JPH09219979A

JPH09219979A - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: JPH09219979A
Application number: JP8025597A
Authority: JP
Inventors: Isao Sugaya; 功菅谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】縦振動及び捩じり振動を利用する異形モード
縮退型の振動アクチュエータでは、駆動に伴って移動子
に傾きが発生し、回転むら，トルクむら，左右差さらに
は効率低下等が発生してしまう。【解決手段】固定軸１０と，固定軸１０に支持される
とともに複数の振動を発生する振動子２と，固定軸１０
に回転自在に支持されるとともに振動子２の端面に加圧
接触され回転駆動される移動子１２と，移動子１２に設
置されて移動子１２を固定軸１０に対して回転自在に支
持する一つのベアリング１３と，移動子１２に設置され
て移動子１２の回転を外部に伝達する動力取出部材１６
とを備え、動力取出部材１６は、固定軸１０方向に関し
て、ベアリング１３の設置位置と略同一位置に、設置さ
れる超音波アクチュエータ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動アクチュエー
タに関し、より具体的には、動力取出しに伴う駆動効率
の低下をできるだけ抑制した振動アクチュエータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、縦−捩じり振動型の振動アク
チュエータの従来例の構造を示した斜視図である。

【０００３】従来、この種の振動アクチュエータにおい
ては、ステータ（固定子）１０１では、２つの円柱型の
振動子１０２，１０３間に捩じり振動用の圧電素子１０
４が配置される。さらに、振動子１０３の上側に縦振動
用の圧電素子１０５が配置される。捩じり振動用の圧電
素子１０４は、周方向に分極される。一方、縦振動用の
圧電素子１０５は厚さ方向に分極される。さらに、ロー
タ（移動子）１０６は、縦振動用の圧電素子１０５の上
側に配置される。

【０００４】ステータ１０１を構成する振動子１０２，
１０３及び圧電素子１０４，１０５は、シャフト１０７
のねじ部に螺合されて固定される。ロータ１０６は、中
心部に設けられたボールベアリング１０８を介してシャ
フト１０７に回転可能に設けられる。シャフト１０７の
先端にはばね１０９を介してナット１１０が螺合する。
これにより、ロータ１０６をステータ１０１に所定の加
圧力Ｆで加圧接触させる。

【０００５】捩じり振動用の圧電素子１０４と縦振動用
の圧電素子１０５とは、発振器１１１から発振される同
一周波数の電圧を、移相器１１２により移相制御して駆
動される。

【０００６】捩じり振動用の圧電素子１０４は、ロータ
１０６が回転するための機械的変位を与える。一方、縦
振動用の圧電素子１０５は、ステータ１０１とロータ１
０６との間に働く摩擦力を、圧電素子１０４による捩じ
り振動の周期に同期させて周期的に変動させることによ
り、振動を一方向への運動に変換するクラッチ的役割を
果たす。

【０００７】図１５は、この従来の振動アクチュエータ
のステータ１０１を展開して示した斜視図である。捩じ
り振動用の圧電素子１０４は、周方向に分極する必要が
ある。そこで、圧電材料を、図１５に示すように、６〜
８個程度の扇形の小片に一端分割し、各小片を分極した
後に環状に再度組み合わせていた。なお、図１５におけ
る符号１０４ａは電極である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の振動アクチュエータでは、捩じり振動用の圧電素子１
０４を環状に組み合わせる時に、環状の形状精度を出す
ことが難しかった。

【０００９】一方、縦振動用の圧電素子１０５，及び捩
じり振動用の圧電素子１０４それぞれの面積は、とも
に、ステータ１０６の断面積と略等しいか、又は、ステ
ータ１０６の断面積よりも小さかった。また、シャフト
１０７を貫通させるために、縦振動用の圧電素子１０
５，及び捩じり振動用の圧電素子１０４それぞれの中央
部に孔を開ける必要もあった。そのために、縦振動用の
圧電素子１０５，及び捩じり振動用の圧電素子１０４そ
れぞれの面積はさらに小さくなってしまい、振動アクチ
ュエータの高トルク化及び高回転化を図ることが難しか
った。

