JPH099655A - 振動アクチュエータ及びこれを用いる駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧による駆動効率の低下をできるだけ抑制
でき、加圧力を増大しても速度むらや耐久性の低下を生
じず、信頼性に優れる超音波アクチュエータを提供す
る。 【解決手段】 平板状の弾性体１１と，電気機械変換素
子１２と，駆動力取出部１１ｂ，１１ｃとを備える超音
波アクチュエータ１０の弾性体１１の側面１１ｄであっ
て屈曲振動の中立面となる位置に、駆動力取出部１１
ｂ，１１ｃを相対運動部材に加圧するための加圧部材１
１ｅ，１１ｆを配置し、この加圧部材１１ｅ，１１ｆを
加圧する。加圧部材１１ｅ，１１ｆによる屈曲振動の拘
束が抑制され、かつ加圧により弾性体１１に生じる撓み
が従来よりも抑制されるようになる。さらに、加圧部材
１１ｅ，１１ｆの材質を適宜選定することにより、耐候
性が優れるとともに経年劣化が抑制される。

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
により弾性体を振動し、複数の振動モードを調和的に発
生させて弾性体表面に楕円運動を発生させ、弾性体に接
触する相対運動部材との間で相対運動を発生させる振動
アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】振動アクチュエータは、高トルク，良好
な制御性，高保持力さらには静粛性などの特徴を有して
おり、円環型とリニア型とに大別される。円環型のアク
チュエータは、カメラのＡＦ用モータなどに用いられて
いる。また、リニア型のアクチュエータは、以下のよう
な構造のものが知られている。

【０００３】図７は、リニア型振動アクチュエータの従
来例を示す図である。従来のリニア型振動アクチュエー
タは、棒状弾性体１０１の一端側に加振用の変成器１０
２が配置され、他端側に制振用の変成器１０３が配置さ
れている。各変成器１０２，１０３には、振動子１０２
ａ，１０３ａが接合されている。加振用の振動子１０２
ａに発振器１０２ｂから交流電圧を印加して棒状弾性体
１０１を振動させ、この振動が棒状弾性体１０１を伝播
することにより進行波となる。この進行波により、棒状
弾性体１０１に加圧接触された移動体１０４が駆動され
る。

【０００４】一方、棒状弾性体１０１の振動は、制振用
の変成器１０３を通じて振動子１０３ａに伝えられ、こ
の振動子１０３ａによって振動エネルギーが電気エネル
ギーに変換される。この振動子１０３ａに接続された負
荷１０３ｂにより電気エネルギーを消費することにより
振動を吸収する。この制振用の変成器１０３により、棒
状弾性体１０１の端面における反射を抑制して、棒状弾
性体１０１の固有モードの定在波の発生を防いでいる。

【０００５】図７のリニア型振動アクチュエータは、移
動体１０４の移動範囲だけ、棒状弾性体１０１の長さが
必要であり、その棒状弾性体１０１の全体を加振しなけ
ればならず、装置が大型化するとともに、固有モードの
定在波の発生を防止するために制振用の変成器１０３な
どが必要となる、という問題があった。

【０００６】このような問題を解決するために、自走式
の振動アクチュエータが種々提案されており、例えば、
「第５回電磁力関連のダイナミックシンポジウム講演論
文集，富川義朗他」の「２２２ 光ピックアップ移動を
目的とした圧電リニアモータ，第３９３頁〜第３９８
頁」に記載されている「異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モー
ド・平板モータ」が知られている。

【０００７】図８は、異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード
・平板モータの従来例を示す模式図であって、図８
（Ａ）は正面図、図８（Ｂ）は側面図、図８（Ｃ）は平
面図である。弾性体１は、矩形平板状の弾性体本体１ａ
と，その弾性体本体１ａの一方の面に突起状に形成され
た駆動力取出部１ｂ，１ｃとから構成されている。圧電
体２，３は、弾性体１の弾性体本体１ａの他方の面に貼
付され、縦振動Ｌ１モードと屈曲振動Ｂ４モードとを発
生させる素子である。

