(57)【要約】      （修正有）【課題】低次数の振動モードで動く圧電体振動子の向い合う両端部に反対方向の楕円運動を大きな駆動力で行わせる。【解決手段】  圧電体振動子１０は、板状の圧電素子２０、２０、及びシムを有する。圧電素子２０、２０は厚さ方向に分極され、中央から第１方向Ｄ１に沿って両側に延びる第１突出部２１ａ、及び第２突出部２１ｂを有する。第１突出部２１ａ、及び第２突出部２１ｂの先端は第２方向Ｄ２に平行な辺部２２を有する。圧電素子２０、２０に第３突出部２１ｃ、及び第４突出部２１ｄを、中央から第２方向Ｄ２に沿って延びるにつれて幅が小さくなるように形成する。圧電素子２０、２０の表面に電極を設け、第２方向に沿って２以上に分割し、第１電極２３ａ、及び第２電極２３ｂを形成する。第１電極２３ａ、及び第２電極２３ｂに位相の異なる交流電圧を印加して、辺部２２を楕円運動させる。【選択図】図１
2006174680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記振動子の中央から第１方向に沿って両側に延び、最先端において前記第１方向と垂直な第２方向に平行な辺部を有する第１、第２突出部と、
前記中央から、前記第２方向に沿って両側に延びる第３、第４突出部と、
前記第２方向に沿って並ぶ第１、第２電極とを備え、
前記第１、第２電極にそれぞれ位相の異なる交流電圧を印加することにより、振動する
ことを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記第１、第２電極の間にさらに電極が設けられることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記第３、第４突出部が前記中央から前記第２方向に沿って延びるにつれて幅が小さくなることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項４】
前記第１突出部が、前記辺部と前記第１方向に平行な２つの辺によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項５】
前記第１突出部の先端部と前記第２突出部の先端部との間隔より前記第３突出部の先端部と前記第４突出部の先端部との間隔の方が短いことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項６】
前記第１、第２電極の間に第３電極を備え、前記第３電極に前記第１、第２電極のいずれか一方に印加される交流電圧とは位相が９０°、他方に印加される交流電圧とは位相が−９０°異なる交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項７】
前記振動子が、前記第１方向、及び前記第２方向に略対称であることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項８】
前記第３、第４突出部のそれぞれが、前記振動子が備えられる振動子支持体に、前記振動子を支持するための第１、第２支持部材を有し、
前記第１支持部材には、前記振動子と前記第１支持部材とを連結する第１連結点が、前記振動子の前記第２方向への振動が最も大きくなる点である振動中心を通る直線であって前記第２方向に平行な直線から外れる位置に設けられ、
前記第２支持部材には、前記振動子と前記第２支持部材とを連結する第２連結点が、前記振動中心を通る前記第２方向に平行な直線から外れる位置に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項９】
前記第１、第２突出部と、前記第１、第２電極とを有し、交流電圧を印加することにより振動する板状の振動体と、
前記振動体と密着し、前記第１方向に沿って前記第１、第２突出部より外側に延びる調整部を有する弾性板部材とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項１０】
前記弾性板部材の前記第１方向に沿った両端が、前記第２方向と平行に形成されることを特徴とする請求項９に記載の振動子。
【請求項１１】
前記弾性板部材には、前記第１方向に沿った両端から外側に突出する接触部が設けられることを特徴とする請求項１０に記載の振動子。
【請求項１２】
前記第１〜第４突出部を有する弾性板部材と、
前記第１方向の長さが前記第２方向の幅より長く形成され、前記弾性板部材に密着し、前記第１、第２電極を有し、交流電圧を印加することにより振動する板状の振動体とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項１３】
