JPH0947048A - 超音波アクチュエータ用振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動体の形状が限定されることがなく、大き
な推力が得られ、しかも移動体の移動方向の転換が容易
な超音波アクチュエータ用振動子を提供する。 【解決手段】 一対の円形リング状の弾性体１の間に第
１の圧電体３及び第２の圧電体４が配置され、六角穴付
ボルト２４及びナット２５によりワッシャ２６を介して
締付け固定されている。両圧電体３，４はそれぞれ相反
する方向に分極された半割リング状の圧電素子３ａ，３
ｂ，４ａ，４ｂと、その間に配置された電極板６ａ，６
ｂとから構成され、振動子２の軸方向と平行な中心面を
境にして両側に対称に配置されている。第１の圧電体３
の電極板６ａがアンプ２７及びフェイズシフタ２８を介
して２相発振器２９と接続され、第２の圧電体４の電極
板６ｂが２相発振器２９と接続されている。また、弾性
体１が接地されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電素子を用いた超
音波アクチュエータ用振動子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波アクチュエータは、電磁式アクチ
ュエータ等の他のアクチュエータに比較して、小型、軽
量、低コストの割りに高推力が得られるという特長があ
る。この種の超音波アクチュエータ用の圧電振動子とし
て、特開昭６３−３１６６７４号公報には、振動子先端
に電気信号により任意の方向に曲線閉路の軌跡を描くこ
とができる圧電振動子が提案されている。図３３に示す
ように、この圧電振動子５１は分極方向が互いに逆にな
った２領域を有する第１の圧電素子５１ａと、全領域が
同じ分極方向を有する第２の圧電素子５１ｂとが基準電
極５２ｃを挟んで積層されている。第１の圧電素子５１
ａには基準電極５２ｃと対向するとともに圧電素子５１
ａを２領域に分割するように電極５２ａ，５２ｂが形成
されている。第２の圧電素子５１ｂには基準電極５２ｃ
と対向するように電極５２ｄが形成されている。圧電振
動子５１の電極５２ａ，５２ｂ側に振動体５３が接着さ
れる。そして、電極５２ａ，５２ｂをリード線５４ａで
短絡した状態で第１の圧電素子５１ａにリード線５４
ａ，５４ｂを介して交流電源５５ａから周期電圧を印加
し、第２の圧電素子５１ｂにリード線５４ｂ，５４ｃを
介して交流電源５５ｂから周期電圧を印加する。

【０００３】第１の圧電素子５１ａのみに周期電圧が印
加されると、圧電素子５１ａは振動体５３の先端部５３
ａに円弧状軌跡の往復運動を発生させる。第２の圧電素
子５１ｂのみに周期電圧が印加されると、圧電素子５１
ｂは振動体５３の先端部５３ａに振動体５３の中心軸方
向に直線状軌跡の往復運動を発生させる。従って、両圧
電素子５１ａ，５１ｂに印加する電圧の周期を異ならせ
たり、同周期で位相を異ならせて、第１，第２の圧電素
子５１ａ，５１ｂにより発生する振動を合成することに
より、振動体５３の先端部５３ａに曲線閉路の軌跡を形
成する振動を生じさせることができる。

【０００４】また、特開平５−６４４６５号公報には、
駆動源としては縦方向振動を励振させるだけで十分であ
りながら、例えば可動体等の外部に向けて付与する出力
の動作方向を簡単に切り替えることができる超音波トラ
ンスデューサが提案されている。このトランスデューサ
は図３４（ａ）に示すように、縦方向振動を出力する縦
方向励振手段６１と、その縦方向振動を受けてその振動
方向と交差する方向に撓み振動を出力させる振動方向制
御手段６２とによって形成されている。縦方向励振手段
６１はランジュバン型縦振動子で形成され、軸方向に振
動する縦方向圧電素子６３を備え、２つの電極６４ａ，
６４ｂを介して電源６５により駆動電圧が印加される。
振動方向制御手段６２は縦方向励振手段６１の端面に一
方の端面が密着された圧電素子６６と、その他端面に密
着された振動子６７とによって形成されている。そし
て、縦方向励振手段６１から縦方向振動が出力される
と、これを受けた振動方向制御手段６２が、その縦方向
振動と交差する方向に振動する撓み振動を出力し、この
撓み振動と前記縦方向振動とが合成されて振動方向制御
手段６２がリサージュを描いて振動する。

【０００５】また、特開平６−１９７５７２号公報に
は、図３４（ｂ）に示すように、円柱状金属ブロック７
１、リング状圧電振動子７２、分割電極７３ａ，７３
ｂ、リング状圧電振動子７４、リング状電極７５及び金
属ブロック７６を順次当接状態で積層し、ねじ７７で締
付け固定した振動式駆動手段（振動子）７８が提案され
ている。この振動式駆動手段７８は分割電極７３ａ，７
３ｂのいずれか一方とリング状電極７５との間に高周波
の交流電圧を印加することにより、軸方向に縦振動及び
屈曲振動が発生し、駆動面７１ａ上の任意の一点は楕円
軌跡を描いて運動する。そして、交流電圧を印加する分
割電極７３ａ，７３ｂを切り換えることにより、楕円軌
跡の運動方向が変更可能となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−３１６６
７４号公報に記載の圧電振動子では、第１の圧電素子５
１ａに、左右の分極方向が異なるものを用いているた
め、圧電素子中心近傍の境界では未分極領域が存在し、
左右に均一な分極処理を施すことが難しいため、左右の
振動特性を合わせ難い。また、この第１の圧電素子５１
ａは、左右両端の最大変位によって振動体５３の先端部
５３ａに円弧状往復振動を生じさせる。そのため、円弧
状往復振動の変位を大きくさせるためには、第１の圧電
素子５１ａの左右両端の距離を大きく取る構造となって
いる。

【０００７】また、上、下面の第１の圧電素子５１ａ及
び第２の圧電素子５１ｂの分極方向が右と左側で異なっ
ている。その結果、図３５（ａ）に示すように、左側は
上が伸びた時に下が縮み、下が伸びた時に上が縮む振動
となる。また、図３５（ｂ）に示すように、右側は上下
同じに伸縮する。従って、上、下面の第１の圧電素子５
１ａは、第２の圧電素子５１ｂがある場合、右と左の振
動が異なり、かつ圧電素子が一体構造になっているの
で、互いに両振動変位の影響を受けることになり、振動
子全体の振動変位が小さく抑えられてしまい効率の悪い
振動子になる可能性がある。

【０００８】さらに、振動変位を拡大させるため、上下
面の第１の圧電素子５１ａ及び第２の圧電素子５１ｂを
それぞれ複数ずつ積層化することも提案されているが、
上述の不均一な振動変位特性を生じる第１の圧電素子５
１ａ及び第２の圧電素子５１ｂの組合せを選定している
ため、その効果はあまり期待できないと考えられる。従
って、この圧電振動子は構造から判断すると比較的低推
力用のアクチュエータ用振動子としては有効であるが、
小型で大きな推力を必要とするアクチュエータ用振動子
には適さないと思われる。

