(57)【要約】【課題】駆動の確実性を向上すると共に、落下時における駆動ＩＣの破損を効果的に防止（または抑制）できる超音波モータ、稼働装置、光学系切換機構および電気機器を提供すること。【解決手段】本発明の超音波モータの振動体６は、交流電圧の印加により伸縮する第１圧電素子と、接触部６６および腕部６８を一体的に形成された補強板と、交流電圧の印加により伸縮する第２圧電素子とをこの順に積層して成る。振動体６は、接触部６６にてロータ５１に対して当接しつつ、腕部６８にてベース４上に固定設置される。そして、接触部６６の突出方向における振動体６の本体部の長さ寸法Ｌは、１〜２０ｍｍである。【選択図】図１
2004266943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の印加により伸縮する第１圧電素子と、接触部および腕部を一体的に形成された補強板と、交流電圧の印加により伸縮する第２圧電素子とをこの順に積層してなり、前記接触部にて被駆動体に対して当接しつつ前記腕部にて固定設置される振動体を備える超音波モータであって、
前記振動体の本体部の長さ寸法が、前記交流電圧の印加により伸縮する方向（以下伸縮方向と呼ぶ）にて１〜２０ｍｍであることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動体の本体部の長さ寸法が、前記伸縮方向にて１８ｍｍ未満である請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記腕部は、前記本体部の伸縮方向の略中央に設けられている請求項１または２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記本体部は前記伸縮方向と略直角方向に短辺を有し、前記接触部は、前記短辺の略中央に設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記本体部は前記伸縮方向と略直角方向に短辺を有し、前記接触部は、前記短辺の略中央から外れた位置に設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記接触部は、前記伸縮方向にかかる前記本体部の中心線から外れた位置に設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記接触部は、前記本体部の前記伸縮方向に部分的に突出して設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記腕部は、前記振動体の振動の節にて該振動体を支持する請求項１ないし７のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記伸縮方向にかかる前記振動体の本体部の長さが、前記伸縮方向に対して垂直な方向にかかる前記振動体の本体部の長さよりも長い請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項１０】
前記振動体は、振動状態にて縦振動および屈曲振動の複合振動を行い、かつ、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数とが相互に異なると共に相互に近接する請求項１ないし９のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の超音波モータと、
前記超音波モータから駆動力を付与されて駆動される被駆動体とを有することを特徴とする稼働装置。
【請求項１２】
前記被駆動体が、ロータ部を有すると共に、当該ロータ部にて前記超音波モータから振動を伝達されて回転駆動される請求項１１に記載の稼働装置。
【請求項１３】
前記被駆動体は、周面を有すると共に、該周面にて前記超音波モータに当接するように設けられ、該超音波モータから振動が伝達され、駆動される請求項１１または１２に記載の稼働装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の超音波モータと、
前記超音波モータから駆動力を付与されて駆動される被駆動体と、
光学系と、
前記被駆動体と連動し、前記光学系に対する切換機構とを有することを特徴とする光学系切換機構。
【請求項１５】
前記切換機構は、絞り部、フィルタ部およびメカニカルシャッタのうちの少なくとも１つを有する請求項１４に記載の光学系切換機構。
【請求項１６】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の超音波モータと、前記超音波モータから駆動力を付与されて駆動される被駆動体とを有することを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ、稼働装置、光学系切換機構および電気機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、振動体を振動させて、ロータやリニアアクチュエータ等の被駆動体を駆動する超音波モータが知られている。この超音波モータでは、振動体が圧電素子を備え、この圧電素子に交流電圧を印加されて振動する。かかる技術としては、特許文献１に記載される技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３３３４８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波モータにおいて、振動体の寸法と、駆動の確実性や落下時における駆動ＩＣの破損との関係に関する研究は余り為されていない。本発明の目的は、駆動の確実性を向上すると共に、落下時における駆動ＩＣの破損を効果的に防止（または抑制）できる超音波モータ、稼働装置、光学系切換機構および電気機器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の超音波モータは、交流電圧の印加により伸縮する第１圧電素子と、接触部および腕部を一体的に形成された補強板と、交流電圧の印加により伸縮する第２圧電素子とをこの順に積層してなり、前記接触部にて被駆動体に対して当接しつつ前記腕部にて固定設置される振動体を備える超音波モータであって、
前記振動体の本体部の長さ寸法が、前記交流電圧の印加により伸縮する方向（以下伸縮方向と呼ぶ）にて１〜２０ｍｍであることを特徴とする。
【０００６】
この発明において、圧電素子に交流電圧を印加すると、振動体が高速かつ反復的に振動する。この振動は、振動体の接触部を介して被駆動体に伝達され、被駆動体が接触部により叩かれて駆動される。ここで、この超音波モータでは、振動体の本体部の長さ寸法が、伸縮方向にて１〜２０ｍｍに構成される。すると、超音波モータの駆動時にて、接触部が、振動体の振動により被駆動体の表面粗さを確実に乗り越え得るので、被駆動体を確実に駆動できる利点がある。また、落下等により外部からの衝撃が超音波モータに加わったときに、超音波モータの駆動ＩＣに許容電圧以上の電圧が生じないので、駆動ＩＣの電気的破損を効果的に抑制できる利点がある。
【０００７】
本発明の超音波モータでは、前記振動体の本体部の長さ寸法が、前記伸縮方向にて１８ｍｍ未満であるのが好ましい。
これにより、被駆動体をより適切に駆動できると共に、駆動ＩＣの電気的破損をより効果的に抑制できる利点がある。
本発明の超音波モータでは、前記本体部の平面視での形状は、略長方形をなしているのが好ましい。
【０００８】
本発明の超音波モータでは、前記腕部は、前記本体部の伸縮方向の略中央に設けられているのが好ましい。
本発明の超音波モータでは、前記本体部は前記伸縮方向と略直角方向に短辺を有し、前記接触部は、前記短辺の略中央に設けられているのが好ましい。
本発明の超音波モータでは、前記本体部は前記伸縮方向と略直角方向に短辺を有し、前記接触部は、前記短辺の略中央から外れた位置に設けられているのが好ましい。
これにより、通電により振動体が伸縮したときに、縦振動および屈曲振動の複合振動が振動体に容易に誘発されるので、振動体の駆動効率を高められる利点がある。
【０００９】
本発明の超音波モータでは、前記接触部は、前記伸縮方向にかかる前記本体部の中心線から外れた位置に設けられているのが好ましい。
これにより、通電により振動体が伸縮したときに、縦振動および屈曲振動の複合振動が振動体に容易に誘発されるので、振動体の駆動効率を高められる利点がある。
本発明の超音波モータでは、前記接触部は、前記本体部の前記伸縮方向に部分的に突出して設けられているのが好ましい。
【００１０】
本発明の超音波モータでは、前記接触部は、前記接触部の突出方向にかかる本体部の中心線から外れた位置に設けられているのが好ましい。
これにより、通電により振動体が伸縮したときに、縦振動および屈曲振動の複合振動が振動体に容易に誘発されるので、振動体の駆動効率を高められる利点がある。
【００１１】
本発明の超音波モータでは、前記腕部は、前記振動体の振動の節にて該振動体を支持するのが好ましい。
これにより、振動体の振動時にて、腕部が振動体の振動を阻害せず、腕部から外部への振動漏れを抑制できるので、被駆動体を効率的に駆動できる利点がある。
本発明の超音波モータでは、前記伸縮方向にかかる前記振動体の本体部の長さが、前記伸縮方向に対して垂直な方向にかかる前記振動体の本体部の長さよりも長いことが好ましい。
【００１２】
本発明の超音波モータでは、前記接触部の突出方向にかかる前記振動体の本体部の長さが、前記接触部の突出方向に対して垂直な方向にかかる前記振動体の本体部の長さよりも長いのが好ましい。
本発明の超音波モータでは、前記振動体は、振動状態にて縦振動および屈曲振動の複合振動を行い、かつ、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数とが相互に異なると共に相互に近接するのが好ましい。
これにより、これらの近傍の周波数、特に、これらの共振周波数の中間の周波数にて振動体を駆動した場合に、縦振動および屈曲振動の双方の駆動特性を効率的に得られる利点がある。また、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２の近傍にて、特に、共振周波数ｆ１、ｆ２の中間の周波数にて、インピーダンスの値が低い周波数帯を幅広く形成できる。これにより、広い周波数帯にて縦一次振動および屈曲二次振動を結合した励振を行えると共に、駆動時の投入電力を安定化できる利点がある。また、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２間の周波数帯にて駆動周波数を適宜設定（選択）することにより、例えば、駆動力や駆動速度に関して、任意の駆動特性を得られる利点がある。
【００１３】
本発明の稼働装置は、本発明の超音波モータと、
前記超音波モータから駆動力を付与されて駆動される被駆動体とを有することを特徴とする。
本発明の稼働装置では、前記被駆動体が、ロータ部を有すると共に、当該ロータ部にて前記超音波モータから振動を伝達されて回転駆動されるのが好ましい。
本発明の稼働装置では、前記被駆動体は、周面を有すると共に、該周面にて前記超音波モータに当接するように設けられ、該超音波モータから振動が伝達され、駆動されるのが好ましい。
本発明の光学系切換機構は、本発明の超音波モータと、
前記超音波モータから駆動力を付与されて駆動される被駆動体と、
光学系と、
前記被駆動体と連動し、前記光学系に対する切換機構とを有することを特徴とする。
本発明の光学系切換機構では、前記切換機構は、絞り部、フィルタ部およびメカニカルシャッタのうちの少なくとも１つを有するのが好ましい。
本発明の電気機器は、本発明の超音波モータと、
