(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子と、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子とを有する振動子を備え、
前記振動子には第１及び第２の互いに異なる形態の振動モードが励振されて被駆動体との相対移動を生じる振動型駆動装置において、
前記共振周波数調整用の電気―機械エネルギー変換素子は、前記第１の振動モードの振動により生じる電荷の総和がゼロとなり、前記第２の振動モードの振動により電荷が生じる位置に配されており、
前記振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子には交流電圧を印加する駆動回路が接続されており、
前記共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子に設けられた電極間に、インピーダンス素子が接続されていることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記インピーダンス素子として、抵抗素子、容量性素子、インダクタ素子のうちいずれか１つが少なくとも接続されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記共振周波数調整用の電気―機械エネルギー変換素子は、前記インピーダンス素子に接続されて電気回路を形成し、
前記電気回路は、前記振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子と電気的に独立している請求項１または２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記振動子は、前記振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧が印加されることで異なる前記第一及び前記第二の振動モードを組み合わせた振動を発生するように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子は前記インピーダンス素子を有する調整回路に接続されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子と、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子とを有する振動子を備え、
前記振動子には第１及び第２の互いに異なる形態の振動モードが励振されて被駆動体との相対移動を生じる振動型駆動装置において、
前記共振周波数調整用の電気―機械エネルギー変換素子は、前記第１の振動モードの振動により生じる電荷の総和がゼロとなり、前記第２の振動モードの振動により電荷が生じる位置に配されており、
前記振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子には交流電圧を印加する駆動回路が接続されており、
前記共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子に設けられた電極間の接続状態によって、前記２つの振動モード間の共振周波数差が調整されることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項７】
前記振動子は、前記振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧が印加されることで異なる２つの振動モードを組み合わせた振動を発生するように構成されている請求項６に記載の振動型駆動装置。
【請求項８】
前記共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子は前記インピーダンス素子を有する調整回路に接続されている請求項６または７に記載の振動型駆動装置。
【請求項９】
前記インピーダンス素子として、抵抗素子、容量性素子、インダクタ素子のうちいずれか１つが少なくとも接続されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１０】
第１の電極及び第２の電極を有する第１の電気−機械エネルギー変換素子と、第３の電極及び第４の電極を有する第２の電気−機械エネルギー変換素子と、前記第３の電極及び前記第４の電極の間に接続されたインピーダンス素子と、を有する振動子を備え、
前記振動子には第１及び第２の互いに異なる形態の振動モードが励振されて被駆動体との相対移動を生じる振動型駆動装置において、
前記第２の電気―機械エネルギー変換素子は、前記第１の振動モードの振動により生じる電荷の総和がゼロとなり、前記第２の振動モードの振動により電荷が生じる位置に配されており、
前記第２の電気−機械エネルギー変換素子には交流電圧を印加する駆動回路が接続されており、
