JPH09233864A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特願平６−１８０２７９号等により提案した
振動アクチュエータでは、リード線が外部に出っ張るた
め、小型化を図ることができない。 【解決手段】 側面に環状の小径部７ａ，７ｂが形成さ
れた半弾性体６ａ，６ｂと，半弾性体６ａ，６ｂの分割
面により挟まれた状態で保持され、駆動信号により励振
される圧電体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂと，分割面によ
り、圧電体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂに積層状態で接合さ
れて保持される電極部材８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂと，電
極部材８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂに接続されて駆動信号を
入力するための駆動信号伝達部材１９ａ，１９ｂ，２０
ａ，２０ｂとを備え、小径部７ａ，７ｂの内部において
駆動信号伝達部材１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂは電
極部材８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂに接続される振動アクチ
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、側面に環状の溝部
が少なくとも一つ形成された振動子を備える振動アクチ
ュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、縦−捩じり振動型の振動アク
チュエータの従来例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では、
ステータ（固定子）１０１は、２つの円柱型の振動子１
０２，１０３間に捩じり振動用の圧電素子１０４が配置
されるとともに、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１０
４は、周方向に分極され、一方、縦振動用の圧電素子１
０５は厚み方向に分極される。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、ロータ１０６は、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の先端にはバネ１０９を
介してナット１１０が螺合し、ロータ１０６をステータ
１０１に加圧力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により位相制御して駆
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、一方、縦振
動用の圧電素子１０５はステータ１０１とロータ１０６
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し
ている。

【０００７】図１１は、この振動アクチュエータのステ
ータ１０１を展開した状態で示す斜視図である。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
るため、圧電材料を図１２に示すように、６〜８個程度
の扇形の小片に一旦分割し、各小片を分極した後に再度
環状に組み合わせていた。なお、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、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１０５，
及び捩じり振動用の圧電素子１０４それぞれの中央部に
貫通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り、振動アクチュエータ
の高トルク化及び高回転化をともに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、本出願人
は、既に特願平６−１８０２７９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、製造及び構
造がともに容易な異形モード縮退型振動子を用いた振動
アクチュエータを提案した。

【００１１】この提案にかかる振動アクチュエータは、
振動発生部材である柱状の振動子と、この振動子の端面
に加圧された状態で接触する相対運動部材である移動子
とを備える。

【００１２】図１２は、この振動アクチュエータにおい
て、振動子３２を構成する弾性体３３に発生する縦振動
と捩じり振動とを組み合わせることにより端面である駆
動面３２ａに楕円運動を生じさせる原理を経時的に示す
説明図である。

【００１３】前述したように、弾性体３３には複数の圧
電素子が接合されており、駆動信号によりこれらの圧電
素子が励振されると、図１２に経時的に示すように、弾
性体３３には捩じり振動Ｔと縦振動Ｌとがそれぞれ発生
する。発生した縦振動Ｌ及び捩じり振動Ｔそれぞれの共
振周波数が略一致すると、弾性体３３には縦振動Ｌと捩
じり振動Ｔとが同時に生じ（以下、このような状態を
「縮退」という。）、駆動面３２ａには楕円運動が発生
し駆動力を生じる。

【００１４】図１３は、このような振動子３２ａに接合
される圧電体３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂの配置例
を示す説明図であって、図１３（ａ）は上面図、図１３
（ｂ）は側面図、図１３（ｃ）は縦振動，捩じり振動そ
れぞれの振動波形例を示すグラフである。

【００１５】弾性体３６ａ，３６ｂは、金属やプラスチ
ック等の弾性材料からなる中空円柱体を中心軸を含む平
面で縦に２つに分割することにより得られる２つの半中
空円柱体を、再度組み合わせることにより構成される。

【００１６】中空円柱体の外周面には、外径が段差状に
減少する小径部３７ａ，３７ｂ，３７ｃが形成されてお
り、これらの小径部３７ａ〜３７ｃを境として、第１大
径部３７Ａ，第２大径部３７Ｂ，第３大径部３７Ｃ，第
４大径部３７Ｄがそれぞれ形成される。

【００１７】２つの分割面の弾性体長手方向について、
圧電体３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ及び電極板３８
ａ，３８ｂが積層されて挟み込まれた状態で保持され
る。圧電体３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂは一つの分
割面に１群ずつ合計２群からなり、圧電体３４ａ，３４
ｂ，３５ａ，３５ｂの各群はそれぞれ２層からなる。各
群の圧電体は、圧電定数ｄ₁₅を用いることで弾性体長手
方向について剪断変位を発生する圧電体３４ａ，３４ｂ
と、圧電定数ｄ₃₁を用いることで弾性体長手方向につい
て捩じり変位を発生する圧電体３５ａ，３５ｂとから構
成される。

