JPH099651A - 超音波アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弾性体を支持することによる振動阻害をでき
るだけ解消し、効率の優れた超音波アクチュエータを提
供する。 【構成】 圧電素子を一方の平面に備える円環状の弾性
体１１と，他方の平面に加圧接触される相対運動部材
と，一方の平面側に設けられて弾性体１１を支持する支
持部材とを備え、弾性体１１に、駆動源となる第１振動
モードとクラッチ機構をなす屈曲振動である第２振動モ
ードとを生じる超音波アクチュエータにおいて、支持部
材は、弾性体に生じる第２振動モードの節円１１ａ上及
び節直径１１ｂ上に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波アクチュエータ
に関し、特に、伸縮振動と屈曲振動との縮退，又は非軸
対称振動と屈曲振動との縮退を利用した円環型の超音波
アクチュエータに関するものであり、この超音波アクチ
ュエータの支持位置を改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波アクチュエータ
は、電気−機械エネルギー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、リニア型の超音波アクチュエータ
は、棒状弾性体の一方の端部に加振用の電気−機械エネ
ルギー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−機械エネルギー変
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】前者の超音波アクチュ
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、像振れを補正する像振れ補正装置が
提案されているが、前者の超音波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。後者の超音波ア
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】

【発明が解決しようとする課題】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
型の超音波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、前記弾性体に、拡径方向及び縮径方向への伸縮運動
と面直方向への屈曲振動とを発生し、その縮退により前
記弾性体の所定部分に楕円運動を発生する電気−機械エ
ネルギー変換素子とを備える超音波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、前記弾性体に、進行方向への非軸対称振動と面直方
向への屈曲振動とを発生し、その縮退により前記弾性体
の所定部分に楕円運動を発生する電気−機械エネルギー
変換素子とを備える超音波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−機械エネルギー変換素
子に駆動電圧を印加して励振し、弾性体に、特願平６−
３１８１５０号の場合には拡径方向及び縮径方向への伸
縮振動と面直方向への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面直方
向への屈曲振動とを発生する。

【００１１】弾性体は、他方の平面において、相対運動
部材が適当な支持部材により接触されており、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
動部材が固定物のときには弾性体が、相対運動部材が移
動す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】ところで、これらの超音波アクチュエータ
は進行波を利用するため、弾性体の全ての部分が機械的
に常時振動している。つまり、この振動の節は経時的に
常に移動する。

【００１３】そのため、弾性体を相対運動部材に接触さ
せるための支持部材の弾性体への接触位置について、振
動減衰を最小にすることができる特定の支持位置は存在
しない。そのため、実際には、弾性体の支持部材との接
触面側に振動緩衝材を配置して、この振動緩衝材を介し
て支持部材により弾性体を相対運動部材へ向けて加圧し
ていた。

【００１４】しかし、振動緩衝材を介して弾性体を支持
しても、弾性体が自由状態で振動する場合と比較すると
振動が阻害されることは否めず、また振動エネルギーも
振動緩衝材を通じて外部へ消散してしまう。そのため、
弾性体が自由状態で振動する場合と比較すると超音波ア
クチュエータの駆動効率を低下させてしまうという問題
があった。

【００１５】本発明の目的は、弾性体を支持することに
よる振動阻害をできるだけ低減でき、駆動効率の低下を
できるだけ少なくできる超音波アクチュエータを提供す
ることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
全く新規な知見に基づいてなされたものである。すなわ
ち、弾性体に存在する２種類の振動のうち、弾性体と相
対運動部材との間で動力の断続機構として作用する屈曲
振動は、節円数ｍ個，節直径数ｎ個の２次元屈曲振動で
あって定在波であるため、必ず特定の定在位置に振動の
節を有する。したがって、前述の特定の定在位置である
節円上及び節直径上の片方又は両方において、弾性体を
支持部材により支持することにより、弾性体の振動阻害
をできるだけ低減できる。

【００１７】請求項１の発明は、駆動電圧の印加により
励振される電気−機械エネルギー変換素子を一方の平面
に接合される円環状の弾性体と，前記弾性体の他方の平
面に加圧接触される相対運動部材と，前記弾性体の前記
一方の平面に設けられ、前記弾性体を支持する支持部材
とを備え、前記電気−機械エネルギー変換素子の励振に
より前記弾性体に、前記相対運動部材との接触面を含む
方向への第１振動モードと前記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個の屈曲振動である第
２振動モードとを発生させて、前記弾性体の前記接触面
に、前記弾性体と前記相対運動部材との間に相対運動を
行わせる振動を生じる超音波アクチュエータであって、
前記支持部材は、前記弾性体における前記第２振動モー
ドの節円上及び／又は節直径上に設置されることを特徴
とする。

