JPH10136669A

JPH10136669A - 振動アクチュエータ及びその制御方法

Info

Publication number: JPH10136669A
Application number: JP9205954A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Ashizawa; 隆利芦沢
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】確実に起動することができ、起動特性が向上
し、さらには消費電力を低減することを可能にする。【解決手段】振動子２１と、振動子２１に加圧接触さ
れて、振動子２１との間で相対運動を行う移動子３２
と、振動子２１に第１駆動信号及び第２駆動信号を出力
する駆動回路４０とを有し、振動子２１は、第１駆動信
号によって相対運動の方向と略同じ方向へ変位する第１
振動を発生するとともに、第２駆動信号によって相対運
動の方向と交差する方向へ変位する第２振動を発生し、
駆動回路４０は、起動時から所定時間の間のみ、第１駆
動信号と第２駆動信号とについて、独立した制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、異形モード縮退
型の振動アクチュエータ及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】進行波型の振動アクチュエータは、２相
の駆動信号を印加することにより、弾性体からなる固定
子の駆動面に超音波の進行波を発生させ、この駆動面に
加圧接触された移動子を進行波波頭における楕円運動に
より摩擦的に駆動するものである。

【０００３】この進行波型の振動アクチュエータの起動
時における駆動信号の制御方法は、特開平２−１７４５
７４号公報等により提案されている。この提案によれ
ば、起動時に高い駆動電圧を印加して確実に起動させる
ことができる。すなわち、この進行波型の振動アクチュ
エータは、２相の駆動信号を印加することにより固定子
の駆動面に進行波を発生させる。そして、駆動面に加圧
接触された移動子が進行波波頭の楕円運動により摩擦的
に駆動される。このために、２相の駆動信号ともに高い
電圧を印加しないと、その効果は生じない。

【０００４】一方、図１４は、縦−捩じり振動型の振動
アクチュエータ１００の構造例を示した斜視図である。
従来、この種の振動アクチュエータ１００では、固定子
１０１は、２つの円柱型の振動子１０２，１０３間に捩
じり振動用圧電体１０４が挟まれるとともに、振動子１
０３の上側に縦振動用圧電体１０５が配置されることに
より、構成される。捩じり振動用圧電体１０４は周方向
に分極される。一方、縦振動用圧電体１０５は厚さ方向
に分極される。さらに、移動子１０６は、縦振動用圧電
体１０５の上側に配置される。

【０００５】固定子１０１を構成する振動子１０２，１
０３及び圧電体１０４，１０５は、いずれも固定軸１０
７のネジ部にネジ止めされて固定される。移動子１０６
は、ボールベアリング１０８を介して固定軸１０７に回
転自在に設けられる。固定軸１０７の先端にはばね１０
９を介してナット１１０がネジ止めされ、バネ力Ｆによ
り移動子１０６を固定子１０１に加圧接触させる。

【０００６】捩じり振動用圧電体１０４と縦振動用圧電
体１０５とは、ともに、発振器１１１から発振される同
一周波数の電圧を、移相器１１２により位相制御するこ
とにより、駆動される。捩じり振動用圧電体１０４は、
移動子１０６が固定軸１０７周りに回転するための機械
的変位を与える。一方、縦振動用圧電体１０５は、固定
子１０１と移動子１０６との間に作用する摩擦力を、捩
じり振動用圧電体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、固定子１０１に
生じる振動を移動子１０６の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、図１４に示す振動アクチュエー
タ１００の固定子１０１を展開して示す斜視図である。
捩じり振動用圧電体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旦分割する。そして、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、捩じり振動用圧電体１０４に駆動電圧
を印加するための電極である。しかし、このような振動
アクチュエータ１００では、捩じり振動用圧電体１０４
を環状に組み合わせる際に、形状精度を出すことが難し
かった。

【０００８】一方、図１４において、縦振動用圧電体１
０５及び捩じり振動用圧電体１０４それぞれの断面積
は、固定子１０１の断面積と略等しいか、又は、固定子
１０１の断面積よりも小さかった。また、固定軸１０７
を貫通させるために圧電体１０４，１０５の中央部に貫
通孔を開ける必要があった。そのために、圧電体１０
４，１０５の面積はさらに小さくなり、振動アクチュエ
ータ１００の高トルク化及び高回転化を図ることが難し
かった。

【０００９】このような問題を解決するため、本出願人
は、既に、高トルク，高回転により駆動することがで
き、しかも、構造が簡単であってかつ製造が簡単である
異形モード縮退型の振動アクチュエータを、例えば特開
平８−１０３０８９号や特開平８−１４０３７７号によ
り提案した。

【００１０】図１６は、これらの振動アクチュエータの
構造例を示す縦断面図である。また、図１７は、図１６
の振動アクチュエータの制御を示すブロック図である。
また、図１８（ａ）は、図１６に示す２つの半円柱状の
弾性体により構成される振動子を底面方向から見た図で
あり、図１８（ｂ）は、図１６に示す振動子を側面方向
から見た図である。さらに、図１９は、振動子に発生す
る捩じり振動と縦振動とを組み合わせて駆動面に楕円運
動を発生させる振動アクチュエータの駆動原理を示す説
明図である。

【００１１】すなわち、図１６及び図１７において、捩
じり−縦振動型の振動アクチュエータ１の弾性体である
振動子２は、圧電体３，４と、弾性体２ａ，２ｂとによ
り構成される。圧電体３，４は、駆動信号により励振さ
れ、電気エネルギーを機械的変位に変換する電気機械変
換素子である。弾性体２ａ，２ｂは中空で半円柱状の形
状をしている。弾性体２ａ，２ｂには、圧電体３，４が
接合され、圧電体３，４の励振により１次の捩じり振動
と１次の縦振動とが発生する。これにより、駆動面２ｃ
に駆動力を発生する

【００１２】弾性体２ａ，２ｂは、厚肉の中空円筒を縦
に２つに分割した形状の部材であり、その分割面に圧電
体３，４が挟み込まれた状態で保持される。圧電体３，
４は合計４層からなっている。２層の圧電体３は圧電定
数ｄ₁₅を用いる捩じり振動用圧電体である。残り２層の
圧電体４は圧電定数ｄ₃₁を用いる縦振動用圧電体であ
る。

【００１３】弾性体２ａ，２ｂには、高さ方向の略中心
に、圧電体３，４の積層方向と平行に貫通孔２ｄ，２ｅ
が形成される。この弾性体２ａ，２ｂは、その貫通孔２
ｄ，２ｅを用いてボルト６ａ，６ｂにより固定される。
これにより、圧電体３，４を挟み込むとともに、軸方向
の中心に挿入された固定軸５にネジ止めされる。相対運
動部材である移動子７は、移動子母材７−１と、振動子
２の駆動面２ｃに接触する摺動材７−２とにより構成さ
れる。移動子７は、移動子母材７−１の内周部にはめ込
まれた位置決め部材であるベアリング８により、固定軸
５に対して位置決めされる。また、移動子７は、加圧部
材９ａにより振動子２の駆動面２ｃに加圧接触される。

