JPH08182351A

JPH08182351A - 超音波アクチュエータ

Info

Publication number: JPH08182351A
Application number: JP6318150A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Tomikawa; 義郎富川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】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やすくする。【構成】中空円板型をした弾性材料からなる弾性体１
１と、弾性体１１に接合されており、駆動信号Ａ，Ｂに
より励振され、弾性体１１に伸縮振動と屈曲振動とを発
生し、その縮退により弾性体１１の所定部分に楕円運動
を発生する圧電素子２１，２２と、弾性体１１の所定部
分に駆動力取出部材３１，３２などを備えた。

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の縮退を利用した超
音波アクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波アクチュエータ
は、電気機械変換素子の励振により、円環状の弾性体に
進行性振動波を発生し、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変換素
子を配置し、他方の端部に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て、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、Ａ
Ｆレンズを駆動する用途に用いられている。一方、撮影
光学系の一部を光軸とほぼ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
者のアクチュエータでは、駆動方向が異なるので適用で
きない。後者の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。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、出力トルクをかせ
ぐために、通常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、騒音が発生するなどの問題があった。

【０００５】本発明の目的は、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や
すい超音波アクチュエータを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、中空円板型をした弾性材料から
なる弾性体と、前記弾性体に接合されており、駆動信号
により励振され、前記弾性体に伸縮振動と屈曲振動とを
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変換素子とを含むようにしてあ
る。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の超音
波アクチュエータにおいて、前記弾性体は、前記伸縮振
動と前記屈曲振動の共振周波数がほぼ一致するように、
その外径と内径との比が調整されることを特徴としてい
る。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の超音波アクチュエータにおいて、前記弾性体の
前記所定部分に駆動力取出部材を備えたことを特徴とし
ている。請求項４の発明は、請求項３に記載の超音波ア
クチュエータにおいて、前記駆動力取出部材は、相対移
動部材との接触部が曲面体であることを特徴とする。

【０００９】請求項５の発明は、請求項３又は請求項４
に記載の超音波アクチュエータにおいて、前記駆動力取
出部材は、前記電気機械変換素子の表面に絶縁部材を介
して接合されることを特徴としている。

【００１０】請求項６の発明は、請求項１〜請求項５の
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記弾性体は、１次の屈曲振動又は２次の屈曲振動が発
生することを特徴としている。

【００１１】請求項７の発明は、請求項１〜請求項６の
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、前記弾性体の一方の面に複数
個に分割して配置されており、第１の方向用と第２の方
向用とにグループ化して使用することを特徴としてい
る。

【００１２】請求項８の発明は、請求項１〜請求項６の
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、第１の方向用と第２の方向用
が前記弾性体の両面に別々に設けられていることを特徴
としている。

【００１３】請求項９の発明は、請求項１〜請求項６の
いずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、第１の方向用と第２の方向用
が前記弾性体の一方の面に積層されていることを特徴と
している。

【００１４】

【作用】本発明によれば、電気機械変換素子の励振によ
って、中空円板型の弾性体に伸縮振動と屈曲振動とを発
生し、その縮退により、弾性体の所定部分に楕円運動を
発生するので、面方向への移動が可能となる。

【００１５】

【実施例】

（第１の実施例）以下、図面等を参照して、実施例につ
いて、さらに詳しくに説明する。図１〜図５は、本発明
による超音波アクチュエータの第１の実施例を示した図
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。この超音波アクチュエ
ータは、弾性体１１と、弾性体１１の上面に接合された
２枚の圧電素子（電気機械変換素子）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等から構成されている。

【００１６】弾性体１１は、図２に示すように、中空円
板型の弾性部材であって、金属又はプラスチックなどに
よって作製されている。この弾性体１１は、図３によっ
て説明するように、中空円板の寸法を設定することによ
り、伸縮振動（Ｒ１モード：面方向への広がり振動）
と、２次の屈曲振動（Ｂ₂₁モード）を一致させることが
できる。この実施例では、中空円板の内側の孔を径を調
整することによって実現している。

【００１７】図３の横軸は、中空円板の外径２ａと内径
２ｂ（図１参照）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に近づくに従って孔が大き
くなっていく。また、縦軸は、Ｂ₂₁モードの共振周波数
ω₂₁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／［２．０５・
（３）^1/3］｝・（ｈ／２ａ）を示している。