【０００９】特開平５−６４４６５号公報及び特開平６
−１９７５７２号公報に記載の装置では、棒状振動子の
縦振動及び屈曲振動の長さ共振を利用しているため、軸
方向に長くなる。また、振動子の最適な支持固定方法が
無いため、振動の節（ノード）近傍にフランジを設けた
り、外周の数カ所に周辺支持固定部位を設けるなどの必
要があり、装置が大型化するという問題がある。さら
に、共振を利用するので、設計の自由度が小さく振動子
の寸法が限定されたものしか製作できないという問題も
ある。

【００１０】本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであって、その第１の目的は、振動体の形状の限
定が少なく、大きな推力が得られる超音波アクチュエー
タ用振動子を提供することにあり、第２の目的は、第１
の目的に加えて移動体の移動方向の転換を容易に行うこ
とが可能な超音波アクチュエータ用振動子を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め請求項１に記載の発明では、伸縮振動を呈する圧電素
子により構成される超音波アクチュエータ用振動子であ
って、第１の方向に対して圧電素子を少なくとも２層に
配置し、そのうちの少なくとも２層の圧電素子を、前記
第１の方向と平行な面を境にして第１の圧電体と第２の
圧電体とに分割して配置するとともに、第１の圧電体と
第２の圧電体はそれぞれ前記第１の方向と直交する面を
境にして互いに異なる側にそれぞれの分極方向が前記第
１の方向と平行で互いに逆方向となる圧電素子で構成さ
れている請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の
発明において、前記第１の方向と直交する状態でかつ前
記第１の圧電体及び第２の圧電体と対向可能に圧電素子
で構成される第３の圧電体が配置され、該第３の圧電体
は前記第１の方向と直交する面を境にして互いに異なる
側にそれぞれの分極方向が前記第１の方向と平行で互い
に逆方向となる少なくとも２層の圧電素子で構成されて
いる。

【００１２】請求項３に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記第１の方向が振動子の軸方向で
あり、該第１の方向と平行な振動子の中心面を境にして
前記第１の圧電体と第２の圧電体とを分割して配置し、
振動子の中心軸を基準として前記第１の圧電体と第２の
圧電体に対して９０°位相をずらすとともに第１の圧電
体及び第２の圧電体と干渉しない位置に第４の圧電体と
第５の圧電体とが配置され、該第４の圧電体及び第５の
圧電体は前記第１の方向と直交する面を境にして互いに
異なる側にそれぞれの分極方向が前記第１の方向と平行
で互いに逆方向となる少なくとも２層の圧電素子で構成
されている。

【００１３】請求項４に記載の発明では、伸縮振動を呈
する圧電素子により構成される超音波アクチュエータ用
振動子であって、第１の方向と平行な面を境にして両側
にそれぞれ第１の圧電素子と第２の圧電素子とがそれぞ
れ少なくとも１個ずつ配置され、前記第１の方向と直交
する状態でかつ該第１の圧電素子及び第２の圧電素子と
対向可能に第３の圧電素子が配置され、第１の圧電素子
及び第２の圧電素子の分極方向と、第３の圧電素子の分
極方向とは、前記第１の方向と直交する面を境にして互
いに異なる側に前記第１の方向と平行で互いに逆方向と
なるように設定されている。

【００１４】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記振動
子は前記各圧電素子が一組の弾性体間に配置されるとと
もに、弾性体を貫通する締結具により締め付け固定され
ている。

【００１５】請求項１、請求項２及び請求項４に記載の
発明では、振動子の端部は、第１の方向と平行な面を境
にして両側配置された圧電素子の伸縮振動により、図１
（ａ）に示すの工程の変位を生じ、振動子の端
面１ａの任意の一点（例えばＭ）は図１（ｂ）に示す変
位となる曲線閉路の軌跡Ｑの運動を行う。の工程に
おいて横方向の推力に相当するものが偶力の回転モーメ
ントとして得られ、かつその偶力が前記振動子の軸方向
と平行な面を境にして配置された圧電素子の伸縮振動に
より積極的に生じさせられて、横方向の振動成分の大き
な変位が得られる。

【００１６】この振動子の端面が呈する曲線閉路の軌跡
とは、移動体を一方向に移動させることができる曲線Ｃ
Ｌであり、例えば、真円（図１等に記載のもの）、楕円
（図３６の（ａ））、歪んだ楕円（図３６の（ｂ））、
８の字型の曲線（図３６の（ｃ））等である。すなわ
ち、図３７のように曲線ＣＬでも内部の空間のない曲線
等の曲線開路の軌跡では、移動体を移動させることがで
きず、内部に空間を有する曲線閉路の軌跡であれば、移
動体を移動させることができる。

【００１７】請求項３に記載の発明では、互いに９０°
の位相差で配置された２組の圧電体のいずれの組の圧電
体を駆動するかにより振動子が移動体に与える移動方向
が４方向に変更される。

【００１８】請求項５に記載の発明では、各圧電素子は
一組の弾性体間に配置されるとともに、弾性体を貫通す
る締結具により締め付け固定される。圧電素子を配置
（積層化）する手段として接着接合によるものと比較し
て、締結具を用いて圧電素子を配置（積層化）する方
が、駆動時に圧電素子がずれにくく、安定な振動特性を
得ることができる。また、振動子の中心において弾性体
を貫通する締結具により締め付け固定する場合、締結具
による締付け部が振動子の中心軸となる。そして、中心
軸を挟んで対称に配置された圧電素子に生じる伸縮振動
による力が偶力の回転モーメントを発生させ易くなる。

【００１９】本発明において、第１の方向とは、どのよ
うな方向でもよく、また該第１の方向と平行な面も、振
動子内のどのような面でもよい。その中でも、第１の方
向が振動子の軸方向であり、該第１の方向（振動子の軸
方向）に平行な面が振動子の中心面であるのが好まし
い。これは、振動子の中心面の両側に均等に圧電素子を
配置でき、バランスのよい変位を得ることができるため
である。

【００２０】また、振動子は、圧電素子のみで構成して
もよく、また圧電素子と弾性体とを組み合せて構成して
もよい。また、圧電素子を積層化する手段としては、接
着接合する形態、締結具により締め付け固定する形態
等、どのような形態でもよいが、前記に示したように、
締結具により締め付け固定する形態が好ましい。

【００２１】本発明の振動子は弾性体等の軸方向長さ共
振を利用した構造を特別に取らずに（共振利用も可）、
圧電素子の伸縮振動をベースにした構造をとる。そのた
め、設計のバリエーションが数々考えられる。例えば、
圧電素子の薄いものがあれば、極めて薄い振動子の構成
ができる。また、圧電素子の形状及び弾性体の形状につ
いても特別な限定が少ない。

【００２２】また、本発明の振動子は弾性体と圧電素子
とをねじ止め、ボルト締め等の機械的結合方法により簡
単に作製することが可能である。なお、振動子の基端を
完全な固定部にして、片持ち構成としてもよい。さら
に、本発明の振動子に用いる移動体との接触部となる弾
性体突起部は、ボルト等の頭部を利用し、弾性体と圧電
素子の締結と変位拡大の両方の機能を兼ね備えるように
できる。

【００２３】また、振動子は弾性体等の共振を特別利用
していないので、共振周波数を厳密に管理する必要がな
い。その結果、多数の振動子を用いてアクチュエータを
構成する場合にも、作製が容易となる。