前記超音波モータから駆動力を付与されて駆動される被駆動体とを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波モータ、稼働装置、光学系切換機構および電気機器を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態にかかる電気機器を示す斜視図である。図２および図３は、図１に記載した電気機器を示す正面図（図２）および側面図（図３）である。
【００１５】
この電気機器１は、撮像部２と、光学系３とを有する電気光学機器である。また、この電気機器１は、ベース４と、絞り部５と、振動体６とを含み構成される。撮像部２は、ベース４の表面４１上に、撮像側を上に向けて固定設置される。光学系３は、撮像部２に対向しつつ撮像部２の上方に所定の隙間を隔てて配置され、ベース４から延出された壁面（図示省略）に固定支持される。ベース４は、略板状構造を有し、撮像部２、光学系３、絞り部５および振動体６が設置される土台となる。
【００１６】
この電気機器１では、振動体６およびこれを駆動する通電装置（図示省略）から成る構成を超音波モータと呼び、この超音波モータおよび絞り部５から成る構成を稼働装置と呼ぶが、本発明の超音波モータには、前記通電装置が省略されたものも含まれる。また、電気機器１は、この稼働装置を含み構成される。また、この電気機器１は、絞り部５および振動体６にて、光学系３から撮像部２への光量を調整する絞りの切換機構を構成する。
【００１７】
絞り部５は、ロータ５１と、遮蔽板５２とを含み構成される。ロータ５１は、剛性を有する円柱部材から成り、ベース４の表面４１上に回転軸を立てて配置される。遮蔽板５２は、略扇形の板状部材から成り、その扇面の縁側付近に円形の開口部５３を有する。この開口部５３は、光学系３から撮像部２への光量を調整する絞りとなる。また、絞り部５は、遮蔽板５２の扇形面をベース４の表面４１に対して略平行に向けつつ、扇形の要部にてロータ５１上面に固定設置される。これにより、遮蔽板５２は、ロータ５１が回転すると、このロータ５１を軸として、ベース４の表面４１に対して水平に回転変位する。なお、絞り部５は、初期状態にて、遮蔽板５２を撮像部２と光学系３とが対向する隙間に介在させ、光学系３から撮像部２への光路を遮断している（図１および図２参照）。
【００１８】
振動体６は、全体としては略長方形の板状形状を有し、接触部６６と、腕部６８とを有する。接触部６６は、短辺の一部に突出しており、丸みを帯びた頂部を有し、振動体６の短辺の側面中央に設置される。腕部６８は、長辺の側面中央から略垂直に延出して設けられ、その先端に孔６８１を有する。振動体６は、ベース４に対してその平面を略平行に向けつつ、ベース４の表面４１に対して浮上した状態で配置され、ボルト１３を腕部６８の孔６８１に挿入されてベース４に固定される。ここで、振動体６は、設置状態にて、接触部６６を絞り部５のロータ５１の側面に接触させる（図１および図３参照）。このとき、接触部６６は、腕部６８およびボルト１３の弾性により、ロータ５１の側面に対して弾性的に付勢する。これにより、接触面にて十分な摩擦力が得られ、振動体６の振動を確実にロータ５１に伝達し得る利点がある。また、この構成では、ボルト１３の操作により接触部６６の付勢力を加減できる。これにより、電気機器１の使用により接触部６６の付勢力が低下した時に、ボルト１３を操作して付勢力を適正値に調整できる利点がある。振動体６は、外部の通電回路（図示省略）に接続されて、その駆動を制御される。そして、振動体６および通電回路は、絞り部５を駆動する超音波モータとして機能する。
【００１９】
図４〜図６は、図１〜図３に記載した電気機器の作用を示す説明図である。初期状態にて、絞り部５は、遮蔽板５２を撮像部２上方に位置させて撮像部２の全面を遮蔽する（図４参照）。このとき、遮蔽板５２の開口部５３は、撮像部２に対して平面的に異なる位置にある。この図４に示す状態では、光学系３から撮像部２への光路が完全に遮断され、撮像部２に入る光量がゼロとなる。
【００２０】
光学系３から撮像部２への光量を切り換えるときは、まず、外部の通電回路（図示省略）から振動体６に、高周波数の交流電流を供給する。すると、振動体６が高速で伸縮運動し、その接触部６６がロータ５１の側面に高速かつ反復して当たる。これにより、接触部６６がロータ５１を連続的に叩き、摩擦接触によりロータ５１を図４中の反時計回りに回転させる。すると、絞り部５が、ロータ５１の回転によりベース４上にて回転変位する。これにより、遮蔽板５２が、撮像部２と光学系３との隙間にてベース４の表面４１に対して水平に回転変位し、開口部５３を撮像部２の位置に移動させる（図５参照）。これにより、光学系３から撮像部２への光路が開口部５３の大きさに拡大されて、撮像部２に入る光量が増加する。
【００２１】
次に、光量を更に増加させるときは、振動体６を駆動してロータ５１を図５中の反時計回りに更に回転させる。そして、遮蔽板５２が撮像部２の上方を完全に通過した位置にて振動体６を停止させる（図６参照）。これにより、撮像部２の上方が開放されて、撮像部２に入る光量が最大となる。一方、光量をゼロの状態に戻すときは、振動体６を駆動してロータ５１を図５中もしくは図６中の時計回りに回転させ、遮蔽板５２を所定の位置に停止させる。このように、この電気機器１では、振動体６の駆動により絞り部５を駆動して、光学系３から撮像部２への光量を自在に切り換え得る。
【００２２】
図７は、図１〜図６に記載した振動体を示す斜視図である。図８および図９は、図７に記載した振動体の動作を示す説明図である。この振動体６は、単一の補強板６３を中心に配置し、この補強板６３を一対の圧電素子６２、６４で挟み込み、これらを積層して構成される。また、振動体６は、電極６１ａ〜６１ｄと、電極６５ａ〜６５ｄ（図示省略。各符号のみを括弧内に示す。）とを、その表裏の所定の位置に配置される。
【００２３】
補強板６３は、略長方形の板状構造を有し、その厚みが各圧電素子６２、６４より薄い。これにより、振動体６を高い効率で振動させ得る利点がある。また、補強板６３は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅系合金その他の金属材料から成る。ただし、補強板６３の構成材料は、これに限定されない。補強板６３は、振動体６全体を補強する機能を有し、過振幅や外力等による振動体６の損傷を防止する。また、補強板６３は、圧電素子６２、６４間にて、これらを導通させる共通の電極として機能する。
【００２４】
圧電素子６２、６４は、補強板６３と略合同な長方形の板状構造を有する。圧電素子６２、６４は、相互に対向して補強板６３を表裏から挟み込み、補強板６３に対して平面位置を揃えて積層される。また、圧電素子６２、６４は、補強板６３に対して固着され、一体化されて単一構造物を構成する。これにより、振動体６の強度を向上できる利点がある。また、圧電素子６２、６４は、電圧の印加により伸縮可能な材料から成る。かかる材料としては、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等がある。
【００２５】
電極６１ａ〜６１ｄ、６５ａ〜６５ｄは、短冊状の金属部材から成り、圧電素子６２、６４上の所定の位置に設置される。ここで、これらの電極は、圧電素子６２、６４の長辺に対して略半分の長さを有し、各圧電素子６２、６４上の長辺側の縁部に沿って、長手方向にそれぞれ２枚ずつ並べて配置される。これにより、電極６１ａ〜６１ｄ、６５ａ〜６５ｄは、各圧電素子６２、６４上にそれぞれ４枚ずつ並べられ、各圧電素子６２、６４の長手方向の中心線および幅方向の中心線に対して相互に対称に位置する（図７参照）。また、電極６１ｆ、６５ｆは、圧電素子６２、６４の長辺に対して略同一の長さを有し、各圧電素子６２、６４の長手方向の中心線上に配置される。
【００２６】
ここで、電極６１ａ〜６１ｄと、電極６５ａ〜６５ｄとは、振動体６の表裏にて相互に対向して配置される。図７中にて、括弧書きにて付した符号は、振動体６を挟み相互に対向する電極であることを示している。また、各圧電素子６２、６４上にて対角線を構成する電極６１ａおよび電極６１ｃの組、ならびに、電極６５ａおよび電極６５ｃの組とは、それぞれ各組内にて導通され、外部の通電回路に接続される。同様に、電極６１ｂおよび電極６１ｄの組、ならびに、電極６５ｂおよび６５ｄの組も、それぞれ各組内にて導通され、外部の通電回路に接続される。これにより、電極６１ａ〜６１ｄ、６５ａ〜６５ｄは、通電回路からの電圧の印加により、これらの組み合わせにて通電する。なお、いずれの組み合わせにより通電させるかは、後述する通電回路の構成により、任意に選択できる。
【００２７】
また、振動体６は、一方の短辺の中央、すなわち、長手方向の先端部の中央に、接触部６６を有する。この接触部６６は、補強板６３に対して単一部材により一体的に形成される。これにより、接触部６６を振動体６に対して強固に設置できる利点がある。特に、接触部６６は、電気機器１の稼働時にて、振動体６の振動により高速かつ反復的に、高い押圧力にてロータ５１に衝突する。したがって、かかる構成により、接触部６６の耐久性を高め得る利点がある。また、接触部６６は、半円形状の先端部を有する（図７参照）。かかる接触部６６は、角形の先端部を有する場合と比較して、ロータ５１の側面に安定的に摩擦接触する。これにより、振動体６の作用方向が多少ずれた場合にも、振動体６からの押圧力を確実にロータ５１に伝達できる利点がある。
【００２８】
また、振動体６は、一方の長辺の中央、すなわち、長手方向の側部中央に、長辺に対して略垂直に突出する腕部６８を有する。この腕部６８は、補強板６３に対して単一部材により一体的に形成される。これにより、腕部６８を振動体６に対して強固に設置できる利点がある。振動体６は、腕部６８の先端に設けられた孔６８１にボルト１３を挿入され、このボルト１３によりベース４に対して固定設置される。また、振動体６は、腕部６８により、ベース４に対して浮上した状態で設置される（図１〜図３参照）。かかる構成では、振動体６とベース４との摩擦がないので、振動体６の振動が拘束され難く、振動体６の自由な振動を実現できる利点がある。また、腕部６８は、補強板６３が金属材料から成るので、弾性を有する。振動体６は、この弾性により接触部６６をロータ５１の側面に付勢し、この状態にて腕部６８により支持される。また、振動体６の補強板６３は、この腕部６８にてアース（接地）されている。
【００２９】
ここで、腕部６８は、振動体６の側方であって、振動体６の振動の節となる位置に設けられる。この位置は、振動解析その他公知の手法により当業者自明の範囲内にて適宜決定してよい。例えば、この電気機器１のように、電極６１ａ〜６１ｄ、６５ａ〜６５ｄが、振動体６の長手方向および幅方向に対称に設けられる場合には、この振動体６の長手方向の略中央付近が振動の節となる。そこで、この電気機器１では、腕部６８を振動体６の長辺の略中央に設ける。すると、振動体６の振動時にて、腕部６８が振動体６の振動を阻害しないので、腕部６８から外部への振動エネルギーの消散を抑制できる。これにより、ロータ５１を効率的に駆動できる利点がある。
【００３０】
図８および図９は、図１〜図７に記載した振動体の動作を示す説明図である。図８は、ロータ５１が図中の反時計回りに回転する場合を示し、図９は、図８に示す方向とは逆方向にロータ５１が回転する場合を示している。
図８に示す状態では、まず、振動体６が、外部の通電回路（図示省略）から交流電圧を印加される。すると、振動体６の対角線上に位置する電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃが通電され、これらの電極と補強板６３との間に交流電圧が印加される。圧電素子６２、６４は、この交流電圧により、電極が設置された部分にて、高速かつ反復的に部分的に伸縮する。ここで、圧電素子６２、６４は、電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃの設置部分にて、図中の矢印ａの方向に伸縮する。これにより、振動体６は、全体として略Ｓ字状に屈曲した微少振動を行う。この振動により、振動体６の接触部６６は、図中の矢印ｂで示す方向に往復運動するか、若しくは、図中の矢印ｃで示す方向に楕円運動する。ロータ５１は、この運動により接触部６６から押圧力を受ける。具体的には、ロータ５１は、接触部６６の振動変位Ｓの径方向成分Ｓ１（ロータ５１の径方向の変位）により、接触部６６と外周面５１１との間に摩擦力を受け、また、振動変位Ｓの周方向成分Ｓ２（ロータ５１の円周方向の変位）により、図中の反時計回りの回転力を受ける。そして、ロータ５１は、この押圧力を高速かつ反復的に接触部６６から受けて、図中の反時計回りに回転する。
