(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有し、弾性変形可能な筒状部材、及び、前記筒状部材の外面及び／又は前記中空部側の内面に設けられ、前記筒状部材の周方向にｎ（ｎは３以上の整数）分割され、前記筒状部材に駆動信号を入力させる入力電極を有する振動子と、
前記筒状部材の内周側を貫く固定軸と、
前記固定軸の外周側であり且つ前記筒状部材の内側に配置された加圧部材と、
前記固定軸と嵌合し、前記筒状部材に発生する振動の節において前記筒状部材を内周側から径方向に支持するとともに、前記加圧部材により前記固定軸の軸方向に加圧力を受け、前記筒状部材の端面において、前記加圧部材により前記固定軸の軸方向に加圧力を受け、該筒状部材を軸方向に支持する支持部材と、
前記加圧力によって前記振動子の他方の端面に加圧接触され、該振動子の振動によって前記振動子に対して相対移動される相対移動部材と、
前記支持部材と前記筒状部材の端面との間に配置された振動減衰を防止する振動減衰防止部材と、
を備え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、
前記振動は、前記筒状部材に発生する軸方向に対して垂直方向に変位が生じる曲げ振動であり、前記支持部材は、軸方向に可動で径方向に規制した状態で支持すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記筒状部材は、電気機械変換素子、又は、電気機械変換素子を備える部材であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、前記筒状部材の内側から外側へ又は外側から内側へ向かう方向に分極されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記筒状部材は、円筒形状であること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記入力電極は、１対の組が前記筒状部材の中心に対して対向配置されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記ｎ分割された各入力電極に、３６０°／ｎずつ位相がずれた前記駆動信号を入力させる入力回路を備えること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記入力回路は、隣り合う前記各入力電極に、３６０°／ｎ位相がずれた前記駆動信号を入力させること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記筒状部材は、前記相対移動部材との接触端面が首振り運動すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記駆動信号は、前記筒状部材に軸方向と平行に中立面を持つ、少なくとも、第一の２次の曲げモードと、第二の２次の曲げモードとを発生させ、
前記第一の２次の曲げモードと、前記第二の２次の曲げモードとにより、前記筒状部材の駆動面に周方向の駆動力を発生させることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、前記筒状部材を、該筒状部材の端面から１５〜３０％の位置を支持すること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記振動子と前記相対移動部材との接触端面に設けられた摺動部材を備えること、
を特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒。
【請求項１４】
請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラシステム。
【請求項１５】
中空部を有し、弾性変形可能な筒状部材、及び、前記筒状部材の外面及び／又は前記中空部側の内面に設けられ、前記筒状部材の周方向にｎ（ｎは３以上の整数）分割され、前記筒状部材に駆動信号を入力させる入力電極を有する振動子と、
前記筒状部材の内周側を貫く固定軸と、
前記固定軸の外周側であり且つ前記筒状部材の内側に配置された加圧部材と、
前記固定軸と嵌合し、前記筒状部材に発生する振動の節において前記筒状部材を内周側から径方向に支持するとともに、前記加圧部材により前記固定軸の軸方向に加圧力を受け、前記筒状部材の端面において、前記筒状部材を軸方向に支持する支持部材と、
