JPH09205782A - 振動アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次元方向に駆動可能な振動アクチュエータ
においても、相対運動部材との間の効率のよい駆動力の
伝達を可能にする。 【解決手段】 弾性体１０１を励振することにより、そ
の弾性体１０１の所定位置に存在する駆動力取出部から
駆動力を取り出す振動アクチュエータ１０１と、振動ア
クチュエータの駆動力取出部に設けられた摺動部材１０
３ａ〜１０３ｄに接触し、回転自在に支持された球状物
体７２ａ〜７２ｄを有し、その球状物体の回転力を相対
運動部材９０に伝達する回転伝達装置７０とを含む。

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
タによって相対運動部材との間で相対運動を行なう振動
アクチュエータ駆動装置に関し、特に、２次元駆動が可
能な振動アクチュエータに好適な振動アクチュエータ駆
動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動アクチュエータは、駆動力取
出部と被駆動体（相対運動部材）とを加圧接触させて駆
動力を得ていたので、被駆動体が樹脂などの軟物質であ
る場合には、駆動力取出部から発生した駆動力を、十分
に被駆動体に伝達することができず、伝達効率が低下す
る、という問題があった。このような問題を解決するた
めに、特開平７−２２２４６７号では、振動アクチュエ
ータの駆動力を、ローラを介して、被駆動体に伝達する
構造が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した特開
平７−２２２４６７号の振動アクチュエータは、１次元
方向の移動をする場合しか想定しておらず、被駆動体を
２次元方向に駆動したい場合には、適用することができ
なかった。そこで、本発明は、２次元方向に駆動可能な
振動アクチュエータにおいても、相対運動部材との間の
効率のよい駆動力の伝達を可能にする振動アクチュエー
タ駆動装置を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、弾性体を励振することにより、
その弾性体の所定位置に存在する駆動力取出部から駆動
力を取り出す振動アクチュエータと、前記振動アクチュ
エータの駆動力取出部に接触し、回転自在に支持された
球状物体を有し、その球状物体の回転力を相対運動部材
に伝達する回転伝達部と、を含むようにしてある。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駆
動装置において、前記振動アクチュエータと前記回転伝
達部とを支持し、前記駆動力取出部と前記球状物体とを
加圧接触させる支持構造を備えたことを特徴とする。請
求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動ア
クチュエータ駆動装置において、前記振動アクチュエー
タは、異なる方向への駆動力を取り出し可能であること
を特徴とする。請求項４の発明は、請求項３に記載の振
動アクチュエータ駆動装置において、前記振動アクチュ
エータは、矩形平板状を呈し、所定位置に前記駆動力取
出部を有する弾性体と、この弾性体の前記矩形平板のい
ずれかの面に接合されて駆動電圧の印加により励振され
る電気機械変換素子とを備え、前記電気機械変換素子に
印加される第１の駆動電圧に応答して、前記弾性体に前
記駆動力取出部と前記球状物体との接触部を含む略平面
にほぼ平行な方向への縦振動と、前記略平面と交差する
方向への屈曲振動とを発生させて、前記駆動力取出部と
前記球状物体との間に第１の方向への相対運動を行わせ
る振動を生じさせ、前記電気機械変換素子に印加される
第２の駆動電圧に応答して、前記弾性体に前記駆動力取
出部と前記球状物体との接触部を含む略平面とほぼ平行
な方向への縦振動と、前記略平面と交差する方向への屈
曲振動とを発生させて、前記駆動力取出部と前記球状物
体との間に前記第１の方向と異なる第２の方向への相対
運動を行わせる振動を生じさせることを特徴とする。請
求項５の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータ
駆動装置において、前記振動アクチュエータは、円環状
に形成され、所定位置に前記駆動力取出部を有する弾性
体と、この弾性体のいずれかの面に接合された電気機械
変換素子とを備え、前記電気機械変換素子の励振によ
り、前記弾性体に、前記駆動力取出部と前記球状物体と
の接触部を含む略平面にほぼ平行な方向であって前記弾
性体を拡径方向及び縮径方向へ変位させる伸縮振動と、
前記略平面と交差する方向へ振幅する節円数ｍ個，節直
径数ｎ個の屈曲振動とを発生させて、前記駆動力取出部
と前記球状物体との間に相対運動を行わせる振動を生じ
させることを特徴としている。請求項６の発明は、請求
項３に記載の振動アクチュエータ駆動装置において、前
記振動アクチュエータは、円環状に形成され、所定位置
に前記駆動力取出部を有する弾性体と、この弾性体のい
ずれかの面に接合された電気機械変換素子とを備え、前
記電気機械変換素子の励振により、前記弾性体に、前記
駆動力取出部と前記球状物体との接触部を含む略平面に
ほぼ平行な方向であって前記弾性体を非軸対称方向へ変
位させる非軸対称振動と、前記略平面と交差する方向へ
振幅する節円数ｍ個，節直径数ｎ個の屈曲振動とを発生
させて、前記駆動力取出部と前記球状物体との間に相対
運動を行わせる振動を生じさせるを特徴としている。請
求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項
に記載の振動アクチュエータ駆動装置において、前記回
転伝達部は、小球を介在させることによって、前記球状
物体を回転自在に支持することを特徴とする。請求項８
の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載
の振動アクチュエータ駆動装置において、前記回転伝達
部は、前記オイルレスメタルを用いて、前記球状物体を
回転自在に支持することを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、図面などを参照して、実施形態
をあげて、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に
よる振動アクチュエータ駆動装置の第１実施形態を示す
展開斜視図である。振動アクチュエータ１００は、四隅
に存在する駆動力取出部に、励振による楕円運動を生す
ることにより、その駆動力取出部に接触する部材（球状
物体７２）に対して、２次元方向に相対運動を生じさせ
る超音波アクチュエータである。この振動アクチュエー
タ１００は、その構成及び駆動原理に関して、後述する
図２〜図４を参照しながら、詳しく説明する。

【０００６】支持構造６０は、固定板６１と、その固定
板６１の中心に略垂直に設けられた固定軸６２とからな
り、振動アクチュエータ１００と、回転伝達装置７０を
支持している。回転伝達装置７０は、四隅に取付孔７１
ａ〜７１ｄが形成された支持板７１と、その取付孔７１
ａ〜７１ｄに回転自在に挿入され、駆動力の伝達手段と
なる球状物体７２ａ〜７２ｄとを備えている。球状物体
７２ａ〜７２ｄは、振動アクチュエータ１００の駆動力
取出部に貼付された摺動部材１０３ａ〜１０３ｄに発生
する楕円運動を、２次元方向の直線運動に変換する。そ
して、上部にある被駆動体となる相対運動部材９０に駆
動力を伝達することによって、その相対運動部材９０を
２次元方向に移動させる。なお、この振動アクチュエー
タ駆動装置は、固定平面上などを相対運動部材９０とす
れば、自走式にすることができる。

【０００７】図２は、第１実施形態に係る振動アクチュ
エータを三角法で描いた平面図，側面図，正面図及び底
面図である。この実施形態の振動アクチュエータ１００
は、弾性体１０１と、電気機械変換素子１０２ａ〜１０
２ｄと、摺動部材１０３ａ〜１０３ｄ等とから構成され
ている。弾性体１０１は、平板状の部材であって、その
材質には、ステンレス若しくはアルミニウム合金等の金
属又はプラスチック等が用いられる。この実施形態で
は、弾性体１０１は、厚さがＨ、長さがＷｘ、幅がＷｙ
であるものとする。この弾性体１０１には、表面に４枚
の電気機械変換素子１０２ａ〜１０２ｄが、裏面に４個
の摺動部材１０３ａ〜１０３ｄがそれぞれ貼り付けられ
ている。