【００３１】
一方、図９に示す状態では、振動体６の電極６１ｂ、６１ｄ、６５ａおよび６５ｃが通電される。すなわち、図８に示す状態とは対称に、電極が通電される。すると、図８に示す状態と対称に振動体６が振動し、ロータ５１が接触部６６により押圧力を受けて、図中の時計回りに回転する。したがって、通電パターンの選択により、ロータ５１を時計回りおよび反時計回りの双方向に駆動できる利点がある。なお、図９に示す状態では、通電されない他の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃが、振動体６の振動を検出する振動検出手段を構成する。
【００３２】
図１０は、図１〜図９に記載した振動体の通電回路を示すブロック図である。この通電回路２０は、駆動回路８と、スイッチ９とを含み構成される。通電回路２０は、振動体６に交流電圧を印加して振動体６を駆動する。また、通電回路２０は、通電パターンを切換えて振動体６の振動モードを切り換える機能と、振動体６から電圧を検出して振動をフィードバック制御する機能とを有する。
【００３３】
駆動回路８は、発振回路８１と、増幅回路８２と、回転量制御回路８３とを含み構成される。この駆動回路８では、発振回路８１が交流電圧を出力し、増幅回路８２がこの交流電圧を増幅して、振動体６に印加する。回転量制御回路８３は、発振回路８１および増幅回路８２を制御し、ロータ５１の回転量が指示された目標値となるように、振動体６に印加される交流電圧を調整する。
【００３４】
スイッチ９は、交流電圧を印加される電極と、振動検出手段を構成する電極とを切り換え、これにより、ロータ５１の回転方向を切り換える。このスイッチ９は、連動する２つのスイッチ部９１および９２を有しており、端子９７を振動体６の電極６１ｄに接続され、端子９８を電極６１ａ接続される。また、スイッチ９は、端子９３、９６をそれぞれ増幅回路８２の出力側に接続され、各端子９３、９６を介して、増幅回路８２から交流電圧を印加される。また、スイッチ９は、端子９４、９５をそれぞれ発振回路８１の入力側に接続される。
【００３５】
この通電回路２０において、まず、ロータ５１の駆動にあたり、ロータ５１の回転量（回転回数や回転角度）を回転量制御回路８３に入力する。そして、ロータ５１を図１０中の反時計回り（正方向）に回転させる場合には、スイッチ９を切り換えて、端子９４と端子９７とを接続すると共に、端子９６と端子９８とを接続する。すると、振動体６の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃが、増幅回路８２の出力側に導通される。これにより、振動体６の圧電素子６２、６４に交流電圧が印加されて、振動体６が縦振動および屈曲振動し、ロータ５１が接触部６６に叩かれて図１０中の反時計回りに回転する。
【００３６】
また、この状態では、他の電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄが、駆動回路８の発振回路８１の入力側に導通される。これらの電極は、振動体６の駆動時にて検出電極となり、通電された電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄと、補強板６３との間に誘起される電圧（誘起電圧）を検出する。発振回路８１は、検出された誘起電圧に基づいて、振動体６の振幅が最大、すなわち、検出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、ロータ５１を効率良く移動させ得る利点がある。また、回転量制御回路８３は、ロータ５１の回転量が指示された目標値になるまで発振回路８１および増幅回路８２を作動させ、振動体６を駆動してロータ５１を回転させる。
【００３７】
一方、ロータ５１を図１０中の時計回り（逆方向）に回転させる場合には、スイッチ９を切り換えて、端子９３と端子９７とを接続すると共に、端子９５と端子９８とを接続する。すると、振動体６の電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄが、増幅回路８２の出力側に導通される。これにより、ロータ５１が図１０中の反時計回りに回転する。また、この状態では、他の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃが駆動回路８の発振回路８１の入力側に導通され、検出電極として機能する。なお、これらの作用については、ロータ５１を反時計回りに回転させる場合と同様なので、その記載を省略する。
【００３８】
この電気機器１によれば、振動体６が薄型の板状形状を有するので、機器全体を薄型化し、また小型化できる利点がある。特に、電気光学機器の分野では、近年、薄型化および小型化に対する要請が極めて強く、当業者がこれに多額の研究開発費を投じる傾向にある。この点において、この振動体６により駆動部を構成された電気機器１は、極めて有用である。また、振動体６が摩擦力（押圧力）によりロータ５１を駆動するので、磁力により駆動されるモータと比較して、高い駆動トルクおよび効率を得られる利点がある。これにより、変速機構（減速機構）を介すことなく、ロータ５１を十分な力で駆動できる利点がある。
【００３９】
また、この電気機器１によれば、振動体６の電気ノイズが、磁力により駆動されるモータと比較して極めて小さいので、電気ノイズにより周辺機器が受ける影響を低減できる利点がある。また、変速機構を要しないので、エネルギー損失が少ないという利点もある。また、ロータ５１を振動体６で直接駆動し、別途減速機構を設ける必要がないので、機器を軽量化、小型化および薄型化できる利点がある。また、これにより、構造を極めて簡素化できると共に、製品を容易に製造できるので、製造コストを低減できる利点がある。
【００４０】
また、この電気機器１によれば、振動体６の面内振動をロータ５１の回転に直接変換できるので、変換に伴なうエネルギー損失を低減して高い駆動効率を得られる利点がある。また、ロータ５１の停止状態にて、振動体６の接触部６６が摩擦接触状態にてロータ５１に付勢するので、ロータ５１の回転を抑制して、ロータ５１を停止位置に安定的に保持できる利点がある。また、単一の振動体６でロータ５１を正逆の両方向に駆動させ得るので、駆動方向毎に専用の振動体を設ける場合と比較して、部品点数を低減できる利点がある。
【００４１】
ここで、図１に示すように、振動体６の本体部の、交流電圧の印加により伸縮する方向（伸縮方向）である長手方向の寸法（接触部６６の突出方向にかかる本体部の寸法）、すなわち長辺の長さ寸法を、長さ寸法Ｌ（以下、単に寸法Ｌとも言う）としたとき、その長さ寸法Ｌの下限値は、１ｍｍ程度とする。
振動体６の本体部の長さ寸法Ｌが１ｍｍを下回ると、振動体６の接触部６６の振動により生ずる振幅がロータ（被駆動体）５１の表面粗さを乗り越えることができない。換言すれば長さ寸法Ｌを１ｍｍ以上に設定することにより、振動体６は駆動時に、ロータ５１に対して駆動力を付与する方向に、ロータ（被駆動体）５１の表面粗さを乗り越え得る程度に伸縮することができる。
【００４２】
図１１は、寸法に対する振動体の振幅および駆動効率を示すグラフである。このグラフは、横軸に振動体６の寸法Ｌをとり、縦軸に振動体の振幅と、駆動効率とをとる。なお、振動体の振幅および駆動効率の算出方法の詳細については後述する。
図１１に示すように、振動体６の駆動効率は、寸法Ｌが１［ｍｍ］の付近にて変曲点を有し、この寸法未満では著しく低下する。そこで、この電気機器１では、振動体６の寸法Ｌを１［ｍｍ］以上とする。これにより、ロータ（被駆動体）５１を適切に駆動できる利点がある。また、振動体６の駆動効率は、寸法Ｌが３［ｍｍ］以上となると変化率が小さくなる。そこで、この電気機器１では、振動体６の寸法Ｌを３［ｍｍ］以上とすることが好ましい。これにより、寸法バラツキに伴う駆動効率の変動が抑制されるので、振動体６を安定的に駆動できる利点がある。
また、振動体６の寸法Ｌを４［ｍｍ］以上とするのがさらに好ましい。これにより、さらに振動体６の駆動効率を向上できる利点がある。
【００４３】
図１２および図１３は、寸法に対する振動体の振幅および駆動効率の算出方法を示す説明図である。ここで、振動体６の振幅は、接触部６６の先端部の振幅ｕを計測して算出される。まず、振動体６の駆動周波数が共振周波数でない場合には、振動体６の振幅ｕ０が以下の式により算出される。
ｕ０＝ｄ×Ｖ×Ｌ
（ｄ：圧電定数、Ｖ：電圧、Ｌ：寸法）
この圧電定数ｄは、圧電素子６２、６４の材質により定まる固有値である。
【００４４】
また、共振周波数の場合には、振動体６の振幅ｕが以下の式により算出される。
ｕ＝Ｑ×ｄ×Ｖ×Ｌ
（Ｑ：機械的品質係数）
この機械的品質係数Ｑは、振動体６自身の単位周期あたりの振動におけるエネルギー損失率の逆数である。
【００４５】
一方、寸法に対する振動体６の駆動効率η（η＝機械的出力／入力電圧）は、機械的品質係数Ｑおよび電気−機械結合係数ｋｖ２（振動体の振動エネルギー／振動体に入力された電力）に対して、以下の関係にある。
η∝Ｑ×ｋｖ２
したがって、補正係数をＣ１とすると、
η＝Ｃ１×Ｑ×ｋｖ２                  （１）
となる。
【００４６】
ここで、機械的品質係数Ｑは、加圧、接触、内部損失等による損失率Ｌ１と、振動体６の腕部６８による損失率Ｌ２とから成る。この振動体６では、損失率Ｌ１が一定と考えられる。また、損失率Ｌ２が、振動体６の本体部の長手方向の長さＬおよび腕部６８の幅ｗ（図１３参照）の比に比例すると考えられる。したがって、
１／Ｑ＝Ｃ２（Ｌ１＋Ｌ２）＝Ｃ２（Ｌ１＋ｗ／Ｌ）        （２）
（Ｌ１およびＣ２は、定数）
となる。
【００４７】
さらに、電気−機械結合係数ｋｖ２は、振動体６全体の体積をＶ１、圧電素子６２、６４の体積をＶ２とすると、
ｋｖ２＝Ｃ３×Ｖ２／Ｖ１                  （３）
（Ｃ３は、定数）
となる。
これにより、振動体６の駆動効率ηの計算式を立てる。そして、駆動効率η、機械的品質係数Ｑおよび電気−機械結合係数ｋｖ２を実測し、上記（１）式〜（３）式により、Ｃ１〜Ｃ３およびＬ１を求める。これにより、振動体６の駆動効率ηが算出される。
【００４８】
また、第１実施形態において、振動体６は、接触部６６の突出方向にかかる本体部の寸法Ｌの上限値は、２０ｍｍ程度とする。この理由は、下記の通りである。
電気機器１が落下等により外部から衝撃を受けると、圧電素子６２、６４は、この衝撃により電圧（以下、衝撃電圧という。）を生じる。この衝撃電圧は、圧電素子６２、６４の寸法Ｌが長いほど大きく、所定電圧以上となると、電気機器１の駆動ＩＣを電気的に破壊する。ここで、駆動ＩＣの耐久電圧は、一般に、電源電圧の＋０．６［Ｖ］程度である。このため、電源電圧が３［Ｖ］の電気機器では、衝撃電圧が３．６［Ｖ］を超えると駆動ＩＣが電気的に破壊される。そこで、この電気機器１では、振動体６の寸法Ｌを調整して、衝撃電圧の最大値を規制する点に特徴を有する。これにより、落下等の衝撃による駆動ＩＣの電気的破損を防止（または抑制）できる利点がある。
【００４９】
図１４は、振動体の寸法と駆動ＩＣにかかる衝撃電圧との関係を示すグラフである。このグラフは、横軸に振動体６の寸法Ｌをとり、縦軸に駆動ＩＣに印加される衝撃電圧をとる。衝撃電圧は、振動体６の落下試験により、振動体６の各長さ寸法Ｌについて計測される。なお、この衝撃電圧の算出方法の詳細については後述する。また、この電気機器１の駆動ＩＣは、電源電圧が３［Ｖ］であり、その耐久電圧は、３．６［Ｖ］、好ましくは、３．５［Ｖ］である。