前記加圧力によって前記振動子の他方の端面に加圧接触され、前記振動子によって移動される相対移動部材と、
前記支持部材と前記筒状部材の端面との間に配置された振動減衰を防止する振動減衰防止部材と、
を備える振動アクチュエータを駆動する振動アクチュエータの駆動方法であって、
前記ｎ分割された各入力部に、３６０°／ｎずつ位相がずれた前記駆動信号を入力させて駆動すること、
を特徴とする振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の振動アクチュエータの駆動方法において、
隣り合う前記各入力部に、３６０°／ｎ位相がずれた前記駆動信号を入力させて駆動すること、
を特徴とする振動アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラシステム及び振動アクチュエータの駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動波モータは、圧電体の伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させるものであり、この進行性振動波によって駆動面には楕円運動が生じる。弾性体の駆動面には、移動子が加圧接触しており、移動子は、楕円運動によって摩擦駆動される。
一方、進行性振動波以外の振動を利用した振動波モータ等も知られている（例えば、特許文献１）。このタイプの振動波モータは、円柱状の振動子を屈曲振動させ、この屈曲振動によって、振動子の端面に加圧接触している移動子が摩擦駆動されるものである。【０００３】
近年、振動波モータは、径の大きさを従来の１／３〜１／５倍程度にして、小型化、軽量化される傾向がある。この小型化に対して、従来の進行性振動波を用いた振動波モータでは、径が小さくなり、かつ、振動振幅の絶対値も小さくなることから、出力性能が低下してしまう可能性があった。
また、振動波モータは、振動源として、圧電素子等の電気機械変換素子を用いることが一般的である。圧電素子は、電圧の印加により伸び縮みの変位を発生するが、電圧１Ｖ当たりの発生変位は、数ｎｍ程度と非常に小さく、移動子を駆動できる程度までの変位を得るためには、駆動信号の電圧が少なくとも８０〜１００Ｖｐ−ｐ程度必要となり、電圧が高圧化する傾向にあった。【０００４】
特に、特許文献１の形状の振動子では、印加する電極間が離れていて、かつ、静電容量が小さいため、より高い電圧が必要であった。
また、振動波モータは、非可聴である振動波域（２０ｋＨｚ以上）の駆動信号を用いるのが一般的であるので、振動波域の駆動信号を圧電素子が振動できる電圧まで昇圧するためには、回路が大型化したり、製造コストが高くなったりする恐れがあった。
【特許文献１】特公平７−２２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、低電圧で駆動することができる振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラシステム及び振動アクチュエータの駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決するである。なお、理解を容易にするために、本発明の一実施例を示す図面に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではないである。
請求項１に記載の発明は、中空部を有し、弾性変形可能な筒状部材、及び、前記筒状部材の外面及び／又は前記中空部側の内面に設けられ、前記筒状部材の周方向にｎ（ｎは３以上の整数）分割され、前記筒状部材に駆動信号を入力させる入力電極を有する振動子と、前記筒状部材の内周側を貫く固定軸と、前記固定軸の外周側であり且つ前記筒状部材の内側に配置された加圧部材と、前記固定軸と嵌合し、前記筒状部材に発生する振動の節において前記筒状部材を内周側から径方向に支持するとともに、前記加圧部材により前記固定軸の軸方向に加圧力を受け、前記筒状部材の端面において、前記加圧部材により前記固定軸の軸方向に加圧力を受け、該筒状部材を軸方向に支持する支持部材と、前記加圧力によって前記振動子の他方の端面に加圧接触され、該振動子の振動によって前記振動子に対して相対移動される相対移動部材と、前記支持部材と前記筒状部材の端面との間に配置された振動減衰を防止する振動減衰防止部材と、を備える振動アクチュエータである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記振動は、前記筒状部材に発生する軸方向に対して垂直方向に変位が生じる曲げ振動であり、前記支持部材は、軸方向に可動で径方向に規制した状態で支持すること、
