JPH0965674A - 振動アクチュエータ - Google Patents

振動アクチュエータ

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JPH0965674A
JPH0965674A JP8142659A JP14265996A JPH0965674A JP H0965674 A JPH0965674 A JP H0965674A JP 8142659 A JP8142659 A JP 8142659A JP 14265996 A JP14265996 A JP 14265996A JP H0965674 A JPH0965674 A JP H0965674A
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vibration
elastic body
resonance frequency
mode
bending
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JP8142659A
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Inventor
Isao Sugaya
功 菅谷
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した駆動が得られ、駆動力や駆動効率が
向上し、性能の個体差が低減される超音波アクチュエー
タを提供する。 【解決手段】 圧電素子を一方の平面に接合される円環
状の弾性体と，この弾性体が他方の平面で加圧接触する
相対運動部材とを備え、駆動力となる第１振動モードと
弾性体及び相対運動部材間でクラッチ的に作用する第２
振動モードとを発生する超音波アクチュエータにおい
て、第１振動モードの共振周波数が第２振動モードの共
振周波数以上である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば圧電素子の
ような電気機械変換素子を用いて弾性体に、相対運動部
材との接触面を含む方向への第１振動モードとこの接触
面に交差する方向への第２振動モードとを発生させ、相
対運動部材との間で相対運動を発生する振動アクチュエ
ータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の振動アクチュエータは、
電気機械変換素子の励振により、円環状の弾性体に進行
性波動波を発生し、その弾性体に加圧接触している移動
子（ロータ）を駆動するようにしていた。
【０００３】一方、リニア型の振動アクチュエータは、
棒状弾性体の一方の端部に加振用の電気機械変換素子を
配置するとともに、他方の端部には進行波の反射を吸収
する吸振用の電気機械変換素子を配置し、弾性体の一方
から他方に向かう進行波を発生させ、その弾性体に加圧
接触している移動体を駆動するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前者の振動アクチュエ
ータは、レンズ鏡筒に組み込まれ、移動体の回転によ
り、ＡＦレンズを駆動する用途に用いられる。
【０００５】一方、撮影光学系の一部を光軸と略直交す
る面内で移動して、像ブレを補正する像ブレ補正装置が
提案されているが、前者の振動アクチュエータでは、駆
動方向が異なるために適用できない。後者の振動アクチ
ュエータでは、円筒形のレンズ鏡筒には組み込み難いう
え、光軸に垂直な面のＸ方向，Ｙ方向の２方向に駆動す
る場合には、装置が大型化するという問題があった。
【０００６】また、従来の高速・低トルクを特徴とする
電磁モータを利用する場合には、出力トルクを稼ぐため
に通常はギア列が必要となり、さらに、駆動対象物を平
面内で２方向に移動させるときには、各々の方向に駆動
対象物を移動させるために、独立したもう１組の電磁モ
ータとギア列とが必要となる。このために、装置が大型
化し、重量が増すうえ、ギア列により応答性が低下した
り、騒音が発生する等の問題があった。
【０００７】そこで、本出願人は、以下に列記するよう
に、平面内を１次元又は２次元に移動可能であって、円
筒形状の部分にも組み込み易い円環型の振動アクチュエ
ータを提案した。
【０００８】（１）特願平６−３１８１５０号 弾性材料からなる円環状の弾性体と，この弾性体の一方
の平面に接合されるとともに駆動信号により励振され
て、弾性体に、拡径方向及び縮径方向への伸縮運動（第
１振動モード）と面直方向への屈曲振動（第２振動モー
ド）とを発生し、その縮退により弾性体の所定部分に楕
円運動を発生する電気機械変換素子とを備える振動アク
チュエータである。
【０００９】（２）特願平７−１３４８９５号 弾性材料からなる円環状の弾性体と，この弾性体の一方
の平面に接合されるとともに駆動信号により励振され
て、弾性体に、進行方向への非軸対称振動（第１振動モ
ード）と面直方向への屈曲振動（第２振動モード）とを
発生し、これらを縮退させる電気機械変換素子とを備え
る振動アクチュエータである。
【００１０】これらは、いずれも、円環状の弾性体の一
方の平面に適宜配置された電気機械変換素子に駆動電圧
を印加して励振し、弾性体に、特願平６−３１８１５０
号の場合には伸縮振動と屈曲振動とを発生し、一方、特
願平７−１３４８９５号の場合には非軸対称振動と屈曲
振動とを発生する。
【００１１】弾性体は、他方の平面において、適当な支
持部材により支持されて相対運動部材に接触しており、
この相対運動部材と弾性体との間で相対運動が発生す
る。相対運動部材が固定されているときには弾性体が、
弾性体が固定されているときには相対運動部材がそれぞ
れ駆動され、駆動力として取り出される。
【００１２】このように、これらにより提案された振動
アクチュエータでは、第１振動モードは主に相対運動部
材の駆動に寄与し、一方、第２振動モードは主に第１振
動モードが発生する弾性体を相対運動部材に周期的に接
触させてクラッチ的に寄与する。
【００１３】ところで、本発明者は、これらの振動アク
チュエータについて、さらに検討を重ねた結果、以下に
列記するような問題があることがわかった。 特願平６−３１８１５０号により提案した振動アクチ
ュエータにおいて、第２振動モードである屈曲振動は弾
性体と相対運動部材との間でクラッチ的に作用するとと
もに、第１振動モードである伸縮振動は相対運動部材を
駆動するべく作用するため、駆動の際には第１振動モー
ドの共振周波数付近で駆動している。この駆動の際に、
図１５にグラフで示すように、第１振動モードである伸
縮振動の共振周波数ｆRsが第２振動モードである屈曲振
動の共振周波数ｆBmn よりも低くなってしまうことがあ
る。
【００１４】すなわち、一般的に、振動アクチュエータ
では、共振周波数以上の周波数域で駆動すると安定した
駆動を行うことができるものの、共振周波数未満の周波
数域では安定した駆動は難しい。ところが、第１振動モ
ードの駆動周波数域（つまり、伸縮振動の共振周波数ｆ
Rs＜駆動周波数）で駆動している最中に、駆動周波数が
屈曲振動の共振周波数を越えて大きく，又は小さくなる
