JPH0919173A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト増加を伴うことなく、弾性体と相対運
動部材との間で確実に相対運動を行うことができる超音
波アクチュエータを提供する。 【解決手段】 圧電体２２を備える弾性体２１と，弾性
体に加圧接触される相対運動部材２３とを備える超音波
アクチュエータ２０において、圧電体取付面側から弾性
体２１に係合し、弾性体２１の幅方向について弾性体２
１を位置規制する支持部材２４を備える。相対運動の
際、弾性体２１は支持部材２４により位置規制されるた
め、相対運動部材２３はガイド機能がない平板状でよ
く、摺動面２３ｃの研磨作業が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換素子
により弾性体を振動し、複数の振動モードを調和的に発
生させて弾性体表面に楕円運動を発生させることによ
り、弾性体に接触する相対運動部材との間で相対運動を
発生させる振動アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】振動アクチュエータは、高トルク，良好
な制御性，高保持力さらには静粛性などの特徴を有して
おり、円環型とリニア型とに大別される。円環型のアク
チュエータは、カメラのＡＦ用モータなどに用いられて
いる。また、リニア型のアクチュエータは、以下のよう
な構造のものが知られている。図１２は、リニア型振動
アクチュエータの従来例を示す説明図である。

【０００３】従来のリニア型振動アクチュエータは、棒
状弾性体１０１の一端側に加振用の変成器１０２が配置
され、他端側に制振用の変成器１０３が配置される。各
変成器１０２，１０３には、それぞれ振動子１０２ａ，
１０３ａが接合される。加振用の振動子１０２ａに発振
器１０２ｂから交流電圧を印加して棒状弾性体１０１を
振動させ、この振動が棒状弾性体１０１を伝搬すること
により進行波となる。この進行波により、棒状弾性体１
０１に加圧接触された相対運動部材１０４が駆動され
る。

【０００４】一方、棒状弾性体１０１の振動は、制振用
の変成器１０３を通じて振動子１０３ａに伝えられ、こ
の振動子１０３ａによって振動エネルギーが電気エネル
ギーに変換される。この振動子１０３ａに接続された負
荷１０３ｂにより電気エネルギーを消費することにより
振動を吸収する。この制振用の変成器１０３により、棒
状弾性体１０１の端面における反射を抑制して、棒状弾
性体１０１の固有モードの定在波の発生を防いでいる。

【０００５】図１２のリニア型振動アクチュエータは、
相対運動部材１０４の移動範囲だけ、棒状弾性体１０１
の長さが必要であり、その棒状弾性体１０１の全体を加
振しなければならず、装置が大型化するとともに、固有
モードの定在波の発生を防止するために、制振用の変成
器１０３が必要となるという問題があった。

【０００６】このような問題を解決するために、自走式
の振動アクチュエータが種々提案されており、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」に記載されている「異形縮退縦Ｌ１−
屈曲Ｂ４モード・平板モータ」が知られている。

【０００７】図１３は、異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モー
ド・平板モータの従来例を示す模式図であって、図１３
（Ａ）は正面図，図１３（Ｂ）は側面図，図１３（Ｃ）
は平面図である。

【０００８】弾性体１は、矩形平板状の基礎部１ａと，
その基礎部１ａの一方の平面に突起状に形成された二つ
の駆動力取出部１ｂ，１ｃとから構成されている。圧電
体２，３は、弾性体１の基礎部１ａの他方の平面にそれ
ぞれ貼付され、駆動電圧を印加されることにより励振
し、弾性体１に縦振動Ｌ１モードと屈曲振動Ｂ４モード
とを発生させる素子である。

【０００９】駆動力取出部１ｂ，１ｃは、弾性体１の一
方の平面における屈曲振動Ｂ４モードの腹となる部分に
設けられており、図示しない加圧機構により例えばガイ
ドレールといった図示しない相対運動部材に適宜圧力で
押し付けられる。

【００１０】この図１３に示す振動アクチュエータは、
弾性体１に生じる縦振動Ｌ１モード及び屈曲振動Ｂ４モ
ードそれぞれの固有振動数が非常に近い値になるように
設計されており、２つの固有振動数に近い周波数の交流
電圧を圧電体２，３に印加することにより二つの振動モ
ードを調和させて、弾性体１に楕円運動を発生させる。
発生した楕円運動は、駆動力取出部１ｂ，１ｃを介して
推力として取り出され、相対運動部材との間で相対運動
を生じる。

【００１１】図１４は、前述の「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」に記載
されている、図１３に示す振動アクチュエータを組み込
んだ駆動装置の構成を示す説明図であり、図１４（Ａ）
は正面図，図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）におけるＡ−Ａ
断面図である。

【００１２】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すよう
に、図１３に示す振動アクチュエータは、縁部にガイド
用フランジ５ａ及び５ｂを有する断面Ｈ型のガイドレー
ル５の摺動面５ｃに駆動力取出部１ｂ及び１ｃが接する
ようにして、支持板６により押圧されている。

【００１３】支持板６には、コイルばね７，このコイル
ばね７を保持する皿付ボルト８及び皿付ボルト８の一端
に螺合するナット９から構成される加圧力調整機構１０
が設けられ、さらに、支持板６の他端はリニアガイド１
１に固設される。

【００１４】図１４（Ｂ）に示すように、断面矩形のリ
ニアガイド１１の略中央部には、相対運動方向（図１４
（Ａ）の左右方向）と同一方向に向けて貫通孔１１ａが
穿設されており、この貫通孔１１ａに、相対運動方向と
同一方向に向けて延設された断面円形のガイド１２が摺
動自在に設置され、このガイド１２はガイドレール５と
ともに、端部においてエンドプレート１３，１４に接続
されている。

