JPH0937574A

JPH0937574A - 振動アクチュエータ及びその制御方法

Info

Publication number: JPH0937574A
Application number: JP8102805A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Ashizawa; 隆利芦沢
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-02-07
Also published as: US5760527A

Abstract

(57)【要約】【課題】低速まで駆動速度の制御ができ、低速時の速
度むらを低減させた振動アクチュエータを提供する。【解決手段】圧電体３、４が接合された弾性体２と、
弾性体２に加圧接触される相対運動部材７と、圧電体
３、４に駆動信号を出力する駆動回路２６とを備える振
動アクチュエータにおいて、駆動回路２６により、直接
的に第１駆動信号の電圧の制御を行って、第１駆動信
号、第２駆動信号それぞれの電圧を独立して制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに代
表される振動アクチュエータ及びその制御方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】進行波型の振動アクチュエータ（超音波
アクチュエータ）は、例えば日経メカニカル1983年２月
28日号等により報告されている。この振動アクチュエー
タは、簡単に説明すると、異なる２つの相の駆動信号を
印加することにより弾性体からなる固定子の駆動面に超
音波の進行波を発生させる。そして、この駆動面に加圧
した状態で接触させた移動子を、前記進行波の波の先端
に生じる楕円運動によって摩擦的に駆動するものであ
る。

【０００３】一方、図１５は、定在波型の振動アクチュ
エータの一種である、縦・捩じり振動型の振動アクチュ
エータの構造を示した斜視図である。従来、この種の振
動アクチュエータでは、固定子１０１は、２つの円柱型
の振動子１０２，１０３の間に捩じり振動用の圧電体１
０４が挟まれるとともに、振動子１０３の上側に、縦振
動用の圧電体１０５が配置された構成となっている。捩
じり振動用の圧電体１０４は、円周方向に分極されてい
る。また、縦振動用の圧電体１０５は、厚み方向に分極
されている。移動子１０６は、縦振動用の圧電体１０５
の上側に配置されている。

【０００４】固定子１０１を構成する振動子１０２，１
０３及び圧電体１０４，１０５は、いずれも固定軸１０
７に固定（固定軸１０７のねじ部にねじ止めされてい
る）されている。移動子１０６は、ボールベアリング１
０８を介して固定軸１０７に回動自在に設けられてい
る。固定軸１０７の先端には、ばね１０９を介してナッ
ト１１０がねじ止めされており、ばね力Ｆにより移動子
１０６と固定子１０１とを加圧した状態で接触させてい
る。

【０００５】捩じり振動用の圧電体１０４と縦振動用の
圧電体１０５とは、ともに、発振器１１１から発振され
る同一周波数の電圧を、移相器１１２により位相制御す
ることで駆動される。

【０００６】捩じり振動用の圧電体１０４は、移動子１
０６が固定軸１０７周りに回転するための機械的変位を
与える。一方、縦振動用の圧電体１０５は、固定子１０
１と移動子１０６との間に働く摩擦力を、圧電体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
ることで、固定子１０１に生じる振動を移動子１０６の
一方向への運動に変換する役割を果たす。

【０００７】図１６は、図１５に示す振動アクチュエー
タの固定子１０１を展開して示した斜視図である。捩じ
り振動用の圧電体１０４は、円周方向に分極する必要が
あるため、圧電材料を、図１６に示すように、６〜８個
程度の扇型の小片に一旦分割し、各小片を分極処理した
後に、再度環状に組み合わせていた。なお、符号１０４
ａは電極である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような振
動アクチュエータでは、捩じり振動用の圧電体１０４を
環状に組み合わせる際に、寸法的な精度を出すことが難
しかった。

【０００９】一方、図１５において、縦振動用の圧電体
１０５及び捩じり振動用の圧電体１０４それぞれの断面
積は、固定子１０１の断面積と略等しいか、又は、固定
子１０１の断面積よりも小さかった。また、固定軸１０
７を通すために圧電体１０４，１０５の中央部に孔を開
ける必要があった。そのために、圧電体１０４，１０５
の面積はさらに小さくなり、アクチュエータの高トルク
化及び高回転化を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、高トルク，高回転により駆動でき、しか
も、構造が簡単かつ製造が簡単な振動アクチュエータ
を、例えば特願平6-180279号や特願平6-275022号により
提案した。

【００１１】図１７は、これらの振動アクチュエータの
構造例を示す縦断面図である。また、図１８は、図１７
の振動アクチュエータの制御を示すブロック図である。
また、図１９（ａ）は、図１７に示す２つの半円柱状の
弾性体と、これらに挟まれて支持された電気機械変換素
子とで構成される振動子を底面方向から見た図であり、
図１９（ｂ）は、この振動子を側面方向から見た図であ
る。さらに、図２０は、弾性体の縦振動と捩じり振動と
を組み合わせて振動子の駆動面に楕円運動を生じさせる
振動アクチュエータの駆動原理を説明する図である。

【００１２】図１７、１８において、縦・捩じり振動型
の振動アクチュエータ１の振動子２は、複数の圧電体
３，４と、それらの圧電体３，４が接合されて、その圧
電体３，４の励振により１次の縦振動と１次の捩じり振
動とが生じることで、駆動面２ｃに駆動力を発生させる
柱状の弾性体２ａ，２ｂとで構成されている。

【００１３】圧電体３，４は、駆動信号により励振さ
れ、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機
械変換素子として機能する。弾性体２ａ，２ｂは、厚肉
の円筒を縦に２つに分割した形状の部材であり、その分
割面に圧電体３，４が挟み込まれている。圧電体３，４
は合計４層からなっている。このうちの２層の圧電体３
は、圧電定数ｄ₁₅を用いる捩じり振動用の圧電体であ
り、残り２層の圧電体４は、圧電定数ｄ₃₁を用いる縦振
動用の圧電体である。

【００１４】弾性体２ａ，２ｂには、高さ方向の略中心
に、圧電体３，４が積層された方向と平行に貫通孔２
ｄ，２ｅが形成される。弾性体２ａ，２ｂは、その貫通
孔２ｄ，２ｅを用いてボルト６ａ，６ｂで固定されるこ
とにより、圧電体３，４を挟み込むとともに、軸方向の
中心に挿入された固定軸５にねじ止めされる。

【００１５】相対運動部材である移動子７は、移動子母
材７−１と、振動子２の駆動面２ｃに接触する摺動材７
−２から構成されている。そして、その内周部に嵌め込
まれた位置決め部材８により、固定軸５に対して位置決
めされている。

【００１６】移動子７は、加圧部材９ａによって振動子
２の駆動面２ｃに加圧された状態で接触している。固定
軸５は、弾性体２ａ，２ｂの軸方向に形成された中空部
に貫通しており、弾性体２ａ，２ｂ等からなる振動子２
を固定するとともに、移動子７を半径方向に位置決めす
る。この固定軸５は、端部にネジ部が形成されており、
加圧部材９ａの加圧量を調整する調整部材９ｂが設けら
れている。

【００１７】振動アクチュエータを駆動するための駆動
回路は、図１８に示すように、駆動信号を発振する発振
部１０と、その駆動信号を (1/4)λ（波長）位相差のあ
る信号に分ける移相部１１と、捩じり振動用の圧電体３
に入力する駆動信号（以下、「第１の駆動信号」とい
う。）を増幅するＴ増幅部１３と、縦振動用の圧電体４
に入力する駆動信号（以下、「第２の駆動信号」とい
う。）を増幅するＬ増幅部１２等とから構成される。

【００１８】また、駆動回路は、捩じり振動を検出する
検出部１４と、その検出部１４の検出量に応じて発振部
１０の周波数や電圧等を制御する制御部１５等とを備え
る。検出部１４は、振動子２の側面に貼付された圧電体
１４ａを有し、ねじりに伴って発生する変位を検出する
ことで、間接的に弾性体２ａ，２ｂに発生した捩じりの
変位を検出するものである。

【００１９】図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すよう
に、圧電体３，４は、２つの弾性体２ａ，２ｂに挟まれ
た２群からなっている。この２つの群は、それぞれ４層
からなり、２層は圧電定数ｄ₁₅を用いる圧電体３から構
成され、残り２層は圧電定数ｄ₃₁を用いる圧電体４から
構成される。

【００２０】圧電定数ｄ₁₅を用いる圧電体３は、ある正
電圧が印加されると、弾性体２ａ，２ｂの長手方向（軸
方向）に対して剪断変位を発生させる。この圧電体３
は、図１９（ａ）において、円周方向に対し、剪断変形
が手前方向Ｘとその反対方向Ｙとに交互になるように配
置される。圧電体３は、このように配置されることによ
り、それぞれが剪断変形したときに、振動子２に捩じり
変位を発生させ、これにより振動子２の底面が捩じれ
る。また、ある負電圧が印加されると、図１９（ａ）と
は反対の方向に剪断変形し、振動子２は図１９（ａ）と
は反対の方向に捩じれる。

【００２１】圧電体４は、圧電定数ｄ₃₁を用いるもの
で、電圧が印加されると、弾性体２ａ，２ｂの長手方向
に対して伸縮変位を発生させる。４つの縦振動用の圧電
体４は、全てある電位が印加された場合に、同じ方向に
変位が生じるように配置される。このように、圧電体３
と圧電体４とを配置した場合、圧電体３に正弦波電圧を
入力することにより、振動子２には捩じり振動が発生す
る。また、圧電体４に正弦波電圧を入力することによ
り、振動子２には伸縮振動が発生する。

【００２２】したがって、図１８において、発振部１０
及び移相部１１を介して、Ｔ増幅部１３及びＬ増幅部１
２から圧電体３，４に、前述した正弦波のような周期性
を有する駆動信号を印加すると、圧電体３，４が励振さ
れ、弾性体２には１次の捩じり振動と１次の縦振動とが
それぞれ発生する。

