜複数スリット＞
また、スリットＳＬの数は１つに限定されず、図２６に示すようにベース部材（１４Ｄ）に複数のスリットＳＬを設けた振動体１０Ｄを用いるようにしてもよい。
【００９３】
＜Ｗ字型、Ｕ字形＞
また、上記第１実施形態においては、逆Ｖ字形のベース部材１４Ａが用いられたがこれに限定されない。例えば、図２７に示すように、振動体１０（１０Ｅ）において、逆Ｗ字型（Ｍ字形）の屈曲部分ＢＭを設けたベース部材１４Ｅを用いるようにしてもよい。あるいは、図２８に示すように、振動体１０（１０Ｆ）において、逆Ｕ字形の屈曲部分ＢＵを有するベース部材１４Ｆを用いるようにしてもよい。
【００９４】
＜自走式＞
また、上記各実施形態等においては、被駆動体３０が移動する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、図２９に示すように、被駆動体３０を駆動する場合において、その駆動力による相対移動によって振動体１０Ａ側が移動する自走式の駆動装置（１Ｇ）であってもよい。
【００９５】
駆動装置１Ｇは、第１実施形態と同様に振動体１０Ａと加圧部材４０と２つの規制部材６０と被駆動体３０とを備えるとともに、さらに、台板９０と２つのガイドローラ７５とを備えている。台板９０には２つのガイドローラ７５と２つの規制部材６０とが固定されている。各ガイドローラ７５は被駆動体３０の側面上を回転しながら移動することが可能なように台板９０に軸支されている。また、各規制部材６０は、台板９０に固定されている。
【００９６】
振動体１０Ａは、その左右両側にそれぞれ規制部材６０が配置された状態で、当該規制部材６０に固定された加圧部材４０によって、被駆動体３０に押し付けられている。このため、被駆動体３０は、２つのガイドローラ７５と振動体１０Ａとによって３点で支持された状態となっている。
【００９７】
また、この駆動装置１Ｇにおいては、棒状の被駆動体３０の両端が固定部（筐体等）９５に固定されているので、当該被駆動体３０は移動できない。一方、台板９０は固定部９５に固定されていない。そのため、振動体１０Ａの振動によって、チップ部材１３から被駆動体３０へと駆動力が伝達されると、被駆動体３０と振動体１０Ａとの間にＸ方向の相対運動が生じ、台板９０等を含む振動体１０Ａ側が被駆動体３０に対して移動することになる。
【００９８】
＜単相駆動方式＞
また、上述したように、振動体１０Ａの駆動方式として、「単相駆動方式」を用いてもよい。
【００９９】
ここで、「単相駆動方式」における駆動原理について説明する。
【０１００】
図３０は、振動体１０Ａによる駆動動作のモデルを示す図である。図３０に示すように、振動体１０Ａの圧電素子１１，１２のうちの一方（ここでは圧電素子１１）に、駆動信号（交流電圧）を付与する。このような駆動信号が付与されると、その大きさが変化する駆動力Ｆが振動体１０Ａに作用する。このような駆動力Ｆが振動体１０Ａに作用すると、以下に示す共振現象によって振幅を数倍から数十倍に増幅しながら、チップ部材には比較的大きな楕円振動が励起される。
【０１０１】
ここで、この駆動信号付与による駆動力Ｆが、図３０の方向Ｎ（上述の加圧方向に相当）と当該方向Ｎに直交する方向Ｔとに分離されて作用するものと考え、方向Ｎにおける振動系（第１振動系とも称する）と方向Ｔにおける振動系（第２振動系とも称する）との両振動系における振動状態を考察する。第１振動系および第２振動系は、それぞれ、バネ、マス（重り）、ダンパで構成される１自由度の振動モデルで表現される。なお、ここでは、簡単化のため、ベース部材１４Ａは固定されており変形しないものとする。
【０１０２】
また、第１振動系のみによる振動状態は、２つの圧電素子１１，１２が同位相で伸縮する同相モード（図５参照）に対応付けて表現される。また、第２振動系のみによる振動状態は、２つの圧電素子１１，１２が逆位相で伸縮する逆相モード（図６参照）に対応付けて表現される。同相モードは、チップ部材１３が方向Ｎにおいて単振動する振動モードであり、逆相モードはチップ部材１３が方向Ｔにおいて単振動する振動モードである。
【０１０３】
図３１および図３２は、一方の圧電素子に付与される駆動信号の周波数（駆動周波数）と、各振動系（第１振動系および第２振動系）における振動状態との関係を示す図である。図３１は振幅の周波数特性を示す図であり、図３２は位相遅れの周波数特性を示す図である。図３１においては、駆動周波数ｆと第１振動系の振幅との関係を示す曲線ＬＡ１と、駆動周波数ｆと第２振動系の振幅との関係を示す曲線ＬＡ２とが示されている。図３２においては、駆動周波数ｆと第１振動系の位相遅れとの関係を示す曲線ＬＰ１と、駆動周波数ｆと第２振動系の位相遅れとの関係を示す曲線ＬＰ２と、駆動周波数ｆと両振動系の位相遅れの差との関係を示す曲線ＬＰ３（端的に言えば、曲線ＬＰ１，ＬＰ２の差を示す曲線）とが示されている。
【０１０４】
図３１および図３２に示すように、第１振動系および第２振動系の振動は、それぞれ、駆動周波数ｆに応じて変化する。具体的には、各振動系の振幅は、駆動周波数ｆが増大していくにつれて、増大していき、特定の周波数（「共振周波数」とも称する）のときに最大となり、その後減少していく。また、各振動系の位相遅れは、駆動周波数ｆが増大していくにつれて増大していく。
【０１０５】
ここで、振動体１０Ａにおいては、第１振動系におけるパラメータ（弾性係数、質量、減衰係数に関するパラメータ）と第２振動系におけるパラメータ（弾性係数、質量、減衰係数に関するパラメータ）とは若干相違するように構成されている。
【０１０６】