【００５０】
図１４に示すように、駆動ＩＣにかかる衝撃電圧は、振動体６の寸法Ｌが長いほど大きい。したがって、振動体６の寸法Ｌは、駆動ＩＣにかかる衝撃電圧が駆動ＩＣの耐久電圧以下となるように設定されることが好ましい。言い換えれば、振動体６が受ける衝撃により圧電素子６２、６４に衝撃電圧が生じる場合にて、この衝撃電圧のうち駆動ＩＣに印加される電圧が、駆動ＩＣの耐久電圧以下となることが好ましい。例えば、この落下実験では、寸法Ｌが２０［ｍｍ］を超えると、衝撃電圧が駆動ＩＣの耐久電圧の３．６［Ｖ］を超える。そこで、この電気機器１では、振動体の寸法Ｌを、２０［ｍｍ］以下とする。
これにより、落下時等における駆動ＩＣの電気的破損を効果的に防止（または抑制）できる利点がある。
【００５１】
また、耐久電圧を厳しく見て、３．５［Ｖ］とした場合は、振動体６の寸法Ｌの上限値は、１８ｍｍ程度とするのが好ましい。これにより、衝撃電圧と、駆動ＩＣの耐久電圧との間に余裕を持たせ、駆動ＩＣの電気的破損をより確実に防止（または抑制）できる利点がある。
また、振動体６の寸法Ｌを１３［ｍｍ］未満とするのがより好ましく、７［ｍｍ］未満とするのがさらに好ましい。これにより、さらに余裕が大きくなるので、保護ダイオード抵抗値のバラツキが大きい場合でも、駆動ＩＣの電気的破損をさらに確実に防止（または抑制）できる利点がある。
【００５２】
図１５は、駆動ＩＣにかかる衝撃電圧の算出方法を示す説明図である。同図に記載される回路は、一般的な電気機器が有する駆動ＩＣの保護回路の等価回路である。また、同図において、符号Ｖｃｃは電源電圧を示し、符号Ｄ１、Ｄ２は駆動ＩＣを保護する保護ダイオードを示し、符号Ｃは駆動ＩＣの等価容量のコンデンサを示す。なお、保護ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向の抵抗は、０．１［Ω］であり、コンデンサＣの静電容量は、１００［ｐＦ］以下である。なお、衝撃電圧の算出は、落下試験により行われる。
【００５３】
図１５において、落下時にて振動体６が有する位置エネルギーをＵ０とし、そのうち電気的エネルギーに変換されるエネルギーをＵｅとする。すると、
Ｕ０∝振動体６の落下前の位置エネルギー
Ｕｅ∝Ｕ０
となる。よって、
Ｕｅ＝Ｃ４×ｍｇｈ
（ｍ：振動体６の質量、ｈ：落下距離、Ｃ４：比例定数）
となる。
【００５４】
ここで、振動体６に発生する電荷ｑ０は、圧電素子６２、６４の静電容量をＣｕとすれば、
【数１】
2004266943.tif 000003
となる。
【００５５】
そして、保護ダイオードＤ１、Ｄ２のいずれかを通じて流れ出す電荷量ｑｖは、
ｑｖ＝ｑ０−Ｖｃｃ×Ｃｕ’
（ｑｖ＞０、ｑ０−Ｖｃｃ×Ｃｕ’＜０のときはｑｖ＝０）
となる。
なお、高い電圧が発生するときは、保護ダイオードＤ１を通じて電流が流れ、低い電圧が発生するときは、保護ダイオードＤ２を通じて電流が流れる。ここでは、駆動ＩＣの損傷が問題となるので、高い電圧が流れる場合のみを考える。
【００５６】
次に、電荷の放電時間、すなわち、地面に対する振動体６の衝突時間をΔｔとし、且つ、放電波形を正弦波とすると、流れる電流のピーク値Ｉｍａｘは、
【数２】
2004266943.tif 000004
となる。
【００５７】
そして、駆動ＩＣにかかる電圧Ｖｍａｘは、保護ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向の等価抵抗をＲとすると、
Ｖｍａｘ＝Ｒ×Ｉｍａｘ
（ｑｖ＞０、ｑｖ＜０の時はＶｍａｘ＝ｑ０／Ｃｕ’）
となる。
なお、比例定数Ｃ４および衝突時間Δｔは、振動体６の落下時にて生じる電圧の波形から求められる。
【００５８】
また、第１実施形態において、振動体６は、さらに、圧電素子６２、６４に生ずる最大応力を加味して、本体部の寸法Ｌが決定されることが好ましい。
図１６は、振動体の寸法Ｌと、圧電素子に生ずる最大応力との関係を示すグラフである。このグラフは、横軸に振動体６の寸法Ｌをとり、縦軸に圧電素子６２、６４に生ずる最大応力をとる。この最大応力は、落下等により振動体６が外部から衝撃を受けたときに、圧電素子６２、６４に生ずる応力の最大値である。最大応力は、振動体６の落下試験により、振動体６の長さ寸法Ｌについて計測される。なお、図１６は、振動体６を支持する腕部６８の幅ｗ（図１２参照）を０．５ｍｍとしたときのものであり、最大応力の算出方法の詳細については後述する。
【００５９】
図１６に示すように、衝撃時にて圧電素子６２、６４が受ける最大応力は、振動体６の寸法Ｌが長いほど大きい。そこで、この電気機器１では、振動体６の寸法Ｌを調整して、衝撃による圧電素子６２、６４の物理的破損を抑制する点に特徴を有する。
具体的には、衝撃時にて圧電素子６２、６４が受ける最大応力を算出し、その最大値が圧電素子６２、６４の許容応力未満となるように振動体６の寸法Ｌを調整する。例えば、チタン酸ジルコウニウム酸鉛から成る圧電素子６２、６４では、その許容応力が１×１０８［Ｎ／ｍ２］であることが知られている。図１６において、圧電素子６２、６４が受ける衝撃応力がこの許容応力を超えるのは、振動体６の寸法Ｌが１８［ｍｍ］を超えるときである。そこで、この電気機器１では、振動体６の長手方向の寸法Ｌを１８［ｍｍ］未満とするのが好ましい。これにより、衝撃時にて圧電素子６２、６４に生ずる最大応力を、その許容応力以下に規制できるので、衝撃による圧電素子６２、６４の物理的破損を効果的に防止（または抑制）できる利点がある。
【００６０】
また、衝撃時にて圧電素子６２、６４に生ずる最大応力が、許容応力以下であっても、圧電素子６２、６４の内部に微少な欠陥が生じて、振動体６の駆動特性が低下する場合がある。例えば、チタン酸ジルコウニウム酸鉛から成る圧電素子６２、６４では、最大応力が６×１０７［Ｎ／ｍ２］〜１×１０８［Ｎ／ｍ２］程度において、振動体６の駆動特性が低下する。そこで、この電気機器１では、図１６に基づき、振動体の寸法Ｌを７［ｍｍ］未満とすることが好ましい。これにより、振動体６の駆動特性を維持しつつ、圧電素子６２、６４の破損をより確実に防止（または抑制）できる利点がある。
【００６１】
また、振動体６の寸法Ｌを６［ｍｍ］以下とするのがさらに好ましい。これにより、衝撃時にて生ずる最大応力と、圧電素子６２、６４の許容応力との間にさらに余裕を持たせ、圧電素子６２、６４の物理的破損をさらに確実に防止（または抑制）できる利点がある。
なお、圧電素子６２、６４の許容応力は、その材質により変動する。そこで、振動体６の寸法Ｌは、圧電素子６２、６４の材質を考慮しつつ、当業者自明の範囲内により適宜設計変更されることが好ましい。
【００６２】
ここで、圧電素子６２、６４が受ける最大応力は、振動体６を支持する腕部６８の幅ｗ（図１２参照）によっても変動する。図１７は、腕部６８の幅と機械的品質係数との関係を示すグラフである。
機械的品質係数Ｑは、振動体６を支持する腕部６８の幅ｗが大きくなるほど低下する（図１７参照）。また、振動体６の駆動効率は、機械的品質係数Ｑが７００未満になると、著しく低下する。このため、機械的品質係数Ｑが７００以上となるように、腕部６８の幅ｗを０．５［ｍｍ］以下とするのが好ましい。そこで、前記図１６に示すグラフでは、振動体６を支持する腕部６８の幅ｗを、前記上限値の０．５ｍｍとした。
【００６３】
図１８は、圧電素子に生じる最大応力の計測方法を示す説明図である。同図は、振動体６に外部から衝撃が加わったときに圧電素子６２、６４に生じる最大応力の計測方法を示している。一般に、腕時計その他の携帯用電気機器では、高さ１［ｍ］からコンクリート上へ落下する場合に、振動体６の圧電素子６２、６４が破損しないことを要する。なお、このとき振動体６にかかる衝撃加速度は、１００００［Ｇ］となる。そこで、この計測方法では、振動体６を落下させて衝撃を与え、圧電素子６２、６４に生じる最大応力を計測する。なお、この落下試験では、チタン酸ジルコウニウム酸鉛から成る圧電素子を用いる。
【００６４】
図１８において、振動体６は、補強板６３の長手方向における両側側面の中央部に腕部６８、６８をそれぞれ有し、これらの腕部６８、６８により筐体の壁面に固定設置される。そして、振動体６は、約１［ｍ］の高さから落下して、衝撃的な加速度αを加えられる。すると、図中の斜線部の部分が破損する。これは、振動体６の落下により生じた運動エネルギーが、斜線部のひずみにより消費されるためである。ここで、衝撃加速度により振動体６が得た運動エネルギーＴは、
2004266943.tif 000005
となる。
【００６５】
一方、腕部６８の幅ｗは狭いので、この領域では、応力σが一定とみなせる。すると、ひずみエネルギーＵは、
【数３】
2004266943.tif 000006
となる。
【００６６】
上記（４）式および（５）式より、Ｔ＝Ｕとして変形すると、
【数４】
2004266943.tif 000007
が得られる。この（６）式により、最大応力が算出される。
【００６７】
ここで、図１に示すように、振動体６本体部の長手方向に対して略垂直な方向の寸法（接触部６６の突出方向に対して略垂直な方向にかかる本体部の寸法）、すなわち短辺の長さ寸法を、幅寸法Ａ（以下、単に寸法Ａとも言う）としたとき、その幅寸法Ａは特に限定されないが、幅寸法Ａは、例えば、０．１〜６ｍｍ程度が好ましく、０．２〜２ｍｍ程度がさらに好ましい。
幅寸法Ａが０．１ｍｍ未満では圧電素子６２および６４と補強板６３の接着力が不足し、落下時に剥がれが生じる場合がある。また、０．２ｍｍ未満では同様に駆動特性の劣化が生じる。
【００６８】
一方、幅寸法Ａが６ｍｍよりも大きくなると、幅方向の縦振動が無視できなくなるため、腕部６８の振動振幅が大きくなり駆動効率が低下する。幅方向の縦振動の影響は、幅寸法Ａが２ｍｍ未満ではほとんど認められないので、幅寸法Ａは２ｍｍ未満がより望ましい。
また、この電気機器１において、振動体６の本体部の平面視での形状は、略長方形状をなしているが、これは、振動体６の圧電素子６２、６４をダイシング等により製造する時、取り数が多くなり、歩留まりが向上し、好ましい。
また、振動体６（振動体６の本体部）は、薄型の板状構造を有するが、これは、電気機器１を薄型化できる点で好ましい。
しかし、これに限らず、本発明では、振動体６（振動体６の本体部）の形状や厚みは、特に限定されない。
【００６９】
また、この第１実施形態では、電気機器１の一例として電気光学機器を採り上げて説明した。しかし、これに限らず、上記の超音波モータおよび稼働装置を、他の電気機器に適用してもよい。また、この電気機器１では、被駆動体としてロータ５１（絞り部５）を用い、これを振動体６により駆動して、光学系絞り部の切換機構を構成した。
しかし、これに限らず、他の被駆動体を用いて、フィルタの交換機構、メカニカルシャッタ機構、その他の光学系切換機構を構成してもよい。
また、前記切換機構は、例えば、絞り部、フィルタ部およびメカニカルシャッタのうちの少なくとも１つを有するものとすることができる。
【００７０】
（第２実施形態）
次に、この電気機器１の第２実施形態について説明する。
図１９は、本発明の電気機器の第２実施形態における振動体の斜視図であり、図２０は、本発明の電気機器の第２実施形態における回路構成を示すブロック図である。
【００７１】
以下、第２実施形態の電気機器１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の電気機器１は、ロータ５１を停止状態に維持、すなわち、絞り部５を停止状態に維持する第１のモードと、ロータ５１の回転を可能（ロータ５１をフリー状態）、すなわち、絞り部５の移動を可能（絞り部５をフリー状態）にする第２のモードと、ロータ５１を正方向に回転させる第３のモードと、ロータ５１を逆方向に回転させる第４のモードとを有しており、各電極への通電パターンの選択により振動体６の振動パターンを変更して、第１のモードと、第２のモードと、第３のモードと、第４のモードとのいずれかを選択し得るよう構成されている。以下、具体的に説明する。