【００２３】ここで、図２０を用いて、振動アクチュエ
ータ１の駆動時の動作を時間毎に説明する。図２０に示
すように、捩じり振動Ｔの周期と伸縮振動Ｌの周期との
位相差を (1/4)λずらすと、駆動面２ｃ上の点Ａには楕
円運動が生じる。駆動周波数をｆとし、このときの角周
波数をω（＝２πｆ）とすると、ｔ＝（６／４）・（π
／ω）の時点では、捩じり振動Ｔの変位は、左側に最大
であり、縦振動Ｌの変位はゼロである。この状態では、
移動子７は加圧部材９ａによって振動子２の駆動面２ｃ
に加圧接触している。

【００２４】この状態から、ｔ＝（７／４）・（π／
ω）〜０〜（２／４）・（π／ω）までは、捩じり振動
Ｔは、左側の最大から右側の最大まで変位する。また、
縦振動Ｌは、ゼロから上側の最大に変位した後、再びゼ
ロに戻る。したがって、振動子２の駆動面２ｃは、移動
子７を押しながら、右方向に回転し、この回転により移
動子７は駆動される。

【００２５】次に、ｔ＝（２／４）・（π／ω）〜（６
／４）・（π／ω）までは、捩じり運動Ｔは、右側の最
大から左側の最大まで変位する。また、縦振動Ｌは、ゼ
ロから下側の最大に変位した後、再びゼロに戻る。した
がって、振動子２の駆動面２ｃの点Ａは、移動子７から
離れながら、左方向に回転する。そのため、移動子７は
駆動されない。このときに、移動子７は、加圧部材９ａ
により加圧されていても固有振動数が異なるため、振動
子２の縮みに追従しない。

【００２６】このようにして、振動子２に生じる縦振動
と捩じり振動それぞれの共振周波数を略一致させれば、
縦振動と捩じり振動とが同時に生じる（縮退する）こと
になり、振動子２の駆動面２ｃには楕円運動が発生して
駆動力が生じる。その結果、移動子７は回転する。

【００２７】ところで、進行波型の振動アクチュエータ
の駆動速度を制御する場合、前述の日経メカニカル1983
年２月28日号の第46頁の図６にも示されているように、
各圧電体に入力する駆動信号の電圧値を同じ変化率で制
御する。これは、２つの相の駆動信号の入力電圧値を同
時に同じように制御しないと、進行波の波形が乱れて駆
動面に楕円運動が生じなくなり、移動子７の駆動が困難
になるからである。そのため、従来の進行波型の振動ア
クチュエータにおいて、その駆動信号の電圧を制御する
と、駆動信号の電圧に応じて、固定子（振動子）の駆動
面において発生する楕円運動の大きさが相似的に変わ
る。その結果、移動子の駆動速度や駆動力が変化する。
進行波型の振動アクチュエータでは、常に弾性体と移動
子とが進行波の波の頭部にて点状又は線状に接触するた
め、楕円運動が小さくなっても移動子へ駆動力が伝達さ
れる。したがって、２つの相の駆動電圧を同時に同じ変
化率で低下させることにより、駆動速度を下げて低速に
することができ、低速時にも駆動速度の速度むらが発生
し難い。

【００２８】一方、図１７〜２０に示す、縦・捩じり型
の振動アクチュエータでは、前述のように、第１相の駆
動信号により駆動方向の変位が発生し、第２相の駆動信
号により駆動方向と垂直方向の変位が発生し、その合成
により振動子の駆動面に楕円運動が発生する。すなわ
ち、第１相の駆動信号が駆動力の発生に関係し、第２の
駆動信号がクラッチ機構として駆動力の動力伝達に関係
する。

【００２９】このような振動アクチュエータの駆動速度
を制御する場合、従来の進行波型の振動アクチュエータ
と同様に、発振部１０から出力される駆動信号の周波数
を制御して、Ｌ増幅部１２及びＴ増幅部１３から出力さ
れる２つの駆動信号の電圧値を同じ変化率で小さくする
と、それに応じて楕円運動も小さくなる。そのため、駆
動方向の楕円運動成分も小さくなり、駆動速度は低下す
る。

【００３０】しかし、２つの駆動信号ともに電圧値を小
さくするので、駆動方向と垂直方向の楕円運動成分も小
さくなってしまい、垂直方向の楕円運動成分の大きさが
駆動面の表面粗さより小さくなると、クラッチ機構が不
充分になってしまう。そのため、図１７〜２０に示す振
動アクチュエータでは、超低速域においては駆動できな
くなったり、低速化によりクラッチ機構の作動が不良と
なって、一定の速度を維持できなくなるという課題があ
った。

【００３１】一方、２つの駆動信号の電圧値をともに大
きくすると、駆動方向と垂直方向の楕円運動成分も大き
くなる。そのため、垂直方向の楕円運動成分の大きさが
所定の範囲より大きくなると、クラッチ機構が不充分に
なって効率が低下してしまう。そのため、安定して高速
駆動を行うことができる限界があり、この限界を越えた
高速域においても速度ムラが発生し易くなるという課題
があった。

【００３２】本発明は、このような課題を解決すること
を目的とする。具体的には、超低速域まで駆動速度の制
御を行うことができ、特に超低速駆動時における速度む
らの発生をできるだけ抑制する振動アクチュエータ及び
その制御方法を提供することを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的のために、請求
項１記載の発明では、弾性体及び前記弾性体に接合され
た電気機械変換素子とで構成される振動子と、前記振動
子の駆動面に加圧された状態で接触し、前記振動子との
間で相対運動を行う相対運動部材と、前記電気機械変換
素子に駆動信号を出力する駆動回路とを備え、前記駆動
回路からの第１駆動信号及び第２駆動信号によって前記
電気機械変換素子を励振することで、前記駆動面に前記
相対運動と略同じ方向に変位が生じる第１振動モード
と、前記駆動面にこの駆動面と交差する方向に変位が生
じる第２振動モードとを発生させる振動アクチュエータ
であって、前記駆動回路が、前記第１駆動信号及び／又
は前記第２駆動信号の電圧を制御することを特徴とす
る。

【００３４】請求項２記載の発明は、請求項１に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路が、前
記第１駆動信号及び前記第２駆動信号それぞれの電圧
を、互いに独立して制御することを特徴とする。

【００３５】請求項３記載の発明は、請求項１に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路が、前
記第１駆動信号によって前記第１振動モードを発生さ
せ、前記第２駆動信号によって前記第２振動モードを発
生させるとともに、前記第２振動モードの振動の振幅
が、予め設定された範囲内となるように前記第２駆動信
号の電圧を制御することを特徴とする。

【００３６】請求項４記載の発明は、請求項１に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路が、前
記第１振動モードの振動の振幅が減少するように前記第
１駆動信号の電圧を制御することを特徴とする。

【００３７】請求項５記載の発明は、請求項１に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路が、さ
らに前記第１駆動信号及び／又は前記第２駆動信号の駆
動周波数を制御することを特徴とする。

【００３８】請求項６記載の発明は、請求項１に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記弾性体が、前記
電気機械変換素子の一部を挟み込む、２つの柱状の弾性
体からなり、前記第１振動モードは、前記弾性体の中心
軸と略同じ位置に回転軸を有する１次以上の捩じり振動
であり、前記第２振動モードは、前記回転軸の略軸方向
に変位が生じる１次以上の縦振動であることを特徴とす
る。

【００３９】請求項７記載の発明は、請求項１に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記弾性体に生じる
振動が、１次の縦振動及び１次の捩じり振動、ないし
は、１次の縦振動及び２次の捩じり振動であることを特
徴とする。

【００４０】請求項８記載の発明は、請求項１に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路が、前
記第１駆動信号の電圧を変えることで、前記弾性体と前
記相対運動部材との間における相対運動速度を制御する
ことを特徴とする。

【００４１】請求項９記載の発明は、請求項８に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路は、前
記相対運動速度を大きくするときは、前記第１駆動信号
の電圧を大きくすることを特徴とする。

【００４２】請求項１０記載の発明は、請求項８に記載
された振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路は、
前記相対運動速度を小さくするときは、前記第１駆動信
号の電圧を小さくすることを特徴とする。

【００４３】請求項１１記載の発明は、請求項５に記載
された振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路が、
前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号の周波数を変え
るとともに、前記第２駆動信号の電圧を変えることで、
前記弾性体と前記相対運動部材との間における相対運動
速度を制御することを特徴とする。

【００４４】請求項１２記載の発明は、請求項１１に記
載された振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路
は、前記相対運動速度を大きくするときは、前記第１駆
動信号及び前記第２駆動信号の周波数を低くするととも
に、前記第２駆動信号の電圧を大きくすることを特徴と
する。

【００４５】請求項１３記載の発明は、請求項１１に記
載された振動アクチュエータにおいて、前記駆動回路
は、前記相対運動速度を小さくするときは、前記第１駆
動信号及び前記第２駆動信号の周波数を高くするととも
に、前記第２駆動信号の電圧を小さくすることを特徴と
する。

【００４６】請求項１４記載の発明は、弾性体に接合さ
れた電気機械変換素子に第１駆動信号及び第２駆動信号
を出力することで、前記弾性体に接触して前記弾性体と
の間で相対運動を行う相対運動部材との接触面に、前記
相対運動の方向と略同じ方向に変位が生じる第１振動モ
ードと、前記接触面に対して交差する方向に変位が生じ
る第２振動モードとを発生させて、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振動アクチュ
エータの制御方法であって、前記第１駆動信号及び／又
は前記第２駆動信号それぞれの電圧を制御することを特
徴とする。

【００４７】請求項１５記載の発明は、請求項１４に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
第１駆動信号によって前記第１振動モードを発生させ、
前記第２駆動信号によって前記第２振動モードを発生さ
せるとともに、前記第２振動モードの振動の振幅が、予
め設定された範囲内となるように前記第２駆動信号の電
圧を制御することを特徴とする。

【００４８】請求項１６記載の発明は、請求項１４に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
第１振動モードの振動の振幅が減少するように前記第１
駆動信号の電圧を制御することを特徴とする。