を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動アクチュエータにおいて、前記筒状部材は、電気機械変換素子、又は、電気機械変換素子を備える部材であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子は、前記筒状部材の内側から外側へ又は外側から内側へ向かう方向に分極されていること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記筒状部材は、円筒形状であること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記入力電極は、１対の組が前記筒状部材の中心に対して対向配置されていること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の振動アクチュエータにおいて、前記ｎ分割された各入力電極に、３６０°／ｎずつ位相がずれた前記駆動信号を入力させる入力回路を備えること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の振動アクチュエータにおいて、前記入力回路は、隣り合う前記各入力電極に、３６０°／ｎ位相がずれた前記駆動信号を入力させること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記筒状部材は、前記相対移動部材との接触端面が首振り運動すること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記駆動信号は、前記筒状部材に軸方向と平行に中立面を持つ、少なくとも、第一の２次の曲げモードと、第二の２次の曲げモードとを発生させ、前記第一の２次の曲げモードと、前記第二の２次の曲げモードとにより、前記筒状部材の駆動面に周方向の駆動力を発生させることを特徴とする振動アクチュエータである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の振動アクチュエータにおいて、前記支持部材は、前記筒状部材を、該筒状部材の端面から１５〜３０％の位置を支持すること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、前記振動子と前記相対移動部材との接触端面に設けられた摺動部材を備えること、を特徴とする振動アクチュエータである。
請求項１３に記載の発明は、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラシステムである。
請求項１５に記載の発明は、中空部を有し、弾性変形可能な筒状部材、及び、前記筒状部材の外面及び／又は前記中空部側の内面に設けられ、前記筒状部材の周方向にｎ（ｎは３以上の整数）分割され、前記筒状部材に駆動信号を入力させる入力電極を有する振動子と、前記筒状部材の内周側を貫く固定軸と、前記固定軸の外周側であり且つ前記筒状部材の内側に配置された加圧部材と、前記固定軸と嵌合し、前記筒状部材に発生する振動の節において前記筒状部材を内周側から径方向に支持するとともに、前記加圧部材により前記固定軸の軸方向に加圧力を受け、前記筒状部材の端面において、前記筒状部材を軸方向に支持する支持部材と、前記加圧力によって前記振動子の他方の端面に加圧接触され、前記振動子によって移動される相対移動部材と、前記支持部材と前記筒状部材の端面との間に配置された振動減衰を防止する振動減衰防止部材と、を備える振動アクチュエータを駆動する振動アクチュエータの駆動方法であって、前記ｎ分割された各入力部に、３６０°／ｎずつ位相がずれた前記駆動信号を入力させて駆動すること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動方法である。
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の振動アクチュエータの駆動方法において、隣り合う前記各入力部に、３６０°／ｎ位相がずれた前記駆動信号を入力させて駆動すること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低電圧で駆動することができる振動子、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラシステム及び振動アクチュエータの駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の振動波モータを示す図である。
