JP2001157475A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高トルクでありながらも、低電圧で駆動可能
になるようにし、また同時に、簡単な構造で小型化が図
れる。 【解決手段】 放射方向に伸縮する径方向対称伸び振動
モードと、同一面内で非軸対称に屈曲する非軸対称面内
振動モードとを同時に発生する振動子４０を用いた振動
アクチュエータにおいて、振動子４０は、２つの圧電セ
ラミックス４１ａ，４１ｂとそれらの圧電セラミックス
４１ａ，４１ｂに挟持される金属板４１ｃとからなる積
層構造を、少なくとも１組備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、径方向対称伸び振
動モードと非軸対称面内振動モードとを利用した振動ア
クチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の振動アクチュエータは、
中心から外周方向に向かって伸びる（放射方向に伸縮す
る）径方向対称伸び振動モードと、同一面内で非軸対称
に屈曲する非軸対称面内振動モードとを同時に発生する
中空部分を有した円盤状の振動子を用いた構造のもので
ある。この振動アクチュエータは、特公平６−２６９９
４号等に開示されており、薄型構造に適し、高速，高推
力等の特徴を備えるものである。

【０００３】（振動子の構造）図１１は、径方向対称伸
び振動モードと非軸対称面内振動モードとを利用した振
動アクチュエータの振動子の従来の構造を示す図であ
る。振動子１０は、圧電素子１１と、電極１２等とを備
えている。圧電素子１１は、例えば、ＰＺＴなどの圧電
材料をドーナツ板形状に形成し、全面を板厚方向に分極
したものである。このドーナツ板形状は、径方向対称伸
び振動モード（Ｒ，１）と非軸対称面内振動モード
（（１，１））の共振周波数がほぼ等しくなるように形
成されている。

【０００４】この圧電素子１１の表面には、扇形の第
１，第２の電極１２ａ，１２ｂが形成されており［図１
１（Ａ）］、圧電素子１１の裏面のほぼ全面には、第３
の電極１２ｃが形成されている［図１１（Ｂ）］。

【０００５】発振器，移相器，増幅器等を含む駆動電圧
発生装置によって、第１の電極１２ａに、第１の交流電
圧が印加される。また、第２の電極１２ｂに、第１の交
流電圧とは電気的に位相が（π／２）だけ異なる第２の
交流電圧が駆動電圧発生装置によって、印加される。裏
面の第３の電極１２ｃは、ＧＮＤ電位になるように接続
される。

【０００６】この振動子１０は、交流電圧の周波数を２
つの振動モードの共振周波数に近づけることによって、
２つのモードで共振し、径方向対称伸び振動と、非軸対
称面内振動とが同時に発生する。

【０００７】径方向対称伸び振動（Ｒ，１）は、図１１
（Ｃ）に示すように、振動子１０の外周形状の中心位置
とほぼ同じ位置であるＡ点を中心に放射方向（径方向）
に伸縮する振動であり、振動子の外周の位置Ｃ１，Ｃ２
点では、径方向の変位成分Ｕｒが発生する。また、非軸
対称面内振動（（１，１））は、図１１（Ｄ）に示すよ
うに、Ｂ１，Ｂ２点を節として、破線で示すように、同
一面内で左右に潰れる（ひしゃげる）ような変形を、繰
り返す屈曲振動であり、Ｃ１，Ｃ２点では、矢印方向の
変位成分Ｕθが発生する。そして、振動子１０は、Ｃ
１，Ｃ２点（駆動力取出部）の位置に、２つの振動が合
成された変位として、図１１（Ａ）に示すような楕円運
動が発生する。

【０００８】（振動アクチュエータの動作）上述のよう
な２つの振動モードが同時に発生するので、Ｃ１，Ｃ２
点（駆動力取出部）の位置で楕円運動が発生する。この
Ｃ１，Ｃ２点の位置で振動子１０を相対運動部材３０に
加圧・接触させると、相対運動部材３０の移動方向に摩
擦力が発生し、相対運動部材３０の直進駆動力を得るこ
とができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の振動アクチュエ
ータは、前述したような振動モードを利用しているの
で、振動変位が原理上面内にのみ存在しているために、
小型で薄型の駆動装置を実現することができる。しか
し、この振動アクチュエータは、バッテリ駆動により動
作する小型携帯用電子機器等に応用することを考える
と、駆動電圧をなるべく低く抑える必要がでてくる。特
に、今日の携帯用電子機器は、バッテリの小型化に伴
い、搭載される回路用電源を低電圧化する傾向があり、
その要求は、ますます高まっている。