【００４９】請求項１７記載の発明は、請求項１４に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、さら
に、前記第１駆動信号及び／又は前記第２駆動信号の駆
動周波数を制御することを特徴とする。

【００５０】請求項１８記載の発明は、請求項１４に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
第１駆動信号の電圧を変えることで、前記弾性体と相対
運動部材との間における相対運動速度を制御することを
特徴とする。

【００５１】請求項１９記載の発明は、請求項１８に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
相対運動速度を大きくするときは、前記第１駆動信号の
電圧を大きくすることを特徴とする。

【００５２】請求項２０記載の発明は、請求項１８に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
相対運動速度を小さくするときは、前記第１駆動信号の
電圧を小さくすることを特徴とする。

【００５３】請求項２１記載の発明は、請求項１７に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
第１駆動信号及び前記第２駆動信号の周波数を変えると
ともに、前記第２駆動信号の電圧を変えることで、前記
弾性体と前記相対運動部材との間における相対運動速度
を制御することを特徴とする。

【００５４】請求項２２記載の発明は、請求項１７に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
弾性体と前記相対運動部材との間における相対運動速度
を大きくするときは、前記第１駆動信号及び前記第２駆
動信号の周波数を低くするとともに、前記第２駆動信号
の電圧を大きくすることを特徴とする。

【００５５】請求項２３記載の発明は、請求項１７に記
載された振動アクチュエータの制御方法において、前記
弾性体と前記相対運動部材との間における相対運動速度
を小さくするときは、前記第１駆動信号及び前記第２駆
動信号の周波数を高くするとともに、前記第２駆動信号
の電圧を小さくすることを特徴とする。

【００５６】本発明によれば、前記電気機械変換素子に
第１駆動信号及び第２駆動信号を出力する際に、直接的
に、第１駆動信号及び第２駆動信号の一方又は双方の電
圧を制御する。したがって、第１駆動信号，第２駆動信
号の電圧を、互いに独立して制御することが可能とな
る。

【００５７】また、第１駆動信号又は第２駆動信号の一
方の信号の電圧を制御することで、第２振動モードの振
動の振幅を、所定の範囲内に維持することができる。し
たがって、第２駆動信号によって発生する第２振動モー
ドの振動の振幅を駆動時のクラッチ機能として利用する
場合、この第２駆動信号の電圧を制御することで、必要
とするクラッチ成分を維持することが可能になる。

【００５８】また、第１駆動信号によって第１振動モー
ドを発生させる場合は、第１駆動信号の電圧を制御し
て、第１振動モードの振動の振幅を変えることができ
る。そのため、弾性体と相対運動部材との相対運動速度
を変えることができる。第１駆動信号の電圧を大きくす
れば、第１振動モードの振動の振幅は大きくなり、相対
運動速度は大きくなる。また、第１駆動信号の電圧を小
さくすれば、第１振動モードの振動の振幅は小さくな
り、相対運動速度は小さくなる。このとき、第２駆動信
号の電圧は変更されないので、前記クラッチ機能を維持
したまま、相対運動速度を変えることができる。

【００５９】また、駆動信号の電圧とともに、この駆動
信号の駆動周波数を制御するように構成すれば、より広
い範囲で、第１駆動信号及び第２駆動信号を独立して制
御することができる。例えば、第１駆動信号及び第２駆
動信号の駆動周波数を高くするとともに、第２駆動信号
の電圧を大きくすれば、必要なクラッチ機能を維持した
まま、相対運動速度を小さくすることができる。逆に、
第１駆動信号及び第２駆動信号の駆動周波数を低くする
とともに、第２駆動信号の電圧を小さくすれば、必要な
クラッチ機能を維持したまま、相対運動速度を大きくす
ることができる。

【００６０】このように、本発明によれば、相対運動速
度の大小に関わらず、必要なクラッチ機能を維持でき
る。そのため、極めて低い速度あるいは高い速度でも安
定して駆動することができる。

【００６１】

【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する超音波アクチュ
エータを例にとって、行う。

【００６２】図１は、本発明の振動アクチュエータの第
１実施形態の超音波アクチュエータの構成を示すブロッ
ク図である。本発明は、図１７〜図２０を用いて説明し
た縦・捩じり振動型の振動アクチュエータについて、図
１８に示す駆動回路を、図１に示す駆動回路２６に変更
することにより、第１駆動信号及び／又は第２駆動信号
の電圧に対して直接的な制御を行うものである。なお、
この場合の超音波アクチュエータは、前述した図１７に
示す振動アクチュエータと全く同様に構成された、図２
に示す超音波アクチュエータ１である。したがって、図
２の説明は省略する。

【００６３】図１に示すように、本実施形態の駆動回路
２６は、駆動信号を発生する発振部２０と、その駆動信
号を第１駆動信号と第２駆動信号に分ける移相部２１
と、捩じり振動用の圧電体３に入力する第１駆動信号を
増幅するＴ増幅部２３と、縦振動用の圧電体４に入力す
る第２駆動信号を増幅するＬ増幅部２２とから構成され
る。移相部２１は、第１駆動信号と第２駆動信号との間
に (1/4)λ（波長）の位相差を生じさせる。

【００６４】さらに、駆動回路２６は、振動子２に発生
する捩じり振動を検出する検出部２４と、検出部２４の
検出量に応じてＴ増幅部２３の増幅量を制御する制御部
２５とを備える。検出部２４は、振動子２の側面に貼付
された圧電体１４ａを備えており、捩じり振動に伴って
発生する変位を検出することによって、間接的に振動子
２に生じている捩じり変位を検出できる。

【００６５】以上のような構成によると、発振部２０は
周波数を制御された駆動信号を発生し、発生した駆動信
号は移相部２１により (1/4)λ位相差のある第１駆動信
号と第２駆動信号とに分けられる。第１駆動信号はＴ増
幅部２３に入力し、第２駆動信号はＬ増幅部２２に入力
する。そして、増幅された第１駆動信号は、捩じり振動
用の圧電体３に入力する。また、増幅された第２駆動信
号は、縦振動用の圧電体４に入力する。これにより、捩
じり振動用の圧電体３は、弾性体２ａ，２ｂに捩じり振
動が発生するように励振し、縦振動用の圧電体４は、弾
性体２ａ，２ｂに縦振動が発生するように励振する。そ
の結果、振動子２の駆動面２ｃには、捩じり振動と縦振
動とが合成された楕円運動が発生する。図２において、
相対運動部材である移動子７は、振動子２の駆動面２ｃ
に加圧された状態で接触しているため、摩擦的に駆動力
を受けて駆動される。

【００６６】移動子７の駆動速度は、振動子２に貼付し
てある検出用圧電体１４ａの信号により間接的にモニタ
できる。移動子７の駆動速度が大きいときは、捩じり振
動の振幅が大きく、大きな電圧が発生する。これに対し
て、移動子７の駆動速度が小さいときは、捩じり振動の
振幅が小さく、小さな電圧しか発生しない。

【００６７】本実施形態では、この電圧量により制御部
２５が移動子７の駆動速度を制御する。すなわち、本実
施形態では制御部２５からの信号をＴ増幅部２３に接続
しているので、移動子７の駆動速度は、第１駆動信号の
電圧量、つまりＴ増幅部２３の増幅量を制御することに
より制御される。移動子７の駆動速度が所望の駆動速度
より大きな場合には、Ｔ増幅部２３の増幅量を小さくす
る。一方、移動子７の駆動速度が所望の駆動速度よりも
小さな場合には、Ｔ増幅部２３の増幅量を大きくする。
この際、Ｌ増幅部２２の増幅量は変化しないため、図２
の超音波アクチュエータは、必要なクラッチ機能を維持
したまま、駆動速度を変更できる。

【００６８】なお、本実施形態では、制御部２５によっ
てＴ増幅部２３の増幅量を制御するように構成したが、
本発明はこのような構成に限定されるものではない。例
えば、Ｌ増幅部２２や、Ｔ増幅部２３及びＬ増幅部２２
の増幅量を制御するように構成してもよい。

【００６９】図３は、捩じり振動用の圧電体３に入力す
る第１駆動信号の電圧値を変更した場合の捩じり振動の
振幅と、駆動面における楕円運動と駆動速度との関係を
示す説明図である。

【００７０】図３（ａ）において、圧電体３に入力する
第１駆動信号の電圧を小さくすると、駆動周波数−振動
振幅曲線は、曲線ｌから曲線ｍへと変化し、捩じり振動
の振幅は小さくなる。この時、縦振動用の第２駆動信号
の電圧は一定であるため、図３（ｂ）に示すように、楕
円運動は、横長の形状から縦長の形状に変化する。した
がって、図３（ｃ）に示すように、駆動方向の速度成分
だけをＡ点からＢ点へと小さくできるため、必要なクラ
ッチ高さを維持したままで、移動子７の移動速度を小さ
くできる。

【００７１】つまり、第１駆動信号の電圧を小さくして
も、縦振動の振幅は、捩じり振動の大きさに係わらず一
定であるため、移動子７は弾性体２の駆動面２ｃの表面
粗さに影響されることがない。そのため、従来は不可能
であった低速駆動（特に超低速駆動）を、速度むらの発
生を生じることなく実現できる。

【００７２】また、第１駆動信号の電圧を大きくする
と、捩じり振動の振幅は大きくなる。この際に縦振動用
の第２駆動信号の電圧は一定であるため、図３（ｂ）に
示すように、楕円運動は縦長の形状から横長の形状へと
変化する。したがって、図３（ｃ）に示すように、駆動
方向の速度成分だけをＢ点からＡ点へと大きくできるた
め、必要なクラッチ高さを維持したままで、移動子７の
移動速度を大きくできる。

【００７３】このように、第１駆動信号の電圧を変化さ
せて移動子７の駆動速度を増減させても、第２駆動信号
による縦振動の振幅は、所定の範囲内に維持することが
できる。

