JP2001119969A - 振動アクチュエータおよび光学系駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の超音波モータでは、３相の駆動信号を
振動子へ入力しなければならず、駆動用回路が大型化す
る。 【解決手段】 加圧接触する相対運動部材２６との間で
発生する一次元の相対運動の方向へ振動する縦振動を発
生する縦振動発生部２３と、この縦振動とほぼ９０度の
位相差で、相対運動部材２６との間の加圧方向へ振動す
る屈曲振動を発生する第１の屈曲振動発生部２４ａと、
第１の屈曲振動発生部２４ａが発生した振動とほぼ１８
０度の位相差で、相対運動部材２６との間の加圧方向へ
振動する屈曲振動を発生する第２の屈曲振動発生部２４
ｂとを有する振動子２１を備え、第１の屈曲振動発生部
２４ａおよび第２の屈曲振動発生部２４ｂが、いずれ
も、縦振動の振動方向と屈曲振動の振動方向とにいずれ
もほぼ直交する方向であって互いに異なる２方向へ分極
された２つの分極領域２４ａ−１、２４ａ−２または２
４ｂ−１、２４ｂ−２を、第２振動の振動方向に並んで
状態で有する振動アクチュエータ２０である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動アクチュエー
タおよび光学系駆動装置に関する。より具体的には、本
発明は、複数の振動を適当な位相差で発生する振動子、
および、この振動子との間で一次元の相対運動を発生す
る相対運動部材を備える振動アクチュエータと、この振
動アクチュエータを光学系の光軸方向への駆動源として
備える光学系駆動装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の振動アクチュエータ１の
一例を分解した状態で、その駆動用回路６とともに示す
斜視図である。以降の説明では、振動アクチュエータが
超音波の振動域を利用した超音波モータである場合を例
にとる。

【０００３】同図に示すように、この超音波モータ１
は、チタンジルコン酸鉛により直方体状に形成された振
動子２を有する。この振動子２の一つの側面２ａにおけ
る長手方向の両端側には、駆動力取出部３ａ、３ｂが突
起状に装着される。この駆動力取出部３ａ、３ｂは、例
えばＰＴＦＥにより横断面形状が矩形である角棒形に形
成される。振動子２は、その全域において、図中白抜き
矢印で示す一方向へ分極される。振動子２は、図示しな
い適当な加圧機構により、駆動力取出部３ａ、３ｂを介
して相対運動部材５に加圧接触する。

【０００４】振動子２の一方の平面には、電極板４ａ、
４ｂ、４ｃ、４ｄおよび４ｅが互いに離れて図示する位
置関係で貼付される。振動子２の他方の平面には、接地
用の電極板４ｆが貼付される。

【０００５】この超音波モータ１の電極板４ａ〜４ｅ
に、同一の周波数の駆動信号（交流電圧）を所定の位相
差で入力する。すると、電極板４ｃが接する部分の振
動子２に相対運動方向へ周期的に振動する伸縮振動と、
電極板４ａ、４ｂが接する部分の振動子２にこの伸縮
振動と所定の位相差を有して振動子２と相対運動部材５
との加圧方向へ周期的に振動する第１の伸縮振動と、
電極板４ｄ、４ｅが接する部分の振動子２に第１の伸縮
振動とほぼ１８０度の位相差を有して加圧方向へ周期的
に振動する第２の伸縮振動とが、同時に発生する。

【０００６】このようにして、振動子２には、電極板４
ｃが接する部分により１次の縦振動（相対運動方向への
伸縮振動）が発生するとともに、電極板４ａ、４ｂおよ
び電極板４ｄ、４ｅが接する部分により２次の屈曲振動
（加圧方向への曲げ振動）が発生する。発生した１次の
縦振動および２次の屈曲振動は、振動子２において合成
される。これにより、駆動力取出部３ａ、３ｂには、互
いに位相がほぼ１８０度ずれて楕円状に周期的に変位す
る振動が、それぞれ発生する。このため、振動子２は、
駆動力取出部３ａ、３ｂを介して加圧接触する相対運動
部材５との間で、１次元の相対運動を生じる。

【０００７】ところで、この超音波モータ１における振
動子２の分極方向は、図示するように一方向である。こ
のため、駆動力取出部３ａ、３ｂに互いに位相がほぼ１
８０度ずれた楕円状の振動をそれぞれ発生して超音波モ
ータ１を駆動するには、電極板４ｃには縦振動用駆動信
号を入力し、電極板４ｂおよび電極板４ｄには縦振動用
駆動信号とは所定の位相差を有する第１の屈曲振動用駆
動信号を入力し、さらに、電極板４ａおよび電極板４ｅ
には第１の屈曲振動用駆動信号とはほぼ１８０度の位相
差を有する第２の屈曲振動用駆動信号を入力する必要が
ある。

【０００８】そこで、駆動用回路６では、発振器７から
発振される駆動信号を二つに分岐する。そして、一方を
増幅器８を介して縦振動用駆動信号として電極板４ｃに
入力するとともに、他方を、移相器９を介して所定量位
相をずらす。そして、そのうちの一方は増幅器１０を介
して第１の屈曲振動用駆動信号として、電極板４ｂおよ
び電極板４ｄに入力し、他方は移相器１１を介してほぼ
１８０度位相をずらし、増幅器１２を介して第２の屈曲
振動用駆動信号として、電極板４ａおよび電極板４ｅに
入力していた。

