JPH104691A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特願平７−２３９６０３号等により提案した
超音波アクチュエータについて、駆動面３ｃに発生する
捩じり振動，縦振動それぞれの振幅を大きくする手段が
存在しなかった。 【解決手段】 弾性体３５と，弾性体３５に捩じり振動
及び縦振動を発生する圧電素子とを有する振動子３２
と、弾性体３５に加圧接触して相対運動を発生する移動
子とを備える超音波アクチュエータ１であって、弾性体
３５は、発生する捩じり振動の節位置Ｄよりも駆動面側
に接近した位置Ｆに、小径部３８ａが形成されることに
より、発生する捩じり振動の節位置Ｄ，Ｅによって区切
られる部分のうちの端面側の腹位置Ａを含む第１部分の
慣性質量が、他の第２部分の慣性質量よりも小さくな
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、弾性体及び、この
弾性体に装着されて第１振動及び第２振動を発生する電
気機械変換素子を有する振動子と、この弾性体の一方の
端面に加圧接触して相対運動を発生する相対運動部材と
を備える振動アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型，軽量，低速及び高トルクを
特徴とする振動アクチュエータは、例えばカメラに搭載
される各種アクチュエータを始めとして、実用化が図ら
れるようになってきた。そのため、このような振動アク
チュエータの開発は、よりいっそう活発に開発されるよ
うになってきた。

【０００３】振動アクチュエータは、一般的に、弾性材
料から構成される弾性体と、この弾性体に装着される電
気機械変換素子（例えば圧電素子）とを組み合わせて、
振動発生部材である振動子を構成する。

【０００４】そして、弾性体に装着された電気機械変換
素子に駆動電圧を印加することにより発生する逆圧電効
果（二次圧電効果）を利用することにより、弾性体に複
数の振動モードを調和的に発生する。発生する各振動は
共振周波数が一致するように制御され、共振モードを励
振する。これによって、振動子に発生する複数の振動の
合成を利用して、振動子に加圧された状態で接触する相
対運動部材との間に相対運動を発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５は、本出願人が先
に特願平７−２３９６０３号等により提案した異形モー
ド縮退型の振動アクチュエータ１の構成を示す縦断面図
である。

【０００６】この振動アクチュエータ１は、振動子２単
体により縦振動及び捩じり振動それぞれの共振周波数を
一致させる異形モード縮退型の振動アクチュエータであ
る。振動子２は、駆動信号により励振される電気機械変
換素子である縦振動用圧電体，捩じり振動用圧電体（い
ずれも図５においては図示しない。図５とは弾性体中心
軸に関して９０度ずれた断面を示す図６を参照しながら
説明する。）と、これらの縦振動用圧電体，捩じり振動
用圧電体を接合し、これらの縦振動用圧電体，捩じり振
動用圧電体の励振によって、１次の縦振動と２次の捩じ
り振動とが発生することにより駆動面３ｃに駆動力が発
生する中空半円柱状の弾性体３ａ，３ｂとから構成され
る。

【０００７】弾性体３ａ，３ｂは、中心軸方向について
弾性体３ａ，３ｂの外周面に溝状に形成された３つの小
径部４ａ，４ｂ，４ｃと、これらの小径部４ａ〜４ｃに
よって区切られることにより形成される４つの大径部４
Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとを有する。

【０００８】また、弾性体３ａ，３ｂは、中空円柱状の
弾性体を高さ方向に沿って中心軸を含む平面で縦に２分
割されることにより得られ、その分割面には、前述した
縦振動用圧電体，捩じり振動用圧電体が挟持される。

【０００９】弾性体３ａ，３ｂには、４つの大径部４Ａ
〜４Ｄそれぞれの弾性体中心軸方向の略中心部に、縦振
動用圧電体，捩じり振動用圧電体の積層方向と平行に貫
通穴５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが穿設されており、これら
の貫通孔５ａ〜５ｄにボルト６ａ〜６ｄを挿入してナッ
ト７ａ〜７ｄを螺着することにより、縦振動用圧電体，
捩じり振動用圧電体を分割面に挟み込んだ状態で弾性体
３ａ，３ｂが締結・固定される。