【００２４】本発明の振動子を利用した超音波アクチュ
エータは、小型、軽量で低速、高推力が必要な機器類及
び装置等に使用できる。薄型、小型化を必要とし、電磁
式アクチュエータでは使用できない部位等での使用に適
している。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）請求項１に記載の発明は、例えば
図２に示すように、振動子２の軸方向と平行な中心面を
境にして両側に配置された第１の圧電体３及び第２の圧
電体４は、一対の弾性体１を介して締結具５により締付
固定される。両圧電体３，４はそれぞれ相反する方向に
分極された（振動子の軸方向と直交する面を境にして互
いに異なる側にそれぞれの分極方向が振動子の軸方向と
平行で互いに逆方向となる）２層の圧電素子３ａ，３
ｂ，４ａ，４ｂで構成される。この２層の圧電素子３
ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ間に配置された電極板６ａ，６ｂ
を介してＡ相及びＢ相の交流駆動電圧が両圧電体３，４
に印加される（発振器、位相器、アンプ等は図示せ
ず）。Ａ相とＢ相とに位相差＋９０°を与えた場合、図
３（ａ）の駆動電圧・変位波形になり、両圧電体３，４
はそれぞれ対応する駆動電圧波形と同じ形態の変位とな
る。即ち、の時点では両圧電体３，４が伸びて図１
（ａ）のの状態となり、の時点では第１の圧電体３
が縮むとともに第２の圧電体４が伸びて図１（ａ）の
の状態となる。の時点では両圧電体３，４が縮んで図
１（ａ）のの状態となり、の時点では第１の圧電体
３が延びるとともに第２の圧電体４が縮んで図１（ａ）
のの状態となる。従って、振動子２の先端の中心軸近
傍（点Ｍ）では図１（ｂ）に示す反時計方向回りの変位
の楕円軌跡が得られる。

【００２６】Ａ相とＢ相とに位相差−９０°を与えた場
合には図３（ｂ）の駆動電圧・変位波形になり、両圧電
体３，４はそれぞれ対応する駆動電圧波形と同じ形態の
変位となる。従って、→→→の順で変位が生
じ、点Ｍの時計方向回りの変位の楕円軌跡が得られる。
即ち、Ａ，Ｂ相の印加電圧の位相差を＋９０°と−９０
°とに切り換えることにより、変位の楕円軌跡の方向転
換が行われる。

【００２７】また、図４に示すように振動子２の構成は
図２のものとほぼ同じで、第１の圧電体３及び第２の圧
電体４と対応する位置に弾性体の突起Ｔａ，Ｔｂを設け
た場合は、２相駆動とする代わりに、１相駆動でスイッ
チ７の切り換えにより変位の方向転換が行われる。図６
に示すように、突起Ｔａの最適位置は第１の圧電体３の
幅方向の中心軸Ｏａに対して右側位置近傍（振動のルー
プ（腹）とノード（節）の間）に、第２の圧電体４の幅
方向の中心軸Ｏｂに対して左側位置近傍（振動のループ
（腹）とノード（節）の間）となる。

【００２８】図５（ａ）に示すように圧電体３，４が伸
縮振動した場合、その左右端近傍付近は図５（ｂ）に示
すように変位の勾配を生じる。その変位の勾配の直上に
弾性体突起を設けた場合、突起の先端部にはΔｘ、Δｙ
の２成分の変位が生じる。弾性体１は圧電体３，４の伸
縮振動に基づいて図６に示すような変位の勾配を生じ
る。そして、第１の圧電体３側に設けられた突起Ｔａ
は、Δｙの変位を生じた際に＋Δｘの変位を同時に生
じ、突起Ｔａ先端に移動体８を当接すると、図７（ａ）
に示すように、合成変位として右斜め方向に移動させる
振動変位成分が生じ、移動体８を右方向に移動させよう
とする。また、第２の圧電体４側に設けられた突起Ｔｂ
は、Δｙの変位を生じた際に−Δｘの変位を同時に生
じ、突起Ｔｂ先端に移動体８を当接すると、図７（ａ）
と同様に図７（ｂ）に示すように、合成変位として左斜
め方向に移動させる振動変位成分が生じ、移動体８を左
方向に移動させようとする。

【００２９】従って、スイッチ７の切換えにより駆動す
る圧電体３，４を選択することにより、移動体８の方向
転換が可能になる。突起Ｔａ，Ｔｂは別々に設けた方が
効率は良いが、一体的に設けてもよい。その際、振動子
２の中心軸の振動のノードＮ近傍の上面には突起等の弾
性的マスは無い方が望ましい。

【００３０】（第２の実施の形態）請求項２に記載の発
明では、例えば図８に示すように、第１及び第２の圧電
体３，４が弾性体１及び第３の圧電体９を介して締結具
５により締付固定される。第１及び第２の圧電体３，４
と第３の圧電体９との間には接地電極１０が配設され、
第３の圧電体９は相反する方向に分極された（振動子の
軸方向と直交する面を境にして互いに異なる側にそれぞ
れの分極方向が振動子の軸方向と平行で互いに逆方向と
なる）２層の圧電素子９ａ，９ｂ間に配置された電極板
１１を介して交流駆動電圧が印加される（発振器、位相
器、アンプ等は図示せず）。第１及び第２の圧電体３，
４には電極板６ａ，６ｂ及びスイッチ７を介して交流駆
動電圧が印加される。

【００３１】スイッチ７を第１の圧電体３側の端子Ｂ₁
と短絡した場合は、図９（ａ）に示す振動子と同じとな
り、第１の圧電体３の伸縮振動により、突起Ｔａに＋Δ
ｘ、Δｙの２成分の変位が生じる。そして、突起Ｔａを
移動体に当接すると、移動体は図９（ａ）の右方向に移
動する。また、スイッチ７を第２の圧電体４側の端子Ｂ
₂ と短絡した場合は、図９（ｂ）に示す振動子と同じと
なり、第２の圧電体４の伸縮振動により突起Ｔｂに−Δ
ｘ、Δｙの２成分の変位が生じる。そして、突起Ｔａを
移動体に当接すると、移動体は図９（ｂ）の左方向に移
動する。第１の圧電体３あるいは第２の圧電体４に交流
駆動電圧が印加されとき、第３の圧電体９にも同じ交流
駆動電圧が印加され、第３の圧電体９の伸縮振動によ
り、±Δｘ、Δｙ成分が拡大される。

【００３２】なお、駆動方法として、第３の圧電体９を
Ａ相の電源に接続し、第１及び第２の圧電体３，４をＢ
相の電源にスイッチを介して接続し、Ａ相及びＢ相間に
±９０°の位相差の電圧を与えた状態で、その切換えを
スイッチで行ってもよい。

【００３３】（第３の実施の形態）請求項４に記載の発
明では、例えば図１０に示すように、電極板６ａ，６ｂ
を介して第１及び第２圧電素子１２，１３と第３圧電素
子１４とを積層するとともに弾性体１を介して締結具５
により締付固定する。電極板６ａ，６ｂにはスイッチ７
を介して交流駆動電圧が印加される（発振器、位相器、
アンプ等は図示せず）。第１及び第２圧電素子１２，１
３の分極方向は互いに同じで、第３圧電素子１４の分極
方向とは、振動子２の軸方向と直交する面を基準として
相反する（振動子の軸方向と直交する面を境にして互い
に異なる側にそれぞれの分極方向が振動子の軸方向と平
行で互いに逆方向となる）ように設定されている。