前記振動体が、前記第１方向及び前記第２方向に平行な辺を有する矩形であることを特徴とする請求項１２に記載の振動子。
【請求項１４】
請求項１０に記載の振動子における、前記弾性板部材の前記第１方向に沿った両端の一方、或いは両方の一部を除去することを特徴とする振動子の共振周波数調整方法。
【請求項１５】
前記弾性板部材の前記第１方向に沿った両端の一方、或いは両方の一部が、前記第２方向と平行に除去されることを特徴とする請求項１４に記載の振動子の共振周波数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータ等を駆動する振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、板状の振動子を振動（以下、断らない限り振動は板状振動子の面内振動を指す）させることによって駆動する超音波モータが知られている。このような超音波モータを適用した鏡筒駆動装置が開示されている（特許文献１）。この鏡筒駆動装置においては、孔開き円板振動子の膨張収縮する対称振動（Ｒ、１）モードと非対称振動（１、１）モードとを用いて円板の外周上の１点を楕円運動させ、レンズの光軸と同軸に回転する回転体に対して孔開き円板振動子の楕円運動する点を光軸と平行な方向から加圧して回転体を回転させ、この回転を螺子機構により光軸方向の直進運動に変換して、レンズを光軸方向に移動させることが可能である。
【０００３】
また、上述の孔開き円板振動子の対称振動（Ｒ、１）モードと非対称振動（１、１）モードとを用いてリニアモータを駆動することが開示されている（非特許文献１）。このリニアモータにおいては、孔開き円板振動子の１直径上の外周に設けた２点の接触部を半径方向の放射状伸縮と同じ方向の接線変位とを重ねて回転方向が互いに反対の楕円運動を行わせ、移動体に設けられたガイドを２点の接触部に向けて加圧して、移動体に接線方向の駆動力を与えることにより、移動体を直線駆動するものである。
【０００４】
一般に超音波モータにおいては、振動子を共振状態にして駆動することにより出力を大きくしており、楕円運動させる場合は略直交する２つの振動の共振周波数を一致させることが実用上必要である。孔開き円板振動子では対称振動（Ｒ、１）モードと非対称振動（１、１）モードの共振周波数を一致させるために、所定の直径の孔が円板の中央に設けられる。
【０００５】
このような孔開き円板振動子は低い次数の面内振動モードを用いているため電極の位置誤差に影響されにくく、安定した振動を得ることが出来、上述のように直径上の外周２点で相手部材を同方向に駆動できるため、（非特許文献１）に開示されたリニアモータ等に適用するのに好適な振動子である。
【０００６】
しかし、回転体や移動体を加圧する際に、孔の内側に比較的大きな円周方向引張り応力が作用する。従って、例えばＰＺＴ等の圧電セラミックを振動発生部材に用いる場合に、圧電セラミックの引張り強度が弱いため、振動子から回転体等に対して強い押圧力を加えることが出来なかった。押圧力が弱いと振動子と回転体等との摩擦力も小さくなり、駆動力を大きくすることが出来なかった。
【特許文献１】特開平１１−２７５８７８号公報
【非特許文献１】タカヒロ・マスダ（Takahiro Masuda）、他２名、「ピエゾエレクトリック・リニア・モータ・ユージング（Ｒ，１）−（（１，１））モード・ディスク・イクイップト・ウィズ・ティータイプ・サポート・ジグス・フォー・リアライジング・イッツ・ファイン・パフォーマンス（Piezoelectric Linear Motor Using（Ｒ，１）−（（１，１））Mode Disk Equipped with T-Type Support Jigs for Realizing its Fine Performance）」、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Japanese Journal of Applied Physics）、応用物理学会（The Japan Society of Applied Physics）、２００４年、Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．５Ｂ、ｐ．２８７９‐２８８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明では、引張り応力に強く、かつ、伸縮する両端において互いに反対方向の楕円運動を発生する振動子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の振動子は、振動子の中央から第１方向に沿って両側に延び最先端において第１方向と垂直な第２方向に平行な辺部を有する第１、第２突出部と、中央から第２方向に沿って両側に延びる第３、第４突出部とを備え、第１、第２電極にそれぞれ位相の異なる交流電圧を印加することにより、振動することを特徴としている。このような構成によれば、振動子に孔を設けることなく、第１、第２突出部を互いに反対方向に楕円運動させることが可能である。