前記第１の電極は、前記インピーダンス素子に接続されていないことを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項１１】
前記第１の電気−機械エネルギー変換素子は、振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子であり、
前記第２の電気−機械エネルギー変換素子は、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子であることを特徴とする請求項１０に記載の振動型駆動装置。
【請求項１２】
前記インピーダンス素子として、抵抗素子、容量性素子、インダクタ素子のうちいずれか１つが少なくとも接続されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の振動型駆動装置。
【請求項１３】
前記第２の電気―機械エネルギー変換素子は、前記インピーダンス素子に接続されて電気回路を形成し、
前記電気回路は、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と電気的に独立している請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１４】
前記振動子は、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧が印加されることで異なる２つの振動モードを組み合わせた振動を発生するように構成されている請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１５】
前記第１の電気−機械エネルギー変換素子は駆動回路に接続され、前記第２の電気−機械エネルギー変換素子は前記インピーダンス素子を有する調整回路に接続されている請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２の振動モードはそれぞれ形態の異なる面外曲げ振動モードであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置に関する。特に、異なる２つの振動モードを組み合わせた振動を発生させる振動子とその振動子を有する振動型駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気−機械エネルギー変換素子として作用する圧電素子を用いた振動子が、発振子やアクチュエータ等に用いられている。このような振動子は、材料特性、形状及び寸法により共振周波数が決まるが、圧電素子を形成する圧電材料の特性ばらつきや部品寸法の加工誤差により、振動子個々の共振周波数にばらつきが生じている。振動子の共振周波数は振動子の出力特性に直接影響するために共振周波数の調整が必要である。
【０００３】
特に、２つの異なる振動モード（振動形状）を合成した振動により振動子と被駆動体とを相対移動させる場合、これら２つの振動モードの共振周波数差を所望の関係に収めておく必要がある。
【０００４】
共振周波数を調整する方法として以下の提案がされている。一つは、振動子の寸法を変えて共振周波数を調整する方法である。この方法としては、レーザ加工により振動子の一部を除去して寸法を小さくする方法が開示されている（特許文献１参照）。もう一つは、圧電素子の電気−機械変換作用を利用する方法である。振動子に設けられた圧電素子の表面に駆動用電極と調整用電極を設け、これら駆動用電極と調整用電極の絶縁、導通により共振周波数を調整する方法である（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２０４７７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５４６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように振動子の一部を除去して振動子の寸法を変更する方法では、加工時に熱を加えるために材料特性の変化が生じることで振動特性の劣化が生じる可能性がある。また、一部を除去するという不可逆な加工のため再調整が困難となってしまう。
【０００７】