【００１０】この問題を解決するために、振動アクチュ
エータを励振する電気機械エネルギー変換素子を薄くす
ることによって、駆動電圧を低くすることが考えられる
が、電気機械エネルギー変換素子の強度が不足するとい
う別の問題が発生する。また、強度が十分なだけの電気
機械エネルギー変換素子を貼り合わせることも考えられ
るが、コスト高になってしまう。さらに、金属板と電気
機械エネルギー変換素子とを貼り合わせる方法もある
が、バイモルフ効果により、駆動に不必要な面外曲げ振
動が発生してしまうという問題がある。

【００１１】本発明の課題は、十分な剛性があり、駆動
電圧に対して、効率のよい駆動ができ、しかも、低電圧
で高トルクの駆動が可能になるようにし、また同時に、
簡単かつ安価な構造で小型化が図れる振動アクチュエー
タを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の解決手
段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にす
るために、後述する実施形態に対応する符号を付して説
明するが、これに限定されるものではない。請求項１の
発明は、放射方向に伸縮する径方向対称伸び振動モード
と、同一面内で非軸対称に屈曲する非軸対称面内振動モ
ードとを同時に発生する振動子（４０）と前記振動子に
対して相対的に移動可能にある相対運動部材（３０）と
を有し、前記振動子と前記相対運動部材とを相対的に運
動させる振動アクチュエータにおいて、前記振動子は、
２つの電気機械エネルギー変換素子（４１ａ，４１ｂ）
とそれらの電気機械エネルギー変換素子の間に設けられ
る弾性部材（４１ｃ）とからなる積層構造を、少なくと
も１組備えること、を特徴とする振動アクチュエータで
ある。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１に記載の振動
アクチュエータにおいて、前記振動子（４０）を構成す
る前記電気機械エネルギー変換素子（４１ａ，４１ｂ）
及び前記弾性部材（４１ｃ）は中空の円盤形状を有し、
前記弾性部材の外周又は内周の少なくとも一部に前記振
動子を支持するための支持部材（４１ｃ−１，４１ｃ−
３）を設けること、を特徴とする振動アクチュエータで
ある。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１に記載の振動
アクチュエータにおいて、前記振動子（４０）を構成す
る前記電気機械エネルギー変換素子（４１ａ，４１ｂ）
及び前記弾性部材（４１ｃ）は、円盤形状を有し、前記
弾性部材の外周に突き出すように形成された、前記振動
子に発生する振動から得られる駆動力を取り出す駆動力
取出部（４１ｃ−５）を備えること、を特徴とする振動
アクチュエータである。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１に記載の振動
アクチュエータにおいて、前記弾性部材（４１ｃ）の厚
さ（ｔ２）は、前記電気機械エネルギー変換素子の厚さ
（ｔ１）と等しいか又はそれ以上であること、を特徴と
する振動アクチュエータである。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１に記載の振動
アクチュエータにおいて、各々の前記電気機械エネルギ
ー変換素子（４１ａ，４１ｂ）は、位相の異なる交流電
圧を入力する複数の電極（４２ａ，４２ｂ）を有し、前
記弾性部材（４１ｃ）を挟持した各々の前記電気機械エ
ネルギー変換素子の前記電極の配置位置は、前記弾性部
材に対して対称性を有していること、を特徴とする振動
アクチュエータである。

【００１７】請求項６の発明は、請求項５に記載の振動
アクチュエータにおいて、各々の前記電気機械エネルギ
ー変換素子（４１ａ，４１ｂ）の前記弾性部材（４１
ｃ）に対して対称的な位置に配置された電極（４２ａ，
４２ｂ）は、同位相の信号が入力されること、を特徴と
する振動アクチュエータである。

【００１８】請求項７の発明は、前記振動子（４０Ｅ，
４０Ｆ）を構成する前記電気機械エネルギー変換素子
（４１ａ，４１ｂ）及び弾性部材（４８，４９）は、中
空の円盤形状を有し、更に前記振動子の外周及び／又は
前記振動子の中空部分における内周に前記振動子を前記
相対運動部材に加圧する加圧部材（４８ｂ、４９ｂ）を
有したこと、を特徴とする請求項１に記載の振動アクチ
ュエータである。

