JPH09322571A

JPH09322571A - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: JPH09322571A
Application number: JP8136588A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Miwa; 聡三輪
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】異形モード縮退型の振動アクチュエータで
は、捩じり振動，縦振動それぞれの歪みが集中している
部分に捩じり振動用圧電体４，縦振動用圧電体５を配置
することができず、駆動効率を高めることができない。【解決手段】２つの分割面によって４つ部分２３ａ〜
２３ｄに分割される弾性体２３と、弾性体２３の分割面
に装着される縦振動発生用圧電体２４ａ，２４ｂ及び、
捩じり振動発生用圧電体２５ａ，２５ｂとにより構成さ
れる振動子２２を備える超音波アクチュエータ２１であ
って、縦振動発生用圧電体２４ａ，２４ｂ及び、捩じり
振動発生用圧電体２５ａ，２５ｂが装着される分割面
は、互いに、直交する異なる分割面である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換素子
を接合されて複数の振動モードを発生する弾性体により
構成される振動子を備える振動アクチュエータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７は、縦−捩じり振動型の振動アクチ
ュエータの従来例を示した斜視図である。

【０００３】従来、この種の振動アクチュエータでは、
ステータ（固定子）１０１は、２つの円柱型の振動子１
０２，１０３間に捩じり振動用の圧電素子１０４が配置
されるとともに、振動子１０３の上側に縦振動用の圧電
素子１０５が配置される。捩じり振動用の圧電素子１０
４は周方向に分極され、一方、縦振動用の圧電素子１０
５は厚み方向に分極される。さらに、ロータ（移動子）
１０６は、縦振動用の圧電素子１０５の上側に配置され
る。

【０００４】ステータ１０１を構成する振動子１０２，
１０３及び圧電素子１０４，１０５は、シャフト１０７
のねじ部に螺合されて固定され、ロータ１０６は、ボー
ルベアリング１０８を介してシャフト１０７に回転可能
に設けられる。シャフト１０７の先端にはばね１０９を
介してナット１１０が螺合し、ロータ１０６をステータ
１０１に加圧力Ｆで加圧接触させる。

【０００５】捩じり振動用の圧電素子１０４と縦振動用
の圧電素子１０５とは、発振器１１１から発振される同
一周波数の電圧を、移相器１１２により位相制御して駆
動される。

【０００６】捩じり振動用の圧電素子１０４は、ロータ
１０６が回転するための機械的変位を与え、一方、縦振
動用の圧電素子１０５はステータ１０１とロータ１０６
との間に働く摩擦力を、圧電素子１０４による捩じり振
動の周期に同期させて周期的に変動させることにより、
振動を一方向への運動に変換するクラッチ的役割を果し
ている。

【０００７】図８は、この振動アクチュエータのステー
タを展開した状態で示す斜視図である。捩じり振動用の
圧電素子１０４は、周方向に分極する必要があるため、
圧電材料を図８に示すように、６〜８個程度の扇形の小
片に一旦分割し、各小片を分極した後再度環状に組み合
わせていた。なお、符号１０４ａは電極である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の振動アクチュエータでは、捩じり振動用の圧電素子１
０４を環状に組み合わせる時に、形状精度を出すことが
難しかった。

【０００９】一方、縦振動用の圧電素子１０５，及び捩
じり振動用の圧電素子１０４それぞれの面積は、とも
に、ステータ１０６の断面積と略等しいか、又は、ステ
ータ１０６の断面積よりも小さかった。また、シャフト
１０７を貫通させるために縦振動用の圧電素子１０５，
及び捩じり振動用の圧電素子１０４それぞれの中央部に
孔を開ける必要もあり、そのために、縦振動用の圧電素
子１０５，及び捩じり振動用の圧電素子１０４それぞれ
の面積はさらに小さくなり、振動アクチュエータの高ト
ルク化及び高回転化をともに図ることが難しかった。

【００１０】このような問題を解決するために、本出願
人は、既に特願平６−２７５０２２号等により、高トル
ク及び高回転で駆動することができ、しかも、構造及び
製造がともに容易な異形モード縮退型の振動アクチュエ
ータを提案した。