【００７２】
図１９に示すように、振動体６は、圧電素子６２の図１９中上側に、板状の５つの電極６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄおよび６１ｅが設置され、圧電素子６４の図１９中下側に、板状の５つの電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄおよび６５ｅ（図１９中、電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄおよび６５ｅは、図示せず、各符号のみを括弧内に示す）が設置されている。
【００７３】
すなわち、圧電素子６２を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割（区分）し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極６１ａ、６１ｂ、６１ｃおよび６１ｄが設置され、同様に、圧電素子６４を４つの領域に分割（区分）し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃおよび６５ｄが設置されている。
【００７４】
そして、圧電素子６２の中央部に長方形状をなす電極６１ｅが設置され、同様に、圧電素子６４の中央部に長方形状をなす電極６５ｅが設置されている。各電極６１ｅおよび６５ｅは、それぞれ、その長手方向（長辺の方向）と振動体６の長手方向（長辺の方向）とが略一致するように配置されている。これら電極６１ｅおよび６５ｅは、それぞれ、検出電極であり、電極６１ｅおよび６５ｅと、補強板６３との間に誘起される電圧（誘起電圧）、すなわち、振動体６の振動の長手方向の成分（縦振動成分）により誘起される電圧（誘起電圧）の検出に用いられる。また、前記電極６１ｅおよび６５ｅは、それぞれ、第２のモードで用いられる。
なお、電極６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄおよび６１ｅの裏側に、それぞれ、電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄおよび６５ｅが配置されている。
【００７５】
一方の対角線上の電極６１ａおよび６１ｃと、これらの裏側に位置する電極６５ａおよび６５ｃとは、すべて電気的に接続され、同様に、他方の対角線上の電極６１ｂおよび６１ｄと、これらの裏側に位置する電極６５ｂおよび６５ｄとは、すべて電気的に接続されている。また、同様に、中央部の電極６１ｅと、この裏側に位置する電極６５ｅとは、電気的に接続（以下、単に「接続」と言う）されている。
【００７６】
図２０に示すように、第２実施形態の電気機器１の通電回路２０は、発振回路８１、増幅回路８２および回転量制御回路８３を備えた駆動回路８と、スイッチ９と、スイッチ１６とを有している。
スイッチ９は、通電する電極と、振動検出手段として利用する電極とを切り替える切替手段であり、スイッチ９の切り替えにより、ロータ５１の回転方向を切り替える。
【００７７】
このスイッチ９は、連動する２つのスイッチ部９１および９２を有しており、振動体６の電極６１ｄは、スイッチ部９１の端子９７に接続され、電極６１ａは、スイッチ部９２の端子９８に接続されている。
そして、スイッチ部９１の端子９３およびスイッチ部９２の端子９６は、それぞれ、駆動回路８の増幅回路８２の出力側に接続されており、増幅回路８２から各端子９３および９６に、それぞれ交流電圧が印加されるようになっている。
【００７８】
また、振動体６の補強板６３は、アース（接地）されている。
また、スイッチ部９１の端子９４およびスイッチ部９２の端子９５は、それぞれ、駆動回路８の発振回路８１の入力側に接続されている。
スイッチ１６は、連動する２つのスイッチ部１６１および１６２を有している。
スイッチ部１６１の端子１６３は、スイッチ９の端子９４および９５に接続されており、端子１６４は、振動体６の電極６１ｅに接続されている。
【００７９】
そして、スイッチ部１６１の端子１６７は、駆動回路８の発振回路８１の入力側に接続されている。
また、スイッチ部１６２の端子１６６は、スイッチ９の端子９８および振動体６の電極６１ａに接続されており、端子１６８は、スイッチ９の端子９７および振動体６の電極６１ｄに接続されている。
なお、駆動回路８については、前述した第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８０】
次に、各モードについて説明する。
第１のモードでは、振動体６に対し、励振しない。すなわち、振動体６のいずれの電極へも通電しない。この場合は、振動体６の接触部６６がロータ５１に圧接し、接触部６６とロータ５１との摩擦力により、ロータ５１を停止状態に維持し、これにより、絞り部５を停止状態に維持することができる。すなわち、絞り部５が移動するのを阻止し、絞り部５を所定の位置に保持することができる。
【００８１】
また、第２のモードでは、ロータ５１の外周面５１１における接触部６６の当接位置での接線に対して略垂直な方向の振動を励振する。すなわち、振動体６の両対角線上の電極６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃおよび６５ｄに通電し、これらの電極６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃおよび６５ｄと、補強板６３との間に、交流電圧を印加する。これにより、振動体６は、長手方向（長辺の方向）に繰り返し伸縮、すなわち、長手方向に微小な振幅で振動（縦振動）する。換言すれば、振動体６の接触部６６は、長手方向（長辺の方向）に振動（往復運動）する。
【００８２】
ロータ５１は、振動体６が収縮するときに、接触部６６から離間してその接触部６６との間の摩擦力が無くなるか、または、前記摩擦力が減少し、フリー状態となり、図２０中の反時計回りおよび時計回りのいずれの方向にも自由に回転することができ、これにより、絞り部５は、自由に移動することができる。一方、振動体６が伸張するときは、ロータ５１は、接触部６６から押圧力を受けるが、その方向は、前記接線に対して略垂直な方向であるので、ロータ５１は、図２０中の反時計回りおよび時計回りのいずれの方向にも回転せず、絞り部５は、移動しない。
従って、振動体６の振動により、ロータ５１、すなわち、絞り部５は、フリー状態となり、両方向に自由に移動することができる。
【００８３】
また、第３のモードでは、少なくともロータ５１の回転方向正方向の振動変位成分（図４に示す周方向成分Ｓ２）を有する振動を励振する。すなわち、振動体６の対角線上に位置する電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃに通電し、これらの電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃと、補強板６３との間に、交流電圧を印加する。これにより、第１実施形態で述べたように、ロータ５１は、図２０中の反時計回り（正方向）に回転する。この際、振動体６の対角線上に位置する通電されていない電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄは、振動体６の振動を検出する振動検出手段として利用される。
【００８４】
また、第４のモードでは、少なくともロータ５１の回転方向逆方向の振動変位成分（図５に示す周方向成分Ｓ２）を有する振動を励振する。すなわち、振動体６の対角線上に位置する電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄに通電し、これらの電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄと、補強板６３との間に、交流電圧を印加する。これにより、第１実施形態で述べたように、ロータ５１は、図２０中の時計回り（逆方向）に回転する。この際、振動体６の対角線上に位置する通電されていない電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃは、振動体６の振動を検出する振動検出手段として利用される。
【００８５】
次に、図２０に基づいて、電気機器１の作用を説明する。
電源スイッチがオンの状態において、ロータ５１（絞り部５）の停止／フリーの指示や、ロータ５１の回転方向および回転量（ロータ５１の回転回数や回転角度）の指示があると、それに基づいて、スイッチ９、１６および駆動回路８の回転量制御回路８３が作動する。すなわち、前記第１のモード、第２のモード、第３のモードおよび第４のモードのいずれかに設定される。
【００８６】
ロータ５１を図２０中の反時計回り（正方向）に回転させる旨の指示（第３のモード）の場合には、スイッチ１６の端子１６３と端子１６７とが接続し、端子１６５と端子１６８とが接続するようにスイッチ１６が切り替わるとともに、スイッチ９の端子９４と端子９７が接続し、端子９６と端子９８が接続するようにスイッチ９が切り替わる。これにより、駆動回路８の増幅回路８２の出力側と、振動体６の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃとが導通し、振動体６の電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄと、駆動回路８の発振回路８１の入力側とが導通する。
【００８７】
駆動回路８の発振回路８１および増幅回路８２は、それぞれ、回転量制御回路８３により制御される。
発振回路８１から出力される交流電圧は、増幅回路８２で増幅され、電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃと、補強板６３との間に印加される。これにより、前述したように、振動体６の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃに対応する部分がそれぞれ繰り返し伸縮し、振動体６の接触部６６が、図４の矢印ｂで示す斜めの方向に振動（往復運動）、または、矢印ｃで示すように、楕円振動（楕円運動）し、ロータ５１は、振動体６の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃに対応する部分が伸長するときに接触部６６から摩擦力（押圧力）を受け、この繰り返しの摩擦力（押圧力）によって、図１中の反時計回り（正方向）に回転する。
【００８８】
そして、前記ロータ５１とともにロータ５１が図１中の反時計回り（正方向）に回転し、これにより、絞り部５が運動する。
この際、通電されていない（駆動していない）各電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄは、それぞれ、検出電極となり、電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄと、補強板６３との間に誘起される電圧（誘起電圧）の検出に用いられる。
【００８９】
前記検出された誘起電圧（検出電圧）は、発振回路８１へ入力され、発振回路８１は、その検出電圧に基づいて、振動体６の振幅が最大、すなわち、検出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、絞り部５を効率良く移動させることができる。
また、回転量制御回路８３は、指示されたロータ５１の回転量（目標値）に基づいて、各電極への通電を制御する。
【００９０】
すなわち、回転量制御回路８３は、ロータ５１の回転量が、指示されたロータ５１の回転量（目標値）になるまで発振回路８１および増幅回路８２を作動させ、振動体６を駆動し、ロータ５１を回転させる。