【００１０】弾性体３ａ，３ｂの中空部には、棒状の固
定軸８が貫通した状態で配置されており、ボルト６ａ〜
６ｄは、貫通孔５ａ〜５ｄと同一ピッチで固定軸８に形
成されたボルト貫通孔９ａ〜９ｄを貫通する。

【００１１】固定軸８の長手方向の略中央部には、固定
ピン貫通孔９ｅが形成されており、弾性体３ａ，３ｂの
小径部４ｂ（弾性体３ａ，３ｂに発生する１次の縦振動
の節付近）に形成された貫通孔１０と固定ピン貫通孔９
ｅとに、支持部材である固定ピン１１が貫通した状態で
設置されることにより、弾性体３ａ，３ｂは固定軸８に
固定・保持される。このようにして、振動子２は、固定
軸８に固定・保持される。

【００１２】振動子２との間で相対運動を行う移動子１
２は、厚肉円環状の移動子母材１２ａと，移動子母材１
２ａの振動子２側の端面に貼付された円環状の摺動材１
２ｂとにより構成される。

【００１３】移動子母材１２ａの反振動子２側の端面内
周部には、円形状に溝部１２ｃが形成されており、移動
子母材１２ａは、この溝部１２ｃに嵌合された位置決め
手段であるベアリング１３により固定軸８に対して回動
自在に位置決めされる。

【００１４】固定軸８の端部にはねじ部８ａが形成され
ており、ねじ部８ａに加圧力調整部材であるナット１４
が螺合する。ナット１４とベアリング１３との間には、
加圧部材である皿バネ１５（スプリングパネや板バネ等
であってよい。）が配置され、皿バネ１５は加圧力伝達
部材１６を介してベアリング１３を振動子２側に向けて
加圧する。これにより、振動子２と移動子１２とは、加
圧接触される。

【００１５】図６は、振動子２の構成を示す説明図であ
って、図６（ａ）は中心線より半分を断面で示す側面
図，図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面，Ｂ−
Ｂ断面，及びＣ−Ｃ断面を駆動電圧の印加状況とともに
示す説明図である。

【００１６】また、図７は、弾性体３ａ，３ｂに発生す
る二つの振動モード（Ｌ１モード，Ｔ２モード）の二つ
の振動波形を示す説明図である。弾性体３ａ，３ｂの二
つの分割面には、二種類の圧電体が挟持される。弾性体
３ａ，３ｂに発生する１次の縦振動（Ｌ１モード）の節
付近の一カ所には圧電定数ｄ₃₁を用いる圧電体１８が２
層、２次の捩じり振動（Ｔ２モード）の節付近の二カ所
には圧電定数ｄ₁₅を用いる圧電体１７が２層、それぞれ
配置される。

【００１７】弾性体３ａ，３ｂは、中空の円柱体を中心
軸を含む平面で縦に２分割することにより得られ、二つ
の分割面に上述した２種類の圧電体１７，１８を挟み込
んだ状態で保持する。これらの圧電体は、弾性体３ａ，
３ｂの軸方向に関して３群からなっており、各圧電体の
群はそれぞれ２層に積層されて構成される。

【００１８】圧電定数ｄ₁₅を用いる圧電体１７は、弾性
体３ａ，３ｂの長手方向に対して剪断変位を発生する。
図６（ｂ）におけるＡ−Ａ断面，Ｃ−Ｃ断面それぞれに
おける２組の圧電体１７は、弾性体３ａ，３ｂの円周方
向に対して剪断変形が手前方向，その反対方向が互いに
逆向きになるように配置する。また、Ａ−Ａ断面，Ｃ−
Ｃ断面それぞれの捩じれる方向が互いに逆向きになるよ
うに、配置する。圧電体１７が弾性体３ａ，３ｂの分割
面にこのように配置され、それぞれが剪断変形すると、
振動子２には節を二つ有する２次の捩じり変位が発生す
る。