【０００９】図８には、電極板４ｃに入力される縦振動
用駆動信号、電極板４ｂ、４ｄに入力される第１の屈曲
振動用駆動信号、および電極板４ａ、４ｅに入力される
第２の屈曲振動用駆動信号それぞれの一例を、グラフで
示す。なお、図８に示すグラフは、移相器９により位相
を９０度ずらした場合を示す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、図７に示
す超音波モータ１では、図８にグラフで例示するよう
に、縦振動用駆動信号、第１の屈曲振動用駆動信号、お
よび第２の屈曲振動用駆動信号という３相の駆動信号を
振動子２に個別に入力する必要があった。このため、駆
動用回路６を簡略化できず、電極板４ａ〜４ｅ、移相器
９、１１および増幅器８、１０、１２それぞれの設置数
が増加してしまうという課題があった。

【００１１】すなわち、図７に示す超音波モータ１で
は、図示するように、振動子２の分極方向が一方向であ
る。このため、電極４ａおよび電極４ｂ間、および電極
４ｄおよび電極４ｅ間それぞれに、位相がほぼ１８０度
ずれた２相の屈曲振動用駆動信号を入力するには、４枚
の電極４ａ、４ｂ、４ｄおよび４ｅと、移相器１１と、
増幅器１２とがいずれも必要であった。したがって、図
示するように、超音波モータ１の駆動用回路６が大型化
してしまうおそれがあった。

【００１２】そのため、この超音波モータ１を、例えば
オートフォーカスカメラの焦点調節レンズ群や焦点距離
調節レンズ群等といった可動光学系の、光軸方向への駆
動源に適用しようとしても、消費電力や設置寸法が増加
してしまうという課題があった。そのため、超音波モー
タ１をこのような用途に好適に用いることはできなかっ
た。

【００１３】ここに、本発明の目的は、駆動用回路を簡
略化することができる振動アクチュエータと、この振動
アクチュエータを用いた光学系駆動装置とを提供するこ
とである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明では、直方体状の外形を有し、電気
機械変換素子を有する振動子と、この振動子との間で相
対運動を行う相対運動部材とを備え、振動子が、直方体
をなす辺のうちの所定の一辺に沿った方向へ振動する縦
振動を発生させるための縦振動発生部と、縦振動の振動
方向とほぼ直交する方向へ振動する屈曲振動を発生させ
るための屈曲振動発生部とを有し、屈曲振動発生部に
は、屈曲振動の振動方向へ並んで設けられた２つの分極
領域が形成され、該２つの分極領域それぞれの分極方向
が互いに逆向きであることを特徴とする振動アクチュエ
ータを提供する。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１に記載された
振動アクチュエータにおいて、屈曲振動発生部が、第１
の屈曲振動発生部と第２の屈曲振動発生部とを有し、縦
振動発生部が、縦振動の振動方向に関して、第１の屈曲
振動発生部と第２の屈曲振動発生部とに挟まれた位置に
設けられ、縦振動発生部が、第１の屈曲振動発生部で発
生する振動と所定の位相差で振動し、第２の屈曲振動発
生部が、第１の屈曲振動発生部で発生する振動とほぼ１
８０度の位相差で振動することを特徴とする。

【００１６】請求項３の発明は、請求項２に記載された
振動アクチュエータにおいて、振動子が、相対運動部材
と接触して、縦振動と屈曲振動とによって得られた駆動
力を相対運動部材に伝達するための駆動力取出部を備
え、駆動力取出部が、振動子における屈曲振動の振動方
向に関するほぼ中央部であって、２つの分極領域それぞ
れの少なくとも一方の位置に配置されることを特徴とす
る。

【００１７】請求項４の発明は、請求項２に記載された
振動アクチュエータにおいて、振動子が、相対運動部材
と接触して、縦振動と屈曲振動とによって得られた駆動
力を相対運動部材に伝達するための駆動力取出部を備
え、駆動力取出部が、振動子における縦振動の振動方向
に関する両端部であって、第１の屈曲振動発生部および
第２の屈曲振動発生部それぞれの位置に配置されること
を特徴とする。

【００１８】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータに
おいて、屈曲振動発生部に屈曲振動の振動方向へ並んで
設けられた２つの分極領域には、電気エネルギを授受す
るための共通の電気エネルギ授受部材が設けられること
を特徴とする。

【００１９】請求項６の発明は、請求項１から請求項５
までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータに
おいて、屈曲振動発生部に屈曲振動の振動方向へ並んで
設けられた２つの分極領域には、同一の電気エネルギが
供給されることを特徴とする。

【００２０】さらに、請求項７の発明は、光軸方向へ移
動自在に保持された光学系と、請求項１から請求項６ま
でのいずれか１項に記載された振動アクチュエータと、
この振動アクチュエータが発生する相対運動を、光学系
の光軸方向への直線運動に変換する変換手段とを備える
ことを特徴とする光学系駆動装置である。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明に
かかる振動アクチュエータの実施形態を、添付図面を参
照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態の説
明においても、振動アクチュエータが超音波モータであ
る場合を例にとる。

【００２２】図１は、本実施形態の超音波モータ２０を
分解した状態で、その駆動用回路２７とともに示す斜視
図である。同図に示すように、本実施形態の超音波モー
タ２０は、振動子２１と、相対運動部材２６と、駆動用
回路２７とを有する。以下、これらの構成要素について
順次説明する。