【００３４】スイッチ７を第１圧電素子１２側の端子Ａ
と短絡した場合は、図１１（ａ）に示す振動子と同じと
なり、第１圧電素子１２及び第３圧電素子１４の伸縮振
動により、突起Ｔａに＋Δｘ、Δｙの２成分の変位が生
じる。そして、突起Ｔａを移動体に当接すると、移動体
は図１１（ａ）の右方向に移動する。また、スイッチ７
を第２圧電素子１３側の端子Ｂと短絡した場合は、図１
１（ｂ）に示す振動子と同じとなり、第２圧電素子１３
及び第３圧電素子１４の伸縮振動により、突起Ｔａに−
Δｘ、Δｙの２成分の変位が生じる。そして、突起Ｔｂ
を移動体に当接すると、移動体は図１１（ｂ）の左方向
に移動する。

【００３５】（第４の実施の形態）請求項３に記載の発
明では、例えば図１２（上面図）及び図１３（ａ），
（ｂ）（側面図）に示すように、一対の弾性体１の間に
第１及び第２の圧電体３，４の他に、中心軸を基準とし
て両圧電体３，４に対して９０°位置的に位相をずらす
とともに、第１及び第２の圧電体３，４と干渉しない同
じ平面上に第４の圧電体１５及び第５の圧電体１６とが
配置されている。第１及び第２の圧電体３，４には圧電
素子３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ間に配置された電極板６
ａ，６ｂを介してＡ相あるいはＢ相の交流駆動電圧がそ
れぞれ印加される（発振器、位相器、アンプ等は図示せ
ず）。第４の圧電体１５を構成する圧電素子１５ａ，１
５ｂ間に配置された電極板１７ａにはＣ相の交流駆動電
圧が、第５の圧電体１６を構成する圧電素子１６ａ，１
６ｂ間に配置された電極板１７ｂにはＤ相の交流駆動電
圧がそれぞれ印加される（発振器、位相器、アンプ等は
図示せず）。

【００３６】Ａ相とＢ相とに＋９０°の位相差を与えて
２相駆動で振動子２を駆動すると、図２に示した振動子
２の場合と同様に移動体を図１２の左側に移動させる、
変位となる曲線閉路の軌跡（真円軌跡、楕円軌跡等）の
運動が反時計方向回りに生じる。Ａ相とＢ相とに−９０
°の位相差を与えて２相駆動で振動子２を駆動すると、
移動体を図１２の右側に移動させる、変位となる曲線閉
路の軌跡の運動が時計方向回りに生じる。また、Ｃ相と
Ｄ相とに＋９０°の位相差を与えて２相駆動で振動子２
を駆動すると、移動体を図１２の下側に移動させる、変
位となる曲線閉路の軌跡の運動が反時計方向回りに生じ
る。Ｃ相とＤ相とに−９０°の位相差を与えて２相駆動
で振動子２を駆動すると、移動体を図１２の上側に移動
させる、変位となる曲線閉路の軌跡の運動が時計方向回
りに生じる。

【００３７】また、図１４（ａ），（ｂ）に示すよう
に、一対の弾性体１の間に第１及び第２の圧電体３，４
の他に、中心軸を基準として両圧電体３，４に対して９
０°位相をずらし、かつ第１及び第２の圧電体３，４に
対して下側に第４の圧電体１５及び第５の圧電体１６と
を配置した構成とした場合も、ほぼ同様の作用がなされ
る。即ち、Ａ相とＢ相とに±９０°の位相差を与えて２
相駆動で振動子２を駆動すると、図１４（ａ）の矢印Ａ
Ｂ方向に移動体を移動させる、変位となる曲線閉路の軌
跡の運動が振動子２の端面に生じる。また、Ｃ相とＤ相
とに±９０°の位相差を与えて２相駆動で振動子２を駆
動すると、図１４（ａ）の矢印ＣＤ方向に移動体を移動
させる、変位となる曲線閉路の軌跡の運動が振動子２の
端面に生じる。

【００３８】振動子２の駆動方法としては、前記のよう
に位置的に１８０°の角度をおいて対向するＡ相−Ｂ
相、Ｃ相−Ｄ相の組合せで位相差を与えた２相駆動が一
般的であるが、用途によっては、Ａ相−Ｃ相、Ａ相−Ｄ
相、Ｂ相−Ｄ相、Ｂ相−Ｃ相のように位置的に９０°の
角度をおいて対向する組合せを採用してもよい。

【００３９】また、弾性体突起を第１、第２、第４及び
第５の各圧電体３，４，１５，１６と対応する所定位置
に設け、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各端子にスイッチを介して交
流駆動電圧を印加するようにしてもよい（発振器、アン
プ等は図示せず）。

【００４０】（第５の実施の形態）次に多数の振動子２
を使用してアクチュエータに適用した実施の形態を図１
５に従って説明する。長尺の移動体８の長手方向（図１
５の左右方向）に沿って複数個（この実施例では３個）
の振動子２が配設されている。移動体８を挟んで振動子
２と反対側にはガイドローラ１８が配置されている。振
動子２は第１の実施の形態の振動子２とほぼ同様に構成
されている。振動子２の基端側が支持フレーム１９に対
してコイルばね等の加圧手段２０を介して取付けられ、
各振動子２は移動体８をガイドローラ１８側へ押圧する
状態に配設されている。各振動子２の第１の圧電体３の
電極板６ａはそれぞれ共通の交流駆動源２１に接続さ
れ、第２の圧電体４の電極板６ｂはそれぞれ共通の交流
駆動源２２に接続されている（アンプ、位相器等は図示
せず）。

【００４１】各振動子２の第１の圧電体３と第２の圧電
体４に対して＋９０°の位相差で交流駆動源２１，２２
から電圧が印加されると、各振動子２の先端に図１５の
反時計方向回りの変位となる曲線閉路の軌跡が発生し、
移動体８が図１５の左方向へ移動させられる。また、各
圧電体３，４に対して−９０°の位相差の電圧が印加さ
れると、各振動子２の先端に図１５の時計方向回りの変
位となる曲線閉路の軌跡が発生し、移動体８が図１６の
右方向へ移動させられる。即ち、この多数の振動子２を
使用したアクチュエータでは２個の交流駆動源２１，２
２の印加電圧の位相差を変更することにより、移動体８
の移動方向を転換できる。

【００４２】（第６の実施の形態）次にアクチュエータ
に適用した第６の実施の形態を図１６に従って説明す
る。この実施の形態では振動子を構成する弾性体を複数
の振動子で共通化した点が前記第５の実施の形態と異な
っており、その他の部分は同じである。即ち、各振動子
２の第１及び第２の圧電体３，４はそれぞれ共通の１組
の弾性体２３間に挟持されている。この場合も各圧電体
３，４に対して＋９０°の位相差の電圧が印加される
と、移動体８が図１６の左方向へ移動させられ、−９０
°の位相差の電圧が印加されると、移動体８が図１６の
右方向へ移動させられる（アンプ、位相器等は図示せ
ず）。なお、いずれか一方の弾性体２３のみを共通化し
てもよい。