【００１９】一方、圧電定数ｄ₃₁を用いる圧電体１８
は、弾性体３ａ，３ｂの長手方向に対して伸縮変位を発
生する。図６（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面における２組の
縦振動用圧電体１８は、全てある電位が印加されると同
じ方向へ伸縮変位が発生するように、配置される。

【００２０】このように、圧電定数ｄ₁₅を用いる捩じり
振動用圧電体１７と、圧電定数ｄ₃₁を用いる縦振動用圧
電体１８とを配置して、捩じり振動用圧電体１７に正弦
波電圧を入力することにより振動子２にはそれに応じて
捩じり運動が発生し、縦振動用圧電体１８に正弦波電圧
を入力することにより振動子２にはそれに応じて伸縮運
動が発生する。

【００２１】図６（ｂ）における駆動回路１９は、駆動
信号を発振する発振部２０と、発振された駆動信号を
（１／４）λ（λ：波長）位相差を有する二つの信号に
分ける移相部２１と、捩じり振動用圧電体１７に入力す
る駆動信号を増幅するＴ増幅部２２と、縦振動用圧電体
１８に入力する駆動信号を増幅するＬ増幅部２３とから
構成される。

【００２２】以上のように構成された振動アクチュエー
タ１では、発振部２０は駆動信号を発振し、発振された
駆動信号は移相部２１により２つの（１／４）λ位相差
を有する信号に分割され、それぞれＴ増幅部２２及びＬ
増幅部２３によって増幅される。

【００２３】Ｔ増幅部２２により増幅された駆動信号
は、捩じり振動用圧電体１７に入力され、Ｌ増幅部２３
により増幅された駆動信号は、縦振動用圧電体１８に入
力される。振動子２に駆動信号が入力されると、捩じり
振動用圧電体１７及び縦振動用圧電体１８が励振し、図
７に示すような、腹及び節を有する１次の縦振動（Ｌ１
モード）と２次の捩じり振動（Ｔ２モード）とが発生す
る。

【００２４】ここで、捩じり振動用圧電体１７，縦振動
用圧電体１８それぞれに印加する周期電圧の位相差を
（１／４）λずらして設定すると、図８に示すように、
振動子２の駆動面３ｃには、楕円状の変位が周期的に発
生する。

【００２５】図８は、この振動子２に発生する１次の縦
振動と２次の捩じり振動とを組み合わせることにより、
駆動面３ｃに楕円運動を発生する振動アクチュエータの
駆動原理を経時的に示す説明図である。なお、図８にお
いては、説明の便宜上、駆動面３ｃで振動子２に加圧接
触する移動子は、図示しない。

【００２６】角周波数をωで表すと、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、一方、縦振動Ｌの変位は零である。この状態
では、移動子は、図示しない加圧部材によって振動子２
の駆動面３ｃに加圧接触する。

【００２７】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し、一方、縦振
動Ｌは、零から上側の最大に変位し再び零に戻る。した
がって、振動子２の駆動面３ｃの定点は、移動子を押し
ながら右方向に回転し、移動子は駆動される。

【００２８】次に、ｔ＝（２／４）・（π／ω）〜（６
／４）・（π／ω）までは、捩じり振動Ｔは、右側の最
大から左側の最大まで変位し、一方、縦振動Ｌは、零か
ら下側の最大に変位し再び零に戻る。したがって、振動
子２の駆動面３ｃの定点は、移動子から離れながら左方
向に回転するため、移動子は駆動されない。このとき
に、移動子は加圧部材により加圧されていても固有振動
数が大きく異なるため、振動子２の縮みに追従しない。

【００２９】この振動アクチュエータ１では、捩じり振
動（Ｔ２モード）は捩じり剛性の低い小径部４ａ，４ｃ
に節を発生するとともに駆動面３ｃが腹となる。一方、
縦振動（Ｌ１モード）は、小径部４ｂ付近に節を発生す
るとともに駆動面３ｃが腹となる。駆動面３ｃに加圧さ
れた移動子１２は、振動子２に断続的に加圧されて摩擦
力を発生しながら駆動力を伝達され、駆動される。