【０００８】電気機械変換素子１０２ａ〜１０２ｄは、
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する素子であ
り、例えば、ＰＺＴ等の圧電素子又はＰＭＮ等の電歪素
子等が用いられる。摺動部材１０３ａ〜１０３ｄは、球
状物体７２ａ〜７２ｄに接触する部分であって、弾性体
１０１から駆動力を取り出す部分に設けられている。こ
の摺動部材１０３ａ〜１０３ｄは、四ふっ化エチレン樹
脂（例えば、テフロン：デュポン社の商品名）や二硫化
モリブデン等を含有したプラスチック等が用いられる。

【０００９】この振動アクチュエータ１００は、電気機
械変換素子１０２ａ〜１０２ｄに周波電圧が印加される
と、弾性体１０１の摺動部材１０３ａ〜１０３ｄを貼り
付けた位置に楕円振動が発生し、摺動部材１０３ａ〜１
０３ｄは、球状物体７２に加圧接触しているために、そ
の球状物体７２を回転駆動させる。

【００１０】図３は、第１実施形態に係る振動アクチュ
エータ駆動装置の駆動回路を示すブロック図である。図
３において、１１１は入力周波数指示部、１１２は発振
器、１１３は移相指示部、１１４は移相器、１１５と１
１６は増幅器、１１７はＸ−Ｙ方向指示部、１１８〜１
２１はアナログスイッチである。

【００１１】この振動アクチュエータ１００は、球状物
体７２を（Ｘ）の（＋）方向に回転させたいときには、
まず、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７によって（Ｘ）を設定し
て、アナログスイッチ１１８と１２０をＯＮにし、アナ
ログスイッチ１１９と１２１をＯＦＦにして、電気機械
変換素子１０２ａと１０２ｃを一体的に、電気機械変換
素子１０２ｂと１０２ｄを一体的にそれぞれグループ化
する。

【００１２】次に、移相指示部１１３によって（＋）を
設定して、移相器１１４により＋π／２の移相を行う。
この状態において、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７から（Ｘ）
方向の駆動を入力周波数指示部１１１に指示すると、入
力周波数指示部１１１は発振器１１２に第１の周波数を
指示する。発振器１１２から第１の周波数信号が出力さ
れると、一方は、増幅器１１６によって増幅されて、電
気機械変換素子１０２ｂと１０２ｄとに入力される。他
方は、移相器１１４により＋π／２だけ移相された後
に、増幅器１１５によって増幅されて、電気機械変換素
子１０２ａと１０２ｃとに入力される。これにより、弾
性体１０１には、１次の縦振動と６次の屈曲振動とが発
生し、これらの２種類の振動が縮退して、弾性体１０１
の摺動部材１０３ａ〜１０３ｄを貼り付けた位置に楕円
振動が発生し、球状物体７２を（Ｘ）の（＋）方向に回
転運動させることになる。

【００１３】また、この振動アクチュエータ１００は、
球状物体７２を（Ｘ）の（−）方向に回転させたいとき
には、まず、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７によって（Ｘ）を
設定して、アナログスイッチ１１８と１２０をＯＮに
し、アナログスイッチ１１９と１２１をＯＦＦにして、
電気機械変換素子１０２ａと１０２ｃを一体的に、電気
機械変換素子１０２ｂと１０２ｄを一体的にそれぞれグ
ループ化する。

【００１４】次に、移相指示部１１３によって（−）を
設定して、移相器１１４によって−π／２の移相を行
う。この状態において、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７から
（Ｘ）方向の駆動を入力周波数指示部１１１に指示する
と、入力周波数指示部１１１は、発振器１１２に第１の
周波数を指示する。発振器１１２から第１の周波数信号
が出力されると、一方は、増幅器１１６によって増幅さ
れて、電気機械変換素子１０２ｂと１０２ｄとに入力さ
れる。他方は、移相器１１４により−π／２だけ移相さ
れた後に、増幅器１１５によって増幅されて、電気機械
変換素子１０２ａと１０２ｃとに入力される。これによ
り、弾性体１０１には、１次の縦振動と６次の屈曲振動
とが発生し、これらの２種類の振動が縮退して、弾性体
１０１の摺動部材１０３ａ〜１０３ｄを貼り付けた位置
に楕円振動が発生し、球状物体７２を（Ｘ）の（−）方
向に回転運動させることになる。

【００１５】さらに、この振動アクチュエータ１００
は、球状物体７２を（Ｙ）の（＋）方向に回転させたい
ときには、まず、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７によって
（Ｙ）を設定して、アナログスイッチ１１９と１２１を
ＯＮにし、アナログスイッチ１１８と１２０をＯＦＦに
して、電気機械変換素子１０２ａと１０２ｂを一体的
に、電気機械変換素子１０２ｃと１０２ｄを一体的にそ
れぞれグループ化する。

【００１６】次に、移相指示部１１３によって（＋）を
設定して、移相器１１４によって＋π／２の移相を行
う。この状態において、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７から
（Ｙ）方向の駆動を入力周波数指示部１１１に指示する
と、入力周波数指示部１１１は発振器１１２に第２の周
波数を指示する。発振器１１２から第２の周波数信号が
出力されると、一方は、増幅器１１６によって増幅され
て、電気機械変換素子１０２ｃと１０２ｄとに入力され
る。他方は、移相器１１４により＋π／２だけ移相され
た後に、増幅器１１５によって増幅されて、電気機械変
換素子１０２ａと１０２ｂとに入力される。これによ
り、弾性体１０１には、１次の縦振動と４次の屈曲振動
とが発生し、これらの２種類の振動が縮退して、弾性体
１０１の摺動部材１０３ａ〜１０３ｄを貼り付けた位置
に楕円振動が発生し、球状物体７２を（Ｙ）の（＋）方
向に回転運動させることになる。

【００１７】最後に、この振動アクチュエータ１００
は、球状物体７２を（Ｙ）の（−）方向に回転させたい
ときには、まず、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７によって
（Ｙ）を設定して、アナログスイッチ１１９と１２１を
ＯＮにし、アナログスイッチ１１８と１２０をＯＦＦに
して、電気機械変換素子１０２ａと１０２ｂを一体的
に、電気機械変換素子１０２ｃと１０２ｄを一体的にそ
れぞれグループ化する。

【００１８】次に、移相指示部１１３によって（−）を
設定して、移相器１１４によって−π／２の移相を行
う。この状態において、Ｘ−Ｙ方向指示部１１７から
（Ｙ）方向の駆動を入力周波数指示部１１１に指示する
と、入力周波数指示部１１１は発振器１１２に第２の周
波数を指示する。発振器１１２から第２の周波数信号が
出力されると、一方は、増幅器１１６によって増幅され
て、電気機械変換素子１０２ｃと１０２ｄとに入力され
る。他方は、移相器１１４により−π／２だけ移相され
た後に、増幅器１１５によって増幅されて、電気機械変
換素子１０２ａと１０２ｂとに入力される。これによ
り、弾性体１０１には、１次の縦振動と４次の屈曲振動
とが発生し、これらの２種類の振動が縮退して、弾性体
１０１の摺動部材１０３ａ〜１０３ｄを貼り付けた位置
に楕円振動が発生し、球状物体７２を（Ｙ）の（−）方
向に回転運動させることになる。