【００１８】請求項２の発明は、駆動電圧の印加により
励振される電気−機械エネルギー変換素子を一方の平面
に接合される円環状の弾性体と，前記弾性体の他方の平
面に加圧接触される相対運動部材と，前記弾性体の前記
一方の平面に設けられ、前記弾性体を支持する支持部材
とを備え、前記電気−機械エネルギー変換素子の励振に
より前記弾性体に、前記相対運動部材との接触面を含む
方向への第１振動モードと前記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個の屈曲振動である第
２振動モードとを発生させて、前記弾性体の前記接触面
に、前記弾性体と前記相対運動部材との間に相対運動を
行わせる振動を生じる超音波アクチュエータであって、
前記支持部材は、前記弾性体の平面における前記第２振
動モードの節円及び節直径それぞれの交点上に設置され
ることを特徴とする。

【００１９】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、前記電気−機械エネルギー変換素子
は、それぞれ独立して制御される４つの扇形の電気−機
械エネルギー変換素子からなることを特徴とする。

【００２０】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３のいずれかの発明において、扇形の前記電気−機械エ
ネルギー変換素子それぞれは、前記支持部材の設置位置
を除く位置に配置されることを特徴とする。

【００２１】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
４のいずれかの発明において、前記支持部材は、前記弾
性体を前記相対運動部材に向けて加圧することを特徴と
するものである。

【００２２】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５のいずれかの発明において、前記第１振動モードは、
前記弾性体を拡径方向及び縮径方向へ変位させる振動モ
ードであることを特徴とする。

【００２３】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
５のいずれかの発明において、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。

【００２４】

【作用】請求項１の発明によれば、弾性体の支持部材
が、弾性体における第２振動モードの節円上及び節直径
上の片方又は両方に設置されるため、弾性体の振動阻害
ができるだけ低減されるようになる。

【００２５】請求項２の発明によれば、弾性体の支持部
材が、弾性体における第２振動モードの節円及び節直径
それぞれの交点上に設置されるため、弾性体の振動阻害
ができるだけ低減されるようになる。

【００２６】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２の発明において、それぞれ独立して制御される４
つの扇形の電気−機械エネルギー変換素子を有するた
め、弾性体と相対運動部材との間で２次元に相対運動を
生じるようになる。

【００２７】請求項４の発明によれば、請求項１ないし
請求項３のいずれかの発明において、扇形の電気−機械
エネルギー変換素子それぞれは、支持部材の設置位置を
除く位置に配置されるために、弾性体が導電性を有する
場合における短絡が防止されるようになる。

【００２８】請求項５の発明によれば、請求項１ないし
請求項４のいずれかの発明において、支持部材は、弾性
体を相対運動部材に向けて加圧するため、支持部材が加
圧も兼用して行うようになる。

【００２９】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
請求項５のいずれかの発明において、第１振動モードは
弾性体を拡径方向及び縮径方向へ変位させる振動モード
であるため、弾性体は、この第１振動モード（Ｓ次拡が
り振動）と第２振動モード（節円数ｍ個，節直径数ｎ個
の２次元屈曲振動）との縮退により、相対運動部材との
間で相対運動を生じるようになる。

【００３０】請求項７の発明によれば、請求項１ないし
請求項５のいずれかの発明において、第１振動モードは
弾性体を非軸対称方向へ変位させる振動モードであるた
め、弾性体は、この第１振動モード｛（（Ｎ，Ｍ））−
（（Ｎ，Ｍ））’次非軸対称振動｝と第２振動モード
（節円数ｍ個，節直径数ｎ個の２次元屈曲振動）との縮
退により、相対運動部材との間で相対運動を生じるよう
になる。

【００３１】

【実施例】

（第１実施例）以下、図面等を参照して、本実施例につ
いて、さらに詳しく説明する。

【００３２】図１ないし図５は、第１実施例で用いる超
音波アクチュエータ本体を示した図であって、図１は超
音波アクチュエータ本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斜視図、図３は弾性体を説明す
る線図、図４は駆動力取出部材を説明する図、図５は動
作を説明する線図である。