【００７４】図４は、駆動信号の増幅量を変える手段を
説明した図である。Ａ／Ｄ変換部２７と制御指令部２８
とは、制御部２５の中に設けられる。端子Ａからは、移
動速度の制御信号がアナログ信号として入力される。こ
の制御信号は、速度を増加させる場合には大きな値に変
わり、速度を減少させる場合には小さな値に変わる。

【００７５】Ａ／Ｄ変換部２７は、端子Ａから入力され
たアナログの制御信号Vs値を、対応するデジタル信号Sd
として制御指令部２８に出力する。制御指令部２８は、
マルチプレクサのように信号の選択を行うことができ、
制御信号を発生できる制御信号発生部と、その制御信号
によりON−OFF できる MOS電界効果トランジスタ等のス
イッチング素子Q1〜Q8とから構成される。

【００７６】制御指令部２８は、Ａ／Ｄ変換部２７より
デジタル信号Sdを受け、デジタル信号Sdに応じてスイッ
チング素子Q1〜Q8を選択し、選択されたスイッチング素
子Q1〜Q8にON信号を伝達する。ONされたスイッチング素
子Q1〜Q8は、抵抗 Rf1〜Rf8が接続されている演算増幅
器の帰還部を開く。

【００７７】演算増幅器の帰還部には、抵抗値が異なる
抵抗 Rf1〜Rf8 が並列に接続されていて、各抵抗 Rf1〜
Rf8 は、それぞれ直列につながれたスイッチング素子Q1
〜Q8が、制御信号発生部からの制御信号によりONされる
ことにより、演算増幅器の増幅量を決定することができ
る。これにより端子Ｂから入力された駆動信号が演算増
幅器で増幅され、端子Ｃから出力される。

【００７８】この図４に基づいて、Ｔ増幅部２３の増幅
率を変更する場合を考える。まず、移動子７の移動速度
を小さくする場合を説明する。端子Ａから入力された制
御信号Vs値が小さくなり、それに応じて、Ｔ増幅部２３
は増幅量を小さくする増幅器の抵抗 Rf1〜Rf8 に接続さ
れているスイッチング素子Q1〜Q8をONにする。これによ
り、捩じり振動用圧電体３に入力される駆動信号の電圧
は小さくなり、駆動速度が減少する。

【００７９】逆に、移動子７の移動速度を大きくする場
合を説明する。端子Ａから入力された制御信号Vs値が大
きくなり、それに応じて、Ｔ増幅部２３は増幅量を大き
くする増幅器の抵抗 Rf1〜Rf8 に接続されているスイッ
チング素子Q1〜Q8をONにする。これにより、捩じり振動
用圧電体３に入力される駆動信号の電圧は大きくなり、
駆動速度が増加する。

【００８０】本実施形態では、説明を判り易くするため
に、Ａ／Ｄ変換部２７からのデジタル信号を８ビットと
し、スイッチング素子Q1〜Q8及び抵抗 Rf1〜Rf8 をそれ
ぞれ８個としたが、Ａ／Ｄ変換部２７からのデジタル信
号を４ビットとし、スイッチング素子及び抵抗をそれぞ
れ４個設置することとしてもよい。また、Ａ／Ｄ変換部
２７からのデジタル信号を16ビットとし、スイッチング
素子及び抵抗Rfをそれぞれ16個としてもよく、さらには
それ以上としてもよい。ビット数，スイッチング素子数
及び抵抗数が多ければ多いほど、きめ細かい制御が可能
になる。

【００８１】なお、本実施形態では、検出部２４を振動
子２に貼った圧電体１４ａを用いて構成したが、例え
ば、エンコーダ等を用いることで、直接移動子７の駆動
速度を検出するようにしてもよい。

【００８２】また、図１に破線で示すように、Ｔ増幅部
２３の増幅量と発振部２０からの駆動周波数との双方を
制御するようにしてもよい。従来の制御方法のように、
発振部２０からの駆動周波数のみを制御する方法では、
駆動周波数を大きくすると、楕円運動のクラッチ成分の
みならず駆動成分も小さくなってしまうが、本実施形態
では、制御部２５から直接的にＴ増幅部２３を制御する
ために、駆動速度を低速（特に超低速）にすることがで
き、楕円運動のクラッチ成分，駆動成分それぞれの振動
の振幅を不均一に制御できる。そのため、必要なクラッ
チ成分の振動の振幅を確保したまま、駆動成分を変更す
ることができる。

【００８３】（第２実施形態）次に、本発明の振動アク
チュエータの第２実施形態の超音波アクチュエータを説
明する。なお、以降の各実施形態の説明では、前述した
第１実施形態と重複する部分には同一符号を付すことに
より適宜説明を省略する。

【００８４】図５は、本発明の第２実施形態を説明する
ブロック図である。本実施形態の駆動回路２６−１は、
駆動信号を発生する発振部２０−１と、その駆動信号を
第１駆動信号と第２駆動信号とに分ける移相部２１と、
捩じり振動用の圧電体３に入力する第１駆動信号を増幅
するＴ増幅部２３と、縦振動用の圧電体４に入力する第
２駆動信号を増幅するＬ増幅部２２とから構成される。
移相部２１は、第１駆動信号と第２駆動信号との間に
(1/4)λ（波長）の位相差を生じさせる。

【００８５】また、駆動回路２６−１は、振動子に発生
する捩じり振動を検出する検出部２４−１と、検出部２
４−１の検出量に応じてＴ増幅部２３−１の増幅量及び
発振部２０−１の駆動周波数を制御する制御部２５−１
とを備えている。検出部２４−１は、振動子２の側面に
貼付された圧電体１４ａを備えており、発生する捩じり
振動に伴って発生する変位を検出することによって、間
接的に振動子２に発生する捩じり変位を検出できる。

【００８６】振動子２、圧電体３，４、支持部材５、移
動子７等の構成や配置は、第１実施形態と同様であるた
め、ここでの説明は省略する。以上のような構成による
と、発振部２０−１は、周波数を制御された駆動信号を
発生し、この駆動信号は移相部２１−１により (1/4)λ
位相差のある第１駆動信号と第２駆動信号とに分けられ
る。

【００８７】第１駆動信号は、Ｔ増幅部２３−１に入力
し、第２駆動信号は、Ｌ増幅部２２−１に入力する。そ
して、増幅された第１駆動信号は、捩じり振動用の圧電
体３に入力する。また、増幅された第２駆動信号は、縦
振動用の圧電体４に入力する。これにより、捩じり振動
用の圧電体３は、弾性体２ａ，２ｂに捩じり振動が発生
するように励振し、縦振動用の圧電体４は、弾性体２
ａ，２ｂに縦振動が発生するように励振する。その結
果、振動子２の駆動面２ｃには、捩じり振動と縦振動と
が合成された楕円運動が発生する。図２において、相対
運動部材である移動子７は、振動子２の駆動面２ｃに加
圧された状態で接触しているため、摩擦的に駆動力を受
けて駆動される。

【００８８】移動子７の駆動速度は、発振部２０−１の
駆動周波数と、第２駆動電圧量（Ｌ増幅部２２−１）の
増幅量とを制御することにより制御される。移動子７の
駆動速度が所望の駆動速度よりも大きな場合には、発振
部２０−１の駆動周波数を大きくして共振点より離し、
さらにＬ増幅部２２−１の増幅量を大きくする。駆動周
波数の変更により、捩じり振動及び縦振動の振幅は小さ
くなるが、Ｌ増幅部２２−１の増幅率を大きくすること
で、縦振動の振幅を所定の範囲よりも小さくならないよ
うにすることができる。

【００８９】逆に、移動子７の駆動速度が所望の駆動速
度より小さな場合には、発振部２０−１の駆動周波数を
小さくして共振点に近づけ、さらにＬ増幅部２２−１の
増幅量を小さくする。駆動周波数の変更により、捩じり
振動及び縦振動の振幅は大きくなるが、Ｌ増幅部２２−
１の増幅率を小さくすることで、縦振動の振幅を必要以
上に大きくならないようにすることができる。

【００９０】このような制御により、駆動速度指令に対
して、楕円運動の駆動方向の成分だけを変更できる。そ
して、楕円運動の駆動方向と垂直な方向の成分は、略一
定にすることができる。したがって、第１実施形態と同
様に、必要なクラッチ高さを維持したまま駆動速度を増
減できる。

【００９１】（第３実施形態）図６は、本発明の第３実
施形態の超音波アクチュエータの構成を示す断面図であ
る。本実施形態は、第１実施形態、第２実施形態で用い
た振動子２の形状を変更したものである。

【００９２】図６において、縦・捩じり振動型の超音波
アクチュエータ３１の振動子３２は、複数の圧電体３
３，３４と、それらの圧電体３３，３４が接合されて、
その圧電体３３，３４の励振により１次の縦振動と２次
の捩じり振動とが生じることで、駆動面３２ｃに駆動力
を発生させる柱状の弾性体３２ａ，３２ｂとで構成され
ている。圧電体３３，３４は、駆動信号により励振さ
れ、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機
械変換素子として機能する。

【００９３】弾性体３２ａ，３２ｂは、厚肉の円筒を縦
に２つに分割した形状の部材であり、その分割面に圧電
体３３，３４が挟み込まれている。圧電体３３，３４は
合計４層からなっている。このうちの２層の圧電体３３
は、圧電定数ｄ₁₅を用いる捩じり振動用の圧電体であ
り、残り２層の圧電体３４は、圧電定数ｄ₃₁を用いる縦
振動用の圧電体である。

【００９４】弾性体３２ａ，３２ｂの高さ方向の中心部
より少し下部には、溝が設けられており、圧電体３３，
３４を挟み込んで振動子３２を構成したときに、他より
も直径が小さい小径部３２ｆを形成する。この小径部３
２ｆを間に挟んで、振動子３２は第１大径部３２ｇと第
２大径部３２ｈとに分割される。

【００９５】弾性体３２ａ，３２ｂには、高さ方向の略
中心に、圧電体３３，３４の積層方向と平行に貫通孔３
２ｄ，３２ｅが形成されている。この弾性体３２ａ，３
２ｂは、その貫通孔３２ｄ，３２ｅを用いてボルト３６
ａ，３６ｂとで固定されることにより、圧電体３３，３
４を挟み込むとともに、軸方向の中心に挿入された固定
軸３５にねじ止めされている。