場合がある。特に、図１５に示すように、伸縮運動の共
振周波数ｆRs＜駆動周波数＜屈曲振動の共振周波数ｆ
Bmn となった場合には、屈曲振動により弾性体と相対運
動部材とのクラッチの役割を果たせなくなり、回転運動
が不安定になったり、これにともなって駆動力や駆動効
率が低下するという問題が生じる。
【００１５】特願平７−１３４８９５号により提案し
た振動アクチュエータにおいても、駆動の際には第１振
動モードの共振周波数付近で駆動している。この振動ア
クチュエータにおいても、共振周波数よりも高い周波数
域で駆動すると安定した駆動を行うことができるもの
の、共振周波数よりも低い周波数域では安定した駆動は
難しい。したがって、第１振動モードの駆動周波数域
（つまり、非軸対称振動の共振周波数ｆ
((N,M))-((N,M))'＜駆動周波数）で駆動している際に、
屈曲振動の共振周波数ｆBmn を越えて大きく，又は小さ
くなる場合がある。特に、図１５にグラフで示すよう
に、ｆ((N,M))-((N,M))'＜駆動周波数＜ｆBmn となる
と、前述のに示す場合と同様の問題を生じる。
【００１６】また、これらの振動アクチュエータは、屈
曲振動と伸縮振動との共振周波数を一致させること，又
は屈曲振動と非軸対称振動との共振周波数を一致させる
ことを目的に、弾性体の寸法等を設計する。しかし、実
際に製作する弾性体は加工精度等の影響を受けて、前述
の共振周波数がずれるおそれがあり、２次元屈曲振動の
共振周波数が高くなったり、伸縮振動又は非軸対称振動
の共振周波数が高くなったりする可能性があった。
【００１７】そのため、組み立てられた振動アクチュエ
ータによっては、安定した駆動が得られるものとそうで
ないものとが生じるおそれがあり、振動アクチュエータ
の性能の個体差を生じる可能性もあった。
【００１８】本発明の目的は、このような課題を解決
し、安定した駆動が得られ、駆動力や駆動効率が向上
し、性能の個体差が低減される振動アクチュエータを提
供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、円環
状に形成された弾性体と，弾性体に接合された電気機械
変換素子と，弾性体に加圧接触される相対運動部材とを
備え、電気機械変換素子の励振により、弾性体に、円環
の形状が形成される基準面と平行な面内で振動する第１
振動モードと、基準面に交差する方向へ振動する、１個
以上の節円及び１個以上の節直径を有する屈曲振動であ
る第２振動モードとを発生させることで、弾性体と相対
運動部材との接触面に、弾性体及び相対運動部材間に相
対運動を行わせる振動を発生させる振動アクチュエータ
であって、第１振動モードの共振周波数が、第２振動モ
ードの共振周波数以上に設定されていることを特徴とす
る。
【００２０】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、駆動周波数の領域が、第
１振動モードの共振周波数以上の範囲に設定されている
ことを特徴とする。
【００２１】請求項３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、駆動周波数の領域が、第
２振動モードの共振周波数以上の範囲に設定されている
ことを特徴とする。
【００２２】請求項４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振動モードが、弾性
体を、円環の直径が広がる方向及び縮まる方向に変位さ
せる振動モードであることを特徴とする。
【００２３】請求項５の発明は、請求項４に記載された
振動アクチュエータにおいて、第２振動モードが、節円
数が１個，節直径数が１個の屈曲振動、又は節円数が２
個，節直径数が１個の屈曲振動であることを特徴とす
る。
【００２４】請求項６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振動モードが、弾性
体を非軸対称方向へ変位させる振動モードであることを
特徴とする。
【００２５】請求項７の発明は、請求項６に記載された
振動アクチュエータにおいて、第２振動モードが、節円
数が１個，節直径数が２個の屈曲振動であることを特徴
とする。請求項１ないし請求項７のいずれかの発明によ
れば、駆動力に寄与する第１振動モードの共振周波数
が、弾性体及び相対運動部材間でクラッチ的に作用する
第２振動モードの共振周波数以上であるため、屈曲振動
による弾性体と相対運動部材とのクラッチ的機能が常時
確実に奏されるようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）以下、図面等を参照して、本発明の実
施形態について、さらに詳しく説明する。なお、以降の
実施形態の説明では、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る。
【００２７】図１ないし図５は、本発明にかかる超音波
アクチュエータの第１実施形態を示した説明図であっ
て、図１は全体の構成を示す模式図、図２は弾性体と圧
電素子とを示す分解斜視図、図３は弾性体の形状が振動
特性に及ぼす影響を示すグラフ、図４は駆動力取出部材
の設置位置の説明図、さらに図５は超音波アクチュエー
タの動作を説明する線図である。
【００２８】この超音波アクチュエータ１０は、弾性体
１１と，弾性体１１の上面に接合された電気機械変換素
子である２枚の圧電素子２１，２２と，弾性体１１の下
面に形成された４個の駆動力取出部材３１〜３４等から
構成される。
【００２９】弾性体１１は、図２に示すように、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によ
って作製される。この弾性体１１は、図３によって説明
するように、環状の寸法を適宜設定することにより、第
１振動モードである伸縮運動（（Ｒ−１）モード：面方
向への伸縮振動）と，第２振動モードである２次の屈曲
振動（Ｂ21モード：面直方向に振幅する振動）とを一致
させることができる。本実施形態では、環状の内側の孔
の径２ｂを調整することによって実現している。
【００３０】図３の横軸は、環状の弾性体１１の外径２
ａと内径２ｂと（図２参照）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。
【００３１】また、縦軸は、Ｂ21モードの共振周波数ω
21に対する（Ｒ−１）モードの共振周波数ω00の比、す
なわち、ω21／ω00＝｛α21 2 ／［２．０５・（３）
1/3 ］｝・（ｈ／２ａ）を示している。なお、符号ｈは
弾性体１１の厚みを示す。
【００３２】ここで、図３の曲線（Ａ）は、（Ｒ−１）
モードを示しており、曲線（Ｂ），曲線（Ｃ）及び曲線
（Ｄ）は、Ｂ21モードの場合であって、厚みｈ／外径２
ａの値を、３／４０，２．５／４０，２／４０と異なら
せたものである。
【００３３】図３から明らかなように、厚みｈ＝２．５
ｍｍ，外径２ａ＝４０ｍｍの場合に、ｙ＝０．６付近
で、伸縮運動（（Ｒ−１）モード：面方向への伸縮振
動）と，第２振動モードである２次の屈曲振動（Ｂ21モ