【００１１】図９は、この異形モード縮退型の振動アク
チュエータ１０の構造を示す縦断面図である。図９にお
いて、中央部に大径部１ａを有する棒状の固定軸１の外
周面には、円筒状の弾性体である振動子２が、大径部１
ａに螺合する取付ボルト３ａ，３ｂにより貫着される。

【００１２】振動子２は、二つの厚肉の半円管状弾性体
２ａ，２ｂを組み合わせて構成されており、その接合面
には、圧電定数ｄ₁₅を用いる捩じり振動用の圧電素子
４，４と圧電定数ｄ₃₁を用いる縦振動用の圧電素子５，
５とがそれぞれ２枚ずつ計１２枚挟持される。なお、図
９は圧電素子４，５の装着面と９０°ずれた位置におけ
る縦断面を示しており、図９においては圧電素子４，５
は図示されない。圧電素子４，５の配置については、後
述する図１２を参照しながら詳述する。

【００１３】振動子２の上端面である駆動面Ｄには、中
央部に配置されたベアリング６により固定軸１に回動自
在に配置された相対運動部材である移動子７が接触す
る。移動子７は、円筒状の移動子母材７ａと、振動子２
の駆動面Ｄに接触する円環状の摺動材７ｂとから構成さ
れ、移動子母材７ａの内周部に嵌合されたベアリング６
によって固定軸１に対して位置決めされる。

【００１４】また、移動子７は、皿バネ，スプリングバ
ネ又は板バネ等の加圧部材８により、振動子２の駆動面
Ｄに加圧接触される。このように、固定軸１は、振動子
２を固定するとともに移動子７を半径方向に回動自在に
位置決めし、振動アクチュエータとして駆動する際の軸
振れの発生を防止する。この固定軸１は、先端にねじ部
１ｂが形成され、加圧部材８の加圧量を調整するための
ナット等の調整部材９が螺合する。

【００１５】このように構成された振動アクチュエータ
１０は、圧電素子４，５それぞれに後述する図１０に示
す駆動系から駆動電圧を印加されることにより励振し、
振動子２には捩じり振動及び縦振動が調和的に発生す
る。捩じり振動及び縦振動それぞれの共振周波数が略一
致すると、捩じり振動及び縦振動が同時に生じ（縮
退）、駆動面Ｄに捩じり振動及び縦振動の合成振動であ
る楕円運動が発生し、この楕円運動が駆動力となって、
加圧接触する移動子７が回転駆動される。

【００１６】図１０は、振動子２及び移動子７を備える
異形モード縮退型の振動アクチュエータ１０の駆動系を
示す説明図である。図１０において、発振器１１から出
力された駆動信号のうちの縦振動励振用信号は、増幅器
１２により増幅され、振動子２を構成する図示しない縦
振動励振用圧電素子（電気機械変換素子）に印加され
る。一方、駆動信号のうちの捩じり振動励振用信号は、
移相器１３により縦振動励振用信号に対して＋π／２又
は−π／２だけ位相差を持たせた後に増幅器１４により
増幅され、振動子２を構成する図示しない捩じり振動励
振用圧電素子（電気機械変換素子）に印加される。

【００１７】図１１は、捩じり振動及び縦振動を組み合
わせて振動子２の駆動面Ｄに楕円運動を生じさせて、相
対運動部材７側から見て相対運動部材７をＣＷ方向に回
転させる原理を示す説明図である。

【００１８】図１１（ａ）は、駆動周波数をｆとし、こ
のときの駆動信号の角周波数をωとしたときに、振動子
２の変形を時間毎に誇張して模式的に表した説明図であ
る。図１１（ｂ）は、振動子２の駆動面Ｄに生じる楕円
運動を示す説明図である。