前記と逆に、ロータ５１を図２０中の時計回り（逆方向）に回転させる旨の指示（第４のモード）の場合には、図２０に示すように、スイッチ１６の端子１６３と端子１６７とが接続し、端子１６５と端子１６８とが接続するようにスイッチ１６が切り替わるとともに、スイッチ９の端子９３と端子９７が接続し、端子９５と端子９８が接続するようにスイッチ９が切り替わる。これにより、駆動回路８の増幅回路８２の出力側と、振動体６の電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄとが導通し、振動体６の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃと、駆動回路８の発振回路８１の入力側とが導通する。以降の動作は、前記ロータ５１を図２０中の反時計回りに回転させる旨の指示の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００９１】
また、ロータ５１を停止状態に維持する指示、すなわち、絞り部５を停止状態に維持する指示（第１のモード）の場合には、図２０に示すように、スイッチ１６の端子１６３と端子１６７とが接続し、端子１６５と端子１６８とが接続するようにスイッチ１６が切り替わる。
そして、回転量制御回路８３は、発振回路８１および増幅回路８２を作動させない。すなわち、振動体６のいずれの電極へも交流電圧を印加しない。
【００９２】
ロータ５１には、振動体６の接触部６６が圧接（当接）し、接触部６６とロータ５１との摩擦力により、ロータ５１が停止状態に維持され、これにより、絞り部５が停止状態に維持される。すなわち、絞り部５が移動するのが阻止され、絞り部５は、所定の位置に保持される。
なお、第１のモードの場合には、振動体６のいずれの電極へも交流電圧を印加しなければ、スイッチ９および１６は、それぞれ、どのように切り替わっていてもよい。
【００９３】
また、ロータ５１をフリー状態にする指示、すなわち、絞り部５をフリー状態にする指示（第２のモード）の場合には、スイッチ１６の端子１６４と端子１６７とが接続し、端子１６６と端子１６８とが接続するようにスイッチ１６が切り替わる。これにより、駆動回路８の増幅回路８２の出力側と、振動体６の電極６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃおよび６５ｄとが導通し、振動体６の電極６１ｅおよび６５ｅと、駆動回路８の発振回路８１の入力側とが導通する。
【００９４】
発振回路８１から出力される交流電圧は、増幅回路８２で増幅され、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃおよび６５ｄと、補強板６３との間に印加される。これにより、前述したように、振動体６の接触部６６が、長手方向に振動（往復運動）し、ロータ５１、すなわち、絞り部５は、フリー状態となり、両方向に自由に移動することができる。
【００９５】
この際、各電極６１ｅおよび６５ｅからは、それぞれ、電極６１ｅおよび６５ｅと、補強板６３との間に誘起される電圧（誘起電圧）が検出される。その検出された誘起電圧（検出電圧）は、発振回路８１へ入力され、発振回路８１は、その検出電圧に基づいて、振動体６の縦振動の振幅が最大、すなわち、検出電圧が最大になるような周波数の交流電圧を出力する。これにより、ロータ５１をより円滑に回転、すなわち、絞り部５をより円滑に移動させることができる。
なお、第２のモードの場合には、スイッチ９は、どのように切り替わっていてもよい。
【００９６】
この第２実施形態の電気機器１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この電気機器１では、ロータ５１（絞り部５）の停止状態を維持する状態、すなわち高摩擦状態と、ロータ５１の回転（絞り部５の移動）を可能（ロータ５１や絞り部５をフリー状態）にする状態、すなわち低摩擦状態と、ロータ５１を正方向へ回転させる状態と、ロータ５１を逆方向へ回転させる状態との４状態のうちから、任意の状態を選択することができるので、汎用性が広い。
【００９７】
なお、前述の振動体６においては、駆動するための電極を４分割して駆動する場合について説明したが、それは、縦振動と屈曲振動を選択的に励振するための一例を示したのであり、本発明では、前述の振動体６の構造や駆動の方法に限定されるものではない。
また、本発明では、前記第３のモードまたは第４のモードが省略され、ロータ５１が一方向にのみ回転するように構成されていてもよく、この場合も単一の振動体６で絞り部５を、往復運動、すなわち、両方向に移動させることができる。
【００９８】
（第３実施形態）
次に、本発明の電気機器の第３実施形態について説明する。
図２１は、本発明の電気機器の第３実施形態にかかる振動体を示す斜視図である。なお、以下の説明では、図２１中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００９９】
以下、第３実施形態の電気機器１について、前述した第１、第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態の電気機器１は、第２実施形態にて記載した第１〜第４のモードに加えて、さらに、縦振動および屈曲振動が複合される第５のモードおよび第６のモードを備える点に特徴を有する。これらのモードは、第１〜第４のモードと同様に、各電極６１ａ〜６１ｄ、６１ｆ、６５ａ〜６５ｄ、６５ｆへの通電パターンの変更により任意に選択され得る。
【０１００】
この電気機器１の振動体６は、第２実施形態の検出電極６１ｅ、６５ｅに代えて、圧電素子６２の図２１中上側に電極６１ｆを備え、また、図２１中下側に電極６５ｆを備える。これらの電極６１ｆ、６５ｆは、長方形の板状形状を有すると共に振動体６の長手方向の長さと略同一寸法を有し、振動体６の長手方向に沿って、その中央部に配置される。また、電極６１ｆおよび電極６５ｆは、振動体６の表裏にて電気的に接続され、他の電極６１ａ〜６１ｄ、６５ａ〜６５ｄと同様に通電回路２０側に電気的に接続される（図示省略）。
【０１０１】
図２２は、図２１に示す電気機器における振動体が振動する様子を示す平面図である。
この電気機器１において、第５のモードでは、振動体６の対角線上に位置する電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄが通電され、これらの電極と補強板６３との間に交流電圧が印加される。すると、これらの電極に対応する振動体６の部分がそれぞれ繰り返し伸縮し、振動体６全体が屈曲二次振動する。この屈曲二次振動により、振動体６の接触部６６が、図２２中の矢印ｂで示す斜めの方向に振動（往復運動）し、または、矢印ｃで示すように楕円振動（楕円運動）する。これにより、ロータ５１が、接触部６６から繰り返し摩擦力（押圧力）を受けて、図２２中の反時計回りに回転する。
【０１０２】
また、この第５のモードでは、さらに、振動体６の中央部の電極６１ｆおよび６５ｆが通電され、圧電素子６２、６４が、電極６１ｆおよび６５ｆの設置位置にて、高速かつ反復的に部分的に伸縮する。すると、振動体６が、長手方向の中心線上にて、長手方向に沿った部分的な微少振動を行う。これを縦一次振動という。この縦一次振動により、接触部６６は、振動体６の長手方向に押圧力を増加され、強い押圧力にてロータ５１に付勢する。これにより、屈曲二次振動のみにより振動体６を駆動する場合と比較して、高い駆動力を得られる利点がある。
【０１０３】
なお、この第５モードにおいて、通電されていない電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄは、振動体６の振動を検出する振動検出手段として機能する。これらの電極は、振動体６の駆動時にて、通電された電極６１ａ、６１ｃ、６１ｆ、６５ａ、６５ｃおよび６５ｆと、補強板６３との間に誘起される電圧（誘起電圧）を検出して、発振回路８１に入力する。発振回路８１は、検出された誘起電圧に基づいて、振動体６の振幅が最大、すなわち、誘起出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、ロータ５１を効率良く移動させ得る利点がある。なお、これらの通電されていない電極の作用は、第１実施形態と同様である。
【０１０４】
図２３は、図２１に記載した振動体が振動する様子を示す平面図である。
この電気機器１において、第６のモードでは、振動体６の対角線上に位置する電極６１ｂ、６１ｄ、６５ｂおよび６５ｄ、並びに、振動体６の中央部の電極６１ｆおよび６５ｆが通電される。そして、振動体６が第５のモードとは対称に振動し、ロータ５１を図２３中の時計回りに回転させる。これにより、逆方向の回転についても、高い駆動力を得られる利点がある。
【０１０５】
なお、この第６モードにおいて、通電されていない電極６１ａ、６１ｃ、６５ａおよび６５ｃは、振動体６の振動を検出する振動検出手段として機能する。これらの電極は、振動体６の駆動時にて、通電された電極６１ｂ、６１ｄ、６１ｆ、６５ｂ、６５ｄおよび６５ｆと、補強板６３との間に誘起される電圧（誘起電圧）を検出して、発振回路８１に入力する。発振回路８１は、検出された誘起電圧に基づいて、振動体６の振幅が最大、すなわち、誘起出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、ロータ５１を効率良く移動させ得る利点がある。なお、これらの通電されていない電極の作用は、第１実施形態と同様である。
【０１０６】
ここで、図２１に示すように、振動体６本体部の長手方向に対して略垂直な方向の寸法（接触部６６の突出方向に対して略垂直な方向にかかる本体部の寸法）、すなわち短辺の長さ寸法を、幅寸法Ａ（以下、単に寸法Ａとも言う）としたとき、その長さ寸法Ｌと幅寸法Ａとの比（Ｌ／Ａ）は、特に限定されないが、長さ寸法Ｌと幅寸法Ａとの比（Ｌ／Ａ）は、２〜５程度が好ましく、３〜４程度がより好ましく、３．５４程度が特に好ましい。上記条件では、縦一次振動と屈曲二次振動の共振周波数の関係が適正となり、良好な駆動効率を得ることが出来る。
【０１０７】
なお、この電気機器１において、振動体６の振動モードは、上記第１〜第６のモードに限定されず、当業者自明の範囲内にて任意の振動モードを採用してもよい。例えば、図２１に記載した振動体６において、▲１▼電極６１ｆ、６５ｆのみに交流電圧を印加して、振動体６に縦一次の振動を励起してもよいし、▲２▼電極６１ａ〜６１ｆ、６５ａ〜６５ｆのすべてに交流電圧を印加し、かつ所定の電極に対する電圧の印加タイミングをずらし、振動体６に縦一次および屈曲三次の複合振動を励起してもよい。
【０１０８】
図２６は、図２１に記載した振動体の電気的特性を示すグラフである。同図では、横軸に振動体６の駆動時における振動周波数［Ｈｚ］をとり、縦軸に振動体６がロータ５１を押圧していないときの圧電素子６２、６４のインピーダンス［Ω］をとる。
図２６に示すように、この振動体６は、縦一次振動の共振周波数ｆ１と、屈曲二次の共振周波数ｆ２とを有する。これらの共振周波数ｆ１、ｆ２では、いずれもインピーダンスが極小値をとる。ここで、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２は、振動体６固有の周波数である。共振周波数ｆ１、ｆ２は、振動体６の形状や大きさ、接触部６６の位置等の選択により、任意に設計変更可能である。この振動体６では、共振周波数ｆ１、ｆ２が相互に近接するように設定される。例えば、この振動体６では、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２が、縦一次振動の共振周波数ｆ１に対して、例えば、約１［％］〜２［％］程度大きい。この構成において、これらの近傍の周波数、特に、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２の中間の周波数にて振動体６を駆動すると、縦一次振動および屈曲二次振動の双方の複合振動が得られる。また、この複合振動は、縦一次振動および屈曲二次振動の双方の共振周波数ｆ１、ｆ２に近いため、双方の駆動特性を顕著に有する。これにより、振動体６の駆動状態にて、縦一次振動および屈曲二次振動の双方の駆動特性を効率的に得られる利点がある。