このため、図３１に示すように、第１振動系における共振周波数ｆ１と第２振動系における共振周波数ｆ２とは互いに異なっている。具体的には、駆動周波数ｆが値ｆ１のときに第１振動系の振幅が最大となり、駆動周波数ｆが値ｆ２（＞ｆ１）のときに第２振動系の振幅が最大となる。また、図３２に示すように、両振動系における位相遅れの度合いも異なっている。具体的には、各周波数において、第１振動系における位相遅れは第２振動系における位相遅れよりも大きくなっている。なお、ここでは、値ｆ１が値ｆ２よりも小さい場合を例示しているが、逆に値ｆ１が値ｆ２よりも大きくなることもある。
【０１０７】
振動体１０Ａにおける振動状態は、上記の第１振動系における振動と第２振動系における振動との合成振動として表現され、チップ部材１３は、楕円運動する。このような楕円運動におけるチップ部材１３の軌跡（楕円軌跡）の形状は、駆動周波数に応じて変化する。
【０１０８】
例えば、周波数ｆ３の駆動信号が付与されたときには、図４（ｂ）のような振動状態が発生する。より詳細には、図３１に示すように第１振動系の振幅と第２振動系の振幅とが同じ大きさを有しているため、方向Ｔと方向Ｎとの振幅が同じになるような楕円軌跡（円軌跡とも表現される）を描くようにチップ部材１３が振動する。また、図３２の曲線ＬＰ１，ＬＰ２に示すように第１振動系よりも第２振動系の方が位相遅れが小さく、図３２の曲線ＬＰ３に示すように、両振動系の位相遅れの差は９０度である。そのため、まず方向Ｔ（＋Ｔ）の変位が励起され、それに引き続いて位相が９０度遅れて方向Ｎ（＋Ｎ）の変位が励起されるため、反時計回りの振動が励起される。
【０１０９】
また、周波数ｆ３よりも小さな周波数を有する駆動信号が付与されたときには、第１振動系の振幅が第２振動系の振幅よりも大きい（図３１参照）ため、方向Ｎの振幅が方向Ｔの振幅よりも大きくなるような楕円軌跡を描くようにチップ部材１３が振動する。
【０１１０】
一方、周波数ｆ３よりも大きな周波数を有する駆動信号が付与されたときには、第２振動系の振幅が第１振動系の振幅よりも大きい（図３１参照）ため、方向Ｔの振幅が方向Ｎの振幅よりも大きくなるような楕円軌跡を描くようにチップ部材１３が振動する。
【０１１１】
また、圧電素子１２を駆動することで、楕円運動の回転方向が逆転（時計回り）し、駆動方向を切り換えることができる。
【０１１２】
以上のような単相駆動方式を用いて、振動体１０Ａを振動させるようにしてもよい。
【０１１３】
＜その他＞
上記各実施形態においては、２つの圧電素子１１，１２は略直角に交差して配置されているが、これに限定されない。具体的には、２つの圧電素子１１，１２は、所定の角度を有する状態（非平行状態）で配置されていればよい。
【０１１４】
また、上記各実施形態においては、ベース部材１４の材料として、比重が高いＷＣ系超硬合金を用いる場合を例示しているが、これに限定されない。例えば、比重が高く且つ弾性率が低い、タングステンあるいはタングステン合金（バインダー相をニッケル、銅および鉄等で構成したタングステン基焼結体）を用いるようにしてもよい。これによれば、より大きな効果を得ることができる。
【０１１５】
また、上記第２実施形態においては、切り欠き部としてスリットを用いることによって局所的低剛性部分ＥＬを実現する場合を例示したが、これに限定されず、別の形状（例えば半円状）の切り欠き部を用いて局所的低剛性部分を実現するようにしても良い。ただし、開口幅の比較的大きな形状を有する切り欠き部よりも、開口幅の比較的小さな形状（例えばスリット）を有する切り欠き部を用いることが好ましい。これによれば、切り欠き部の存在に伴うベース重量の低減を最小限に止めつつ弾性率を低下させることが可能であるので、より安定的な駆動状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】第１実施形態に係る駆動装置（振動アクチュエータ）の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る振動体の正面図である。
【図３】第１実施形態に係る振動体の側面図である。
【図４】振動体による駆動動作を示す図である。
【図５】同相モードを表す概念図である。
【図６】逆相モードを表す概念図である。
【図７】振動体による駆動原理を示す図である（安定駆動状態）。
【図８】振動体による駆動原理を示す図である（不安定駆動状態）。
【図９】参考例１，２に係る振動体の楕円軌道を示す図である。
【図１０】ベース重量とチップ変位との関係を示す図である。
【図１１】ベース弾性率とチップ変位との関係を示す図である。
【図１２】振動体を簡易化したモデルを示す図である。
【図１３】低弾性率を有する振動体の同相モードにおける振動状態を示す図である。
【図１４】高弾性率を有する振動体の同相モードにおける振動状態を示す図である。
【図１５】第１実施形態に係る振動体の楕円軌道を示す図である。
【図１６】第１実施形態に係る振動体の変形状態（同相モード）を示す図である。
【図１７】第１実施形態に係る振動体の変形状態（逆相モード）を示す図である。
【図１８】参考例３に係る振動体を示す図である。
【図１９】参考例２，３に係る振動体を簡略化して示す図である。
【図２０】本実施形態に係る振動体を簡略化して示す図である。
【図２１】第２実施形態に係る振動体の構成を示す図である。
【図２２】第２実施形態に係る振動体の楕円軌道を示す図である。
【図２３】第２実施形態に係る振動体の変形状態（同相モード）を示す図である。
【図２４】第２実施形態に係る振動体の変形状態（逆相モード）を示す図である。
【図２５】変形例に係る振動体を示す図である。
【図２６】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図２７】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図２８】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図２９】別の変形例に係る振動体を示す図である。
【図３０】駆動動作モデルを示す図である。