【００１９】ｔ＝０の時点では、捩じり振動の変位は左
側に最大であり、縦振動の変位は零である。この状態か
ら、ｔ＝（４／４）（π／ω）までは、捩じり振動は左
側の最大から右側の最大まで変位し、縦振動は零から下
側の最大に変位し、再び零に戻る。したがって、振動子
２の駆動面Ｄは移動子７から離れながら右方向に回転す
るため、移動子７は駆動されない。このときに、移動子
７は図示しない加圧部材により加圧されているが、加圧
部材の固有振動数が振動子２の振動域よりも低いため、
振動子２の縮みに追従しない。

【００２０】この状態から、ｔ＝（４／４）（π／ω）
〜（７／４）（π／ω）〜０までは、捩じり振動は右側
の最大から左側の最大まで変位し、縦振動は零から上側
の最大に変位し、再び零に戻る。したがって、振動子２
の駆動面Ｄは、移動子７を押しながら左方向に回転し、
移動子７は駆動される。

【００２１】以上の変位を繰り返すことにより、振動子
２の駆動面Ｄには、図１１（ｂ）に示すような楕円状の
変位が繰り返し発生する。図１２（ａ）は、このように
して駆動される振動アクチュエータ１０について、振動
子２の中心軸を含む縦断面図であり、図１２（ｂ）は振
動発生時における振動子２の縦振動及び捩じり振動それ
ぞれの歪み分布を示す説明図である。なお、図１２
（ａ）に示す縦断面は、前述した図９に示す縦断面とは
９０°交差した面を示す。

【００２２】図１２（ａ）において、符号４は捩じり振
動励振用圧電体であり、符号５は縦振動励振用圧電体で
ある。これら二種類の圧電体４，５は、振動子２の分割
面である同一平面上に並んで配置される。

【００２３】ところが、図１２（ｂ）に示すように、振
動子２に発生する縦振動の歪み分布と捩り振動の歪み分
布とは、互いに重複している範囲（図中の範囲Ａ₁及び
範囲Ａ₂）がある。

【００２４】そのため、歪み分布にしたがってどちらか
一方の圧電体（例えば捩じり振動用圧電体）を広く配置
すると、他方の圧電体（縦振動用圧電体）は前者の圧電
体（捩じり振動用圧電体）との干渉を回避するために配
置範囲が狭く成らざるを得なかった。

【００２５】そのため、捩じり振動，縦振動それぞれの
歪みが集中している部分に効率よく捩じり振動用圧電体
４，縦振動用圧電体５を配置することができず、両者の
バランスを勘案して妥協した配置とせざるを得なかっ
た。そのため、捩じり振動用圧電体４，縦振動用圧電体
５の能力を最大限に発揮して振動アクチュエータの駆動
効率を高めることができないという課題があった。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
の柱状の弾性体と、複数の弾性体の表面により挟まれて
保持される第１振動発生用電気機械変換素子及び第２振
動発生用電気機械変換素子とにより構成された振動子を
備える振動アクチュエータであって、第１振動発生用電
気機械変換素子が保持される表面と、第２振動発生用電
気機械変換素子が保持される表面とが、互いに異なる面
であることを特徴とする。

【００２７】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、第１振動発生用電気機械
変換素子が、振動子に振動子の中心軸に関する捩じり振
動を発生させる捩じり振動発生用電気機械変換素子であ
るとともに、第２振動発生用電気機械変換素子が、振動
子に振動子の中心軸方向に伸縮する縦振動を発生させる
縦振動発生用電気機械変換素子であることを特徴とす
る。

【００２８】請求項３の発明は、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、分割面が、
振動子の中心軸を含む２面であるとともに互いに直交す
ることを特徴とする。請求項４の発明は、請求項２又は
請求項３に記載された振動アクチュエータにおいて、縦
振動発生用電気機械変換素子が、分割面のうちで少なく
とも縦振動の歪みが発生する略全域について、装着され
ることを特徴とする。

【００２９】請求項５の発明は、請求項２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、捩じり振動発生用電気機械変換素子が、分割面
のうちで少なくとも捩じり振動の歪みが発生する略全域
について、装着されることを特徴とする。