【００１８】このような圧電定数ｄ₁₅を用いる圧電体３
４ａ，３４ｂに駆動電圧を印加すると弾性体３６ａ，３
６ｂには捩じり変位が発生し、一方、圧電定数ｄ₃₁を用
いる圧電体３５ａ，３５ｂに駆動電圧を印加すると弾性
体３６ａ，３６ｂには縦変位が発生する。

【００１９】したがって、捩じり振動用圧電体３４ａ，
３４ｂに正弦波電圧を印加すると、弾性体３６ａ，３６
ｂにはそれに応じて捩じり運動が発生し、一方、縦振動
用圧電体３５ａ，３５ｂに正弦波電圧を印加すると、弾
性体３６ａ，３６ｂにはそれに応じて伸縮運動が発生す
る。

【００２０】ところで、これらの圧電体を励振させるた
めには、縦振動用圧電体３５ａ，３５ｂ及び捩じり振動
用圧電体３４ａ，３４ｂそれぞれに、所定の振幅及び周
期を有する駆動信号を印加しなければならない。このよ
うな駆動信号の印加のためには、駆動信号を伝達するリ
ード線を一部に接合した電極を縦振動用圧電体３５ａ，
３５ｂ及び捩じり振動用圧電体３４ａ，３４ｂそれぞれ
に接触させた状態で配置しておく必要がある。さらに、
これらの縦振動用圧電体及び捩じり振動用圧電体それぞ
れに印加する駆動信号は、互いに絶縁状態を確保する必
要もある。

【００２１】そこで、本出願人は、先に特願平７−２１
８５９３号により、リード線を接合される電極張出部
を、弾性体の外周面側及び端面側の少なくとも一方の箇
所に互いに接触しない位置に配置することを、提案し
た。

【００２２】この特願平７−２１８５９３号により提案
した電極配置により、電極同士の短絡は確実に解消する
ことができる。ところで、特願平６−１８０２７９号や
特願平７−２１８５９３号により提案した電極は、いず
れも、リード線を接続される電極張出部を、弾性体の外
部に向けて突出させた状態で配置されるものである。そ
のため、電極張出部に接続されるリード線は、弾性体の
外部に向けて張り出してしまうことになる。

【００２３】したがって、これらの提案にかかる振動ア
クチュエータを、機器の狭隘部等に設置しようとする
と、リード線の張出分を収容するだけのスペースを振動
子の周囲に余分に確保しなければならない。そのため、
コンパクト化を図ることができるという前記の提案にか
かる振動アクチュエータの特徴を充分に発揮することが
できないという課題があった。振動アクチュエータ全体
のコンパクト化は、振動アクチュエータの適用範囲に大
きな影響を及ぼす重要な目的の一つである。

【００２４】本発明は、このような課題を解決し、充分
に小型化を図ることができる振動アクチュエータを提供
することを目的とするものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、側
面に環状の溝部が少なくとも一つ形成された柱状の弾性
部材を中心軸と平行な平面で複数に分割して得られる複
数の弾性体と，隣り合う前記弾性体それぞれの分割面に
より挟まれた状態で保持され、駆動信号により励振され
る電気機械変換素子と，前記分割面により、前記電気機
械変換素子に積層状態で接合されて保持される電極部材
と，前記電極部材に接続されて、前記駆動信号を入力す
るための駆動信号伝達部材とを備える振動アクチュエー
タであって、前記溝部の内部において、前記駆動信号伝
達部材は前記電極部材に接続されることを特徴とする。

【００２６】請求項２の本発明は、請求項１に記載され
た振動アクチュエータにおいて、前記駆動信号伝達部材
は、前記溝部の内部に収容されることにより前記弾性体
の前記側面から突出しないことを特徴とする。

【００２７】請求項３の本発明は、請求項２に記載され
た振動アクチュエータにおいて、前記駆動信号伝達部材
は、前記溝部の所定位置から外部へ取り出されることを
特徴とする。

【００２８】請求項４の本発明は、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、前記溝部の内部では、前記電気機械変換素子
の一部又は全部が切り欠かれることにより前記電極部材
の露出部が形成されており、前記露出部に前記駆動信号
伝達部材が接続されることを特徴とする。

【００２９】請求項５の本発明は、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、前記溝部の内部では、前記電極部材に接続さ
れるとともに前記電気機械変換素子の反電極部材側の表
面に向けて伝達部材接続部が形成されており、前記伝達
部材接続部に前記駆動信号伝達部材が接続されることを
特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、添付図面を参照しながら、本発
明の実施形態を説明する。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、超音波領域の振動を
利用する超音波アクチュエータを例にとって、行う。

【００３１】図１は、本発明にかかる超音波アクチュエ
ータ１の第１実施形態を示す縦断面図である。本実施形
態の超音波アクチュエータ１は、大別すると、振動発生
部材である振動子２と，振動子２によって駆動される相
対運動部材である移動子３とにより構成される。まず、
振動子２について説明する。