【００１９】球状物体７２が（Ｘ）の（＋）方向，
（Ｘ）の（−）方向，（Ｙ）の（＋）方向及び（Ｙ）の
（−）方向にそれぞれ回転した場合に、相対運動部材９
０は、図１に示した（Ａ）の（＋）方向，（Ａ）の
（−）方向，（Ｂ）の（＋）方向及び（Ｂ）の（−）方
向にそれぞれ移動する。

【００２０】図４は、第１実施形態に係る駆動装置の振
動アクチュエータをＸ方向とＹ方向にそれぞれ駆動する
原理を説明する図である。弾性体１０１の長さＷｘを Ｗｘ＝３２・π・Ｈ／（１２）^1/2 にすると、１次の縦振動の共振周波数ΩL1X は、弾性体
１０１の縦弾性係数をＥ、密度をρとしたときに、 ΩL1X ＝〔π・（Ｅ／ρ）^1/2 〕／（２・Ｗｘ） ＝〔（１２・Ｅ／ρ）^1/2 〕／（６４・Ｈ） となる。

【００２１】また、６次の屈曲振動の共振周波数ΩB6X
は、弾性体１０１の断面２次モーメントをＩ、断面積を
Ａとしたときに、 ΩB6X ＝〔１６・π・π・（Ｅ・Ｉ／ρ・Ａ）^1/2 〕／（Ｗｘ・Ｗｘ） ＝〔（１２・Ｅ／ρ）^1/2 〕／（６４・Ｈ） となり、１次の縦振動と６次の屈曲振動とが一致して縮
退することがわかる。従って、〔（１２・Ｅ／
ρ）^1/2 〕／（６４・Ｈ）の周波数を入力することによ
り、振動アクチュエータ１００は、球状物体７２をＸ方
向に回転させる。

【００２２】次に、弾性体１０１の幅Ｗｙを Ｗｙ＝７２・π・Ｈ／（１２）^1/2 にすると、１次の縦振動の共振周波数ΩL1Y は、弾性体
１０１の縦弾性係数をＥ、密度をρとしたときに、 ΩL1Y ＝〔π・（Ｅ／ρ）^1/2 〕／（２・Ｗｙ） ＝〔（１２・Ｅ／ρ）^1/2 〕／（１４４・Ｈ） となる。

【００２３】また、４次の屈曲振動の共振周波数ΩB4Y
は、弾性体１０１の断面２次モーメントをＩ、断面積を
Ａとしたときに、 ΩB4Y ＝〔１６・π・π・（Ｅ・Ｉ／ρ・Ａ）^1/2 〕／（Ｗｙ・Ｗｙ） ＝〔（１２・Ｅ／ρ）^1/2 〕／（１４４・Ｈ） となり、１次の縦振動と４次の屈曲振動とが一致して縮
退することがわかる。従って、〔（１２・Ｅ／
ρ）^1/2 〕／（１４４・Ｈ）の周波数を入力することに
より、振動アクチュエータ１００は、球状物体７２をＹ
方向に回転させる。

【００２４】当然ながら、Ｘ方向に駆動するための入力
周波数〔（１２・Ｅ／ρ）^1/2 ）〕／（６４・Ｈ）と、
Ｙ方向に駆動するための入力周波数〔（１２・Ｅ／ρ）
^1/2〕／（１４４・Ｈ）とは異なるので、Ｘ方向の駆動
とＹ方向の駆動とを選択することができる。

【００２５】なお、精度を高めるには、電気機械変換素
子１０２ａ〜１０２ｄや、摺動部材１０３ａ〜１０３ｄ
の取り付け位置等の影響も考慮して、共振周波数を求め
ればよい。

【００２６】本実施形態では、図４に示すように、摺動
部材１０３ａ〜１０３ｄは、４次の屈曲振動Ｂ４の振動
の腹位置と、６次の屈曲振動Ｂ６の振動の腹位置との交
点の位置に、Ｘ方向の駆動力取出部とＹ方向の駆動力取
出部とを共用するように配置してある。

【００２７】（第２実施形態）図５及び図６は、本発明
による振動アクチュエータ駆動装置の第２実施形態を示
す正面図及び展開斜視図である。なお、以下に説明する
各実施形態では、前述した第１実施形態と同様な機能を
果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を
適宜省略する。第２実施形態は、振動アクチュエータ１
００の支持構造及び回転伝達装置をより具体的にしたも
のである。回転伝達装置７０Ｂは、２枚のオイルレスメ
タルによって作製した支持板７３−１，７３−２と、４
個の球状物体７２とから構成されている。支持板７３−
１，７３−２は、図５（Ｂ）に示すように、それぞれ内
側の面が球状物体７２の直径よりもやや大きな直径であ
り、外側の面がその直径よりも小さな直径となるような
凹面をもつ孔が形成されており、球状物体７２を挿入し
て、それらを重ね合わせることにより、その球状物体７
２が抜け落ちないように回転自在に支持している。

【００２８】支持構造６０Ｂは、図５（Ａ）及び図６に
示すように、先端に鍔部６３ａを持ち、回転伝達装置７
０Ｂ及び振動アクチュエータ１００が挿入される固定軸
６３と、押さえ板６４ａ，コイルばね６４ｂ及びワッシ
ャ６４ｃとからなる加圧力調整機構６４が設けられてい
る。固定軸６３は、図６に示すように、他端が固定板６
１に取り付けられている。

【００２９】送り台８０は、支持板８１に球状物体８２
が回転自在に取り付けられており、相対運動部材９０
を、回転伝達装置７０Ｂの反対側から押さえている。

【００３０】（第３〜第５実施形態）図７は、第３〜第
５実施形態に係る振動アクチュエータ駆動装置の回転伝
達装置を示す図である。図７（Ａ）に示す第３実施形態
は、図５（Ｂ）の支持板７３−１を省いた構造であり、
支持板７４の孔と摺動材１０３とによって、球状物体７
３を押さえることができ、構造が簡単になる。

【００３１】図７（Ｂ）に示す第４実施形態において
は、支持板７５は、球状物体７２の周り（水平方向）
に、さらに小さな玉７５ａを二段に敷き詰めて枠体７５
ｂで保持するようにしたものであり、球状物体７２と点
で転がり接触することにより、支持板７５から生じる摩
擦を抑えている。また、球状物体７２と支持板７５との
摩擦によって生ずる磨耗粉の発生を防止することができ
る。

【００３２】図７（Ｃ）に示す第５実施形態において
は、支持板７６は、球状物体７２を支える薄いドーナツ
状板７６ａと、上下を逆にした場合に球状物体７２が転
がり落ちないように覆うカバー板７６ｂと、それらを固
定する押さえ板７６ｃを備えている。この構造は、球状
物体７２と支持板７６の接触面積を少なくすることによ
って、生じる摩擦を抑える利点がある。また、振動アク
チュエータ１００の摺動材１０３と、球状物体７２の接
触面の空間を密封することにより、摺動粉などが付着し
たり、外部へ飛散することを防止することができる。

【００３３】（第６実施形態）図８〜図１２は、第６実
施形態で用いる振動アクチュエータを示した図であっ
て、図８は振動アクチュエータの構成を示す模式図、図
９は弾性体と圧電素子とを示す斜視図、図１０は弾性体
を説明する線図、図１１は駆動力取出部材を説明する
図、図１２は動作を説明する線図である。

【００３４】本実施形態では、球状物体７２との接触面
を含む方向への伸縮振動と、この接触面に交差する方向
へ振幅する節円数ｍ個，節直径数ｎ個の屈曲振動との合
成振動を生じる弾性体として、Ｒ１−Ｂ₂₁モードを生じ
る弾性体を用いた。