【０００９】
また、第１、第２電極の間にさらに電極が設けられることが好ましい。
【００１０】
また、第３、第４突出部が中央から第２方向にそって延びるにつれて幅が小さくなることが好ましい。また、第１突出部が辺部と第１方向に平行な２つの辺によって形成されることが好ましい。更に、第１突出部の先端部と第２突出部の先端部との間隔より第３突出部の先端部と第４突出部の先端部との間隔の方が短いことが好ましい。このような構成により、振動子の第２方向の寸法及び後述するように支持部材を含めた第２方向の寸法を小さくすることが出来る。
【００１１】
また、第１、第２電極の間に第３電極を備え、前記第３電極に前記第１、第２電極のいずれか一方に印加される交流電圧とは位相が９０°、他方に印加される交流電圧とは位相が−９０°異なる交流電圧が印加されることが好ましい。このような構成により、第１の振動モードを中央の電極である第３電極で駆動し、第２の振動モードを最も外側にある２つの電極、第１、第２電極で駆動することによりそれぞれの電極を簡単な回路で構成することが可能になる。
【００１２】
また、第３、第４突出部のそれぞれが圧電体振動子が備えられる圧電体振動子支持体に圧電体振動子を支持するための第１、第２支持部材を有し、第１支持部材には圧電体振動子と第１支持部材とを連結する第１連結点が圧電体振動子の第２方向への振動が最も大きくなる点である振動中心を通る直線であって第２方向に平行な直線から外れる位置に設けられ、第２支持部材には圧電体振動子と第２支持部材とを連結する第２連結点が、振動中心を通る第２方向に平行な直線から外れる位置に設けられることが好ましい。
【００１３】
また、第１、第２突出部と第１、第２電極とを有し交流電圧を印加することにより振動する板状の振動体と、振動体と密着し第１方向に沿って第１、第２突出部より外側に延びる調整部を有する弾性板部材とを備えることが好ましく、弾性板部材の第１方向に沿った両端が第２方向と平行に形成されることが好ましい。さらに、弾性板部材には、第１方向に沿った両端から外側に突出する接触部が設けられることが好ましい。
【００１４】
また、第１〜第４突出部を有する弾性板部材と、第１方向の長さが第２方向の幅より長く形成され弾性板部材に密着し第１、第２電極を有し交流電圧を印加することにより振動する板状の振動体とを備えることが好ましい。このような構成により、第１方向への伸縮振動の振幅を大きくすることが可能になる。
【００１５】
さらに、振動体が第１方向及び第２方向に平行な辺を有する矩形であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の振動子の共振周波数調整方法は、振動子における弾性板部材の第1方向に沿った両端の一方或いは両方の一部を除去することを特徴としている。さらに、弾性板部材の第１方向に沿った両端の一方或いは両方の一部が第２方向と平行に除去されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低次数の振動モードで振動する圧電体振動子において、孔を設けることなく中心から延びる両端部において互いに反対方向の楕円運動を大きな駆動力で発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を適用した圧電体振動子の正面図である。図２は圧電体振動子の側面図である。圧電体振動子１０は、板状の圧電素子２０、２０、及び金属板であるシム３０により構成される。シム３０は、厚さ方向に分極した板状の圧電素子２０、２０により挟持される。
【００１９】
圧電素子２０、２０には、圧電素子２０、２０の中央から面上の第１方向Ｄ１に沿って両側に延びる第１突出部２１ａ、及び第２突出部２１ｂが形成される。第１突出部２１ａ、及び第２突出部２１ｂは、第１方向Ｄ１に平行な２辺、及び第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２に平行な辺部２２によって矩形に形成される。辺部２２は圧電素子２０、２０の中央から第１方向Ｄ１に沿った最先端に位置する。
【００２０】