【００３２】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４，５と、これらの圧電体
４，５が接合され、その圧電体４，５の励振により１次
の縦振動と２次の捩じり振動とが生じることによって、
駆動面２ａに駆動力が発生する弾性体６とから構成され
る。

【００３３】弾性体６は、鉄鋼材、ステンレス鋼材又は
リン青銅等の金属部材やプラスチック部材からなる中空
円柱体６’を中心軸と平行な平面で縦に２分割すること
により得られる半弾性体６ａ，６ｂを、再度組み合わせ
ることにより得られる。

【００３４】中空円柱体６’の側面には、溝型の３つの
第１小径部７ａ，第２小径部７ｂ及び第３小径部７ｃが
環状に形成されており、これらの小径部７ａ〜７ｃによ
って区切られることにより、４つの第１大径部７Ａ，第
２大径部７Ｂ，第３大径部７Ｃ及び第４小径部７Ｄが形
成される。第１小径部７ａ及び第３小径部７ｃは、弾性
体６に発生する捩じり振動の節部に形成される。弾性体
６の側面に、４つの大径部７Ａ〜７Ｄと３つの小径部７
ａ〜７ｃとを形成するのは、弾性体６に発生する縦１次
振動の共振周波数と捩じり２次振動の共振周波数とを接
近又は一致させて、駆動面２ａに楕円運動を発生させる
ためである。

【００３５】半弾性体６ａ，６ｂの二つの分割面それぞ
れには、電気機械変換素子である圧電体４ａ，５ａと、
圧電体４ｂ，５ｂとが２層ずつ配置されるとともに、２
層の圧電体４，５の間には、駆動電圧を印加するための
薄板状の電極８ａ，９ａと、電極８ｂ，９ｂとが配置さ
れる。なお、図１においては、圧電体４ａ，５ａ，４
ｂ，５ｂと電極８ａ，９ａ，８ｂ，９ｂが示されていな
いが、これらの圧電体及び電極の配置については、図１
に示す断面と９０°ずれた断面を示す図２や分解斜視図
である図３等を参照しながら、後述する。

【００３６】第１大径部７Ａ及び第４大径部７Ｄそれぞ
れには、圧電体積層方向（図面上の左右方向）と平行な
方向に向けて貫通孔１０ａ，１０ｂが形成される。これ
らの貫通孔１０ａ，１０ｂにボルト１１ａ，１１ｂを挿
入し、ボルト１１ａ，１１ｂの両端部にナット１２ａ，
１２ｂを螺着することにより、半弾性体６ａ，６ｂが圧
電体４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂと電極８ａ，９ａ，８ｂ，
９ｂとを挟み込んだ状態で、それぞれが固定される。

【００３７】半弾性体６ａ，６ｂそれぞれの内周面に
は、中心部側に向けてフランジ１３ａ，１３ｂが半円環
状に形成される。これらのフランジ１３ａ，１３ｂは、
その両面を、振動子２の中央部に形成された中空部に挿
入される上固定軸１４ａ，１４ｂにより挟まれることに
より保持される。

【００３８】下固定軸１４ｂのフランジ１３ａ，１３ｂ
との接触面中央部には、雄ネジ部が突起状に形成されて
おり、この雄ネジ部は、上固定軸１４ａのフランジ１３
ａ，１３ｂとの接触面中央部に形成された雌ネジ孔に螺
着する。これにより、上固定軸１４ａ，１４ｂは、フラ
ンジ１３ａ，１３ｂを挟んだ状態で保持する。このよう
にして、振動子２は、固定軸１４により固定・保持され
る。

【００３９】なお、上固定軸１４ａ，下固定軸１４ｂそ
れぞれの外周面は、図示するように、半弾性体６ａ，６
ｂの内周面に接触させないことが、弾性体６に発生する
振動の減衰をできるだけ解消するためには、望ましい。

【００４０】振動子２は、以上説明したように、固定・
保持される。次に、移動子３について説明する。移動子
３は、ステンレス鋼材やアルミニウム材等により構成さ
れる厚肉円環状の移動子母材３ａと、高分子材を主成分
とし移動子母材３ａの振動子２側の端面に貼付される薄
板状の摺動材３ｂとから構成される。

【００４１】移動子母材３ａの反振動子側の端面中央部
に形成された貫通孔の縁部には、環状の溝部３ｃが設け
られており、この溝部３ｃに位置決め部材であるベアリ
ング１５が嵌合されて固定される。ベアリング１５は上
固定軸１４ａに取り付けられており、移動子３は上固定
軸１４ａに対して回動自在に位置決めされる。

【００４２】移動子母材３ａの側面には、全周につい
て、移動子３に発生する出力を取り出すための出力取出
用歯車３ｄが設けられており、その出力は図示しない被
駆動体の歯車に伝達される。このようにして、被駆動体
は移動子３によって駆動される。