【００１４】固定軸５は、弾性体２ａ，２ｂの軸方向に
形成された中空部に貫通している。固定軸５は、振動子
２を固定するとともに、移動子７を半径方向について位
置決めする。この固定軸５は、端部にネジ部５ａが形成
されており、加圧部材９ａの加圧力を調整する加圧力調
整部材であるナット９ｂがネジ止めされる。

【００１５】圧電体３，４には、図１７に示すように、
駆動信号を発振する発振部１０と，その駆動信号を（１
／４）λ（波長）位相差のある信号に分ける移相部１１
と，捩じり振動用圧電体３に入力する駆動信号を増幅す
るＴ増幅部１３と，縦振動用圧電体４に入力する駆動信
号を増幅するＬ増幅部１２等とにより構成される。

【００１６】また、制御回路は、捩じり振動を検出する
検出部１４と，検出部１４の検出量に応じて発振部１０
の周波数や電圧等を制御する制御部１５等とにより構成
される。検出部１４は、振動子２の側面に貼付された圧
電体１４ａを備えており、捩じりに伴って発生する変位
を検出することによって、間接的に発生した捩じり変位
を検出する。

【００１７】図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すよう
に、圧電体３，４は、２つの圧電体２ａ，２ｂに挟まれ
た２群からなる。圧電体３，４の各群は、それぞれ４層
からなり、これら４層のうちの２層は圧電定数ｄ₁₅を用
いる圧電体３により、残り２層が圧電定数ｄ₃₁を用いる
圧電体４により、それぞれ構成される。前者の圧電体３
は圧電定数ｄ₁₅を用いており、励振することにより、弾
性体２ａ，２ｂの長手方向に対して剪断変位を発生させ
る。圧電体４は、図１８（ａ）において、円周方向に対
して剪断変形が手前方向Ｘと反対方向Ｙとに交互になる
ように、配置される。圧電体３は、このように配置され
ることにより、それぞれが剪断変形した時に、振動子２
に捩じり変位を発生し、底面が捩じれる。

【００１８】後者の圧電体４は圧電定数ｄ₃₁を用いてお
り、弾性体２ａ，２ｂの長手方向に対して伸縮変位を発
生させる。４つの縦振動用圧電体４は全てある電位が印
加された場合に、同じ方向へ変位が発生するように配置
される。以上のように、圧電定数ｄ₁₅を用いる捩じり振
動用圧電体３と，圧電定数ｄ₃₁を用いる縦振動用圧電体
４とを配置する。そして、捩じり振動用圧電体３に正弦
波電圧を印加することによって、振動子２には捩じり振
動が発生する。一方、縦振動用圧電体４に正弦波電圧を
入力することによって、振動子２には伸縮振動（縦振
動）が発生する。

【００１９】このような振動アクチュエータ１では、図
１７において、発振部１０及び移相部１１を介して、Ｔ
増幅部１３及びＬ増幅部１２から圧電体３，４に駆動信
号を印加されると、圧電体３，４は励振され、弾性体２
には捩じり振動と縦振動とがそれぞれ発生する。

【００２０】すなわち、図１９に示すように、捩じり振
動Ｔの周期と縦振動Ｌの周期との位相差を（１／４）λ
ずらして設定すると、駆動面２ｃ上の点Ａには楕円運動
が発生する。駆動時に印加する電圧の周波数をｆとし、
このときの角周波数をω（＝２πｆ）とすると、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、縦振動Ｌの変位は零である。こ
の状態では、移動子７は加圧部材９ａによって振動子２
の駆動面２ｃに加圧接触する。

【００２１】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、縦振動Ｌは
ゼロから上側の最大に変位し再びゼロに戻る。したがっ
て、振動子２の駆動面２ｃは移動子７を押しながら右方
向に回転し、この回転により移動子７は駆動される。

【００２２】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する。一方、縦振動Ｌは、ゼロ
から下側の最大に変位し再びゼロに戻る。したがって、
振動子２の駆動面２ｃの点Ａは、移動子７から離れなが
ら左方向に回転するため、移動子７は駆動されない。こ
のときに、移動子７は加圧部材９ａにより加圧されるも
のの、固有振動数が異なるために振動子２の縮みに追従
することができない。

【００２３】このようにして生じる捩じり振動及び縦振
動それぞれの共振周波数が略一致すると、捩じり振動と
縦振動とが同時に生じ（縮退）、振動子２の駆動面２ｃ
に楕円運動が発生して駆動力を発生し、移動子７が回転
する。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、進行
波型の振動アクチュエータを確実に起動するためには、
２相の駆動信号にともに高電圧を印加すればよい。しか
し、例えば、カメラレンズのＡＦアクチュエータとして
進行波型の振動アクチュエータを使用して起動及び停止
を頻繁に繰り返すと、起動時に高電圧を多数回印加する
ことになる。そのため、電気エネルギーが多量に消費さ
れてしまい、ＡＦアクチュエータの電池寿命が低下する
という課題があった。

【００２５】一方、捩じり振動及び縦振動を利用した異
形モード縮退型の振動子を用いた振動アクチュエータで
は、振動子に対する移動子の加圧方向が、縦振動の振幅
方向と一致するため、縦振動振幅がこの加圧により減衰
する。したがって、起動時において、振動子と移動子と
の駆動力の断続を行うクラッチ機構として必要な所定の
縦振動振幅に達するまでにある程度の時間を要する。そ
のため、振動アクチュエータの時定数等の起動特性が悪
化するという課題があった。

【００２６】本発明では、これらの課題を解決すること
により、確実に起動することができ、起動特性が向上
し、さらには消費電力が低減された振動アクチュエータ
及びその制御方法を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の一実施形態の振動アクチュエータでは、振
動子と、前記振動子に加圧接触されて、前記振動子との
間で相対運動を行う相対運動部材と、前記振動子に第１
駆動信号及び第２駆動信号を出力する駆動回路とを有
し、前記振動子は、前記第１駆動信号によって前記相対
運動の方向と略同じ方向へ変位する第１振動を発生する
とともに、前記第２駆動信号によって前記相対運動の方
向と交差する方向へ変位する第２振動を発生し、前記駆
動回路は、起動時から所定時間の間のみ、前記第１駆動
信号と前記第２駆動信号とについて、独立した制御を行
う。

【００２８】また、本発明の他の実施形態の振動アクチ
ュエータでは、振動子と、前記振動子に加圧接触され
て、前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材
と、前記振動子に駆動信号を出力する駆動回路とを有
し、前記振動子は、前記駆動信号によって、前記相対運
動の方向と略同じ方向へ変位する第１振動及び、前記相
対運動の方向と交差する方向へ変位する第２振動を発生
し、前記駆動回路は、起動時から所定時間の間のみ、前
記第１振動と前記第２振動とについて、別々の制御を行
う。