圧電素子２０、２０には、第２方向Ｄ２に沿って両側に延びる第３突出部２１ｃ、及び第４突出部２１ｄが形成される。第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄは、第２方向Ｄ２に沿って外側に延びるにつれて幅がテーパ状に小さくなるように形成される。圧電素子２０、２０は第１方向Ｄ１、及び第２方向Ｄ２に線対称である。テーパの長さや角度を調整することにより、周波数の調節が可能となる。
【００２１】
圧電素子２０、２０の表面には、電極が設けられる。電極は第２方向Ｄ２に沿って２つに分割され、第１電極２３ａ、及び第２電極２３ｂが形成される。第１、第２電極２３ａ、２３ｂには位相の異なる交流電圧が印加される。
【００２２】
シム３０には、第１接触部３１ａ、第２接触部３１ｂ、第１支持部３２ａ、及び第２支持部３２ｂが形成される。第１接触部３１ａ、第２接触部３１ｂはそれぞれ第１突出部２１ａ、第２突出部２１ｂから更に第１方向Ｄ１に沿って外側に延ばされる。
【００２３】
圧電素子２０、２０、及びシム３０は、それぞれ第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２に略対称となるように形成される。従って、圧電体振動子１０全体として、第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２に略対称となる。このような形状によれば、安定した振動を発生させることが可能となる。
【００２４】
一例として、上述の圧電体振動子１０において、シム３０をステンレス鋼、圧電素子２０をＰＺＴとした場合、第１突出部２１ａ先端から第２突出部２１ｂ先端までの幅（図１符号Ｅ参照）、第３突出部２１ｃ先端から第４突出部２１ｄ先端までの幅（図１符号Ａ参照）、第１、第２突出部２１ａ、２１ｂの先端の幅（図１符号Ｂ参照）、第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄの先端の幅（図１符号Ｆ参照）をそれぞれ８．１：８：４：１．７の比となるように形成することにより、２つのモードの共振周波数を一致させることが可能である。
【００２５】
図３は、本実施形態の圧電体振動子を備えた超音波モータ５０の断面を示す図である。図３に示すように、第１、第２接触部３１ａ、３１ｂがそれぞれロータ５２、５２に当接される。このような構成により、圧電素子が直接ロータ５２、５２に当接する事を防ぎ、圧電体振動子全体の耐久性が向上する。
【００２６】
第１、第２支持部３２ａ、３２ｂは、腕部３３と脚部３４を有するＴ字形に形成される。脚部３４は第２方向Ｄ２と平行で、第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄから外側に延び、腕部３３は第１方向Ｄ１に平行となるように配置される。腕部３３には、圧電体振動子１０の厚さ方向に孔が設けられる。孔に雄螺子を挿通して、圧電体振動子が備えられる圧電体振動子支持体である超音波モータ５０に、螺着することにより、圧電体振動子１０は超音波モータ５０に支持される。
【００２７】
図１に示すように、第１支持部３２ａに設けられる孔３５ａ（第１連結点）、及び第２支持部３２ｂに設けられる孔３５ｂ（第２連結点）は、後述する第２方向Ｄ２への屈曲振動が最も大きくなる振動中心Ｃを通り第２方向Ｄ２に平行な直線から外れる位置に設けられる。
【００２８】
圧電体振動子１０と、第１、第２支持部３２ａ、３２ｂの第２方向Ｄ２への剛性の和との比の平方根を２×πで除した値が印加される交流電圧の周波数に一致させるように、腕部３３の長さが定められる。
【００２９】
上述のように腕部３３の長さを定めることにより、印加される交流電圧の周波数における第１、第２支持部３２ａ、３２ｂの第２方向への剛性が十分小さくなり、圧電体振動子１０の共振が第１、第２支持部３２ａ、３２ｂによって損なわれることを防止することが可能である。
【００３０】
図４は第１の実施形態を適用した圧電体振動子１０を駆動する駆動回路を示すブロック図である。駆動回路４０は、発振部４１、移相部Ｌ４２、移相部Ｆ４３、第１増幅部４４ａ、第２増幅部４４ｂ、第１加算部４５ａ、及び第２加算部４５ｂによって構成される。
【００３１】
発振部４１は移相部Ｌ４２、及び移相部Ｆ４３に接続される。移相部Ｌ４２は第１増幅部４４ａに、移相部Ｆ４３は第２増幅部４４ｂに接続される。第１加算部４５ａ、及び第２加算部４５ｂは、ともに第１増幅部４４ａ、及び第２増幅部４４ｂに接続される。第１加算部４５ａは圧電体振動子１０の第１電極２３ａに、第２加算部４５ｂは第２電極２３ｂに接続される。
【００３２】