【図２】実施例１の振動子を示す図である。
【図３】振動子１０の駆動原理を説明する図である。
【図４】振動子１０の駆動原理を説明する図である。
【図５】圧電体１１の端面のＡ点が楕円運動することを説明する図である。
【図６】振動波モータ１００の駆動制御装置を説明するブロック図である。
【図７】４つの駆動信号を説明する図である。
【図８】実施例１のカメラシステムを示す図である。
【図９】実施例２の振動波モータを示す模式図である。
【符号の説明】
【０００９】
１：カメラシステム、２：カメラボディ、３：レンズ鏡筒、１０：振動子、１１：圧電体、１２：摺動板、１３：外周電極パターン、１３−１：第１電極、１３−２：第２電極、１３−３：第３電極、１３−４：第４電極、１４：内周電極パターン、１５：中空部分、２０：移動子、３０：出力ギア、４０：ゴム部材、５０：固定軸、６０：ベアリング、７０：振動子支持部材、８０：加圧用ナット、９０：駆動制御装置、１００，１００Ａ：振動波モータ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して、本発明の実施例をあげて、さらに詳しく説明する。なお、以下の実施例では、振動アクチュエータとして、振動波モータを例にとって説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１の振動波モータを示す断面図である。
実施例１の振動波モータ１００は、超音波の振動域を利用した超音波モータであり、振動子１０と、移動子２０と、出力ギア３０と、ゴム部材４０と、固定軸５０と、ベアリング６０と、振動子支持部材７０等とを備え、本実施例では、振動子１０が固定され、移動子２０が駆動される。【００１２】
振動子１０は、圧電体１１と、摺動板１２とを備える。
圧電体１１は、弾性変形可能な円筒形状の部材である（詳細は、後述する）。
摺動板１２は、移動子２０との接触端面に接合されたリング状の円板であり、アルミニウム、真鍮、鉄、ステンレス鋼等の金属材料によって形成され、摺動面には、摺動性を高めるためのＮｉＰ等の表面処理が施されている。
移動子２０は、振動子１０の振動によって回転駆動される部材であり、アルミニウム等の軽金属によって形成され、摺動面には、耐摩耗性向上のためのアルマイト等の表面処理が施されている。【００１３】
出力ギア３０は、ゴム部材４０を介して移動子２０に結合され、移動子２０と一体に回転するギアである。
ゴム部材４０は、移動子２０と出力ギア３０との間に設けられ、ゴムによる摩擦力で移動子２０と出力ギア３０との回転方向の滑りを防止する機能と、移動子２０からの振動を出力ギア３０へ伝えないための振動吸収機能とを有し、ブチルゴム、プロピレンゴム、シリコンゴム等が好適である。
固定軸５０は、振動子１０及び移動子２０の内周を軸方向に貫く部材であり、フランジ５１と、軸状突起部５２とを備える。
フランジ５１は、固定軸５０の上端に設けられ、この振動波モータ１００を不図示の装置に固定できるように、複数個のねじ孔５１ａ（図１では、１個のみ図示してある）が設けられた部分である。
軸状突起部５２は、固定軸５０の下端に設けられ、モータ回転時の固定軸５０の振れを防止する部分である。【００１４】
ベアリング６０は、固定軸５０に挿入されて固定され、出力ギア３０を回転可能に支持する部材である。
振動子支持部材７０は、圧電体１１を径方向及び軸方向に支持しており、軸方向の支持のため、圧電体１１との間に、圧電体１１の振動を振動子支持部材７０に伝達しにくく、かつ、圧電体１１に触れることで振動が減衰しにくいフェルト７１を配置している。なお、フェルト７１は、不織布等であってもよい。
また、振動子支持部材７０は、径方向の支持のため、圧電体１１の内面の一部と接合されている。さらに、振動子支持部材７０は、固定軸５０と軸嵌合しており、固定軸５０に設けられた加圧用ナット８０で加圧バネ８１を締め付けることより、振動子１０の摺動板１２と移動子２０とを加圧接触させている。【００１５】
次に、実施例１の振動子について説明する。
図２は、実施例１の振動子を示す図である。図２（Ａ）は、振動子の外観図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の振動子を上方から見た図である。