【００２９】また、本発明の一実施形態の振動アクチュ
エータの制御方法は、起動時から所定時間の間のみ、前
記第１駆動信号と前記第２駆動信号とについて、別々の
制御を行う。さらに、本発明の他の実施形態の振動アク
チュエータの制御方法は、起動時から所定時間の間の
み、前記第１振動と前記第２振動とについて、別々の制
御を行う。

【００３０】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明にかかる振動アクチュエ
ータの実施形態を、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域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、第１実施形態の超音波アクチュエ
ータ２０を示す縦断面図である。振動子２１は、圧電体
２２ａ，２２ｂと、弾性体２３とにより構成される。圧
電体２２ａ，２２ｂは、駆動信号により励振される電気
機械変換素子である。弾性体２３は、圧電体２２ａ，２
２ｂが装着されて、圧電体２２ａ，２２ｂの励振によ
り、２次の捩じり振動と１次の縦振動とが発生する。こ
れにより、駆動面２１ａに駆動力を発生する。本実施形
態では、２次の捩じり振動は、駆動回路から出力される
第１駆動信号によって駆動面２１ａに含まれる方向と略
同じ方向へ変位する第１振動であり、１次の縦振動は、
駆動回路から出力される第２駆動信号によって駆動面２
１ａに直交する方向へ変位する第２振動である。

【００３２】弾性体２３は、鉄鋼，ステンレス鋼，リン
青銅，エリンバー材等の共振の鋭さが大きな金属材料に
より構成される。弾性体２３は、側面に溝状に形成され
た３つの小径部２３ａ，２３ｂ，２３ｃを備えている。
また、弾性体２３は、小径部２３ａ〜２３ｃに区切られ
ることにより形成される４つの大径部２３Ａ，２３Ｂ，
２３Ｃ及び２３Ｄを備えている。弾性体２３は、円柱状
の弾性体を縦に２つに分割した形状の弾性部材２４ａ，
２４ｂによって構成される。

【００３３】この弾性部材２４ａ，２４ｂの分割面に
は、２層の圧電体２２ａ，２２ｂと、これらの圧電体２
２ａ，２２ｂに駆動電圧を印加するために用いられる電
極３６ａ，３６ｂとが挟み込まれた状態で保持される。
小径部２３ａ〜２３ｃは、捩じり振動及び縦振動それぞ
れの節部に配置される。捩じり振動用圧電体２２ａは捩
じり振動の駆動面２１ａ側の節部に配置される。一方、
縦振動用圧電体２２ｂは縦振動の節部に配置される。弾
性体２３の側面に小径部２３ａ〜２３ｃを形成したの
は、１次の縦振動の共振周波数と２次の捩じり振動の共
振周波数とをほぼ一致させるためである。

【００３４】弾性体２３の平面部には、圧電体２２ａ，
２２ｂの積層方向と平行な方向に貫通孔２６ａ，２６ｂ
が形成される。弾性体２３は、これらの貫通孔２６ａ，
２６ｂにボルト２７ａ，２７ｂを挿入し、ナット２８
ａ，２８ｂをネジ止めすることにより、圧電体２２ａ，
２２ｂを挟み込んだ状態で保持される。弾性体２３の小
径部２３ａには、固定ピン２９が貫通するための貫通孔
３０が形成されている。弾性体２３は、弾性体２３の中
心部に設けられた貫通孔を貫通する固定軸３１を固定ピ
ン２９が貫通することにより、支持される。

【００３５】振動子２１との間で相対運動を行う相対運
動部材である移動子３２は、移動子母材３２ａと、摺動
材３２ｂとにより構成される。移動子母材３２ａは、ス
テンレス鋼，銅合金又はアルミニウム合金等からなる。
摺動材３２ｂは、振動子２１の駆動面２１ａと移動子３
２との接触面に接着等により貼り付けられている。摺動
材３２ｂは、高分子材等を主成分とする。移動子母材３
２ａは、内周部に嵌合されたベアリング３３等による位
置決め部材により固定軸３１に対して位置決めされる。
円柱状の移動子母材３２ａの外周面には、出力取出用の
歯車３２ｃが環状に形成されており、その出力は図示し
ない被駆動体の歯車に伝達される。また、移動子３２
は、加圧部材である皿バネ３４（コイルバネ又は板バネ
等であってもよい。）により、振動子２１の駆動面２１
ａに加圧接触される。

【００３６】固定軸３１は、弾性体２３の軸方向に形成
された中空部に貫通している。固定軸３１は、弾性体２
３をピン形状支持部材２９を介して固定するとともに、
移動子３２を半径方向について位置決めする。固定軸３
１は、上端部側にネジ部３１ａが形成されている。ネジ
部３１ａには、加圧部材３４の加圧力を調整する加圧力
調整部材であるナット３５が設けられる。

【００３７】また、固定軸３１の両端部近傍には溝３１
ｂ，３１ｃが設けられており、超音波アクチュエータ２
０を搭載機器（図示しない）に備え付ける時に、この溝
３１ｂ，３１ｃを用いてセットビスにより図示しない固
定部に固定することにより、回り止めされる。

【００３８】図２は、振動子２１の振動用圧電体２２
ａ，２２ｂの配置と、振動子２１に励振される振動モー
ドを示す説明図である。図２において、図２（ａ）は振
動子２１の上面図，図２（ｂ）は振動子２１における振
動用圧電体２２ａ，２２ｂの配置を示す側面図、図２
（ｃ）は振動子２１に発生する縦振動及び捩じり振動の
モードを示す図である。

【００３９】弾性体２３は、外周面に３つの小径部２３
ａ〜２３ｃと４つの大径部２３Ａ〜２３Ｄとを備える厚
肉の円筒体を中心軸を含む縦面で２つに分割することに
より得られる半弾性体２４ａ，２４ｂを、再度円筒状に
組み合わせることにより得られる、弾性部材である。

【００４０】半弾性体２４ａ，２４ｂの二つの分割面に
は、２層の圧電体２２ａ，２２ｂと電極３６ａ，３６ｂ
とが挟み込まれた状態で保持される。弾性体２４の側面
に形成される小径部２３ａ〜２３ｃは、捩じり振動の節
部に配置される。捩じり振動用圧電体２２ａは、捩じり
振動の駆動面２１ａ側の節部をまたぐように配置され、
また、縦振動用圧電体２２ｂは、縦振動の節部をまたぐ
ように配置される。