【０００８】弾性体１における屈曲振動Ｂ４モードの腹
となる部分に駆動力取出部１ｂ，１ｃが設けられ、レー
ルなどの相対運動部材（不図示）に押し付けられる。こ
の振動アクチュエータは、弾性体１に生じる縦振動Ｌ１
モード及び屈曲振動Ｂ４モードそれぞれの固有振動数が
非常に近い値になるように設計されており、２つの固有
振動数に近い周波数の交流電圧を圧電体２，３に印加す
ることにより二つの振動モードが調和して楕円運動を発
生させる。発生した楕円運動は、駆動力取出部１ｂ，１
ｃを介して推力として取り出される。

【０００９】図９は、新版超音波アクチュエータ（上羽
貞行、富川義朗共著、トリケップス刊第１４５頁〜第１
４６頁）に記載されている、弾性体１を相対運動部材４
に押し付ける加圧機構の従来例を示す模式図である。弾
性体１は、駆動力取出部１ｂ，１ｃの設置部の中央を、
例えばフェルトからなり緩衝機能を有する加圧板５及び
コイルばね６により構成される加圧機構７により加圧さ
れて、相対運動部材４に押し付けられている。これは、
弾性体１の駆動力取出部１ｂ，１ｃの設置部の中央が縦
振動及び屈曲振動の共通の節になるため、加圧により振
動を拘束することが最も少なく、駆動効率の低下を抑制
できると考えられるからである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図９における加圧板５
は、圧電体２，３を介して弾性体１に接触するため、加
圧の際に、弾性体１の振動を吸収してしまい駆動効率が
低下してしまうという問題があった。

【００１１】また、図９に示す加圧機構７により弾性体
１の駆動力取出部１ｂ，１ｃの設置部の中央を加圧する
と、弾性体１には加圧による撓みが発生する。図１０
は、加圧されることにより撓みが発生した弾性体１を抽
出して示す説明図である。弾性体１は中央部を頂点とし
て弓なりに撓み、このような撓みにより駆動力取出部１
ｂ，１ｃと相対運動部材４との接触部に微小な隙間が生
じる。

【００１２】ところで、図８及び図９を参照しながら説
明してきた振動アクチュエータの駆動力は、弾性体１へ
の加圧力Ｆと，駆動力取出部１ｂ，１ｃ及び相対運動部
材４間の動摩擦係数μとの積Ｆμに比例するため、振動
アクチュエータの駆動力を大きくしたい場合には加圧力
Ｆを大きくする必要がある。

【００１３】しかし、加圧力Ｆを大きくすると、図１０
に示す弾性体１の撓みが大きくなり、駆動力取出部１
ｂ，１ｃと相対運動部材４との間の隙間が大きくなっ
て、駆動力取出部１ｂ，１ｃと相対運動部材４との接触
面積が減少する。このような接触面積の減少により、弾
性体１と相対運動部材４との摺動状態が不安定になり接
触位置ずれ等が発生し、速度むら等の問題が生じたり、
弾性体１の駆動力取出部１ｂ，１ｃの底面に偏磨耗が発
生して振動アクチュエータの寿命が短くなってしまう。

【００１４】さらに、図９において、フェルト等の繊維
質材料を貼付して短絡を防止した加圧板５を用いて弾性
体１の加圧を行うと、加圧板５の耐候性が不足したり、
経年変化により加圧板５の加圧力が変化し、振動アクチ
ュエータの信頼性が低下するという問題もあった。

【００１５】本発明の第１の目的は、加圧による駆動効
率の低下をできるだけ抑制することができる振動アクチ
ュエータを提供することである。本発明の第２の目的
は、弾性体を相対運動部材に向けて加圧する加圧力を増
大することにより振動アクチュエータの駆動力の増大を
図っても、速度むらや耐久性の低下を生じることがない
振動アクチュエータを提供することである。

【００１６】本発明の第３の目的は、耐候性が優れると
ともに経年変化による性能低下が少なく、信頼性に優れ
る振動アクチュエータを提供することである。さらに、
本発明の第４の目的は、このような振動アクチュエータ
を用いた駆動装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、平板状の弾性体と，前記弾性体
の一方の平面に接合され屈曲振動と縦振動とを調和的に
発生させる電気機械変換素子と，前記弾性体の他方の平
面に設けられる駆動力取出部と，前記弾性体の側面であ
って前記屈曲振動の中立面又はその近傍となる位置に、
前記駆動力取出部を相対運動部材に加圧するための加圧
部材とを備えることを特徴とする振動アクチュエータで
ある。