【００４３】上固定軸１４ａの上端部側には、ネジ部１
４ｃが形成されており、このネジ部１４ｃに、加圧力調
整部材であるナット１６が螺合する。ベアリング１５と
ナット１６との間には、加圧部材である皿バネ１７（ス
プリングバネや板バネ等であってもよい。）が装着され
ており、ベアリング１５を振動子２の駆動面２ａ側に向
けて付勢する。皿バネ１７のバネ力により、移動子３の
摺動材３ｂは振動子２の駆動面２ａに加圧接触される。

【００４４】加圧力調整部材であるナット１６の上固定
軸１４ａに対する螺合位置を調整することにより、皿バ
ネ１７のバネ力が調整され、移動子３の振動子２に対す
る加圧力が調整される。

【００４５】図２は、本実施形態の超音波アクチュエー
タ１における振動子２の説明図であって、図２（ａ）は
振動子２の上面図，図２（ｂ）は振動子２の側面図，図
２（ｃ）は振動子２に発生する振動波形例を示すグラフ
である。

【００４６】前述したように、半弾性体６ａ，６ｂは、
４つの大径部７Ａ〜７Ｄと３つの小径部７ａ〜７ｃとを
有した中空円筒体を中心軸と平行な平面で縦に２分割す
ることにより得られる。

【００４７】半弾性体６ａ，６ｂの二つの分割面には、
２層の圧電体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂと電極８ａ，８
ｂ，９ａ，９ｂとが挟みこまれる。圧電体４ａ，４ｂ
は、捩じり振動用の圧電体であって、半弾性体６ａ，６
ｂに発生する捩じり振動の１つの節部を跨ぐように配置
される。一方、圧電体５ａ，５ｂは、縦振動用の圧電体
であって、半弾性体６ａ，６ｂに発生する縦振動の節部
を跨ぐように配置される。

【００４８】圧電体４ａ，４ｂは、圧電定数ｄ₁₅を用い
ることで、周波電圧が印加した時に半弾性体６ａ，６ｂ
の長手方向について電圧の方向に応じた剪断変位を生
じ、この剪断変位によって半弾性体６ａ，６ｂには捩じ
り振動が発生する。

【００４９】捩じり振動圧電体群４は、図面上手前側２
枚の捩じり振動用圧電体４ａと向こう側２枚の捩じり振
動用圧電体４ｂとから構成される。手前側の捩じり振動
用圧電体４ａ，向こう側の捩じり振動用圧電体４ｂを、
それぞれに同じ方向の電圧が印加された場合に互いに反
対方向へ剪断変位するように、配置すると、半弾性体６
ａ，６ｂにはある方向への捩じり変位が発生する。

【００５０】例えば、図２（ｂ）に示すように、手前側
２枚の捩じり振動用圧電体４ａ及び向こう側２枚の捩じ
り振動用圧電体４ｂが剪断変形すると、駆動面２ａは図
２（ａ）に矢印で示す方向に捩じれる。また、これとは
反対方向への電圧を印加すると、反対方向への剪断変形
が発生するため、駆動面２ａは図２（ａ）に矢印で示す
方向とは反対方向へ捩じれる。

【００５１】圧電体５ａ，５ｂは、圧電定数ｄ₃₁を用い
ることで、周波電圧が印加した時に半弾性体６ａ，６ｂ
の長手方向について電圧の方向に応じた伸縮変位を生
じ、それにより縦振動が発生する。

【００５２】縦振動用圧電体群５は、手前側２枚の縦振
動圧電体５ａと向こう側２枚の縦振動用圧電体５ｂとか
ら構成される。これらの縦振動用圧電体５ａ，５ｂは、
同じ方向への電圧が印加された場合に、それぞれが同方
向に縦変形するように、配置される。

【００５３】このように縦振動用圧電体５ａ，５ｂを配
列することにより、縦振動用圧電体群５に同じ周波電圧
を印加すると、縦１次振動モードが励起され易くなる。
以上説明したように、捩じり振動用圧電体４ａ，４ｂと
縦振動用圧電体５ａ，５ｂとを配置し、それぞれに所定
の駆動電圧を印加すると、半弾性体６ａ，６ｂには、図
２（ｃ）に例示するような捩じり振動及び縦振動が発生
する。

【００５４】図３は、本実施形態における振動子２を構
成する半弾性体６ａ，６ｂ、捩じり振動用圧電体４ａ，
４ｂ、縦振動用圧電体５ａ，５ｂ及び電極８ａ，８ｂ，
９ａ，９ｂの配置を示す分解斜視図である。

【００５５】半弾性体６ａ，６ｂの一方の分割面には、
２層の捩じり振動用圧電体４ａと２層の縦振動用圧電体
５ａとこれらに駆動電圧を印加するための電極８ａ，９
ａとが挟み込まれる。また、半弾性体６ａ，６ｂの他方
の分割面には、２層の捩じり振動用圧電体４ｂと２層の
縦振動用圧電体５ｂとこれらに駆動電圧を印加するため
の電極８ｂ，９ｂとが挟み込まれる。半弾性体６ａ，６
ｂと、圧電体４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂと、電極８ａ，９
ａ，８ｂ，９ｂとは、接着剤等により接着されて接合さ
れる。