【００１９】請求項８の発明は、前記加圧部材（４８
ｂ，４９ｂ）は、前記弾性部材（４８，４９）と同一部
材で形成されていること、を特徴とする請求項７に記載
の振動アクチュエータである。

【００２０】請求項９の発明は、請求項７又は８に記載
の振動アクチュエータにおいて、前記加圧部材（４８
ｂ，４９ｂ）は、前記振動子の支持を兼ねること、を特
徴とする振動アクチュエータである。

【００２１】請求項１０の発明は、請求項８に記載の振
動アクチュエータにおいて、前記加圧部材（４８ｂ，４
９ｂ）は、前記弾性部材（４８，４９）の一部から突出
した部分からなり、前記突出した部材の弾性力により、
前記振動子（４０Ｅ，４０Ｆ）を相対運動部材（３０）
に加圧すること、を特徴とする振動アクチュエータであ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳しく説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明による振動アクチュエ
ータの第１実施形態の振動子を示す図であって、図１
（Ａ）は、表面から見た図、図１（Ｂ）は、側面図、図
１（Ｃ）は、裏面から見た図である。第１実施形態の振
動アクチュエータでは、振動子４０は、電気機械エネル
ギー変換素子である同一厚さ（ｔ１）の圧電セラミック
ス４１ａ，４１ｂと、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂ
の間に設けられる共振先鋭度の大きい弾性部材である金
属板４１ｃとからなる。これらの圧電セラミックス４１
ａ，４１ｂと金属板４１ｃとは、接着剤などで導電性を
有しながら貼り合わされている。なお、圧電セラミック
ス４１ａ，４１ｂ及び金属板４１ｃは、中空部分を有し
た円盤形状を有しており、（Ｒ，１）（（１，１））の
振動モードがほぼ同じ共振周波数を有する様に寸法が決
められている。

【００２３】２つの圧電セラミックス４１ａ，４１ｂの
両面には、電極が設けられている。金属板４１ｃ側の電
極（不図示）は、共に全面電極となっている。その反対
側の電極は圧電セラミックス４１ａ，４１ｂを直径方向
で全体をほぼ２分するように分割された電極４２ａ，４
２ｂとなっている。そして、圧電セラミックス４１ａ，
４１ｂの電極４２ａ，４２ｂは、弾性部材に対して対称
的な位置になる様に、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂ
のそれぞれに貼り合わされており、更に、圧電セラミッ
クス４１ａ，４１ｂは、その反対側の面が金属板４１ｃ
に貼り合わされている。つまり、電極４２ａ，４２ｂ
は、金属板４１ｃを挟持している２つの圧電セラミック
ス４１ａ，４１ｂの積層方向に重なる位置で、分割の向
きがほぼ一致している。金属板４１ｃは、振動子４０に
十分な強度をもたせるために、その厚さｔ２が圧電セラ
ミックス４１ａ，４１ｂの厚さｔ１と等しいか又はそれ
以上であることか望ましい。この実施形態では、ｔ２＞
ｔ１としてある。

【００２４】また、中央の金属板４１ｃの電極４２ａ，
４２ｂの境界部分近傍の側面には、耐摩耗性を有する樹
脂などで形成した摺動材４３が貼付されている。図２
は、図１の振動アクチュエータの駆動回路を示すブロッ
ク図である。この駆動回路５０において、発振回路部５
１は、振動アクチュエータの駆動周波数を出力する回路
部である。この発振回路部５１は、図示しない制御回路
部からの速度制御電圧により、駆動周波数が変化させら
れる電圧可変発振回路（ＶＣＯ）となっている。

【００２５】移相器５２は、発振回路部５１からの信号
が入力され、発振回路部５１から出力された信号に対し
て９０°位相が異なる駆動信号を生成する回路である。
電力増幅部５３ａ，５３ｂは、発振回路部５１からの出
力（Ａ相）と、移相器５２からの出力（Ｂ相）とが、そ
れぞれ入力され、駆動に必要な電力を得る。そして、電
力増幅部５３ａ，５３ｂの出力は、圧電セラミックス４
１ａ，４１ｂの電極４２ａ，４２ｂに、それぞれ供給さ
れることになる。この様にして、振動子４０を励振させ
て、径方向対称伸び振動モード（Ｒ，１）と非軸対称面
内振動モード（（１，１））が発生する。よって、摺動
材４３が設けられた部分では、楕円運動が発生し、図示
されていない相対運動部材を加圧・接触させることで振
動子と相対運動部材とを相対的に移動させることができ
る。