【００１８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記加圧部材が、前記屈曲振動の節になる位置の間
に設けら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、前記加圧部材の縁部に前記屈曲振動の
振動方向へ向けて延設された加圧部を有することを特徴
とする。

【００２０】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれかの発明において、前記屈曲振動の振動方
向に関する前記加圧部材の厚さが、前記弾性体の板厚の
１／２以下であることを特徴とする。

【００２１】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
までのいずれかの発明において、前記加圧部材単体の固
有振動数が、前記弾性体に生じる前記屈曲振動の固有振
動数の１．２倍以上であることを特徴とする。

【００２２】請求項６の発明は、請求項１から請求項５
までのいずれかの振動アクチュエータと，前記振動アク
チュエータに前記駆動力取出部を介して接触するととも
に被駆動部材に接触する相対運動部材と，前記加圧部材
を介して前記振動アクチュエータを前記相対運動部材へ
向けて加圧する加圧力調整機構とを備えることを特徴と
する。

【００２３】すなわち、加圧力の増加だけを考えれば弾
性体の側面全面に加圧部材を設けることが有利である
が、振動抑制のために適正な駆動力を得られない。本発
明は、駆動力発生源である屈曲振動モードに着目し、こ
の屈曲振動モードを阻害しない位置に加圧部材を設ける
ことにより、加圧力増加と振動抑制防止とを両立させる
ものである。

【００２４】請求項１の発明によれば、弾性体に生じる
屈曲振動の中立面又はその近傍となる位置に、前記駆動
力取出部を相対運動部材に加圧するための加圧部材が配
置されるため、加圧部材による屈曲振動の拘束ができる
だけ抑制されるようになる。また、弾性体の側面に加圧
部材が設けられるため、加圧力が弾性体の加圧部材設置
範囲に作用し、加圧により弾性体に生じる撓みが従来よ
りも抑制されるようになる。さらに、加圧部材は弾性体
の側面に設置されており、短絡を防止する必要がないた
めに、加圧部材の材質を例えば弾性体と同材質とすると
いったように適宜選定できるようになり、耐候性が優れ
るとともに経年劣化を抑制できるようになる。

【００２５】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において加圧部材が弾性体に生じる屈曲振動の節になる
位置の間に設けられるため、弾性体に生じる縦振動の拘
束もできるだけ抑制されるようになる。

【００２６】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２の発明において加圧部材の縁部に屈曲振動の振動
方向へ向けて延設された加圧部を設けたため、振動アク
チュエータを駆動装置を組み込んだ場合の組立性が向上
するようになるとともに、加圧部材の剛性が向上するよ
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、弾性体に生じる屈
曲振動の振動方向に関する加圧部材の厚さが、この弾性
体の板厚の１／２以下であるため、屈曲振動をできるだ
け抑制しないとともに、製作が容易であって確実に弾性
体を加圧できるようになる。

【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、加圧部材単体の固
有振動数が、弾性体に生じる屈曲振動の固有振動数の
１．２倍以上であるため、弾性体に生じる振動を抑制す
ることが防止され、振動に対する応答性が改善されるよ
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のいずれかの振動アクチュエータと，この振動
アクチュエータに駆動力取出部を介して接触するととも
に被駆動部材に接触する前記相対運動部材と，前記加圧
部材を介して前記振動アクチュエータを前記相対運動部
材へ向けて加圧する加圧力調整機構とを備えるため、確
実かつ容易に駆動装置が構成されるようになる。

【００３０】

【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。図
１は、第１実施形態の超音波アクチュエータ単体を示す
斜視図である。本実施形態の超音波アクチュエータ１０
は、平板状の弾性体本体１１ａ及び駆動力取出部１１
ｂ，１１ｃにより構成される弾性体１１と，この弾性体
本体１１ａの一方の平面に接合された４つの圧電体１２
ａ，１２ｂ，１２ｐ，１２ｐ’とを備える。

【００３１】弾性体１１は、板厚ｔ_11a の平板状の弾性
体本体１１ａと，この弾性体本体１１ａの他方の平面に
突起状に設けられた駆動力取出部１１ｂ，１１ｃとによ
り構成される。この弾性体本体１１ａは、本実施形態で
は金属材料により構成したが、これに限定されるもので
はなく、例えばプラスチック等の弾性材料であってもよ
い。これらの駆動力取出部１１ｂ，１１ｃは、駆動時に
発生する屈曲振動の腹（振幅最大の部分）の位置に設け
られている。