【００１８】ここで、図３の曲線（Ａ）は、Ｒ１モード
を示しており、曲線（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、Ｂ₂₁モ
ードの場合であって、ｈ（円板の厚み）／２ａの値を、
３／４０，２．５／４０，２／４０と異ならせたもので
ある。図３から明らかなように、厚みｈ＝２．５ｍｍ，
外径２ａ＝４０ｍｍの場合に、ｙ＝０．６付近で縮退が
可能である。この実施例では、Ｒ１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、Ｒ１
−Ｂ₂₁モードのときの節１１ａが図１（Ａ）又は図４
（Ａ）に示されている。

【００１９】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
ている。圧電素子２１，２２は、図１（Ａ），（Ｃ）の
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。

【００２０】駆動力取出部材３１〜３４は、弾性体１の
屈曲振動と伸縮振動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、固定部材５１（相対移動部材）
と接触しながら相対移動する。駆動力取出部材３１〜３
４は、図１（Ａ）に示すように、弾性体１の下面であっ
て、その外縁部の４カ所に９０度毎に設けられている。
駆動力取出部材３１〜３４は、耐摩耗性を向上させるた
めに、窒化硅素などの球体を取り付けている。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に示す駆動力取出部材３１，３１−１，３１
−２のように、屈曲振動モードにより生ずる、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。

【００２１】この超音波アクチュエータは、図１（Ｃ）
に示すように、２つの圧電素子２１，２２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，
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２
１，２２の分極は互いに逆方向であってもよい（図６参
照）。

【００２２】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のちに、増幅器４３に接続さ
れ、他方は、増幅器４４に直接接続されている。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として接続されている。

【００２３】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ｔ
１〜ｔ９で示している。図５（Ａ）の横軸は、高周波電
圧の実効値を示している。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
示している。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）を示している。
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（ｔ１〜ｔ
９）を示している。

【００２４】次に、この実施例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による屈曲運動は互いに打ち消し合い、質点
Ｙ１と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
５（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合され、質点Ｙ
１とＹ２との運動の合成が質点Ｙの運動となり、また、
質点Ｚ１とＺ２との運動の合成が質点Ｚの運動となる。

【００２５】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５（Ｃ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａによる伸縮振動が発生し、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５（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合され、質点
ＹとＺとが時間ｔ１のときよりも左回りに移動する。

【００２６】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増幅され、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による伸縮振動が互いに打ち消しあい、質点Ｙ２と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Ｚとが時間ｔ２
のときよりも左回りに移動する。

【００２７】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による伸縮振動が発生し、質点Ｙ２と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Ｚとが時間ｔ３のときよりも左回り
に移動する。

【００２８】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
は収縮する方向に発生する。質点Ｙ２と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Ｚとが時間ｔ４のときよりも左回りに移
動する。

【００２９】時間ｔ６〜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。以上の原理により、
この超音波アクチュエータは、駆動力取出部材３１，３
２との先端に楕円運動を発生させ、駆動力を発生させ
る。従って、駆動力取出部材３１，３２の先端を固定部
５１に加圧すると、弾性体１１は、固定部５１に対して
自走する。

【００３０】図６は、第１の実施例に係る超音波アクチ
ュエータの圧電素子の変形例を示す斜視図である。圧電
素子２１，２２は、図２に示すように、同一方向（上方
向）に分極しているが、図６の例では、圧電素子２１は
上方向であり、圧電素子２２−１は下方向というように
分極方向が異なる。この場合に、図６の圧電素子２２−
１は、図２の圧電素子２２と符号を反転させた駆動信号
を印加すればよい。

【００３１】（第２の実施例）図７〜図９は、本発明に
よる超音波アクチュエータの第２の実施例を示した図で
あって、図７は全体の構成を示す模式図、図８は、圧電
素子を示す斜視図、図９は、圧電素子の変形例を示す斜
視図である。なお、以下に説明する各実施例では、前述
した第１の実施例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。第２実
施例では、圧電素子２０は、１枚の圧電材料に２枚の電
極板２０ａ，２０ｂを分けて貼付したものである。この
ようにすれば、２つの圧電素子の位置決めなどをしなく
てもよく、製造が容易になる。つまり、圧電素子の接着
位置決めが容易であるので、弾性体１１と圧電素子２０
の接着精度が向上し、圧電素子の貼り付け位置のずれに
より発生する励振ムラが低減され、また、移動方向のち
がいによる左右差（＋ｘ，−ｘ方向の移動速度の差）も
低減される。また、図９の変形例は、２つの電極板２０
ａ，２０ｂの部分に対して、圧電材料の分極方向を異な
らせたものである。