【００１０】このような問題を解決するために、本出願
人は、既に特願平６−２７５０２２号等により、高トル
ク及び高回転で駆動することができ、しかも構造及び製
造がともに容易な異形モード縮退型の振動子を用いた振
動アクチュエータを提案した。

【００１１】この異形モード縮退型の振動子を用いた振
動アクチュエータは、従来の円環型に代表されるような
複数の同型モードの振動を利用した振動アクチュエータ
に比較すると、高トルク化，小型化さらには軽量化等の
可能性が期待されており、近年積極的に開発が進められ
ている。

【００１２】異形モード縮退型の振動子を用いた振動ア
クチュエータとして、縦−捩じり振動型の振動子を用い
た振動アクチュエータがある。この縦−捩じり振動を用
いた振動アクチュエータにはいくつかの種類がある。そ
の中で、縦振動と捩じり振動とを同一周波数近傍に設定
しておき、縦振動及び捩じり振動それぞれの変位の合成
からなる楕円運動を駆動力として利用する型のものがあ
る。

【００１３】図４は、振動子２単体の形状を工夫するこ
とにより、縦振動及び捩じり振動それぞれの共振周波数
を一致させた異形モード縮退型の振動アクチュエータ１
の縦断面図である。

【００１４】また、図５は、振動子２における圧電体
３，４の配置を示す説明図であり、図５（ａ）は振動子
２の中心線から左半分を断面で示す側面図，図５（ｂ）
は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断面，Ｃ−Ｃ
断面を、駆動電圧Ｖｔ，Ｖｌの印加状況とともに示す説
明図である。

【００１５】図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、
振動子２は、駆動信号により励振される電気機械変換素
子である圧電体３，４と，圧電体３，４を接合して圧電
体３，４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Ｄに駆動力が発生する
弾性体５とから構成される。

【００１６】図４及び図５からも分かるように、弾性体
５は、中心軸方向と平行な方向に互いに離間して形成さ
れた４つの大径部６Ａ〜６Ｄと，４つの大径部６Ａ〜６
Ｄそれぞれの間に段差状に形成された３つの小径部６ａ
〜６ｃとを備える中空円柱体を、その中心軸を含む平面
で縦に２分割することにより得られる二つの半中空円柱
体５ａ，５ｂを、再度組み合わせることにより得られ
る。

【００１７】二つの半中空円柱体５ａ，５ｂの分割面に
は、板状の電気機械変換素子である圧電体３，４が挟ま
れた状態で保持される。圧電体は、１次の縦振動（Ｌ１
モード）の節付近の一カ所に、圧電定数ｄ₃₁が大きい圧
電体４を２層配置するとともに、２次の捩り振動（Ｔ２
モード）の節付近の二カ所に、圧電定数ｄ₁₅が大きい圧
電体３を２層配置する。

【００１８】弾性体５には、４つの大径部６Ａ〜６Ｄの
それぞれ弾性体長さ方向の略中心に、圧電体３，４の積
層方向と平行に貫通穴７ａ〜７ｄが形成される。これら
の貫通穴７ａ〜７ｄにボルト８ａ〜８ｄを挿入し、ボル
ト８ａ〜８ｄにナット９ａ〜９ｄをそれぞれ螺合するこ
とにより、半中空円柱体５ａ，５ｂ及び圧電体３，４を
締結・固定する。

【００１９】さらに、小径部６ｂのうちの弾性体長手方
向の略中心部である１次の縦振動（Ｌ１モード）の節付
近には、弾性体５を丸棒状の固定軸１０の所定の位置に
固定するための支持部材であるピン１１が貫通した状態
で設置される。