【００５６】本実施形態における振動子２では、図３に
示すように、捩じり振動用圧電体４ａ，４ｂには、それ
ぞれ断面矩形の切欠き部１８ａが形成される。一方、縦
振動用圧電体５ａ，５ｂには、それぞれ断面矩形の切欠
き部１８ｂが形成される。

【００５７】切欠き部１８ａ，１８ｂの形成位置は、捩
じり振動用圧電体４ａ，４ｂ、縦振動用圧電体５ａ，５
ｂを半弾性体６ａ，６ｂに装着した際に、半弾性体６
ａ，６ｂの外周面に形成された小径部７ａ，７ｂと一致
する位置である。

【００５８】本実施形態においては、電極８ａ，９ａ，
８ｂ，９ｂには切欠き部が形成されていないため、図３
に示すように、半弾性体６ａ，６ｂと圧電体４ａ，４
ｂ，５ａ，５ｂと電極８ａ，９ａ，８ｂ，９ｂとを積層
して接合すると、半弾性体６ａ，６ｂの側面に溝型に形
成された小径部７ａ，７ｂ内に、電極８ａ，９ａ，８
ｂ，９ｂの一部が露出する。

【００５９】図４は、このようにして、半弾性体６ａ，
６ｂの小径部７ａ内において露出した状態の電極８ａを
拡大して示す斜視図である。本実施形態においては、図
４に示すように、小径部７ａ内において露出した電極８
ａに、駆動信号を伝達する駆動信号伝達部材であるリー
ド線１９ａを半田付け等により接合する。

【００６０】図５は、本実施形態における振動子２のリ
ード線接合状況を示す説明図であって、図５（ａ）は側
面図，図５（ｂ）はリード線設置高さにおける横断面図
である。

【００６１】本実施形態においては、小径部７ａ，７ｂ
の内部において電極８ａ，９ａ，８ｂ，９ｂにそれぞれ
リード線１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂを接合するこ
とができるとともに、接合したリード線１９ａ，１９
ｂ，２０ａ，２０ｂを小径部７ａ，７ｂの内部を這わせ
て外部に導くことができる。そのため、本実施形態によ
れば、振動子２の外部に、リード線１９ａ，１９ｂ，２
０ａ，２０ｂを接合するための電極張出部を突出させた
状態で形成する必要がなくなるとともに、振動子２の周
囲にリード線１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ引回しの
ためのスぺースが不要となって、リード線１９ａ，１９
ｂ，２０ａ，２０ｂは駆動回路に接合する部分以外にお
いて振動子２から突出しなくなる。したがって、振動子
２を最小のスペースに設置することができる。

【００６２】なお、本実施形態においては、図５（ｂ）
に示すように、電極８ａ，電極８ｂにそれぞれリード線
１９ａ，１９ｂを接続するとともに、電極９ａ，電極９
ｂにそれぞれリード線２０ａ，２０ｂを接続し、これら
２束のリード線１９ａ，１９ｂと２０ａ，２０ｂとを電
極８ｂ側の所定位置から外部に導くように構成している
が、図５（ｂ）に破線で示すように、電極８ａから導か
れたリード線１９ａを電極８ｂにおいて絶縁状態でリー
ド線１９ｂで１本のリード線１９ｃにまとめ、外部に導
くように構成してもよい。

【００６３】このように構成された本実施形態の超音波
アクチュエータ１に２つの（１／４）λ（ただし、λは
波長を示す。）位相差を有する駆動信号を、それぞれ捩
じり振動用圧電体４ａ，４ｂと縦振動用圧電体５ａ，５
ｂとに入力すると、振動子２に、捩じり振動用圧電体４
ａ，４ｂが発生する剪断変形により捩じり振動が発生
し、縦振動用圧電体５ａ，５ｂにより縦振動が直接的に
発生する。

【００６４】これらの駆動信号が入力された振動子２
は、各圧電体の励振によって、縦振動と捩じり振動とが
同時に生じ、これらの振動が合成された楕円運動が駆動
面２ａに発生する。

【００６５】楕円運動が発生する振動子２の駆動面２ａ
には、移動子３が摺動材３ｂを介して加圧接触されてい
るため、移動子３は振動子２から摩擦的に駆動力を伝達
されて、駆動される。

【００６６】図６は、本実施形態における振動子２に発
生する捩じり振動（Ｔモード）及び縦振動（Ｌモード）
を組み合わせることにより、駆動面２ａ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６に
おいては、説明の便宜上移動子６は図示しない。

【００６７】図６に示すように、捩じり振動の周期と伸
縮振動の周期との間の位相差を（１／４）λずらして設
定すると、駆動面２ａ上の定点には楕円運動が発生す
る。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、縦振動Ｌの変位は零である。この
状態では、移動子は、同じく図示しない加圧部材によっ
て振動子２の駆動面２ａに接触した状態にある。