発振部４１において交流電圧が発生して、移相部Ｌ４２、及び移相部Ｆ４３に印加される。発振部４１において発生した交流電圧の位相は、移相部Ｌ４２において第１方向Ｄ１に圧電体振動子１０を伸縮振動させるための信号となるように変えられ、その電圧はｓｉｎωｔとなる。また、発振部４１において発生した交流電圧の位相は、移相部Ｆ４３において第２方向Ｄ２に圧電体振動子を屈曲振動させるための信号となるように変えられ、電圧はｃｏｓωｔとなる。
【００３３】
移相部Ｌ４２、及び移相部Ｆ４３の出力端におけるそれぞれの電圧ｓｉｎωｔ、ｃｏｓωｔは第１増幅部４４ａ、及び第２増幅部４４ｂにより所定の増幅率Ａ、Ｂにより増幅され、Ａｓｉｎωｔ、Ｂｃｏｓωｔとなる。なお、第１増幅部４４ａ、及び第２増幅部４４ｂはそれぞれ振幅制御部４６に接続され、振幅制御部４６により増幅率Ａ、Ｂの設定が行われる。
【００３４】
第１加算部４５ａでは、第１増幅部４４ａの出力端の電圧Ａｓｉｎωｔを加算し、第２増幅部４４ｂの出力端の電圧Ｂｃｏｓωｔを減算して、Ａｓｉｎωｔ−Ｂｃｏｓωｔの電圧を第１電極２３ａに印加する。
【００３５】
第２加算部４５ｂでは、第１増幅部４４ａの出力端の電圧Ａｓｉｎωｔを加算し、第２増幅部４４ｂの出力端の電圧Ｂｃｏｓωｔを加算して、Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｃｏｓωｔの電圧を第２電極２３ｂに印加する。
【００３６】
以上のような、回路構成によって印加される電圧による圧電体振動子１０の振動について図１、及び図５〜図８を用いて説明する。
【００３７】
図１は第１電極２３ａ、及び第２電極２３ｂに電圧が印加されない状態における圧電体振動子の外観を示す図である。電圧が印加されない状態においては、圧電素子は変形を起こさず静止している。圧電体振動子１０は、正の電圧が印加される部分が膨張し、負の電圧が印加される部分が収縮する。例えば、第１電極２３ａに正の電圧を印加すると第１電極２３ａにおける圧電素子が膨張し、第２電極２３ｂに負の電圧を印加すると第２電極２３ｂにおける圧電素子が収縮していく。
【００３８】
図５は、印加電圧の位相がωｔ＝０のときの圧電体振動子１０の状態を示した図である。この時、第1電極２３ａには負の電圧−Ｂ、第２電極２３ｂには正の電圧＋Ｂが印加される。従って、第１電極２３ａにおける圧電素子が収縮し、第２電極２３ｂにおける圧電素子が膨張していく。第１電極２３ａにおける圧電素子の収縮、及び第２電極２３ｂにおける圧電素子の膨張が最大となる第１状態まで圧電体振動子１０は第２方向Ｄ２に沿って屈曲する。両端自由の屈曲１次モード振動であるため、圧電体振動子１０の中心Ｃは第１、第２接触部３１ａ、３１ｂと第２方向Ｄ２に沿って反対方向に変位する。
【００３９】
図６は、印加電圧の位相がωｔ＝π／２のときの圧電体振動子１０の状態を示した図である。この時、両電極２３ａ、２３ｂともに正の電圧＋Ａが印加される。従って、第１電極２３ａにおける圧電素子、及び第２電極２３ｂにおける圧電素子の伸縮は静止状態から、圧電素子２０、２０が第１方向Ｄ１に沿って膨張していく。圧電素子２０、２０の膨張が最大となる第２状態まで圧電体振動子１０は第１方向Ｄ１に膨張する。
【００４０】
この時、圧電体振動子１０は第１方向Ｄ１に伸びるが、第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄの多くの部分は第２方向の内側に変位する。この振動モードは正方形板における輪郭すべりモードに相当するモードであり、第１、第２接触部３１ａ、３１ｂの間の長さが伸縮する最も低次のモードである。
【００４１】
図７は、印加電圧の位相がωｔ＝πのときの圧電体振動子１０の状態を示した図である。この時、第１電極２３ａには正の電圧＋Ｂが印加される一方、第２電極２３ｂには負の電圧−Ｂが印加される。従って、第２電極２３ｂにおける圧電素子が収縮し、及び第１電極２３ａにおける圧電素子が膨張していく。第２電極２３ｂにおける圧電素子の収縮、及び第１電極２３ａにおける圧電素子の膨張が最大となる第３状態まで圧電体振動子１０は第２方向Ｄ２に沿って屈曲する。両端自由の屈曲１次モード振動であるため、圧電体振動子１０の中心Ｃは第１、第２接触部３１ａ、３１ｂと第２方向Ｄ２に沿って反対方向に変位する。
【００４２】
図８は、印加電圧の位相がωｔ＝（３／２）πのときの圧電体振動子１０の状態を示した図である。この時、両電極２３ａ、２３ｂには、ともに負の電圧−Ａが印加される。従って、第１電極２３ａにおける圧電素子、及び第２電極２３ｂにおける圧電素子の伸縮は静止状態から、圧電素子２０、２０が第１方向Ｄ１に沿って縮小していく。圧電素子２０、２０の収縮が最大となる第４状態まで圧電体振動子１０は第１方向Ｄ１に収縮する。この時、圧電体振動子１０は第１方向Ｄ１に収縮するが第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄの多くの部分は第２方向Ｄ２の外側に変位する。