【００３２】（第３の実施例）図１０〜図１３は、本発
明による超音波アクチュエータの第３の実施例を示した
図であって、図１０は全体の構成を示す模式図、図１１
は、圧電素子を示す斜視図、図１２は、圧電素子の配置
を示す図、図１３は、圧電素子の変形例を示す斜視図で
ある。第１及び第２の実施例は、１次元（Ｘ方向）のみ
移動できる構造であったが、第３の実施例は、２次元
（Ｘ方向及びＹ方向）の移動ができるようにしたもので
ある。

【００３３】圧電素子２３は、圧電材料が１方向［図１
０（Ｂ）参照］に分力されており、図１１、図１２に示
すように、４つの電極板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３
ｄに分割されている。また、駆動回路は、図１０（Ａ）
に示すように、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４
２Ｙ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に直接接続されている。各増幅器４３Ｘ，４３
Ｙ，４４Ｘ，４４Ｙは、切換スイッチ４５を介して、圧
電素子の各電極板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに接
続されている。

【００３４】切換スイッチ４５は、接点が全てＸ側（図
１０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２３ａ，２３ｂに接続され、増
幅器４４Ｘの出力は、電極板２３ｃ，２３ｄに接続され
る。したがって、左側の電極板２３ａ，２３ｂがグルー
プ化され、右側の電極板２３ｃ，２３ｄがグループ化さ
れるので、図７の場合と同様になり、Ｘ方向への移動が
可能となる。同様にして、切換スイッチ４５は、接点が
全てＹ側（図１０の実線の状態）に切り換わっていると
きに、増幅器４３Ｙの出力は、電極板２３ａ，２３ｃに
接続され、増幅器４４Ｙの出力は、電極板２３ｂ，２３
ｄに接続される。したがって、上側の電極板２３ａ，２
３ｃがグループ化され、下側の電極板２３ｂ，２３ｄが
グループ化されるので、図７を９０°回転した状態とな
り、Ｙ方向への移動が可能となる。

【００３５】また、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、その形状が球状や楕円体
などの曲面体の一部であることが好ましい。

【００３６】第３の実施例の場合にも、圧電素子の接着
位置決めが容易となるので、第２の実施例と同様に、励
振むらが低減されるうえ、移動方向のちがいによる左右
差（＋ｘ，−ｘ方向、＋ｙ，−ｙ方向の移動速度の差）
も低減される。図１３の変形例は、圧電素子２３をそれ
ぞれ４つの圧電素子２３−１，２３−２，２３−３，２
３−４に分割したものである。

【００３７】（第４の実施例）図１４〜図１７は、本発
明による超音波アクチュエータの第４の実施例を示した
図であって、図１４は全体の構成を示す模式図、図１５
は、圧電素子を示す斜視図、図１６，図１７は、それぞ
れ駆動力取出部材の配置を示す図である。第３の実施例
は、２次元（Ｘ方向及びＹ方向）の移動ができるよう
に、４分割した圧電素子をＸ方向用とＹ方向用にグルー
プ化する切り換えを行ったが、第４の実施例は、弾性体
１１の両面にＸ方向用とＹ方向用の圧電素子を別々に設
けたものである。

【００３８】図１５に示すように、Ｘ方向用の圧電素子
２４−１，２４−２は、弾性体１１の上面に配置されて
おり、Ｙ方向用の圧電素子２５−１，２５−２は、弾性
体１１の下面に配置されている。

【００３９】また、駆動回路は、図１４に示すように、
発振器４１からの高周波信号が切換スイッチ４６を介し
て、Ｘ方向用の駆動回路（移相器４２Ｘ，増幅器４３
Ｘ，４４Ｘ）及びＹ方向用の駆動回路（移相器４２Ｙ，
増幅器４３Ｙ，４４Ｙ）に接続されている。各増幅器４
３Ｘ，４３Ｙ，４４Ｘ，４４Ｙは、切換スイッチ４６を
介して、各圧電素子２４−１，２４−２，２４−３，２
４−４に接続されている。

【００４０】切換スイッチ４６は、接点がＸ側（図１４
の破線の状態）に切り換わっているときに、増幅器４３
Ｘの出力は、圧電素子２４−１に接続され、増幅器４４
Ｘの出力は、圧電素子２４−２に接続されるので、Ｘ方
向への移動が可能となる。