【００３３】本実施例では、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
向へ振幅する節円数ｍ個，節直径数ｎ個の屈曲振動であ
る第２振動モード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。

【００３４】すなわち、この超音波アクチュエータ１０
は、弾性体１１と，弾性体１１の上面に例えば接着によ
り接合された、電気−機械エネルギー変換素子である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。

【００３５】弾性体１１は、図２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３に説明するよう
に、円環の寸法を設定することにより、第１振動モード
である伸縮運動（Ｒ１モード：面方向への拡径及び縮径
振動）と、第２振動モードである２次の屈曲振動（Ｂ₂₁
モード）とを一致させることができる。本実施例では、
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。

【００３６】図３の横軸は、図２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。

【００３７】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。

【００３８】ここで、図３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。

【００３９】図３から明らかなように、板厚ｈ＝２．５
ｍｍ，外径２ａ＝４０ｍｍの場合に、ｙ＝０．６付近で
縮退が可能である。本実施例では、Ｒ１モード（第１振
動モード）とＢ₂₁モード（第２振動モード）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１（Ａ）又は図４（Ａ）に示され
ている。

【００４０】圧電素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ
それぞれは、図２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１（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。

【００４１】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、相対運動部材である固定部材と
接触しながら、弾性体１１を相対移動させる。

【００４２】駆動力取出部材３１〜３４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４（Ｂ），図４（Ｃ）及
び図４（Ｄ）に示す駆動力取出部材３１，３１−１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】この超音波アクチュエータ１０は、図１
（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１（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１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、弾性体１１はＸ方向への移動が可能となる。

【００４７】同様にして、切換スイッチ４５は、接点が
全てＹ側（図１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、弾性体１１
はＹ方向への移動が可能となる。

【００４８】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（時間ｔ₁ 〜時間
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（時間ｔ₁ 〜時間ｔ₉ ）を示
す。図５（Ｄ）は、超音波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、本実施例の超音波アクチュエータ１
０の動作を、時間ｔ₁ ないし時間ｔ₉ について説明す
る。なお、説明の便宜上、図５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とがともに振幅零となる。
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。

【００５１】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 のときよりも縮む。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 のときよりも左回りに移動す
る。

【００５２】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あい、質点Ｙ２と質
点Ｚ２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とが
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のときよ
りも左回りに移動する。

【００５４】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。

【００５６】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
固定部に加圧すると、弾性体１１は、固定部に対して自
走する。

【００５７】次に、本実施例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６は、この超音波ア
クチュエータ１０をＸ方向に駆動する場合において、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１１ｂ，
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７は、この超音波アクチュエータ
１０をＹ方向に駆動する場合において、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（Ｂ
₂₁モード）の節円１１ａ及び節直径１１ｂ，及び両節の
交点５２，５４，５６及び５８の位置を示す平面図であ
る。

【００５９】さらに、図８は、これらの節円１１ａ，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５１〜８８は同
時に存在するものではなく、Ｘ方向駆動時には交点５
１，５３，５５及び５７が、Ｙ方向駆動時には交点５
２，５４，５６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８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１１ｂ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５２，５４，５６及び５
８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９は、本実施例において、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１０は、図９におけ
るＩ−Ｉ断面図である。

【００６３】図９及び図１０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、支持棒６１ないし６４が垂設
される。支持棒６１ないし６４は、図１０に示すよう
に、四半円状の圧電素子２１ａないし２２ｄそれぞれの
間に配置される。支持棒６１ないし６４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ないし２２
ｄには接触しないように配置される。支持棒６１ないし
６４それぞれの他端は、固定面６５に対して垂設され
る。

【００６４】さらに、支持棒６１ないし６４に支持され
た弾性体１１の他方の平面に設けられた駆動力取出部３
１ないし３４の先端が相対運動部材である平板状の駆動
対象６０に接触する。

【００６５】そして、図示しない駆動源から圧電素子２
１ａないし２２ｄに駆動電圧を印加されることにより、
弾性体１１に第１振動モードである伸縮運動（Ｒ１モー
ド：面方向への拡径及び縮径振動）と、第２振動モード
である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ないし３４に楕円運動を生
じ、駆動対象６０との間で相対運動を生じる。

【００６６】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６１ないし６４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。