【００４３】
圧電体振動子１０は、第４状態から第１状態まで変化し、以後、第２状態、第３状態、第４状態、第１状態、・・・となるように周期的に循環変形する。このように圧電体振動子１０の外形が変化すると、辺部２２の任意の一点は楕円運動を行う。
【００４４】
以上のような構成によれば、第１方向Ｄ１、及び第２方向Ｄ２にそれぞれ伸縮１次モード、屈曲１次モードの振動を発生させることが可能であって、第１突出部の辺部２２、及び第２突出部の辺部２２において互いに反対方向であり屈曲方向への駆動力の大きな楕円運動を発生させることが可能である。
【００４５】
図９に本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態は圧電素子の表面に設けられる電極の配置、及びそれぞれの電極に印加される電圧が第１の実施形態と異なる。本実施形態においては、電極は第２方向Ｄ２に沿って３つに分割され、両側に第１電極２３ａ、第２電極２３ｂ、真ん中に第３電極２３ｃが形成される。
【００４６】
第１〜第３電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃには、それぞれ位相の異なる交流電圧が印加される。後述するように第１、第２電極２３ａ、２３ｂに印加される交流電圧の極性は互いに反転しており、第３電極２３ｃには、第１、第２電極２３ａ、２３ｂのいずれか一方に印加される交流電圧とは位相が９０°異なり、他方に印加される交流電圧とは位相が９０°異なる交流電圧が印加される。
【００４７】
図１０は第２の実施形態を適用した圧電体振動子１００を駆動する駆動回路を示すブロック図である。駆動回路４００は、発振部４１、移相部Ｌ４２、移相部Ｆ４３、第１増幅部４４ａ、第２増幅部４４ｂ、第１加算部４５ａ、及び第２加算部４５ｂによって構成される。
【００４８】
発振部４１は、移相部Ｌ４２、及び移相部Ｆ４３に接続される。移相部Ｌ４２は第１増幅部４４ａに、移相部Ｆ４３は第２増幅部４４ｂに接続される。第１増幅部４４ａは第３電極２３ｃに接続される。第２増幅部４４ｂは第１加算部４５ａ、及び第２加算部４５ｂに接続される。第１加算部４５ａは圧電体振動子１０の第１電極２３ａに、第２加算部４５ｂは第２電極２３ｂに接続される。
【００４９】
発振部４１において交流電圧が発生し、移相部Ｌ４２、及び移相部Ｆ４３に印加される。発振部４１において発生した交流電圧の位相は、移相部Ｌ４２において第１方向Ｄ１に圧電体振動子１０を伸縮振動させるための信号となるように変えられ、その電圧はｓｉｎωｔとなる。また、発振部４１において発生した交流電圧の位相は、移相部Ｆ４３において第２方向Ｄ２に圧電体振動子を屈曲振動させるための信号となるように変えられ、その電圧はｃｏｓωｔとなる。
【００５０】
移相部Ｌ４２、及び移相部Ｆ４３の出力端におけるそれぞれの電圧ｓｉｎωｔ、ｃｏｓωｔは第１増幅部４４ａ、及び第２増幅部４４ｂにより所定の増幅率Ａ、Ｂにより増幅され、Ａｓｉｎωｔ、Ｂｃｏｓωｔとなる。なお、第１増幅部４４ａ、及び第２増幅部４４ｂはそれぞれ振幅制御部４６に接続され、振幅制御部４６により増幅率Ａ、Ｂの設定が行われる。
【００５１】
第１増幅部４４ａにおいて増幅された電圧Ａｓｉｎωｔは、第３電極２３ｃに印加される。第１加算部４５ａでは、第１増幅部４４ａの出力端の電圧Ｂｃｏｓωｔを減算して、−Ｂｃｏｓωｔの電圧が第１電極２３ａに印加される。第２加算部４５ｂでは、第２増幅部４４ｂの出力端の電圧Ｂｃｏｓωｔを加算して、＋Ｂｃｏｓωｔの電圧が第２電極２３ｂに印加される。
【００５２】
以上のような、第２の実施形態を適用した圧電体振動子において第１電極２３ａ、及び第２電極２３ｂにおける圧電素子の伸縮により第２方向Ｄ２に沿った屈曲振動を発生させ、第３電極２３ｃにおける圧電素子の伸縮により第１方向Ｄ１に沿った伸縮振動を発生させることが可能であり、これらの振動の組合わせにより辺部に楕円運動を行わせることが可能である。
【００５３】
図１１は、本発明の第３の実施形態を適用した振動子を示す。本実施形態は圧電体振動子を構成する圧電素子及びシムの形状が第１の実施形態と異なる。
【００５４】
シム３００（弾性板部材）には、シム３００の中央から面上の第１方向Ｄ１に沿って両側に延びる第１突出部３６ａ、及び第２突出部３６ｂが形成される。第１突出部３６ａ、及び第２突出部３６ｂは、第１方向Ｄ１に平行な２辺、及び第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２に平行な辺によって矩形に形成される。