【００２０】移動子１２は、厚肉円環状の移動子母材１
２ａと，移動子母材１２ａの一方の端面に貼付されて弾
性体駆動面Ｄに接触する摺動材１２ｂとから構成され
る。移動子母材１２ａの反振動子側端面の内周部に嵌合
された回転支持部材であるベアリング１３により固定軸
１０に対しての位置決めが行われる。また、加圧手段で
あるコイルバネ１４（皿バネや板バネ等でもよい。）が
固定軸１０の所定の位置に固定されており、このコイル
バネ１４により、振動子２は弾性体駆動面Ｄに向けて加
圧される。

【００２１】なお、図４に示す振動アクチュエータにお
いて、移動子１２は一つのベアリング１３により支持さ
れているが、移動子母材１２ａの両端面側にベアリング
を二つ配置するものもある。しかし、このように二つの
ベアリングで移動子１２を支持するのでは、移動子１２
を過剰に拘束することになり、振動アクチュエータの駆
動効率の低下を引き起こすおそれがあることから、移動
子１２の支持は一つのベアリングで行うことが望まし
い。

【００２２】固定軸１０は、振動子中空部を貫通した状
態で配置されており、振動子２を固定するとともに、移
動子１２をその半径方向について位置決め・支持する。
さらに、固定軸１０の上端部にはネジ部が形成されてお
り、このネジ部にコイルバネ１４の加圧力を調整する調
整手段であるナット１５が螺着される。ナット１５の固
定軸１０に対する螺着位置を調節することにより、コイ
ルバネ１４の加圧力が調節される。

【００２３】駆動回路は、図５（ｂ）に示すように、駆
動信号を発振する発振部２１と、発振された駆動信号を
（１／４）λ（λ：波長）位相差を有する信号に分ける
移相部２２と、捩じり振動用圧電体（Ｔ用ＰＺＴ）３，
３に入力する駆動信号を増幅するＴ増幅部２３と、縦振
動用圧電体（Ｌ用ＰＺＴ）４に入力する駆動信号を増幅
するＬ増幅部２４とから構成される。

【００２４】図５（ｂ）に示すように、弾性体５は、中
空円柱体を縦に２つに分割し、それらの分割面に圧電体
３，４を挟み込んだ状態で保持する。圧電体３，４は３
群からなっており、圧電体３，４の群はそれぞれ２層か
らなる。

【００２５】前述したように、３群の圧電体３，４のう
ちの１群の圧電体４は、１次の縦振動の節付近の一箇所
に圧電定数ｄ₃₁が大きい圧電体を、残りの２群の圧電体
３，３は、２次の捩じり振動の節付近の二箇所に圧電定
数ｄ₁₅が大きい圧電体を、それぞれ配置している。

【００２６】圧電定数ｄ₁₅が大きい圧電体３は、弾性体
５の長手方向に対して剪断変位を発生する。図５（ｂ）
におけるＡ−Ａ断面及びＣ−Ｃ断面それぞれにおける２
組の圧電体３は、弾性体５の円周方向に対して、剪断変
形が手前方向とその反対方向とが交互の向きになるよう
に配置する。

【００２７】また、これらの圧電体３は、Ａ−Ａ断面及
びＣ−Ｃ断面それぞれの捩じれる方向が逆向きになるよ
うに圧電体を配置する。圧電体がこのように配置されて
それぞれが剪断変形すると、振動子２に２次の捩じり振
動が発生する。

【００２８】圧電定数ｄ₃₁が大きい圧電体４は、弾性体
５の長手方向に対して伸縮変位を発生する。図５（ｂ）
のＢ−Ｂ断面における２組の縦振動用の圧電体４は、全
てある電位が印加された場合に同じ方向に変位が生じる
ように配置する。

【００２９】以上のように、圧電定数ｄ₁₅が大きい捩じ
り振動用の圧電体３と，圧電定数ｄ₃₁が大きい縦振動用
の圧電体４とを配置しておき、捩じり振動用の圧電体３
に正弦波電圧を入力すると、振動子２にはそれに応じて
捩じり運動が発生する。一方、縦振動用の圧電体４に正
弦波電圧を入力すると、振動子２にはそれに応じて伸縮
運動が発生する。