【００１５】図１４において、振動アクチュエータ４の
圧電体２，３に駆動電圧を印加されると、駆動力取出部
１ｂ，１ｃに楕円運動が生じ、弾性体１は支持板６によ
りガイドレール５の摺動面５ｃに向けて加圧されなが
ら、前述の相対運動方向に向けて相対運動を行う。すな
わち、弾性体１は、駆動力取出部１ｂ，１ｃと摺動面５
ｃとの間に生じる摩擦力により、固定・圧着されてい
る。

【００１６】ところで、図１４に示す振動アクチュエー
タ４を用いた駆動装置では、弾性体１はリニアガイド１
１に対して摩擦力だけで圧着されている。そのため、リ
ニアガイド１１に対する取付性が悪く、弾性体１の直進
性が悪い場合にはガイドレール５から外れようとする方
向に運動する。また、起動開始時の振動アクチュエータ
４の設置向きがガイドレール５の延設方向と平行でない
場合にも、ガイドレール５から外れようとする方向に運
動する。

【００１７】そこで、図１４に示す駆動装置では振動ア
クチュエータ４がガイドレール５から外れることを防止
するために、ガイドレール５の縁部にガイド用フランジ
５ａ及び５ｂが設けてある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に、
振動アクチュエータを構成する弾性体の駆動力取出部に
駆動力として発生する振動の振幅は数ミクロン程度であ
る。したがって、図１４に示す駆動装置においても、振
動アクチュエータ４の駆動力取出部１ｂ，１ｃが摺動す
るガイドレール５の摺動面５ｃの表面粗さを数ミクロン
以下に管理したほうが振動アクチュエータ４の駆動特性
は向上する。

【００１９】したがって、図１４におけるガイドレール
５の摺動面５ｃは、例えば、ラップ盤に被研磨材を押し
付ける形で行われる鏡面ラップ等の研磨処理を行って仕
上げる必要がある。

【００２０】しかし、図１４に示す駆動装置のガイドレ
ール５の縁部には、前述したガイド用フランジ５ａ及び
５ｂが突設されているため、このガイド用フランジ５ａ
及び５ｂがラップ盤の研磨具と干渉してしまい、摺動面
５ｃを研磨することができない。

【００２１】そのため、ガイドレール５の摺動面５ｃを
研磨するためには、ラップ盤を用いずに手加工で研磨す
るか、あるいは断面溝型のガイドレール５に嵌合する孔
型の研磨ロールを製作しこの研磨ロールにより研磨する
といった必要があり、いずれにしても、摺動面５ｃの研
磨処理のためのコスト増加を回避できないという問題が
あった。

【００２２】本発明の目的は、コストの著しい増加を伴
うことなく、弾性体と相対運動部材との間で確実に相対
運動を行うことができる振動アクチュエータを提供する
ことである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するため、ガイドレールの縁部のガイド用フランジ
を廃止してガイドレールを平板状とすることにより摺動
面の研磨性を改善しようとする際に、ガイド用フランジ
の廃止により失われる振動アクチュエータの直進性を補
う支持部材を弾性体側に設けるものである。

【００２４】すなわち、請求項１の振動アクチュエータ
は、一方の平面に電気機械変換素子を接合される板状の
弾性体と，前記弾性体の他方の平面に加圧接触される相
対運動部材とを備え、前記電気機械変換素子の励振によ
り前記弾性体に、縦振動及び屈曲振動の合成振動であっ
て前記弾性体と前記相対運動部材との間に相対運動を発
生させる運動を生じる振動アクチュエータであって、前
記一方の平面側から前記弾性体に係合し、前記弾性体の
相対運動方向と交差する方向について前記弾性体を位置
規制する支持部材を備えることを特徴とする。

【００２５】請求項２の振動アクチュエータは、請求項
１の振動アクチュエータにおいて、前記支持部材が、前
記弾性体を相対運動方向の中央部の位置で位置規制する
ことを特徴とする。

【００２６】請求項３の振動アクチュエータは、請求項
１又は請求項２の振動アクチュエータにおいて、前記支
持部材が、前記弾性体の縁部又は内部において板厚方向
へ穿設された係合孔に係合する係合部を有することを特
徴とする。

【００２７】請求項４の振動アクチュエータは、請求項
１又は請求項２の振動アクチュエータにおいて、前記支
持部材が、前記弾性体の側面に設けられた突設部に板厚
方向へ穿設された係合孔に係合する係合部を有すること
を特徴とする。

【００２８】請求項５の振動アクチュエータは、請求項
１から請求項４までのいずれかの振動アクチュエータに
おいて、前記支持部材が、前記弾性体を前記相対運動部
材に向けて加圧することを特徴とする。

【００２９】請求項６の振動アクチュエータは、請求項
５の振動アクチュエータにおいて、前記支持部材が、前
記弾性体を相対運動方向の中央部の位置又は駆動力取出
部の設置位置で加圧することを特徴とする。

【００３０】請求項１の振動アクチュエータによれば、
一方の平面に電気機械変換素子を接合される板状の弾性
体と，前記弾性体の他方の平面に加圧接触される相対運
動部材とを備え、さらに、前記一方の平面側から前記弾
性体に係合し、前記弾性体の相対運動方向と交差する方
向について前記弾性体を位置規制する支持部材を備える
ため、相対運動の際に、この振動アクチュエータは前記
支持部材により、相対運動方向と交差する方向について
位置規制されて直進性が確保されるようになる。