【００４１】捩じり振動用圧電体２２ａは、圧電定数ｄ
₁₅を用いる圧電体により構成され、中心軸と平行な方向
に分極されている。捩じり振動用圧電体２２ａは、周波
電圧が印加されると、印加電圧の方向に応じた剪断変形
を発生し、この剪断変形により弾性体２４には捩じり振
動が発生する。捩じり振動用圧電体２２ａ群は、図面上
の手前側に配置される２枚の捩じり振動用圧電体２２ａ
と、向こう側に配置される２枚の捩じり振動用圧電体２
２ａとにより構成される。これらの捩じり振動用圧電体
２２ａを、手前側に配置される捩じり振動用圧電体２２
ａと、向こう側に配置される捩じり振動用圧電体２２ａ
との剪断変形が、同じ方向の電圧が印加されるとそれぞ
れ反対方向に発生するように、配置すると、振動子２１
にはある方向への捩じり変位が発生する。

【００４２】例えば、図２のように、手前側に配置され
る２枚の捩じり振動用圧電体２２ａと向こう側に配置さ
れる２枚の捩じり振動用圧電体２２ａとが剪断変形させ
る。すると、振動子２１の駆動面２１ａは、図２（ａ）
において矢印に示す方向に捩じれる。また、これとは逆
向きの駆動電圧を印加すると、逆向きの剪断変形を発生
するため、駆動面２１ａは図２に矢印で示す方向とは反
対方向に捩じれる。

【００４３】縦振動用圧電体２２ｂは、圧電定数ｄ₃₁を
用いる圧電体により構成され、圧電体の厚さ方向に分極
されている。縦振動用圧電体２２ｂ群は、図面上の手前
側に配置される２枚の縦振動用圧電体２２ｂと、図面上
の奥側に配置される２枚の縦振動用圧電体２２ｂとから
構成される。これらの縦振動用圧電体２２ｂは、同じ方
向の電圧が印加されると、それぞれ同方向に縦変形（伸
縮変形）するように配置される。このような縦振動用圧
電体２２ｂの配列にすることにより、振動子２１には縦
振動が発生する。また、図２（ｂ）中に破線矢印で示し
たように、捩じり振動用圧電体２２ａ及び縦振動用圧電
体２２ｂは、隣り合う２枚の圧電体で分極方向が反対と
なっている。

【００４４】図３は、第１実施形態の超音波アクチュエ
ータ２０の振動子２１の構成及び制御ブロックの概略を
示す説明図である。図３は、振動子２１を構成する弾性
体２４，圧電体２２ａ，２２ｂ及び電極３６ａ，３６ｂ
の配置を、分解状態で示している。

【００４５】弾性体２４は、３つの小径部２３ａ〜２３
ｃと４つの大径部２３Ａ〜２３Ｄとを備える圧肉の円筒
体を中心軸を含む縦面で２つに分割することにより得ら
れる２つの半円筒体２４ａ，２４ｂを、再度円筒状に組
み合わせることにより得られる弾性部材である。弾性体
２４の２つの分割面には、それぞれ、２層の圧電体２２
ａ，２２ｂと電極３６ａ，３６ｂとが挟み込まれた状態
で、保持される。

【００４６】小径部２３ａ，２３ｃは、捩じり振動の節
部に配置される。捩じり振動用圧電体２２ａは、捩じり
振動の駆動面２１ａ側の節部をまたぐように配置され、
一方、縦振動用圧電体２２ｂは、縦振動の節部をまたぐ
ように配置される。捩じり振動用圧電体２２ａは、圧電
定数ｄ₁₅を用いる圧電体により構成され、周波電圧が印
加されると印加電圧の方向に応じた剪断変形を発生す
る。発生する剪断変形により、弾性体２４には捩じり振
動が発生する。

【００４７】縦振動用圧電体２２ｂは、圧電定数ｄ₃₁を
用いる圧電体により構成され、周波電圧が印加されると
印加電圧の方向に応じた縦変形（伸縮変形）を発生す
る。発生する伸縮変形により、弾性体２４には縦振動が
発生する。捩じり振動検出用圧電体３７ａは、振動子２
１の捩じり振動を検出するために設けられる。また、縦
振動検出用圧電体３７ｂは、振動子２１の縦振動を検出
するために設けられる。

【００４８】捩じり振動用圧電体２２ａ，捩じり振動検
出用圧電体３７ａ，縦振動用圧電体２２ｂ及び縦振動検
出用圧電体３７ｂは、いずれも、各層毎に同一平面（弾
性体２３の分割面）上に配置されており、駆動面２１ａ
側から反駆動面側まで、捩じり振動検出用圧電体３７
ａ，捩じり振動用圧電体２２ａ，縦振動用圧電体２２ｂ
及び縦振動検出用圧電体３７ｂの順に配置される。捩じ
り振動用圧電体２２ａは、図面上の上部に配置される捩
じり振動の節部をまたぐように配置され、一方、縦振動
用圧電体２２ｂは縦振動の節部と下の捩じり振動の節部
とをまたぐように配置される。

【００４９】電極３６ａ，３６ｂは、それぞれ２層の捩
じり振動用圧電体２２ａ，捩じり振動検出用圧電体３７
ａ，縦振動用圧電体２２ｂ及び縦振動検出用圧電体３７
ｂの間に配置されており、２層の縦振動用圧電体２２ｂ
及び２層の捩じり振動用圧電体２２ａへ同時に駆動信号
を印加することができるように配置される。

【００５０】また、捩じり振動検出用圧電体３７ａ，縦
振動検出用圧電体３７ｂからも電圧を検出することがで
きるように構成される。それぞれの半弾性体２４ａ，２
４ｂ，圧電体２２ａ，２２ｂ及び電極３６ａ，３６ｂ
は、接着剤により接着される。また、図３に示すよう
に、本実施形態では、駆動回路４１と制御回路４２とに
より駆動部４０が構成される。

【００５１】駆動回路４１は、駆動信号を発振する発振
器４３と，駆動信号を約（１／４）λ位相差のある信号
に振り分ける移相部４４と，捩じり振動用圧電体２２ａ
に入力する駆動信号（以下、「Ｔ相駆動信号」とい
う。）を増幅するＴ電圧増幅部４５と，縦振動用圧電体
２２ｂに入力する駆動信号（以下、「Ｌ相駆動信号」と
いう。）を増幅するＬ電圧増幅部４６とにより構成され
る。

【００５２】また、制御回路４２は、速度を検出する速
度検出部４７と，速度を設定して起動した後に速度検出
部４７から検出された速度値とを比較して偏差がなくな
るようにＬ電圧制御部４９，Ｔ電圧制御部５０及び駆動
周波数制御部５１に指示を送る駆動指令部４８と，駆動
指令部４８からの信号を受けてＴ相駆動信号電圧を制御
するＴ電圧制御部５０と，Ｌ相駆動信号電圧を制御する
Ｌ電圧制御部４９と，駆動周波数を制御する駆動周波数
制御部５１とにより構成される。