実施例１の振動子１０は、圧電体１１と、外周電極パターン１３と、内周電極パターン１４等とを備える。
なお、図１で説明したように、圧電体１１の端面には、摺動板１２が接合されているが、図２では、省略している。【００１６】
圧電体１１は、薄肉（０．１〜０．５ｍｍ程度が好ましい）の円筒形状の部材であり、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等の電気機械変換素子によって構成され、物理信号の一例である交流電圧等の駆動信号が入力されることによって、長手方向に伸縮する。また、図２（Ｂ）における圧電体１１の直径は、５〜１５ｍｍであることが好ましい。
圧電体１１は、中空部分１５を有する。外周電極パターン１３は、圧電体１１の外周面（すなわち、中空部分１５と接しない側の面）に設けられ、圧電体１１の周方向（円周に沿った方向）に４分割されている。外周電極パターン１３は、圧電体１１に駆動信号を入力させる入力電極である。また、各外周電極パターン（第１電極１３−１、第２電極１３−２、第３電極１３−３、第４電極１３−４）は、長方形形状の電極パターンであり、各電極の中心が、圧電体１１の円周の中心に対してそれぞれ９０°ずれた位置に配置され、第１電極１３−１と第３電極１３−３、及び、第２電極１３−２と第４電極１３−４は、対向配置されている。
第１電極１３−１、第２電極１３−２、第３電極１３−３、第４電極１３−４は、配置される位置は異なるが、大きさ、特性等は同じものである。そして、圧電体１１の円筒形状の中心線（軸線）に対して、第１電極１３−１と第３電極１３−３とは、対称な位置に配置されており、また、第２電極１３−２と第４電極１３−４とも対称な位置に配置されている。
内周電極パターン１４は、圧電体１１の内周面（すなわち、中空部分１５と接する面）の略全面に設けられた非分割の入力電極である。
圧電体１１の分極は、外周電極パターン１３と内周電極パターン１４とを用いて、同方向に分極する。図２（Ｂ）は、その一例であり、内周側を−、外周側を＋として圧電体１１に電圧をかけることによって、圧電体１１は、圧電体１１の周縁の厚み部分の内側から外側へ向かう方向（矢印Ａ方向）に分極されている。【００１７】
図３及び図４は、振動子１０の駆動原理を説明する図である。
図３は、図２（Ａ）における振動子１０を縦方向に切ったときの断面図であり、第１電極１３−１側から見た図を示している。図３に示すように、対向配置されている第４電極１３−４、第２電極１３−２に、それぞれ、＋電圧と−電圧とを与え、内周電極パターン１４をＧＮＤ（グランド）とした場合、＋側の第４電極１３−４側の圧電体１１は、軸方向（矢印Ｂ方向）に伸び、−側の第２電極１３−２側の圧電体１１は、軸方向の矢印Ｂ方向と反対方向（矢印Ｃ方向）に縮む。
このような対向する側面が逆方向に伸び縮みすることにより、圧電体１１には、軸線に対して２次の曲げモードの変位が生じる。【００１８】
次に、交流電圧を与えた場合について説明する。
図４（Ａ）に示すように、まず、第４電極１３−４に＋電圧を与え、第２電極１３−２に−電圧を与えると、＋側の第４電極１３−４側の圧電体１１は、軸方向に伸び、−側の第２電極１３−２側の圧電体１１は、軸方向に縮む。これにより、圧電体１１は、破線Ｄの状態となる。
これとは逆に、第４電極１３−４に−電圧を与え、第２電極１３−２に＋電圧を与えると、−側の第４電極１３−４側の圧電体１１は、軸方向に縮み、＋側の第２電極１３−２側の圧電体１１は、軸方向に伸びる。これにより、圧電体１１は、破線Ｅの状態となる。
交流電圧は、＋電位と−電位とが時間経過とともに繰り返して出力されるため、第２電極１３−２と第４電極１３−４に対して、互いに電圧の極性が反対となるように交流電圧を印加した場合、圧電体１１には、軸線に対して、図面上の左右方向（矢印Ｆ方向）に変位する２次の曲げモードの振動が発生する。【００１９】
一方、第１電極１３−１、第３電極１３−３に交流電圧を与えた場合について説明する。
図４（Ｂ）に示すように、まず、第１電極１３−１に＋電圧を与え、第３電極１３−３に−電圧を与えると、＋側の第１電極１３−１側の圧電体１１は、軸方向に伸び、−側の第３電極１３−３側の圧電体１１は、軸方向に縮む。これにより、圧電体１１はたわみ、端面は傾きながら後方に移動して、破線Ｇの状態となる。