【００２６】以上のように、２枚の圧電セラミックス４
１ａ，４１ｂで金属板４１ｃを挟持し接着するので、振
動子４０の表裏面が対称な構造になり、駆動に不必要な
面外の曲げ振動の発生を防止することができる。ひいて
は、振動アクチュエータを効率的に駆動することができ
る。圧電セラミックスを金属板の一方の面にのみに貼付
すると、圧電セラミックスが片側のみで変形するので、
振動子４０の表裏面での力のバランスがくずれてしま
い、金属板が湾曲するような面外の曲げ振動が発生し
て、所望の駆動力を得られなくなってしまうが、本発明
ではこの様なことを防ぐことができる。

【００２７】また、２枚の圧電セラミックス４１ａ，４
１ｂで金属板４１ｃを挟持するという３層の積層構造を
とることによって、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂを
薄くしても、振動子４０全体としては、十分な剛性が得
られる。また、振動アクチュエータを小型化する場合に
は、振動子４０を小型にすることとなり、振動子４０の
強度がしばしば問題になる。その場合、圧電セラミック
ス４２ａ，４２ｂの間に挟む金属板４１ｃの厚みを、圧
電セラミックス４２ａ，４２ｂと等しいか又は大きくす
るようにしたので、振動アクチュエータが容易に破損し
ないように、十分な強度を保つことができる。

【００２８】さらに、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂ
を薄型化することにより、駆動電圧の低電圧化が図れ
る。また、金属板４１ｃに対して対称的な位置関係にあ
る圧電セラミックス４１ａに設けられた電極４２ａと、
圧電セラミックス４１ｂに設けられた電極４２ａに同位
相の交流電圧を印加し、同様に圧電セラミックス４１ａ
に設けられた電極４２ｂと圧電セラミックス４１ｂに設
けられた電極４２ｂに同位相の電圧を印加しているの
で、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂのそれぞれの出力
が加算されることとなり、高いトルクの駆動力を得られ
る。更に、バイモルフ効果を防止することができる。

【００２９】（第２実施形態）次に、第２実施形態にお
ける振動アクチュエータについて説明する。図３は、本
発明による振動アクチュエータの第２実施形態の振動子
を示す図、図４は、第２実施形態による振動アクチュエ
ータを用いた駆動装置を示す全体図である。図３（Ａ）
は、振動子４０Ｂの上面図、図３（Ｂ）は振動子４０Ｂ
に支持棒４４ａ，４４ｂが設けられた時の側面図、図３
（Ｃ）は、振動子４０Ｂの下面図、図３（Ｄ）は、図３
（Ａ）及び図３（Ｃ）の一点鎖線ＡＡ’における断面図
であり、右半断面は、断面形状のみを示している。な
お、以下に説明する各実施形態では、第１実施形態と同
様な機能を有する部分には、同一の符号を付して、重複
する図面や説明を適宜省略する。

【００３０】なお、第２実施形態の振動子４０Ｂは、圧
電セラミックス４１ａ，４１ｂに挟まれている金属板４
１ｃを、固定支持のためにも使用している例である。

【００３１】この金属板４１ｃは、円板の中空部分にお
いて、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂよりも内側に突
出するような形状を有している。この部分を環状突出部
分４１ｃ−１とする。この環状突出部分４１ｃ−１に
は、固定支持用の孔４１ｃ−２が形成されており、振動
子４０Ｂを固定支持する場合には、この孔４１ｃ−２に
支持棒４４ａ，４４ｂを貫通させて、支持棒４４ａ，４
４ｂを後述する支持フレーム２３に固定する。なお、こ
の孔４１ｃ−２は、非軸対称面内振動モードを妨げない
ように、非軸対称面内振動モードにおける振動の節［図
１１（Ｄ）のＢ１，Ｂ２点］の近傍に設けることが望ま
しい。なお、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂの外径，
内径を適正に選ぶことにより、圧電セラミックス４１
ａ，４１ｂの厚みよりも、大きい金属板４１ｃを使用し
たときでも、本来の振動モードを失うことなく、励振さ
せることができる。

【００３２】このように、第２実施形態は、第１実施形
態の効果に加えて、強度のある金属板４１ｃに固定支持
部として、環状突出部分４１ｃ−１及び固定支持用の孔
４１ｃ−２を設けたので、外径が大きくならず、簡単か
つ確実に固定をすることができる。