【００５５】
シム３００には、第２方向Ｄ２に沿って両側に延びる第３突出部３６ｃ、及び第４突出部３６ｄが形成される。第３、第４突出部３６ｃ、３６ｄは、第２方向Ｄ２に沿って外側に延びるにつれて幅がテーパ状に小さくなるように形成される。シム３００は第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に線対称である。テーパの長さや角度を調整することにより、周波数の調節が可能となる。
【００５６】
シム３００に形成される第１、第２接触部３１ａ、３１ｂは、第１、第２突出部３６ａ、３６ｂから更に第１方向Ｄ１に沿って外側に伸ばされる。シム３００に形成される第１、第２支持部３２ａ、３２ｂの構成及び機能は第１の実施形態と同じである。
【００５７】
圧電素子２００、２００（振動体）は、第１方向Ｄ１に沿った２辺及び第２方向Ｄ２に沿った２辺を外縁とする矩形に形成される。また、圧電素子２００、２００は、第１方向Ｄ１の長さが第２方向Ｄ２の幅に比べて長くなるように形成される。圧電素子２００、２００の表面に、第１、第２電極２３０ａ、２３０ｂが設けられる構成は第１の実施形態と同じである。
【００５８】
以上のような本実施形態の圧電体振動子１０１においても、駆動回路４０を用いて第１方向Ｄ１、及び第２方向Ｄ２にそれぞれ伸縮１次モード、屈曲１次モードの振動を発生させることが可能であって、第１突出部３６ａ、及び第２突出部３６ｂにおいて互いに反対方向であり屈曲方向への駆動力の大きな楕円運動を発生させることが可能である。
【００５９】
圧電体振動子の第１方向Ｄ１の伸縮振動の共振周波数、及び第２方向Ｄ２の共振周波数は、圧電体振動子全体の形状によって定まり、圧電素子の形状だけでなく、シムの形状を前述のように形成することによっても、目的に応じた振動が可能な振動子が得られる。
【００６０】
また、本実施形態においては、第１、第２実施形態の圧電体振動子に比べて、第１方向Ｄ１への伸縮振動の振幅を大きくすることが可能である。第１、第２の実施形態において用いられる圧電素子が有する第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄのように第２方向に沿って中央から両側に延びる突出部がなく、第１方向Ｄ１に伸縮しやすくなるためである。
【００６１】
なお、本実施形態において、圧電素子２００、２００の形状は、矩形であるが、第１方向Ｄ１に延びる形状であって、第１方向Ｄ１の長さが、第２方向Ｄ２の幅より長ければよく、例えば、楕円形であってもよい。
【００６２】
第１〜第３の実施形態では、電極が第２方向Ｄ２に沿って、２或いは３に分割される構成であるが、第２方向Ｄ２に沿って２以上に分割される構成、すなわち第２方向Ｄ２に沿って複数の電極が並べられる構成であれば同様の効果が得られる。また、３以上に分割される場合は、第１、第２電極の間にさらに電極が設けられる構成が好ましい。すなわち、第２方向Ｄ２に沿って最も外側にある２つの電極にそれぞれ位相の異なる交流電圧が入力されることになる。
【００６３】
また、第１〜第３の実施形態では、金属製のシムを用いたが、弾性を有する板部材であれば、本実施形態と同様の効果を生じる。
【００６４】
第１、第２の実施形態では、圧電体振動子を８角形の対向する２辺から外側に矩形の突出部を設ける形状としたが、図１２に示すように８角形に形成した圧電素子２０１によっても、孔を開けることなく、伸縮の１次モードと屈曲の１次モードの共振周波数を一致させることが可能である。或いは、第３の実施形態におけるシムを圧電素子２０１と同様に８角形に形成しても同様の効果が得られる。
【００６５】
更には、中央から第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２に沿って両側に突出部を有し、少なくとも１組の対向する突出部の先端に辺部が設けられる形状の振動子であれば、上述の効果が得られる。
【００６６】
また、第１〜第３の実施形態では、振動子を加振させるのに圧電素子を用いたが、電歪素子等の交流電圧を印加することにより振動する素子（振動体）を用いても上述の効果が得られる。
【００６７】
次に、第１〜第３の実施形態におけるシムの変形例を図１３に示す。本変形例において、弾性を有するシム３０１（弾性板部材）は板状に形成される。シム３０１の板状の表面と、圧電素子２０の板状の表面とが結合される。
【００６８】