【００２３】〔振動子２１〕本実施形態の振動子２１
は、大きな圧電効果を示す圧電材料であるチタンジルコ
ン酸鉛からなる。この振動子２１は、長辺ａ、長辺ａよ
りも短い中辺ｂ、および中辺ｂよりも短い短辺ｃを有す
る直方体状に形成される。なお、振動子２１は、本実施
形態で用いたチタンジルコン酸鉛以外に、水晶、ロッシ
ェル塩、ニオブ酸リチウムまたはチタン酸バリウム等の
他の圧電材料により構成してもよい。

【００２４】この振動子２１は、駆動力取出部２２を備
える。本実施形態では、駆動力取出部２２は、振動子２
１の４つの側面のうちで中辺ｂおよび短辺ｃにより囲ま
れた一つの側面２１ａにおける中辺ｂに沿った方向の中
央側であって、後述する２つの分極領域２４ａ−１、２
４ａ−２にともに跨がる位置に、装着される。

【００２５】この駆動力取出部２２は、本実施形態では
ＰＴＦＥにより横断面形状が矩形である角棒形に形成さ
れる。なお、駆動力取出部２２は、本実施形態で用いた
ＰＴＦＥ以外に、ポリイミド樹脂、ＰＥＮ、ＰＰＳまた
はＰＥＥＫ等の他の高分子材料により構成してもよい。
また、駆動力取出部２２の装着位置は、図示する位置に
限定されるものではなく、振動子２１に要求する性能や
駆動効率等を勘案して、適宜設定すればよい。具体的に
は、駆動力取出部２２は、分極領域２４ａ−１、２４ａ
−２の少なくとも一方の位置に配置されていればよい。

【００２６】本実施形態の振動子２１は、圧電材料によ
り形成されている。そのため、例えば、本実施形態の振
動子２１とほぼ同様な形状の弾性体の一方の平面に薄板
状の圧電体を貼付することにより構成された振動子に比
較すると、接着層が存在しない分だけ、電気エネルギと
機械的変位との間の変換効率をより高めることができ
る。

【００２７】振動子２１は縦振動発生部２３を有する。
この縦振動発生部２３は、振動子２１の長辺ａに沿った
方向における中央側に形成される。縦振動発生部２３
は、振動子２１と相対運動部材２６との間の加圧方向へ
振動する縦振動を発生する。

【００２８】また、振動子２１は第１の屈曲振動発生部
２４ａを有する。この第１の屈曲振動発生部２４ａは、
長辺ａに沿った方向に関する縦振動発生部２３の一方の
端部側であって、駆動力取出部２２の装着部を含む側
に、形成される。第１の屈曲振動発生部２４ａは、振動
子２１と相対運動部材２６との間の相対運動方向へ振動
する伸縮振動を発生する。

【００２９】第１の屈曲振動発生部２４ａで発生する伸
縮振動の、縦振動発生部２３で発生する縦振動に対する
位相差は、超音波モータ２０に求める性能等を勘案し
て、０度より大きく１８０度より小さい範囲で、適宜設
定される。本実施形態では、この位相差を９０度とし
た。

【００３０】この第１の屈曲振動発生部２４ａには、屈
曲振動の振動方向（相対運動方向）に並んだ状態で、二
つの分極領域２４ａ−１、２４ａ−２が形成される。分
極領域２４ａ−１、２４ａ−２それぞれの分極方向は、
図示するように、縦振動の振動方向と屈曲振動の振動方
向とにいずれもほぼ直交するとともに互いに異なる２方
向である。

【００３１】さらに、振動子２１は第２の屈曲振動発生
部２４ｂを有する。この第２の屈曲振動発生部２４ｂ
は、長辺ａに沿った方向に関する縦振動発生部２３の他
方の端部側に、形成される。第２の屈曲振動発生部２４
ｂも、振動子２１と相対運動部材２６との間の相対運動
方向へ振動する伸縮振動を発生する。

【００３２】この第２の屈曲振動発生部２４ｂには、屈
曲振動の振動方向（相対運動方向）に並んだ状態で、二
つの分極領域２４ｂ−１、２４ｂ−２が形成される。分
極領域２４ｂ−１、２４ｂ−２それぞれの分極方向は、
図示するように、縦振動の振動方向と屈曲振動の振動方
向とにいずれもほぼ直交するとともに互いに異なる２方
向である。

【００３３】さらに、振動子２１と相対運動部材２６と
の間の加圧方向、すなわち縦振動の振動方向に関して並
設される分極領域２４ａ−１、２４ｂ−２は、互いに逆
方向へ分極される。また、縦振動の振動方向に関して並
設される分極領域２４ａ−２、２４ｂ−１も、互いに逆
方向へ分極される。

【００３４】本実施形態では、チタンジルコン酸鉛から
なる振動子２１に、このように分極領域２４ａ−１、２
４ａ−２、２４ｂ−１および２４ｂ−２を形成すればよ
い。その形成手段は、特定の形成手段には限定されず、
公知の適当な形成手段によればよい。例えば、分極領域
２４ａ−２、２４ｂ−２の表面および裏面に分極用電極
をそれぞれ装着して図示する方向への分極を行った後、
これらの分極用電極を外し、分極領域２４ａ−１、２４
ｂ−１および縦振動発生部２３の表面および裏面に分極
用電極をそれぞれ装着して反対方向への分極を行えばよ
い。

【００３５】なお、振動子２１における縦振動発生部２
３、第１の屈曲振動発生部２４ａおよび第２の屈曲振動
発生部２４ｂそれぞれの形成範囲は、振動子２１に要求
する性能や駆動効率等を勘案して、適宜設定すればよ
い。