【００３１】請求項２の振動アクチュエータは、請求項
１の振動アクチュエータにおいて、前記支持部材が前記
弾性体を相対運動方向の中央部の位置で位置規制するた
め、支持部材の形状によらずに、相対運動方向と交差す
る方向について位置規制されて直進性が確実に確保され
るようになる。

【００３２】請求項３の振動アクチュエータは、請求項
１又は請求項２の振動アクチュエータにおいて、前記支
持部材が前記弾性体の縁部又は内部において板厚方向へ
穿設された係合孔に係合する係合部を有するため、弾性
体の外形寸法の拡大をできるだけ抑制しながら、弾性体
を相対運動方向と交差する方向について位置規制して直
進性を確保できるようになる。

【００３３】請求項４の振動アクチュエータは、請求項
１又は請求項２の振動アクチュエータにおいて、前記支
持部材が、前記弾性体の側面に設けられた突設部に板厚
方向へ穿設された係合孔に係合する係合部を有するた
め、電気機械変換素子の面積減少を解消しながら、弾性
体を相対運動方向と交差する方向について位置規制して
直進性を確保できるようになる。

【００３４】請求項５の振動アクチュエータは、請求項
１から請求項４までのいずれかの振動アクチュエータに
おいて、前記支持部材が前記弾性体を前記相対運動部材
に向けて加圧するため、支持部材以外に加圧部材を別個
に設ける必要がなくなり、構造が簡素化されるようにな
る。

【００３５】請求項６の振動アクチュエータは、請求項
５の振動アクチュエータにおいて、前記支持部材が前記
弾性体を相対運動方向の中央部の位置又は駆動力取出部
の設置位置で位置規制するため、加圧による振動抑制が
できるだけ低減され、高効率で振動を生じるとともに支
持部材以外に加圧部材を別個に設ける必要がなくなり、
相対運動方向と交差する方向について位置規制されて直
進性が確保されるようになる。

【００３６】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明を実施形態に基づき詳細
に説明する。なお、以降の実施形態の説明は、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アク
チュエータを例にとって、行う。図１は、第１実施形態
の超音波アクチュエータに用いる弾性体の構造を示す斜
視図であり、図２は、この弾性体に係合する支持部材を
弾性体から外した状態で示す斜視図である。

【００３７】第１実施形態の超音波アクチュエータ２０
は、弾性体２１と，弾性体２１の一方の平面に接続され
る電気機械変換素子である圧電体２２と，弾性体２１の
他方の平面に設けられる駆動力取出部２１ｂ，２１ｃに
接触する相対運動部材２３と，弾性体２１の位置規制を
行う支持部材２４とにより構成される。

【００３８】弾性体２１は、平板状の基礎部２１ａと，
この基礎部２１ａの下面に突起状に設けられた駆動力取
り出しのための駆動力取出部２１ｂ，２１ｃとから構成
される。これらの駆動力取出部２１ｂ，２１ｃは、駆動
時に発生する屈曲振動の腹（振幅最大の部分）の位置に
設けられる。

【００３９】圧電体２２は、電気信号を機械的な変位に
変換する電気機械変換素子であり、本実施形態では、駆
動用圧電体２２ａ，２２ｂと振動モニタ用圧電体２２
ｐ，２２ｐ’とを備える。各圧電体２２ａ，２２ｂ，２
２ｐ，２２ｐ’は弾性体２１の上面に例えば接着により
装着される。

【００４０】なお、図示していないが、駆動力取出部２
１ｂ，２１ｃと相対運動部材２３との間の摺動抵抗を抑
制するために、駆動力取出部２１ｂ，２１ｃそれぞれの
底面に摺動材を貼付しておいてもよい。

【００４１】駆動用圧電体２２ａ，２２ｂは、電気的に
位相が９０度異なる交流電圧が印加されることにより、
弾性体２１に縦振動モード（本実施形態ではＬ１モー
ド）と屈曲振動モード（本実施形態ではＢ４モード）の
振動を発生させて、駆動力取出部２１ｂ，２１ｃにこれ
らの二つの振動モードの合成である楕円運動により駆動
力を発生させる。

【００４２】振動モニタ用圧電体２２ｐ，２２ｐ’は、
機械的変位を電気信号に変換する機械電気変換素子であ
り、弾性体２１に発生する振動の状態をモニタして後述
する制御回路４５に出力する。

【００４３】なお、図示していないが、弾性体２１はＧ
ＮＤ電位に接続されるのが一般的であり、その場合の電
極（共通電極）は、例えば、弾性体２１にリード線を半
田付けするか、又はリード線の付いた金属箔を弾性体２
１に接着することにより行えばよい。

【００４４】弾性体２１の基礎部２１ａの長手方向中央
部の両縁には、基礎部２１ａ及び圧電体２２ａ，２２ｂ
の厚さ方向に連通する断面半円形の係合孔２１ｄ及び２
１ｅが穿設されている。本実施形態では係合孔２１ｄ及
び２１ｅの断面形状は半円形としたが、これに限定され
るものではなく後述する支持部材２４と係合することが
できるものであればよい。例えば、矩形や三角形等の他
の断面形状であってもよい。

【００４５】図２に示すように、本実施形態の超音波ア
クチュエータ２０は、弾性体２１に設けられたこの係合
孔２１ｄ及び２１ｅにそれぞれ係合する係合部２４ｂ及
び２４ｃを設けられた支持部材２４を備える。

【００４６】支持部材２４は、矩形板状の支持部材本体
２４ａの底面両端側に、弾性体２１に設けられた係合孔
２１ｄ及び２１ｅの間隔と等間隔で配置された係合部２
４ｂ及び２４ｃを有しており、係合孔２１ｄ及び２１ｅ
に係合部２４ｂ及び２４ｃはそれぞれ嵌合する。