【００３３】次に、この振動子４０Ｂを取り付けた駆動
装置２０の全体の構成について図４を用いて説明する。
図４（Ａ）は、駆動装置２０の正面図で、図４（Ｂ）
は、その側面図である。この駆動装置２０は、ベース部
材２１と、ベース部材２１に配置されたガイド部材２
２，２２と、ガイド部材２２，２２にガイドされて移動
可能に支持され、振動アクチュエータの振動子４０Ｂが
取付固定されている支持フレーム２３と、支持フレーム
２３を相対運動部材３０が設けられた方向に付勢する加
圧ばね２４，２４と、振動子４０Ｂの摺動材４３と接触
する位置で、相対運動部材３０を走行可能にガイドする
走行ガイド部材２５を備えている。

【００３４】振動子４０Ｂは、前述のように支持棒４４
ａ，４４ｂにより支持フレーム２３に固定されること
で、支持されている。振動子４０Ｂを支持している支持
フレーム２３は、相対運動部材３０の移動方向とはほぼ
垂直方向に設けられた二つのガイド部材２２にそって、
移動可能に支持されているため、振動子４０Ｂは、相対
運動部材３０に対してほぼ垂直に接近する事ができる。
そして、支持フレーム２３の両端には２つの加圧バネ２
４が設けられているので、この加圧バネ２４により振動
子４０Ｂが相対運動部材３０に加圧接触することができ
る。このようにして、振動子４０Ｂを相対運動部材３０
に加圧接触させながら、振動子４０Ｂに設けられた各電
極に所望の駆動信号を入力することで、相対運動部材３
０を駆動することが可能となる。

【００３５】次に第２実施形態の変形形態について説明
する。図５は、第２実施形態の変形形態を示す図であ
る。振動子４０Ｂ−２は、圧電セラミックス４１ａ，４
１ｂに挟まれている金属板４７を、固定支持と加圧機構
の一部にも使用している例である。この金属板４７は、
円板の外周部分において、圧電セラミックス４１ａ，４
１ｂよりも外側に全体が突出するような寸法形状を有し
ている。これを外周環状突出部分４７ａとする。さらに
外周環状突出部分４７ａの一部に支持腕部４７ｂが金属
板４７に形成され、その略対称の位置に、ばね掛け部４
７ｄも金属板４７に形成されている。

【００３６】支持腕部４７ｂの先端は、ピン状の固定具
４７ｃが設けられ、ベース部材２１に回転可能に金属板
４７が固定されている。また、ばね掛け部４７ｄには加
圧ばね２４−２が取り付けられており、この加圧バネ２
４−２の力により金属板４７と振動子４０Ｂ−２が固定
具４７ｃを中心に回動可能に支持される。なお、振動子
４０Ｂ−２の回動範囲内に相対運動部材３０が設けられ
ているので、加圧バネ２４−２の力を得て、外周環状突
出部分４７ａを摺動材として相対運動部材３０に振動子
４０Ｂ−２が加圧接触することができる。

【００３７】このように、金属板４７の一部を振動子４
０Ｂ−２の固定支持と、加圧機構の一部として用いるの
で、さらに簡単な構成にすることができる。

【００３８】（第３実施形態）図６は、本発明による振
動アクチュエータの第３実施形態の振動子を示す図であ
る。なお、図６（Ａ）は、振動子４０Ｃの上面図であ
り、図６（Ｂ）はその側面である。第３実施形態の振動
子４０Ｃは、第２実施形態の固定支持構造と異なり、金
属板４１ｃの外周の一部に、固定用の突出部４１ｃ−３
を形成して、この突出部４１ｃ−３に固定支持用の孔４
１ｃ−４を形成したものである。振動子４０Ｃを固定支
持する場合には、この孔４１ｃ−４に固定ねじ４５ａ，
４５ｂを貫通させて、支持フレーム２３にねじ止めする
ことで、振動子４０Ｃを固定する。

【００３９】このように、第３実施形態は、金属板４１
ｃの外周に固定支持部として、突出部４１ｃ−３及び固
定支持用の孔４１ｃ−４を設けたので、加工及び取付作
業が簡単である。また、駆動力を発生する振動モード
（非軸対称面内振動）に影響が少ない。