【００３０】請求項６の発明は、請求項５に記載された
振動アクチュエータにおいて、縦振動発生用電気機械変
換素子及び捩じり振動発生用電気機械変換素子に駆動信
号を入力する駆動信号入力部材が、それぞれ、縦振動及
び捩じり振動の歪みが発生する略全域に装着されること
を特徴とする。

【００３１】請求項７の発明は、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に
おいて、振動子には、少なくとも１つの小径部が形成さ
れることを特徴とする。

【００３２】請求項８の発明は、請求項１から請求項７
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、振動子が、中心部に中心軸方向への貫通孔が形
成されるとともに、この貫通孔を貫通する固定部材によ
り固定されることを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明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、以降の各実施形態
の説明は、振動アクチュエータとして超音波の振動域を
利用した超音波アクチュエータを例にとって、行う。ま
た、本実施形態の超音波アクチュエータは、前述した図
９〜図１２に示す振動アクチュエータにおいて、振動子
の形状を変更したものであり、振動子以外の構成は図９
〜図１２に示す振動アクチュエータと全く同様である。
そのため、本実施形態の説明は、振動子についてのみ行
い、移動子及びその加圧支持機構等については説明を省
略する。

【００３４】図１は、第１実施形態における超音波アク
チュエータ２１の振動子２２の構成を示す斜視図であ
る。振動子２２は、円筒状の弾性体を中心軸を含み互い
に直交する２つの縦面で４つに分割された弾性体２３
と、縦駆動信号により励振される電気機械変換素子であ
る縦振動励振用圧電体２４と、捩じり駆動信号により励
振される電気機械変換素子である捩り振動励振用圧電体
２５とにより構成される。

【００３５】弾性体２３は、ステンレス鋼等の金属材料
又は樹脂材料等の弾性材料により構成された円筒状の弾
性体を、中心軸を含むとともに互いに直交する二つの平
面（分割面）で縦に分割することにより得られる４つの
中空四半円柱体２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを円柱
状に組み合わせることにより得られる。

【００３６】本実施形態において、弾性体を分割する二
つの分割面を互いに直交するように配置したのは、弾性
体に振動を発生させた場合における対称性を維持し易
く、発生させる振動を減衰させることが最も少ないため
である。

【００３７】弾性体２３の側面には、環状に３つの溝部
が形成されることにより小径部２６ａ，２６ｂ及び２６
ｃが形成されており、これらの小径部２６ａ〜２６ｃに
区切られることにより大径部２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，
２６Ｄが形成される。小径部２６ａ及び２６ｃは捩じり
振動の節位置に、小径部２６ｂは縦振動の節位置にそれ
ぞれ形成する。

【００３８】弾性体２３の側面に小径部２６ａ〜２６ｃ
を形成するのは、弾性体２３に発生させる縦振動及び捩
じり振動それぞれの共振周波数を接近又は一致させて、
弾性体２３の端面に楕円運動を発生させるためである。

【００３９】弾性体２３の二つの分割面には、それぞれ
縦振動励振用圧電体２４と捩じり振動励振用圧電体２５
とが、互いに隣接する中空四半円柱体２３ａ〜２３ｄに
より挟まれた状態で、保持される。

【００４０】なお、本実施形態では、縦振動励振用圧電
体２４，捩じり振動励振用圧電体２５と中空四半円柱体
２３ａ〜２３ｄとは、互いに接着することにより装着し
ているが、例えばボルト及びナット等の適宜の締結手段
により中空四半円柱体２３ａ〜２３ｄそれぞれを締結す
るようにしてもよい。

【００４１】図２は、振動子２２の上面図であり、縦振
動励振用圧電体２４と捩じり振動励振用圧電体２５それ
ぞれの配置及び分極方向を示す。縦振動励振用圧電体２
４は、積層された状態の２枚の圧電体２４ａ，２４ｂに
より構成され、弾性体２３の一方の分割面の２か所に、
圧電体２４ａ，２４ｂが振動子２２の中心軸に対して対
称の位置となるように配置される。また、圧電体２４
ａ，２４ｂは、それぞれの分極方向が図２中に矢印で示
す方向になるように、配置される。