【００３２】圧電体１２は、電気信号を機械的な変位に
変換する電気機械変換素子であり、本実施形態では、駆
動用圧電体１２ａ，１２ｂと振動モニタ用圧電体１２
ｐ，１２ｐ’とを備える。各圧電体１２ａ，１２ｂ，１
２ｐ，１２ｐ’は弾性体本体１１ａの一方の平面に例え
ば接着により装着される。

【００３３】なお、図示していないが、駆動力取出部１
１ｂ，１１ｃと図示しない相対運動部材との間の摺動抵
抗をできるだけ抑制するため、駆動力取出部１１ｂ，１
１ｃそれぞれの底面に摺動材を貼付しておいてもよい。
駆動用圧電体１２ａ，１２ｂは、電気的に位相が９０度
異なる交流電圧が印加されることにより、弾性体１１に
縦振動モード（本実施形態ではＬ１モード）と屈曲振動
モード（本実施形態ではＢ４モード）の振動を発生させ
て、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃに楕円運動による駆動
力を発生させる。

【００３４】振動モニタ用圧電体１２ｐ、１２ｐ’は、
機械的変位を電気信号に変換する機械電気変換素子であ
り、弾性体１１に発生する振動の状態をモニタして、後
述する図２中の制御回路２５に出力する。なお、図示し
ていないが、弾性体１１はＧＮＤ電位に接続されるのが
一般的であり、その場合の電極（共通電極）は、例え
ば、弾性体１１にリード線を半田付けするか、又はリー
ド線の付いた金属箔を弾性体１１に接着することにより
行えばよい。

【００３５】さらに、図１に示す第１実施形態では、弾
性体本体１１ａの二つの側面１１ｄ，１１ｄであって弾
性体１１に生じる屈曲振動の中立面となる位置に、駆動
力取出部１１ｂ，１１ｃを相対運動部材に加圧するため
の加圧部材が配置される。中立面又はその近傍からずれ
ると、加圧された際の弾性体本体１１ａには、引張応力
又は圧縮応力が作用し、加圧時に振動が抑制されるが、
中立面又はその近傍であればこのような問題は生じな
い。

【００３６】本実施形態では、加圧部材として、板厚ｔ
_11e の金属製の加圧板１１ｅと，板厚ｔ_11f の金属製の
加圧板１１ｆとが例えば溶接により固設される。各加圧
板１１ｅ，１１ｆの板厚ｔ_11e 、ｔ_11f は、弾性体１１
に生じる屈曲振動の阻害防止の観点からはできるだけ薄
いほうがよいが、薄すぎると製作が難しくなるとともに
加圧力に耐えられずに変形してしまう。そこで、加圧板
１１ｅ，１１ｆの板厚ｔ_11e 、ｔ_11f は、弾性体本体１
１ａの板厚ｔ_11a の１／２以下とすることが望ましく、
同様の観点から、１／４ｔ_11a ≦ｔ_11e 、ｔ_11f ≦１／
３ｔ_11a が最も望ましい。

【００３７】また、加圧板１１ｅ，１１ｆ単体の固有振
動数と，弾性体１１に生じる屈曲振動の固有振動数とを
一致又は略一致させると、加圧板１１ｅ，１１ｆと弾性
体１１とが一緒に移動してしまい、応答が遅れる。そこ
で、加圧板１１ｅ，１１ｆ単体の固有振動数を、弾性体
１１に生じる屈曲振動の固有振動数の１．２倍以上、望
ましくは１．４倍以上にすることにより、加圧による弾
性体１１の著しい振動抑制を防止することができ、応答
性を向上させて駆動性能の向上を図ることが可能とな
る。

【００３８】なお、４倍を越えると、多くのエネルギを
消費してしまい、駆動効率が低下してしまう可能性があ
るので、加圧板１１ｅ，１１ｆ単体の固有振動数を、弾
性体１１に生じる屈曲振動の固有振動数の４倍以下とす
ることが望ましい。このように、弾性体１１を加圧する
ことにより弾性体に生じる屈曲振動を阻害しないため、
弾性体１１の屈曲振動の中立面付近であって、かつ駆動
力の源となる縦振動の振幅をできるだけ抑制しないため
に、縦振動の振幅のない面である側面１１ｄ，１１ｄに
加圧板１１ｅ，１１ｆを設けている。