【００３５】すなわち、この振動アクチュエータ１０
は、弾性体１１と，弾性体１１の上面に例えば接着によ
り接合された、電気機械変換素子である４枚の圧電素子
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂと，弾性体１１の下面
に突起状に形成された４個の駆動力取出部材３１〜３４
等から構成される。

【００３６】弾性体１１は、図９に示すように、円環状
の弾性部材であって、金属又はプラスチック等によって
作製される。この弾性体１１は、図１０に説明するよう
に、円環の寸法を設定することにより、伸縮運動（Ｒ１
モード：面方向への拡径及び縮径振動）と、２次の屈曲
振動（Ｂ₂₁モード）とを一致させることができる。本実
施形態では、弾性体１１の内側の孔の径ｂを調整するこ
とにより実現する。

【００３７】図１０の横軸は、図９に示す弾性体１１の
外径２ａと内径２ｂとの比ｙ＝ｂ／ａを示しており、０
の位置では孔が開いておらず、１に近づくにしたがって
孔が大きくなっていく。

【００３８】また、縦軸は、Ｂ₂₁モードの共振周波数ω
₂₁に対するＲ１モードの共振周波数ω₀₀の比、すなわち
ω₂₁／ω₀₀＝｛α₂₁／［２．０５・（３）^1/3 ］｝・
（ｈ／２ａ）を示す。

【００３９】ここで、図１０の曲線（Ａ）はＲ１モード
を示し、曲線（Ｂ），曲線（Ｃ）及び曲線（Ｄ）はＢ₂₁
モードを示し、ｈ（円板の板厚）／２ａ（円環の外径）
の値を、３／４０，２．５／４０，及び２／４０と異な
らせたものである。

【００４０】図１０から明らかなように、板厚ｈ＝２．
５ｍｍ，外径２ａ＝４０ｍｍの場合に、ｙ＝０．６付近
で縮退が可能である。本実施形態では、Ｒ１モードとＢ
₂₁モードとを縮退させる例で説明し、Ｒ１−Ｂ₂₁モード
のときの節円１１ａ及び節直径１１ｂが図８（Ａ）又は
図１１（Ａ）に示されている。

【００４１】圧電素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ
それぞれは、図９に示すように、四半円環状をしてお
り、ＰＺＴ等により作製される。圧電素子２１ａ，２１
ｂ，２２ａ，２２ｂは、図８（Ｂ）に示すように分極さ
れており、２相の入力電圧Ａ，Ｂが印加される。

【００４２】弾性体１１のもう一方の平面に突起状に形
成された駆動力取出部材３１〜３４は、弾性体１１の屈
曲振動と伸縮振動との合成振動により発生する楕円運動
を取り出す部分であり、球状物体７２を回転させる。駆
動力取出部材３１〜３４は、図８（Ａ）に示すように、
弾性体１１の下面であってその外縁部の４箇所に９０度
毎に設けられる。駆動力取出部材３１〜３４は、耐磨耗
性を向上させるために、先端部に窒化珪素等からなる球
体を取り付けている。

【００４３】これらの駆動力取出部材３１〜３４は、駆
動力を効率よく取り出すために、縦振動の節となる位置
を避けて設けることがよく、図１１（Ｂ），図１１
（Ｃ）及び図１１（Ｄ）に示す駆動力取出部材３１，３
１−１又は３１−２のように、移動平面に対して略垂直
方向の屈曲振動モードの腹の位置にあることが最も好ま
しい。

【００４４】この振動アクチュエータ１０は、図８
（Ｂ）に示すように、４つの圧電素子２１ａ，２１ｂ，
２２ａ，２２ｂに高周波電圧Ａ，Ｂを印加することによ
って、屈曲振動と伸縮運動との複合振動を起こし、これ
により駆動力取出部材３１，３２の先端に楕円運動を発
生させ、駆動力を発生させる。ここで、符号Ｇはグラン
ドである。また、４枚の圧電素子２１ａ，２１ｂ，２２
ａ，２２ｂは、互いに極性が同一方向になるように分極
され、高周波電圧Ａ，Ｂは、π／２の時間的位相差を有
する。なお、４つの圧電素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，
２２ｂの分極は互いに逆方向であってもよい。

【００４５】図８（Ａ）において、発振器４１は高周波
信号を発振するためのものであり、発振器４１からの高
周波信号が分岐して、一方は、Ｘ方向用移相器４２Ｘ，
Ｙ方向用移相器４２Ｙによって時間的にπ／２だけ移相
された後に、Ｘ方向用の増幅器４３Ｘ，Ｙ方向用の増幅
器４３Ｙにそれぞれ接続され、他方は、Ｘ方向用の増幅
器４４Ｘ，Ｙ方向用の増幅器４４Ｙにそれぞれ直接接続
される。

【００４６】各増幅器４３Ｘ，４３Ｙ，４４Ｘ，４４Ｙ
は、切換スイッチ４５を介して、圧電素子の各電極板２
１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂにそれぞれ接続される。
切換スイッチ４５は、接点が全てＸ側（図８の破線の状
態）に切り換わっているときに、増幅器４３Ｘの出力は
電極板２１ａ，２１ｂに接続され、増幅器４４Ｘの出力
は電極板２２ａ，２２ｂに接続される。したがって、左
側の電極板２１ａ，２１ｂがグループ化されるととも
に、右側の電極板２２ａ，２２ｂがグループ化されるた
め、球状物体７２をＹ軸と平行な軸回りに回転すること
が可能となる。

【００４７】同様にして、切換スイッチ４５は、接点が
全てＹ側（図８の実線で示す状態）に切り換わっている
ときに、増幅器４３Ｙの出力は電極板２１ａ，２２ａに
接続されるとともに、増幅器４４Ｙの出力は電極板２１
ｂ，２２ｂに接続される。したがって、上側の電極板２
１ａ，２２ａがグループ化されるとともに、下側の電極
板２１ｂ，２２ｂがグループ化されるため、球状物体７
２をＸ軸と平行な軸回りに回転することが可能となる。

【００４８】図１２（Ａ）は、この振動アクチュエータ
に入力される２相の高周波電圧Ａ，Ｂの時間的変化を時
間ｔ₁ 〜時間ｔ₉ で示す。図１２（Ａ）の横軸は、高周
波電圧の実効値を示す。図１２（Ｂ）は、振動アクチュ
エータの断面の変形の様子を示し、振動アクチュエータ
に発生する屈曲振動の時間的変化（時間ｔ₁ 〜時間
ｔ₉ ）を示す。図１２（Ｃ）は、振動アクチュエータの
断面の変形の様子を示し、振動アクチュエータに発生す
る伸縮振動の時間的変化（時間ｔ₁ 〜時間ｔ₉ ）を示
す。図１２（Ｄ）は、振動アクチュエータの駆動力取出
部材３１，３２に発生する楕円運動の時間的変化（時間
ｔ₁ 〜時間ｔ₉ ）を示す。

【００４９】次に、本実施形態の振動アクチュエータ１
０の動作を、時間ｔ₁ 〜時間ｔ₉ について説明する。な
お、説明の便宜上、図１２ではＸ方向への移動の際の状
況を例にとって説明するが、Ｙ方向についても全く同様
である。

【００５０】時間ｔ₁ において、図１２（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１２（Ｂ）に示
すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる屈曲振動は互いに打
ち消し合い、質点Ｙ１と質点Ｚ１とがともに振幅零とな
る。また、図１２（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，
Ｂによる伸縮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
て最大の伸張を示す。その結果、図１２（Ｄ）に示すよ
うに、上記両振幅が複合され、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。