【００６８】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
大に変位して再び零に戻る。したがって、振動子２の駆
動面２ａ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。

【００６９】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２ａ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
圧されているが、加圧部材の固有振動数が超音波振動域
より低いため、振動子２に発生する伸縮振動に追従しな
い。

【００７０】このように、本実施形態の超音波アクチュ
エータ１によれば、圧電体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂに接
触する電極８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂに駆動電圧を印加す
るための駆動信号伝達部材であるリード線１９ａ，１９
ｂ，２０ａ，２０ｂを、振動子２の外面に溝状に形成さ
れた小径部７ａ，７ｂ内において接続するとともに、接
続したリード線１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂを小径
部７ａ，７ｂ内を這わせて外部に導くように構成したた
め、電極８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂが振動子２の外面から
外部に向けて突出しなくなり、超音波アクチュエータ１
を設置する際に必要となる振動子２の設置スペースを小
型化することができる。

【００７１】（第２実施形態）次に、本発明にかかる振
動アクチュエータの第２実施形態を説明する。なお、以
降の各実施形態の説明では、第１実施形態と相違する部
分のみを説明し、第１実施形態と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。

【００７２】図７は、本実施形態にかかる超音波アクチ
ュエータ１−１を構成する半弾性体６ａ，６ｂの小径部
７ａ内における電極８ａを拡大して示す斜視図である。
前述した第１実施形態では、図３及び図４に示すよう
に、圧電体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのうちの小径部７
ａ，７ｂに相当する部分に切欠き部１８ａ，１８ｂを設
けることにより、小径部７ａ，７ｂ内で電極８ａ，８
ｂ，９ａ，９ｂを露出させて、露出部分にリード線１９
ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂを接合するように構成し
た。

【００７３】これに対し、本実施形態では、圧電体４
ａ，４ｂ，５ａ，５ｂには切欠き部を設けず、小径部７
ａ，７ｂ内に位置する電極８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂに、
圧電体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの表面をつたって小径部
７ａ，７ｂに導かれる電極接続部２１ａ，２１ｂ，２２
ａ，２２ｂを形成しておき、小径部７ａ，７ｂ内におい
て、電極接続部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂにリー
ド線１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂを接続する。

【００７４】本実施形態では、図７に示すように、圧電
体４ａ，４ｂの半弾性体６ａ，６ｂと接合される面に設
けられた表面電極４１ａ，４１ｂに、露出部に合わせた
形状の切り欠きを設けてある。また、半弾性体６ａ，６
ｂと圧電体４ａ，４ｂとを接合した際に、振動子２の側
面に形成された小径部７ａにおいて露出される圧電体４
ａ，４ｂの露出部に、電極接続部２１ａを設けてある。
この電極接続部２１ａは、印刷や溶射等の適当な方法に
より導電塗料等を塗布することで形成することができ
る。そして、小径部７ａ内において、電極接続部２１ａ
にリード線１９ａを半田付け等により接合してある。

【００７５】本実施形態では、導電塗料の塗布により形
成した電極接続部２１ａは、圧電体４ａ，４ｂの端面を
伝わって側面まで到達し、対向する位置に配置された２
つの圧電体４ａ，４ａによって挟まれた電極板１８ａに
接続されている。

【００７６】本実施形態では、２つの圧電体４ａ，４ａ
の間に電極板１８ａを挟まれた状態で配置するように構
成したが、電極板１８ａを用いるのではなく導電塗料を
２つの弾性体６ａ，６ｂの対向面それぞれに塗布するこ
とにより構成してもよい。

【００７７】したがって、本実施形態の超音波アクチュ
エータ１によれば、電極８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂが振動
子２の外面から外部に向けて突出しなくなり、超音波ア
クチュエータ１を設置する際に必要となる振動子２の設
置スペースを小型化することができる。

【００７８】また、第１実施形態のように、加工が容易
でない圧電体に切欠きを形成する加工を行う必要がなく
なり、振動子の組み立て作業性が改善される。

【００７９】（第３実施形態）次に、本発明にかかる超
音波アクチュエータ１−２の第３実施形態を説明する。

【００８０】図８は、本実施形態における振動子２−２
を構成する半弾性体６ａ，６ｂ、捩じり振動用圧電体４
−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂ、縦振動用圧電
体５ａ，５ｂ及び電極８−１ａ，８−１ｂ，８−２ａ，
８−２ｂ，９ａ，９ｂの配置を示す分解斜視図である。

【００８１】本実施形態が第１実施形態と相違するの
は、振動発生用の各圧電体及び電極の配置、すなわち、
捩じり振動用圧電体を２群の圧電体４−１ａ，４−１
ｂ，４−２ａ，４−２ｂにより構成するとともに、伸縮
振動用圧電体を１群の圧電体５ａ，５ｂにより構成し、
各圧電体に駆動電圧を印加するための電極８−１ａ，８
−１ｂ，８−２ａ，８−２ｂ，９ａ，９ｂを配置した点
である。