【００３９】このように加圧板１１ｅ，１１ｆを屈曲振
動の中立面に設けることにより、加圧による駆動効率の
低下ができるだけ抑制される。また、加圧板１１ｅ，１
１ｆは弾性体本体１１ａの側面全長にわたって設置さ
れ、加圧板１１ｅ，１１ｆに負荷される加圧力は弾性体
本体１１ａの全長に均一に付与されるため、加圧により
弾性体本体１１ａに生じる撓み量が従来よりも低減され
る。そのため、駆動力の増加を図って加圧力を増加して
も、速度むらや耐久性の低下が従来よりも抑制され、超
音波アクチュエータ１０の長寿命化が図られる。

【００４０】さらに、加圧板１１ｅ，１１ｆは弾性体１
１の側面１１ｄ，１１ｄに設置されて、圧電体１２ａ，
１２ｂに接触しないために、加圧板１１ｅ，１１ｆの材
質を、例えば弾性体本体１１ａと同材質とするといった
ように適宜選定できる。そのため、従来用いていたフェ
ルト等の繊維質を用いる必要がなくなり、耐候性が改善
されるとともに、経年劣化も抑制でき、超音波アクチュ
エータ１０の信頼性を向上できる。

【００４１】図２は、図１の超音波アクチュエータ１０
の駆動回路の構成例を示すブロック図である。発振器２
１は、弾性体１１と圧電体１２とから構成される振動体
の１次の縦振動モード及び４次の屈曲振動モードそれぞ
れに相当する周波数の信号を発振するためのものであ
る。発振器２１の出力は分岐して、一方の出力は、増幅
器２３によって増幅された後に、Ａ相電圧として、駆動
用圧電体１２ａの電極に入力される。また、分岐した他
方の出力は、移相器２２に接続されており、移相器２２
によって、Ａ相電圧とはπ／２だけ位相をずらしてＢ相
電圧とした後に、増幅器２４を介して、駆動用圧電体１
２ｂの電極に入力される。

【００４２】制御回路２５は、振動モニタ用圧電体１２
ｐ，１２ｐ’の出力電圧が入力されており、予め設定さ
れていた基準電圧と比較して、ｐ，ｐ’端子の出力の方
が小さいときには周波数を低く、また、ｐ，ｐ’端子の
出力の方が大きいときには周波数を高くするように、発
振器２１を制御する。これにより、超音波アクチュエー
タの振動振幅が所定の大きさに保持される。

【００４３】図３は、図１の超音波アクチュエータの動
作を説明するための図である。この超音波アクチュエー
タ１０は、駆動用圧電体１２ａ，１２ｂに電気的に位相
が９０度異なる交流電圧を印加することにより、屈曲振
動と縦振動との複合振動を起こし、弾性体１１の駆動力
取出部１１ｂ，１１ｃの先端に楕円運動を発生させる。
そして、弾性体１１は、弾性体１１の側面に固設された
加圧板１１ｅ，１１ｆから図示しない加圧装置によって
加圧され、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃを図示しない相
対運動部材に接触させ、駆動力を得る。

【００４４】なお、本実施形態では、駆動用圧電体１２
ａ，１２ｂは互いに極性が同一方向になるように分極さ
れ、印加される高周波電圧Ａ，Ｂはπ／２の時間的位相
差を有しているが、これに限定する必要があるものでは
なく、駆動用圧電体１２ａ，１２ｂの分極は互いに逆方
向であってもよい。

【００４５】図３（Ａ）は、超音波アクチュエータ１０
に入力される２相の高周波電圧Ａ，Ｂの時間的変化をｔ
₁ 〜ｔ₉ で示す。図３（Ａ）の横軸は、高周波電圧の実
効値を示す。図３（Ｂ）は、超音波アクチュエータ１０
の断面の変形の様子を示し、超音波アクチュエータ１０
に発生する屈曲振動の時間的変化（ｔ₁ 〜ｔ₉ ）を示
す。図３（Ｃ）は、超音波アクチュエータ１０の断面の
変形の様子を示し、超音波アクチュエータ１０に発生す
る縦振動の時間的変化（ｔ₁ 〜ｔ₉ ）を示す。図３
（Ｄ）は、超音波アクチュエータ１０の駆動力取出部１
１ｂ，１１ｃに発生する楕円運動の時間的変化（ｔ₁ 〜
ｔ₉ ）を示す。