【００３０】このとき、図８に示すように、捩じり振動
（Ｔ２モード）の周期，伸縮運動（Ｌ１モード）の周期
それぞれの位相差を（１／４）λずらして設定すると、
駆動面３ｃ上の定点には楕円運動が発生する。このよう
にして発生した捩じり振動の振動数を捩じり振動の共振
周波数に略一致させるとともに、縦振動の振動数を縦振
動の共振周波数に略一致させると、共振して駆動面３ｃ
における楕円運動が拡大する。

【００３１】このように、特願平７−２３９６０３号等
により提案した異形モード縮退型の振動アクチュエータ
１では、振動子２に発生する捩じり振動及び縦振動を組
み合わせて利用することにより、相対運動部材１２を駆
動する。

【００３２】したがって、振動アクチュエータ１の高回
転化，高トルク化を図る場合には、特に、振動子２の駆
動面３ｃに発生する捩じり振動，縦振動それぞれの振幅
をできるだけ大きく確保することが極めて重要である。

【００３３】しかし、このような異形モード縮退型の振
動アクチュエータ１では、駆動面３ｃに発生する捩じり
振動，縦振動それぞれの振幅を大きくする手段として
は、これまで、駆動電圧値を増大させるといった手段し
か存在せず、これでは振幅は増大するものの入力電力量
も増加してしまい、駆動効率がむしろ低下してしまう可
能性があった。

【００３４】

【課題を解決するための手段】前述した振動アクチュエ
ータ１のように、定在波を利用した振動アクチュエータ
では、利用する定在波が次数ｍ次の振動モードである
と、一般的に、（ｍ＋１）個の腹が存在する。

【００３５】ここで、用いる弾性体の形状が比較的単純
な形状（例えば小径部が形成されていない円柱体）であ
る場合、これら（ｍ＋１）個の腹位置それぞれにおける
振幅比は略同一である。換言すれば、相対運動部材の駆
動に必要な弾性体端面側の腹部における振幅と、駆動に
必要でない部分の腹部における振幅との間には、大きな
違いは存在しない。したがって、１周期の振動により取
り出される駆動面３ｃにおける振動変位は、駆動に使わ
れていない部分における振動変位と同レベルである。

【００３６】そこで、本発明者は、駆動面３ｃの近傍に
発生する腹部における振幅が、他箇所に発生する腹部に
おける振幅に比較して大きくなるように発生する振動モ
ードの波形を変形する手段を、鋭意検討した。

【００３７】その結果、発生する各振動の変位分布に基
づいて弾性体を単純なバネ−マス系に置換した場合に、
駆動面３ｃの近傍におけるマス部（慣性質量部）が他箇
所におけるマス部に比較して小さくなるようにすること
により、上述した課題を解決することができることを知
見して、本発明を完成した。

【００３８】請求項１の発明は、複数の弾性体と，隣接
する弾性体の間に装着され、駆動信号を印加されること
で弾性体に第１振動及び第２振動を発生させる電気機械
変換素子とを有する振動子と，弾性体の一方の端面に加
圧された状態で接触し、弾性体との間で相対運動を行う
相対運動部材とを備える振動アクチュエータであって、
第１振動が、弾性体に複数の腹と少なくとも一つの節と
を発生させる振動であり、弾性体が、発生する第１振動
の隣り合う腹の位置と節の位置とによって区切られる複
数の部分のうち、相対運動部材と接触する端面を含む部
分の慣性質量が、残りの部分の慣性質量の平均値よりも
小さくなる構造であることを特徴とする。

【００３９】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、弾性体が、発生する第１
振動の節の位置よりも端面側の周囲に、弾性体の軸と交
差する方向に形成された溝部を有する構造であることを
特徴とする。

【００４０】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載された振動アクチュエータにおいて、弾性体が、
端面を含む部分を形成する弾性材料と，残りの部分を形
成する弾性材料それぞれの比重が異なる構造であること
を特徴とする。

【００４１】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１項に記載された振動アクチュエータに
おいて、弾性体が、端面を含む部分又は残りの部分に慣
性質量体が装着された構造であることを特徴とする。