ード：面直方向に振幅する振動）とを一致させること、
すなわち縮退が可能である。
【００３４】本実施形態では、（Ｒ−１）モードとＢ21
モード（２次の屈曲モード）とを縮退させる例で説明
し、（Ｒ−１）−Ｂ21モードのときの節１１ａが図１
（Ａ）又は図４（Ａ）に破線で示されている。
【００３５】圧電素子２１，２２は、図２に示すよう
に、半中空円板型をしており、ＰＺＴ等により作製され
る。圧電素子２１，２２は、図１（Ｂ）又は図１（Ｃ）
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。
【００３６】駆動力取出部材３１〜３４は、弾性体１１
の屈曲振動と伸縮運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、相対運動部材である固定部
材５１と接触しながら相対移動する。駆動力取出部材３
１〜３４は、図１（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°毎に等間隔で
配設される。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取り付けて構成
する。
【００３７】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４（Ｂ）〜図４（Ｄ）に
示す駆動力取出部材３１，３１−１又は３１−２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にあることが好ましい。
【００３８】この超音波アクチュエータ１０は、図１
（Ｂ）又は図１（Ｃ）に示すように、２つの圧電素子２
１，２２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構成になっている。ここで、Ｇ
はグランドである。また、２つの圧電素子２１，２２
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している。
なお、２つの圧電素子２１，２２の分極は互いに逆方向
であってもよい。
【００３９】発振器４１は、図１（Ｂ）に示すように、
高周波信号を発振するためのものであり、その出力は分
岐して、一方は、移相器４２によってπ／２の時間的位
相差のある信号に変換した後、増幅器４３に接続され、
他方は、増幅器４４に直接に接続される。増幅器４３，
４４の出力は、それぞれ圧電素子２１，２２に高周波電
圧Ａ，Ｂとして接続される。
【００４０】図５（Ａ）は、この超音波アクチュエータ
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５（Ａ）の横軸は、高周波
電圧の実効値を示す。図５（Ｂ）は、超音波アクチュエ
ータの断面の変形の様子を示し、超音波アクチュエータ
に発生する屈曲振動の時間的変化（ｔ1 〜ｔ9 ）を示
す。図５（Ｃ）は、超音波アクチュエータの断面の変形
の様子を示し、超音波アクチュエータに発生する伸縮振
動の時間的変化（ｔ1 〜ｔ9 ）を示す。さらに、図５
（Ｄ）は、超音波アクチュエータの駆動力取出部材３
１，３２に発生する楕円運動の時間的変化（ｔ1 〜
ｔ9 ）を示す。
【００４１】次に、本実施形態の超音波アクチュエータ
１０の動作を、時間的変化（ｔ1 〜ｔ9 ）毎に説明す
る。時間ｔ1 において、図５（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５（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とが振幅零となる。また、図５
（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５（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。
【００４２】時間ｔ2 において、図５（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５（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５（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 の時よりも縮む。その結果、図
５（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 の時よりも左回りに移動する。
【００４３】時間ｔ3 において、図５（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５（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 の時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
時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５（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合い、質点Ｙ２と質点Ｚ
２とが元の位置に戻る。その結果、図５（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 の時よりも左回りに移動する。
【００４４】時間ｔ4 において、図５（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５（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 の時よりも
振幅が低下し、質点Ｚ１が時間ｔ3 の時よりも振幅が低
下する。また、図５（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Ｚ２が収縮す
る。その結果、図５（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 の時よりも左回
りに移動する。
【００４５】時間ｔ5 において、図５（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５（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５（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５（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 の時よりも
左回りに移動する。
【００４６】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５（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。
【００４７】以上の原理により、この超音波アクチュエ