特許文献２のような方法においても、振動子に調整のための加工を施すため、一度調整した後の再調整は困難であり、実施する場合は手間のかかるものとなっている。更に、調整処理に伴い駆動用電極の大きさが変わることで振動子の出力が変わることになり、出力のばらつきを生じる可能性がある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、２つの異なる振動モード間の共振周波数の差を、簡便且つ精度良く調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一様態は、振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子と、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子とを有する振動子を備え、前記振動子には第１及び第２の互いに異なる形態の振動モードが励振されて被駆動体との相対移動を生じる振動型駆動装置において、前記共振周波数調整用の電気―機械エネルギー変換素子は、前記第１の振動モードの振動により生じる電荷の総和がゼロとなり、前記第２の振動モードの振動により電荷が生じる位置に配されており、前記振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子には交流電圧を印加する駆動回路が接続されており、前記共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子に設けられた電極間に、インピーダンス素子が接続されることを特徴とする振動型駆動装置に関する。
また、本発明の一様態は、振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子と、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子とを有する振動子を備え、前記振動子には第１及び第２の互いに異なる形態の振動モードが励振されて被駆動体との相対移動を生じる振動型駆動装置において、前記共振周波数調整用の電気―機械エネルギー変換素子は、前記第１の振動モードの振動により生じる電荷の総和がゼロとなり、前記第２の振動モードの振動により電荷が生じる位置に配されており、  前記振動発生用の電気−機械エネルギー変換素子には交流電圧を印加する駆動回路が接続されており、前記共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子に設けられた電極間の接続状態によって、前記２つの振動モード間の共振周波数差が調整されることを特徴とする振動型駆動装置に関する。
更にまた、本発明の一様態は、第１の電極及び第２の電極を有する第１の電気−機械エネルギー変換素子と、第３の電極及び第４の電極を有する第２の電気−機械エネルギー変換素子と、前記第３の電極及び前記第４の電極の間に接続されたインピーダンス素子と、を有する振動子を備え、前記振動子には第１及び第２の互いに異なる形態の振動モードが励振されて被駆動体との相対移動を生じる振動型駆動装置において、前記第２の電気―機械エネルギー変換素子は、前記第１の振動モードの振動により生じる電荷の総和がゼロとなり、前記第２の振動モードの振動により電荷が生じる位置に配されており、前記第２の電気−機械エネルギー変換素子には交流電圧を印加する駆動回路が接続されており、前記第１の電極は、前記インピーダンス素子に接続されていないことを特徴とする振動型駆動装置に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、２つの異なる振動モード間の共振周波数の差を、簡便な構成で精度良く調整することができる。これにより共振周波数ばらつきに起因する振動子の個体差を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１が適用できる振動子と被駆動体の斜視図。
【図２】本発明の実施形態１が適用できる振動子の斜視図。
【図３】本発明の実施形態１が適用できる振動子の下面図。
【図４】本発明の実施形態１が適用できる振動子の振動モードを表わす斜視図。
【図５】本発明の実施形態１が適用できる振動子の指令回路の模式図。
【図６】本発明が適用できる振動子の特性を示すグラフ。
【図７】本発明の実施形態４が適用できる振動子の下面図。
【図８】本発明の実施形態４が適用できる振動子の指令回路の模式図。
【図９】本発明の実施形態５が適用できる積層圧電素子の平面図。
【図１０】本発明の実施形態５が適用できる積層圧電素子の構成を示す分解斜視図。
【図１１】本発明の実施形態６が適用できる振動子の斜視図。
【図１２】本発明が適用できる振動子及び振動モードを表わす斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明が適用できる振動型駆動装置１の主要部の構成を示す斜視図である。振動型駆動装置１は振動子１０と被駆動体９とを主要部品として構成される。振動子１０と被駆動体９は所望の箇所で加圧接触されており、振動子１０に励振される振動の作用により、振動子１０と被駆動体９は図１に示すＸ方向に相対的に移動する。本実施形態において、振動型駆動装置１は振動子１０と被駆動体９に加えて、図１では省略しているが、調整回路８と指令回路７と出力回路６とからなる制御回路（図５参照）を備える。また、振動子１０と制御回路との電気的な接続を行うフレキシブルプリント基板等の接続基板を備えていてもよい。
【００１４】
