JP4035156B2 - 超音波アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる振動アクチュエータに関するものであり、さらに言えば、電気機械変換素子を用いた超音波アクチュエータに関する。

従来の超音波アクチュエータを図２１、２２に示す。図２１は従来の超音波アクチュエータの圧電素子部の斜視図であり、図２２は同断面図である。

圧電素子１００は５ヵ所の支持部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ，１０１Ｅにて支持されており、この圧電素子１００には、４分割電極１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄが形成され、反対側の圧電素子全面には全面電極（図示せず）が形成されている。

ワイヤー１０４ａは、はんだ１０５ａにより電極１０２ａと、はんだ１０５ｃにより電極１０２ｃと接続されている。また、ワイヤー１０４ｂは、はんだ１０５ｂにより電極１０２ｂと、はんだ１０５ｄにより電極１０２ｄと接続されている。さらに、ワイヤー１０４ｇは、前記全面電極に接続されている。これらのワイヤー１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｇを通じて圧電素子１００に電圧が印加される。

圧電素子１００の上面には駆動子１０２が設けられ、その先端部は可動体１０３に接触している。この駆動子１０２の先端部は、前記支持部１０１Ｃにより可動体１０３に押圧しており、これにより駆動子１０２の先端部と可動体１０３との摩擦力を高めて圧電素子１００の振動を駆動子１０２を介してより確実に可動体１０３に伝搬させている。

次にこの超音波アクチュエータの駆動方法について簡単に説明する。

図２３、図２４、図２５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ圧電素子の振動形態を説明する概念図である。

前記ワイヤー１０４ｇをグランドに接続し、前記ワイヤー１０４ａには特定の周波数の正弦波の基準電圧を、前記ワイヤー１０４ｂには基準電圧と位相が９０°、または−９０°ずれた電圧を印加する。すると、図２３に示すように、圧電素子１００に、屈曲振動の２次モードおよび、図２４に示す伸縮振動（所謂、縦振動）の１次モードが誘起される。

屈曲振動の共振周波数、および、伸縮振動の共振周波数はそれぞれ圧電素子１００の材料、形状等により決定されるが、この二つの共振周波数を略一致させ、その近傍の周波数の電圧を印加することにより、圧電素子１００には、屈曲２次モードと伸縮１次モードが調和的に誘起され、図２５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す形状の変化を順番に起こす。

その結果、圧電素子１００に設けられた駆動子１０２が紙面方向から見て略楕円運動を起こす。つまり、圧電素子１００の屈曲振動と伸縮振動の合成により駆動子１０２が楕円運動を起こす。この楕円運動により駆動子１０２に支持された可動体１０３が矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に可動し、超音波アクチュエータとしての役割をなしている。

ここで、圧電素子の振動のノード部（節）について説明する。

伸縮振動のノード部は、図２４に示すとおり、圧電素子の長さ方向の中央部であり、屈曲振動のノード部は、図２３に示すとおり、圧電素子の長さ方向の中央部および、素子の形状により変位するが、中央から素子長さの３５〜４０％程度離れた部分である。

つまり伸縮振動と屈曲振動が調和的に発生した場合の共通のノードは、圧電素子の長さ方向の中心部のみとなる。

なお、本出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、および特許文献２が知られている。
特開平８−２３７９７１号公報 特開平１１−６９８５１号公報

しかしながら、特許文献１に係る超音波アクチュエータのように、圧電素子の表面に給電電極を設けて、該給電電極にはんだにてワイヤを接続して、このワイヤを通じて圧電素子の給電電極に電圧を印加する構成においては、圧電素子におけるはんだを設けた部分に応力が集中して圧電素子が割れる虞があるという問題がある。

一方、ワイヤ及びはんだを用いずに圧電素子に給電する超音波アクチュエータとして特許文献２に開示された超音波アクチュエータがあるが、該超音波アクチュエータのように圧電素子又はアクチュエータ本体をしっかりと固定する構成においては、圧電素子又はアクチュエータ本体の伸縮運動を阻害し、その結果、超音波アクチュエータとしての効率を低下させるという問題がある。

そこで本発明は、圧電素子の振動への悪影響を低減して超音波アクチュエータとしての効率を向上させると共に、圧電素子における該圧電素子に給電するためのワイヤの接続部分に応力が集中して該圧電素子が割れることを防止することを目的とする。

本発明は、圧電素子を有し、振動方向が互いに異なる複数の振動を発生させるアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体の振動に従って動作することで所定の駆動方向への駆動力を出力する駆動子と、前記アクチュエータ本体に設けられて前記圧電素子と電気的に接続された給電電極と、前記給電電極と当接して前記アクチュエータ本体を弾性的に支持すると共に、該給電電極に給電するための給電端子となる支持給電部とを備えるものとする。