【００３６】本実施形態の超音波モータ２０では、分極
領域２４ａ−１および２４ａ−２にともに接触するよう
にして電極板２５ａが装着される。また、縦振動発生部
２３に接触するようにして電極板２５ｂが装着される。
さらに、分極領域２４ｂ−１、２４ｂ−２にともに接触
するようにして電極板２５ｃが装着される。電極板２５
ａ〜２５ｃは、いずれも、振動子２１へ電気エネルギの
授受を行う。これにより、分極領域２４ａ−１および２
４ａ−２には電極板２５ａにより、また分極領域２４ｂ
−１および２４ｂ−２には電極板２５ｃにより、それぞ
れ同一の電気エネルギが供給される。

【００３７】電極板２５ａ〜２５ｃが装着された平面と
反対側の振動子２１の平面には、接地用の電極板２５ｄ
が装着される。

【００３８】電極板２５ａに駆動信号（交流電圧）を入
力すると、第１の屈曲振動発生部２４ａには、振動子２
１と相対運動部材２６との間の相対運動方向へ伸縮する
伸縮振動が発生する。また、電極板２５ｃに駆動信号
（交流電圧）を入力すると、第２の屈曲振動発生部２４
ｂには、上記の相対運動方向へ伸縮する伸縮振動が発生
する。

【００３９】この際、屈曲振動の振動方向に関して、分
極領域２４ａ−１、２４ａ−２の分極方向は互いに逆方
向であり、かつ分極領域２４ｂ−１、２４ｂ−２の分極
方向は互いに逆方向である。また、縦振動の振動方向に
関して、分極領域２４ａ−１、２４ｂ−２の分極方向は
互いに逆方向であり、かつ分極領域２４ａ−２、２４ｂ
−１の分極方向は互いに逆方向である。このため、電極
板２５ａと電極板２５ｃとに同位相の駆動信号（交流電
圧）を入力すると、第２の屈曲振動発生部２４ｂで発生
する伸縮振動は、第１の屈曲振動発生部２４ａで発生す
る伸縮振動に対して、ほぼ１８０度位相がずれる。

【００４０】このため、第１の屈曲振動発生部２４ａで
発生する伸縮振動と、第２の屈曲振動発生部２４ｂで発
生する伸縮振動とは合成されて、振動子２１に中辺ｂに
沿った方向へ振動する２次の屈曲振動が励振される。

【００４１】一方、電極板２５ｂに駆動信号（交流電
圧）を入力すると、縦振動発生部２３には、振動子２１
と相対運動部材２６との間の加圧方向へ伸縮する伸縮振
動が発生する。これにより、振動子２１に長辺ａに沿っ
た方向へ振動する１次の縦振動が励振される。

【００４２】振動子２１に発生した２次の屈曲振動と１
次の縦振動とは合成される。このため、振動子２１に設
けられた駆動力取出部２２に、楕円状に周期的に変位す
る振動が発生する。

【００４３】振動子２１は、図示しない適当な加圧機構
により、駆動力取出部２２を介して後述する相対運動部
材２６に加圧接触する。そのため、振動子２１は、加圧
接触する相対運動部材２６との間で、図中に示す両矢印
の方向、すなわち側面２１ａの長手方向へ一次元の相対
運動を発生する。本実施形態の振動子２１は、以上のよ
うに構成される。

【００４４】〔相対運動部材２６〕振動子２１に装着さ
れた駆動力取出部２２の底面に、相対運動部材２６の平
面２６ａが、図示しない適当な加圧機構により、加圧接
触される。相対運動部材２６は、図示しない支持機構に
より図面中の両矢印方向へ一次元に移動自在に支持され
る。

【００４５】これにより、駆動力取出部２２に楕円運動
が発生すると、相対運動部材２６は、振動子２１との間
で、図面中の両矢印方向へ一次元の相対運動を発生す
る。

【００４６】〔駆動用回路２７〕本実施形態では、電極
板２５ａ〜２５ｃに駆動用回路２７が接続される。この
駆動用回路２７における発振器２８は、振動子２１に発
生する縦振動および屈曲振動それぞれに対応する周波数
の信号を発振する。発振器２８の出力は分岐して、一方
の出力は、増幅器２９によって増幅された後に、縦振動
用駆動信号（交流電圧）として、縦振動発生部２３に装
着された電極板２５ｂへ入力される。

【００４７】また、分岐した他方の出力は、移相器３０
によって縦振動用駆動信号とは９０度位相をずらして屈
曲振動用駆動信号とされた後に、増幅器３１を介して、
第１の屈曲振動発生部２４ａに装着された電極板２５ａ
と、第２の屈曲振動発生部２４ｂに装着された電極板２
５ｃとへ入力される。

【００４８】図２は、本実施形態における、電極板２５
ｂに入力される縦振動用駆動信号と、電極板２５ａ、２
５ｃに入力される屈曲振動用駆動信号とのそれぞれの時
間と電圧との関係を示すグラフである。

【００４９】本実施形態では、前述したように、屈曲振
動の振動方向に関して、分極領域２４ａ−１、２４ａ−
２の分極方向は互いに逆方向であり、かつ分極領域２４
ｂ−１、２４ｂ−２の分極方向は互いに逆方向である。
また、縦振動の振動方向に関して、分極領域２４ａ−
１、２４ｂ−２の分極方向は互いに逆方向であり、かつ
分極領域２４ａ−２、２４ｂ−１の分極方向は互いに逆
方向である。このため、電極板２５ａ、２５ｃへ同一の
交流電圧を印加すると、第１の屈曲振動発生部２４ａと
第２の屈曲振動発生部２４ｂとが、互いにほぼ１８０度
位相がずれて逆方向へ変位する。これにより、振動子２
０に２次の屈曲振動を励振することができる。