【００４２】同様に、捩じり振動励振用圧電体２５は、
積層された状態の２枚の圧電体２５ａ，２５ｂにより構
成され、弾性体２２の他方の分割面の２か所に、圧電体
２５ａ，２５ｂが振動子２２の中心軸に対して対称の位
置となるように配置される。また、圧電体２５ａ，２５
ｂは、それぞれの分極方向が図２中に矢印で示す方向に
なるように、配置される。

【００４３】図３，図４は、いずれも、図１に示す振動
子２２をより詳細に示す説明図であって、図３は縦振動
励振用圧電体２４についての展開斜視図，図４は捩じり
振動励振用圧電体２５についての展開斜視図である。

【００４４】図３において、互いに対向する２組の縦振
動励振用圧電体２４ａ，２４ｂの間には、矩形の断面の
電極張出部２７ａを有する電極板（駆動信号入力部材）
２７が挟み込まれる。電極張出部２７ａは、組み立てた
状態で弾性体２３の側面よりも外部側に向けて張り出
し、この電極張出部２７ａに図示しない駆動電圧発生装
置に接続されたリード線が例えば半田付け等により接合
される。

【００４５】弾性体２３に接触する縦振動励振用圧電体
２４ａ，２４ｂの平面には、適宜手段により成膜された
金属薄膜２８が全面に形成され、また電極板２７に接触
する縦振動励振用圧電体２４ａ，２４ｂの平面には、弾
性体２３に縦振動を効率的に励振することができる部分
（縦振動の歪み分布が集中する部分）にのみ金属薄膜２
９が形成される。

【００４６】このように、金属薄膜２９を用いることに
より、縦振動励振用圧電体２４ａ，２４ｂの選択した部
分、換言すれば縦振動発生上の最適な範囲にのみ駆動電
圧を印加して縦振動励振用圧電体２４ａ，２４ｂを変位
させることができる。

【００４７】一方、図４において、互いに対向する２組
の縦振動励振用圧電体２５ａ，２５ｂの間には、電極張
出部３０ａを有する電極板（駆動信号入力部材）３０が
挟み込まれる。電極張出部３０ａには、リード線が例え
ば半田付け等により接合されて、駆動電圧発生装置から
捩じり振動励振用駆動信号が入力される。

【００４８】弾性体２３に接触する捩じり振動励振用圧
電体２５ａ，２５ｂの平面には、適宜手段により成膜さ
れた金属薄膜３１が全面に形成され、また電極板３０に
接触する捩じり振動励振用圧電体２５ａ，２５ｂの平面
には、弾性体２３に捩じり振動を効率的に励振すること
ができる２か所（捩じり振動の歪み分布が集中する部
分）にのみ金属薄膜３２ａ，３２ｂが形成される。

【００４９】このように、金属薄膜３２ａ，３２ｂを用
いることにより、捩じり振動励振用圧電体２５ａ，２５
ｂの選択した部分、換言すれば捩じり振動発生上の最適
な範囲にのみ駆動電圧を印加して捩じり振動励振用圧電
体２５ａ，２５ｂを変位させることができる。

【００５０】図５（ａ）は、本実施形態で用いる振動子
２２における圧電体２４の配置と、発生する縦振動の歪
み分布との関係を示す説明図であり、図５（ｂ）は、本
実施形態で用いる振動子２２における圧電体２５の配置
と、発生する捩じり振動の歪み分布との関係を示す説明
図である。

【００５１】図５（ａ）に示すように、縦振動励振用圧
電体２４に駆動電圧を印加することができる金属薄膜２
９装着範囲は、縦振動の歪み分布の略全範囲をカバーし
ており、極めて効率的に縦振動を励振することができ
る。