【００９６】相対運動部材である移動子３７は、移動子
母材３７−１と、振動子３２の駆動面３２ｃに接触する
摺動材３７−２とから構成されている。そして、移動子
母材３７−１の内周部に嵌め込まれたベアリング等の位
置決め部材３８により、固定軸３５に対して位置決めさ
れている。この移動子３７は、皿バネやスプリングバネ
ないしは板バネ等の加圧部材３９ａによって、振動子３
２の駆動面３２ｃに加圧された状態で接触している。

【００９７】固定軸３５は、移動子３７の支持部材とし
て機能する。移動子母材３７−１の外縁部には出力取り
出し用の歯車３７−１ａが設けられていて、その出力は
被駆動体と同軸の歯車（いずれも図示しない。）に伝達
される。

【００９８】固定軸３５は、振動子３２の中空部を貫通
しており、振動子３２を固定すると同時に、移動子３７
の半径方向に位置決めする。この固定軸３５の端部には
ネジ部が形成されており、加圧手段３９ａの加圧量を調
整する調整手段３９ｂが設けられている。

【００９９】本実施形態では、固定軸３５は、振動子組
立て後に駆動面３２ｃの研磨作業を行い易くするため、
図示する位置で振動子側３５ａと移動子側３５ｂとの２
つに分割自在に構成されている。振動子側固定軸３５ａ
は、振動子３２を固定支持する。また、移動子側固定軸
３５ｂは、移動子３７を回転方向には拘束せず、半径方
向には、位置がずれないように支持する。振動子側固定
軸３５ａと移動子側固定軸３５ｂとは、ネジにより結合
されている。そして、駆動面３２ｃの研磨作業の終了後
の最終組立ての際には、雄ねじと雌ねじとの間に接着剤
が充填される。

【０１００】また、本実施形態では、固定軸３５の長手
方向の略中央部には、直径が他よりも大きい大径部３５
ｃが形成されている。そして、この大径部３５ｃの外周
面のみが、弾性体３２ａ，３２ｂの内周面に接触するよ
うになっており、接触面積を減らすようにしてある。そ
のため、駆動時の騒音を低下させることができる。ま
た、支持により振動が妨げられるのを防止することがで
きる。

【０１０１】なお、本実施形態の駆動回路等は、第１実
施形態と全く同様であるため、ここでの説明は省略す
る。図７は、圧電体の励振によって１次の縦振動と２次
の捩じり振動とが生じることを説明する図であって、図
７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は二つの振動モードの振
幅状態を示すグラフである。また、図８は、本実施形態
における超音波アクチュエータの振動子を底面方向から
見た図である。

【０１０２】本実施形態の振動子３２は、第１大径部３
２ｇと第２大径部３２ｈとの間に、捩じり剛性の弱い小
径部３２ｆが形成されている。そして、第１大径部３２
ｇの長さは、第２大径部３２ｈの長さよりも長く設定さ
れている。このとき、振動子３２に発生する捩じり振動
は、小径部３２ｆ付近と第１大径部３２ｇの長さの略中
央付近の２か所に節が生じる２次モードとなる。

【０１０３】一方、縦振動は、小径部３２ｆによる形状
の影響を受け難いため、第１大径部３２ｇ及び第２大径
部３２ｈと小径部３２ｆとを含む長さの略真中に１つの
節が生じる１次モードとなる。

【０１０４】この場合、図７（ｂ）から明らかなよう
に、駆動面３２ｃは、捩じり振動，縦振動ともに振幅の
大きな腹となる。次に、本実施形態の超音波アクチュエ
ータ３１の動作を説明する。

【０１０５】図１において、発振部２０は駆動信号を発
生し、この駆動信号は移相部２１により、 (1/4)λ（波
長）位相差のある第１駆動信号と第２駆動信号とに分け
られる。第１駆動信号はＴ増幅部２３に入力し、第２駆
動信号はＬ増幅部２２に入力する。そして、増幅された
第１駆動信号は、捩じり振動用の圧電体３に入力する。
また、増幅された第２駆動信号は、縦振動用の圧電体４
に入力する。これにより、捩じり振動用の圧電体３は、
弾性体３２ａ，３２ｂに捩じり振動が発生するように励
振し、縦振動用の圧電体４は、弾性体３２ａ，３２ｂに
縦振動が発生するように励振する。その結果、振動子３
２の駆動面３２ｃには、捩じり振動と縦振動とが合成さ
れた楕円運動が発生する。移動子３７は、振動子３２の
駆動面３２ｃに加圧された状態で接触しているため、摩
擦的に駆動力を受け駆動される。

【０１０６】移動子３７の駆動速度は、振動子３２に貼
付してある検出用圧電体１４ａの信号により間接的にモ
ニタできる。移動子３７の駆動速度が大きいときは、捩
じり振動の振幅が大きく、大きな電圧が発生する。これ
に対して、移動子３７の駆動速度が小さいときは、捩じ
り振動の振幅が小さく、小さな電圧しか発生しない。し
たがって、この電圧量に基づいて、制御部２５が移動子
３７の駆動速度を制御する。

【０１０７】移動子３７の駆動速度は、第１駆動信号の
電圧量、つまりＴ増幅部２３の増幅量を変更することで
制御できる。移動子３７の駆動速度が所望の駆動速度よ
りも大きな場合には、Ｔ増幅部２３の増幅量を小さくす
る。一方、移動子３７の駆動速度が所望の駆動速度より
も小さな場合には、Ｔ増幅部２３の増幅量を大きくす
る。

【０１０８】本実施形態のような構成の振動アクチュエ
ータ３１においても、第１実施形態と同様に、第１駆動
信号の電圧を小さくすると、捩じり振動の振幅は小さく
なる。このとき、縦振動用の第２駆動信号の電圧は一定
であるため、楕円運動は横長の形状から縦長の形状に変
化する。したがって、駆動方向の速度成分を小さくする
ことができ、移動子３７の移動速度を小さくできる。

【０１０９】そして、縦振動の振幅は、捩じり振動の振
幅の大きさに関わらず一定であるため、移動子３７は駆
動面３２ｃの表面粗さに影響されることがない。その結
果、第１駆動信号の電圧を極端に小さくした場合にも、
超低速で駆動することができ、速度ムラの発生も抑える
ことができる。

【０１１０】また、第１駆動信号の電圧を大きくする
と、捩じり振動の振幅は大きくなる。しかし、縦振動用
の第２駆動信号の電圧は一定であるため、楕円運動は縦
長の形状から横長の形状に変化する。したがって、駆動
方向の速度成分を大きくすることができ、移動子３７の
移動速度を大きくできる。

【０１１１】ここで、図６に示す振動アクチュエータ３
１を製作し、実際に68.4 kHzの駆動周波数で、縦振動用
（第２駆動信号）の電圧（Ｖ）を一定とし、捩じり振動
用（第１駆動信号）の電圧（Ｖ）のみを変化させて駆動
させた。そして、移動子の回転速度(rpm) 、回転ムラの
有無を測定し、電圧−回転数特性を求めた。その結果を
表１に示す。

【０１１２】

【表１】

【０１１３】さらに、比較のために、各条件で得られた
最低回転速度(rpm) 及び回転ムラの有無を測定した。そ
の結果を表２に示す。なお、ここでいう最低回転速度と
は、初期条件から回転速度を小さくしていき、回転が停
止する直前の状態で得られた回転速度を示している。

【０１１４】

【表２】

【０１１５】表１および表２から、捩じり振動用の圧電
体に入力する第１駆動信号の電圧だけを低下させること
により、必要なクラッチ高さを維持したまま、超低速域
まで駆動速度を制御できることが確認できた。また、低
速駆動を行う際に問題となる、速度むらの発生が少なく
なったことを確認できた。

【０１１６】（第４実施形態）図９は、本発明の第４実
施形態の超音波アクチュエータ６１の構造を示す断面図
である。

【０１１７】振動子６２は、駆動信号の入力により励振
される複数の圧電体６３，６４と、これらの圧電体６
３，６４が接合されて、その圧電体６３，６４の励振に
より、１次の縦振動と２次の捩じり振動とが生じること
で、駆動面６２ｃに駆動力を発生させる柱状の弾性体６
２ａ，６２ｂとで構成されている。

【０１１８】弾性体６２ａ，６２ｂは、鉄鋼，ステンレ
ス鋼又はリン青銅等の金属材料から構成することができ
る。この弾性体６２ａ，６２ｂは、厚肉の円筒を縦に２
つに分割したような形状を有する部材であり、その分割
面に圧電体６３，６４及び電極７０が挟み込まれてい
る。

【０１１９】弾性体６２ａ，６２ｂの表面には、３箇所
に溝が設けられており、弾性体６２ａ，６２ｂが組み合
わされて振動子６２を形成したときに、４つの大径部７
１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ及び７１Ｄと３つの小径部７２
ａ，７２ｂ及び７２ｃとが形成される。

【０１２０】小径部７２ａ，７２ｂ及び７２ｃは、振動
子６２に発生する２次の捩じり振動の節部を含む位置に
形成される。捩じり振動用の圧電体６３は、捩じり振動
の駆動面６２ｃ側の節部を含む位置に配置される。一
方、縦振動用の圧電体６４は、振動子６２に発生する１
次の縦振動の節部を含む位置に配置される。振動子６２
が、４つの大径部７１Ａ〜７１Ｄと３つの小径部７２ａ
〜７２ｃとを有する形状としたのは、１次の縦振動の共
振周波数と２次の捩じり振動の共振周波数とを略一致さ
せるためである。なお、捩じり振動用の圧電体６３及び
縦振動用の圧電体６４は、ともに図９においては図示さ
れていないが、後述する図１０を用いて詳細に説明す
る。