【００４３】（第７の実施の形態）次にアクチュエータ
に適用した第７の実施の形態を図１７〜図１９に従って
説明する。この実施の形態では振動子２が移動体８に対
して上下左右の４方向から当接する構成とした点が前記
第５及び第６の実施の形態と異なり、各振動子２自体の
構成は基本的に第５の実施の形態と同じである。図１７
に示すように、支持フレーム１９は断面八角筒状に形成
され、その互いに対向する面に振動子２が対をなすよう
に配設されている。

【００４４】図１８に示すように、支持フレーム１９の
上下両側に配設された各振動子２は、第１の圧電体３と
第２の圧電体４とが移動体８の移動方向と直交する平面
を挟んで対称位置となるように支持フレーム１９に取付
けられている。また、支持フレーム１９の左右両側に配
設された各振動子２も、第１の圧電体３と第２の圧電体
４とが移動体８の移動方向と直交する平面を挟んで対称
位置となるように支持フレーム１９に取付けられてい
る。各振動子２は移動体８に当接するボス部１ｂを有す
る弾性体１を備えている。また、図１９に示すように、
各振動子２の第１の圧電体３の電極板６ａはそれぞれ共
通の交流駆動源２１に接続され、第２の圧電体４の電極
板６ｂはそれぞれ共通の交流駆動源２２に接続されてい
る（アンプ、位相器等は図示せず）。

【００４５】各振動子２の第１の圧電体３と第２の圧電
体４に対して＋９０°の位相差で交流駆動源２１，２２
から電圧が印加されると、支持フレーム１９の下側に配
置された振動子２の先端には反時計方向回りの変位とな
る曲線閉路の軌跡が発生し、上側に配置された振動子２
の先端には時計方向回りの変位となる曲線閉路の軌跡が
発生する。この変位となる曲線閉路の軌跡の方向は移動
体８を図１８の左方向へ移動させる方向となる。また、
移動体８の左右両側に配設された振動子２の先端にもそ
れぞれ移動体８を図１８の左方向へ移動させる方向の変
位となる曲線閉路の軌跡が発生する。その結果、各振動
子２の共同作用により移動体８が高推力で図１８の左方
向へ移動する。各第１及び第２の圧電体３，４に対して
−９０°の位相差で交流電源２１，２２から電圧が印加
されると、移動体８は図１８の右方向に移動する。この
実施の形態では第５の実施の形態のように移動体８の１
面にのみ当接する振動子２を複数備えたアクチュエータ
に比較して４倍の推力が得られる。

【００４６】移動体８に対して上下左右に配置される振
動子２は必ずしもそれぞれ対向する位置に配置する必要
はない。また、移動体８の上下のみに振動子２を配設し
たり、移動体８の左右のみに振動子２を配設してもよ
い。

【００４７】本発明の振動子は、圧電素子の伸縮振動を
ベースにして、弾性体の構造、形状により、伸縮振動以
外の振動モードが結合するため、周波数を可変する事に
よっても、振動子先端における曲線閉路の軌跡の方向の
可変が可能である（第１〜７の実施の形態において）。

【００４８】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明をより具体化した第１実施
例を図２０及び図２１に基づいて説明する。振動子２
は、図２１に示すような、円形リング状の弾性体１と、
半割リング状の圧電素子３ａ等と、ほぼ半割リング状の
電極板６ａ等とを組み合わせて、締結具としての六角穴
付ボルト２４及びナット２５によりワッシャ２６を介し
て締付け固定することにより形成されている。図２１に
示すように、振動子２の軸方向と平行な中心面を境にし
て両側に、第１の圧電体３及び第２の圧電体４が対称に
配置されている。両圧電体３，４はそれぞれ相反する方
向に分極された（振動子の軸方向と直交する面を境にし
て互いに異なる側にそれぞれの分極方向が振動子の軸方
向と平行で互いに逆方向となる）２層の圧電素子３ａ，
３ｂ，４ａ，４ｂとその間に配置された電極板６ａ，６
ｂにより構成されている。圧電素子３ａ等の分極方向は
矢印で示す。

【００４９】弾性体１は材質を鋼として、外径２０ｍ
ｍ、内径８ｍｍで厚さ５ｍｍと１０ｍｍの２種類を用意
し、振動子２の基端側に厚さ１０ｍｍの弾性体１が配置
され、移動体に当接される側（六角穴付ボルト２４の頭
部側）に厚さ５ｍｍの弾性体１が配置されている。圧電
素子３ａ等は材質をＰＺＴ（ジルコン酸・チタン酸鉛系
の多結晶体）として、外径２０ｍｍ、内径８ｍｍ、厚み
４ｍｍの円形リング状のものを半割にするとともに、そ
の分割端面を削った形状とした。そして、両圧電体３，
４はその端面間に隙間がある状態で弾性体１間に配置さ
れている。電極板６ａ等には厚さ０．１ｍｍの銅板を外
径２０ｍｍ、内径８ｍｍの半割リングの外側に突部を備
えた形状に形成したものが使用されている。また、ワッ
シャ２６は外径２０ｍｍ、内径８ｍｍで厚さ１ｍｍのも
のが使用されている。

【００５０】この振動子２を、ナット２５の部位をプラ
スチック製のバイスで挟持して固定支持した。そして、
第１の圧電体３の電極板６ａをアンプ２７及びフェイズ
シフタ２８を介して２相発振器２９と接続した。第２の
圧電体４の電極板６ｂをアンプ２７を介して２相発振器
２９と接続した。また、弾性体１を接地した。両弾性体
１は六角穴付ボルト２４により互いに導通された状態に
あるため、基端側の弾性体１を接地することにより先端
側の弾性体１も自動的に接地される。

【００５１】まず、アクチュエータ用振動子として利用
できるか否かを検討するため、第１の圧電体３及び第２
の圧電体４に対して、電圧の位相差を＋９０°与えて、
周波数を２０〜７０ｋHzの間で順次変更しながら振動子
２を駆動するとともに、振動子２の先端即ち六角穴付ボ
ルト２４の頭部にベアリング３０を押し当てた状態で、
ベアリング３０の回転方向を観察した。その結果、周波
数が３５ｋHz及び５０ｋHz近傍で左方向（反時計回り方
向）、４０ｋHz近傍で右方向（時計回り方向）に正逆回
転する周波数領域が認められた。

【００５２】次に周波数を５０ｋHz近傍に固定し、電圧
の位相差を＋９０°から−９０°に変更した。振動子２
の先端に押し当てたベアリング３０の回転方向は右方向
（時計回り方向）となり＋９０°の位相差の場合と逆方
向になることが確認された。この結果から両圧電体３，
４に印加する電圧の位相差を変更することにより、変位
となる曲線閉路の軌跡の方向を変更することができ、移
動体の移動方向を変更できることが分かる。

【００５３】比較のため、両圧電体３，４に代えて外径
２０ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ４ｍｍのリング状圧電素子
３１ａ，３１ｂを２個用いるとともに、他の部品は図２
０の振動子２と同じものを用いて図２２に示す振動子を
構成した。この振動子について前記と同様な実験を行っ
た。前記周波数以外の周波数でベアリングが回転するの
が認められたが、両電極板６ａ，６ｂに印加する電圧の
位相差等を変更しても、変位の楕円軌跡の方向転換がで
きないことが確認された。この原因は一対の圧電素子３
１ａ，３１ｂに対して、分割した電極板６ａ，６ｂで位
相差を変えた電圧を印加した場合は、振動子の軸方向と
平行な中心面を境にして圧電素子３１ａ，３１ｂの左右
両側の部分が互いに他の部分の振動変位を拘束しあうの
で、圧電素子の片側毎に意図する状態の伸縮振動が独立
して生じないためと思われる。