【０１０９】
また、この振動体６では、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２が、相互に異なる数値となるように設定される（図２６参照）。すると、押圧状態では、共振点近傍にて圧電素子６２、６４のインピーダンス変化が鈍くなり、縦一次振動の共振周波数ｆ１と屈曲二次振動の共振周波数ｆ２の際目が不明瞭となる。また、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２の近傍にて、特に、共振周波数ｆ１、ｆ２の中間の周波数にて、インピーダンスの値が低い周波数帯を幅広く形成できる。これにより、広い周波数帯にて縦一次振動および屈曲二次振動を結合した励振を行えると共に、駆動時の投入電力を安定化できる利点がある。
【０１１０】
また、この電気機器１では、振動体６が、縦一次振動の共振周波数ｆ１と、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２との中間の振動周波数（駆動周波数）にて駆動される。この場合、振動体６の駆動周波数を縦一次振動の共振周波数ｆ１に近づけると、押圧力を増す方向の振動振幅が大きくなるので、振動体６の接触部６６とロータ５１との間の摩擦力が増加して、駆動力が高くなる（高駆動力型となる）。また、振動体６の駆動周波数を屈曲二次振動の共振周波数ｆ２に近づけると、振動体６の振動変位の内、ロータ５１の回転方向の成分が大きくなるので、単位回数あたりのロータ５１の回転量が増加して、駆動速度（回転速度）が高くなる（高速型となる）。このように、縦一次振動の共振周波数ｆ１と、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２とをずらすと共に、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２間の周波数帯にて駆動周波数を適宜設定（選択）することにより、例えば、駆動力や駆動速度に関して、任意の駆動特性を得られる利点がある。
【０１１１】
また、この振動体６では、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２が、縦一次振動の共振周波数ｆ１よりも、ｆ１の０．５［％］〜３［％］程度大きいのが好ましく、１［％］〜２［％］程度大きいのがより好ましい。
屈曲二次振動の共振周波数ｆ２と縦一次振動の共振周波数ｆ１との差を前記範囲内に設定することにより、押圧状態で縦一次振動と屈曲二次振動が同時に起きる（結合する）ので摩擦力と駆動力とが同時に得られ、良好な駆動特性が得られる。
【０１１２】
なお、これに限らず、縦一次振動の共振周波数ｆ１の方が、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２より大きくてもよい。この場合、縦一次振動の共振周波数ｆ１は、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２よりも、ｆ２の０．５［％］〜３［％］程度大きいのが好ましく、１［％］〜２［％］程度大きいのがより好ましい。さらに、より大きな電力を投入し、大きな機械的出力を得るためには、駆動周波数において、インピーダンスを下げることが好ましい。
【０１１３】
また、この振動体６では、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２におけるインピーダンスの方が、縦一次振動の共振周波数ｆ１におけるインピーダンスより大きく、また、共振周波数ｆ１、ｆ２間にて、インピーダンスが極大となる周波数ｆ３を有する。そして、振動体６は、この縦一次振動の共振周波数ｆ１と、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２との間の所定の駆動周波数にて駆動されるのが好ましく、ｆ３とｆ２の間の所定の駆動周波数にて駆動されるのがより好ましい。これにより、振動体６の駆動時に縦振動と屈曲振動の振動位相をずらして励振することができる。したがって、接触部６６を楕円軌道ｃ（図８および図９参照）に沿って振動させることができ、振動体６からロータ５１に対し、ロータ５１を引き戻す力を与えることなく、効率良く力を与えることができる。
【０１１４】
なお、上記のように共振周波数ｆ１、ｆ２を異ならせたり、近接させたりする構成は、他の第１実施形態および第２実施形態にて適用してもよい。これにより、同様の効果を得られる利点がある。
なお、この第３実施形態の電気機器１では、各圧電素子６２、６４上にそれぞれ５枚の電極６１ａ〜６１ｄ、６１ｆ、６５ａ〜６５ｄ、６５ｆを配置して、ロータ５１の正転および反転の双方向駆動を実現する（図７〜図１０参照）。しかし、これに限らず、ロータ５１を一方向にのみ回転させる場合には、振動体６をより簡素な構成としてもよい。
【０１１５】
図２４は、図２１に記載した振動体の変形例を示す斜視図である。この振動体６は、図２１に記載した振動体６と比較して、電極６１ａ、６１ｃ、６１ｆに代えて、これらを結合した単一の電極６１ｇをこれらが配置された位置と同じ位置に設ける。また、電極６５ａ、６５ｃ、６５ｆに代えて、これらを結合した単一の電極６５ｇ（図示省略。各符号のみを括弧内に示す。）をこれらが配置された位置と同じ位置に設ける。また電極６１ｄを６５ｄとは独立に設ける。そして、他の電極６１ｂ、６５ｂ、６５ｄを省略する点に特徴を有する。
【０１１６】
図２５は、図２４に記載した振動体が振動する様子を示す平面図である。この振動体６では、これらの単一電極６１ｇ、６５ｇが通電され、これらが配置された部分にて圧電素子６２、６４が高速かつ反復的に伸縮する（図２５参照）。すると、電極６１ｇ、６５ｇの部分のうち、電極６１ａ、６１ｃ、６５ａ、６５ｃに対応する部分の伸縮により、第５モードの作用と同様に屈曲二次振動が発生する。また、電極６１ｇ、６５ｇの部分のうち、電極６１ｆ、６５ｆに対応する部分の伸縮により、第５モードの作用と同様に縦一次振動が発生する。これにより、縦一次振動と屈曲二次振動との複合振動が発生して、第５モードの作用と同様の作用により、ロータ５１が図２５中の反時計回りに回転する。
電極６１ｄは不図示の駆動回路８の発振回路８１と接続し、発振周波数を適正な値に保つために使用される。
【０１１７】
なお、この振動体６では、ロータ５１の駆動方向は、この一方向のみである。この振動体６によれば、図２１に記載した振動体６と比較して、電極の数を低減できるので、製品の構造を簡素化できると共に製品の製造工程を短縮化できる利点がある。また、一方向のみの駆動なので通電回路２０のスイッチ９を省略でき、これにより、製品をより簡素化できる利点がある。
【０１１８】
また、電極６１ｂ、６１ｄ、６１ｆに代えて、これらを結合した単一の電極６１（図示省略）を、これらが配置された位置と同じ位置に設ける。また、電極６５ｂ、６５ｄ、６５ｆに代えて、これらを結合した単一の電極（図示省略）をこれらが配置された位置と同じ位置に設け、他の電極６１ａ、６１ｃ、６５ａ、６５ｃを省略してもよい。この場合は、ロータ５１は、前記と逆方向（図２５中の時計回り）に回転する。
【０１１９】
（第４実施形態）
次に、本発明の電気機器１の第４実施形態について説明する。
図２７は、本発明の電気機器の第４実施形態を示す平面図である。
以下、第４実施形態の電気機器１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１２０】
上記した第１実施形態の電気機器１では、接触部６６が振動体６の一短辺の中央に配置される。しかし、接触部６６の位置は、これに限定されない。例えば、図２７に示すように、接触部６６が、振動体６の短辺の中央からずれた位置、すなわち、振動体６の長手方向の中心線上から外れた位置に設けられてもよい。かかる構成では、▲１▼接触部６６の設置位置の偏りにより振動体６の重量にアンバランス、▲２▼振動体６を駆動する電極６１ａ〜６１ｆ、６５ａ〜６５ｆの配置のアンバランス、▲３▼被駆動体からの反力が振動体６の中心線から外れて作用することによるアンバランス等が生じる。すると、通電により振動体６が伸縮したときに、縦振動および屈曲振動の複合振動が振動体６に容易に誘発される。これにより、振動体６の駆動効率を高められる利点がある。
【０１２１】
ここで、上記▲３▼の理由からすれば、接触部６６は図１９のように短辺全体に突出していても振動体６の中心線に対しロータ５１の中心がずれていれば同等な効果があるので、本発明には、それも含まれる。
同様に、接触部６６が短辺の中央部で突出していても振動体６の中心線とロータ５１の中心がずれていれば同等であり、複合振動が誘発される。従って、本発明には、それも含まれる。
【０１２２】
以下、図３９および図４０に基づいてさらに説明する。
上記▲１▼〜▲３▼の作用はそれぞれに独立したものであるので、自由に組み合わせることができる。例えば図３９に示すように、振動体６の短辺全てにわたって設けられた接触部６６に対して振動体６の中心線からずれた位置でロータ５１と接触させる構成とすることで、上記▲２▼と▲３▼の作用により縦振動および屈曲振動の複合振動を振動体６に誘発させ、駆動効率の向上を図ることが出来る。
また、同様に図４０に示すように、台形形状の本体部を有する振動体６に対しても、長手方向の中心線からずれた位置に接触部６６を設け、ロータ５１と接触させる事で、被駆動体からの反力を振動体６の中心線から外れて作用させ、振動体６の長手方向と直行する方向の変位を発生させることが可能となり、駆動効率が向上する。
【０１２３】
なお、この第４実施形態において、単一の電極６１、６５を圧電素子６２、６４の全面にそれぞれ設けた構成とすることも可能である。図２８は、図２７に記載した振動体の変形例を示す斜視図である。かかる構成によっても、上記振動体６のアンバランスにより縦振動および屈曲振動の複合振動が誘発されるので、簡易な電極構成でロータ５１を効率良く駆動できる利点がある。
【０１２４】
（第５実施形態）
図２９は、本発明の電気機器の第５実施形態における超音波モータを示す断面平面図である。なお、以下の説明では、図２９中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
以下、第５実施形態の電気機器１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１２５】
同図に示すように、第５実施形態の電気機器１（超音波モータ）では、その振動体６の補強板６３に、弾性（可撓性）を有する１対（２つ）の腕部６８が一体的に形成されている。
１対の腕部６８は、補強板６３の長手方向（図２９中上下方向）ほぼ中央に、長手方向とほぼ垂直な方向であって、かつ、補強板６３（振動体６）を介して互いに反対方向に突出するように（図２９中左右対称に）設けられている。
この第５実施形態の電気機器１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２６】
そして、この電気機器１では、振動体６に１対の腕部６８が設けられているので、支持に対する剛性が高まり、駆動の反作用等の外力に対しても安定した支持ができる。さらに、左右対称になるので、図２９中時計回り（右方向）の駆動特性と図２９中反時計回り（左方向）の駆動特性への影響を均一化でき、正逆方向の特性が等しいものを実現することができる。
また、この第５実施形態に、前述した第２〜第４実施形態を適用することができ、例えば、第３実施形態を適用することが好ましい。
【０１２７】
（第６実施形態）
次に、本発明の電気機器１の第６実施形態について説明する。