【図３１】振幅の周波数特性を示す図である。
【図３２】位相遅れの周波数特性を示す図である。
【図３３】参考例１に係る振動体を示す図である。
【図３４】参考例２に係る振動体を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１Ａ，１Ｂ，１Ｇ 振動アクチュエータ（駆動装置）
１０，１０Ａ〜１０Ｆ，１０Ｘ〜１０Ｚ 振動体
１１，１２ 圧電素子（変位素子）
１３ チップ部材
１４，１４Ａ〜１４Ｆ，１４Ｘ〜１４Ｚ ベース部材
３０ 被駆動体
４０ 加圧部材
６０，６０ａ，６０ｂ 規制部材
７０ リニアガイド
７５ ガイドローラ
９０ 台板
ＢＤ，ＢＭ，ＢＵ 屈曲部分
ＥＬａ，ＥＬｂ，ＥＬｙ，ＥＬｚ，ＰＢ 楕円軌道
ＬＥ 局所的低剛性部分
ＳＬ スリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段と、
を備え、
前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段と、
を備え、
前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の駆動装置において、
前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、
前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
を備え、
前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする振動体。
【請求項７】
請求項６に記載の振動体において、
前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする振動体。
【請求項８】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
を備え、
前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする振動体。
【請求項９】
請求項８に記載の振動体において、
前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする振動体。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれかに記載の振動体において、
前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする振動体。
【請求項１】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段と、
を備え、
前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
前記複数の変位素子の少なくとも１つに駆動信号を付与することによって前記チップ部材に楕円振動を励起する制御手段と、
を備え、
前記複数の変位素子は、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の駆動装置において、
前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、
前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
を備え、
前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において前記チップ部材側に張り出すように屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする振動体。
【請求項７】
請求項６に記載の振動体において、
前記屈曲部分は、前記チップ部材側に凸のＶ字状あるいは前記チップ部材側に凸のＵ字状に形成されていることを特徴とする振動体。
【請求項８】
楕円振動を用いて被駆動体を駆動する駆動装置における駆動源として用いられる振動体であって、
被駆動体に駆動力を伝達するチップ部材と、
互いに所定の角度を有する状態で前記チップ部材にそれぞれその一端側が接合される複数の変位素子と、
前記複数の変位素子の各他端側に接合されるベース部材と、
を備え、
前記複数の変位素子は、前記チップ部材に楕円振動を励起することが可能であり、第１の変位素子と第２の変位素子とを有し、
前記ベース部材は、第１の接合部で前記第１の変位素子と接合され且つ第２の接合部で前記第２の変位素子と接合されるとともに、前記第１の接合部と前記第２の接合部との間において、前記チップ部材側に突出する突出部分と、その剛性が局所的に低減された低剛性部分とを有することを特徴とする振動体。
【請求項９】
請求項８に記載の振動体において、
前記低剛性部分は、スリットを設けることによって構成されることを特徴とする振動体。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれかに記載の振動体において、
前記ベース部材の材料は、タングステンカーバイト系超硬合金、タングステン、またはタングステン合金を含むことを特徴とする振動体。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２００７−２３６１３８（Ｐ２００７−２３６１３８Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５６３４９（Ｐ２００６−５６３４９）
【出願日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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