【００４７】このように、支持部材２４は、弾性体２１
の圧電体２２が設けられた側から弾性体２１に係合し、
弾性体２１の相対運動方向（図面上の両向き矢印方向）
と交差する方向である弾性体２１の幅方向について弾性
体２１を位置規制する。

【００４８】なお、本実施形態では、係合孔２１ｄ及び
２１ｅに係合部２４ｂ及び２４ｃが嵌まり合うように構
成したが、嵌まり合わせる必要があるものではなく、弾
性体２１を幅方向に位置規制できる程度に隙間を持って
緩やかに嵌合することで、弾性体２１の相対運動方向と
交差する方向について弾性体２１をある程度位置規制で
きるようにしてもよい。

【００４９】また、本実施形態では、支持部材２４の支
持部材本体２４ａは矩形板状としたが、かかる形態に限
定されるものでなく、二つの係合部２４ｂ及び２４ｃを
所定の間隔で支持できる部材であればよい。例えば、四
角柱状や円柱状等や後述する第３実施形態により示すよ
うな形状であってもよい。

【００５０】さらに、本実施形態では、支持部材２４を
弾性体２１に係合させると、支持部材２４の弾性体２１
側の平面が弾性体２１に接着された圧電体２２の反弾性
体側の平面に接触するため、支持部材２４により圧電体
２２を介して弾性体２１を相対運動部材２３側に向けて
加圧することができる。

【００５１】本実施形態では、加圧位置が弾性体２１の
長手方向の中央部であり、この位置は弾性体２１に生じ
る縦振動及び屈曲振動の共通の節となる位置であるた
め、加圧による振動抑制が最小限になり、駆動力を損な
うことなく加圧を行うことができる。

【００５２】このようにして、本実施形態により、弾性
体２１は支持部材２４により板幅方向へ位置規制される
ため、従来の技術では必要であった相対運動部材２３側
のガイド用フランジが不要となる。そのため、相対運動
部材２３をガイド用フランジが存在しない平板状とする
ことができ、相対運動部材２３の駆動力取出部２１ｂ，
２１ｃとの摺動面２３ａの研磨作業（例えばラップ処
理）を既存のラップ盤等により容易に行うことができ
る。

【００５３】図３は、図１及び図２に示す本実施形態の
超音波アクチュエータ２０の駆動回路の構成例を示すブ
ロック図である。

【００５４】発振器４１は、弾性体２１と圧電体２２と
から構成される振動体に、１次の縦振動と４次の屈曲振
動との合成振動を発生させるような周波数の信号を発振
するためのものである。発振器４１の出力は分岐して、
一方の出力は、増幅器４３によって増幅された後に、Ａ
相電圧として、駆動用圧電体２２ａの電極に入力され
る。また、分岐した他方の出力は、移相器４２に接続さ
れており、移相器４２によって、Ａ相電圧とはπ／２だ
け位相をずらしてＢ相電圧とした後に、増幅器４４を介
して、駆動用圧電体２２ｂの電極に入力される。

【００５５】制御回路４５は、振動モニタ用圧電体２２
ｐ，２２ｐ’の出力電圧が入力されており、予め設定さ
れていた基準電圧と比較して、ｐ，ｐ’端子の出力の方
が小さいときには周波数を低く、また、ｐ，ｐ’端子の
出力の方が大きいときには周波数を高くするように、発
振器４１を制御する。これにより、超音波アクチュエー
タの振動振幅が所定の大きさに保持される。

【００５６】図４は、図１ないし図３により示した超音
波アクチュエータ２０の動作を説明するための図であ
る。

【００５７】この超音波アクチュエータ２０は、駆動用
圧電体２２ａ，２２ｂに電気的に位相が９０度異なる交
流電圧を印加することにより、屈曲振動と縦振動との複
合振動を起こし、弾性体２１の駆動力取出部２１ｂ，２
１ｃの先端に楕円運動を発生させる。そして、弾性体２
１は、駆動用圧電体２２ａ，２２ｂが貼付してある面か
ら支持部材２４（図４では説明の便宜上省略している
が、図２における支持部材を意味する。）によって加圧
され、駆動力取出部２１ｂ，２１ｃを相対運動部材２３
に接触させ、駆動力を得る。

【００５８】なお、本実施形態では、駆動用圧電体２２
ａ，２２ｂは互いに極性が同一方向になるように分極さ
れ、印加される高周波電圧Ａ，Ｂはπ／２の時間的位相
差を有しているが、これに限定する必要があるものでは
なく、駆動用圧電体２２ａ，２２ｂの分極は互いに逆方
向であってもよい。

【００５９】図４（Ａ）は、超音波アクチュエータ２０
に入力される２相の高周波電圧Ａ，Ｂの時間的変化をｔ
₁ 〜ｔ₉ で示す。図４（Ａ）の横軸は、高周波電圧の実
効値を示す。図４（Ｂ）は、超音波アクチュエータ２０
の断面の変形の様子を示し、超音波アクチュエータ２０
に発生する屈曲振動の時間的変化（ｔ₁ 〜ｔ₉ ）を示
す。図４（Ｃ）は、超音波アクチュエータ２０の断面の
変形の様子を示し、超音波アクチュエータ２０に発生す
る縦振動の時間的変化（ｔ₁ 〜ｔ₉ ）を示す。図４
（Ｄ）は、超音波アクチュエータ２０の駆動力取出部２
１ｂ，２１ｃに発生する楕円運動の時間的変化（ｔ₁ 〜
ｔ₉ ）を示す。