【００３０】以上のように構成すると、発振部２１は駆
動信号を発振し、その駆動信号は移相部２２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２３及びＬ増幅部２４により増幅される。Ｔ
増幅部２３により増幅された駆動信号は捩じり振動用の
圧電体３に入力される。一方、Ｌ増幅部２４により増幅
された駆動信号は縦振動用の圧電体４に入力される。

【００３１】図６は、振動子２に発生する縦振動（Ｌ１
モード )及び捩じり振動（Ｔ２モード）の振動波形の一
例を示す説明図である。図６に示すように、駆動信号が
入力された振動子２には、圧電体３，４の励振によっ
て、振動の腹及び節をそれぞれ有する１次の縦振動と２
次の捩り振動とが発生する。ここで、捩り振動用の圧電
体３と縦振動用の圧電体４とに印加する駆動電圧の位相
差を（１／４）λずらして設定すると、振動子２の駆動
面Ｄには楕円運動が発生する。

【００３２】駆動面Ｄにこのような楕円運動が発生して
いる際、捩じり振動（Ｔ２モード）は、捩じり剛性の弱
い小径部６ａ及び６ｃの二箇所に節を発生し、端面であ
る駆動面Ｄが振動の腹となる。一方、縦振動（Ｌ１モー
ド）は、小径部６ｂ付近に節を発生し、駆動面Ｄが腹と
なる。この駆動面Ｄに加圧された移動子１２は、摩擦的
に振動子２より駆動力を受け、駆動される。

【００３３】図７は、振動子２の駆動面Ｄに楕円運動が
発生することを経時的に示す説明図である。なお、図７
においては移動子は図示しない。図７に示すように、捩
じり振動（Ｔ２モード）の周期及び縦振動（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、振動子２の駆動面Ｄ上の定点には楕円運動が
発生する。

【００３４】ｔ＝（６／４）π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、図示しない加圧機
構によって振動子２の駆動面Ｄに加圧接触する。

【００３５】この状態から、ｔ＝（７／４）π〜０〜
（２／４）π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Ｄ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。

【００３６】次に、ｔ＝（２／４）π〜（６／４）π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Ｄ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異なるため、振動子２
の縮みに追従しない。

【００３７】ここで、捩じり振動の振動数を捩り振動の
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、捩り振動及び縦
振動はともに共振して楕円運動が拡大する。

【００３８】ところで、図４に示す振動アクチュエータ
において、振動子２によって駆動される移動子１２自体
が最終的な駆動対称物でない限り、移動子１２には駆動
力を外部へ伝達するための動力取出部をさらに設ける必
要がある。このような動力取出部としては、移動子１２
は回転駆動されることから、移動子１２の外周面に設け
ることが一般的である。

【００３９】図８，図９は、いずれも、動力取出部とし
てのギヤ１６を、移動子１２の外周面に形成した振動ア
クチュエータを示す部分断面図である。図８はギヤ１６
を振動子２側に設置した場合であり、図９はギヤ１６を
反振動子２側に設置した場合である。

【００４０】図８，図９に示す振動アクチュエータで
は、ギヤ１６を、移動子１２の外周面の一部に環状に形
成し、このギヤ１６に動力伝達対象部材のギヤ（図示し
ない。）を噛合させることにより、移動子１２に発生す
る駆動力を取り出す。しかし、このようにして駆動力を
取り出そうとすると、駆動に伴って、移動子１２には傾
きや振れ回りが発生してしまう。

【００４１】図１０は、図８に示す振動アクチュエータ
において傾きや振れ回りが発生している移動子１２の状
況を、図１１は、図９に示す振動アクチュエータにおい
て傾きや振れ回りが発生している移動子１２の状況をそ
れぞれ示す説明図である。