【００４０】（第４実施形態）図７は、本発明による振
動アクチュエータの第４実施形態の振動子を示す図であ
る。第４実施形態において、振動子４０Ｄは、金属板４
１ｃの電極４２ａと電極４２ｂの境界線上に駆動力を取
り出す駆動力取出部４１ｃ−５を形成したものである。
また、図示しない相対運動部材との摩擦面において、耐
久性が重視される場合には、耐摩耗性のある摺動材４３
を、駆動力取出部４１ｃ−５の摺動面に取り付けるよう
にするればよい。

【００４１】このように、第４実施形態は、強度のある
金属板４１ｃの先端部に駆動力取出部４１ｃ−５を一体
に取り付けたので、破損などを起こすことはない。ま
た、振動変位を拡大したい場合は、駆動力取出部４１ｃ
−５の長さを長くしたり、徐々に細くしたりすることに
より、容易に実現することができる。図８は、第４実施
形態の変形形態を示す図である。振動子４０Ｄ−２は、
先に示した振動子４０と同じ圧電セラミックス４１ａ，
４１ｂと、圧電セラミックス４１ａ，４１ｂの外径より
大きな径を有する金属板４６を使用したものである。

【００４２】金属板４６は、振動状態を維持しようとす
る弾性部材としての機能の他に、振動子４０に貼り付け
ていた摺動材としての機能も有する。すなわち、金属板
４６の外周部で、図示しない相対運動部材に当接するこ
とにより、振動子４０Ｄ−２と相対運動部材との相対的
な駆動を行う。この様にすることで、摺動材を用いなく
ても、圧電セラミックスが直接相対運動部材に接触され
ず、相対運動部材の摺動面が圧電セラミックスによって
荒されることを防ぐことができる。この場合、金属板４
６は、振動子４０Ｄ−２に十分な強度を持たせること
と、相対運動部材との摩擦係数、耐摩耗性等を考慮して
材料を選択する。

【００４３】このように、変形形態に示した振動子４０
Ｄ−２は、金属板４６を摺動材としても使用するので、
振動子の組立が容易になり、かつ、摺動部材の脱落など
も生じないので信頼性を高くすることができる。さらに
また、摺動材が一部突出することがないので、振動子の
形状が対称形状となり、励振される振動のバランスがよ
くなり、駆動の効率を向上させることができる。

【００４４】（第５実施形態）図９は、本発明による振
動アクチュエータの第５実施形態の振動子とその周辺部
を示す図である。図９（Ａ）は振動子４０Ｅの上面図で
あり、（Ｂ）はその側面図である。第５実施形態におい
て、振動子４０Ｅは、金属板４８に加圧部４８ｂと固定
支持部４８ｃを形成したものである。

【００４５】金属板４８は、弾性に富んだ材料を用いて
いる。そこで、金属板４８の一部を延設し、その延設し
た部分を折り曲げてバネ性を持たし、加圧部４８ｂと固
定支持部４８ｃを形成している。本実施形態では、リン
青銅を用いている。加圧部４８ｂは、振動子４０Ｅの加
圧力Ｆの方向に対して略直交する方向に対称に金属板４
８の一部を延長した部分であって、バネ性を得るため
に、２ヶ所の折り返し部分を有している。

【００４６】加圧部４８ｂの先端には、固定支持部４８
ｃが設けられており、ベース部材２１上に設けられたボ
ス６０ａに図示しない固定用のネジで固定されている。
ここで、加圧部４８ｂは、振動子４０Ｅの駆動力取り出
し部４８ｄにおいて所定の加圧力Ｆが生じるようにたわ
んだ状態になっている。また、金属板４８は、２枚の圧
電セラミックス４１ａ，４１ｂの全面電極に接している
ので、そのままアース用のリード電極の役割も果たして
いる。さらに、ベース部材２１は、振動子４０Ｅが載置
される部分にリブ６０ｂを設けた。このリブ６０ｂは相
対運動部材３０の移動にともなって、振動子４０Ｅが移
動しにくくなるようにするために設けた。なお、このリ
ブ６０ｂは、振動子４０Ｅの両側の面に設けても構わな
い。