【００５１】時間ｔ₂ において、図１２（Ａ）に示すよ
うに、高周波電圧Ｂは零となり、高周波電圧Ａは正の電
圧を発生する。図１２（Ｂ）に示すように、高周波電圧
Ａによる屈曲振動が発生し、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１２（Ｃ）
に示すように、高周波電圧Ａによる伸縮運動が発生し、
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１２（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。

【００５２】時間ｔ₃ において、図１２（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１２（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振幅され、最大の正の振幅値
を示す。また、図１２（Ｃ）に示すように、高周波電圧
Ａ及びＢによる伸縮運動が互いに打ち消しあい、質点Ｙ
２と質点Ｚ２とが元の位置に戻る。その結果、図１２
（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合されることによ
り、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。

【００５３】時間ｔ₄ において、図１２（Ａ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａは零となり、高周波電圧Ｂは負の電
圧を発生する。図１２（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が時間ｔ₃ のときよりも
振幅が低下する。また、図１２（Ｃ）に示すように、高
周波電圧Ｂによる伸縮運動が発生し、質点Ｙ２と質点Ｚ
２とが収縮する。その結果、図１２（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ｔ
₃ のときよりも左回りに移動する。

【００５４】時間ｔ₅ において、図１２（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１２（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とが振幅零となる。ま
た、図１２（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによ
る伸縮運動は収縮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
の収縮を示す。その結果、図１２（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。

【００５５】時間ｔ₆ 〜時間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伸縮振動が発生
し、その結果、図１２（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。

【００５６】以上の原理により、この振動アクチュエー
タ１０は、駆動力取出部材３１，３２との先端に楕円運
動を発生させ、駆動力を発生させる。したがって、駆動
力取出部材３１，３２の先端を、球状物体７２に加圧接
触させると、その球状物体７２は回転する。

【００５７】つぎに、本実施形態において、支持部材の
弾性体への接触位置について説明する。図１３（Ａ）
は、この振動アクチュエータ１０をＸ方向に駆動（球状
物体をＹ軸と平行な軸回りに回転）する場合において、
弾性体１１に生じる、節円数２個，節直径数１個の屈曲
振動モード（Ｂ₂₁モード）の節円１１ａ及び直径１１
ｂ，及び両節の交点５１，５３，５５及び５７の位置を
示す平面図である。

【００５８】一方、図１３（Ｂ）は、この振動アクチュ
エータ１０をＹ方向に駆動（球状物体をＸ軸と平行な軸
回りに回転）する場合において、弾性体１１に生じる節
円数２個，節直径数１個の屈曲振動モード（Ｂ₂₁モー
ド）の節円１１ａ及び節直径１１ｂ，及び両節の交点５
２，５４，５６及び５８の位置を示す平面図である。

【００５９】さらに、図１３（Ｃ）は、これらの節円１
１ａ，節直径１１ｂ，及び両節の交点５１〜５８を全て
重ね合わせて表示した平面図である。なお、交点５１〜
５８は同時に存在するものではなく、Ｘ方向駆動時には
交点５１，５３，５５及び５７が、Ｙ方向駆動時には交
点５２，５４，５６及び５８がそれぞれ現れる。

【００６０】これらの節円１１ａ，節直径１１ｂ，及び
両節の交点５１〜５８は、屈曲振動モードの振動の節と
なるため、これらの位置で支持を行うことにより、弾性
体１１に生じる振動阻害をできるだけ抑制できる。

【００６１】なお、図１３（Ｃ）においては、Ｘ方向及
びＹ方向それぞれに対しての支持を均等にすることによ
り駆動方向による違いを解消する観点から、図中の丸印
の位置、つまりＸ方向駆動時の節円１１ａ及び節直径１
１ｂの交点５１，５３，５５及び５７上と、Ｙ方向駆動
時の節円１１ａ及び節直径１１ｂの交点５２，５４，５
６及び５８上とから均等に支持位置を選択することが望
ましい。

【００６２】例えば、交点５１，５２，５３及び５４，
もしくは節点５１，５２，５３，５４，５５，５６，５
７及び５８を支持位置として選択することが望ましい。
図１４は、本実施形態において、弾性体を支持する支持
棒の設置状況を示す縦断面図であり、図１４（Ｂ）は、
図１４（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。

【００６３】図１４に示すように、弾性体１１に接合さ
れた４枚の圧電素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ及び２２ｂ
の接合面側には、４本の支持棒６２が垂設される。各支
持棒６２は、図１４（Ａ）に示すように、四半円状の圧
電素子２１ａ〜２２ｄそれぞれの間に配置される。各支
持棒６２が導電性を有する場合の短絡防止の観点から圧
電素子２１ａ〜２２ｄには接触しないように配置され
る。各支持棒６２の他端は、固定面６１に対して垂設さ
れる。

【００６４】回転伝達装置７０は、その球状物体７２が
駆動力取出部材３１〜３４に対応するように、振動アク
チュエータ２０の上側に配置されている。また、相対運
動部材９１は、例えば、光軸に対して略垂直方向に２次
元に移動可能なブレ補正レンズ鏡筒に適用され、回転伝
達装置７０の上側に、ばね等の加圧部材によって加圧接
触させられている。

【００６５】そして、図示しない駆動源から圧電素子２
１ａ〜２２ｄに駆動電圧を印加されることにより、弾性
体１１に伸縮運動（Ｒ１モード：面方向への拡径及び縮
径振動）と、２次の屈曲振動（Ｂ₂₁モード）とが発生し
て縮退を生じ、駆動力取出部３１〜３４に楕円運動を生
じ、球状物体７２を回転させる。このときに、弾性体１
１は、Ｂ₂₁モードの節位置で支持棒６２により支持され
ており、振動阻害を生じることができるだけ抑制され、
高い駆動効率が得られる。

【００６６】なお、本実施形態では、節円数２個，節直
径数１個の２次元屈曲振動を利用したＲ_S −Ｂ_mn型振動
アクチュエータを用いたが、本発明は、節円数２個，節
直径数１個の場合に限定されるものではなく、拡がり振
動と２次元屈曲振動とを利用したＲ_S −Ｂ_mn型振動アク
チュエータについて等しく適用できる。

【００６７】（第７実施形態）図１５〜図１８は、本発
明にかかる振動アクチュエータ駆動装置の第３実施形態
を示した図であって、図１５（Ａ）は全体の構成を示す
正面図，図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）はともに全体の
構成を示す側面図であり、図１６は弾性体と圧電素子と
を示す斜視図、図１７は制御回路をあわせて示す正面
図，図１８は動作を説明する線図である。

【００６８】本実施形態の第６実施形態に対する相違点
は、主に、用いる振動アクチュエータ１０−２が、Ｒ_S
−Ｂ_mn型ではなく（（Ｎ，Ｍ））−（（Ｎ，Ｍ））’−
Ｂ_mn型である点である。そこで、本実施形態に用いる振
動アクチュエータについて詳しく説明し、共通する点に
ついては適宜説明を省略する。

【００６９】本実施形態の振動アクチュエータ１０−２
は、弾性体１１−２と，弾性体１１−２の上面に例えば
貼付されて接合される４枚の電気機械変換素子である圧
電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２−１
ｂと，弾性体１１−２の下面に突起状に形成された４個
の駆動力取出部材３１〜３４等から構成される。