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、相対運動部材である
固定部５１に加圧すると、弾性体１１は、固定部５１に
対して自走する。
【００４８】前述したように、このタイプの超音波アク
チュエータ１０では、弾性体１１に設ける中空部分の内
径２ｂや厚みｈを変更することにより、伸縮振動の共振
周波数ｆRsと屈曲振動の共振周波数ｆBmn とを調整する
ことができる。しかし、本実施形態では、超音波アクチ
ュエータ１０の組み立て後に共振周波数の調整を行うた
め、下記の方法により、伸縮振動の共振周波数ｆRs＞屈
曲振動の共振周波数ｆBmn となるように調整する。
【００４９】（１）質量付加による方法 図６に斜視図で示す弾性体１１に生じる節円数２個，
節直径数１個の２次元の屈曲振動において、振動の腹１
１ａであって、なおかつ自由端となっている部分、つま
り環状の弾性体１１の内周近傍１１ｂや外周近傍１１ｃ
は、「バネ」，「マス」系に置換して考えると「マス」
としての効果が大きい。そこで、これらの内周近傍１１
ｂや外周近傍１１ｃに質量を付加することにより屈曲振
動の共振周波数ｆB21 を大幅に低下させることができ
る。
【００５０】図６に示す本実施形態では、弾性体１１の
内周近傍１１ｂに９０度の等間隔で、４つのボルト孔１
１ｄ〜１１ｇを設けておき、これらのボルト孔１１ｄ〜
１１ｇに、比重や長さを変化させて重量を変更させた様
々な種類のボルト１９を差し替えることにより、１次の
伸縮振動の共振周波数ｆR1＞２次元屈曲振動の共振周波
数ｆB21 とすることができる。
【００５１】図７は、このようにして、伸縮振動，屈曲
振動それぞれの共振周波数を変更させた場合の一例を示
すグラフである。なお、図７においては、駆動周波数領
域は、駆動可能な駆動周波数下限値ｆx （いわゆる「脱
調点」又は「スカる点」を意味する。）以上とする。
【００５２】すなわち、駆動周波数下限値ｆx 以上の駆
動周波数領域であれば、周波数を高低自由に変化させる
ことができる。しかし、駆動周波数下限値ｆx 未満に駆
動周波数が低下してしまうと、ヒステリシスにより生じ
る振動の非線形性により周波数を可逆的に自由に高低さ
せることができなくなり、もとの状態に復帰させるため
には、一旦駆動周波数下限値ｆx よりも極めて高い周波
数にまで上昇させてから下げるという方法を経由する必
要があり、復帰に時間を要する。そこで、駆動周波数下
限値ｆx 以上の周波数領域で駆動する。
【００５３】なお、現実には、駆動周波数下限値ｆx ≒
共振周波数ｆR1であるため、周波数調整の簡便化のた
め、第１振動モードの共振周波数ｆR1以上の周波数領域
で駆動することが望ましい。
【００５４】以上のような手段により、屈曲振動の共振
周波数ｆB21 より伸縮振動の共振周波数ｆR1のほうを高
くしたために、屈曲振動は弾性体１１と固定部５１との
間のクラッチ的役目を奏し、伸縮振動が弾性体１１に進
行力を与える役目を奏する。したがって、伸縮振動の共
振周波数よりも高い周波数域を駆動周波数域とし、この
駆動周波数域で制御すれば、進行速度や駆動力を制御す
ることができる。この駆動周波数域内に屈曲振動の共振
点が存在しないため、安定した駆動が得られ、駆動力や
駆動効率を向上することができる。
【００５５】また、弾性体１１の寸法精度を向上させる
ことにより屈曲振動と伸縮振動との共振周波数を合わせ
る設計方法は、加工公差により屈曲振動の共振周波数ｆ
B21 ＞伸縮振動の共振周波数ｆR1になったり、屈曲振動
の共振周波数ｆB21 ＜伸縮振動の共振周波数ｆR1になっ
たりし、前者の場合には駆動周波数域に屈曲振動の共振
点があり、安定した駆動が得られないことがあり、加工
公差により性能のばらつきが発生していた。
【００５６】しかし、本実施形態のように、屈曲振動の
共振周波数B21 ＜伸縮振動の共振周波数ｆR1の関係が保
てるように設計すれば、加工公差により屈曲振動の共振
周波数と伸縮振動の共振周波数との差が縮まる方向にず
れても、屈曲振動の共振周波数B21 ＜伸縮振動の共振周
波数ｆR1の関係が保てる範囲では、安定した駆動性能を
得ることができ、従来よりも加工公差による性能の個体
差を低減することができる。
【００５７】なお、本実施形態では、弾性体に１次の伸
縮振動と，節円数２個，節直径数１個の屈曲振動とが生
じるようにした場合を例にとって説明を行ったが、かか
る態様のみに限定されるものではなく、弾性体にｓ次の
伸縮振動と節円数ｍ個，節直径数ｎ個の屈曲振動とが生
じるようにしたものであっても、屈曲振動共振周波数ｆ
Bmn ＞拡がり共振周波数ｆRsのようにすれば同様に効果
が生じる。
【００５８】（第２実施形態）図８は、第２実施形態で
用いる弾性体１１の平面形状を示す説明図である。以
下、この図８を参照しながら第２実施形態を説明する
が、第１実施形態と重複する部分については説明を省略
する。
【００５９】第１実施形態では、弾性体１１の内周近傍
１１ｂに４つのボルト孔１１ｄ〜１１ｇを設けたが、ボ
ルト孔の設置位置はかかる態様のみに限定されるもので
はない。例えば、図８の本実施形態のように、弾性体１
１の外周近傍１１ｃに４つのボルト孔１１ｄ〜１１ｇを
設けるようにしてもよい。
【００６０】さらに、図８に示す本実施形態の変形例と
して、図９に示すように、弾性体１１の外周近傍１１ｃ
に、９０度の等間隔で２つずつ合計８個のボルト孔１１
−１ｄ〜１１−２ｇを設けてもよい。
【００６１】いずれの実施形態によっても、これらのボ
ルト孔１１ｄ〜１１ｇやボルト孔１１−１ｄ〜１１−２
ｇに、比重や長さを変化させて重量を変更させた様々な
種類のボルト１９を差し替えることにより、伸縮振動の
共振周波数ｆR1＞屈曲振動の共振周波数ｆB21 とするこ
とができる。
【００６２】（第３実施形態）第１実施形態及び第２実
施形態では、前述の（１）の質量付加による方法によ
り、伸縮振動の共振周波数ｆR1＞屈曲振動の共振周波数
ｆB21 と調整したが、以下にこれ以外の調整方法を列記
する。
【００６３】（２）弾性体の部分削除による方法 環状の弾性体１１の全面に渡って研削する方法 前述した図３のグラフに示すように、弾性体１１の厚み
ｈを変更することにより、１次の伸縮振動の共振周波数
ｆR1は殆ど変化しないが、屈曲振動の共振周波数ｆB21
が大幅に変動する。そこで、組み立てられた弾性体１１
が屈曲振動の共振周波数ｆB21 ＞伸縮振動の共振周波数
ｆR1という関係を有する場合には、弾性体１１の平面全
面を、フライス加工やラップ加工等により研削・研磨し
たり、薬品によって溶解することにより、厚みｈを減少
させることにより、屈曲振動の共振周波数ｆB21 のみが
大幅に低下する。そのため、屈曲振動の共振周波数ｆ
B21＜伸縮振動の共振周波数ｆR1を実現することができ
る。
【００６４】環状の弾性体１１のＢモードの腹付近の
みの除去による方法 図１０において、屈曲振動によるひずみの大きな部分，
つまり振動の自由端でない腹付近（例えば図１０におけ
る位置１１ｈ〜１１ｋ）を中心に、研削，研磨，溶解，
蒸発又はドリルによる孔開け加工等により弾性体１１の