【００４６】次に、この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 ）ごとに説明
する。時間ｔ₁ において、図３（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３（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０となる。また、図３
（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振動は
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長を示
す。その結果、図３（Ｄ）に示すように、上記両振動が
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。

【００４７】時間ｔ₂ において、図３（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ｂは０となり、高周波電圧Ａは正の電圧
を発生する。図３（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ａに
よる屈曲運動が発生し、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３（Ｃ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａによる縦振動が発生し、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
３（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。

【００４８】時間ｔ₃ において、図３（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３（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増幅され、最大の正の振幅値を示
す。また、図３（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ及び
Ｂによる縦振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。その結果として、図３（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 のときよりも左回りに移動する。

【００４９】時間ｔ₄ において、図３（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは０となり、高周波電圧Ｂは負の電圧
を発生する。図３（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は時間ｔ₃ のときよりも振幅
が低下する。また、図３（Ｃ）に示すように、高周波電
圧Ｂによる縦振動が発生し、質点Ｙ２と質点Ｚ２が収縮
する。その結果、図３（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。

【００５０】時間ｔ₅ において、図３（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３（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０となる。また、
図３（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振
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。その結果として、図３（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。

【００５１】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縦振動が発生し、
その結果、図３（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。

【００５２】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１１ｂ，１１ｃの先端に楕円
運動を発生させ、駆動力を発生させる構成となってい
る。したがって、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃの先端を
図示しない相対運動部材に加圧すると、この相対運動部
材は駆動される。

【００５３】以上のように、圧電体１２ａ，１２ｂに電
気的に位相が異なる交流電圧を印加することにより弾性
体１１に縦振動と屈曲振動とが生じ、それぞれが駆動方
向の運動成分と駆動方向に垂直な運動成分となり、楕円
運動が発生する。このようにして、第１実施形態の超音
波アクチュエータ１０は駆動される。

【００５４】（第２実施形態）図４は、第２実施形態の
超音波アクチュエータ単体を示す斜視図である。なお、
以下に示す各実施形態では、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。

【００５５】本実施形態の超音波アクチュエータ１０−
１は、第１実施形態の超音波アクチュエータ１０におい
て、加圧板１１−１ｅ，１１−１ｆを弾性体本体１１ａ
の二つの側面１１ｄ，１１ｄの全長にわたって設置する
のではなく、側面１１ｄ，１１ｄにおける屈曲振動の節
の位置の間、すなわち図４における点Ｎ１と点Ｎ２との
間に設けるものである。

【００５６】このように、加圧板１１−１ｅ，１１−１
ｆを点Ｎ１と点Ｎ２との間に設けることにより、弾性体
１１に生じる縦振動の阻害を抑制でき、駆動力取出部１
１ｂ，１１ｃにおいて生じる楕円運動を大きくすること
ができるため、駆動効率の向上が図られる。

【００５７】（第３実施形態）図５は、第３実施形態の
超音波アクチュエータ単体を示す斜視図である。本実施
形態の超音波アクチュエータ１０−２は、第２実施形態
の超音波アクチュエータ１０−１において、加圧板１１
−１ｅ，１１−１ｆそれぞれの幅方向の外側縁部に、弾
性体１１に生じる屈曲振動の振動方向（図面上の上下方
向）へ向けて延設されたフランジ状の加圧部１１ｇ，１
１ｈを設けたものである。本実施形態では、加圧部１１
ｇ，１１ｈは、加圧板１１−１ｅ，１１−１ｆに一体に
設けているが、例えば溶接等の適宜手段を用いて別体に
設けてもよい。いずれにしても、加圧板１１−１ｅ，１
１−１ｆの剛性を上げることができ、加圧の際の加圧板
１１−１ｅ，１１−１ｆの変形が抑制される。

【００５８】このような加圧部１１ｇ，１１ｈを加圧板
１１−１ｅ，１１−１ｆにそれぞれ設けることにより、
この超音波アクチュエータ１０−２を他の装置（例えば
駆動装置）に組み込む際の組立性が著しく改善される。
図６は、図５により説明した超音波アクチュエータ１０
−２を組み込んだ駆動装置の構成例を示す側面図であ
る。