【００４１】切換スイッチ４６は、接点がＹ側（図１４
の実線の状態）に切り換わっているときに、増幅器４３
Ｙの出力は、圧電素子２５−１に接続され、増幅器４４
Ｙの出力は、圧電素子２５−２に接続されるので、Ｙ方
向への移動が可能となる。

【００４２】この実施例では、圧電素子２５が弾性体１
１の下面にも設けられているので、駆動力取出３２は、
２つの圧電素子２５−１，２５−２を跨る位置に配置さ
れることになるために、図１６に示すように、ファイン
セラミックスなどの絶縁材料からなる取付部材３５を介
して取り付けるようにしている。また、図１７（Ａ）
（Ｂ）に示すように、圧電素子２４、２５を取付部材３
５の幅だけ小さい半径にしたり、図１７（Ｃ）に示すよ
うに、圧電素子２５−１，２５−２の間隔を駆動力取出
部材３２の大きさよりも広くして、弾性体１１に直接取
り付けるようにしてもよい。さらに、図１７（Ｄ）に示
すように、弾性体１１の外側に取付部材３６を張り出し
て、その取付部材３６に駆動力取出部材３１〜１４を取
り付けるようにしてもよい。

【００４３】第４の実施例では、複数の圧電素子を使用
するので、分極（ポーリング）状態が等しいものを選別
して、全体として、セクタ毎のムラが少ない構成の圧電
素子群とすることができる利点がある。なお、第１の実
施例の図６や第３の実施例の図１３なども同様である。

【００４４】（第５の実施例）図１８，図１９は、本発
明による超音波アクチュエータの第５の実施例を示した
図であって、図１８は、圧電素子の配置を示す展開斜視
図、図１９は、図１８の部分拡大図である。第４の実施
例は、弾性体１１の両面にＸ方向用とＹ方向用の圧電素
子を別々設けたが、第５の実施例では、弾性体１１の上
面にＸ方向用とＹ方向用の圧電素子を重ねて配置したも
のである。

【００４５】Ｙ方向用の圧電素子２７は、弾性体１１の
上面に接合されており、銅板などの電極板２８ＹＡ，２
８ＹＢを挟んで、圧電材料２７Ａ−１，２７Ｂ−１と圧
電材料２７Ａ−２，２７Ｂ−２とが積層されている。ま
た、Ｘ方向用の圧電素子２６は、Ｙ方向用の圧電素子２
７の上に電極板２８−１を介して接合されており、電極
板２８ＸＡ，２８ＸＢを挟んで、圧電材料２６Ａ−１，
２６Ｂ−１と圧電材料２６Ａ−２，２６Ｂ−２とが積層
され、さらに、その上面に電極板２８−２が接合されて
いる。各圧電材料の分極方向は、図１９の通りであり、
電極板２８ＸＡ，２８ＸＢ及び電極板２８ＹＡ，２８Ｙ
Ｂは、それぞれＸ方向用入力及びＹ方向用入力が接続さ
れており、電極板２８−１，２８−２及び弾性体１１
は、グランドに接続されている。第５の実施例によれ
ば、圧電材料の枚数が多くなるので、大きな駆動力を得
られる利点がある。

【００４６】（第６の実施例）図２０は、本発明による
超音波アクチュエータの第６の実施例の全体の構成を示
す模式図である。第６の実施例は、図７に示した第２の
実施例と構成がほぼ同じであるが、第２の実施例がＲ１
−Ｂ₂₁モードであったのに対して、Ｒ１−Ｂ₁₁モード
（１次の屈曲）の場合を示している。このＲ１−Ｂ₁₁モ
ードの節１１ｂが図２０（Ａ）に示されている。

【００４７】（第７の実施例）図２１は、本発明による
超音波アクチュエータの第７の実施例の全体の構成を示
す模式図である。第７の実施例は、図１０に示した第３
の実施例と構成がほぼ同じであるが、第３の実施例がＲ
１−Ｂ_21X−Ｂ_21Yモードであったのに対して、Ｒ１−
Ｂ_11X−Ｂ_11Y（１次の屈曲）の場合を示している。こ
のときの節１１ｂが図２１（Ａ）に示されている。第
６、第７の実施例のように、Ｒ１−Ｂ₁₁、Ｒ１−Ｂ_11X
−Ｂ_11YモードではＲ１−Ｂ₂₁、Ｒ１−Ｂ_21X−Ｂ_21Y
モードの場合と比較して、Ｒ１モードとＢ₁₁モードの振
動が縮退するときの弾性体の寸法が円板が細くて厚くな
る。従って、これらの実施例は、駆動対象物への組込寸
法などの制約により、外径に対して内径を大きくした
い、つまり、中空部をできるだけ大きくしたい場合に、
適している。