【００４２】図１０及び図１１に示すように、動力伝達
対象部材１７ａ，１７ｂの一部に形成された駆動力伝達
用のギヤ１８ａ，１８ｂに動力取出部１６を噛合させる
と、図８，図９に示す振動アクチュエータでは、固定軸
１０の長手方向についてボールベアリング１３の設置位
置を中心として移動子１２が固定軸１０に対して傾いて
振れ回りを発生してしまう。このような移動子１２の傾
きや振れ回りは、移動子１２の回転軸方向長さが大きい
場合には特に顕著に発生する。移動子１２がこのように
傾いたり、振れ回ったりするのは、固定軸１０の長手方
向について、ベアリングの設置位置とギヤ１６の設置位
置との間に距離ｈ₁，ｈ₂が存在するためである。

【００４３】また、このような移動子１２の傾きや振れ
回りに起因する振れが固定軸１０又は周囲の系の固有振
動数に近づくと、移動子１２にびびり振動や騒音等が発
生してしまうおそれもある。

【００４４】さらに、異形モード縮退型の振動子の一例
として、先に示した縦−捩じり振動子型の振動アクチュ
エータは、振動子２に発生させた捩じり振動による回転
変位を移動子１２に間欠的（クラッチ的）に伝達するた
めに縦振動による上下振幅を用いている。そのため、移
動子１２の微小な傾きや振れ回りが発生すると、ミクロ
ン〜サブミクロンオーダーで変位する振動子駆動面Ｄ、
つまり振動子２と移動子１２との間の接触状態（面の平
行性，面圧状態等）に著しく影響を及ぼしてしまう。そ
のため、移動子１２が傾いた振動アクチュエータでは、
駆動の際に、回転むら，トルクむら，左右差さらには駆
動効率低下等が発生し、振動アクチュエータの性能が低
下してしまう。

【００４５】さらに、図１２，図１３は、いずれも動力
を取り出す動力取出部を、伝達機構であるベルト１９に
変更した場合である。図１２及び図１３において、ベル
ト１９は歯付きベルトであってもよく、又はそうでなく
てもよい。

【００４６】伝達機構が歯付きでない通常のベルト１９
である場合、移動子１２と動力伝達対象部材１７とは、
移動子１２，動力伝達対象部材１７それぞれの表面とベ
ルト１９との間に生じる摩擦力によって連動される力学
的関係を保つ。そのため、ベルト１９には摩擦力を発生
するのに充分な張力を与える必要がある。また、伝達機
構が歯付きベルト１９である場合には、回転力を正確に
伝達するためにベルト１９に対して適当な張力を設定す
る必要がある。

【００４７】しかし、図１２，図１３によりそれぞれ示
した振動アクチュエータでは、前述した図８〜図１１に
示す振動アクチュエータと同様に、移動子１２に傾きが
発生して移動子１２の傾きや振れ回りを発生し、回転む
ら，トルクむら，左右差さらには効率低下等が発生して
しまう。

【００４８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本発明では、固定軸の軸方向について、移動子
の回転支持部材の設置位置近傍に動力取出部を設けるこ
とにより、移動子の傾きや振れ回りの発生を抑制するも
のである。

【００４９】請求項１の発明は、固定軸と，この固定軸
に支持されるとともに複数の振動を発生する柱状の振動
子と，前記の固定軸に回転自在に支持されるとともに前
記の振動子の端面に加圧接触され、前記の振動により回
転駆動される柱状の相対運動部材と，この相対運動部材
に設置されてこの相対運動部材を前記の固定軸に対して
回転自在に支持する回転支持部材と，前記の相対運動部
材に設置されて相対運動部材の回転を外部に伝達する動
力取出部材とを備える振動アクチュエータにおいて、前
記の動力取出部材は、前記の固定軸方向に関して、前記
の回転支持部材の設置位置と略同一位置に、設置される
ことを特徴とするものである。

【００５０】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、前記の回転支持部材は、
ベアリングであることを特徴とするものである。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、前記の振動アクチュエータは、
複数の異なる振動モードを利用する異形モード縮退型の
振動アクチュエータであることを特徴とするものであ
る。

【００５１】

【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領域
を利用する超音波アクチュエータを例にとって、行う。