一部を削除することにより、曲げ剛性の低下により、結
果的に屈曲振動の共振周波数ｆB21 を大幅に低下させる
ことが可能となる。すなわち、伸縮振動は環状の弾性体
１１の径に大きく依存し、屈曲振動ほど弾性体１１の厚
みの変化に敏感でないため、１次の伸縮振動の共振周波
数ｆR1の低下率が屈曲振動の共振周波数ｆB21 の低下率
を上回らない。
【００６５】なお、以上の調整加工は、Ｘ方向への移動
時に発生する屈曲振動と、Ｙ方向への移動時に発生する
屈曲振動に対して、周波数の変動の影響が均等になるよ
うに行われることが望ましい。このような観点からは、
（２）弾性体の部分削除による方法においては、環状
の弾性体１１の全面に渡って研削する方法のほうが、
環状の弾性体１１のＢモードの腹付近のみの除去による
方法よりも、削除が全面に渡って均等に施されるために
特性を損なう可能性が低く、望ましい。
【００６６】しかし、現実には、弾性体１１の駆動力取
出部３１〜３４が取り外し可能な構造になっていない場
合にはのほうが現実的であり、かつ除去の場所も周波
数調整に効果的な場所が解析的・実験的に明確に分かっ
ている場合には加工時間も短くて済むといった長所があ
る。
【００６７】（第４実施形態）図１１ないし図１４は、
いずれも、本発明にかかる超音波アクチュエータの第４
実施形態を示した図であって、図１１（Ａ）は全体の構
成を示す平面図，図１１（Ｂ）は全体の構成を示す側面
図，図１２は弾性体と圧電素子とを示す分解斜視図，図
１３（Ａ）は弾性体に生じる屈曲振動を示す説明図，図
１３（Ｂ）及び図１３（Ｃ）は弾性体に生じる屈曲振動
を示す側面図，図１４（Ａ）ないし図４（Ｄ）は動作を
説明する線図である。なお、図１３（Ａ）では、説明の
便宜上、弾性体の左半分のみを示し右半分は省略してあ
る。
【００６８】本実施形態にかかる超音波アクチュエータ
１０−１は、弾性体１１−１と，弾性体１１−１の上面
に例えば貼付されて接合される２枚の電気機械変換素子
である圧電素子２１−１，２２−１と，弾性体１１−１
の下面に突起状に形成された４個の駆動力取出部材３１
−１〜３４−１等から構成される。
【００６９】弾性体１１−１は、図１２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１１−１は、
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す円環の寸法（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。
【００７０】すなわち、本発明者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＝１．５〜２．０ｍ
ｍ，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。
【００７１】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及び
節直径１１ａを図１１（Ａ）又は図１３（Ａ）に破線で
示す。
【００７２】圧電素子２１−１，２２−１は、図１２に
示すように、本実施形態では四半円環状をしており、Ｐ
ＺＴ等により製作される。圧電素子２１−１，２２−１
は、図１１（Ａ）に示すように分極されており、それぞ
れに２相の入力電圧Ａ，Ｂが印加される。
【００７３】駆動力取出部材３１−１〜３４−１は、弾
性体１１−１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、固定部材５１（相
対運動部材）と接触しながら相対運動する。駆動力取出
部材３１−１〜３４−１は、図１１（Ａ）に示すよう
に、弾性体１１−１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３１−１〜３４−１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られている。
【００７４】なお、圧電素子２１−１，２２−１は、駆
動力取出部材３１−１〜３４−１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３１−１〜３
４−１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２１−１，２２−１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。
【００７５】これらの駆動力取出部材３１−１〜３４−
１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１３（Ｂ）又
は図１３（Ｃ）に示す駆動力取出部材３１−２，３１−
３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。
【００７６】この超音波アクチュエータ１０−１は、図
１１（Ｂ）に示すように、２つの圧電素子２１−１，２
２−１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３１−１〜３４−１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、Ｇはグラン
ドである。また、２つの圧電素子２１−１，２２−１
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、２つの圧電素子２１−１，２２−１の分極は互いに
逆方向であってもよい。
【００７７】図１１（Ｂ）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、その出力は分岐し
て、一方は、移相器４２によってπ／２の時間的位相差
のある信号に変換した後に増幅器４３に接続され、他方
は、増幅器４４に直接に接続される。増幅器４３，４４
の出力は、それぞれ圧電素子２１−１，２２−１に高周
波電圧Ａ，Ｂとして接続される。
【００７８】図１４（Ａ）は、この超音波アクチュエー
タ１０−１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 ないし時間ｔ9 について示す。図１４
（Ａ）の横軸は、高周波電圧の実効値を示す。図１４
（Ｂ）は、超音波アクチュエータの側面の変形の様子を
示し、超音波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 ないし時間ｔ9 について示す。図１４
（Ｃ）は、超音波アクチュエータの側面の変形の様子を
示し、超音波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ｔ1 ないし時間ｔ9 について示す。さ
らに、図１４（Ｄ）は、超音波アクチュエータの質点
Ｘ，Ｙ及びＺにおける楕円運動の時間的変化を時間ｔ1
ないし時間ｔ9 について示す。
【００７９】次に、本実施形態の超音波アクチュエータ
１０−１の動作を、図１４を参照しながら時間的変化
（ｔ1 〜ｔ9 ）毎に説明する。時間ｔ1 において、図１