【００５９】ケース１３は、内面中央部に縮径部１３ａ
を有する断面矩形のケースであり、このケース１３の内
部に超音波アクチュエータ１０−２が配置される。この
超音波アクチュエータ１０−２の加圧部１１ｇ，１１ｈ
は、加圧部材であるスプリング１９ａと、ケース１３の
内面に設置されて加圧部材１９ａの加圧力を調整する加
圧力調整部材２０ａとにより、ケース１３の縮径部１３
ａ側に向けて付勢されている。

【００６０】超音波アクチュエータ１０−２の駆動力取
出部１１ｃ，１１ｃは、断面Ｈ型の回転体である相対運
動部材１４の拡径部１３ｂに加圧接触される。この相対
運動部材１４は、ケース１３の縮径部１４ａに組み込ま
れた軸受１５ａ，１５ｂにより回転自在に支持される回
転軸１４ｃに固定されており、超音波アクチュエータ１
０−２が駆動されることにより、相対運動部材１４は回
転軸１４ｃ周りに回転する。この相対運動部材１４の溝
状の縮径部１４ｂには、棒状の被駆動部材１６が接触し
ている。

【００６１】また、ケース１３の内面には、固設された
加圧力調整部材２０ｂと、これにより加圧力を調整され
る加圧部材１９ｂとにより、ケース１３の内面に固定さ
れたローラ保持部材１８に保持されたローラ１７が、被
駆動部材１６側に向けて付勢されており、被駆動部材１
６は、ローラ１７と相対運動部材１４とにより挟持され
ている。

【００６２】このように構成された駆動装置において、
超音波アクチュエータ１０−２を起動すると、相対運動
部材１４が回転し、この回転により、ローラ１７により
相対運動部材１４へ向けて付勢される被駆動部材１６が
図面に面直な方向に駆動される。

【００６３】（変形形態）以上説明した各実施形態に限
定されず、種々の変形や変更が可能であって、それらも
本発明に含まれる。例えば、各実施形態では、振動アク
チュエータとして超音波の振動域を用いる超音波アクチ
ュエータを例にとったが、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することができる。
また、各実施形態の超音波アクチュエータは、縦−屈曲
複合振動を利用した超音波アクチュエータを用いた例を
示したが、例えばいわゆるＬ１−Ｂ２型等の他の原理に
よって駆動される超音波アクチュエータを用いる場合で
も本発明と同様の効果を得ることができる。

【００６４】第１実施形態ないし第３実施形態において
は、電気機械変換素子として圧電体を利用したが、これ
に限定されるものではなく圧電体の代わりに電歪体や磁
歪体等を用いることも可能である。第１実施形態ないし
第３実施形態においては、加圧部材１１ｅ，１１ｆは、
弾性体１１に生じる屈曲振動の中立面となる位置に設置
したが、厳密な意味で中立面である必要はなく、振動を
抑制しない程度の近傍であってもよい。

【００６５】第１実施形態ないし第３実施形態において
は、弾性体１１として金属製のものを用いたが、これに
限定されるものではなく、例えばプラスチック等の弾性
体であってもよい。さらに、第１実施形態ないし第３実
施形態においては、加圧部材として加圧板を用いたが、
これに限定されるものではなく、弾性体の振動を抑制せ
ず確実に弾性体を加圧できる形状のものであればいかな
る形状であってもよい。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、弾性体に生じ
る屈曲振動の中立面又はその近傍となる位置に、駆動力
取出部を相対運動部材に加圧するための加圧部材が配置
されるため、加圧部材による屈曲振動の拘束が抑制され
て、駆動効率の低下ができるだけ抑制される。また、弾
性体の側面に加圧部材が設けられるため、加圧により弾
性体に生じる撓みが従来よりも抑制されて、駆動効率の
低下ができるだけ抑制される。さらに、加圧部材の材質
を例えば弾性体と同材質といったように適宜選定するこ
とにより、耐候性が優れるとともに経年劣化が抑制さ
れ、振動アクチュエータの寿命が延長される。

【００６７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において加圧部材が弾性体に生じる屈曲振動の節になる
位置の間に設けられるため、弾性体に生じる縦振動の拘
束が抑制され、駆動効率の低下ができるだけ抑制され
る。