【００８２】本実施形態における振動子２−２は、２つ
の半弾性体６ａ，６ｂの間に、２群の捩じり振動用圧電
体４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂと、１群の
縦振動用圧電体５ａ，５ｂとを配置するとともに、各圧
電体の間には、これらの圧電体に駆動電圧を印加するた
めの電極８−１ａ，８−１ｂ，８−２ａ，８−２ｂ，９
ａ，９ｂが積層された状態で配置されている。各半弾性
体，各圧電体及び各電極は、第１実施形態と同様に接着
されて接合される。

【００８３】捩じり振動用圧電体４−１ａ，４−１ｂ，
４−２ａ，４−２ｂは、半弾性体６ａ，６ｂに発生する
捩じり振動の二つの節部を含む位置に配置され、圧電定
数ｄ₁₅を用いることで、半弾性体６ａ，６ｂの長手方向
について剪断変位を発生する。

【００８４】一方、伸縮振動用圧電体５ａ，５ｂは、半
弾性体６ａ，６ｂに発生する伸縮振動の一つの節部を含
む位置に配置され、圧電定数ｄ₃₁を用いることで、半弾
性体６ａ，６ｂの長手方向について伸縮変位を発生す
る。

【００８５】したがって、捩じり振動用圧電体４−１
ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂに駆動信号として正
弦波電圧を入力すると、半弾性体６ａ，６ｂには、それ
に応じて捩じり振動が発生する。また、縦振動用圧電体
５ａ，５ｂに駆動信号として正弦波電圧を入力すると、
半弾性体６ａ，６ｂには、それに応じて伸縮振動が発生
する。

【００８６】捩じり振動用圧電体４−１ａ，４−１ｂ，
４−２ａ，４−２ｂ及び縦振動用圧電体５ａ，５ｂそれ
ぞれには、小径部７ａ，７ｂ及び７ｃの存在位置には、
切欠き部２３ａ，２３ｂ，及び２３ｃが形成される。

【００８７】第１実施形態と同様に、電極８−１ａ，８
−１ｂ，８−２ａ，８−２ｂ，９ａ，９ｂには、切欠き
部が形成されていないため、小径部７ａ〜７ｃにおい
て、電極８−１ａ，８−１ｂ，８−２ａ，８−２ｂ，９
ａ，９ｂの一部が露出する。

【００８８】縦振動用圧電体５ａ，５ｂに駆動信号を伝
える電極板９ａ，９ｂは、第２小径部７ｂにおいて露出
し、捩じり振動用圧電体４−１ａ，４−１ｂ，４−２
ａ，４−２ｂに駆動信号を伝える電極板８−１ａ，８−
１ｂ，８−２ａ，８−２ｂは第１小径部７ａ及び第３小
径部７ｃにおいて露出する。

【００８９】以上のように、捩じり振動用圧電体４−１
ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂ及び縦振動用圧電体
５ａ，５ｂと、電極８−１ａ，８−１ｂ，８−２ａ，８
−２ｂ，９ａ，９ｂとを配置することにより、小径部７
ａ〜７ｃの内部において、電極とリード線とを接合する
ことができ、振動子２の外面にリード線が突出しないよ
うにすることができる。

【００９０】また、本実施形態の超音波アクチュエータ
１−２は、第１実施形態の超音波アクチュエータ１に比
較すると、捩じり振動用圧電体を２群の圧電体により構
成しているため、より効率的に捩じり振動を発生させる
ことができ、超音波アクチュエータ１−２の駆動効率を
向上することができる。

【００９１】（第４実施形態）図９は、本発明にかかる
振動アクチュエータの第４実施形態の超音波アクチュエ
ータ１−３を示す縦断面図である。

【００９２】本実施形態の超音波アクチュエータ１−３
は、基本的に第３実施形態の超音波アクチュエータ１−
２と略同一に構成される。相違点は、半弾性体６ａ，６
ｂを締結固定するためのボルト１１ａ，１１ｂ及びボル
ト１１ａ，１１ｂに螺合するナット１２ａ，１２ｂを振
動子２の外周面に突出させるのではなく、振動子２の外
周面にボルト２４ａ，２４ｂのボルト頭を収容すること
ができる止め孔２６ａ，２６ｂ（本実施形態ではザグリ
孔）を形成した点である。

【００９３】このように、振動子２の外周面に止め孔２
６ａ，２６ｂを設けたことにより、振動子２の外面に出
っ張り部がなくなる。したがって、第１実施形態〜第３
実施形態と全く同様にして、リード線１９ａ，１９ｂ，
２０ａ，２０ｂを外部に出っ張らせないことと併せて、
振動子２の外面に余分な出っ張りが生じなくなる。