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１４（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１４（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
１４（Ｄ）に示すように、上記両振幅が複合され、質点
Ｘ１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。
【００８０】時間ｔ2 において、図１４（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１４（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１４
（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。
【００８１】時間ｔ3 において、図１４（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１４（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１４（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ｔ2 よりもさらに左回りに移動する。
【００８２】時間ｔ4 において、図１４（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１４（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１４
（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１４（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。
【００８３】時間ｔ5 において、図１４（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１５（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１４（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１４（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。
【００８４】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１４（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。
【００８５】以上の原理により、この超音波アクチュエ
ータ１０−１は、駆動力取出部材３１−１〜３４−１そ
れぞれの先端に図１４（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３１−１〜３４−１それぞれの先端を相対運動部材
である固定部５１に加圧すると、弾性体１１−１は、固
定部５１に対して自走する。
【００８６】すなわち、図１４（Ｄ）に示すように、時
間ｔ1 ないし時間ｔ3 においては、駆動力取出部３１−
１及び３２−１が左回りに楕円運動を生じながら接触す
るため、弾性体１１−１は図面上左方向に移動する。
【００８７】時間ｔ3 ないし時間ｔ7 においては、駆動
力取出部３１−１及び３２−１が左回りに楕円運動を生
じながら接触するため、弾性体１１−１は図面上左方向
に移動する。
【００８８】さらに、時間ｔ7 ないし時間ｔ9 において
は、駆動力取出部３１−１及び３２−１が左回りに楕円
運動を生じながら接触するため、弾性体１１−１は図面
上左方向に移動する。
【００８９】以降、このような動作を繰り返し、弾性体
１１−１は図面上左方向に移動する。このようにして、
平面内を１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
る超音波アクチュエータ１０−１を提供することができ
る。
【００９０】一般的に、弾性体１１−１に設ける中空部
分の内径２ｂや厚みｈを変更することにより、（（１，
１））−（（１，１））’次の非軸対称振動の共振周波
数ｆ((1,1))-((1,1))'と、節円数１個，節直径２個の２
次元屈曲振動の共振周波数ｆB12 とを調整することがで
きる。
【００９１】しかし、本実施形態では、超音波アクチュ
エータ１０−１の組み立て後に調整を行うために、下記
の方法により、非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'＞屈曲振動の共振周波数ｆB12 となる
ように調整する。
【００９２】（１）質量付加による方法 屈曲振動において、振動の腹であって、なおかつ自由
端となっている部分、つまり環状の弾性体１１−１の内
周近傍や外周近傍は、「バネ」，「マス」系に置換して
考えると、「マス」としての効果が大きい。そこで、こ
の部分に質量を付加することにより屈曲振動の共振周波
数ｆB12 を大幅に低下させることができる。すなわち、
前述した図６，図８又は図９に示すように、弾性体１１
−１の内周近傍や外周近傍に、複数のボルト孔を設けて
おき、このボルト孔に比重や長さが変更されて重量が異
なる様々な種類のボルト１９を差し替えることにより、
（（１，１））−（（１，１））’次の非軸対称振動の
共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'＞２次元屈曲振動の共振
周波数ｆB12 とすることができる。
【００９３】このようにして、（（１，１））−
（（１，１））’次の非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'と、２次元屈曲振動の共振周波数ｆ
B12 とを調整した場合の一例を図７にグラフで示す。
【００９４】この場合の駆動周波数領域は、第１実施形
態と同様に、駆動周波数下限値ｆx以上であり、第１振
動モードの共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'以上とするこ
とが望ましい。
【００９５】以上のような手段により、屈曲振動の共振
周波数ｆB21 より非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'のほうを高くしたため、屈曲振動は弾
性体１１−１と固定部５１との間のクラッチ的役目を奏
し、非軸対称振動が弾性体１１に進行力を与える役目を
奏する。したがって、非軸対称振動の共振周波数より高
い周波数域を駆動周波数域とし、この駆動周波数域で制
御すれば、進行速度や駆動力を制御することができる。
この駆動周波数域内に屈曲振動の共振点が存在しないた
め、安定した駆動が得られ、駆動力や駆動効率を向上す
ることができる。
【００９６】また、弾性体１１−１の寸法精度を向上さ
せることにより屈曲振動と非軸対称振動との共振周波数