図２は、振動子１０の斜視図である。振動子１０は、被駆動体９との接触部として２つの突起部２−１、２−２を有する板状の弾性体からなる振動板３と、振動板３に接合した略矩形形状の電気−機械エネルギー変換素子４とを備える。また、振動子１０には電気−機械エネルギー変換素子４と外部との電気的な接続を行う不図示のフレキシブルプリント基板が設けられている。電気−機械エネルギー変換素子４としては、圧電素子等を用いることができる。
【００１５】
電気−機械エネルギー変換素子４には、図３に示すように３つの電極５−１，５−２，５−３が形成されるとともに、電気−機械エネルギー変換素子４を介して前記３つの電極５−１、５−２、５−３と対向する面には略全面に全面電極５−４が形成されている。電気−機械エネルギー変換素子４には、事前に電極５−１，５−２，５−３と全面電極との間で分極処理が施されている。
【００１６】
電極５−１，５−２，５−３と全面電極５−４とに挟まれる電気−機械エネルギー変換素子４の領域をそれぞれＲ−１，Ｒ−２，Ｒ−３とする。領域Ｒ−１，Ｒ−２は外部からの電気信号を受けて変形力を発生する駆動領域（振動発生用領域）として作用する。領域Ｒ−３は後述する調整領域として作用する。本実施形態では、１つの電気−機械エネルギー変換素子４の領域を駆動領域と調整領域とで分けて用いているが、駆動用と調整用とで夫々異なる電気−機械エネルギー変換素子を設けてもよい。本発明においては、１つの電気−機械エネルギー変換素子の領域を駆動領域（振動発生用領域）と調整領域とで分けて用いた場合も、駆動用（振動発生用）の電気−機械エネルギー変換素子と調整用の電気−機械エネルギー変換素子とを有することと同義とする。
【００１７】
図３に示すように電極５−３がＸ方向の中央に配され、電極５−１，５−２は、電極５−３を介してＸ方向に対称となるように形成されている。本発明において、「Ｘ方向に対称」や「Ｘ方向中央」とは、「完全にＸ方向に対称」な位置や「完全にＸ方向中央」となる位置だけでなく、許容される誤差の範囲内において、実質的にＸ方向に対称とみなせる位置や実質的にＸ方向中央とみなせる位置を含む。
【００１８】
図５に振動子１０を制御する制御回路の模式図を示す。本実施形態の制御回路は、出力回路６と、指令回路７と、調整回路８と、を備える。電極５−１，５−２及び５−４は駆動信号（交流電圧）の出力を行う出力回路６と接続される。上述したように、電気−機械エネルギー変換素子４のうち、電極５−１、５−２及び５−４により駆動信号が印加される領域Ｒ−１，Ｒ−２を駆動領域として用いる。指令回路７は出力回路６に所望の駆動信号を出力する指令を送る。本発明においては、指令回路７と出力回路６とで振動子を駆動する駆動回路を構成する。調整回路８は電極５−３，５−４と接続して領域Ｒ−３と共に回路を構成している。
【００１９】
図４を用いて本実施形態の振動子１０に励起される２つの振動モードについて説明する。本実施形態では、振動子１０の電気−機械エネルギー変換素子４の電極５−１と５−４及び５−２と５−４間に交流電圧を印加して振動子１０に２つの面外曲げ振動モード（ＭＯＤＥ−ＡとＭＯＤＥ−Ｂ）を励振する。ＭＯＤＥ−Ａは、振動子１０の長手方向である図中Ｘ軸方向に平行に２つの節が現れる一次の面外曲げ振動モードで、ＹＺ面に略対称な形状である。ＭＯＤＥ−Ａの振動により、突起部２−１、２−２には、被駆動体と接触する面と垂直な方向（Ｚ軸方向）に変位する運動が励起される。ＭＯＤＥ−Ｂは振動子１０の図中Ｙ軸方向に略平行に３つの節が現れる二次の面外曲げ振動モードで、ＹＺ面に逆対称な形状である。ＭＯＤＥ−Ｂの振動によって、突起部２−１、２−２には、被駆動体と接触する面と平行な方向（Ｘ軸方向）に変位する運動が励起される。これら２つの振動モードを組み合わせることで接触部である突起部２−１，２−２の上面に略ＸＺ面内の楕円運動が発生し、Ｘ軸方向に略一致する方向に被駆動体９を駆動させる力が発生する。この駆動力により、被駆動体９は振動子と相対的に移動する。
【００２０】
本実施形態のような２つの振動モードの組み合わせにより振動子１０に駆動力を発生させる構成の場合、これら２つの振動モード間の共振周波数差ΔＦが所望の値か否かが振動子１０の振動状態に影響を及ぼす。本発明において、共振周波数差ΔＦは
ΔＦ＝ＦＢ−ＦＡ
として定義する。ＦＢはＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数を示し、ＦＡはＭＯＤＥ−Ａの共振周波数を示す。
【００２１】
共振周波数差ΔＦが所望の値であれば、２つの振動モードＭＯＤＥ−Ａ，ＭＯＤＥ−Ｂの合成で発生させる突起部２−１，２−２の楕円運動も所望の状態となる。共振周波数差ΔＦが所望の値から離れていると突起部２−１，２−２の楕円運動が所望の状態とならないため振動子１０の駆動力の低下、更には振動型駆動装置１の出力低下が生じてしまう。本実施形態のように、Ｚ軸方向に変位する運動が励起される振動モード（ＭＯＤＥ−Ａ）と、Ｘ軸方向に変位する運動が励起される振動モード（ＭＯＤＥ−Ｂ）と、を組み合わせる振動子の場合、共振周波数差ΔＦは０より大きいことが好ましい。つまり、ＦＢのほうがＦＡより高い周波数であることが好ましい。