【００６７】なお、本実施例では、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型超音波
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、第１振動モ
ードとしての拡がり振動と第２振動モードとしての２次
元屈曲振動とを利用したＲ_S −Ｂ_mn型超音波アクチュエ
ータを、２次元屈曲振動の節位置において支持する超音
波アクチュエータについて等しく適用できる。

【００６８】（第２実施例）図１１は、図９及び図１０
に示す超音波アクチュエータの支持部材の改良例であ
る。なお、図９及び図１０に示す超音波アクチュエータ
と同一部分については同一の符号を付すことにより適宜
説明を省略する。

【００６９】図１１に示す超音波アクチュエータ１０−
１においては、支持部材６１〜６４は固定面６５に直接
取り付けられるのではなく、対向して設置された一対の
加圧ばね保持枠６７により保持される加圧ばね６８を介
して取り付けられており、支持部材６１〜６４は弾性体
１１の駆動対象６０への加圧力調整も兼ねる。

【００７０】また、駆動対象６０の駆動方向をガイドす
るとともに駆動時の摺動抵抗をできるだけ低減するた
め、固定面６６に先端が球形に加工された加圧対象支持
台６９を設けておき、この加圧対象支持台６９が駆動対
象６０を案内する。

【００７１】このように構成することにより、支持部材
６１〜６４以外に加圧機構を設ける必要がなくなって構
造が簡素化できるとともに、駆動対象６０を確実に搬送
することができる。

【００７２】（第３実施例）図１２ないし図１５は、い
ずれも本発明にかかる超音波アクチュエータの第３実施
例を示した図であって、図１２（Ａ）は全体の構成を示
す正面図，図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）はともに全体
の構成を示す側面図であり、図１３は弾性体と圧電素子
とを示す斜視図、図１４は制御回路をあわせて示す正面
図，図１５は動作を説明する線図である。

【００７３】本実施例の第１実施例に対する相違点は、
主に、用いる超音波アクチュエータが、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、本実施例に用いる超音波アクチュ
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。

【００７４】本実施例の超音波アクチュエータ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−機械エネルギー変換
素子である圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１
ａ，２２−１ｂ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。

【００７５】なお、本実施例では圧電素子２１−１ａ，
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。

【００７６】弾性体１１−２は、図１３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１３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、第１振動モードである非軸対称振動
〔（（１，１））−（（１，１））^' モード：面内振
動〕と，第２振動モードである２次の屈曲振動（Ｂ₁₂モ
ード）とを一致させることができる。

【００７７】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。

【００７８】本実施例では、（（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１１ａ及び
節直径１１ｂを図１２（Ａ）に破線で示す。

【００７９】圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−
１ａ，２２−１ｂは、図１３に示すように、本実施例で
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，２２−
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。

【００８０】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、固定部材６５（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
〜３４は、図１（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。

【００８１】特に、本実施例では、駆動力取出部材３１
〜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。

【００８２】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。

【００８３】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１２（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。

【００８４】この超音波アクチュエータ１０−２は、４
つの圧電素子２１−１ａ，２１−１ｂ，２２−１ａ，２
２−１ｂ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−
１ｂの分極は互いに逆方向であってもよい。

【００８５】図１４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。

【００８６】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。

【００８７】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、超音波アクチュエ
ータ１０−２は±Ｘ方向への一次元の移動が可能とな
る。

【００８８】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。

【００８９】図１５（Ａ）は、この超音波アクチュエー
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 ないし時間ｔ₉ について示す。図１５
（Ａ）の横軸は、高周波電圧の実効値を示す。図１５
（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１５
（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１５（Ｄ）は、超音波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 ないし時間ｔ₉ について示す。

【００９０】次に、本実施例の超音波アクチュエータ１
０−２の動作を、図１５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１５
（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１５（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
５（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。

【００９１】時間ｔ₂ において、図１５（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１５（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１５
（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１５（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。

【００９２】時間ｔ₃ において、図１５（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１５（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１５（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１５（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。

【００９３】時間ｔ₄ において、図１５（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１５（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１５
（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１５（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。

【００９４】時間ｔ₅ において、図１５（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１５（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１５（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。

【００９５】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１５（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。

【００９６】以上の原理により、この超音波アクチュエ
ータ１０−２は、駆動力取出部材３１〜３４それぞれの
先端に図１５（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それぞれの先端を相対運動部材である固定部材６
５に加圧すると、弾性体１１−２は、固定部材６５に対
して自走する。