【００４７】図１０は、第５実施形態の変形形態を示す
図である。図９で示した振動子４０Ｅは、金属板４８の
板厚が比較的厚い場合の例を示したが、図１０に示す振
動子４０Ｆは、金属板４９の板厚が比較的薄い場合の実
施形態である。金属板４９は、金属板４８と同様にリン
青銅を用いており、加圧部４９ｂは、振動子４０Ｆの加
圧力Ｆの方向に対して略直交する方向に対称に金属板４
９の一部を延長した部分であって、板厚方向（たわむ方
向）と加圧力Ｆの方向を略一致させるために、ねじり部
４９ｃにおいて、延設された金属板４９を９０度ねじっ
ている。加圧部４９ｂの先端には、固定孔４９ａが設け
られており、振動子４０Ｆは、この固定孔４９ａを用い
て、図示しない固定部に固定される。したがって、振動
子４０Ｆは振動子４０Ｆを支持する基板に固定すること
ができ、かつ加圧部４９ｂを変形した際に生ずる復元力
を利用して相対運動部材に加圧させることが可能とな
る。

【００４８】ところで、前述した従来の振動アクチュエ
ータは、図１１（Ｃ），（Ｄ）に示すように、２つの振
動モードの節の位置（Ａ点，Ｂ１，Ｂ２点）が異なるの
で、振動子の固定支持を強固に行うと、振動を抑制する
こととなり、駆動効率が低下するという問題があった。
特に、小型の振動アクチュエータでは、振動子が薄板で
あるので、ネジ等で強固に固定すると、破損する可能性
もある。逆に、固定支持は、緩やかな支持をして、ガタ
が生ずる場合には、位置決めの制御性の低下をきたし、
安定した駆動ができないという問題があった。一方、振
動子を相対運動部材に対して加圧接触させるために、従
来の振動アクチュエータでは、加圧機構を別途必要とし
ていたため、振動子が小型化されても、これに付随する
加圧機構を必要とするために、全体の小型化ができない
という問題もあった。

【００４９】しかしながら、このように、第５実施形態
では、金属板４８，４９を固定支持部と加圧力を発生す
る加圧部も兼ねるようにしたので、複雑な加圧装置を必
要とせずに、非常に薄い駆動装置を実現することができ
る。また、振動子４０Ｅ及び４０Ｆを弾性部材を介して
固定支持し、振動子４０Ｅ及び４０Ｆの振動を抑制する
ことがないので、駆動の効率を高くすることができ、し
かも、ガタなく支持するので、制御性も高くすることが
できる。

【００５０】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、種々の変形や変更が可能であって、そ
れらも本発明の均等の範囲内である。例えば、振動子４
０は、２枚の圧電セラミックス４１ａ，４１ｂで、金属
板４１ｃを挟む積層構造で説明したが、その積層構造を
２組以上設けてもよい。また、この場合に、各組の重な
り合う面の圧電セラミックスを１枚省略して、ｎ枚の金
属板の間及びその両側にｎ＋１枚の圧電セラミックスを
積層した構造であってもよい。なお、２枚の金属板で１
枚の圧電セラミックスを挟む積層構造が含まれていても
よい。

【００５１】また、電気機械エネルギー変換素子は、圧
電セラミックス等の圧電素子を例に説明したが、電歪素
子や磁歪素子を用いてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、弾性部材の両面を電気機械エネルギー変換素子で
挟持するようにしたので、振動子全体としての剛性が向
上すると共に、表裏の対称性により、不必要な面外の曲
げ振動を防止して、駆動電圧に対して、効率のよい駆動
が可能となった。また、振動子は、高剛性を保ちなが
ら、電気機械エネルギー変換素子の薄型化が図れるの
で、低電圧駆動が可能となり、しかも、両側の電気機械
エネルギー変換素子の電極の配置により、十分な出力が
得られる。さらに、強度のある弾性部材を用いるので、
振動子の固定支持や、駆動力取出部として利用すること
により、簡単な構成ながらも、優れた小型の駆動装置を
実現することができる。さらにまた、弾性部材の一部
を、その弾性を利用して加圧力を得るようにし、固定支
持部も兼ねたので、振動子の振動を抑制することなく、
かつ、ガタを生じることもない固定支持をしながら、加
圧力も得ることができ、効率よく、小型、特に薄型であ
って、制御性の高い振動アクチュエータを作製すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動アクチュエータの第１実施形
態の振動子を示す図である。