【００５２】図１は、本発明の第１実施形態にかかる超
音波アクチュエータの部分断面図である。図２は、この
超音波アクチュエータにより駆動力を取り出す状況を示
す部分断面図である。なお、図１，図２に図示されてい
る範囲以外については図４〜図７に示す振動アクチュエ
ータと同一であるため、図１，図２に図示していない範
囲の説明は省略する。

【００５３】図１及び図２に示す第１実施形態では、移
動子１２の上端面中心部に環状の溝部１２ｃを形成し、
この溝部１２ｃにベアリング１３を嵌め込んで装着す
る。そして、このベアリング１３を固定軸１０の所定の
位置に装着することにより、移動子１２を固定軸１０に
より回動自在に支持する。

【００５４】本実施形態では、固定軸１０の長手方向に
ついて、ベアリング１３の設置位置と同一高さとなる移
動子１２の外周面に、動力取出部材であるギヤ１６を環
状に形成してある。

【００５５】図１及び図２に示す第１実施形態では、ベ
アリング１３と同一高さとなる位置にギヤ１６を設け
て、動力伝達対象部材１７ａに環状に形成されたギヤ１
８ａから動力を取り出すように構成する。そのため、ギ
ヤ１６に与えられる負荷、すなわち移動子１２に対する
外力がモーメントの回転中心的な役割を果たすベアリン
グ１３に直接的に作用する。

【００５６】換言すれば、外部負荷である動力伝達対象
部材１７ａの移動子１２に対する機械的な影響力は、固
定軸１０の長手方向に関してベアリング１３において発
生する。つまり、動力伝達対象部材１７ａからの移動子
１２に対する外力は、移動子１２の傾きや振れ回り等が
生じる場合に発生するモーメントの回転中心点近傍に作
用する。

【００５７】このように、本実施形態によれば、動力伝
達対象部材１７ａからの外力の作用部が、移動子１２を
傾斜させるモーメントの発生位置の近傍に存在すること
になって、このモーメントの値を極めて小さくすること
ができる。したがって、移動子１２の傾きや振れ回り等
を極めて低く抑制することができる。なお、本実施形態
では、ギヤ１６をベアリング１３と同一高さとなる位置
に形成したが、本発明はこのような態様に限定されるも
のではない。ギヤ１６は、移動子１２を傾斜させるモー
メントが発生しても問題にならない程度に、ギヤ１６の
設置位置近傍に設置されていればよい。

【００５８】（第２実施形態）図３は、本発明の第２実
施形態にかかる超音波アクチュエータの部分断面図であ
る。本実施形態の超音波アクチュエータは、動力を取り
出す動力取出部材を、動力伝達機構であるベルト１９に
変更した場合である。

【００５９】すなわち、図３に示すように、移動子１２
の外周面に動力取出しのためのギヤ１６を設けるのでは
なく、固定軸長手方向について、ボールベアリング１３
と同一高さとなる位置に、環状のベルト１９を掛けると
ともに、動力伝達対象部材１７ａの駆動力取出し用のギ
ヤ１８ａを同一高さに配置することにより、ベルト１９
を介して駆動力を取り出す。

【００６０】本実施形態にかかる超音波アクチュエータ
によれば、ベルト１９に張力を加えても、ベアリング１
３とベルト１９とが同一高さに存在するため、移動子１
２は傾斜しない。そのため、移動子１２の傾きや振れ回
り等を極めて低く抑制することができ、極めて安定的に
超音波アクチュエータを動作させることができる。

【００６１】このように、第１実施形態及び第２実施形
態にかかる超音波アクチュエータによれば、相対運動部
材である移動子の回転支持部材の近傍から動力を取り出
すように構成したため、移動子の傾きや振れ回り等を極
めて低く抑制することができる。したがって、振動子と
移動子との間における摺動面の面圧を安定的に保つこと
ができる。そのため、超音波アクチュエータの駆動の際
の回転むら，トルクむら，左右差さらには効率低下等の
発生を防止することができる。

【００６２】（変形形態）各実施形態では、振動アクチ
ュエータとして超音波領域の振動を用いる超音波アクチ
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のみに限定されるものではな
く、他の振動域の振動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。