【００５４】この結果から、振動子の軸方向と平行な中
心面を境にして、第１及び第２の圧電体３，４を分割し
て配置した場合のみに、本発明の駆動原理が再現できる
と考えられる。

【００５５】（第２実施例）次に第２実施例を図２３
（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施例では第１
及び第２の圧電体３，４を構成する圧電素子３ａ，３
ｂ，４ａ，４ｂの形状が前記実施例と異なっており、そ
の他の構成は同じである。前記実施例と同じものは同一
番号を付してその詳細な説明を省略する。

【００５６】ＰＺＴ製の圧電素子３ａ等は図２３（ｂ）
に示すように、直方体状に形成され、長さＬ＝１５ｍ
ｍ、幅Ｗ＝５ｍｍ、厚さ４ｍｍに設定した。そして、図
２３（ａ）に示すように、各圧電素子３ａ，３ｂ，４
ａ，４ｂを振動子２の中心面を境にして対称位置に配置
した。

【００５７】この振動子２を第１実施例と同様に２相発
振器２９に接続するとともに、同様な方法でベアリング
３０の回転状態を観察した。その結果、この実施例の振
動子２も周波数３５ｋHz及び５０ｋHz近傍でベアリング
３０が左方向回転（反時計回り）し、４０ｋHzで右方向
（時計回り方向）が確認された。また、周波数５０ｋHz
近傍で第１の圧電体３と第２の圧電体４とに印加する電
圧の位相差を＋９０°と−９０°とに変更することによ
り、ベアリング３０の回転方向、即ち変位となる曲線閉
路の軌跡の方向が変わるのが確認された。

【００５８】従って、圧電素子３ａ等の形状を変更して
も振動子２の作用は変わらず、圧電素子の形状が振動子
２の変位となる曲線閉路の軌跡を生ずる事に影響を与え
ないことが確認された。

【００５９】（第３実施例）次に第３実施例を図２４に
従って説明する。この実施例では振動子２の構成を片持
ち構造とした点が、前記第１及び第２実施例と大きく異
なっている。前記実施例と同じものは同一番号を付して
その詳細な説明を省略する。

【００６０】第１実施例の振動子２の構成部品のうち、
基端側の弾性体１（厚さ１０ｍｍ）に代えて、縦×横
（１００ｍｍ×１００ｍｍ）、厚さ１５ｍｍの基台（剛
体）３２を使用し、その中心に８ｍｍの孔３３をあける
とともに、底部にナット２５を収容する凹部３４を形成
した。そして、六角穴付ボルト２４が孔３３を貫通する
状態で第１及び第２の圧電体３，４を弾性体１（厚さ５
ｍｍ）と基台３２間に締付け固定した。

【００６１】そして、この振動子２を第１実施例と同様
に２相発振器２９に接続するとともに、同様な方法でベ
アリング３０の回転状態を観察した。その結果、周波数
３５ｋHz、５０ｋHz及び６０ｋHz近傍でベアリング３０
が左方向回転（反時計回り）し、３８ｋHz，４８ｋHzで
右方向（時計回り方向）が確認された。また、周波数５
０ｋHz近傍で第１の圧電体３と第２の圧電体４とに印加
する電圧の位相差を＋９０°と−９０°とに変更するこ
とにより、ベアリング３０の回転方向、即ち変位となる
曲線閉路の軌跡の方向が変わるのが確認された。

【００６２】従って、圧電素子の支持状態を片持ち支持
とした場合も、目的とする変位となる曲線閉路の軌跡が
得られるとともに、その方向を変更できることが確認さ
れた。

【００６３】（第４実施例）次に第４実施例を図２５及
び図２６に従って説明する。この実施例では圧電素子３
ａ等の外径及び厚さを変更した点が第３実施例と異なっ
ている。圧電素子３ａ等は、外径３０ｍｍ、内径８ｍ
ｍ、厚さ１ｍｍのＰＺＴ製の円形リングを半割にし、そ
の端面を削って第１及び第２の圧電体３，４の端面同士
が接触しないように形成した。電極板６ａ等には厚さ
０．１ｍｍの銅板を外径３０ｍｍ、内径８ｍｍの半割リ
ングの外側に突部を備えた形状に形成したものを使用し
た。図２６に示すように、リング状の弾性体１には中央
にボス部１ｂが形成されている。弾性体１は、外径３０
ｍｍ、内径８ｍｍ、大径部の厚さ３ｍｍ、ボス部１ｂの
厚さ５ｍｍに形成されている。そして、六角穴付ボルト
２４及びナット２５により第３実施例と同じ基台３２に
対して、圧電素子３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ及び弾性体１
を締付け固定して、片持ち構造の振動子２を構成した。

【００６４】そして、この振動子２を第１実施例と同様
に２相発振器２９に接続するとともに、同様な方法でベ
アリング３０の回転状態を観察した。その結果、周波数
３８ｋHz近傍でベアリング３０が回転するのが確認され
た。また、周波数３８ｋHz近傍で第１の圧電体３と第２
の圧電体４とに印加する電圧の位相差を＋９０°と−９
０°とに変更することにより、ベアリング３０の回転方
向、即ち変位となる曲線閉路の軌跡の方向が変わるのが
確認された。

【００６５】従って、圧電素子の外径及び厚さを変更し
た場合も、目的とする変位となる曲線閉路の軌跡が得ら
れるとともに、その方向を変更できることが確認され
た。 （第５実施例）次に第５実施例を図２７に従って説明す
る。この実施例では第１及び第２の圧電体３，４に加え
て第３の圧電体９を設けた点が前記各実施例と大きく異
なっている。第３の圧電体９を構成する部品以外は、第
１実施例の図２０に示す振動子２に使用したものと同じ
ものを使用した。第３の圧電体９を構成する圧電素子９
ａ，９ｂには外径２０ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ４ｍｍの
ＰＺＴ製の圧電素子を使用し、両圧電素子９ａ，９ｂ間
に配置される電極板１１には厚さ０．１ｍｍの銅板を外
径３０ｍｍ、内径８ｍｍのリングの外側に突部を備えた
形状に形成したものを使用した。そして、第３の圧電体
９が第１及び第２の圧電体３，４より振動子２の先端側
となる配置で、一組の弾性体１及び各圧電体３，４，９
を六角穴付ボルト２４及びナット２５によりワッシャ２
６を介して締付け固定して振動子２を形成した。