【００５３】振動子２１の速度は、移動子３２に設けた
エンコーダからの出力により直接的に検出される。この
ように構成された超音波アクチュエータ２０に、２つの
約（１／４）λ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２２ａ，縦振動用圧電体２２ｂに入力す
ると、捩じり振動及び縦振動それぞれの位相が９０度ず
れて発生し、発生した捩じり振動及び縦振動が合成され
た楕円運動が、振動子２１の駆動面２１ａに発生する。

【００５４】図４は、このような振動子２１に発生する
捩じり振動Ｔ及び縦振動Ｌを組み合わせて、振動子２１
の駆動面２１ａに楕円運動を発生させることを経時的に
示す説明図である。なお、図４においては、説明の便宜
上、駆動面２１ａを介して振動子２１に加圧接触する移
動子は図示しない。

【００５５】捩じり振動の周期と縦振動の周期との位相
差を、約（１／４）λ（波長）ずらして設定すると、振
動子２１の駆動面２１ａ上の点には楕円運動が発生す
る。駆動信号の周波数を、２次の捩じり振動の固有振動
数及び１次の縦振動の固有振動数に近い値に設定する
と、捩じり振動振幅及び縦振動振幅はともに大きくな
り、大きな楕円運動が得られる。

【００５６】図４において、ｔ＝０の時点では、捩じり
振動の変位は左側に最大であり、縦振動の変位はゼロで
ある。この状態では、移動子は、加圧部材によって振動
子２１側に付勢されており、振動子２１の駆動面２１ａ
に加圧接触する。駆動周波数をｆとしたときの移動子の
角速度をω（＝２πｆ）とすると、この状態から、ｔ＝
０〜（４／４）・（π／ω）までは、捩じり振動は左側
の最大から右側の最大まで変位し、縦振動は零から上側
の最大に変位し、再び零に戻る。したがって、振動子２
１の駆動面２１ａ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。

【００５７】次に、ｔ＝（４／４）・（π／ω）〜（８
／４）・（π／ω）＝０までは、捩じり振動は、右側の
最大から左側の最大まで変位し、縦振動は、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２１
の駆動面２１ａ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。この時に、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も低いため、振動子２１の縮みに
追従することができない。

【００５８】図５は、第１実施形態の超音波アクチュエ
ータ２０の起動時のＬ相駆動信号電圧，Ｔ相駆動信号電
圧の制御を、エンコーダのパルス及び駆動周波数ととも
に示す説明図である。図３における駆動指令部４８は、
移動子３２の速度を設定してＬ電圧制御部４９及びＴ電
圧制御部５０に起動の指示を出力する。この出力によ
り、発振器４３からある所望周波数の駆動信号が出力さ
れ、駆動信号がＬ電圧増幅部４６及びＴ電圧増幅部４５
によりそれぞれ増幅されて、超音波アクチュエータ２０
へ伝達される。

【００５９】本実施形態では、起動時から所定時間の
間、本発明における第１駆動信号であるＴ相駆動信号電
圧と本発明における第２駆動信号であるＬ相駆動信号電
圧とについて、別々の制御を行う。すなわち、図５に示
すように、起動時には、Ｌ相駆動信号電圧は通常駆動時
よりも大きく設定しておき、所定時間経過後に通常駆動
時の電圧値に低下する。Ｌ相駆動信号電圧を起動時から
通常時にするタイミングは、移動子３２が駆動したこと
を確認した時点である。本実施形態では、移動子３２の
速度を検出するエンコーダから連続的に出力されるパル
スの最初のパルスを検出した時である。

【００６０】一方、Ｔ相駆動信号電圧は起動時にも定常
駆動時と同じ電圧である。また、周波数も一定値とす
る。本実施形態では、起動時にＬ相駆動信号電圧を大き
くするため、加圧による縦振動振幅の減衰量を低減する
ことができる。したがって、確実に起動することができ
るとともに、時定数等の起動特性を向上させることがで
きる。また、本実施形態では、起動時に、Ｌ相駆動信号
電圧だけを大きくするとともにＴ駆動信号電圧を定常駆
動時のままとするため、消費電力を低減することが可能
となる。

【００６１】図６は、Ｌ相駆動信号電圧の制御を例とし
て、駆動信号電圧を制御する方法を示す説明図である。
図６において、Ｌ電圧制御部４９は、マルチプレクサの
ようなものから構成されており、駆動指令部４８からの
信号の選択を行うことができる。Ｌ電圧制御部４９は、
選択された信号により、ＭＯＳ電界効果トランジスタ等
のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８をオン−オフすることが
できるように、構成される。

【００６２】演算増幅器の帰還部には、抵抗値が異なる
抵抗Ｒｆ１〜Ｒｆ８が並列につながれており、各抵抗Ｒ
ｆ１〜Ｒｆ８はそれぞれ直列につながれたスイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ８が、制御信号発生部からの制御信号によ
りオンされることにより、演算増幅器の増幅量を決定す
ることができる。これにより、移相器４４からの駆動信
号は増幅され、振動子２１のＬ相電極３６ｂに入力され
る。

【００６３】図６を用いて、Ｌ相駆動信号電圧の制御に
ついて説明する。起動時には、駆動指令部４８の指示に
よってＬ相駆動信号電圧を大きくするため、Ｌ電圧制御
部４９は増幅率が最も大きくなるスイッチング素子をオ
ンし、他のスイッチング素子をオフする。これにより、
振動子２１に入力される電圧が大きくなる。その後、移
動子３２が駆動され、移動子３２の速度を検出するエン
コーダから出力される最初のパルスが出力されて駆動指
令部４８に入力された時点で、駆動指令部４８の指示に
より、Ｌ電圧制御部４９は増幅率が定常駆動時になるス
イッチング素子をオンし、他のスイッチング素子をオフ
する。これにより、振動子２１に入力される電圧が定常
駆動時となる。

【００６４】なお、Ｌ相駆動信号電圧の起動時から定常
駆動時への切換は、移動子３２の速度が所定の速度とな
った時点で行ってもよい。この場合は、移動子３２の速
度を検出するエンコーダから出力されるパルスの間隔か
ら、移動子３２の速度を求める。そして、移動子３２の
速度が所定の速度に達した時点で、駆動司令部４８の指
示により、Ｌ電圧制御部４９は増幅率が定常駆動時にな
るスイッチング素子をオンし、他のスイッチング素子を
オフする。これにより、振動子２１に入力される電圧が
定常駆動時となる。

【００６５】本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部からのデジ
タル信号を８ビットとし、スイッチング素子及び抵抗Ｒ
ｆをそれぞれ８個とした。これは、定常駆動時において
Ｌ相駆動信号電圧を制御するためである。

【００６６】（第２実施形態）以下、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だけを説明し、共通する部分には同
一の図中符号を付すことにより、重複する説明を省略す
る。図７は、本発明の第２実施形態である超音波アクチ
ュエータの起動時のＬ相駆動信号電圧，Ｔ相駆動信号電
圧及び駆動周波数の制御を、エンコーダのパルス及び駆
動周波数とともに示す説明図である。