【００６３】また、各実施形態では、電気機械変換素子
として圧電体を用いたが、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等しく適用するこ
とができる。例えば、圧電体以外に電歪素子又は磁歪素
子等を用いることができる。

【００６４】さらに、各実施形態では、振動子に１次の
縦振動と２次の捩じり振動とが発生する超音波アクチュ
エータを例にとったが、本発明はこのような態様のみに
限定されるものではなく、振動子にｍ次の縦振動及びｎ
次の捩じり振動（ｍ，ｎ：自然数）を発生させ、これら
の振動の合成振動を駆動力として用いる振動アクチュエ
ータであれば、等しく適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる超音波アクチュ
エータの部分断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態にかかる超音波アクチュ
エータにより駆動力を取り出す状況を示す部分断面図で
ある。

【図３】本発明の第２実施形態にかかる超音波アクチュ
エータの部分断面図である。

【図４】振動子単体で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た異形モード縮退型の振動アクチ
ュエータの縦断面図である。

【図５】振動子における圧電体の配置を示す説明図であ
り、図５（ａ）は、振動子の中心線から左半分を断面で
示す側面図，図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ
断面，Ｂ−Ｂ断面，Ｃ−Ｃ断面を、駆動電圧Ｖｔ，Ｖｌ
の印加状況とともに示す説明図である。

【図６】振動子に発生する縦振動（Ｌ１モード )及び捩
じり振動（Ｔ２モード）の振動波形の一例を示す説明図
である。

【図７】振動子の駆動面Ｄに楕円運動が発生することを
経時的に示す説明図である。

【図８】出力取出部としてのギヤを、移動子の外周面に
環状に形成した例を示す断面図である。

【図９】出力取出部としてのギヤを、移動子の外周面に
環状に形成した例を示す断面図である。

【図１０】図８に示す振動アクチュエータにおいて傾き
や振れ回りが発生している移動子の状況を示す説明図で
ある。

【図１１】図９に示す振動アクチュエータにおいて傾き
や振れ回りが発生している移動子の状況を示す説明図で
ある。

【図１２】動力を取り出す動力取出部を、ベルトに変更
した場合を示す説明図である。

【図１３】動力を取り出す動力取出部を、ベルトに変更
した場合を示す説明図である。

【図１４】縦−捩じり振動型の振動アクチュエータの従
来例の構造を示した斜視図である。

【図１５】この従来の振動アクチュエータのステータを
展開して示した斜視図である。

【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）２振動子３捩じり振動用圧電体４縦振動用圧電体５弾性体５ａ，５ｂ半円柱状弾性体６Ａ〜６Ｄ大径部６ａ〜６ｃ小径部７ａ〜７ｄ貫通孔８ａ〜８ｄボルト９ａ〜９ｄナット１０固定軸１１ピン１２移動子１２ａ移動子母材１２ｂ摺動材１３ベアリング１４コイルバネ１５ナット１６動力取出部１７動力伝達対象部材１８ギヤ１９ベルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定軸と，前記固定軸に支持されるとと
もに複数の振動を発生する柱状の振動子と，前記固定軸
に回転自在に支持されるとともに前記振動子の端面に加
圧接触され、前記振動により前記振動子との間で相対運
動を行う柱状の相対運動部材と，前記相対運動部材に設
置されて前記相対運動部材を前記固定軸に対して回転自
在に支持する回転支持部材と，前記相対運動部材に設置
されて前記相対運動部材の回転を外部に伝達する動力取
出部材とを備える振動アクチュエータにおいて、前記動力取出部材は、前記固定軸方向に関して、前記回
転支持部材の設置位置と略同一位置に、設置されること
を特徴とする振動アクチュエータ。
【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、前記回転支持部材は、ベアリングであることを特徴とす
る振動アクチュエータ。
【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、前記振動アクチュエータは、複数の異なる振動モードを
利用する異形モード縮退型の振動アクチュエータである
ことを特徴とする振動アクチュエータ。