【００５２】また、図５（ｂ）に示すように、捩じり振
動励振用圧電体２５に駆動電圧を印加することができる
金属薄膜３２ａ，３２ｂ装着範囲は、捩じり振動の歪み
分布が集中する部分を略全域についてカバーしており、
捩じり振動の歪みが集中する部分に効率的に捩じり振動
を励振することができる。

【００５３】図６は、本実施形態の超音波アクチュエー
タ２１の駆動系の概略を示す説明図である。発振器３３
から出力された駆動信号のうちの縦振動励振用信号は、
増幅器３４により増幅され、中空四半円柱体２３ａ，２
３ｂと２３ｃ，２３ｄとにより挟持される２組の縦振動
励振用圧電体２４ａ，２４ｂに印加される。一方、駆動
信号のうちの捩じり振動励振用信号は、移相器３５で縦
振動励振用信号に対して＋π／２又は−π／２の位相差
を持たせた後、増幅器３６により増幅され、中空四半円
柱体２３ａ，２３ｄと２３ｂ，２３ｃとにより挟持され
る２組の捩じり振動励振用圧電体２５ａ，２５ｂに印加
される。

【００５４】このように構成された超音波アクチュエー
タ２１の縦振動励振用圧電体２４ａ，２４ｂと捩じり振
動励振用圧電体２５ａ，２５ｂとは、ともに、所定の駆
動電圧を印加されることにより励振し、振動子２２には
捩じり振動及び縦振動が調和的に発生する。

【００５５】ここで、捩じり振動及び縦振動それぞれの
共振周波数は、前述した小径部２６ａ〜２６ｃを形成し
たことにより略一致し、捩じり振動及び縦振動が同時に
発生し（縮退）、振動子２２の上端面である駆動面Ｄに
は、捩じり振動及び縦振動の合成振動である楕円運動が
発生し、この楕円運動が駆動力となって、加圧接触する
移動子（図示しない。）が回転駆動される。

【００５６】このように、本実施形態の超音波アクチュ
エータ２１によれば、縦振動励振用圧電体２４ａ，２４
ｂと捩じり振動励振用圧電体２５ａ，２５ｂとを弾性体
２２の異なる分割面に装着しているため、縦振動及び捩
じり振動それぞれの歪みが集中している位置に、各振動
用圧電体を効率的に配置することができる。そのため、
小さな入力電力量で大きな駆動力を得ることができる。

【００５７】（変形形態）第１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した超音波アク
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、他の振動域の振動を利用する振動アクチュエータに
ついても等しく適用することができる。

【００５８】第１実施形態では、電気機械変換素子とし
て圧電体を用いたが、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、電
気エネルギーを機械的変位に変換することができるもの
であればよく、例えば電歪素子を例示することができ
る。

【００５９】また、第１実施形態では、外形が円柱型の
振動子を用いたが、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、図２
に破線で示すような角柱型の振動子であっても全く同様
の効果を得ることができる。特に、角柱型としたほう
が、分割した各弾性体を締結部材により締結する際の作
業性が向上する。

【００６０】また、第１実施形態では、弾性体を４つに
分割した態様を示したが、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、３分割又は５以上に分割した場合にも等しく適用さ
れる。

【００６１】また、第１実施形態では、弾性体の側面に
３つの小径部が形成されている場合を例にとったが、小
径部が形成されていない場合や、３つ以外設置されてい
る場合についても等しく適用される。

【００６２】さらに、第１実施形態では、中心部を貫通
する固定軸により振動子が支持される形態を例にとった
が、本発明にかかる振動アクチュエータはこのような振
動子の支持形態に限定されるものではない。例えば、振
動子の側面に環状にフランジを形成し、このフランジを
振動子及び移動子を収容し得る大きさのケーシングの内
面で支持するとともに、ケーシングにより適宜手段によ
って移動子を回転自在かつ振動子駆動面に接触させるよ
うに支持してもよい。このように振動子及び移動子を支
持することにより、固定軸は不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における超音波アクチュエータの
振動子の構成を示す斜視図である。