【００５０】また、本実施形態では、縦振動用駆動信号
と、第１の屈曲振動発生用駆動信号および第２の屈曲振
動発生用駆動信号とは、移相器３０によって９０度位相
がずれて設定される。このため、縦振動用駆動信号の周
波数と、第１の屈曲振動発生用駆動信号および第２の屈
曲振動発生用駆動信号それぞれの周波数とをほぼ同じに
設定することにより、振動子２０に発生する１次の縦振
動と２次の屈曲振動とは互いに合成される。これによ
り、駆動力取出部２２に楕円状の振動を発生することが
できる。

【００５１】このように、本実施形態では、第１の屈曲
振動発生部２４ａおよび第２の屈曲振動発生部２４ｂそ
れぞれが、分極方向が異なる二つの分極領域２４ａ−１
および２４ｂ−１、分極領域２４ｂ−１および２４ｂ−
２を有する。このため、第１の屈曲振動発生部２４ａお
よび第２の屈曲振動発生部２４ｂの間にほぼ１８０度の
位相差を設けるための移相器が不要となる。また、屈曲
振動用の電極板を電極板２５ａ、２５ｃの２枚にまとめ
て、その総数を半減することができる。

【００５２】したがって、本実施形態によれば、屈曲振
動用の電極板および増幅器の数をともに半減でき、これ
により、駆動用回路２７を簡略化することができる。

【００５３】また、本実施形態によれば、部品点数を削
減することにより、コストダウン及び組立工数をいずれ
も削減できる。

【００５４】（第２実施形態）図３は、本実施形態の超
音波モータ２０−１を分解した状態で、その駆動用回路
２７とともに示す斜視図である。

【００５５】本実施形態の超音波モータ２０−１が、第
１実施形態の超音波モータ２０と相違するのは、駆動力
取出部２２ａ、２２ｂの設置態様である。そこで、本実
施形態の説明は、駆動力取出部２２ａ、２２ｂについて
行うこととし、同一の部分については同一の図中符号を
付すことにより、重複する説明を省略する。

【００５６】図３において、振動子２１−１の一つの側
面２１ｂにおける長手方向の両端側であって第１の屈曲
振動発生部２４ａおよび第２の屈曲振動発生部２４ｂそ
れぞれの位置には、駆動力取出部２２ａ、２２ｂが互い
に離れて形成される。本実施形態においても第１実施形
態と同様に、駆動力取出部２２ａ、２２ｂはＰＴＦＥに
より横断面形状が矩形である角棒形に形成した。

【００５７】振動子２１−１は、この駆動力取出部２２
ａ、２２ｂを介して、図示しない適当な加圧機構によ
り、相対運動部材２６に加圧接触する。振動子２１−１
は、加圧接触する相対運動部材２６との間で、図中の両
矢印方向、すなわち側面２１ｂにおける長手方向へ一次
元の相対運動を発生する。

【００５８】本実施形態の超音波モータ２０−１では、
電極板２５ａに駆動信号（交流電圧）を入力することに
より、第１の屈曲振動発生部２４ａに、屈曲振動の振動
方向、すなわち振動子２１−１と相対運動部材２６との
加圧方向へ伸縮する伸縮振動が発生する。また、電極板
２５ｃに駆動信号（交流電圧）を入力することにより、
第２の屈曲振動発生部２４ｂに、屈曲振動の振動方向へ
伸縮する伸縮振動が発生する。

【００５９】この際、屈曲振動の振動方向に関して、分
極領域２４ａ−１、２４ａ−２の分極方向は互いに逆方
向であり、かつ分極領域２４ｂ−１、２４ｂ−２の分極
方向は互いに逆方向である。また、縦振動の振動方向に
関して、分極領域２４ａ−１、２４ｂ−２の分極方向は
互いに逆方向であり、かつ分極領域２４ａ−２、２４ｂ
−１の分極方向は互いに逆方向である。

【００６０】このため、電極板２５ａと電極板２５ｃと
に同位相の駆動信号（交流電圧）を入力すると、第２の
屈曲振動発生部２４ｂで発生する伸縮振動は、第１の屈
曲振動発生部２４ａで発生する伸縮振動に対して、ほぼ
１８０度位相がずれる。これにより、第１の屈曲振動発
生部２４ａが発生する伸縮振動と、第２の屈曲振動発生
部２４ｂが発生する伸縮振動とは合成されて、振動子２
１−１に中辺ｂに沿った方向、すなわち振動子２１−１
と相対運動部材２６との間の加圧方向へ振動する２次の
屈曲振動が発生する。

【００６１】一方、電極板２５ｂに駆動信号（交流電
圧）を入力すると、縦振動発生部２３には、振動子２１
−１の長辺ａに沿った方向、すなわち振動子２１−１と
相対運動部材２６との間の相対運動方向へ伸縮する伸縮
振動が発生する。これにより、振動子２１−１には、相
対運動方向へ振動する１次の縦振動が発生する。

【００６２】振動子２１−１に発生した２次の屈曲振動
と１次の縦振動とは合成される。これにより、駆動力取
出部２２ａ、２２ｂには、それぞれ互いに位相がほぼ１
８０度ずれて周期的に変位する楕円状の振動が発生す
る。このため、振動子２１−１は、相対運動部材２６と
の間で、図面中の両矢印方向へ一次元の相対運動を発生
する。