【００６０】次に、本実施形態の超音波アクチュエータ
２０の動作を、時間的変化（ｔ₁ 〜ｔ₉ ）毎に説明す
る。

【００６１】時間ｔ₁ において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは正の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の正の電圧を発生する。図４（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ，Ｂによる屈曲運動は互いに打ち消
し合い、質点Ｙ１と質点Ｚ１とが振幅０となる。また、
図４（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振
動は伸張する方向に発生する。質点Ｙ２と質点Ｚ２とは
矢印で示されるように、節Ｘを中心にして最大の伸長を
示す。その結果、図４（Ｄ）に示すように、上記両振動
が複合され、質点Ｙ１と質点Ｙ２との運動の合成が質点
Ｙの運動となり、また、質点Ｚ１と質点Ｚ２との運動の
合成が質点Ｚの運動となる。

【００６２】時間ｔ₂ において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ｂは０となり、高周波電圧Ａは正の電圧
を発生する。図４（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ａに
よる屈曲運動が発生し、質点Ｙ１が負方向に振幅し、質
点Ｚ１が正方向に振幅する。また、図４（Ｃ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａによる縦振動が発生し、質点Ｙ２と
質点Ｚ２とが時間ｔ₁ のときよりも縮む。その結果、図
４（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合され、質点Ｙ
と質点Ｚとが時間ｔ₁ のときよりも左回りに移動する。

【００６３】時間ｔ₃ において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは正の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の負の電圧を発生する。図４（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ及びＢによる屈曲運動が合成されて
増幅され、質点Ｙ１が時間ｔ₂ のときよりも負方向に増
幅され、最大の負の振幅値を示す。質点Ｚ１が時間ｔ₂
のときよりも正方向に増幅され、最大の正の振幅値を示
す。また、図４（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ及び
Ｂによる縦振動が互いに打ち消しあい、質点Ｙ２と質点
Ｚ２とが元の位置に戻る。その結果として、図４（Ｄ）
に示すように、上記両振動が複合され、質点Ｙと質点Ｚ
とが時間ｔ₂ のときよりも左回りに移動する。

【００６４】時間ｔ₄ において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは０となり、高周波電圧Ｂは負の電圧
を発生する。図４（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ｂに
よる屈曲運動が発生し、質点Ｙ１は時間ｔ₃ のときより
も振幅が低下し、質点Ｚ１は時間ｔ₃ のときよりも振幅
が低下する。また、図４（Ｃ）に示すように、高周波電
圧Ｂによる縦振動が発生し、質点Ｙ２と質点Ｚ２が収縮
する。その結果、図４（Ｄ）に示すように、上記両振動
が複合され、質点Ｙと質点Ｚとが時間ｔ₃ のときよりも
左回りに移動する。

【００６５】時間ｔ₅ において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは負の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の負の電圧を発生する。図４（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ，Ｂによる屈曲運動は互いに打ち消
し合い、質点Ｙ１と質点Ｚ１とが振幅０となる。また、
図４（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振
動は収縮する方向に発生する。質点Ｙ２とＺ２とは矢印
で示されるように、節Ｘを中心にして最大の収縮を示
す。その結果として、図４（Ｄ）に示すように、上記両
振動が複合され、質点Ｙと質点Ｚとが時間ｔ₄ のときよ
りも左回りに移動する。

【００６６】時間ｔ₆ 〜ｔ₉ に変化するにしたがって、
上述の原理と同様に屈曲振動及び縦振動が発生し、その
結果、図４（Ｄ）に示すように、質点Ｙ及び質点Ｚが左
回りに移動し、楕円運動をする。

【００６７】以上の原理により、この超音波アクチュエ
ータは、駆動力取出部２１ｂ，２１ｃとの先端に楕円運
動を発生させ、駆動力を発生させる構成となっている。
したがって、駆動力取出部２１ｂ，２１ｃの先端を相対
運動部材２３に加圧すると、弾性体２１と相対運動部材
２３との間で相対運動が発生する。

【００６８】図５は、第１実施形態の超音波アクチュエ
ータ２０を用いた駆動装置の全体構成例を示す正面図で
あり、図６は、図５におけるＡ−Ａ断面図である。

【００６９】圧電体２２を表面に貼付された弾性体２１
と，この弾性体２１に設けられた駆動力取出部２１ｂ，
２１ｃに接触する相対運動部材であるレール２３と，弾
性体２１をレール２３へ向けて加圧する支持部材２４と
を備える本発明の超音波アクチュエータ２０は、矩形箱
型の段面形状を有するハウジング２５の一つの内面２５
ａと，これと対向する内面２５ｂにボルト２６ｃ及び２
６ｄにより固定される溝型の断面形状の第１のリニアガ
イド２６ａに支持される断面矩形の第２のリニアガイド
２６ｂとの間に、設置される。

【００７０】すなわち、矩形平面形状の支持部材２４の
上面の長手方向端部側には、ハウジング２５とハウジン
グ２５の上部外面に例えば図示するようにねじ止めによ
り設置された保持板２７ｂとに螺着されるとともに、支
持部材２４に螺着される加圧力調整用ねじ２７ａ−１，
２７ｂ−１と，加圧力調整用ねじ２７ａ−１，２７ｂ−
１に螺着されるとともにハウジング２５の内面２５ａ及
び支持部材２４間に螺着される加圧力調整板２８ａ，２
８ｂと，加圧力調整板２８ａ，２８ｂ及び支持部材２４
間に設置されるコイルスプリング２７ｃ−１，２７ｃ−
２（板ばねや皿ばね等であってもよい。）とにより構成
される加圧力調整機構２７が設けられており、加圧力調
整用ねじ２７ａ−１，２７ａ−２を回動させて加圧力調
整板２８ａ，２８ｂを上昇及び下降させることによりコ
イルスプリング２７ｃ−１，２７ｃ−２を伸縮させて支
持部材２４による弾性体２１への加圧力を調整する。