【図２】図１の振動アクチュエータの駆動回路を示すブ
ロック図である。

【図３】本発明による振動アクチュエータの第２実施形
態の振動子を示す図である。

【図４】第２実施形態による振動アクチュエータを用い
た駆動装置を示す図である。

【図５】第２実施形態の変形形態を示す図である。

【図６】本発明による振動アクチュエータの第３実施形
態の振動子を示す図である。

【図７】本発明による振動アクチュエータの第４実施形
態の振動子を示す図である。

【図８】第４実施形態の変形形態を示す図である。

【図９】第５実施形態の振動子とその周辺部を示す図で
ある。

【図１０】第５実施形態の変形形態を示す図である。

【図１１】径方向対称伸び振動モードと非軸対称面内振
動モードとを利用した振動アクチュエータの振動子の従
来例を示す図である。

【符号の説明】

４０，４０−２，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｂ−２，４０
Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ 振動子 ４１ａ，４１ｂ 圧電セラミックス ４１ｃ，４６，４７，４８，４９ 金属板 ４１ｃ−５，４８ｄ 駆動力取出部 ４２ａ，４２ｂ 電極 ４３ 摺動材 ４４ａ，４４ｂ 支持棒 ４５ａ，４５ｂ 固定ねじ ５０ 駆動回路 ５１ 発振回路部 ５２ 移相器 ５３ａ，５３ｂ 電力増幅器部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 忠雄 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 権田 常躬 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 菅谷 功 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 5D107 AA03 AA13 AA16 BB20 CC02 CC10 FF10 5H680 AA06 BB04 CC03 DD27 DD30 DD35 DD53 DD73

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射方向に伸縮する径方向対称伸び振動
   モードと、同一面内で非軸対称に屈曲する非軸対称面内
   振動モードとを同時に発生する振動子と前記振動子に対
   して相対的に移動可能にある相対運動部材とを有し、前
   記振動子と前記相対運動部材とを相対的に運動させる振
   動アクチュエータにおいて、 前記振動子は、２つの電気機械エネルギー変換素子とそ
   れらの電気機械エネルギー変換素子の間に設けられる弾
   性部材とからなる積層構造を、少なくとも１組備えるこ
   と、を特徴とする振動アクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の振動アクチュエータに
   おいて、 前記振動子を構成する前記電気機械エネルギー変換素子
   及び前記弾性部材は中空の円盤形状を有し、 前記弾性部材の外周又は内周の少なくとも一部に前記振
   動子を支持するための支持部材を設けること、を特徴と
   する振動アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の振動アクチュエータに
   おいて、 前記振動子を構成する前記電気機械エネルギー変換素子
   及び前記振動子は、円盤形状を有し、 前記弾性部材の外周に突き出すように形成された、前記
   振動子に発生する振動から得られる駆動力を取り出す駆
   動力取出部を備えること、を特徴とする振動アクチュエ
   ータ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の振動アクチュエータに
   おいて、 前記弾性部材の厚さは、前記電気機械エネルギー変換素
   子の厚さと等しいか又はそれ以上であること、を特徴と
   する振動アクチュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の振動アクチュエータに
   おいて、 各々の前記電気機械エネルギー変換素子は、位相の異な
   る交流電圧を入力する複数の電極を有し、前記弾性部材
   を挟持した各々の前記電気機械エネルギー変換素子の前
   記電極の配置位置は、前記弾性部材に対して対称性を有
   していること、を特徴とする振動アクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の振動アクチュエータに
   おいて、 各々の前記電気機械エネルギー変換素子の前記弾性部材
   に対して対称的な位置に配置された電極は、同位相の信
   号が入力されること、を特徴とする振動アクチュエー
   タ。
7. 【請求項７】 前記振動子を構成する前記電気機械エネ
   ルギー変換素子及び弾性部材は、中空の円盤形状を有
   し、 更に前記振動子の外周及び／又は前記振動子の中空部分
   における内周に前記振動子を前記相対運動部材に加圧す
   る加圧部材を有したこと、 を特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
8. 【請求項８】 前記加圧部材は、前記弾性部材と同一部
   材で形成されていること、 を特徴とする請求項７に記載の振動アクチュエータ。
9. 【請求項９】 請求項７又は８に記載の振動アクチュエ
   ータにおいて、 前記加圧部材は、前記振動子の支持を兼ねること、 を特徴とする振動アクチュエータ。
10. 【請求項１０】 請求項８に記載の振動アクチュエータ
    において、 前記加圧部材は、前記弾性部材の一部から突出した部分
    からなり、前記突出した部材の弾性力により、前記振動
    子を相対運動部材に加圧すること、 を特徴とする振動アクチュエータ。