【０１２１】振動子６２は、その長手方向の略中心に、
捩じり振動用の圧電体６３及び縦振動用の圧電体６４そ
れぞれの積層方向と平行方向に貫通孔６２ｄ，６２ｅが
形成されている。

【０１２２】弾性体６２ａ，６２ｂは、それぞれに形成
された２か所の貫通孔６２ｄ，６２ｅにボルト６６が挿
入されてナット７３により固定されることで、捩じり振
動用の圧電体６３と縦振動用の圧電体６３とを挟み込ん
でいる。

【０１２３】また、弾性体６２ａ，６２ｂは、中央の小
径部７２ｂにも貫通孔７４ａ，７４ｂが設けられてお
り、この貫通孔７４ａ，７４ｂと固定軸６５に設けられ
た貫通孔７５とに固定ピン７６を挿入することで、長手
方向に対して固定軸６５に固定される。振動子６２の半
径方向に対する支持は、弾性体６２ａ，６２ｂと固定軸
６５との間に配置された筒状部材７７により行われる。

【０１２４】厚肉の円環状に形成された移動子６７は、
ステンレス鋼やアルミニウム合金等からなる移動子母材
６７−１と、振動子６２の駆動面６２ｃに接触する高分
子材料等を主成分とする摺動材６７−２とで構成され
る。そして、内周部に嵌め込まれたベアリング等による
位置決め部材６８によって、固定軸６５に対して位置決
めされている。移動子母材６７−１の外周面には、出力
取り出し用の歯車６７−１ａが設けられており、被駆動
体である歯車（図示していない）へ伝達される。この移
動子６７は、皿バネやスプリングバネあるいは板バネ等
の加圧部材６９ａにより、振動子６２の駆動面６２ｃに
加圧された状態で接触している。

【０１２５】円柱状の固定軸６５は、振動子６２の長手
方向（軸方向）に形成される中空部を貫通しており、弾
性体６２ａ，６２ｂを、固定ピン７６と筒状部材７７と
を用いて支持している。また、移動子６７を半径方向に
対して位置決めしている。固定軸６７の一部にはネジ部
が形成されており、加圧部材６９の加圧量を調整する調
整部材６９ｂがねじ留めされている。

【０１２６】図１０は、振動子６２における圧電体の配
置状態を示す説明図である。振動子６２は、前述のよう
に、４つの大径部７１Ａ〜７１Ｄと３つ小径部７２ａ〜
７２ｃとを有する厚肉の円筒体に形成されている。振動
子６２を構成する弾性体６２ａ，６２ｂの間には、２層
の捩じり振動用の圧電体６３と、２層の縦振動用の圧電
体６４と電極７０とが挟み込まれている。

【０１２７】小径部７２ａ〜７２ｃは、振動子６２に発
生する捩じり振動及び縦振動の節の位置に形成される。
また、捩じり振動用の圧電体６３は、捩じり振動の駆動
面６２ｃ側の節の位置を跨ぐように配置されている。縦
振動用の圧電体６４は、振動子６２に発生する縦振動の
節部を跨ぐように配置されている。

【０１２８】捩じり振動用の圧電体６３は、圧電定数ｄ
₁₅を用いるもので、駆動信号を入力すると、電圧の方向
に応じて剪断変形する。これにより、捩じり振動が発生
する。

【０１２９】縦振動用の圧電体６４は、圧電定数ｄ₃₁を
用いるもので、駆動信号を入力すると、電圧の方向に応
じて伸縮変形する。これにより、縦振動が発生する。捩
じり振動用の圧電体６３は、複数が配置される。つま
り、図１０に示すように、手前側の２枚の捩じり振動用
の圧電体６３ａと、奥側２枚の捩じり振動用の圧電体６
３ｂとで構成されている。圧電体６３ａと圧電体６３ｂ
とは、同じ方向の電圧が印加された場合、それぞれに発
生する剪断変形の向きが反対方向となるように配置され
る。その結果、駆動信号の入力により、振動子６２に
は、ある方向への捩じり変位が発生する。

【０１３０】例えば、図１０に示すように、圧電体６３
ａ及び圧電体６３ｂが剪断変形すると、駆動面６２ｃ
は、図１０の矢印で示す方向に捩じれる。また、反対方
向の電圧を印加すると、逆向きの剪断変形が発生するた
め、駆動面６２ｃは図１０とは反対の方向に捩じれる。

【０１３１】縦振動用の圧電体６４は、捩じり振動用の
圧電体６３と同様、複数が配置される。つまり、手前側
の２枚の縦振動用の圧電体６４ａと、奥側２枚の縦振動
用の圧電体６４ｂとで構成されている。圧電体６４ａと
圧電体６４ｂとは、同じ方向の電圧を印加された場合、
それぞれに発生する伸縮変形（縦変形）が同一方向とな
るように配置される。これにより、縦振動用の圧電体６
４に同じ駆動信号を入力すると、１次の縦振動モードが
発生し易くなる。

【０１３２】また、本実施形態では、捩じり振動用の圧
電体６３の大きさを、縦振動用の圧電体６４よりも小さ
くすることで、圧電体６３の表面積を圧電体６４の表面
積よりも小さくしている。

【０１３３】図１１は、本実施形態の超音波アクチュエ
ータ６０の構成を示す図であり、振動子６２の構成を示
す分解図を含む。図１１は、弾性体６２ａ及び６２ｂ、
圧電体６３，６４、縦振動検出用の圧電体８０ａ及び８
０ｂ、捩じり振動検出用の圧電体８１ａ及び８１ｂ，及
び電極１５の配置を示している。ここで、縦振動検出用
の圧電体８０ａ及び８０ｂは、振動子６２に発生する縦
振動の振動状態を検出するものである。また、捩じり振
動検出用の圧電体８１ａ及び８１ｂは、振動子６２に発
生する捩じり振動の振動状態を検出するためのものであ
る。なお、図１１においては、図示されている部分のみ
符号を付し、隠れている部分（符号ｂが付される。）に
ついては、振動子６２が軸を中心に対称形であることか
ら符号を省略してある。

【０１３４】分割された半円柱状に形成された２つの弾
性体６２ａ，６２ｂの間には、捩じり振動用の圧電体６
３と、縦振動用の圧電体６４と、縦振動検出用の圧電体
８０ａ及び８０ｂと、捩じり振動検出用の圧電体８１ａ
及び８１ｂと、電極１５とが挟み込まれ状態で配置され
ている。圧電体６３は、圧電体６３ａ，６３ｂとで構成
され、圧電体６４は、圧電体６４ａ，６４ｂとで構成さ
れている。電極７０は、捩じり振動用の圧電体６３ａ及
び６３ｂに駆動信号を入力するための電極７０−２ａ及
び７０−２ｂと、縦振動用の圧電体６４ａ及び６４ｂに
駆動信号を入力するための電極７０−１ａ及び７０−１
ｂとで構成されている。また、縦振動検出用の圧電体８
０に接合される電極７０−３ａ及び７０−３ｂと、捩じ
り振動検出用の圧電体８１に接合される電極７０−４ａ
及び７０−４ｂとを備えている。これらの弾性体６２ａ
及び６２ｂ、捩じり振動用の圧電体６３、縦振動用の圧
電体６４及び電極７０は、それぞれ接着剤により接合さ
れている。

【０１３５】捩じり振動検出用の圧電体８１ａ，８１ｂ
は、捩じり振動用の圧電体６３ａ，６３ｂよりも駆動面
６２ｃ側に配置される。また、縦振動検出用の圧電体６
４ａ，６４ｂは、縦振動用の圧電体６４ａ，６４ｂより
も、駆動面６２ｃの反対側の端面側に配置される。

【０１３６】これらの圧電体６３ａ，６３ｂ，６４ａ，
６４ｂ，８０ａ，８０ｂ，８１ａ及び８１ｂは、それぞ
れ２層によって構成される。そして、各層については、
同一平面上に配置される。つまり、振動子６２の駆動面
６２ｃ側から、捩じり振動検出用の圧電体，捩じり振動
用の圧電体，縦振動用の圧電体，縦振動検出用の圧電体
の順に配置されている。

【０１３７】電極７０−１ａ及び７０−１ｂ，７０−２
ａ及び７０−２ｂは、２層で構成される捩じり振動用の
圧電体６３及び２層で構成される縦振動用の圧電体６４
に対して、同時に駆動信号を入力させることができるよ
うに配置される。また、電極７０−３ａ，７０−３ｂ
と、電極７０−４ａ，７０−４ｂとは、振動子６２の振
動状態に応じて発生する電圧を検出できるように配置さ
れている。

【０１３８】本実施形態の超音波アクチュエータ６１
は、圧電体の積層数を２層としたので、部品点数を減ら
すことができ、組立の工程が簡略化される。また、弾性
体６２ａ及び６２ｂ，捩じり振動用の圧電体１２，縦振
動用の圧電体６４及び電極７０との間に形成される接着
層の数を、第１実施形態，第２実施形態２の８層から４
層へと減らすことができる。

【０１３９】なお、本実施形態の超音波アクチュエータ
６１において、駆動面６２ｃに楕円運動が発生する原理
は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。図１
１に示す駆動回路２６−２は、駆動信号を発生する発振
部２０−２と、その駆動信号を第１駆動信号と第２駆動
信号に分ける位相部２１−２と、捩じり振動用の圧電体
６３に入力する第１駆動信号を増幅するＴ増幅部２３−
２と、縦振動用の圧電体６４に入力する第２駆動信号を
増幅するＬ増幅部２２−２とを備えている。また、移動
子６７の駆動速度を設定し、その時点の移動子６７の速
度と比較して、この設定速度となるように指示する速度
指令部９１と、速度指令部９１からの信号を受けて発振
部２０−２の駆動周波数を制御する駆動周波数制御部９
４と、第１駆動信号の電圧を制御するＴ電圧制御部９３
と、第２駆動信号の電圧を制御するＬ電圧制御部９２と
を備えている。さらに、駆動回路２６−２は、移動子６
７の駆動速度を検出するために、振動子６２に発生する
捩じり振動を検出する検出部２４−２を備えている。こ
の検出部２４−２は、捩じり振動検出用の圧電体８１
ａ，８１ｂから出力された信号の電圧に基づいて移動子
６７の駆動速度を検出する。つまり、捩じり振動に伴っ
て発生する振動子６２の変位に応じて捩じり振動検出用
の圧電体８１ａ，８１ｂに電圧が発生するので、この電
圧量によって、間接的に振動子６２に生じている変位量
を検出することができる。