【００６６】第３の圧電体９の電極板１１をアンプ２７
及び位相シフタ２８を介して２相発振器２９と接続した
（図示せず）。第１の圧電体３の電極板６ａ及び第２の
圧電体４の電極板６ｂをスイッチ７を介して２相発振器
２９と接続可能とした。また、接地電極１０及び基端側
の弾性体１を接地した。そして、スイッチ７を切り換え
て、第１の圧電体３と第３の圧電体９との組合せ及び第
２の圧電体４と第３の圧電体９との組合せについてそれ
ぞれ前記各実施例と同様な方法でベアリング３０の回転
状態を観察した。その結果、周波数２４，３９，５３ｋ
Hz近傍でベアリング３０が左方向回転（反時計回り）す
るのが確認された。また、周波数３９ｋHz近傍で前記両
組合せの各圧電体に印加する電圧の位相差を＋９０°と
−９０°に変更することにより、ベアリング３０の回転
方向、即ち変位となる曲線閉路の軌跡の方向が変わるの
が確認された。

【００６７】なお、変位となる曲線閉路の軌跡の方向転
換は、前記組合せの各圧電体に印加する電圧の位相差を
与えなくても、スイッチ７の接点をＡとＢ₁ 、ＡとＢ₂
の組合せの切換えで可能であることも確認された。

【００６８】従って、振動子の軸方向と平行な中心面を
境にして分割して配置された第１及び第２の圧電体３，
４が直接弾性体１と接触した状態でなくても、目的とす
る変位となる曲線閉路の軌跡が得られるとともに、その
方向を変更できることが確認された。

【００６９】（第６実施例）次に第６実施例を図２８
（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施例では第１
及び第２の圧電体３，４に加えて、振動子２の中心軸を
基準として両圧電体３，４に対して９０°位相をずら
し、かつ第１及び第２の圧電体３，４に対して下側に第
４の圧電体１５及び第５の圧電体１６とを配置した点が
前記各実施例と大きく異なっている。第１実施例の図２
０に示す振動子２に使用したものと同じ部品に加えて、
第４及び第５の圧電体１５，１６を構成する圧電素子１
５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは圧電素子３ａ等と同じ
半割リング状のＰＺＴ製圧電素子を使用し、電極板１７
ａ，１７ｂには電極板６ａと同じ突部を有する半割リン
グ状の電極板を使用した。各圧電体３，４，１５，１６
を一組の弾性体１間に配置して、六角穴付ボルト２４及
びナット２５により締付け固定して振動子２を形成し
た。

【００７０】そして、ナット２５をバイスで固定した状
態で、第１及び第２の圧電体３，４の組合せと、第４及
び第５の圧電体１５，１６の組合せについて、それぞれ
２相駆動で第１実施例と同様な方法でベアリング３０の
回転状態を観察した。

【００７１】その結果、第５実施例とほぼ同じ周波数３
９ｋHz近傍でベアリング３０が回転するのが確認され
た。また、周波数３９ｋHz近傍で前記両組合せの各圧電
体に印加する電圧の位相差を＋９０°と−９０°に変更
することにより、ベアリング３０の回転方向、即ち変位
となる曲線閉路の軌跡の方向が変わるのが確認された。
第１及び第２の圧電体３，４の組合せの場合、Ａ相及び
Ｂ相に印加する電圧に±９０°の位相差を与えた場合
は、ベアリングは図２８（ａ）の左右方向の正逆転とな
る。また、第４及び第５の圧電体１５，１６の組合せの
場合、Ｃ相及びＤ相に印加する電圧に±９０°の位相差
を与えた場合は、ベアリングは図２８（ｂ）の左右方向
における正逆転となる。

【００７２】なお、本発明は前記各実施の形態及び実施
例に限定されるものではなく、例えば、次のように具体
化してもよい。 （１）振動子２を構成する部品の数を少なくするため、
図２９に示すように、弾性体１にボス部１ｂと軸部１ｃ
を一体に形成し、軸部１ｃに形成された雄ねじ１ｄにお
いて基台３２に取付け可能とする。この場合、両圧電体
３，４を挟持する弾性体を締め付けるボルト、ナット及
びワッシャが不要となるとともに、弾性体も１個省略で
きる。

【００７３】（２）振動子の軸方向と平行な中心面を境
にして配置された第１及び第２の圧電体３，４を構成す
る圧電素子３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを、図３０（ａ），
（ｂ）に示すように左右方向（ｘ方向）に分割して配置
したり、図３１（ａ），（ｂ）に示すように前後方向
（ｚ方向）に分割して配置してもよい。また、ｘ方向及
びｚ方向の両方向に複数ずつ配置してもよい。

【００７４】（３）第１の圧電体３と第２の圧電体４と
を構成する圧電素子の形状は同一形状のものに限らず、
異なる形状のものを使用してもよい。ただし、その際、
圧電素子の厚さは両圧電体３，４で同じ方がよい。ま
た、第４の圧電体１５と第５の圧電体１６の場合も同様
に異なる形状のものを使用してもよい。

【００７５】（４）振動子２の形状は、円柱状や四角柱
状に限らず、様々な形状を採用できる。例えば、弾性体
１として平面形状が正三角形、正六角形、正八角形等の
線対称のものを使用し、第１の圧電体３及び第２の圧電
体４等として対応するリング形状の圧電素子を半割とし
た形状のものを使用する。

【００７６】（５）第１の圧電体３、第２の圧電体４、
第４の圧電体１５及び第５の圧電体１６をそれぞれ構成
する圧電素子を１対ではなく２対以上積層してもよい。
この場合変位が拡大する。

【００７７】（６）第５〜第７の実施の形態では振動子
２をアクチュエータとして利用する際、移動体８の方向
転換を駆動印加電圧の位相差の変更により行うこととし
て説明したが、移動体８に対して当接する２個の突起Ｔ
ａ，Ｔｂを備えた振動子２を使用して、第１の圧電体３
及び第２の圧電体４への印加電圧の供給切り換えにより
移動方向の転換を行う構成としてもよい。

【００７８】（７）振動子２をアクチュエータとして使
用する場合、例えば図３２に示すように、複数の振動子
２を支持体３５上に１列に固定し、各振動子２の先端面
が走行面３６と当接する状態で走行面３６上に載置し
て、自走式のアクチュエータ３７を構成してもよい。こ
の場合、各振動子２の第１の圧電体３はアンプ２７，フ
ェイズシフタ２８を介して２相発振器２９に接続され、
第２の圧電体４はアンプ２７を介して２相発振器２９に
接続される。そして、第１の圧電体３と第２の圧電体４
とに位相差を有する印加電圧を供給すると、アクチュエ
ータ３７は図３２の右側あるいは左側へ移動し、その移
動方向は位相差を例えば＋９０°と−９０°に変更する
ことにより方向転換される。

【００７９】（８）第５〜第６の実施の形態のアクチュ
エータを構成する振動子２として、第２〜第６実施例の
構成の振動子２を使用してもよい。第３及び第４実施例
の構成とした場合は、支持フレーム１９が基台３２を兼
用でき、構成が簡単となる。

【００８０】前記各実施の形態及び実施例等から把握で
きる請求項記載以外の発明について、以下にその効果と
共に記載する。 （１）請求項１又は請求項２に記載の振動子と、その振
動子を構成する第１及び第２の圧電体への印加電圧の位
相差を±９０°又はその近辺で切換可能とした電源部を
備えた超音波アクチュエータ。この場合、印加電圧の位
相差を±９０°又はその近辺で切り換えるという簡単な
構成で容易に移動体の移動方向を転換できる。