シム３０１は、圧電素子２０、２０と結合された状態において、第１方向Ｄ１に沿って、第１、第２突出部２１ａ、２１ｂを越えて外側に延びるように形成される。また、シム３０１は、第１方向Ｄ１に沿った両端３７、３７が第２方向Ｄ２に平行となるように、形成される。また、シム３０１において第１、第２接触部３１ａ、３１ｂは、シム３０１の第１方向Ｄ１に沿った両端３７、３７を越えて外側に突出するように形成される。なお、圧電素子２０、２０の構成及び機能は第１の実施形態と同じとする。
【００６９】
以上のような、シム３０１を適用した振動子１０２の第１方向Ｄ１の共振周波数と第２方向Ｄ２の共振周波数は、シム３０１の第１方向Ｄ１に沿った両端３７、３７の一方或いは両方の削除する大きさに応じて、異なる割合で変化する。即ち、形成後の振動子に対して、シム３０１の第１方向Ｄ１に沿った両端３７、３７の一方或いは両方を適当に除去することにより、第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２それぞれの共振周波数を一致させることが可能となる。
【００７０】
形成後の振動子において圧電素子の大きさを変えることは難しく、圧電素子の形成誤差により第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２の共振周波数がずれる場合に、共振周波数を一致させるための微調整は難しい。しかし、切削可能な部材により形成されたシムを用いた振動子によれば、共振周波数を一致させるための微調整が容易になる。
【００７１】
なお、両端３７、３７の第２方向Ｄ２に平行にした切削量に対する振動子１０２の第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２の共振周波数の変化量を予め測定しておくことが望ましい。形成後の振動子の第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２の共振周波数のずれに対して、測定された変化量に基づきシム３０１の両端３７、３７を第２方向Ｄ２に平行に除去することにより、微調整がより容易となる。
【００７２】
なお、本変形例においてシム３０１は、第１方向Ｄ１に沿って両側に延びるが、第２方向Ｄ２に沿って両側に延びる構成であってもよい。ただし、第２方向Ｄ２に添って延びる構成では、第１方向Ｄ１に沿って延びる構成に比べて、両端の切削量に対する共振周波数の変化の感度が小さい。従って、圧電素子の形成精度が相対的に高く、共振周波数の微調整が小さい場合は、第２方向Ｄ２に延びる構成であっても十分な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施形態を適用した圧電体振動子の正面図である。
【図２】第１の実施形態を適用した圧電体振動子の側面図である。
【図３】第１の実施形態を適用した圧電体振動子を備えた超音波モータの断面図である。
【図４】第１の実施形態を適用した圧電体振動子の電極に接続される駆動回路のブロック図である。
【図５】圧電体振動子の第２方向への屈曲状態を示す図である。
【図６】圧電体振動子の第１方向への伸張状態を示す図である。
【図７】圧電体振動子の第２方向への屈曲状態を示す図である。
【図８】圧電体振動子の第１方向への収縮状態を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を適用した圧電体振動子の正面図である。
【図１０】第２の実施形態を適用した圧電体振動子の電極に接続される駆動回路のブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を適用した圧電体振動子の正面図である。
【図１２】第１、第２の実施形態を適用した圧電体振動子の外観形状の変形例を示す図である。
【図１３】シムの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１００、１０１、１０２  圧電体振動子
２０、２００、２０１  圧電素子
２１ａ〜２１ｄ  第１〜第４突出部
２２  辺部
２３ａ、２３０ａ  第１電極
２３ｂ、２３０ｂ  第２電極
２３ｃ  第３電極
３０、３００、３０１  シム
３１ａ、３１ｂ  第１、第２接触部
３２ａ、３２ｂ  第１、第２支持部
３６ａ、３６ｂ  第１、第２突出部
４０、４００  駆動回路
４１  発振部
４２  移相部Ｌ
４３  移相部Ｆ
４４ａ、４４ｂ  第１、第２増幅部
４５ａ、４５ｂ  第１、第２加算部
Ｃ  振動中心
Ｄ１  第１方向
Ｄ２  第２方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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