【００６８】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２の発明において加圧部材の縁部に屈曲振動の振動
方向へ向けて延設された加圧部を設けたため、振動アク
チュエータを駆動装置を組み込んだ場合の組立性が向上
し、簡単に駆動装置が構成される。

【００６９】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、弾性体に生じる屈
曲振動の振動方向に関する加圧部材の厚さが、この弾性
体の板厚の１／２以下であるため、屈曲振動をできるだ
け抑制せず、駆動効率の低下ができるだけ抑制される。
また、製作が容易であって確実に弾性体を加圧すること
ができる。

【００７０】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、加圧部材単体の固
有振動数が、弾性体に生じる屈曲振動の固有振動数の
１．２倍以上であるため、弾性体に生じる振動を抑制す
ることが防止でき、振動に対する応答性が改善できる。

【００７１】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
請求項５のいずれかの振動アクチュエータと，この振動
アクチュエータに駆動力取出部を介して接触するととも
に被駆動部材に接触する前記相対運動部材と，前記加圧
部材を介して前記振動アクチュエータを前記相対運動部
材へ向けて加圧する加圧力調整機構とを備えるため、確
実かつ容易に駆動装置が構成できる。

【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単体を示
す斜視図である。

【図２】第１実施形態の超音波アクチュエータの駆動回
路の構成例を示すブロック図である。

【図３】第１実施形態の超音波アクチュエータの動作を
時間的変化（ｔ₁ 〜ｔ₉ ）ごとに示す説明図である。

【図４】第２実施形態の超音波アクチュエータ単体を示
す斜視図である。

【図５】第３実施形態の超音波アクチュエータ単体を示
す斜視図である。

【図６】第３実施形態の超音波アクチュエータを組み込
んだ駆動装置の構成例を示す側面図である。

【図７】リニア型超音波アクチュエータの従来例を示す
図である。

【図８】異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板モータ
を示す模式図である。

【図９】弾性体を相対運動部材に押しつける機構の従来
例を示す模式図である。

【図１０】加圧されることにより撓みが発生した弾性体
を抽出して示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 超音波アクチュエータ（振動アクチュエータ） １１ 弾性体 １１ａ 弾性体本体 １１ｂ，１１ｃ 駆動力取出部 １１ｄ 側面 １１ｅ，１１ｆ 加圧板 １１ｇ，１１ｈ 加圧部 １２ 圧電体 １２ａ，１２ｂ 駆動用圧電体 １２ｐ，１２Ｐ’振動モニタ用圧電体 １３ ケース １３ａ 縮径部 １３ｂ 拡径部 １４ 相対運動部材 １４ａ 拡径部 １４ｂ 縮径部 １４ｃ 回転軸 １５ａ，１５ｂ 軸受 １６ 被駆動部材 １７ ローラ １８ ローラ保持部材 １９ａ，１９ｂ 加圧部材 ２０ａ，２０ｂ 加圧力調整部材 ２１ 発振器 ２２ 移相器 ２３，２４ 増幅器 ２５ 制御回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の弾性体と，前記弾性体の一方の
   平面に接合され屈曲振動と縦振動とを調和的に発生させ
   る電気機械変換素子と，前記弾性体の他方の平面に設け
   られる駆動力取出部と，前記弾性体の側面であって前記
   屈曲振動の中立面又はその近傍となる位置に、前記駆動
   力取出部を相対運動部材に加圧するための加圧部材とを
   備え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、 前記加圧部材は、前記屈曲振動の節になる位置の間に設
   けられ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、 前記加圧部材の縁部に前記屈曲振動の振動方向へ向けて
   延設された加圧部を有す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から請求項３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、 前記屈曲振動の振動方向に関する前記加圧部材の厚さ
   は、前記弾性体の板厚の１／２以下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１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、 前記加圧部材単体の固有振動数は、前記弾性体に生じる
   前記屈曲振動の固有振動数の１．２倍以上であることを
   特徴とする振動アクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までのいずれか１
   項に記載された振動アクチュエータと，前記振動アクチ
   ュエータに前記駆動力取出部を介して接触するとともに
   被駆動部材に接触する相対運動部材と，前記加圧部材を
   介して前記振動アクチュエータを前記相対運動部材へ向
   けて加圧する加圧力調整機構とを備えることを特徴とす
   る振動アクチュエータを用いる駆動装置。