【００６７】図３において、駆動指令部４８は、移動子
３２の速度を設定してＬ電圧制御部４９とＴ電圧制御部
５０と駆動周波数制御部５１とに起動の指示を出力す
る。これにより、発振器４３からある所望周波数の駆動
信号が出力され、駆動信号がＬ電圧増幅部４９とＴ電圧
増幅部５０とによりそれぞれ増幅されて超音波アクチュ
エータ２０へ伝達される。

【００６８】第２実施形態においても、起動時から所定
時間の間、本発明における第１駆動信号であるＴ相駆動
信号電圧と本発明における第２駆動信号であるＬ相駆動
信号電圧とについて、別々の制御を行う。すなわち、図
７に示すように、起動時には、Ｌ相駆動信号電圧は、通
常駆動時よりも高く設定しておき、所定時間経過後に通
常駆動時の電圧値に低下する。Ｌ相駆動信号電圧を起動
時から通常時にするタイミングは、移動子３２が駆動を
開始したことを確認した時点である。第２実施形態にお
いては、移動子３２の速度を検出するエンコーダから連
続的に出力されるパルスの最初のパルスを検出した時で
ある。一方、Ｔ相駆動信号電圧は、起動時にも定常駆動
時と同じ電圧とする。

【００６９】なお、Ｌ相駆動信号電圧の起動時から定常
駆動時への切換は、移動子３２の速度が所定の速度とな
った時点で行ってもよい。この場合は、移動子３２の速
度を検出するエンコーダから出力されるパルスの間隔か
ら、移動子３２の速度を求める。そして、移動子３２の
速度が所定の速度に達した時点で、駆動司令部４８の指
示により、Ｌ電圧制御部４９は増幅率が定常駆動時にな
るスイッチング素子をオンし、他のスイッチング素子を
オフする。これにより、振動子２１に入力される電圧が
定常駆動時となる。

【００７０】また、駆動周波数は起動時には高く設定し
ておき、起動を開始したら徐々に低下するように制御
し、所望の速度になったらその周波数で保持する。この
ように周波数を制御する理由は、超音波アクチュエータ
２０の駆動周波数が周囲の温度により変化し、起動時の
駆動周波数が共振点よりも低下することを防止するため
である。

【００７１】第２実施形態でも、起動時にＬ相駆動信号
電圧を大きくしたために、加圧による縦振動振幅の減衰
を低減することができる。したがって、確実に起動でき
るとともに、時定数等の起動特性を向上させることがで
きる。また、起動時にＬ相駆動信号電圧のみを大きく
し、Ｔ駆動信号電圧は定常駆動時のままであるため、消
費電力を低減することができる。さらに、周囲の温度に
よって駆動周波数が変化しても、確実に駆動することが
できるように構成される。

【００７２】図８は、第２実施形態における駆動周波数
の制御方法を示す説明図である。駆動周波数制御部５１
は、マルチプレクサのようなものから構成され、駆動指
令部４８からの信号選択を行うことができる。選択され
た信号によりＭＯＳ電界効果トランジスタ等のスイッチ
ング素子Ｑ１〜Ｑ８をオン−オフすることができるよう
に構成される。

【００７３】演算増幅器の帰還部には、抵抗値が異なる
抵抗Ｒｆ１〜Ｒｆ８が並列に接続されており、各抵抗Ｒ
ｆ１〜Ｒｆ８はそれぞれ直列につながれたスイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ８が、制御信号発生部からの制御信号によ
りオンされることにより、演算増幅器の増幅量を決定す
ることができる。これにより、入力された駆動信号は演
算増幅器により増幅され、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に
入力される。電圧制御発振器（ＶＣＯ）は、入力された
電圧値に応じた周波数を出力する。

【００７４】図８を用いて、駆動周波数の制御手順を説
明する。起動時には、駆動指令部４８の指示により、駆
動周波数を高くするために、駆動周波数制御部５１は増
幅率が最も大きくなるスイッチング素子をオンし、他の
スイッチング素子をオフする。これにより、電圧制御発
振器（ＶＣＯ）に入力される電圧が大きくなり、駆動周
波数が高くなる。その後、徐々に増幅率が小さくなるよ
うにオンされるスイッチング素子を切り換えて、駆動指
令部４８が設定した温度になった時点で、その周波数を
保持する。

【００７５】本実施形態では、説明を分かり易くするた
め、Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号を８ビットとする
とともに、スイッチング素子及び抵抗Ｒｆをそれぞれ８
個とした。しかし、Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号を
４ビットとするとともに、スイッチング素子及び抵抗Ｒ
ｆをそれぞれ４個としてもよい。または、Ａ／Ｄ変換部
からのデジタル信号を１６ビットとするとともに、スイ
ッチング素子及び抵抗Ｒｆをそれぞれ１６個としてもよ
い。または、それ以上に設定してもよい。ビット数，ス
イッチング素子数及び抵抗数が多ければ多いほど、きめ
細かく周波数を変更することができる。

【００７６】（第３実施形態）図９は、第３実施形態の
超音波アクチュエータの起動時におけるＬ相駆動信号電
圧，Ｔ相駆動信号電圧の制御を、駆動周波数とともに示
す説明図である。第３実施形態においても、起動時から
所定時間の間、本発明における第１駆動信号であるＴ相
駆動信号電圧と本発明における第２駆動信号であるＬ相
駆動信号電圧とについて、別々の制御を行う。

【００７７】すなわち、駆動指令部４８は、移動子３２
の速度を設定してＬ電圧制御部４９とＴ電圧制御部５０
と駆動周波数制御部５１とに起動の指示を出力する。こ
れにより、発振器４３からある所望周波数の駆動信号が
出力され、出力された駆動信号がＬ電圧増幅部４９とＴ
電圧制御部５０とにおいてそれぞれ増幅され、超音波ア
クチュエータ２０へ伝達される。ただし、起動時には、
Ｌ相駆動信号電圧のみを印加し、ある所定時間経過後に
Ｔ相駆動信号電圧の印加も開始する。

【００７８】第３実施形態では、Ｌ相駆動信号電圧の印
加開始時からＴ相駆動信号電圧の印加開始時までの時間
を１（ミリ秒）と設定した。また、駆動周波数は、定常
駆動時の周波数のままで一定とした。第３実施形態で
は、起動時にＬ相駆動信号電圧のみを印加するようにし
たため、第１実施形態や第２実施形態に比較すると、消
費電力をより低減することができる。