【００４２】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、慣性質量体が、弾性体に
装着されたボルト部材及び／又はボルト部材にねじ止め
されるナット部材であることを特徴とする。

【００４３】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明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。

【００４４】図１は、第１実施形態の超音波アクチュエ
ータに用いる振動子３１の構成を示す平面図であり、図
２は、第１実施形態の他の超音波アクチュエータに用い
る振動子３２の構成を示す平面図である。さらに、図３
は、小径部が存在しない単純な外形の振動子３３の一例
を示す平面図であり、図４は、特願平７−２３９６０３
号等により提案した超音波アクチュエータに用いる振動
子３４の一例を示す平面図である。

【００４５】以降の各実施形態の説明では、説明の便宜
上、図１，図２に示す本実施形態の振動子３１，３２
と、図３，図４に示す比較例の振動子３３，３４とを対
比させながら、説明を行うこととする。

【００４６】また、第１実施形態で用いる振動子３１、
第２実施形態で用いる振動子３２が、特願平７−２３９
６０３号等により提案した超音波アクチュエータに用い
る振動子３４と相違するのは、小径部の形成位置だけで
あるため、本実施形態の説明は、この相違部分について
のみ行うこととし、同一の部分については同一の図中符
号を付すことにより、重複する説明を適宜省略する。

【００４７】図３には、単純な丸棒形状の外形を呈する
弾性体３７に発生する２次の捩じり振動Ｔ２の振幅波形
を示す。図３において、弾性体３７の左端面Ａは駆動面
であり、左端面Ａを介して相対運動部材に駆動力が伝達
される。この図３では、左端面Ａ，中央部Ｂ及び右端面
Ｃの合計３カ所に発生する腹のうちで中央部Ｂの腹の振
幅を１として、左端面Ａ（駆動面）における振幅の値を
図中に記載してある。

【００４８】図３に示す振動子３３では、弾性体３７は
小径部が存在しない単純な丸棒形状であるため、弾性体
３７に発生する２次の捩じり振動Ｔ２も単純な正弦波状
となる。したがって、図３に示す場合には、左端面Ａ及
び右端面Ｃの中央部Ｂの腹の振幅に対する振幅比は１と
なる。

【００４９】図４に示す振動子３４では、弾性体３８の
外面であって、図３に示す２次の捩じり振動Ｔ２の二つ
の節位置Ｄ，Ｅに、１次の縦振動モードとの縮退化（共
振周波数合わせ）等を目的に、小径部３８ａ，３８ｃが
形成してある。すなわち、小径部３８ａ，３８ｃの形成
位置は、図３に示す２次の捩じり振動Ｔ２が単純な正弦
波状であるとした場合の節位置である。このとき、左端
面Ａ及び右端面Ｃの中央部Ｂの腹の振幅に対する振幅比
は約１．１３７となった。

【００５０】このように、特願平７−２３９６０３号等
により提案した超音波アクチュエータに用いる振動子３
４では、小径部３８ａ，３８ｃを節位置に形成したこと
により、図３に示す小径部を有さない振動子３３に対し
て、約１４％振幅が増加する。

【００５１】次に、本実施形態にかかる図１に示す振動
子３５では、図４に示す振動子３４に対して、小径部３
８ａ，３８ｃの形成位置を、それぞれ端面側へ向けて振
動子全長のおよそ３（％）程度の距離だけずれた位置
Ｆ，Ｇとしたものである。この本実施形態の振動子３５
では、図１から明らかなように、左端面Ａの中央部Ｂの
腹の振幅に対する振幅比は約１．２５８となり、図３に
示す振動子３３に対して約２６％、図４に示す振動子３
４に対して約１１％、それぞれ振幅が増加する。

【００５２】さらに、図２に示す振動子３６では、図４
に示す振動子３４に対して、小径部３８ａ，３８ｃの形
成位置を、それぞれ端面側へ向けて振動子全長のおよそ
６（％）程度の距離だけずれた位置Ｈ，Ｉとしたもので
ある。