以下、第６実施形態の電気機器１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
上記第１実施形態の電気機器１では、振動体６により円柱形状のロータ５１を有する絞り部５を駆動した。しかし、これに限らず、振動体６により他の形状、構造を有する被駆動体を駆動することが好ましい。例えば、この電気機器１の被駆動体は、円柱形状のロータ５１であるが、これに限られず、円筒形状、断面扇形形状、断面円弧形状等を有する回転構造物であることが好ましい（図示省略）。また、被駆動体は、ロータ５１その他の回転構造物に限らず、スライダその他の並進構造物であることが好ましい（図示省略）。
【０１２８】
図３０および図３１は、この第６実施形態にかかる電気機器の一例を示す側面図（図３０）および平面図（図３１）である。この電気機器１は、絞り部５のロータ５１と遮蔽板５２との中間に、減速機構５４を備える点に特徴を有する。この減速機構５４は、小歯車５４１と、大歯車５４２とから成る。小歯車５４１は、ロータ５１に対して同軸上に設けられ、ロータ５１の上部に固定される。大歯車５４２は、この小歯車５４１に対して噛み合うと共に、遮蔽板５２の底部に固定設置される。この構成において、振動体６がロータ５１を叩き回転させると、このロータ５１と共に小歯車５４１が回転する。そして、小歯車５４１により大歯車５４２が回転して、遮蔽板５２を回転させる。これにより、光学系３から撮像部２への絞りが切り替わる。この構成によれば、減速機構５４の作用により、大きなトルクにて遮蔽板５２を駆動できる利点がある。
【０１２９】
（第１変形例）
図３２および図３３は、この第６実施形態にかかる電気機器の第１変形例を示す側面断面図（図３２）および平面断面図（図３３）である。また、図３４は、図３２および図３３に記載した遮蔽板を示す平面図である。これらの図において、上記第６実施形態の電気機器１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３０】
この電気機器１は、円盤状の回転板５５を備える点に特徴を有する。この回転板５５は、遮蔽板５５０と、軸部５５１と、縁部５５２と、開口部５５３ａ〜５５３ｄを有する。遮蔽板５５０は、円盤形状を有し、この回転板５５の基板を成す。軸部５５１は、円盤の中心にその回転軸を立てて設けられる。回転板５５は、遮蔽板５５０の平面をベース４の平面に略平行に向け、軸部５５１をベース４の中央に位置させて、回転可能に設置される。縁部５５２は、遮蔽板５５０の外周に設けられ、遮蔽板５５０の外周に環状の壁面を構成する。開口部５５３ａ〜５５３ｄは、遮蔽板５５０上にて軸部５５１を囲み設けられ、相互に異なる開口面積を有する。また、開口部５５３ａ〜５５３ｄは、光学系３および撮像部２の中間に位置し、回転板５５の回転により相互に切り換えられる。一方、振動体６は、その接触部６６にて、回転板５５の縁部５５２内周面に対して摩擦接触する。なお、この振動体６では、接触部６６が、振動体６の長手方向の中心線から外れた位置に設けられる（図３３参照）。これにより、振動体６の駆動時にて振動体６にアンバランスが生じ、縦振動および屈曲振動の複合振動が容易に誘発されるので、振動体６の駆動効率を高められる利点がある。
【０１３１】
この構成において、振動体６が駆動されて回転板５５の縁部５５２を叩くと、遮蔽板５５０が回転して開口部５５３ａ〜５５３ｄが切り替わる。これにより、回転板５５は、光学系３から撮像部２への光量を複数段階に切り換える可変絞り部として機能する。
また、この第６実施形態の第１変形例において、回転板５５は、開口部５５３ａ〜５５３ｄに代えて、相互に異なる色のカラーフィルタ５５４ａ〜５５４ｄを有してもよい（図３５参照）。これにより、回転板５５は、上記と同様の作用により、光学系３から撮像部２への光を複数段階に切り換え可能なフィルタ部として機能する。
【０１３２】
（第２変形例）
図３６は、この第６実施形態にかかる電気機器の第２変形例を示す平面断面図である。同図において、上記第６実施形態の電気機器１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
上記した第６実施形態の電気機器１では、振動体６が、その長手方向の中心線を回転板５５の半径方向に向けて配置される（図３３参照）。かかる構成では、振動体６の振動方向が回転板５５縁部５５２の内壁面に略直交し、振動体６の振動が効率的に回転板５５に伝わるので、機構の駆動効率を高められる点で好ましい。しかし、これに限らず、図３６に示すように、例えば、振動体６は、その長手方向の中心線が、回転板５５の半径方向からずれた角度で配置されてもよい。これは、例えば、回転板５５の半径が小さいために、振動体６の長手方向を回転板５５の半径方向に向けられない場合にて、振動体６を適切に設置できる点で有益である。
【０１３３】
（第３変形例）
図３７および図３８は、この第６実施形態にかかる電気機器の第３変形例を示す側面断面図（図３７）および平面断面図（図３８）である。これらの図において、上記第６実施形態の電気機器１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３４】
上記した第６実施形態では、回転板５５に縁部５５２を設け、振動体６の接触部６６をこの縁部５５２に内側に当てて、内周側から回転板５５を駆動する。しかし、これに限らず、図３７および図３８に示すように、振動体６を回転板５５の外周側に設け、外周側から回転板５５を駆動する構成としてもよい。これにより、回転板５５に対する振動体６の配置にバリエーションを持たせ得る利点がある。
【０１３５】
以上、本発明を、図示の実施形態や変形例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
なお、本発明は、前記各実施形態や各変形例のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかる電気機器を示す斜視図。
【図２】図１に記載した電気機器を示す正面図。
【図３】図１に記載した電気機器を示す側面図。
【図４】図１〜図３に記載した電気機器の作用を示す説明図。
【図５】図１〜図３に記載した電気機器の作用を示す説明図。
【図６】図１〜図３に記載した電気機器の作用を示す説明図。
【図７】図１〜図６に記載した振動体を示す斜視図。
【図８】図７に記載した振動体の動作を示す説明図。
【図９】図７に記載した振動体の動作を示す説明図。
【図１０】図１〜図９に記載した振動体の通電回路を示すブロック図。
【図１１】寸法に対する振動体の振幅および駆動効率を示すグラフ。
【図１２】振動体の振幅および駆動効率の算出方法を示す説明図。
【図１３】振動体の振幅および駆動効率の算出方法を示す説明図。
【図１４】寸法と駆動ＩＣにかかる衝撃電圧との関係を示すグラフ。
【図１５】駆動ＩＣにかかる衝撃電圧の算出方法を示す説明図。
【図１６】寸法と圧電素子に生ずる最大応力との関係を示すグラフ。
【図１７】腕部の幅と機械的品質係数との関係を示すグラフ。
【図１８】圧電素子に生じる最大応力の計測方法を示す説明図。
【図１９】本発明の電気機器の第２実施形態における振動体の斜視図。
【図２０】電気機器の第２実施形態における回路構成を示すブロック図
【図２１】本発明の電気機器の第３実施形態の振動体を示す斜視図。
【図２２】図２１に示す振動体が振動する様子を示す平面図。
【図２３】図２１に記載した振動体が振動する様子を示す平面図。
【図２４】図２１に記載した振動体の変形例を示す斜視図。
【図２５】図２４に記載した振動体が振動する様子を示す平面図。
【図２６】図２１に記載した振動体の駆動特性を示すグラフ。
【図２７】本発明の電気機器の第４実施形態を示す平面図。
【図２８】図２７に記載した振動体の変形例を示す斜視図。
【図２９】本発明の電気機器（超音波モータ）の第５実施形態を示す平面図。
【図３０】第６実施形態にかかる電気機器の一例を示す側面図。
【図３１】第６実施形態にかかる電気機器の一例を示す平面図。
【図３２】第６実施形態の電気機器の第１変形例を示す側面断面図。
【図３３】第６実施形態の電気機器の第１変形例を示す平面断面図。
【図３４】図３２および図３３に記載した遮蔽板を示す平面図。
【図３５】図３２および図３３の遮蔽板の変形例を示す平面図。
【図３６】第６実施形態の電気機器の第２変形例を示す平面断面図。
【図３７】第６実施形態の電気機器の第３変形例を示す側面断面図。
【図３８】第６実施形態の電気機器の第３変形例を示す平面断面図。
【図３９】第４実施形態の電気機器の変形例を示す平面図。
【図４０】第４実施形態の電気機器の変形例を示す平面図。
【符号の説明】
１…電気機器、２…撮像部、３…光学系、４…ベース、５…絞り部、６…振動体、８…駆動回路、９…スイッチ、１３…ボルト、１６…スイッチ、２０…通電回路、４１…ベースの表面、５１…ロータ、５２…遮蔽板、５３…開口部、５４…減速機構、５５…回転板、６１ａ〜６１ｇ、６５ａ〜６５ｇ…電極、６２、６４…圧電素子、６３…補強板、６６…接触部、６８…腕部、８１…発振回路、８２…増幅回路、８３…回転量制御回路、９１、９２…スイッチ部、９３〜９８、１６３〜１６８…端子、１６１、１６２…スイッチ部、５１１…外周面、５４１…小歯車、５４２…大歯車、５５０…遮蔽板、５５１…軸部、５５２…縁部、５５３ａ〜５５３ｄ…開口部、５５４ａ〜５５４ｄ…カラーフィルタ、６８１…孔
【図１】
2004266943.tif 000008
【図２】
2004266943.tif 000009
【図３】
2004266943.tif 000010
【図４】
2004266943.tif 000011
【図５】
2004266943.tif 000012
【図６】
2004266943.tif 000013
【図７】
2004266943.tif 000014
【図８】
2004266943.tif 000015
【図９】
2004266943.tif 000016
【図１０】
2004266943.tif 000017
【図１１】
2004266943.tif 000018
【図１２】
2004266943.tif 000019
【図１３】
2004266943.tif 000020
【図１４】
2004266943.tif 000021
【図１５】
2004266943.tif 000022
【図１６】
2004266943.tif 000023
【図１７】
2004266943.tif 000024
【図１８】
2004266943.tif 000025
【図１９】
2004266943.tif 000026
【図２０】
2004266943.tif 000027
【図２１】
2004266943.tif 000028
【図２２】
2004266943.tif 000029
【図２３】
2004266943.tif 000030
【図２４】
2004266943.tif 000031
【図２５】
2004266943.tif 000032
【図２６】
2004266943.tif 000033
【図２７】
2004266943.tif 000034
【図２８】
2004266943.tif 000035
【図２９】
2004266943.tif 000036
【図３０】
2004266943.tif 000037
【図３１】
2004266943.tif 000038
【図３２】
2004266943.tif 000039
【図３３】
2004266943.tif 000040
【図３４】
2004266943.tif 000041
【図３５】
2004266943.tif 000042
【図３６】
2004266943.tif 000043
【図３７】
2004266943.tif 000044
【図３８】
2004266943.tif 000045
【図３９】
2004266943.tif 000046
【図４０】
2004266943.tif 000047