【００７０】なお、本実施形態では圧電素子２１−１
ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２−１ｂを全て同一面
に貼付したが、圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂと圧電
素子２２−１ａ，２２−１ｂとを弾性体の両面に貼付す
るようにしてもよい。

【００７１】弾性体１１−２は、図１６に示すように、
円環状の弾性部材であって、例えば金属又はプラスチッ
ク等の弾性材料により製作される。弾性体１１−２は、
図１６に示すように、円環の寸法（外径：２ａ，内径：
２ｂ，板厚：ｔ）を、例えば後述するような範囲に設定
することにより、非軸対称振動〔（（１，１））−
（（１，１））^' モード：面内振動〕と，２次の屈曲振
動（Ｂ₁₂モード）とを一致させることができる。

【００７２】すなわち、本発明者らの確認結果によれ
ば、例えば、駆動周波数ｆ＝４０〜６０ｋＨｚの場合に
は、外径２ａ＝４０〜５０ｍｍ，板厚ｔ＝１．５〜２．
０ｍｍ，内径２ｂ／外径２ａ＝０．４〜０．６の範囲
で、非軸対称振動〔（（１，１））−（（１，１））^'
モード：面内振動〕と，２次の屈曲振動（Ｂ₁₂モード）
とを一致させて、縮退が可能となる。

【００７３】本実施形態では、（（１，１））−
（（１，１））^' モードとＢ₁₂モードとを縮退させる例
で説明し、このときのＢ₁₂モードの屈曲振動の節円１１
ａ及び節直径１１ｂを図１５（Ａ）に破線で示す。

【００７４】圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−
１ａ，２２−１ｂは、図１５に示すように、本実施形態
では四半円環状をしており、ＰＺＴ等により製作され
る。圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２
２−１ｂは、分極されており、それぞれに２相の入力電
圧Ａ，Ｂが印加される。

【００７５】駆動力取出部材３１〜３４は、弾性体１１
−２の非軸対称振動と屈曲振動との合成振動により発生
する楕円運動を取り出して、回転伝達装置７０の球状物
体７２が接触しながら回転運動する。駆動力取出部材３
１〜３４は、図１５（Ａ）に示すように、弾性体１１−
２の下面であって、その外縁部近傍の４箇所に９０°毎
に等間隔で設けられる。駆動力取出部材３１〜３４は、
耐磨耗性を向上させるために、窒化珪素等の球体を先端
部に取り付けている。

【００７６】特に、本実施形態では、駆動力取出部材３
１〜３４は、Ｘ方向及びＹ方向の２方向に対して均等な
駆動力が得られるように、その接触部形状が球体や楕円
体等の曲面体の一部であることが望ましい。

【００７７】なお、圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，
２２−１ａ，２２−１ｂは、駆動力取出部材３１〜３４
と同一平面側に設けてもよいが、この場合には、駆動力
取出部材３１〜３４が導電性を有するときにも短絡を防
止するため、圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−
１ａ，２２−１ｂの表面に絶縁部材を介して接合してお
くことが望ましい。

【００７８】これらの駆動力取出部材３１〜３４は、駆
動力を効率よく取り出すために、屈曲振動の節となる位
置を避けて設けることがよく、図１５（Ａ）に示す駆動
力取出部材３１〜３４のように、屈曲振動モードにより
生じる、移動平面に対して略垂直方向の上下振動の腹の
位置とすることが好ましい。

【００７９】この振動アクチュエータ１０−２は、４つ
の圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２
−１ｂに高周波電圧Ａ，Ｂを印加することによって、非
軸対称振動と屈曲振動との複合振動を起こし、これによ
り駆動力取出部材３１〜３４の先端に楕円運動を発生さ
せ、駆動力を発生させる。また、４つの圧電素子２１−
１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２−１ｂは、互いに
極性が同一方向になるように分極され、高周波電圧Ａ及
びＢはπ／２の時間的位相差を有する。なお、４つの圧
電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２−１
ｂの分極は互いに逆方向であってもよい。

【００８０】図１７において、発振器４１−２は高周波
信号を発振するためのものであり、また、駆動回路は、
発振器４１−２からの高周波信号が分岐して、一方は、
Ｘ方向用移相器４２−２Ｘ，Ｙ方向用移相器４２−２Ｙ
によって時間的にπ／２だけ移相された後に、Ｘ方向用
増幅器４３−２Ｘ，Ｙ方向用増幅器４３−２Ｙに接続さ
れ、他方は、Ｘ方向用増幅器４４−２Ｘ，Ｙ方向用増幅
器４４−２Ｙに直接接続される。

【００８１】各増幅器４３−２Ｘ，Ｙ方向用増幅器４３
−２Ｙ，Ｘ方向用増幅器４４−２Ｘ，Ｙ方向用増幅器４
４−２Ｙは、切換スイッチ４５−２を介して、それぞれ
圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２−
１ｂに接続される。

【００８２】切換スイッチ４５−２は、接点が全てＸ側
に切り換わっているときに、増幅器４３−２Ｘの出力は
圧電素子２１−１ａに接続されるとともに増幅器４４−
２Ｘの出力は圧電素子２２−１ａに接続される。したが
って、Ｘ方向について対向する圧電素子２１−１ａ及び
２２−１ａがグループ化されるため、振動アクチュエー
タ１０−２は±Ｘ方向への一次元の移動が可能となる。

【００８３】同様にして、切換スイッチ４５−２は、接
点が全てＹ側に切り換わっているときに、増幅器４３−
２Ｙの出力は圧電素子２１−１ｂに接続されるとともに
増幅器４４−２Ｙの出力は圧電素子２２−１ｂに接続さ
れる。したがって、Ｙ方向について対向する圧電素子２
１−１ｂ及び２２−１ｂがグループ化されるため、±Ｙ
方向への一次元の移動が可能となる。

【００８４】図１８（Ａ）は、この振動アクチュエータ
１０−２に入力される２相の高周波電圧Ａ，Ｂの時間的
変化を時間ｔ₁ 〜時間ｔ₉ について示す。図１８（Ａ）
の横軸は、高周波電圧の実効値を示す。図１８（Ｂ）
は、振動アクチュエータの側面の変形の様子を示し、振
動アクチュエータに発生する屈曲振動の時間的変化を時
間ｔ₁ 〜時間ｔ₉ について示す。図１８（Ｃ）は、振動
アクチュエータの側面の変形の様子を示し、振動アクチ
ュエータに発生する非軸対称振動の時間的変化を時間ｔ
₁ 〜時間ｔ₉ について示す。さらに、図１８（Ｄ）は、
振動アクチュエータの質点Ｘ，質点Ｙ及び質点Ｚにおけ
る楕円運動の時間的変化を時間ｔ₁ 〜時間ｔ₉ について
示す。

【００８５】次に、本実施形態の振動アクチュエータ１
０−２の動作を、図１８を参照しながら時間的変化（ｔ
₁ 〜ｔ₉ ）毎に説明する。時間ｔ₁ において、図１８
（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１８（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる屈
曲振動は互いに増幅し合い、質点Ｘ１及び質点Ｚ１は最
大の負の振幅を示し、質点Ｙ１は最大の正の振幅を示
す。図４（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる
非軸対称振動の振幅は零であり、質点Ｘ２，質点Ｙ２及
び質点Ｚ２それぞれの振幅は零である。その結果、図１
８（Ｄ）に示すように、上記両振幅が複合され、質点Ｘ
１及び質点Ｘ２の運動の合成が質点Ｘの運動となり、質
点Ｙ１及び質点Ｙ２の運動の合成が質点Ｙの運動とな
り、さらに、質点Ｚ１及び質点Ｚ２の運動の合成が質点
Ｚの運動となる。