【００４８】（他の実施例）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。例えば、電気機械変換素
子は、圧電素子の例で説明したが、電歪素子、磁歪素子
などであってもよい。

【００４９】前記各実施例は、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
紙の送り装置などに好適に利用できる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、電気機械変換素子の励振によって、中空円板型の
弾性体に伸縮振動と屈曲振動とを発生し、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ので、面方
向への移動が可能となるので、１次元又は２次元の駆動
が容易であって、しかも、円筒部分などへの組み込みが
容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波アクチュエータの第１の実
施例の全体の構成を示す模式図である。

【図２】第１の実施例に係る超音波アクチュエータの弾
性体と圧電素子を示す斜視図である。

【図３】第１の実施例に係る超音波アクチュエータの弾
性体を説明する線図である。

【図４】第１の実施例に係る超音波アクチュエータの駆
動力取出部材を説明するための図である。

【図５】第１の実施例に係る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の実施例に係る超音波アクチュエータの圧
電素子の変形例を示す斜視図である。

【図７】本発明による超音波アクチュエータの第２の実
施例の全体の構成を示す模式図である。

【図８】第２の実施例に係る超音波アクチュエータの圧
電素子を示す斜視図である。

【図９】第２の実施例に係る超音波アクチュエータの圧
電素子の変形例を示す斜視図である。

【図１０】本発明による超音波アクチュエータの第３の
実施例の全体の構成を示す模式図である。

【図１１】第３の実施例に係る超音波アクチュエータの
圧電素子を示す斜視図である。

【図１２】第３の実施例に係る超音波アクチュエータの
圧電素子の配置を示す図である。

【図１３】第３の実施例に係る超音波アクチュエータの
圧電素子の変形例を示す斜視図である。

【図１４】本発明による超音波アクチュエータの第４の
実施例の全体の構成を示す模式図である。

【図１５】第４の実施例に係る超音波アクチュエータの
圧電素子を示す斜視図である。

【図１６】第４の実施例に係る超音波アクチュエータの
駆動力取出部材の配置を示す図である。

【図１７】第４の実施例に係る超音波アクチュエータの
駆動力取出部材の配置を示す図である。

【図１８】本発明による超音波アクチュエータの第５の
実施例の圧電素子の配置を示す展開斜視図である。

【図１９】図１８の部分拡大図である。

【図２０】本発明による超音波アクチュエータの第６の
実施例の全体の構成を示す模式図である。

【図２１】本発明による超音波アクチュエータの第６の
実施例の全体の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１１弾性体２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７圧電素子３１，３２，３３，３４駆動力取出部材３５，３６取付部材４１発振器４２移相器４３，４４増幅器４５，４６切換スイッチ５１固定部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空円板型をした弾性材料からなる弾性
体と、前記弾性体に接合されており、駆動信号により励振さ
れ、前記弾性体に伸縮振動と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
電気機械変換素子とを含む超音波アクチュエータ。
【請求項２】請求項１に記載の超音波アクチュエータ
において、前記弾性体は、前記伸縮振動と前記屈曲振動の共振周波
数がほぼ一致するように、その外径と内径との比が調整
されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の超音波ア
クチュエータにおいて、前記弾性体の前記所定部分に駆動力取出部材を備えたこ
とを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項４】請求項３に記載の超音波アクチュエータ
において、前記駆動力取出部材は、相対移動部材との接触部が曲面
体であることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項５】請求項３又は請求項４に記載の超音波ア
クチュエータにおいて、前記駆動力取出部材は、前記電気機械変換素子の表面に
絶縁部材を介して接合されることを特徴とする超音波ア
クチュエータ。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、前記弾性体は、１次の屈曲振動又は２次の屈曲振動が発
生することを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子は、前記弾性体の一方の面に複数
個に分割して配置されており、第１の方向用と第２の方
向用とにグループ化して使用することを特徴とする超音
波アクチュエータ。
【請求項８】請求項１〜請求項６のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子は、第１の方向用と第２の方向用
が前記弾性体の両面に別々に設けられていることを特徴
とする超音波アクチュエータ。
【請求項９】請求項１〜請求項６のいずれか１項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子は、第１の方向用と第２の方向用
が前記弾性体の一方の面に積層されていることを特徴と
する超音波アクチュエータ。