【００７１】なお、レール２３，リニアガイド２６ａ，
リニアガイド２６ｂそれぞれの両端部は、エンドプレー
ト２９ａ，２９ｂにより支持される。

【００７２】このように構成された駆動装置において圧
電体２２に高周波電圧を印加して弾性体２１に楕円振動
を発生させると、ハウジング２５が第１のリニアガイド
２６ａに固定されているために、超音波アクチュエータ
２０，ハウジング２５及びリニアガイドレール２６ａが
一体となって、レール２３及び第２のリニアガイド２６
ｂに対して、図面上左右方向に相対移動する。

【００７３】この際、弾性体２１は支持部材２４により
幅方向に位置規制されているため、超音波アクチュエー
タ２０はレール２３に対して一定方向に相対移動する。
また、レール２３の両縁部にはガイド用フランジが存在
せず平板状であるために、例えば既存のラップ盤等によ
り摺動面２３ａの研磨を極めて容易に行って所定の表面
粗さとすることができる。

【００７４】（第２実施形態）図７は、第２実施形態の
超音波アクチュエータを示す斜視図である。なお、本実
施形態における支持部材は、第１実施形態の支持部材２
４と全く同一であるため、ここでの説明は省略する。ま
た、以降の各実施形態では、前述した実施形態と重複す
る部分の説明は適宜省略する。

【００７５】第２実施形態の超音波アクチュエータ２０
−１は、第１実施形態の超音波アクチュエータ２０と基
本的に同様に構成されるが、相違点は、電気機械変換素
子が一つの圧電体３１の表面に接地用電極（図示しな
い），駆動用電極３０ａ，３０ｂ及び振動モニタ用電極
３０ｐ，３０ｐ’に分極されて構成されている点であ
る。駆動用電極３０ａ，３０ｂには位相がπ／２異なる
交流電圧が印加され、振動モニタ用電極３０ｐ，３０
ｐ’は振動モニタ用圧電体の電極として用いられ、制御
回路に接続される。

【００７６】すなわち、弾性体２１の表面に例えば接着
等により装着される圧電体３１が本実施形態では１枚で
あるため、弾性体２１への圧電体３１の接着作業が簡単
になり、超音波アクチュエータ２０−１の製造が簡略化
されるという効果がある。

【００７７】（第３実施形態）図８は、第３実施形態の
超音波アクチュエータを示す斜視図である。第３実施形
態の超音波アクチュエータ２０−２は、基本的に第１実
施形態の超音波アクチュエータ２０と同様であるが、支
持部材２４−１の形状が変更されて、弾性体２１を相対
運動部材２３に加圧する位置が変更されている。

【００７８】すなわち、本実施形態における支持部材２
４−１は、第１実施形態の支持部材２４に、相対運動方
向へ向けて二つの延設部２４−１ａ，２４−１ｂが設け
られており、その端部は弾性体２１側に向けてフランジ
状に屈曲されている。

【００７９】延設部２４−１ａ，２４−１ｂのそれぞれ
の端部は、支持部材２４−１の係合部２４−１ｃ，２４
−１ｄを、弾性体２１の係合孔２１ｄ，２１ｅに嵌合さ
せることにより支持部材２４−１を弾性体２１に係合さ
せた場合に、弾性体２１の駆動力取出部２１ｂ，２１ｃ
の設置部直上に位置する圧電体２２に接触する位置であ
る。

【００８０】本実施形態の超音波アクチュエータ２０−
２によれば、弾性体２１の長手方向の中央部を支持する
とともに、駆動力取出部２１ｂ，２１ｃの設置部を加圧
するために加圧による弾性体２１の撓みが最小限に抑制
される。したがって、加圧力を増加して駆動力を高めよ
うとしても、駆動力取出部２１ｂ，２１ｃと相対運動部
材２３との接触状況が変化せず、弾性体２１を支持しな
がら確実に駆動力を高めることができる。

【００８１】（第４実施形態）図９は、第４実施形態の
超音波アクチュエータを示す斜視図である。第４実施形
態の超音波アクチュエータ２０−３では、第１実施形態
のように弾性体２１の縁部に係合孔２１ｄ及び２１ｅを
穿設するのではなく、弾性体２１の内部に係合孔２１ｄ
及び２１ｅを穿設する。

【００８２】第１実施形態に比較すると、弾性体２１の
寸法が一定である場合には、圧電体２２の寸法が小さく
なるが、比較的硬度が高い圧電体２２を穿孔する必要が
無くなるため、加工コスト及び加工工数をともに低減す
ることができる。

【００８３】図１０は、図９に示す超音波アクチュエー
タ２０−３を用いる駆動装置の構造を示す説明図であ
り、図１０（Ａ）は正面図であり、図１０（Ｂ）は図１
０（Ａ）中のＡ−Ａ断面図である。

【００８４】超音波アクチュエータ２０−３は、圧電体
２２を貼付された弾性体２１と，この弾性体２１に設け
られた駆動力取出部２１ｂ，２１ｃに接触する相対運動
部材であるレール２３と，弾性体２１をレール２３へ向
けて加圧する支持部材２４−１とを備えている。本実施
形態では、この超音波アクチュエータ２０−３が、断面
溝型のハウジング２５−１のひとつの内面２５−１ａ
と，これと対向する内面２５−１ｂに固定される断面溝
型の第１のリニアガイド３２ａに支持される第２のリニ
アガイド３２ｂの外面３２ｃとの間に、設置される。