【００６３】この本実施形態の超音波モータ２０−１に
よっても、第１実施形態の超音波モータ２０と同様の効
果が奏される。

【００６４】（第３実施形態）本実施形態は、図１に示
す第１実施形態の超音波モータ２０を、オートフォーカ
スカメラの光学系（レンズ）に適用したものである。

【００６５】図４は、第１実施形態の超音波モータ２０
を内蔵したレンズ鏡筒４０を示す断面図である。同図に
示すように、このレンズ鏡筒４０は、光軸Ｏ−Ｏの方向
の前方側（図面向かって左側）から、図面向かって右側
に位置するカメラボディ（図示しない。）に向けて順
に、回転筒４１、固定筒４２、移動筒４３および固定筒
４４を有する。

【００６６】図５は、図４に示すレンズ鏡筒４０におい
て、回転筒４１と固定筒４２とを抽出した状態で一部を
省略して示す斜視図である。以下、図４および図５をと
もに参照しながら、説明する。

【００６７】回転筒４１の内周面には、光軸Ｏ−Ｏと平
行に２本のキー溝４１ａが形成される。回転筒４１の固
定筒４２側の端面には、円環状のリング４５が設けられ
る。このリング４５の外周面には、ころ４６を回転自在
に収容する凹部４５ａが環状に形成される。一方、固定
筒４２の内周面には、ころ４６を案内する溝部４２ａが
環状に形成される。

【００６８】リング４５の外周面に設けられた凹部４５
ａと、固定筒４２の内周面に設けられた溝部４２ａとの
間にころ４６を介在させた状態で、回転筒４１は固定筒
４２に対して装着される。そして、ころ脱落防止リング
４２ｂが固定筒４１の内周面にねじ止めされることによ
り、ころ４６の脱落が防止される。このようにして、回
転筒４１は、固定筒４２により、光軸Ｏ−Ｏを回転中心
として両方向へ回転自在に支持される。

【００６９】固定筒４２の光軸Ｏ−Ｏの方向のほぼ中央
部には、小径部４２ｂが環状に設けられる。この小径部
４２ｂの内縁部には、山形の断面形状の噛合部４２ｃが
螺旋状に形成される。

【００７０】ほぼ円柱状の光学系である焦点調節レンズ
群Ｌ１は、その外周面に装着された枠体４７により、保
持される。枠体４７の外周面における光軸Ｏ−Ｏの方向
の前部側には、２つのキー４７ａが設けられる。これら
２つのキー４７ａは、回転筒４１の内周面に設けられた
２本のキー溝４１ａにそれぞれ係合する。また、枠体４
７の外周面における光軸Ｏ−Ｏの方向の後方側には、溝
部４７ｂが螺旋状に形成される。この溝部４７ｂは、固
定筒４２に形成された噛合部４２ｃと噛み合う。

【００７１】枠体４７は、２つのキー４７ａを２本のキ
ー溝４１ａに係合させるとともに、溝部４７ｂを噛合部
４２ｃに噛み合わせることにより、回転筒４１および固
定筒４２に支持される。

【００７２】したがって、回転筒４１を光軸Ｏ−Ｏを回
転中心として固定筒４２に対して回転させると、キー４
７ａおよびキー溝４１ａを介して回転筒４１に係合する
枠体４７は、一体的に回転する。この時、枠体４７は、
螺旋状の溝部４７ｂおよび噛合部４２ｃを介して固定筒
４２に噛み合っている。このため、枠体４７は、２つの
キー４７ａが２本のキー溝４１ａに案内されながら、固
定筒４２に対して、光軸Ｏ−Ｏの方向へ前進移動または
後退移動する。

【００７３】本実施形態では、固定筒４２に設けられた
モータ収容部に、超音波モータ２０が装着される。この
モータ収容部は、小径部４２ｂの、光軸Ｏ−Ｏの方向の
前部側に形成された空間に設けられる。

【００７４】図６は、超音波モータ２０の装着部近傍を
抽出して示す、図４におけるＡ矢視図である。すなわ
ち、超音波モータ２０を収容する凹部の３つの壁面４２
ｂ−１、４２ｂ−２、４２ｂ−３には、皿ばね５２ａ、
５２ｂ、５２ｃがそれぞれ装着される。

【００７５】皿ばね５２ｂは、中辺ｂおよび短辺ｃによ
り囲まれた一つの側面２１ｃに当接する。皿ばね５２ａ
は、長辺ａおよび短辺ｃにより囲まれた一つの側面２１
ｄに当接する。さらに、皿ばね５２ｃは、長辺ａおよび
短辺ｃにより囲まれた一つの側面２１ｂに当接する。こ
のようにして、超音波モータ２０は、リング４５へ向け
て付勢される。

【００７６】超音波モータ２０は、発生する屈曲振動の
振動方向がリング４５の接線方向に一致するようにし
て、駆動力取出部２２を介して、リング４５の一方の平
面４５ａに加圧接触する。すなわち、本実施形態では、
リング４５は、超音波モータ２０における相対運動部材
２６としても機能する。