【００９４】なお、第１実施形態とは異なり、本実施形
態では、貫通孔２５ａ，２５ｂの内面に雌ネジ部を形成
し、ボルト２４ａ，２４ｂと螺合させることにより、ナ
ットを用いて締結する必要がなくなり、超音波アクチュ
エータ１−３の部品点数を低減することができる。

【００９５】（変形形態）以上説明した各実施形態で
は、振動アクチュエータとして超音波振動域の振動を利
用す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した振動
アクチュエータについて、等しく適用することができ
る。

【００９６】また、各実施形態では、小径部が３つ形成
された振動子を備える振動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、小径部が一つ以上形
成された振動子を備える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。

【００９７】また、各実施形態では、２つの弾性体から
なる振動子を例にとって説明を行ったが、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、３つ以上の弾性体からなる振動子を備
え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。

【００９８】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のみに限定さ
れるものではなく、電歪素子等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。

【００９９】さらに、各実施形態では、弾性体に２次の
捩じり振動と１次の縦振動とが生じる振動子を用いた振
動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、弾性体に１次以上の捩じり振動と１次以上の
縦振動とが生じる振動子を備える振動アクチュエータに
ついても等しく適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる超音波アクチュエータの第１実
施形態を示す縦断面図である。

【図２】第１実施形態の超音波アクチュエータにおける
振動子の説明図であって、図２（ａ）は振動子の上面
図，図２（ｂ）は振動子の側面図，図２（ｃ）は振動子
に発生する振動波形例を示すグラフである。

【図３】第１実施形態における振動子を構成する半弾性
体、捩じり振動用圧電体、縦振動用圧電体及び電極の配
置を示す分解斜視図である。

【図４】半弾性体の小径部内において露出した状態の電
極を拡大して示す斜視図である。

【図５】第１実施形態における振動子のリード線接合状
況を示す説明図であって、図５（ａ）は側面図，図５
（ｂ）はリード線設置高さにおける横断面図である。

【図６】第１実施形態における振動子に発生する捩じり
振動（Ｔモード）及び縦振動（Ｌモード）を組み合わせ
ることにより、駆動面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７】第２実施形態にかかる超音波アクチュエータを
構成する半弾性体の小径部内における電極を拡大して示
す斜視図である。

【図８】第３実施形態における振動子を構成する半弾性
体、捩じり振動用圧電体、縦振動用圧電体及び電極の配
置を示す分解斜視図である。

【図９】本発明にかかる振動アクチュエータの第４実施
形態の超音波アクチュエータを示す縦断面図である。

【図１０】縦−捩じり振動型の振動アクチュエータの従
来例を示した斜視図である。

【図１１】振動アクチュエータのステータ１０１を展開
した状態で示す斜視図である。

【図１２】異形モード縮退型の振動アクチュエータにお
いて、振動子を構成する弾性体に発生する縦振動と捩じ
り振動とを組み合わせることにより端面である駆動面に
楕円運動を生じさせる原理を経時的に示す説明図であ
る。

【図１３】振動子に接合される圧電体の配置例を示す説
明図であって、図１３（ａ）は上面図、図１３（ｂ）は
側面図、図１３（ｃ）は縦振動，捩じり振動それぞれの
振動波形例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 振動アクチュエータ（超音波アクチュエータ） ４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ 電気機械変換素子（圧電体） ６ａ，６ｂ 半弾性体 ７ａ，７ｂ 小径部 ８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ 電極部材（電極） １９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ 駆動信号伝達部材
（リード線）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側面に環状の溝部が少なくとも一つ形成
   された柱状の弾性部材を中心軸と平行な平面で複数に分
   割して得られる複数の弾性体と，隣り合う前記弾性体そ
   れぞれの分割面により挟まれた状態で保持され、駆動信
   号により励振される電気機械変換素子と，前記分割面に
   より、前記電気機械変換素子に積層状態で接合されて保
   持される電極部材と，前記電極部材に接続されて、前記
   駆動信号を入力するための駆動信号伝達部材とを備える
   振動アクチュエータであって、 前記溝部の内部において、前記駆動信号伝達部材は前記
   電極部材に接続され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、 前記駆動信号伝達部材は、前記溝部の内部に収容される
   ことにより前記弾性体の前記側面から突出しないことを
   特徴とする振動アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載された振動アクチュエー
   タにおいて、 前記駆動信号伝達部材は、前記溝部の所定位置から外部
   へ取り出され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、 前記溝部の内部では、前記電気機械変換素子の一部又は
   全部が切り欠かれることにより前記電極部材の露出部が
   形成されており、前記露出部に前記駆動信号伝達部材が
   接続され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、 前記溝部の内部では、前記電極部材に接続されるととも
   に前記電気機械変換素子の反電極部材側の表面に向けて
   伝達部材接続部が形成されており、前記伝達部材接続部
   に前記駆動信号伝達部材が接続されることを特徴とする
   振動アクチュエータ。