【００５３】この本実施形態の振動子３６では、図１か
ら明らかなように、左端面Ａの中央部Ｂの腹の振幅に対
する振幅比は約１．３６７となり、図３に示す振動子３
３に対して約３７％、図４に示す振動子３４に対して約
２０％、それぞれ振幅が増加した。

【００５４】図１に示す振動子３１，図２に示す振動子
３２が、図３に示す振動子３３，図４に示す振動子３４
に対して振幅が増加するのは、以下のためである。すな
わち、振動Ｔ２の変位分布に基づいて、振動子３１〜３
４を単純なパネ−マス系に置換して考える。すなわち、
腹部をマス（慣性質量体）に置換するとともに節部をバ
ネに置換するモデル図を考えると、小径部３８ａ，３８
ｃの形成位置をそれぞれ端面側にシフトすることは、端
部に形成されたマス部（慣性質量体）を、他の部分のマ
ス部（慣性質量体）に比較して小さくするとともに、中
央部のマス部を他の部分のマス部に比較して大きくする
ことに等価である。

【００５５】したがって、マス部が小さくなった左端面
Ａ及び右端面Ｃはイナーシャ効果が減少するために振動
速度は増加するが、イナーシャ効果が増加した中央部Ｂ
は振動速度が低下する。ここで、振動子全体における質
量変動分は小さいために共振周波数の変化量も小さい。
そのため、振動速度の増加はそのまま振幅の増加となっ
て現れ、一方、振動速度の低下はそのまま振幅の減少と
なって現れる。

【００５６】本実施形態によれば、このようにして、左
端面Ａと中央部Ｂとの振幅のバランスをコントロールす
ることが可能となり、振動子駆動面３ｃから取り出すこ
とができる振動変位、すなわち駆動に影響する部分にお
ける振動変位を、増加させることが可能となる。

【００５７】このように、本実施形態によれば、小径部
３８ａの形成位置を端面側に移動することにより、弾性
体３５，３６にそれぞれ発生する第１振動及び第２振動
の双方又は一方の節位置によって区切られる部分のうち
の駆動面側の腹位置を含む第１部分（大径部３８Ａ）の
慣性質量を、他の第２部分の慣性質量よりも小さくする
ことができる。

【００５８】このように、本実施形態の振動子３１，３
２を備える超音波アクチュエータによれば、駆動面側の
腹位置における振幅が他の腹位置における振幅に比較し
て大きくなるように、振動子に発生する振動波形を変形
・制御することにより、１サイクルの振動により駆動面
から取り出される振動変位を、駆動に使用されていない
部分における振動変位よりも大きくすることができる。
これにより、振動アクチュエータの高回転化及び高トル
ク化を図ることが可能となった。

【００５９】（変形形態）以上詳細に説明した第１実施
形態では、小径部３８ａの形成位置を端面側に移動する
ことにより、弾性体をバネ−マス系に置換した場合にお
けるマス部のパランスを変化させて、駆動面に発生する
腹の振幅を他の部分に発生する腹の振幅に比較して大き
くしているが、本発明にかかる振動アクチュエータは、
このような形態に限定されるものではない。

【００６０】すなわち、図１，図２中に示したボルト６
ａ〜６ｄやナット７ａ〜７ｄを用いても、全く同様の効
果を得ることができる。例えば、これらのボルト６ａ〜
６ｄやナット７ａ〜７ｄにおいて、ボルト６ａ，６ｄ
を、ボルト６ｂ，６ｃよりも慣性効果を小さくするため
に、比重の小さな軽量材で構成したり、頭部の長さが短
いものとすることによっても、駆動面に発生する腹の振
幅を他の部分に発生する腹の振幅に比較して大きくする
ことができる。

【００６１】また、弾性体を複数の振動の節位置によっ
て区切られる複数の部分に分割し、駆動面を含む第１の
部分を軽量材（例えばアルミニウム合金）により構成
し、他の部分をステンレス鋼により構成することも可能
である。

【００６２】また、本実施形態の説明では、振動子に２
次の捩じり振動と１次の縦振動とが発生する場合を例に
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、振動子にｍ次
（ｍ：自然数）の捩じり振動とｎ次（ｎ：自然数）の縦
振動とが発生する異形モード縮退型の振動アクチュエー
タについて等しく適用することができる。