【０１４０】以上のような構成において、発振部２０−
２は周波数が制御された駆動信号を発生し、発生した駆
動信号は移相部２１により (1/4)λ位相差のある第１駆
動信号と第２駆動信号とに分けられる。第１駆動信号は
Ｔ増幅部２３−２に入力し、第２駆動信号はＬ増幅部２
２−２に入力する。そして、増幅された第１駆動信号
は、捩じり振動用の圧電体６３に入力する。また、増幅
された第２駆動信号は、縦振動用の圧電体６４に入力す
る。これにより、捩じり振動用の圧電体６３は、弾性体
６２ａ，６２ｂに捩じり振動が発生するように励振し、
縦振動用の圧電体６４は、弾性体６２ａ，６２ｂに縦振
動が発生するように励振する。その結果、振動子６２の
駆動面６２ｃには、捩じり振動と縦振動とが合成された
楕円運動が発生する。移動子６７は、振動子６２の駆動
面６２ｃに加圧された状態で接触しているため、前述し
た楕円運動により摩擦的に駆動力を受けて駆動される。

【０１４１】移動子６７の駆動速度は、捩じり振動検出
用の圧電体８１ａ，８１ｂからの信号により間接的に検
出される。移動子６７の駆動速度が大きいときは、捩じ
り振動の振幅が大きく、大きな電圧が発生する。これに
対して、移動子６７の駆動速度が小さいときは、捩じり
振動の振幅が小さく、小さな電圧しか発生しない。

【０１４２】本実施形態では、この電圧量により速度指
令部９１が移動子６７の駆動速度を制御する。図１２
は、速度指令部９１の指令により、移動体６７の駆動速
度を小さくするときに、駆動周波数，第１駆動信号の電
圧及び第２駆動信号の電圧の制御の方法を示す説明図で
ある。

【０１４３】移動子６７の駆動速度が所望の駆動速度よ
り大きな場合には、速度指令部９１は、駆動周波数制御
９４を介して、発振部２０−２において駆動周波数を大
きくして共振点より離す。さらに、Ｔ電圧制御部９３を
介してＴ増幅部２３−２の増幅量を徐々に小さくし、Ｌ
電圧制御部９２を介してＬ増幅部２２−２の増幅量を徐
々に大きくする。これにより、捩じり振動，縦振動それ
ぞれの振幅は小さくなるが、Ｌ増幅部２２−２の増幅量
を大きくすることで、縦振動の振幅を所定の範囲に設定
することができる。圧電体は、一般に、ある程度の大き
さの電圧を印加しないと励振し難くなる。本実施形態で
は、捩じり振動用の第１駆動電圧の電圧を励振可能な値
よりも高くした状態においても、駆動周波数を大きくす
ることで駆動面６２ｃに発生する楕円運動の駆動方向の
成分を小さくすることができる。また、駆動周波数が大
きくなることで、楕円運動の駆動方向と垂直な成分（加
圧方向の成分）は小さくなるが、それに対してはＬ増幅
部２２−２の増幅量を大きくすることで、所定の成分を
維持することができる。

【０１４４】移動子６７の駆動速度が所望の駆動速度よ
り小さな場合には、速度指令部９１は、駆動周波数制御
部９４を介して、発振部２０−２において駆動周波数を
小さくして共振点に近づける。さらに、Ｔ電圧制御部９
３を介してＴ増幅部２３−２の増幅量を徐々に大きく
し、Ｌ電圧制御部９２を介してＬ増幅部２２−２の増幅
量を徐々に小さくする。これにより、捩じり振動，縦振
動それぞれの振幅は大きくなるが、Ｌ増幅部２２−２の
増幅量を小さくすることで、縦振動の振幅が所定の範囲
以上に大きくならないようにすることができる。

【０１４５】図１３は、駆動信号の周波数を変えるため
の構成を説明する図である。駆動周波数制御部９４は、
マルチプレクサのような構成を有し、速度指令部９１か
らの信号を選択することができる。そして、速度指令部
９１からの信号により、 MOS電界効果トランジスタ等の
スイッチング素子Q1〜Q8をON-OFFすることができる。演
算増幅器の帰還部には、互いに抵抗値が異なる抵抗 Rf1
〜Rf8 が並列に接続される。各抵抗は、それぞれ直列に
接続されたスイッチング素子Q1〜Q8が、駆動周波数制御
部９４の制御信号によりONされることで、演算増幅器の
増幅量を決定することができる。これにより、端子Ａか
ら入力した駆動信号は、演算増幅器により増幅され、電
圧制御発振器(VCO) に入力する。電圧制御発振器(VCO)
は、入力した信号の電圧値に応じた周波数を端子Ｄから
出力する。

【０１４６】図１３に基づいて、発振器２０−２で発振
する駆動信号の駆動周波数を変更する場合を説明する。
まず、駆動周波数を高くする場合を説明する。速度指令
部９１の指示により、駆動周波数制御部９４、増幅率が
大きくなるスイッチング素子をONにし、他のスイッチン
グ素子をOFF にする。これにより、電圧制御発振器(VC
O) に入力する信号の電圧は大きくなり、駆動信号の周
波数は高くなる。

【０１４７】逆に、駆動周波数を小さくする場合を説明
する。速度指令部９１の指示により、駆動周波数制御部
９４は、増幅率が小さくなるスイッチング素子をONに
し、他のスイッチング素子をOFF にする。これにより、
電圧制御発振器(VCO) に入力する信号の電圧は小さくな
り、駆動信号の周波数は低くなる。

【０１４８】本実施形態では、説明を分かり易くするた
めに、デジタル信号を８ビットに想定して、スイッチン
グ素子Q1〜Q8及び抵抗 Rf1〜Rf8 をそれぞれ８個とした
が、これに限定されるものではない。例えば、４ビット
のデジタル信号を想定して、スイッチング素子及び抵抗
をそれぞれ４個としてもよい。また、16ビットのデジタ
ル信号を想定して、スイッチング素子及び抵抗をそれぞ
れ16個としてもよく、さらにそれ以上としてもよい。ビ
ット数，スイッチング素子の個数及び抵抗の個数が多い
ほど、きめ細かい制御が可能になる。

【０１４９】図１４は、第１駆動信号の電圧を変えるた
めの構成を説明する図である。Ｔ電圧制御部９３は、マ
ルチプレクサのような構成を有し、速度指令部９１から
の信号を選択することができる。そして、速度指令部９
１からの信号により、MOS電界効果トランジスタ等のス
イッチング素子Q1〜Q8をON-OFFすることができる。演算
増幅器の帰還部には、互いに抵抗値が異なる抵抗 Rf1〜
Rf8 が並列に接続されている。各抵抗は、それぞれ直列
に接続されたスイッチング素子Q1〜Q8が、Ｔ電圧制御部
９３の制御信号によりONされることで、演算増幅器の増
幅量を決定することができる。これにより、移相部２１
−２から端子Ｂから入力した第１駆動信号は増幅され、
端子Ｃを介して捩じり振動用の圧電体６３に接合された
電極７０−４ａ及び７０−４ｂに出力される。

【０１５０】図１４に基づいて、第１駆動信号の電圧を
変更する場合を説明する。まず、電圧を小さくする場合
を説明する。速度指令部９１の指示により、Ｔ電圧制御
部９３は、増幅率が小さくなるスイッチング素子をONに
し、他のスイッチング素子をOFF にする。これにより、
電極７０−４ａ及び７０−４ｂに出力される第１駆動信
号の電圧は小さくなる。

【０１５１】逆に、電圧を大きくする場合を説明する。
速度指令部９１の指示により、Ｔ電圧制御部９３は、増
幅率が大きくなるスイッチング素子をONにし、他のスイ
ッチング素子をOFF にする。これにより、電極７０−４
ａ及び７０−４ｂに出力される第１駆動信号の電圧は大
きくなる。

【０１５２】この場合においても、説明を分かり易くす
るために、デジタル信号を８ビットに想定して、スイッ
チング素子Q1〜Q8及び抵抗 Rf1〜Rf8 をそれぞれ８個と
したが、これに限定されるものではない。前述のよう
に、４ビットのデジタル信号を想定して、スイッチング
素子及び抵抗をそれぞれ４個としてもよい。また、16ビ
ットのデジタル信号を想定して、スイッチング素子及び
抵抗をそれぞれ16個としてもよく、さらにそれ以上とし
てもよい。ビット数，スイッチング素子の個数及び抵抗
の個数が多いほど、きめ細かい制御が可能になる。

【０１５３】（変形形態）各実施形態では、電気機械変
換素子として圧電体を用いたが、圧電体に限るものでは
ない。例えば、電歪素子や磁歪素子等を用いてもよく、
電気エネルギーを機械的な変位に変化できるものであれ
ば他のものでもよい。

【０１５４】また、弾性体の振動状態を検出する検出用
圧電体を、図８に示すように、捩じり振動用の圧電体３
と縦振動用の圧電体４との間に積層するようにして、検
出用圧電体１４ａ，１４ｂを配置してもよい。

【０１５５】また、各実施形態では、移動子の速度を検
出用の圧電体からの出力に基づいて間接的に検出してい
るが、移動子にエンコーダを設けて移動子の速度を直接
検出するように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動アクチュエータの第１実施形態の
超音波アクチュエータの構成を示すブロック図である。

【図２】第１実施形態の超音波アクチュエータの構造例
を示す縦断面図である。

【図３】第１実施形態の超音波アクチュエータにおい
て、捩り振動用圧電体への駆動電圧値を変更した場合の
振動振幅の変化と、駆動面における楕円運動の変化と、
駆動速度の変化とを関連させて示す説明図である。