【００９７】すなわち、図１５（Ｄ）に示すように、時
間ｔ₁ ないし時間ｔ₃ においては、質点３２及び質点３
４が左回りに楕円運動を生じながら接触するため、弾性
体１１−２は図面上左方向に移動する。

【００９８】時間ｔ₃ ないし時間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、弾性体１１−２は図面上左方向に移動する。
さらに、時間ｔ₇ ないし時間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、弾性体１１−２は図面上左方向に移動する。

【００９９】以降、このような動作を繰り返すことによ
り、弾性体１１−２は図面上左方向に移動する。一方、
図１６は、この超音波アクチュエータ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６１−１，６２−１，６３
−１，６４−１の位置を示す平面図である。

【０１００】これらの節円１１ａ及び節直径１１ｂ，及
び両節の交点６１−１，６２−１，６３−１，６４−１
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６１〜６４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。

【０１０１】図１７は、本実施例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６１〜６４が設けられる。支持棒６１〜６
４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
１〜６４それぞれの他端は、固定面６５に固設される。

【０１０２】さらに、支持棒６１〜６４に支持された弾
性体１１−２の駆動力取出部３１ないし３４が相対運動
部材である平板状の駆動対象６０に接触する。そして、
図示しない駆動源から圧電素子２１−１ａ，２１−１
ｂ，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、駆動対象６０との間で相
対運動を生じる。

【０１０３】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６１〜６４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。

【０１０４】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
１０−２を提供することができる。

【０１０５】なお、本実施例では、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型超音波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型超音波アクチュエー
タを、２次元屈曲振動の節位置において支持することに
等しく適用できる。

【０１０６】（変形例）以上説明した実施例に限定され
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、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。本発明にかかる超音波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。その他に、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。

【０１０８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、弾性体の支持
部材が、弾性体における第２振動モードの節円上及び節
直径上の片方又は両方に設置されるため、弾性体を支持
することによる振動阻害をできるだけ低減でき、駆動効
率の低下をできるだけ少なくできる。

【０１０９】請求項２の発明によれば、弾性体の支持部
材が、弾性体における第２振動モードの節円及び節直径
それぞれの交点上に設置されるため、弾性体を支持する
ことによる振動阻害をできるだけ低減でき、駆動効率の
低下をできるだけ少なくできる。

【０１１０】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２の発明において、それぞれ独立して制御される４
つの扇形の電気−機械エネルギー変換素子を有するた
め、弾性体と相対運動部材との間で２次元に相対運動を
生じることができる。

【０１１１】請求項４の発明によれば、請求項１ないし
請求項３のいずれかの発明において、扇形の電気−機械
エネルギー変換素子それぞれは、支持部材の設置位置を
除く位置に配置されるため、弾性体が導電性を有する場
合の短絡を防止できる。

【０１１２】請求項５の発明によれば、請求項１ないし
請求項４のいずれかの発明において、支持部材は、弾性
体を相対運動部材に向けて加圧するため、支持部材を設
置することにより加圧部材を別個に設置する必要がなく
なる。

【０１１３】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
請求項５のいずれかの発明において、第１振動モードは
弾性体を拡径方向及び縮径方向へ変位させる振動モード
であるため、弾性体は、相対運動部材との間で相対運動
を生じることができる。

【０１１４】請求項７の発明によれば、請求項１ないし
請求項５のいずれかの発明において、第１振動モードは
弾性体を非軸対称方向へ変位させる振動モードであるた
め、弾性体は、相対運動部材との間で相対運動を生じる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における超音波アクチュエータ本体
の構成を示す模式図である。

【図２】第１実施例における弾性体と圧電素子とを示す
斜視図である。

【図３】第１実施例における弾性体を説明する線図であ
る。

【図４】第１実施例における駆動力取出部材を説明する
図である。

【図５】第１実施例の動作を説明する線図である。

【図６】第１実施例の超音波アクチュエータをＸ方向に
駆動する場合において、弾性体に生じる節円及び節直
径，及び両節の交点の位置を示す平面図である。

【図７】第１実施例の超音波アクチュエータをＹ方向に
駆動する場合において、弾性体に生じる節円及び節直
径，及び両節の交点の位置を示す平面図である。

【図８】第１実施例の節円，節直径，及び両節の交点を
全て重ね合わせて表示した平面図である。

【図９】第１実施例において、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る。

【図１０】図９におけるＩ−Ｉ断面図である。

【図１１】第２実施例の超音波アクチュエータを示す断
面図である。

【図１２】図１２（Ａ）は第３実施例の全体の構成を示
す正面図，図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）はともに全体
の構成を示す側面図である。