を合わせる設計方法は、加工公差により屈曲振動の共振
周波数ｆB21 ＞非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'になったり、屈曲振動の共振周波数ｆ
B21 ＜非軸対称振動の共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'に
なったりし、前者の場合には駆動周波数域に屈曲振動の
共振点があり、安定した駆動が得られないことがあり、
加工公差により性能のばらつきが発生していた。
【００９７】しかし、本実施形態のように、屈曲振動の
共振周波数ｆB21 ＜非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'の関係が保てるように設計すれば、加
工公差により屈曲振動の共振周波数と非軸対称振動の共
振周波数との差が縮まる方向にずれても、屈曲振動の共
振周波数ｆB21 ＜非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'の関係が保てる範囲では、安定した駆
動性能を得ることができ、従来よりも加工公差による性
能の個体差を低減できる。
【００９８】（第５実施形態）第４実施形態では、弾性
体１１−１の内周近傍や外周近傍に、複数のボルト孔を
設けておき、このボルト孔に比重や長さが変更されて重
量が異なる様々な種類のボルト１９を差し替えることに
より、（（１，１））−（（１，１））’次の非軸対称
振動の共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'＞２次元屈曲振動
の共振周波数ｆB12 と調整したが、本実施形態ではこれ
以外の調整方法を説明する。
【００９９】（２）弾性体の部分削除による方法 環状の弾性体１１−１の全面に渡って研削する方法 弾性体１１−１の厚みｈを変更することにより、
（（１，１））−（（１，１））’次の非軸対称振動の
共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'は殆ど変化しないが、屈
曲振動の共振周波数ｆB12 が大幅に変動する。そこで、
組み立てられた弾性体１１−１が屈曲振動の共振周波数
ｆB12 ＞（（１，１））−（（１，１））’次の非軸対
称振動の共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'という関係を有
する場合には、弾性体１１−１の平面を、フライス加工
やラップ加工等により研削・研磨したり、薬品によって
溶解することにより、厚みｈを変化させることにより、
屈曲振動の共振周波数ｆB12 のみが大幅に低下する。そ
のため、屈曲振動の共振周波数ｆB12 ＜（（１，１））
−（（１，１））’次の非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'を実現することができる。
【０１００】環状の弾性体１１−１のＢモードの腹付
近のみの除去による方法 Ｂモードの振動によるひずみの大きな部分，つまり振動
の自由端でない腹付近を中心に、研削，研磨，溶解，蒸
発又はドリルによる孔開け加工等により弾性体の一部を
削除することにより、曲げ剛性の低下により、結果的に
屈曲振動の共振周波数ｆB12 を大幅に低下させることが
可能である。すなわち、非軸対称振動モードは環状の弾
性体１１−１の径に大きく依存し、Ｂモードほど弾性体
１１−１の厚みの変化に敏感でないため、（（１，
１））−（（１，１））’次の非軸対称振動の共振周波
数ｆ((1,1))-((1,1))'の低下率が屈曲振動の共振周波数
ｆB12の低下率を上回らない。
【０１０１】なお、以上の調整加工は、直角方向に２つ
存在するＢモードのＸ方向及びＹ方向に対しての周波数
変動の影響が均等になるように行われることが望まし
い。このような観点からは、（２）弾性体の部分削除に
よる方法においては、環状の弾性体１１−１の全面に
渡って研削する方法のほうが、環状の弾性体１１−１
のＢモードの腹付近のみの除去による方法よりも、削除
が全面に渡って均等に施されるために特性を損なう可能
性が低く、望ましい。
【０１０２】しかし、現実には、弾性体１１−１の駆動
力取出部が取り外し可能な構造になっていない場合には
のほうが現実的であり、かつ除去の場所も周波数調整
に効果的な場所が解析的・実験的に明確に分かっている
場合には加工時間も短くて済むといった長所がある。
【０１０３】以上のような手段により、屈曲振動の共振
周波数ｆB12 より（（１，１））−（（１，１））’次
の非軸対称振動の共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'のほう
を高くしたために、（（１，１））−（（１，１））’
次の非軸対称振動振幅及び屈曲振動振幅は、図７に示す
ようになる。前述したように、屈曲振動は弾性体１１−
１と相対運動部材との間のクラッチ的役目を奏し、
（（１，１））−（（１，１））’次の非軸対称振動が
対称物に進行力を与える役目を奏する。したがって、
（（１，１））−（（１，１））’次の非軸対称振動の
共振周波数よりも高い周波数域を駆動周波数域とし、こ
の駆動周波数域で制御すれば、進行速度や駆動力を制御
することができる。この駆動周波数域内に屈曲振動の共
振点が存在しないため、安定した駆動が得られ、駆動力
や駆動効率を向上することができる。
【０１０４】また、従来の屈曲振動と非軸対称振動との
共振周波数を合わせる設計方法は、加工公差により屈曲
振動の共振周波数ｆB21 ＞非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'になったり、屈曲振動共振周波数ｆ
B21 ＜非軸対称振動共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'にな
ったりし、前者の場合には駆動周波数域に屈曲振動の共
振点があり、安定した駆動が得られないことがあり、加
工公差により性能のばらつきが発生していた。
【０１０５】しかし、本発明のように、屈曲振動の共振
周波数B21 ＜非軸対称振動の共振周波数ｆ
((1,1))-((1,1))'の関係が保てるように設計すれば、加
工公差により屈曲振動と非軸対称振動の共振周波数の差
が縮まる方向にずれても、屈曲振動の共振周波数B21 ＜
非軸対称振動の共振周波数ｆ((1,1))-((1,1))'の関係が
保てる範囲では、安定した駆動性能を得ることができ、
従来よりも加工公差による性能の個体差を低減すること
ができる。
【０１０６】（変形形態）以上説明した各実施形態に限
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。
【０１０７】例えば、各実施形態の説明では、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に限定されるものではなく、
他の振動域を利用する振動アクチュエータについても等
しく適用される。また、電気機械変換素子は、圧電素子