ついで、第１電極１３−１に−電圧を与え、第３電極１３−３に＋電圧を与えると、−側の第１電極１３−１側の圧電体１１は、軸方向に縮み、＋側の第３電極１３−３側の圧電体１１は、軸方向に伸びる。これにより、圧電体１１はたわみ、端面を前に見せるように傾きながら前方に移動して、破線Ｈの状態となる。
交流電圧は、＋電位と−電位とが時間経過とともに繰り返して出力されるため、第１電極１３−１と第３電極１３−３に対して、互いに電圧の極性が反対となるように交流電圧を印加した場合、圧電体１１には、軸線に対して、図面上の前後方向（矢印Ｉ方向）に変位する２次の曲げモードの振動が発生する。【００２０】
そして、これらの２つの２次の曲げモードの振動を組み合わせ、両振動の時間的位相を９０°（π／２）ずらす（すなわち、第１電極１３−１と第３電極１３−３に対して印加する交流電圧と、第２電極１３−２と第４電極１３−４に対して印加する交流電圧との時間的位相を９０°ずらす）と、図４（Ｃ）に示すように、圧電体１１の上下の端面に、圧電体１１の中心軸Ｊを中心とした円運動状（矢印Ｋ方向）の振動が発生し、圧電体１１の端面が首振り運動する。【００２１】
図５は、圧電体１１の端面のＡ点が楕円運動することを説明する図であって、図５（Ａ）は、圧電体１１の端面のＡ点、Ｂ点を示す図であり、図５（Ｂ）は、Ａ点、Ｂ点の変位を示す図である。ここで、左右方向とは、図中のｘ軸方向であり、上下方向とは、図中のｙ軸方向であり、前後方向とは、図中のｚ軸方向である。
図５（Ａ）に示すように、Ａ点は、第１電極１３−１の中央の上方の１点であり、Ｂ点は、第２電極１３−２の中央の上方の１点であり、Ａ点とＢ点とは、圧電体１１の円周方向の中心に対して９０°ずれた位置にある。
そして、第１電極１３−１及び第２電極１３−２に、時間的位相が９０°ずれた（すなわち、時間的位相差が９０°である）駆動信号を与えると、Ａ点及びＢ点は、振動を開始する。【００２２】
図５（Ｂ）に示すように、位相ｔ＝０の時点では、Ａ点の変位は上側（ｙ軸に沿って上方向）に向けて最大である。一方、Ｂ点の変位は０である。したがって、Ａ点は、上側（ｙ軸に沿って上方向）にのみ変位する。なお、Ａ点は、前後方向（ｚ軸方向）にも変位が発生するが、ここでは、省略して説明する。
ｔ＝（１／２）πの時点では、Ａ点の上下方向（ｙ軸方向）の変位は０である。一方、Ｂ点の変位は上側（ｙ軸に沿って上方向）に向けて最大である。このとき、圧電体１１は、湾曲するので（図３参照）、Ｂ点は、わずかではあるが左側（ｘ軸に沿って左方向）にも移動し、これにともない、Ａ点も、わずかに左側（ｘ軸に沿って左方向）に移動する。
ｔ＝（２／２）πの時点では、Ａ点の変位は下側（ｙ軸に沿って下方向）に向けて最大である。一方、Ｂ点の変位は０である。したがって、Ａ点は、下側（ｙ軸に沿って下方向）にのみ変位する。
ｔ＝（３／２）πの時点では、ｔ＝（１／２）πの時点と同様の原理で、Ａ点は、わずかに右側（ｘ軸に沿って右方向）に移動する。
この一連の流れを繰り返すことによって、圧電体１１の端面のＡ点は、矢印Ｌ方向に楕円運動する。また、Ａ点が楕円運動するのと同様に、Ａ点以外の圧電体１１の端面の各点も楕円運動する。そして、圧電体１１の端面に、楕円運動が連続的に発生することにより、圧電体１１に加圧接触されている不図示の移動子が回転駆動される。【００２３】
図６は、振動波モータ１００の駆動制御装置を説明するブロック図であり、図７は、４つの駆動信号を説明する図である。
振動波モータ１００の駆動制御装置９０は、外周電極パターン１３（図２参照）に駆動信号を入力させる入力回路を備える装置であり、発振器９１と、移相器９２と、増幅部９３（９３−１〜９３−４）と、検出部９４と、制御部９５とを備える。【００２４】
発振器９１は、制御部９５の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する部分である。
移相器９２は、発振器９１で発生した駆動信号を９０°ずつ位相がずれた異なる４つの駆動信号に分割する部分である。
４つの駆動信号は、図７に示すように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相に分けられる。Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相は、それぞれ時間的位相が９０°ずれており、Ａ相に対してＣ相が逆位相、Ｂ相に対してＤ相が逆位相といった関係となっている。具体的には、Ａ相とＢ相とが９０°位相がずれ、Ａ相とＣ相とが１８０°位相がずれ、Ａ相とＤ相とが２７０°位相がずれている。【００２５】