【００８５】支持部材２４−１は、前述した図８と同様
に、支持部材２４−１の長手方向に加圧板３３ａ及び３
３ｂが相対運動方向に向けて延設されるとともにその端
部が下方に向けてフランジ状に屈曲している。この先端
部が圧電体２２を介して弾性体２１を駆動力取出部２１
ｂ，２１ｃの直上で加圧する。

【００８６】ハウジング２５−１のひとつの内面２５−
１ａには、２本のガイド棒３４ａ，３４ｂが摺動自在に
貫設されており、ガイド棒３４ａ，３４ｂの他端は支持
部材２４−１に固設されている。ガイド棒３４ａ，３４
ｂの周囲には２つのコイルスプリング３５ａ，３５ｂが
設けられており、コイルスプリング３５ａ，３５ｂのば
ね力により、支持部材２４−１を介して加圧板３３ａ及
び３３ｂを相対運動部材２３側へ向けて加圧する。

【００８７】すなわち、本実施形態では、支持位置は弾
性体２１の長手方向中央部であるが、加圧位置は駆動力
取出部の直上となっており、弾性体２１に生じる撓みを
最小限としながら弾性体２１の支持を確実に行うことが
できる。

【００８８】（第５実施形態）図１１は、第５実施形態
の超音波アクチュエータを示す斜視図である。なお、本
実施形態における支持部材は、第１実施形態の支持部材
２４と全く同一であるため、ここでの説明は省略する。

【００８９】本実施形態における超音波アクチュエータ
２０−４は、弾性体２１の縁部に嵌合孔２１ｄ及び２１
ｅを穿設するのではなく、弾性体２１の側面長さ方向の
中心部に弾性体２１の板厚と同じ厚さの直方体状の突設
部３６ａ，３６ｂを設け、この突設部３６ａ，３６ｂの
略中央部に係合孔２１ｄ，２１ｅを穿設する。

【００９０】この係合孔２１ｄ，２１ｅに支持部材２４
の係合部２４ｂ，２４ｃを嵌合させることにより、第１
実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実
施形態では、第１実施形態に比較して圧電体２２には一
切加工を行う必要が無くなり、製造コストの低減を図る
ことができる。

【００９１】（変形形態）以上説明した各実施形態に限
定されず、種々の変形や変更が可能であって、それらも
本発明に含まれる。

【００９２】例えば、各実施形態では、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アクチュエ
ータを例にとったが、本発明にかかる振動アクチュエー
タはこのような態様のみに限定されるものではなく、他
の振動域を利用した振動アクチュエータについても等し
く適用することが可能である。また、各実施形態の超音
波アクチュエータは、縦−屈曲複合振動を利用した超音
波アクチュエータを用いた例を示したが、例えばいわゆ
るＬ１−Ｂ２型等の他の原理によって駆動される超音波
アクチュエータを用いる場合でも本発明と同様の効果を
得ることができる。

【００９３】また、第１実施形態ないし第５実施形態に
おいては、電気機械変換素子として圧電体を利用した
が、これに限定されるものではなく圧電体の代わりに電
歪体や磁歪体等を用いることも可能である。なお、各実
施形態では、弾性体２１の駆動力取出部２１ｂ，２１ｃ
を突起状に形成したが、この突起は必ずしも必要でな
い。弾性体２１が平板状であっても、駆動時に発生する
屈曲振動の腹（振幅最大の部分）が駆動力取出部として
機能するため、この屈曲振動の腹の位置が相対運動部材
２３に所定の圧力で加圧されるように構成されていれば
よい。

【００９４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
振動アクチュエータは、一方の平面に電気機械変換素子
を接合される板状の弾性体と，前記弾性体の他方の平面
に加圧接触される相対運動部材とを備え、さらに、前記
一方の平面側から前記弾性体に係合し、前記弾性体の相
対運動方向と交差する方向について前記弾性体を位置規
制する支持部材を備えるため、相対運動の際に、この振
動アクチュエータは前記支持部材により、相対運動方向
と交差する方向について位置規制されて直進性が確保さ
れる。したがって、相対運動部材をガイド用フランジが
存在しない平板状とすることができ、摺動面の研磨作業
を既存のラップ盤を用いて低コストで行うことができ
る。

【００９５】請求項２の振動アクチュエータは、請求項
１の振動アクチュエータにおいて、前記支持部材が前記
弾性体を相対運動方向の中央部の位置で位置規制するた
め、支持部材の形状によらずに、相対運動方向と交差す
る方向について位置規制されて直進性が確実に確保され
る。したがって、相対運動部材をガイド用フランジが存
在しない平板状とすることができ、摺動面の研磨作業を
既存のラップ盤を用いて低コストで行うことができる。

【００９６】請求項３の振動アクチュエータは、請求項
１又は請求項２の振動アクチュエータにおいて、前記支
持部材が前記弾性体の縁部又は内部において板厚方向へ
穿設された係合孔に係合する係合部を有するため、弾性
体の外形寸法の拡大をできるだけ抑制しながら、弾性体
を相対運動方向と交差する方向について位置規制して直
進性を確保できる。したがって、相対運動部材をガイド
用フランジが存在しない平板状とすることができ、摺動
面の研磨作業を既存のラップ盤を用いて低コストで行う
ことができる。

【００９７】請求項４の振動アクチュエータは、請求項
１又は請求項２の振動アクチュエータにおいて、前記支
持部材が、前記弾性体の側面に設けられた突設部に板厚
方向へ穿設された係合孔に係合する係合部を有するた
め、電気機械変換素子の面積減少を解消しながら、弾性
体を相対運動方向と交差する方向について位置規制して
直進性を確保できる。したがって、相対運動部材をガイ
ド用フランジが存在しない平板状とすることができ、摺
動面の研磨作業を既存のラップ盤を用いて低コストで行
うことができる。