の例で説明したが、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，
磁歪素子等であってもよい。また、本発明にかかる振動
アクチュエータに用いる弾性体は、円環状であるため、
例えばカメラのレンズ鏡筒等へ適用して、振れ防止装置
の駆動源として用いることも可能である。
【０１０８】さらに、前記各実施形態は、振れ補正レン
ズを２方向に駆動する他に、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。
【０１０９】
【発明の効果】請求項１の振動アクチュエータでは、第
１振動モードの共振周波数が第２振動モードの共振周波
数よりも高いため、安定した駆動が得られ、駆動力や駆
動効率が向上し、さらに性能の個体差が低減される。
【０１１０】請求項２又は請求項３の振動アクチュエー
タでは、少なくとも駆動周波数域は少なくとも駆動可能
な駆動周波数下限値以上であるため、より安定した駆動
が得られ、性能の個体差が低減される。
【０１１１】請求項４又は請求項５の振動アクチュエー
タは、円環の直径が広がる方向及び縮まる方向方向に変
位させる振動，又はこの振動と屈曲振動との合成振動に
よる振動アクチュエータであるため、１次元又は２次元
に確実に移動できる。
【０１１２】請求項６又は請求項７の振動アクチュエー
タは、非軸対称方向へ変位させる振動，又はこの振動と
屈曲振動との合成振動による振動アクチュエータである
ため、１次元又は２次元に確実に移動できる。
【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の全体の
構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の超音波アクチュエータの弾性体
と圧電素子とを示す分解斜視図である。
【図３】第１実施形態の超音波アクチュエータの弾性体
の形状が振動特性に及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】第１実施形態の超音波アクチュエータの駆動力
取出部材の設置位置の説明図である。
【図５】第１実施形態の超音波アクチュエータの動作を
説明する線図である。
【図６】第１実施形態の超音波アクチュエータの弾性体
を示す斜視図である。
【図７】第１実施形態の超音波アクチュエータについ
て、伸縮振動及び屈曲振動それぞれの共振周波数を変更
させた場合の一例を示すグラフである。
【図８】第２実施形態の超音波アクチュエータで用いる
弾性体の平面形状を示す説明図である。
【図９】第２実施形態の超音波アクチュエータで用いる
弾性体の平面形状の変形例を示す説明図である。
【図１０】第３実施形態の超音波アクチュエータで用い
る弾性体の平面形状を示す説明図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、第４実施形態の超音波アク
チュエータの全体の構成を示す平面図であり、図１１
（Ｂ）は全体の構成を示す側面図である。
【図１２】第４実施形態の超音波アクチュエータの弾性
体と圧電素子とを示す分解斜視図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、第４実施形態の超音波アク
チュエータの弾性体に生じる屈曲振動を示す説明図であ
り、図１３（Ｂ）及び図１３（Ｃ）は弾性体に生じる屈
曲振動を示す側面図である。
【図１４】図１４（Ａ）ないし図４（Ｄ）は、第４実施
形態の超音波アクチュエータの動作を説明する線図であ
る。
【図１５】特願平６−３１８１５０号のより提案した超
音波アクチュエータの第１振動モード及び第２振動モー
ドを示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１０−１ 超音波アクチュエータ（振動アクチュ
エータ） １１，１１−１ 弾性体 １１ａ 節円，節直径 １１ｂ 内周近傍 １１ｃ 外周近傍 １１ｄ〜１１ｇ，１１−１ｄ〜１１−２ｇ ボルト取付
孔 １１ｈ〜１１ｋ 質量削減位置 １９ ボルト（質量体） ２１，２２，２１−１，２２−１ 圧電素子 ３１〜３４，３１−１，３１−２，３１−３，３２−
１，３３−１，３４−１駆動力取出部 ４１ 発振器 ４２ 移相器 ４３，４４ 増幅器 ５１ 固定部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円環状に形成された弾性体と，前記弾性
    体に接合された電気機械変換素子と，前記弾性体に加圧
    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、前
    記円環の形状が形成される基準面と平行な面内で振動す
    る第１振動モードと、前記基準面に交差する方向へ振動
    する、１個以上の節円及び１個以上の節直径を有する屈
    曲振動である第２振動モードとを発生させることで、前
    記弾性体と前記相対運動部材との接触面に、前記弾性体
    及び前記相対運動部材間に相対運動を行わせる振動を発
    生させる振動アクチュエータであって、 前記第１振動モードの共振周波数は、前記第２振動モー
    ドの共振周波数以上に設定されてい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、 駆動周波数の領域が、前記第１振動モードの共振周波数
    以上の範囲に設定されてい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に記載された振動アクチュエー
    タにおいて、 駆動周波数の領域が、前記第２振動モードの共振周波数
    以上の範囲に設定されてい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に記載された振動アクチュエー
    タにおいて、 前記第１振動モードは、前記弾性体を、前記円環の直径
    が広がる方向及び縮まる方向に変位させる振動モードで
    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４に記載された振動アクチュエー
    タにおいて、 前記第２振動モードは、節円数が１個，節直径数が１個
    の屈曲振動、又は節円数が２個，節直径数が１個の屈曲
    振動であ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振動モードは、前記弾性体を非軸対称方向へ変
    位させる振動モードであることを特徴とする振動アクチ
    ュエータ。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載された振動アクチュエー
    タにおいて、 前記第２振動モードは、節円数が１個，節直径数が２個
    の屈曲振動であることを特徴とする振動アクチュエー
    タ。
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