図６に示すように、増幅部９３（９３−１〜９３−４）は、移相器９２によって分割された４つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する部分である。増幅部９３−１〜９３−４から出力される４つの駆動信号は、それぞれ外周電極パターン１３の第１電極１３−１、第２電極１３−２、第３電極１３−３、第４電極１３−４に入力される。そして、それらの電極を介して圧電体１１に伝達される。
検出部９４は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、振動波モータ１００の駆動によって駆動される被駆動体（移動子２０、出力ギア３０、あるいはそれらの駆動に伴って駆動される部材）の位置や速度を検出する部分である。
制御部９５は、この振動波モータ１００が搭載される装置のＣＰＵからの駆動指令を基に、振動波モータ１００の駆動を制御する部分である。また、制御部９５は、検出部９４からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報とを得て、目標位置に位置決めされるように発振器９１の周波数を制御する。【００２６】
そして、駆動制御装置９０は、以下のように動作する。
まず、制御部９５に目標位置が伝達される。発振器９１では、駆動信号が発生され、その信号は、移相器９２により９０°ずつ位相がずれた４つの駆動信号に分割され、増幅部９３により所望の電圧に増幅される。
そして、９０°ずつ位相がずれた駆動信号が、各外周電極パターンに入力される。このとき、隣り合う各外周電極パターンには、９０°ずつ位相がずれた駆動信号が入力される。具体的には、Ａ相の駆動信号は、第１電極１３−１へ印加され、Ｂ相の駆動信号は、第２電極１３−２へ印加され、Ｃ相の駆動信号は、第３電極１３−３へ印加され、Ｄ相の駆動信号は、第４電極１３−４へ印加される。【００２７】
圧電体１１に対して、Ａ相とＣ相の駆動信号を印加することで、圧電体１１に第１定在波が発生し、Ｂ相とＤ相の駆動信号を印加することで、圧電体１１に第２定在波が発生し、第１定在波と第２定在波とを組み合わせることによって、円運動状の振動が励振され、圧電体１１の端面が首振り運動する。
圧電体１１の端面には、摺動板１２が配置され、摺動板１２に加圧接触している移動子２０は、この首振り運動によって摩擦的に回転駆動される。
振動波モータ１００の駆動により駆動される被駆動体には、検出部９４が配置されていて、そこから、電気パルスの信号が発生し、制御部９５に伝達される。制御部９５は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度とを得ることができ、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に、発振器９１の駆動周波数が制御される。【００２８】
このように、本実施例の振動子１０及び振動波モータ１００によれば、以下のような効果がある。
（１）圧電体１１の変位は、電界（電圧［Ｖ］／厚み［ｍ］）に比例する。本実施例では、圧電体１１を薄肉の円筒形状としているので、厚みの値が非常に小さくなり、低電圧化しても強い電界が得られ、結果として、大きな変位を得られるようになる。したがって、低電圧で駆動することができ、また、低電圧で駆動しても出力性能を損なうことのない振動子１０及び振動波モータ１００を提供することができる。
（２）圧電体１１の静電容量は、薄いほど大きくなり、電極面積が大きいほど大きくなる。本実施例では、圧電体１１を薄肉の円筒形状とし、圧電体１１の外周面、内周面の略全面に各電極を設けているので、圧電体１１の静電容量を大きくすることができ、低電圧で駆動しても強い電界が得られ、大きな出力を確保することができる。【００２９】
（３）圧電体１１の分極時には、分極方向を一方向のみとしたので、製造工数が減り、分極後の変形も少なくすることができ、低コストで寸法精度のよい圧電体１１を製造することができる。
（４）本実施例では、第１電極１３−１と第３電極１３−３、及び、第２電極１３−２と第４電極１３−４を対向配置し、振動の励振を対向している２電極に共同で行わせるようにしたので、大きな振動振幅が効率よく得られ、低電圧駆動を達成することができる。【００３０】
図８は、実施例１のカメラシステムを示す図である。