【００９８】請求項５の振動アクチュエータは、請求項
１ないし請求項４のいずれかの振動アクチュエータにお
いて、前記支持部材が前記弾性体を前記相対運動部材に
向けて加圧するため、支持部材以外に加圧部材を別個に
設ける必要がなくなり、構造が簡素化される。また、相
対運動部材をガイド用フランジが存在しない平板状とす
ることができ、摺動面の研磨作業を既存のラップ盤を用
いて低コストで行うことができる。

【００９９】請求項６の振動アクチュエータは、請求項
５の振動アクチュエータにおいて、前記支持部材が前記
弾性体を相対運動方向の中央部の位置又は駆動力取出部
の設置位置で位置規制するため、加圧による振動抑制が
できるだけ低減され、高効率で振動を生じるとともに支
持部材以外に加圧部材を別個に設ける必要がなくなり、
相対運動方向と交差する方向について位置規制されて直
進性が確保される。また、相対運動部材をガイド用フラ
ンジが存在しない平板状とすることができ、摺動面の研
磨作業を既存のラップ盤を用いて低コストで行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の超音波アクチュエータに用いる
弾性体を示す斜視図である。

【図２】第１実施形態の超音波アクチュエータの弾性体
に係合する支持部材を弾性体から外した状態で示す斜視
図である。

【図３】第１実施形態の超音波アクチュエータの駆動回
路の構成例を示すブロック図である。

【図４】第１実施形態の超音波アクチュエータの動作を
説明するための図である。

【図５】第１実施形態の超音波アクチュエータを用いた
駆動装置の全体構成例を示す正面図である。

【図６】図５におけるＡ−Ａ断面図である。

【図７】第２実施形態の超音波アクチュエータを示す斜
視図である。

【図８】第３実施形態の超音波アクチュエータを示す斜
視図である。

【図９】第４実施形態の超音波アクチュエータを示す斜
視図である。

【図１０】第４実施形態の超音波アクチュエータを用い
る駆動装置の構造を示す説明図であり、図１０（Ａ）は
正面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）中のＡ−Ａ
断面図である。

【図１１】第５実施形態の超音波アクチュエータを示す
斜視図である。

【図１２】リニア型振動アクチュエータの従来例を示す
説明図である。

【図１３】異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板モー
タの従来例を示す模式図であって、図１３（Ａ）は正面
図，図１３（Ｂ）は側面図，図１３（Ｃ）は平面図であ
る。

【図１４】図１４に示す振動アクチュエータを組み込ん
だ駆動装置の構成を示す説明図であり、図１４（Ａ）は
正面図，図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）におけるＡ−Ａ断
面図である。

【符号の説明】

２０，２０−１，２０−２，２０−３，２０−４ 超音
波アクチュエータ ２１ 弾性体 ２１ａ 基礎部 ２１ｂ，２１ｃ 駆動力取出部 ２１ｄ，２１ｅ 係合孔 ２２ 圧電体 ２２ａ，２２ｂ 駆動用圧電体 ２２ｐ，２２ｐ^' 振動モニタ用圧電体 ２３ 相対運動部材（レール） ２３ａ 摺動面 ２４，２４−１ 支持部材 ２４ａ 支持部材本体 ２４ｂ，２４ｃ 係合部 ２５，２５−１ ハウジング ２５ａ，２５ｂ，２５−１ａ，２５−１ｂ 内面 ２６ａ，２６ｂ リニアガイド ２６ｃ，２６ｄ ボルト ２７ 加圧力調整機構 ２７ａ−１，２７ａ−２ 加圧力調整用ねじ ２７ｂ 保持板 ２７ｃ−１，２７ｃ−２ コイルスプリング ２８ａ，２８ｂ 加圧力調整板 ２９ａ，２９ｂ エンドプレート ３０ａ，３０ｂ 駆動用電極 ３０ｐ，３０ｐ^' 振動モニタ用電極 ３１ 圧電体 ３２ａ，３２ｂ リニアガイド ３３ａ，３３ｂ 加圧板 ３４ａ，３４ｂ ガイド棒 ３５ａ，３５ｂ スプリング ３６ａ，３６ｂ 突設部 ４１ 発振器 ４２ 移相器 ４３，４４ 増幅器 ４５ 制御回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の平面に電気機械変換素子を接合さ
   れる板状の弾性体と，前記弾性体の他方の平面に加圧接
   触される相対運動部材とを備え、前記電気機械変換素子
   の励振により前記弾性体に、縦振動及び屈曲振動の合成
   振動であって前記弾性体と前記相対運動部材との間に相
   対運動を発生させる運動を生じる振動アクチュエータで
   あって、 前記一方の平面側から前記弾性体に係合し、前記弾性体
   の相対運動方向と交差する方向について前記弾性体を位
   置規制する支持部材を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に記載された振動アクチュエー
   タにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体を前記相対運動方向の中央
   部の位置で位置規制す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又は請求項２に記載された振動
   アクチュエータにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体の縁部又は内部において板
   厚方向へ穿設された係合孔に係合する係合部を有するこ
   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又は請求項２に記載された振動
   アクチュエータにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体の側面に設けられた突設部
   に板厚方向へ穿設された係合孔に係合する係合部を有す
   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、 前記支持部材は、前記弾性体を前記相対運動部材に向け
   て加圧す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に記載された振動アクチュエー
   タにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体を相対運動方向の中央部の
   位置又は駆動力取出部の設置位置で加圧することを特徴
   とする振動アクチュエータ。