【００２２】
また、より好ましくは、１．０ｋＨｚ≦ΔＦ≦２．０ｋＨｚの範囲であると良い。ただし、この範囲は、振動子の寸法（Ｘ方向、Ｙ方向の大きさ）が５〜２０ｍｍ程度の場合に好ましい範囲であり、この好ましいΔＦの範囲は振動子の寸法等により異なる。よって、振動子によって、ΔＦの所望の値は適宜設定すると良い。
【００２３】
ここで振動子１０における共振周波数差ΔＦの調整方法について説明する。電気−機械エネルギー変換素子４はＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電材料で形成されており、この圧電材料は電気エネルギーと機械エネルギーの変換作用及び誘電体としての作用を併せ持っている。
【００２４】
例えば、分極された圧電材料に分極と同方向の応力を与えた場合、分極に用いられた２つの電極間に電荷が発生する。２つの電極が絶縁状態で有ればこの電荷は圧電材料内に蓄えられ、２つの電極が短絡されていれば電荷は蓄えられない。
【００２５】
電荷が蓄えられている状態とは電気エネルギーが蓄えられている状態であるので、蓄えられていない状態よりも外力による機械的な歪は小さくなっている。これは弾性係数が大きくなっている状態と等価であり、圧電材料に蓄えられる電荷をコントロールすることで振動子の弾性係数の調整を行うことができる。応力が交番的に作用すると発生する電荷も交流的な挙動となり電流を生じる。よって、交流電流が発生するので、インピーダンス素子を調整用の圧電素子に設けられた電極間に接続することにより、振動子１０の振動モードの共振周波数の調整（つまり共振周波数差ΔＦの調整）を行うことが可能である。
【００２６】
共振周波数差ΔＦを調整するには、２つの振動モードのどちらか一方の共振周波数を変えれば良い。領域Ｒ−３は前述したように、図３に示すＸ方向に対称な位置に形成されている。ＭＯＤＥ−Ａの変形により領域Ｒ−３の全領域で同電位の電荷が発生し、電極５−３上に電荷が現れる。一方ＭＯＤＥ−Ｂの変形時には、図４に示したモード形状のようにＸ方向のプラス側とマイナス側で生じる歪が逆方向であるため、領域Ｒ−３内で生じる電荷は相殺されて電極５−３上に電荷を生じない（つまり領域Ｒ−３内で生じる電荷の総和はゼロ）。よって領域Ｒ−３を用いた調整回路はＭＯＤＥ−Ａの共振周波数にのみに影響してこの共振周波数を変えることができるので、共振周波数差ΔＦの調整が行える。ここで本発明において、電荷の総和がゼロとは、完全にゼロの場合だけでなく、ＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数に実質的に影響を及ぼさない範囲であれば、電荷の総和はゼロとみなす。
【００２７】
図６に調整回路にインピーダンス素子を設けた場合のインピーダンス値とＭＯＤＥ−Ａ，ＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数との関係、及び、インピーダンス値と共振周波数差ΔＦとの関係を示す。
【００２８】
まず、調整回路８として抵抗素子Ｒを、調整領域である領域Ｒ−３に設けられた電極間に直列に接続した時の、抵抗素子Ｒの値とＭＯＤＥ−Ａ，ＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数との関係を図６（ａ）に示す。そして、抵抗素子Ｒの値と共振周波数差ΔＦとの関係を図６（ｂ）に示す。抵抗素子Ｒの値に関わらずにＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数は一定の値であり、ＭＯＤＥ−Ａの共振周波数は略１０Ωから１０００Ωの間で連続的に変化している。この結果、共振周波数差ΔＦも連続的に変化していることが確認できる。本実施形態によれば、共振周波数差ΔＦを所望の値とするには抵抗素子Ｒの値を選択すれば良い。
【００２９】
また、駆動条件変更等の理由により、再度、共振周波数差ΔＦの調整を要する場合でも、抵抗素子Ｒの交換で容易に対応可能である。抵抗素子Ｒとして可変抵抗素子を用いている場合は設定値を修正すれば良い。また、共振周波数差ΔＦの設定値によっては抵抗素子Ｒを用いずに短絡させてもよい。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態では、振動子に共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子を設ける。そして、該電気−機械エネルギー変換素子の電極間にインピーダンス素子として抵抗素子Ｒを接続することにより、２つの振動モード間の共振周波数の差ΔＦを変更することができる。また、ΔＦの設定値によっては、電極間を短絡させても良い。つまり、本実施形態では、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子の電極間の接続状態によって、２つの振動モード間の共振周波数差が調整することができる。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態１では、インピーダンス素子として抵抗素子Ｒを接続したが、本実施形態では、調整回路８にコンデンサ等の容量性素子Ｃを用いることを特徴とする。それ以外の構成は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３２】