【図４】第１実施形態の超音波アクチュエータにおい
て、駆動信号の増幅量を変える手段を示す説明図であ
る。

【図５】第２実施形態の超音波アクチュエータの構成を
示すブロック図である。

【図６】第３実施形態の超音波アクチュエータの構造を
示す縦断面図である。

【図７】圧電体の励振により１次の縦振動と２次の捩じ
り振動とが生じることを示す説明図であって、図７
（ａ）は側面図，図７（ｂ）は、２つの振動モードを示
すグラフである。

【図８】第３実施形態の超音波アクチュエータについ
て、振動子を底面方向から見た図である。

【図９】第４実施形態の超音波アクチュエータの構造を
説明する縦断面図である。

【図１０】第４実施形態の超音波アクチュエータにおけ
る圧電体の配置状態を示す説明図である。

【図１１】第４実施形態の超音波アクチュエータの構成
を説明する図である。

【図１２】第４実施形態において、第１駆動信号の電
圧，第２駆動信号の電圧及びこれらの駆動信号の駆動周
波数と、相対運動速度（回転速度）との関係を説明する
図である。

【図１３】第４実施形態において、駆動信号の駆動周波
数を変える手段を説明する図である。

【図１４】第４実施形態において、第１駆動信号の電圧
を変える手段を説明する図である。

【図１５】従来の振動アクチュエータの一例である縦・
捩じり振動型の振動アクチュエータを示した斜視図であ
る。

【図１６】図１５に示す振動アクチュエータの固定子を
展開して示す斜視図である。

【図１７】本出願人が先に提案した振動アクチュエータ
の構造の一例を示す縦断面図である。

【図１８】本出願人が先に提案した振動アクチュエータ
の制御の一例を示すブロック図である。

【図１９】図１９（ａ）は、本出願人が先に提案した振
動アクチュエータの振動子を底面方向から見た図であ
り、図１９（ｂ）は、本出願人が先に提案した振動アク
チュエータの振動子を側面方向から見た図である。

【図２０】本出願人が先に提案した振動アクチュエータ
の駆動原理を時間毎に示す説明図である。

【符号の説明】

１，３１，６１振動アクチュエータ２，３２，６２振動子２ａ，２ｂ，３２ａ，３２ｂ，６２ａ，６２ｂ弾性体２ｃ，３２ｃ，６２ｃ駆動面２ｄ，２ｅ，３２ｄ，３２ｅ貫通孔３２ｆ小径部３２ｇ第１大径部３２ｈ第２大径部３，４，３３，３４，６３，６４圧電体（電気機械変
換素子）５，３５，６５固定軸３５ａ固定子側固定軸３５ｂ移動子側固定軸３５ｃ大径部６ａ，６ｂ，３６ａ，３６ｂボルト７，３７，６７移動子（相対運動部材）７−１，３７−１移動子母材７−２，３７−２摺動材８，３８位置決め部材９ａ，３９ａ加圧部材９ｂ，３９ｂ調整部材１０，２０，２０−１発振部１１，２１，２１−１移相部１２，２２，２２−１Ｌ増幅部１３，２３，２３−１Ｔ増幅部１４，２４，２４−１検出部１４ａ検出用圧電体１５，２５，２５−１制御部２６，２６−１駆動回路２７Ａ／Ｄ変換部２８制御指令部７０電極７１大径部７２小径部７６固定ピン７７筒状部材８０縦振動検出用の圧電体８１捩じり振動検出用の圧電体９１速度指令部９２Ｌ電圧制御部９３Ｔ電圧制御部９４駆動周波数制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性体及び前記弾性体に接合された電気
機械変換素子とで構成される振動子と、前記振動子の駆動面に加圧された状態で接触し、前記振
動子との間で相対運動を行う相対運動部材と、前記電気機械変換素子に駆動信号を出力する駆動回路と
を備え、前記駆動回路からの第１駆動信号及び第２駆動信号によ
って前記電気機械変換素子を励振することで、前記駆動
面に前記相対運動と略同じ方向に変位が生じる第１振動
モードと、前記駆動面に当該駆動面と交差する方向に変
位が生じる第２振動モードとを発生させる振動アクチュ
エータであって、前記駆動回路は、前記第１駆動信号及び／又は前記第２
駆動信号の電圧を制御することを特徴とする振動アクチ
ュエータ。
【請求項２】前記駆動回路は、前記第１駆動信号及び
前記第２駆動信号それぞれの電圧を、互いに独立して制
御することを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエ
ータ。
【請求項３】前記駆動回路は、前記第１駆動信号によ
って前記第１振動モードを発生させ、前記第２駆動信号
によって前記第２振動モードを発生させるとともに、前
記第２振動モードの振動の振幅が、予め設定された範囲
内となるように前記第２駆動信号の電圧を制御すること
を特徴とする請求項１記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】前記駆動回路は、前記第１振動モードの
振動の振幅が減少するように前記第１駆動信号の電圧を
制御することを特徴とする請求項１記載の振動アクチュ
エータ。
【請求項５】前記駆動回路は、さらに前記第１駆動信
号及び／又は前記第２駆動信号の駆動周波数を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】前記弾性体は、前記電気機械変換素子の
一部を挟み込む、２つの柱状の弾性体からなり、前記第１振動モードは、前記弾性体の中心軸と略同じ位
置に回転軸を有する１次以上の捩じり振動であり、前記第２振動モードは、前記回転軸の略軸方向に変位が
生じる１次以上の縦振動であることを特徴とする請求項
１記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】前記弾性体に生じる振動は、１次の縦振
動及び１次の捩じり振動、ないしは、１次の縦振動及び
２次の捩じり振動であることを特徴とする請求項１記載
の振動アクチュエータ。
【請求項８】前記駆動回路は、前記第１駆動信号の電
圧を変えることで、前記弾性体と前記相対運動部材との
間における相対運動速度を制御することを特徴とする請
求項１記載の振動アクチュエータ。
【請求項９】前記駆動回路は、前記相対運動速度を大
きくするときは、前記第１駆動信号の電圧を大きくする
ことを特徴とする請求項８記載の振動アクチュエータ。
【請求項１０】前記駆動回路は、前記相対運動速度を
小さくするときは、前記第１駆動信号の電圧を小さくす
ることを特徴とする請求項８記載の振動アクチュエー
タ。
【請求項１１】前記駆動回路は、前記第１駆動信号及
び前記第２駆動信号の周波数を変えるとともに、前記第
２駆動信号の電圧を変えることで、前記弾性体と前記相
対運動部材との間における相対運動速度を制御すること
を特徴とする請求項５記載の振動アクチュエータ。
【請求項１２】前記駆動回路は、前記相対運動速度を
大きくするときは、前記第１駆動信号及び前記第２駆動
信号の周波数を低くするとともに、前記第２駆動信号の
電圧を大きくすることを特徴とする請求項１１記載の振
動アクチュエータ。
【請求項１３】前記駆動回路は、前記相対運動速度を
小さくするときは、前記第１駆動信号及び前記第２駆動
信号の周波数を高くするとともに、前記第２駆動信号の
電圧を小さくすることを特徴とする請求項１１記載の振
動アクチュエータ。
【請求項１４】弾性体に接合された電気機械変換素子
に第１駆動信号及び第２駆動信号を出力することで、前
記弾性体に接触して前記弾性体との間で相対運動を行う
相対運動部材との接触面に、前記相対運動の方向と略同
じ方向に変位が生じる第１振動モードと、前記接触面に
対して交差する方向に変位が生じる第２振動モードとを
発生させて、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振動アクチュエータの制御方法であ
って、前記第１駆動信号及び／又は前記第２駆動信号それぞれ
の電圧を制御することを特徴とする振動アクチュエータ
の制御方法。
【請求項１５】前記第１駆動信号によって前記第１振
動モードを発生させ、前記第２駆動信号によって前記第
２振動モードを発生させるとともに、前記第２振動モードの振動の振幅が、予め設定された範
囲内となるように前記第２駆動信号の電圧を制御するこ
とを特徴とする請求項１４記載の振動アクチュエータの
制御方法。
【請求項１６】前記第１振動モードの振動の振幅が減
少するように前記第１駆動信号の電圧を制御することを
特徴とする請求項１４記載の振動アクチュエータの制御
方法。
【請求項１７】さらに、前記第１駆動信号及び／又は
前記第２駆動信号の駆動周波数を制御することを特徴と
する請求項１４記載の振動アクチュエータの制御方法。
【請求項１８】前記第１駆動信号の電圧を変えること
で、前記弾性体と相対運動部材との間における相対運動
速度を制御することを特徴とする請求項１４記載の振動
アクチュエータの制御方法。
【請求項１９】前記相対運動速度を大きくするとき
は、前記第１駆動信号の電圧を大きくすることを特徴と
する請求項１８記載の振動アクチュエータの制御方法。
【請求項２０】前記相対運動速度を小さくするとき
は、前記第１駆動信号の電圧を小さくすることを特徴と
する請求項１８記載の振動アクチュエータの制御方法。
【請求項２１】前記第１駆動信号及び前記第２駆動信
号の周波数を変えるとともに、前記第２駆動信号の電圧
を変えることで、前記弾性体と前記相対運動部材との間
における相対運動速度を制御することを特徴とする請求
項１７記載の振動アクチュエータの制御方法。
【請求項２２】前記弾性体と前記相対運動部材との間
における相対運動速度を大きくするときは、前記第１駆
動信号及び前記第２駆動信号の周波数を低くするととも
に、前記第２駆動信号の電圧を大きくすることを特徴と
する請求項１７記載の振動アクチュエータの制御方法。
【請求項２３】前記弾性体と前記相対運動部材との間
における相対運動速度を小さくするときは、前記第１駆
動信号及び前記第２駆動信号の周波数を高くするととも
に、前記第２駆動信号の電圧を小さくすることを特徴と
する請求項１７記載の振動アクチュエータの制御方法。