【００７９】（第４実施形態）図１０は、第４実施形態
の超音波アクチュエータの起動時におけるＬ相駆動信号
電圧，Ｔ相駆動信号電圧及び駆動周波数の制御を示す説
明図である。駆動指令部４８は、移動子３２の速度を設
定して、Ｌ電圧制御部４９とＴ電圧制御部５０と駆動周
波数制御部５１とに起動の指示を出力する。これによ
り、発振器４３からある所望周波数ｆ０（起動周波数）
の駆動信号が出力され、この駆動信号がＬ電圧増幅部４
６とＴ電圧増幅部４５とによりそれぞれ増幅され、超音
波アクチュエータ２０へ伝達される。

【００８０】起動時には、Ｌ相駆動信号電圧のみを印加
し、そして、所定時間ｔ１より短い時間ｔ２が経過した
時点で駆動周波数をｆ１（定常駆動周波数）に切り換え
て高くし、所定時間ｔ１が経過したら、Ｔ相駆動信号電
圧の印加を開始する。

【００８１】図１１は、周波数ｆ０，ｆ１の関係を示す
説明図である。駆動周波数に対して、縦振動振幅の極大
値（共振点）が捩じり振動振幅の極大値（共振点）より
も低くなると、好適な駆動制御を行うことができる。こ
のような振幅の関係により、駆動点（ｆ１）に周波数を
保持したままで起動すると、縦振動の共振点から離れて
いるために、縦振動振幅が大きくなるまでに時間を要す
る。そこで、起動時のＬ相駆動信号電圧のみを印加して
いる時には、縦振動振幅が大きい周波数ｆ０に設定し、
縦振動振幅が十分大きくなった時に、駆動周波数をｆ１
に切り換えて高くし、その後にＴ相駆動信号電圧の印加
を開始する。

【００８２】このように周波数を制御することにより、
第３実施形態と比較すると、起動が確実になり、さら
に、時定数等の起動特性も向上させることができる。ま
た、本実施形態においても、起動時にＬ相駆動信号電圧
のみを印加するようにしたため、第１実施形態や第２実
施形態と比較しても、消費電力を低減することが可能と
なる。なお、第４実施形態においては、起動時にＬ相駆
動信号電圧のみを印加する例について説明した。しか
し、起動時にＬ相駆動信号電圧とＴ相駆動信号電圧の両
方を印加した状態で、駆動周波数を縦振動振幅が大きい
周波数ｆ０に設定し、縦振動振幅が十分大きくなったと
きに駆動周波数を定常駆動周波数ｆ１に切り換えてもよ
い。この場合においても、起動が確実になり、時定数等
の起動特性を向上させることができる。

【００８３】（第５実施形態）図１２は、第５実施形態
の超音波アクチュエータ２０の振動子２１を構成する弾
性体２４，圧電体２２ａ，２２ｂ及び電極３６ａ，３６
ｂの配置を、制御ブロックの概略とともに示す斜視図で
ある。第５実施形態の制御回路が第１実施形態の制御回
路と異なる点は、駆動司令部４８が縦振動検出用圧電体
３７ｂからの信号に基づいてＬ電圧制御部４９およびＴ
電圧制御部５０の制御を行う点である。

【００８４】図１３は、第５実施形態における超音波ア
クチュエータの起動時におけるＬ相駆動電圧、Ｔ相駆動
電圧の制御および、Ｌ相モニタ電圧を説明する図であ
る。駆動司令部４８は、移動子３２の速度を設定して、
Ｌ電圧制御部４９とＴ電圧制御部５０と駆動周波数制御
部５１とに起動の指示を入力する。これにより、発振器
４３からある所望周波数の駆動信号が出力される。この
駆動信号がＬ電圧増幅部４６およびＴ電圧増幅部４５で
増幅された後に超音波アクチュエータ２０に伝達され
る。

【００８５】起動時には、Ｌ相駆動信号電圧のみを印加
し、ある所定時間の経過後にＴ相駆動信号電圧の印加を
開始する。Ｔ相駆動信号電圧の印加を開始するタイミン
グは、縦振動の振幅が定常状態になった時点である。第
５実施形態においては、縦振動検出用圧電体３７ｂの駆
動状態を示す信号であるＬ相モニタ電圧の振幅がほぼ一
定値になったときにＴ相駆動電圧の印加を開始する。

【００８６】第５実施形態においては、起動時にL 相駆
動信号電圧のみを印加するようにしたために、第１実施
形態や第２実施形態と比較して、消費電力をより低減す
ることが可能となる。

【００８７】（変形例）各実施形態では、振動アクチュ
エータとして超音波アクチュエータを用いたが、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、他の振動域を利用した振動アクチュ
エータについても等しく適用することができる。

【００８８】また、各実施形態の超音波アクチュエータ
は、捩じり振動と縦振動とを組み合わせた異形モード異
入力（各振動を起こすための入力が独立している）の超
音波アクチュエータを用いた。しかし、異形モード異入
力の超音波アクチュエータであれば、捩じり振動及び縦
振動以外の他の振動を組み合わせた場合であっても、一
方の振動が相対運動部材の駆動に関与し、他方の振動が
振動子と相対運動部材との間のクラッチ的機構に関与す
るものであれば、同様な構成により、全く同様の効果を
得ることができる。

【００８９】例えば、平板形状の振動体に縦振動（伸縮
振動）及び屈曲振動（曲げ振動）を組み合わせた超音波
アクチュエータや、ドーナツ型円板形状で円環対称伸び
振動と非軸対称振動とを組み合わせた超音波アクチュエ
ータ等がある。

【００９０】さらに、同形モードの超音波アクチュエー
タであっても、各振動の励起が異入力であって、一方の
振動が相対運動部材の駆動に関与し、他方の振動が振動
子と相対運動部材との間のクラッチ的機構に関与するも
のであれば、同様な構成により全く同様の効果を生じる
ことができる。例えば、角柱形状や円柱形状の振動体の
曲げ振動と曲げ振動とを組み合わせた超音波アクチュエ
ータ等がある。

【００９１】また、本実施形態に用いた超音波アクチュ
エータは、電気機械変換素子として圧電体を用いたが、
本発明にかかる振動アクチュエータはこれに限定される
ものではない。圧電体以外には、電歪素子や磁歪素子等
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
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を示す縦
断面図である。

【図２】第１実施形態における振動子の振動用圧電体の
配置を示す説明図であって、図２（ａ）は振動子の上面
図，図２（ｂ）は振動子に発生する縦振動及び捩じり振
動の一例を、振動用圧電体の配置と併せて示す振動子の
側面図である。

【図３】第１実施形態における振動子を構成する弾性
体，圧電体及び電極の配置を、制御ブロックの概略とと
もに示す説明図である。

【図４】第１実施形態における振動子に発生する捩じり
振動Ｔ及び縦振動Ｌを組み合わせて、振動子の駆動面に
楕円運動を発生させることを経時的に示す説明図であ
る。

【図５】第１実施形態の超音波アクチュエータの起動時
のＬ相駆動信号電圧，Ｔ相駆動信号電圧の制御を、エン
コーダのパルス及び駆動周波数とともに示す説明図であ
る。

【図６】Ｌ相駆動信号電圧の制御を例として、駆動信号
電圧を制御する方法を示す説明図である。

【図７】第２実施形態における超音波アクチュエータの
起動時のＬ相駆動信号電圧，Ｔ相駆動信号電圧及び駆動
周波数の制御を、エンコーダのパルス及び駆動周波数と
ともに示す説明図である。