【００８６】時間ｔ₂ において、図１８（Ａ）に示すよ
うに、高周波電圧Ｂは零となり、高周波電圧Ａは正の最
大電圧を発生する。図１８（Ｂ）に示すように、高周波
電圧Ａによる屈曲振動の振幅は減少するとともに高周波
電圧Ｂによる屈曲振動の振幅は零となり、質点Ｘ１，質
点Ｙ１及び質点Ｚ１それぞれの変位は減少する。図１８
（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａによる非軸対称運動
の振幅が発生し、質点Ｘ２及び質点Ｚ２が図面上右方に
変位するとともに質点Ｙ２が図面上左方に変位する。そ
の結果、図１８（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合
され、質点Ｘ，質点Ｙ及び質点Ｚはともに時間ｔ₁ より
も左回りに楕円運動する。

【００８７】時間ｔ₃ において、図１８（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１８（Ｂ）に示
すように、高周波電圧Ａ及びＢによる屈曲運動は互いに
打ち消し合って振幅零となり、質点Ｘ１，質点Ｙ１及び
質点Ｚ１それぞれの変位は零となる。図１８（Ｃ）に示
すように、高周波電圧Ａ及びＢによる非軸対称運動によ
り、質点Ｘ２及び質点Ｚ２が図面上さらに右方に最大に
変位するとともに質点Ｙ２が図面上さらに左方に最大に
変位する。その結果、図１８（Ｄ）に示すように、上記
両振動が複合されることにより、質点Ｘ，質点Ｙ及び質
点Ｚはともに時間ｔ₂ よりもさらに左回りに移動する。

【００８８】時間ｔ₄ において、図１８（Ａ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａは零となるとともに高周波電圧Ｂは
負の最大値となる。図１８（Ｂ）に示すように、高周波
電圧Ｂによる屈曲振動の振幅は増加し、質点Ｘ１，質点
Ｙ１及び質点Ｚ１それぞれの変位は増加する。図１８
（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ及びＢによる非軸対
称運動により質点Ｘ２及び質点Ｚ２の図面上右方への変
位量が減少するとともに質点Ｙ２の図面上左方への変位
量も減少する。その結果、図１８（Ｄ）に示すように、
上記両振動が複合され、質点Ｘ，質点Ｙ及び質点Ｚはと
もに時間ｔ₃ よりもさらに左回りに移動する。

【００８９】時間ｔ₅ において、図１８（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１８（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増
幅し合い、質点Ｘ１，質点Ｙ１及び質点Ｚ１それぞれが
最大振幅となる。図１８（Ｃ）に示すように、高周波電
圧Ａ及びＢによる非軸対称運動の振幅はさらに減少し、
質点Ｘ１，質点Ｘ２及び質点Ｚ２の変位量がいずれも零
となる。その結果、図１８（Ｄ）に示すように、上記両
振動が複合され、質点Ｘ，質点Ｙ及び質点Ｚが時間ｔ₄
のときよりも左回りに移動する。

【００９０】以下、時間ｔ₆ 〜時間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非軸対称振
動が発生し、その結果、図１８（Ｄ）に示すように、質
点Ｘ，質点Ｙ及び質点Ｚが左回りに移動し、楕円運動を
する。

【００９１】以上の原理により、この振動アクチュエー
タ１０−２は、駆動力取出部材３１〜３４それぞれの先
端に図１８（Ｄ）に示すような楕円運動を発生させ、駆
動力を発生させる。したがって、駆動力取出部材３１〜
３４それぞれの先端を、回転伝達装置７０の球状物体７
２に加圧すると、弾性体１１−２は、球状物体７２を回
転させる。

【００９２】すなわち、図１８（Ｄ）に示すように、時
間ｔ₁ 〜時間ｔ₃ においては、質点３２及び質点３４が
左回りに楕円運動を生じながら接触するため、球状物体
７２は、図面右回りに回転する。

【００９３】時間ｔ₃ 〜時間ｔ₇ においては、質点３２
及び質点３４が左回りに楕円運動を生じながら接触する
ため、球状物体７２は、図面上右回りに回転する。さら
に、時間ｔ₇ 〜時間ｔ₉ においては、質点３２及び質点
３４が左回りに楕円運動を生じながら接触するため、球
状物体７２は、図面上右回りに回転する。

【００９４】以降、このような動作を繰り返すことによ
り、球状物体７２は、図面上右回りに回転する。一方、
図１９（Ａ）は、この振動アクチュエータ１０−２を駆
動するときに励振される弾性体１１−２に発生する、節
円数１個，節直径２個の２次元屈曲振動の節円１１ａ及
び節直径１１ｂ、及び両節の交点５１−１，５２−１，
５３−１，５４−１の位置を示す平面図である。

【００９５】これらの節円１１ａ及び節直径１１ｂ，及
び両節の交点５１−１，５２−１，５３−１，５４−１
は、屈曲振動モードの振動の節となるため、これらの位
置で後述する支持棒６２を弾性体１１−２に接触させて
支持を行うことにより、弾性体１１−２に生じる振動阻
害をできるだけ少なくすることができる。

【００９６】図１９（Ｂ）は、第７実施形態における支
持棒の設置状況を示す縦断面図である。同図に示すよう
に、弾性体１１−２に接合された４枚の四半円状の圧電
素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２−１ｂ
の接合面側には、支持棒６２が設けられる。支持棒６２
は、４枚の四半円状の圧電素子２１−１ａ，２１−１
ｂ，２２−１ａ，２２−１ｂの間にそれぞれ配置されて
おり、圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，
２２−１ｂには接触しないように配置される。支持棒６
２それぞれの他端は、固定面６１に固設される。支持棒
６２と、固定面６１の間には、ばね６５ｂを有する加圧
部材６５が設けられている。

【００９７】さらに、支持棒６２に支持された弾性体１
１−２の駆動力取出部３１〜３４が回転伝達装置７０の
球状物体７２に接触する。この球状物体７２は、相対運
動部材９０に接して、その相対運動部材９０の反対側の
面には、支持板８１に球状物体８２が設けられた送り台
８０が配置されている。そして、図示しない駆動源から
圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２２−
１ｂに駆動電圧を印加されることにより、弾性体１１−
２に非軸対称振動（（１，１））−（（１，１））^' モ
ードと、２次の屈曲振動（Ｂ₂₁モード）とが発生して縮
退を生じ、駆動力取出部３１〜３４に楕円運動を生じ、
球状物体７２を介して、相対運動部材９０との間で相対
運動を生じる。

【００９８】この相対運動の際に、弾性体１１はＢ₂₁モ
ードの節位置で支持棒６２により支持されており、振動
阻害を生じることができるだけ抑制され、高い駆動効率
が得られる。

【００９９】このようにして、平面内を２次元に移動可
能であって、例えばレンズ鏡筒といった円筒形状の部分
にも容易に組み込むことができる振動アクチュエータ１
０−２を提供することができる。

【０１００】なお、本実施形態では、節円数１個，節直
径数２個の２次元屈曲振動を利用した((Ｎ，Ｍ))-((
Ｎ，Ｍ))’−Ｂ_mn型振動アクチュエータを用いたが、本
発明は節円数１個，節直径数２個の場合に限定されるも
のではなく、非軸対称振動と２次元屈曲振動を利用した
((Ｎ，Ｍ))-(( Ｎ，Ｍ))’−Ｂ_mn型振動アクチュエータ
に等しく適用できる。