容量性素子Ｃを調整領域である領域Ｒ−３の電極間に直列に接続した時の、容量性素子Ｃの値とＭＯＤＥ−Ａ，ＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数との関係を図６（ｃ）に、容量性素子Ｃの値と共振周波数差ΔＦとの関係を図６（ｄ）に示す。容量性素子Ｃの値に関わらずにＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数は一定の値であり、ＭＯＤＥ−Ａの共振周波数は略５×１０−９から５×１０−６Ｆの間で連続的に変化している。この結果、共振周波数差ΔＦも連続的に変化していることが確認できる。共振周波数差ΔＦを所望の値とするには容量性素子Ｃの値を選択すれば良い。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子の電極間にインピーダンス素子として容量性素子Ｃを接続することにより、２つの振動モード間の共振周波数の差ΔＦを変更することができる。
【００３４】
（実施形態３）
本実施形態では、調整回路８にコイル等のインダクタ素子Ｌを用いることを特徴とする。それ以外の構成は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
インダクタ素子Ｌを、調整領域である領域Ｒ−３の電極間に直列に接続した時の、インダクタ素子Ｌの値とＭＯＤＥ−Ａ，ＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数との関係を図６（ｅ）に、インダクタ素子Ｌの値と共振周波数差ΔＦとの関係を図６（ｆ）に示す。インダクタ素子Ｌの値に関わらずにＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数は一定の値であり、一方ＭＯＤＥ−Ａの共振周波数は略１×１０−４Ｈ近傍で不連続且つ大きな変化を生じている。この結果、共振周波数差ΔＦも不連続且つ大きな変化を示している。共振周波数差ΔＦを所望の値とするにはこの値に対応するインダクタ素子Ｌの値を選択すれば良い。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態では、共振周波数調整用の電気−機械エネルギー変換素子の電極間に、インピーダンス素子としてインダクタ素子Ｌを接続することにより、２つの振動モード間の共振周波数の差ΔＦを変更することができる。
【００３７】
（実施形態４）
本発明において、電気−機械エネルギー変換素子４の構成は図３に示した構成に限定されない。例えば、導通のための構成等を考慮して調整領域の形状を決めることも可能である。本実施形態では、図３とは異なる他の振動子の構成について説明する。振動子の構成以外は実施形態１〜３と同様であるため、説明を省略する。図７に本実施形態における振動子の構成を示す。図７（ａ）に示す振動子１０では、電極５−３をＸ方向中央部でありＸ方向において対称、かつＹ方向下側のみに形成している。
【００３８】
また、調整領域を複数形成することも可能である。図７（ｂ）に示す電気−機械エネルギー変換素子４には２つの調整用の電極５−３Ａ，５−３Ｂを、Ｘ方向の外側であり夫々対称な位置に形成している。これら電極に対応する領域Ｒ−３Ａ、Ｒ−３Ｂは同方向に分極されている。調整用電極５−３Ａ，５−３Ｂ個々にはＭＯＤＥ−Ｂの変形により電荷が発生するが、互いに逆符号で大きさは一致する。つまり、電極５−３Ａ、５−３Ｂで規定される電気−機械エネルギー変換素子４の領域内（つまり調整用の電気−機械エネルギー変換素子内）で生じる電荷の総和はゼロとなる。一方、ＭＯＤＥ−Ａの変形では、同符号で大きさは一致する電荷が発生する。図８に示すように調整用電極５−３Ａ，５−３Ｂの出力を加算するように調整回路８に接続すればＭＯＤＥ−Ａの周波数調整が行える。
【００３９】
また、ＭＯＤＥ−Ｂの周波数を調整したい場合は領域Ｒ−３ＡとＲ−３Ｂとを互いに逆方向に分極を行えば良い。調整用電極５−３Ａ，５−３Ｂ個々にはＭＯＤＥ−Ａの変形により電荷が発生するが、互いに逆符号で大きさは一致する。一方ＭＯＤＥ−Ｂの変形により同符号で大きさは一致する電荷が発生する。図８に示すように調整用電極５−３Ａ，５−３Ｂの出力を加算するように調整回路８に接続すればＭＯＤＥ−Ｂの周波数調整が行える。