実施例１のカメラシステム１は、撮像素子８を有するカメラボディ２と、レンズ７を有するレンズ鏡筒３とを備える。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施例では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。【００３１】
レンズ鏡筒３は、レンズ７、カム筒６、ギア４，５、振動波モータ１００等を備える。本実施例では、振動波モータ１００は、カメラシステム１のフォーカス動作時にレンズ７を駆動する駆動源として用いられており、振動波モータ１００から得られた駆動力は、ギア４，５を介してカム筒６に伝えられる。レンズ７は、カム筒６に保持されており、振動波モータ１００の駆動力により、光軸方向へ移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
このような構成において、レンズ鏡筒３の光学系（撮像光学系）により撮像素子８の撮像面に被写体像が結像される。このとき、振動波モータ１００を駆動することにより、レンズ７を駆動し、オートフォーカス動作を行う。そして、撮像素子８は、撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換し、その信号が画像処理部で処理されることによって、画像データが生成される。【００３２】
このように、本実施例のカメラシステム１によれば、低電圧で駆動することができる振動波モータ１００を備えているので、高比率の電圧昇化装置を設ける必要がなく、昇圧による電力ロスも発生せず、消費電力を抑えたカメラシステムとすることができる。
【実施例２】
【００３３】
図９は、実施例２の振動波モータを示す模式図である。
なお、前述した実施例１と同様な機能を果たす部分は、重複する説明を適宜省略する。
図１の説明において、振動子支持部材７０が、圧電体１１の内面の一部と接合されていることを記載した。本実施例では、この接合位置（すなわち、支持位置）を規定する。
実施例２の振動波モータ１００Ａでは、圧電体１１の支持位置Ｍを、軸方向の長さ（一方向の端面から他方の端面の長さ）に対して、端面から２２．４％の位置としている。図９において、圧電体１１（圧電体１１の内面の位置を示す）に対して、上側の端面から２２．４％の位置と下側の端面から２２．４％の位置とに振動子支持部材７０の支持位置Ｍを設けている。
この支持位置Ｍは、圧電体１１の振動モードである２次の曲げモードの振動変位が０になる位置（圧電体１１に発生する振動の節の位置）である。なお、支持の位置は、軸方向の長さに対して、端面から２２．４％が最適であるが、範囲としては１５〜３０％の範囲で支持すれば、実用的には問題ない。
また、本実施例では、圧電体１１の内面側で支持する構成としたが、外面側で支持する構成としてもよい。【００３４】
このように、実施例２の振動波モータ１００Ａによれば、振動変位が０になる位置で圧電体１１を支持するので、支持による振動減衰を小さくすることができ、支持損失を小さくすることによって、さらなる低電圧駆動が達成できる。【００３５】
（変形例）
本実施例は、以下の変形も可能である。
（１）外周電極パターン１３は、４分割する例で説明したが、３分割でも、５分割以上でもよい。
（２）外周電極パターン１３を分割し、内周電極パターン１４を非分割とする例で説明したが、これとは逆に、外周電極パターン１３を非分割とし、内周電極パターン１４を分割してもよい。この場合は、内周電極パターン１４に電圧を与えて駆動する。
（３）圧電体１１は、弾性体の内外周に設けて振動子としてもよい。
（４）圧電体１１は、円筒形状の例で説明したが、多角形形状の筒状部材であってもよい。
（５）圧電体１１は、圧電体１１の周縁の厚み部分の内側から外側へ向かう方向に分極する例で説明したが、外側から内側へ向かう方向に分極してもよい。
（６）上述した実施例では、カメラシステムのオートフォーカスの駆動源を例にして説明したが、カメラシステムの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆動源や、複写機の駆動部、自動車のハンドルチルト装置、時計の駆動装置等に適用することができる。
なお、上述した各実施例及び変形例は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は、以上説明した各実施例によって限定されることはない。
【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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