【００７７】超音波モータ２０を起動すると、超音波モ
ータ２０が発生する駆動力は、光軸Ｏ−Ｏを回転中心と
してリング４５を回転させる力として作用する。これに
より、回転筒４１および枠体４７は一体となって回転し
ながら、枠体４７は回転筒４１および固定筒４２に対し
て、光軸方向Ｏ−Ｏへ前進移動または後退移動する。こ
のように、本実施形態では、超音波モータ２０が発生す
る相対運動、すなわち振動子２１とリング４５との間に
おける相対運動が、回転筒４１、固定筒４２および枠体
４７により構成される変換手段によって、焦点調節レン
ズ群Ｌ１の光軸Ｏ−Ｏの方向への直線運動に変換され
る。

【００７８】すなわち、本実施形態では、焦点調節レン
ズ群Ｌ１と、超音波モータ２０と、上記の変換手段とに
より、光学系駆動装置が構成される。

【００７９】図３において、固定筒４２と固定筒４４と
の間には、棒状のリニアガイド４８が光軸Ｏ−Ｏと平行
に２本装着される。ほぼ円柱状の焦点距離調節レンズ群
Ｌ２は、その外周面に装着されたほぼ円柱状の枠体４９
に支持される。

【００８０】本実施形態では、焦点距離調節レンズ群Ｌ
２の枠体４９は、図３に示すように、肉厚部分に光軸方
向に平行な貫通孔４９ａ、４９ｂが形成される。２本の
リニアガイド４８は、これら２つの貫通孔４９ａ、４９
ｂを貫通した状態で、装着される。また、枠体４９に
は、外周の一部に平坦部４９ｃが形成されている。この
ようにして、枠体４９は、リニアガイド４８により、光
軸Ｏ−Ｏの方向へ移動自在に支持される。

【００８１】本実施形態では、枠体４９はリニア型の超
音波モータ５０により駆動される。リニア型の超音波モ
ータ５０は、枠体４９の平坦部４９ｃにその駆動力取出
部が接触するようにして、固定筒４４の内面の一部に形
成された平面４４ａに、加圧部材５１を介して、固定さ
れる。

【００８２】この超音波モータ５０が起動されることに
より、リニアガイド４８により光軸Ｏ−Ｏの方向へ案内
される枠体４９は、光軸Ｏ−Ｏの周りに回転することな
く、光軸Ｏ−Ｏの方向に一次元に駆動される。これによ
り、焦点距離の調節が行われる。

【００８３】なお、この超音波モータ５０に関しては、
例えば「第５回電磁力関連のダイナミックシンポジウム
講演論文集」の「２２２ 光ピックアップ移動を目的と
した圧電リニアモータ」等により既に公知であるため、
これ以上の説明は、省略する。

【００８４】固定筒４２と固定筒４４との間には、その
内面が、固定筒４２および固定筒４４それぞれの外周面
に接触するようにして、操作環である移動筒４３が装着
される。この移動筒４３は、枠体４９と接続される。こ
れにより、移動筒４３を光軸Ｏ−Ｏの方向へ手動で操作
することによっても、枠体４９を光軸Ｏ−Ｏの方向へ移
動することもできる。このようにして、焦点距離の手動
調節を行うこともできる。

【００８５】この図３に示すレンズ鏡筒４０によれば、
焦点調節レンズ群Ｌ１の駆動に第１実施形態の超音波モ
ータ２０を用いるため、駆動用回路６の大型化を抑制で
き、寸法および電力消費の点で極めて有利である。

【００８６】また、焦点調節レンズ群Ｌ１を保持する枠
体４７を超音波モータ２０により直接駆動するため、騒
音低減を図ることもできる。

【００８７】さらに、本実施形態の超音波モータ２０
は、図１に示すように、直方体状の外形を有する。その
ため、小径部４２ｂの、光軸Ｏ−Ｏの方向の前部側の平
面により形成される空間に装着した場合に、レンズ径方
向への収容寸法の増加をできるだけ抑制することができ
る。このため、超音波モータ２０をレンズ鏡筒４０へ適
用することに起因したレンズ外形の拡大を、できるだけ
抑制することもできる。

【００８８】（変形形態）各実施形態の説明では、振動
アクチュエータが超音波の振動域を利用した超音波モー
タである場合を例にとった。しかし、本発明はこの形態
に限定されるものではなく、超音波以外の他の振動域を
利用した振動アクチュエータに対しても等しく適用され
る。

【００８９】また、各実施形態の説明では、振動子が、
電気機械変換材料であるチタンジルコン酸鉛からなる場
合を例にとった。しかし、本発明はこの形態に限定され
るものではなく、金属材料等の弾性材料からなる弾性体
の表面にチタンジルコン酸鉛等の圧電材料からなる薄板
を装着して振動子とした場合にも、同様に適用される。

【００９０】また、各実施形態の説明では、第１の屈曲
振動発生部と第２の屈曲振動発生部との間に縦振動発生
部が位置する場合を例にとった。しかし、本発明はこの
形態には限定されない。直方体状の振動子の所定の一辺
に沿った方向への縦振動を発生させる縦振動発生部と、
縦振動の振動方向とほぼ直交する方向への屈曲振動を発
生させる屈曲振動発生部とを有する振動アクチュエータ
であれば、等しく適用される。

【００９１】また、本発明にかかる振動アクチュエータ
の駆動力取出部の位置は、第１実施形態または第２実施
形態において示した位置には、限定されない。振動アク
チュエータに求める性能や駆動効率等を勘案して、適宜
決定すればよい。

【００９２】また、第３実施形態では、焦点調節レンズ
群Ｌ１だけを本発明にかかる振動アクチュエータにより
駆動することとした。しかし、本発明はこの形態には限
定されず、例えば焦点距離調節レンズ群Ｌ２等の、他の
光学系の可動レンズの駆動に、本発明にかかる振動アク
チュエータを適用してもよい。