【００４０】
（実施形態５）
本発明では、電気−機械エネルギー変換素子として積層圧電素子を用いてもよい。本実施形態では、電気−機械エネルギー変換素子として積層圧電素子を用いることを特徴とする。それ以外の構成は実施形態１〜４と同様であるため、説明を省略する。図９は本実施形態で用いられる積層圧電素子４０の正面図である。図１０は同積層圧電素子４０の内部の状態を説明するための分解斜視図である。
【００４１】
積層圧電素子４０は、６枚の圧電素子板Ｌ−１〜Ｌ−６を積層して形成される。表面に配置される圧電素子板Ｌ−１には厚さ方向に貫通する電極として、４つのバイアホールＨ−１〜Ｈ−４中に夫々電極が形成される。第２層の圧電素子板Ｌ−２には、Ｈ−４中の電極との導通を避けて、３つの電極Ｅ−１〜Ｅ−３が形成される。電極Ｅ−３はＸ方向の中央に形成され、電極Ｅ−１，Ｅ−２は電極Ｅ−３を挟んで対向する位置に形成される。圧電素子板Ｌ−２にはＬ−１と投影的に同位置にバイアホールＨ−１〜Ｈ−４が形成される。第４層の圧電素子板Ｌ−４はＬ−２と同様の構成である。第６層の圧電素子板Ｌ−６にもＬ−２と同様の電極Ｅ−１〜Ｅ−３が形成される。
【００４２】
第３層の圧電素子板Ｌ−３にはバイアホールＨ−１〜Ｈ−４が形成されるとともに、Ｈ−１〜Ｈ−３中の電極との導通を避けて略全面に電極Ｅ−４が形成される。第５層の圧電素子板Ｌ−５はＬ−３と同様の構成である。
【００４３】
バイアホールＨ−１中の電極と電極Ｅ−１とは同電位となり、同様に、Ｈ−２中の電極とＥ−２、Ｈ−３中の電極とＥ−３、Ｈ−４中の電極とＥ−４が同電位となる。本実施形態では、電極Ｅ−１とＥ−４で挟まれる圧電素子板の領域、及び電極Ｅ−２とＥ−４とで挟まれる圧電素子板の領域が振動発生用の駆動領域として用いられる。また、電極Ｅ−３と電極Ｅ−４で挟まれる圧電素子板の領域が共振周波数調整用の調整領域として用いられる。
【００４４】
（実施形態６）
本発明においては、振動子の構成や駆動方法は実施形態１で示した形態に限定されない。本実施形態では、まず、共振周波数調整用に用いる電気−機械エネルギー変換素子の領域を、実施形態１とは別の位置に設けた構成について説明する。図１１は本実施形態における振動子１０の斜視図である。振動子１０は、弾性体からなる振動板３と、駆動用（振動発生用）の電気−機械エネルギー変換素子４と、共振周波数調整用の電気−機械変換素子である調整用素子１１と、から構成される。調整用素子１１は振動子１０の突起部２−１，２−２が形成される面におけるＸ，Ｙ方向の中央位置に配置される。調整用素子１１は、図３に示した領域Ｒ−３と同様の作用を成す。
【００４５】
次に、実施形態１で説明した振動子とは異なる振動モードの振動を励起する構成の振動子について説明する。図１２（ａ）に示す振動子１０は略直方体形状である。振動子１０には、図１２（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に伸縮する一次の伸縮振動モード（ＭＯＤＥ−Ｂ）と、図１２（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向に略平行に３つの節が現れる二次の面外曲げ振動モード（ＭＯＤＥ−Ａ）と、が励起される。本実施形態のＭＯＤＥ−Ａ、ＭＯＤＥ−Ｂは、実施形態１のＭＯＤＥ−Ａ、ＭＯＤＥ−Ｂとは異なる。
【００４６】
本実施形態では、ＭＯＤＥ−Ｂの振動によって、突起部２−１、２−２には、被駆動体と接触する面と平行な方向（Ｘ軸方向）に変位する運動が励起される。ＭＯＤＥ−Ａの振動により、突起部２−１、２−２には、被駆動体と接触する面と垂直な方向（Ｚ軸方向）に変位する運動が励起される。この２つの異なる振動モードの重ね合わせにより、突起部２−１，２−２の上面にＸＺ面内の楕円振動が生成される。本実施形態でも、共振周波数差ΔＦは０より大きいことが好ましい。つまり、ＦＢのほうがＦＡより高い周波数であることが好ましい。
【００４７】
振動子１０の両側面にはＸ方向に対称形状となるように、各々共振周波数調整用の調整用素子１１が配置される。この調整用素子１１を用いてＭＯＤＥ−Ｂの共振周波数を変更でき、周波数差ΔＦの調整を行うことができる。また、駆動条件変更等の理由により、再度、共振周波数差ΔＦの調整を要する場合でも、インピーダンス素子の交換で容易に対応可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  振動型駆動装置
２  突起部
３  振動板
４  電気−機械エネルギー変換素子
５  電極
６  出力回路
７  指令回路
８  調整回路
９  被駆動体
１０  振動子
１１  調整用素子
４０  積層圧電素子
【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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