【図２】第１実施形態における超音波アクチュエータの
振動子の上面図である。

【図３】第１実施形態における超音波アクチュエータの
振動子をより詳細に示す説明図であって、縦振動励振用
圧電体についての展開斜視図である。

【図４】第１実施形態における超音波アクチュエータの
振動子をより詳細に示す説明図であって、捩じり振動励
振用圧電体についての展開斜視図である。

【図５】図５（ａ）は、第１実施形態で用いる振動子に
おける圧電体の配置と、発生する縦振動の歪み分布との
関係を示す説明図であり、図５（ｂ）は、第１実施形態
で用いる振動子における圧電体の配置と、発生する捩じ
り振動の歪み分布との関係を示す説明図である。

【図６】第１実施形態の超音波アクチュエータの駆動系
の概略を示す説明図である。

【図７】縦−捩じり振動型の振動アクチュエータの従来
例を示した斜視図である。

【図８】図７に示す振動アクチュエータのステータを展
開した状態で示す斜視図である。

【図９】異形モード縮退型の振動アクチュエータの構造
を示す縦断面図である。

【図１０】振動子及び移動子を備える異形モード縮退型
の振動アクチュエータの駆動系を示す説明図である。

【図１１】図１１（ａ）は、駆動信号の角周波数がωで
ある場合において、振動子の変形を誇張して模式的に示
す説明図であり、図１１（ｂ）は、振動子の駆動面に生
じる楕円運動を示す説明図である。

【図１２】図１２（ａ）は、このようにして駆動される
振動アクチュエータについて、振動子の中心軸を含む縦
断面図であり、図１２（ｂ）は振動発生時における振動
子の縦振動及び捩じり振動それぞれの歪み分布を示す説
明図である。

【符号の説明】

２１超音波アクチュエータ（振動アクチュエータ）２２振動子２３ａ〜２３ｄ中空四半円柱体２４ａ，２４ｂ縦振動励振用圧電体（電気機械変換素
子）２５ａ，２５ｂ捩じり振動励振用圧電体（電気機械変
換素子）２７，３０電極（駆動信号入力部材）２８，２９，３１，３２ａ，３２ｂ金属薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の柱状の弾性体と、複数の前記弾性体の表面により挟まれて保持される第１
振動発生用電気機械変換素子及び第２振動発生用電気機
械変換素子とにより構成された振動子を備える振動アク
チュエータであって、前記第１振動発生用電気機械変換素子が保持される表面
と、前記第２振動発生用電気機械変換素子が保持される
表面とは、互いに異なる面であることを特徴とする振動
アクチュエータ。
【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、前記第１振動発生用電気機械変換素子は、前記振動子に
前記振動子の中心軸に関する捩じり振動を発生させる捩
じり振動発生用電気機械変換素子であるとともに、前記
第２振動発生用電気機械変換素子は、前記振動子に前記
中心軸方向に伸縮する縦振動を発生させる縦振動発生用
電気機械変換素子であることを特徴とする振動アクチュ
エータ。
【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、前記分割面は、前記中心軸を含む２面であるとともに互
いに直交することを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】請求項２又は請求項３に記載された振動
アクチュエータにおいて、前記縦振動発生用電気機械変換素子は、前記分割面のう
ちで少なくとも縦振動の歪みが発生する略全域につい
て、装着されることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】請求項２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、前記捩じり振動発生用電気機械変換素子は、前記分割面
のうちで、少なくとも捩じり振動の歪みが発生する略全
域について、装着されることを特徴とする振動アクチュ
エータ。
【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、前記縦振動発生用電気機械変換素子及び前記捩じり振動
発生用電気機械変換素子に駆動信号を入力する駆動信号
入力部材が、それぞれ、前記縦振動及び前記捩じり振動
の歪みが発生する略全域に装着されることを特徴とする
振動アクチュエータ。
【請求項７】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において、前記振動子には、少なくとも１つの小径部が形成される
ことを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項８】請求項１から請求項７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、前記振動子は、中心部に中心軸方向への貫通孔が形成さ
れるとともに、前記貫通孔を貫通する固定部材により固
定されることを特徴とする振動アクチュエータ。