【００６３】また、本実施形態の説明では、２次の捩じ
り振動と１次の縦振動とが発生する振動子において、２
次の捩じり振動に関して慣性質量の調整を行う態様を例
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なく、１次の縦振動に関
しても全く同様に適用することが可能である。この場
合、１次の縦振動の振幅が増加するため、振動アクチュ
エータの発生トルクが増加する。

【００６４】また、本実施形態の説明では、弾性体は中
心軸を含む平面で２分割される態様を例にとったが、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
定されず、例えば３分割以上に多分割される場合につい
ても全く同様に適用される。

【００６５】また、本実施形態の説明では、円柱状の外
形の弾性体を例にとったが、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、
例えば正四角柱状の角柱型の弾性体についても全く同様
に適用される。

【００６６】また、本実施形態の説明では、電気機械変
換素子として圧電素子を用いたが、本発明にかかる振動
アクチュエータはこのような態様に限定されるものでは
なく、他の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、等しく適用することができる。
例えば、圧電素子以外に電歪素子を例示することができ
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に用いる
振動子の構成を示す平面図である。

【図２】第１実施形態の他の超音波アクチュエータに用
いる振動子の構成を示す平面図である。

【図３】小径部が存在しない単純な外形の振動子の一例
を示す平面図である。

【図４】特願平７−２３９６０３号等により提案した超
音波アクチュエータに用いる振動子の一例を示す平面図
である。

【図５】特願平７−２３９６０３号等により提案した異
形モード縮退型の振動アクチュエータの構成を示す縦断
面図である。

【図６】振動子の構成を示す説明図であって、図６
（ａ）は中心線より半分を断面で示す側面図，図６
（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断面，
及びＣ−Ｃ断面を駆動電圧の印加状況とともに示す説明
図である。

【図７】弾性体に発生する二つの振動モード（Ｌ１モー
ド，Ｔ２モード）の二つの振動波形を示す説明図であ
る。

【図８】振動子に発生する１次の縦振動と２次の捩じり
振動とを組み合わせることにより、駆動面に楕円運動を
発生する振動アクチュエータの駆動原理を経時的に示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 超音波アクチュエータ（振動アクチュエータ） ６ａ〜６ｄ ボルト（慣性質量体） ７ａ〜７ｄ ナット（慣性質量体） １７ 捩じり振動用圧電体（電気機械変換素子） １８ 縦振動用圧電体（電気機械変換素子） ３１，３２ 振動子 ３５，３６ 弾性体 ３８Ａ〜３８Ｄ 大径部 ３８ａ〜３８ｃ 小径部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の弾性体と，隣接する前記弾性体の
   間に装着され、駆動信号を印加されることで前記弾性体
   に第１振動及び第２振動を発生させる電気機械変換素子
   とを有する振動子と，前記弾性体の一方の端面に加圧さ
   れた状態で接触し、前記弾性体との間で相対運動を行う
   相対運動部材とを備える振動アクチュエータであって、 前記第１振動は、前記弾性体に複数の腹と少なくとも一
   つの節とを発生させる振動であり、 前記弾性体は、発生する前記第１振動の隣り合う腹の位
   置と節の位置とによって区切られる複数の部分のうち、
   前記相対運動部材と接触する端面を含む部分の慣性質量
   が、残りの部分の慣性質量の平均値よりも小さくなる構
   造であ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、 前記弾性体は、発生する前記第１振動の節の位置よりも
   前記端面側の周囲に、前記弾性体の軸と交差する方向に
   形成された溝部を有する構造であ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、 前記弾性体は、前記端面を含む部分を形成する弾性材料
   と，残りの部分を形成する弾性材料それぞれの比重が異
   なる構造であ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、 前記弾性体は、前記端面を含む部分又は残りの部分に慣
   性質量体が装着された構造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、 前記慣性質量体は、前記弾性体に装着されたボルト部材
   及び／又は前記ボルト部材にねじ止めされるナット部材
   であることを特徴とする振動アクチュエータ。