【０１０１】（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
れらも本発明の範囲内である。

【０１０２】例えば、電気−機械エネルギー変換素子と
して圧電素子を用いたが、電歪素子，磁歪素子等であっ
てもよい。本発明にかかる振動アクチュエータ装置は、
顕微鏡用ＸＹステージ，プロッター用紙の送り装置等に
好適に利用できる。

【０１０３】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、２次元方向に相対運動する場合であっても、振動
アクチュエータの駆動力を相対運動部材に効率よく伝達
することができる。このときに、振動アクチュエータの
駆動力取出部に生じる楕円運動が、球状物体によって、
直線運動に変換されるために、相対運動部材への伝達効
率が向上する。また、振動アクチュエータの駆動力取出
部と球状物体が点で転がり接触するために、摺動面で生
じる摩擦を少なくすることができる。さらに、振動アク
チュエータの駆動力取出部と球状物体が点で転がり接触
するために、摩擦によって生じる摩耗粉が排出されにく
く、摩耗粉による効率の低下を抑えることができる。

【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駆動装置の第
１実施形態を示す展開斜視図である。

【図２】第１実施形態に係る振動アクチュエータを三角
法で描いた平面図，側面図，正面図及び底面図である。

【図３】第１実施形態に係る振動アクチュエータ駆動装
置の駆動回路を示すブロック図である。

【図４】第１実施形態に係る駆動装置の振動アクチュエ
ータをＸ方向とＹ方向にそれぞれ駆動する原理を説明す
る図である。

【図５】本発明による振動アクチュエータ駆動装置の第
２実施形態を示した正面図である。

【図６】本発明による振動アクチュエータ駆動装置の第
２実施形態を示す展開斜視図である。

【図７】第３〜第５実施形態に係る振動アクチュエータ
駆動装置の回転伝達装置を示す図である。

【図８】第６実施形態で用いる振動アクチュエータの構
成を示す模式図である。

【図９】第６実施形態で用いる振動アクチュエータの弾
性体と圧電素子とを示す斜視図である。

【図１０】第６実施形態で用いる振動アクチュエータの
弾性体を説明する線図である。

【図１１】第６実施形態で用いる振動アクチュエータの
駆動力取出部材を説明する図である。

【図１２】第６実施形態で用いる振動アクチュエータの
動作を説明する線図である。

【図１３】第６実施形態に用いる振動アクチュエータを
Ｘ方向に駆動する場合の弾性体に生じる節円及び節直径
並びに両節の交点の位置を示す平面図である。

【図１４】第６の実施形態において、弾性体を支持する
支持棒の設置状況を示す縦断面図であり、（Ｂ）は、
（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。

【図１５】第７実施形態にかかる振動アクチュエータ駆
動装置の全体の構成を示す正面図及び側面図である。

【図１６】第７実施形態にかかる振動アクチュエータ駆
動装置の弾性体と圧電素子とを示す斜視図である。

【図１７】第７実施形態にかかる振動アクチュエータ駆
動装置の制御回路をあわせて示す正面図である。

【図１８】第７実施形態にかかる振動アクチュエータ駆
動装置の動作を説明する線図である。

【図１９】第７実施形態にかかる振動アクチュエータ駆
動装置の弾性体に発生する、節円数及び節直径並びに両
節の交点の位置を示す平面図及び支持構造を示す側面図
である。

【符号の説明】

１００ 振動アクチュエータ ６０ 支持構造 ７０ 回転伝達装置 ７２ 球状物体 ８０ 送り台 ９０ 相対運動部材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性体を励振することにより、その弾性
   体の所定位置に存在する駆動力取出部から駆動力を取り
   出す振動アクチュエータと、 前記振動アクチュエータの駆動力取出部に接触し、回転
   自在に支持された球状物体を有し、その球状物体の回転
   力を相対運動部材に伝達する回転伝達部と、を含む振動
   アクチュエータ駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の振動アクチュエータ駆
   動装置において、 前記振動アクチュエータと前記回転伝達部とを支持し、
   前記駆動力取出部と前記球状物体とを加圧接触させる支
   持構造を備えたことを特徴とする振動アクチュエータ駆
   動装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の振動アク
   チュエータ駆動装置において、 前記振動アクチュエータは、異なる方向への駆動力を取
   り出し可能であることを特徴とする振動アクチュエータ
   駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の振動アクチュエータ駆
   動装置において、 前記振動アクチュエータは、矩形平板状を呈し、所定位
   置に前記駆動力取出部を有する弾性体と、この弾性体の
   前記矩形平板のいずれかの面に接合されて駆動電圧の印
   加により励振される電気機械変換素子とを備え、 前記電気機械変換素子に印加される第１の駆動電圧に応
   答して、前記弾性体に前記駆動力取出部と前記球状物体
   との接触部を含む略平面にほぼ平行な方向への縦振動
   と、前記略平面と交差する方向への屈曲振動とを発生さ
   せて、前記駆動力取出部と前記球状物体との間に第１の
   方向への相対運動を行わせる振動を生じさせ、前記電気
   機械変換素子に印加される第２の駆動電圧に応答して、
   前記弾性体に前記駆動力取出部と前記球状物体との接触
   部を含む略平面とほぼ平行な方向への縦振動と、前記略
   平面と交差する方向への屈曲振動とを発生させて、前記
   駆動力取出部と前記球状物体との間に前記第１の方向と
   異なる第２の方向への相対運動を行わせる振動を生じさ
   せることを特徴とする振動アクチュエータ駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の振動アクチュエータ駆
   動装置において、 前記振動アクチュエータは、円環状に形成され、所定位
   置に前記駆動力取出部を有する弾性体と、この弾性体の
   いずれかの面に接合された電気機械変換素子とを備え、 前記電気機械変換素子の励振により、前記弾性体に、前
   記駆動力取出部と前記球状物体との接触部を含む略平面
   にほぼ平行な方向であって前記弾性体を拡径方向及び縮
   径方向へ変位させる伸縮振動と、前記略平面と交差する
   方向へ振幅する節円数ｍ個，節直径数ｎ個の屈曲振動と
   を発生させて、前記駆動力取出部と前記球状物体との間
   に相対運動を行わせる振動を生じさせることを特徴とす
   る振動アクチュエータ駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の振動アクチュエータ駆
   動装置において、 前記振動アクチュエータは、円環状に形成され、所定位
   置に前記駆動力取出部を有する弾性体と、この弾性体の
   いずれかの面に接合された電気機械変換素子とを備え、 前記電気機械変換素子の励振により、前記弾性体に、前
   記駆動力取出部と前記球状物体との接触部を含む略平面
   にほぼ平行な方向であって前記弾性体を非軸対称方向へ
   変位させる非軸対称振動と、前記略平面と交差する方向
   へ振幅する節円数ｍ個，節直径数ｎ個の屈曲振動とを発
   生させて、前記駆動力取出部と前記球状物体との間に相
   対運動を行わせる振動を生じさせるを特徴とする振動ア
   クチュエータ駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれか１項に
   記載の振動アクチュエータ駆動装置において、 前記回転伝達部は、小球を介在させることによって、前
   記球状物体を回転自在に支持することを特徴とする振動
   アクチュエータ駆動装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項６のいずれか１項に
   記載の振動アクチュエータ駆動装置において、 前記回転伝達部は、前記オイルレスメタルを用いて、前
   記球状物体を回転自在に支持することを特徴とする振動
   アクチュエータ駆動装置。