【００８１】（２）請求項３に記載の振動子と、その振
動子を構成する第１及び第２の圧電体と、第４及び第５
の圧電体とに駆動電圧を印加するとともに印加電圧の位
相差を±９０°又はその近辺で切換可能とした変更可能
な電源部を備えた超音波アクチュエータ。この場合、印
加電圧の位相差を±９０°又はその近辺で切り換えると
いう簡単な構成で容易に移動体の移動方向を４方向に変
更できる。

【００８２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
５に記載の発明によれば、振動子の形状の限定が少なく
大きな推力が得られる。また、移動体の移動方向の転換
を容易に行うことができる。

【００８３】請求項２に記載の発明によれば、第３の圧
電体の存在により変位が増大する。請求項３に記載の発
明によれば、移動体の移動方向を直交する４方向（例え
ば、前後左右の４方向）に変更することができる。

【００８４】請求項４に記載の発明によれば、振動子の
部品点数が少なくなる。請求項５に記載の発明によれ
ば、振動子を構成する弾性体及び圧電素子の固定を確実
にでき、圧電素子に生じる伸縮振動による力が偶力の回
転モーメントを発生させ易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は振動子先端の変位を示す模式図、
（ｂ）は変位の楕円軌跡の模式図。

【図２】第１の実施の形態の振動子の模式断面図。

【図３】（ａ）は位相差９０°の駆動電圧と変位を示す
線図、（ｂ）は位相差−９０°の駆動電圧と変位を示す
線図。

【図４】別の振動子の模式断面図。

【図５】圧電素子の変位の状態を示す模式図。

【図６】同じく振動子先端弾性体突部の変位の状態を示
す模式図。

【図７】同じく移動体の移動状態を示す模式図。

【図８】第２の実施の形態の振動子の模式断面図。

【図９】同じく作用を説明する模式図。

【図１０】第３の実施の形態の振動子の模式断面図。

【図１１】同じく作用を説明する模式図。

【図１２】第４の実施の形態の振動子の上面図。

【図１３】同じく（ａ）は図１２のＹ視図、（ｂ）は図
１２のＸ視図。

【図１４】同じく（ａ）は別の振動子の模式斜視図、
（ｂ）はＣ′視側面図。

【図１５】第５の実施の形態の振動子を用いたアクチュ
エータの模式図。

【図１６】第６の実施の形態の振動子を用いたアクチュ
エータの模式図。

【図１７】第７の実施の形態の振動子を用いたアクチュ
エータの模式断面図。

【図１８】図１７のＺ−Ｚ線断面図。

【図１９】同じく図１７の概略分解斜視図。

【図２０】第１実施例の振動子の概略図。

【図２１】同じく（ａ）は圧電素子の斜視図、（ｂ）は
電極板の斜視図、（ｃ）は弾性体の斜視図。

【図２２】比較例の振動子の側面図。

【図２３】（ａ）は第２実施例の振動子の側面図、
（ｂ）は圧電素子の斜視図。

【図２４】第３実施例の振動子の側面図。

【図２５】第４実施例の振動子の側面図。

【図２６】同じく弾性体の斜視図。

【図２７】第５実施例の振動子の側面図。

【図２８】（ａ）は第６実施例の振動子の側面図、
（ｂ）は正面図。

【図２９】変更例の振動子の断面図。

【図３０】（ａ）は別の変更例の振動子の斜視図、
（ｂ）は側面図。

【図３１】（ａ）は別の変更例の振動子の斜視図、
（ｂ）は側面図。

【図３２】自走式アクチュエータの概略側面図。

【図３３】従来装置の概略斜視図。

【図３４】（ａ）は別の従来装置の斜視図、（ｂ）はさ
らに別の従来装置の分解斜視図。

【図３５】従来装置の作用を説明する模式図。

【図３６】（ａ）は振動子に生じる曲線閉路の軌跡の模
式図、（ｂ）は振動子に生じる曲線閉路の軌跡の模式
図、（ｃ）は振動子に生じる曲線閉路の軌跡の模式図。

【図３７】曲線閉路の軌跡の模式図。

【符号の説明】

１…弾性体、２…振動子、３…第１の圧電体、４…第２
の圧電体、３ａ，３ｂ．４ａ，４ｂ…圧電素子、５…締
結具、６ａ，６ｂ，１１，１７ａ，１７ｂ…電極板、９
…第３の圧電体、１２…第１圧電素子、１３…第２圧電
素子、１４…第３圧電素子、１５…第４の圧電体、１６
…第５の圧電体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伸縮振動を呈する圧電素子により構成さ
   れる超音波アクチュエータ用振動子であって、 第１の方向に対して圧電素子を少なくとも２層に配置
   し、そのうちの少なくとも２層の圧電素子を、前記第１
   の方向と平行な面を境にして第１の圧電体と第２の圧電
   体とに分割して配置するとともに、第１の圧電体と第２
   の圧電体はそれぞれ前記第１の方向と直交する面を境に
   して互いに異なる側にそれぞれの分極方向が前記第１の
   方向と平行で互いに逆方向となる圧電素子で構成されて
   いることを特徴とする超音波アクチュエータ用振動子。
2. 【請求項２】 前記第１の方向と直交する状態でかつ前
   記第１の圧電体及び第２の圧電体と対向可能に圧電素子
   で構成される第３の圧電体が配置され、該第３の圧電体
   は前記第１の方向と直交する面を境にして互いに異なる
   側にそれぞれの分極方向が前記第１の方向と平行で互い
   に逆方向となる少なくとも２層の圧電素子で構成されて
   いる請求項１に記載の超音波アクチュエータ用振動子。
3. 【請求項３】 前記第１の方向が振動子の軸方向であ
   り、該第１の方向と平行な振動子の中心面を境にして前
   記第１の圧電体と第２の圧電体とを分割して配置し、振
   動子の中心軸を基準として前記第１の圧電体と第２の圧
   電体に対して９０°位相をずらすとともに第１の圧電体
   及び第２の圧電体と干渉しない位置に第４の圧電体と第
   ５の圧電体とが配置され、該第４の圧電体及び第５の圧
   電体は前記第１の方向と直交する面を境にして互いに異
   なる側にそれぞれの分極方向が前記第１の方向と平行で
   互いに逆方向となる少なくとも２層の圧電素子で構成さ
   れている請求項１に記載の超音波アクチュエータ用振動
   子。
4. 【請求項４】 伸縮振動を呈する圧電素子により構成さ
   れる超音波アクチュエータ用振動子であって、 第１の方向と平行な面を境にして両側にそれぞれ第１の
   圧電素子と第２の圧電素子とがそれぞれ少なくとも１個
   ずつ配置され、前記第１の方向と直交する状態でかつ該
   第１の圧電素子及び第２の圧電素子と対向可能に第３の
   圧電素子が配置され、第１の圧電素子及び第２の圧電素
   子の分極方向と、第３の圧電素子の分極方向とは、前記
   第１の方向と直交する面を境にして互いに異なる側に前
   記第１の方向と平行で互いに逆方向となるように設定さ
   れていることを特徴とする超音波アクチュエータ用振動
   子。
5. 【請求項５】 前記振動子は前記各圧電素子が一組の弾
   性体間に配置されるとともに、弾性体を貫通する締結具
   により締め付け固定されている請求項１〜請求項４のい
   ずれか１項に記載の超音波アクチュエータ用振動子。