【００９３】さらに、第３実施形態では、本発明にかか
る振動アクチュエータをカメラに適用した場合を例にと
った。しかし、本発明はこの形態には限定されず、例え
ば望遠鏡といった撮影装置以外の光学装置に対して適用
することも可能である。

【００９４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１〜
請求項６の発明により、振動アクチュエータの駆動用回
路の大型化を防ぐことが可能となった。また、請求項７
の発明により、光学系駆動装置の寸法の小型化と電力消
費の低減とを、ともに図ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の超音波モータを分解した状態
で、その駆動用回路とともに示す斜視図である。

【図２】第１実施形態において、電極板に入力される縦
振動用駆動信号と、電極板に入力される屈曲振動用駆動
信号とのそれぞれの時間と電圧との関係例を示すグラフ
である。

【図３】第２実施形態の超音波モータを分解した状態
で、その駆動用回路とともに示す斜視図である。

【図４】図４は、第１実施形態の超音波モータを内蔵し
たレンズ鏡筒を示す断面図である。

【図５】図４に示すレンズ鏡筒において、回転筒と固定
筒とを抽出した状態で一部を省略して示す斜視図であ
る。

【図６】超音波モータの装着部近傍を示す、図５におけ
るＡ矢視図である。

【図７】従来の超音波モータの一例を分解した状態で、
その駆動用回路とともに示す斜視図である。

【図８】電極板に入力される縦振動用駆動信号、電極板
に入力される第１の屈曲振動用駆動信号、および電極板
に入力される第２の屈曲振動用駆動信号それぞれの一例
を示すグラフである。

【符号の説明】 ２０ 振動アクチュエータ ２３ 縦振動発生部 ２４ａ 第１の屈曲振動発生部 ２４ｂ 第２の屈曲振動発生部 ２４ａ−１、２４ａ−２ 分極領域 ２４ｂ−１、２４ｂ−２ 分極領域 ２５ａ〜２５ｃ 電極板 ２６ 相対運動部材 ２７ 駆動用回路 ２９、３１ 増幅器 ３１ 移相器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H044 BE05 5C022 AB21 AC54 AC74 AC77 AC78 5H680 AA06 AA19 BB13 BC01 CC02 DD02 DD15 DD23 DD26 DD39 DD53 DD55 DD59 DD65 DD72 DD82 DD83 DD87 FF21 FF36 GG02 GG11 GG18

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直方体状に形成された電気機械変換素子
   を有する振動子と、該振動子との間で相対運動を行う相
   対運動部材とを備え、 前記電気機械変換素子は、前記直方体をなす辺のうちの
   所定の一辺に沿った方向へ振動する縦振動を発生させる
   ための縦振動発生部と、 前記縦振動の振動方向とほぼ直交する方向へ振動する屈
   曲振動を発生させるための屈曲振動発生部とを有し、 前記屈曲振動発生部には、前記屈曲振動の振動方向へ並
   んで設けられた２つの分極領域が形成され、該２つの分
   極領域それぞれの分極方向は互いに逆向きであることを
   特徴とする振動アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記屈曲振動発生部は、第１の屈曲振動
   発生部と第２の屈曲振動発生部とを有し、 前記縦振動発生部は、前記縦振動の振動方向に関して、
   前記第１の屈曲振動発生部と前記第２の屈曲振動発生部
   とに挟まれた位置に設けられ、 前記縦振動発生部は、前記第１の屈曲振動発生部で発生
   する振動と所定の位相差で振動し、 前記第２の屈曲振動発生部は、前記第１の屈曲振動発生
   部で発生する振動とほぼ１８０度の位相差で振動するこ
   とを特徴とする請求項１に記載された振動アクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】 前記振動子は、前記相対運動部材と接触
   して、前記縦振動と前記屈曲振動とによって得られた駆
   動力を該相対運動部材に伝達するための駆動力取出部を
   備え、 該駆動力取出部は、前記振動子における前記屈曲振動の
   振動方向に関するほぼ中央部であって、前記２つの分極
   領域それぞれの少なくとも一方の位置に配置されること
   を特徴とする請求項２に記載された振動アクチュエー
   タ。
4. 【請求項４】 前記振動子は、前記相対運動部材と接触
   して、前記縦振動と前記屈曲振動とによって得られた駆
   動力を該相対運動部材に伝達するための駆動力取出部を
   備え、 該駆動力取出部は、前記振動子における前記縦振動の振
   動方向に関する両端部であって、前記第１の屈曲振動発
   生部および前記第２の屈曲振動発生部それぞれの位置に
   配置されることを特徴とする請求項２に記載された振動
   アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記屈曲振動発生部に前記屈曲振動の振
   動方向へ並んで設けられた前記２つの分極領域には、電
   気エネルギを授受するための共通の電気エネルギ授受部
   材が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４
   までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記屈曲振動発生部に前記屈曲振動の振
   動方向へ並んで設けられた前記２つの分極領域には、同
   一の電気エネルギが供給されることを特徴とする請求項
   １から請求項５までのいずれか１項に記載された振動ア
   クチュエータ。
7. 【請求項７】 光軸方向へ移動自在に保持された光学系
   と、 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された
   振動アクチュエータと、 前記相対運動を、前記光学系の前記光軸方向への直線運
   動に変換する変換手段とを備えることを特徴とする光学
   系駆動装置。