【図８】第２実施形態における駆動周波数の制御方法を
示す説明図である。

【図９】第３実施形態の超音波アクチュエータの起動時
におけるＬ相駆動信号電圧，Ｔ相駆動信号電圧の制御
を、駆動周波数とともに示す説明図である。

【図１０】第４実施形態の超音波アクチュエータの起動
時におけるＬ相駆動信号電圧，Ｔ相駆動信号電圧及び駆
動周波数の制御を示す説明図である。

【図１１】周波数ｆ０，ｆ１の関係を示す説明図であ
る。

【図１２】第５実施形態における振動子を構成する弾性
体，圧電体及び電極の配置を、制御ブロックの概略とと
もに示す説明図である。

【図１３】第５実施形態の超音波アクチュエータの起動
時におけるＬ相駆動信号電圧，Ｔ相駆動信号電圧の制御
を、Ｌ相のモニタ電圧と共に示す説明図である。

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

【図１５】図１４に示す振動アクチュエータの固定子を
展開して示す斜視図である。

【図１６】従来の振動アクチュエータの構造例を示す縦
断面図である。

【図１７】図１６の振動アクチュエータの制御を示すブ
ロック図である。

【図１８】図１８（ａ）は、図１６に示す振動子を底面
方向から見た図であり、図１８（ｂ）は、図１６に示す
振動子を側面方向から見た図である。

【図１９】弾性体に発生する捩じり振動と縦振動とを組
み合わせて駆動面に楕円運動を発生させる振動アクチュ
エータの駆動原理を示す説明図である。

【符号の説明】

２０超音波アクチュエータ２１振動子２１ａ駆動面２２ａ，２２ｂ圧電体２３弾性体２３ａ，２３ｂ，２３ｃ小径部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ大径部２４ａ，２４ｂ半弾性部材２６ａ，２６ｂ貫通孔２７ａ，２７ｂボルト２８ａ，２８ｂナット２９固定ピン３０貫通孔３１固定軸３１ｂ，３１ｃ溝３２移動子３２ａ移動子母材３２ｂ摺動材３２ｃ歯車３３ベアリング３４皿バネ（加圧部材）３５ナット３６ａ，３６ｂ電極４０駆動部４１駆動回路４２制御回路４３発振器４４移相部４５Ｔ電圧増幅部４６Ｌ電圧増幅部４７速度検出部４８駆動指令部４９Ｌ電圧制御部５０Ｔ電圧制御部５１駆動周波数制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子と、前記振動子に加圧接触されて、前記振動子との間で相対
運動を行う相対運動部材と、前記振動子に第１駆動信号及び第２駆動信号を出力する
駆動回路と、を有する振動アクチュエータにおいて、前記振動子は、前記第１駆動信号によって前記相対運動
の方向と略同じ方向へ変位する第１振動を発生するとと
もに、前記第２駆動信号によって前記相対運動の方向と
交差する方向へ変位する第２振動を発生し、前記駆動回路は、起動時から所定時間の間のみ、前記第
１駆動信号と前記第２駆動信号とについて、独立した制
御を行う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に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記駆動回路は、前記起動時から前記所定時間が経過す
るまでは前記第２駆動信号の電圧を前記第１駆動信号の
電圧より大きくするように制御を行う。
【請求項３】請求項２に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記駆動回路は、前記所定時間の間に、前記第１駆動信
号または前記第２駆動信号の少なくとも一方に対し、駆
動周波数を変更する制御を行う。
【請求項４】請求項１に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記駆動回路は、前記起動時から前記所定時間が経過す
るまでは前記第２駆動信号のみを出力し、前記所定時間
が経過した後は、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信
号を出力する制御を行う。
【請求項５】請求項４に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記駆動回路は、前記所定時間の間に、前記第２駆動信
号の駆動周波数を変更する制御を行う。
【請求項６】請求項１に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記相対運動の速度を検出する相対運動検出手段を更に
有し、前記駆動回路は、前記相対運動検出手段によって検出さ
れた前記相対運動の速度に基づいて前記所定時間を決定
する。
【請求項７】請求項１に記載の振動アクチュエータに
おいて、前記第２振動の駆動状態を検出する検出手段を更に有
し、前記駆動回路は、前記検出手段が検出した前記駆動状態
に基づいて前記所定時間を決定する。
【請求項８】駆動回路から第１駆動信号を出力して振
動子に第１振動を発生させるとともに、前記駆動回路か
ら第２駆動信号を出力して前記振動子に第２振動を発生
させることにより、前記振動子と前記振動子に加圧接触
する相対運動部材との間で相対運動を発生する振動アク
チュエータの制御方法であって、起動時から所定時間の間のみ、前記第１駆動信号と前記
第２駆動信号とについて、別々の制御を行うことを特徴
とする振動アクチュエータの制御方法。
【請求項９】振動子と、前記振動子に加圧接触されて、前記振動子との間で相対
運動を行う相対運動部材と、前記振動子に駆動信号を出力する駆動回路と、を有する振動アクチュエータにおいて、前記振動子は、前記駆動信号によって、前記相対運動の
方向と略同じ方向へ変位する第１振動及び前記相対運動
の方向と交差する方向へ変位する第２振動を発生し、前記駆動回路は、起動時から所定時間の間のみ、前記第
１振動と前記第２振動とについて、別々の制御を行う。
【請求項１０】請求項９に記載の振動アクチュエータ
において、前記制御回路は、前記起動時から前記所定時間が経過す
るまでは、前記第２振動のみを発生させ、前記所定時間
が経過した後は、前記第１振動及び前記第２振動を発生
させる。
【請求項１１】請求項９に記載の振動アクチュエータ
において、前記相対運動の速度を検出する相対運動検出手段を更に
有し、前記駆動回路は、前記相対運動検出手段によって検出さ
れた前記相対運動の速度に基づいて前記所定時間を決定
する。
【請求項１２】請求項９に記載の振動アクチュエータ
において、前記第２振動の駆動状態を検出する検出手段を更に有
し、前記駆動回路は、前記検出手段が検出した前記駆動状態
に基づいて前記所定時間を決定する。
【請求項１３】駆動回路から駆動信号を出力して振動
子に第１振動及び第２振動を発生させることにより、前
記振動子と前記振動子に加圧接触する相対運動部材との
間で相対運動を発生する振動アクチュエータの制御方法
であって、起動時から所定時間の間のみ、前記第１振動と前記第２
振動とについて、別々の制御を行うことを特徴とする振
動アクチュエータの制御方法。