【図１３】第３実施例における弾性体と圧電素子とを示
す斜視図である。

【図１４】第３実施例における制御回路をあわせて示す
正面図である。

【図１５】第３実施例における動作を説明する線図であ
る。

【図１６】第３実施例の超音波アクチュエータを駆動す
るときに励振される弾性体に発生する２次元屈曲振動の
節円及び節直径、及び両節の交点の位置を示す平面図で
ある。

【図１７】第３実施例の超音波アクチュエータを示す断
面図である。

【符号の説明】

１０，１０−２ 超音波アクチュエータ １１，１１−２ 弾性体 １１ａ 節円 １１ｂ 節直径 ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２１−１ａ，２１−
１ｂ，２２−１ａ，２２−１ｂ， 圧電素子 ３１〜３４，３１−１，３１−２ 駆動力取出部 ４１，４１−２ 発振器 ４２Ｘ，４２−２Ｘ Ｘ方向用移相器 ４２Ｙ，４２−２Ｙ Ｙ方向用移相器 ４３Ｘ，４４Ｘ，４３Ｙ，４４Ｙ，４３−２Ｘ，４４−
２Ｘ，４３−２Ｙ，４４−２Ｙ 増幅器 ４５，４５−２ 切換スイッチ ５１〜５８，６１−１，６２−１，６３−１，６４−１
交点 ６０ 駆動対象 ６１〜６４ 支持部材 ６５ 固定面 ６６ 固定面 ６７ 加圧ばね保持枠 ６８ 加圧ばね ６９ 加圧対象支持台

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動電圧の印加により励振される電気−
   機械エネルギー変換素子を一方の平面に接合される円環
   状の弾性体と，前記弾性体の他方の平面に加圧接触され
   る相対運動部材と，前記弾性体の前記一方の平面に設け
   られ、前記弾性体を支持する支持部材とを備え、前記電
   気−機械エネルギー変換素子の励振により前記弾性体
   に、前記相対運動部材との接触面を含む方向への第１振
   動モードと前記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個の屈曲振動である第２振動モードと
   を発生させて前記弾性体の前記接触面に、前記弾性体と
   前記相対運動部材との間に相対運動を行わせる振動を生
   じる超音波アクチュエータであって、 前記支持部材は、前記弾性体における前記第２振動モー
   ドの節円上及び／又は節直径上に設置されることを特徴
   とする超音波アクチュエータ。
2. 【請求項２】 駆動電圧の印加により励振される電気−
   機械エネルギー変換素子を一方の平面に接合される円環
   状の弾性体と，前記弾性体の他方の平面に加圧接触され
   る相対運動部材と，前記弾性体の前記一方の平面に設け
   られ、前記弾性体を支持する支持部材とを備え、前記電
   気−機械エネルギー変換素子の励振により前記弾性体
   に、前記相対運動部材との接触面を含む方向への第１振
   動モードと前記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個の屈曲振動である第２振動モードと
   を発生させて前記弾性体の前記接触面に、前記弾性体と
   前記相対運動部材との間に相対運動を行わせる振動を生
   じる超音波アクチュエータであって、 前記支持部材は、前記弾性体の平面における前記第２振
   動モードの節円及び節直径それぞれの交点上に設置され
   ることを特徴とする超音波アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された超音
   波アクチュエータにおいて、 前記電気−機械エネルギー変換素子は、それぞれ独立し
   て制御される４つの扇形の電気−機械エネルギー変換素
   子からなることを特徴とする超音波アクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載された超音波アクチュエータにおいて、 扇形の前記電気−機械エネルギー変換素子それぞれは、
   前記支持部材の設置位置を除く位置に配置されることを
   特徴とする超音波アクチュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   に記載された超音波アクチュエータにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体を前記相対運動部材に向け
   て加圧することを特徴とする超音波アクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
   に記載された超音波アクチュエータにおいて、 前記第１振動モードは、前記弾性体を拡径方向及び縮径
   方向へ変位させる振動モードであることを特徴とする超
   音波アクチュエータ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
   に記載された超音波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超音波アク
   チュエータ。