本発明は、圧電素子を有するアクチュエータ本体を支持給電部により弾性的に支持することによって、アクチュエータ本体及び圧電素子の振動の阻害を低減することができ、その結果、効率を向上させることができるという作用効果を有する。それに加えて、本発明は、支持給電部により圧電素子と給電電源との電気的導通を実現することによって圧電素子にはんだを設ける必要がなくなるため、はんだを設けた部分に応力が集中して圧電素子が割れることを防止することができるという作用効果を有する。

以下、本発明の超音波アクチュエータについて、実施の形態および図面を用いて説明する。

《発明の実施形態１》
圧電素子１０は、図１，２に示すように、被実装体１に設けられた第１、第２、第３支持体６，７，９の支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａにて支持されている。この圧電素子１０がアクチュエータ本体を構成する。

第３支持体９は、この超音波アクチュエータが実装される被実装体１に設けられており、この被実装体１に超音波アクチュエータを実装することにより圧電素子１０を支持部９Ａを介して裏面から支持するとともに駆動子２を可動体３へ押圧している。

これら支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａはそれぞれ弾性体よりなり、具体的には、エラストマー、シリコーンゴム、板バネが挙げられる。

特に、シリコーンゴムを用いた場合は支持部と圧電素子１０との接触、支持部と支持体との接触がそれぞれ面接触になり、これにより安定して圧電素子１０を支持することができ、さらに他のエラストラマーと比較して弾性の温度変化が少なく安定して支持できるという作用効果を有する。加えて、圧電素子１０の振動に起因する音の発生を防止することができるという作用効果も有する。

このように少なくとも支持部に弾性体を用いることで、圧電素子１０の振動が阻害されるのを低減し、その結果、超音波アクチュエータの効率を向上させることができるという作用効果を有する。特に、第３支持体９の支持部９Ａは圧電素子１０のノード部ではない部位（非ノード部）を支持しているため弾性体を用いることによる伸び振動（伸縮振動）の阻害低減の効果は大きいものである。

一方、第１、第２支持体６，７の支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂについては屈曲振動のノード部を支持しているが、これら支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂを弾性体にすることで、しっかりと圧電素子に固定していた従来のものと比較して屈曲振動の阻害低減の効果を有するとともに、非ノード部となる伸縮振動の阻害低減の効果も有する。

特に、近年要望される超音波アクチュエータの小型化を考えた場合、圧電素子も小型化されるが、その際、製造上ノード部のみに支持体を接合することが精度上より難しくなる。しかし、支持部に弾性体を用いることで多少ノード部からずれたとしても振動の阻害を緩和できるため、製造においてより高い精度を必要としなくなり、小型の超音波アクチュエータを製造しやすいという作用効果を有する。

また、前記弾性体を実装する場合は、圧電素子と弾性体の密着性、支持体と弾性体の密着性のそれぞれを向上させるためこの弾性体を圧縮した状態で実装することが望ましい。

圧電素子１０の前面には、給電電極８が設けられている。この給電電極８に電圧が印加されることにより圧電素子１０が印加電圧の周波数に応じて振動する。各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）は、図示は省略するが、その一部が圧電素子１０の側周面まで延びて形成され、圧電素子１０の側周面（詳しくは、側周面のうち、後述する支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａの導電部５１が当接する部分）に露出して外部電極を形成している。

また、第１、第２、第３支持体６，７，９には導電部５１，５１，…を設け、第１、第２、第３支持体６，７，９には引出電極１１，１１，…を設けている。そして、各導電部５１が圧電素子１０の側周面に露出する各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と当接することによって、各導電部５１を介して圧電素子１０の各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）と各引出電極１１とを電気的に導通させている。すなわち、支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａは、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）に給電する給電端子として機能しており、支持給電部を構成する。

このような構成にすることにより圧電素子１０にはんだによるワイヤー接続を設ける必要がなくなるため、はんだを設けた圧電素子の部位に応力が集中して圧電素子１０が割れる恐れがなくなるという作用効果を有する。また、圧電素子１０の厚み方向に設けていたはんだが不要になるためその分薄型化を図ることができる。

また、第１、第２、第３支持体６，７，９の支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａの弾性体としてシリコーンゴムを用い、このシリコーンゴムを圧縮率が５〜４０％の範囲で圧縮して実装することにより、圧電素子１０の給電電極と導電部５１、導電部５１と支持体の引出電極１１のそれぞれの密着性が安定するので導通抵抗が安定となり、その結果、超音波アクチュエータとしての特性の安定化を図ることができる。ここで言う圧縮率とは、変形前後の長さの差と、変形前の長さとの比である。具体的には長さ１ｍｍの弾性体を０．９ｍｍまで圧縮した場合、圧縮率は１０％である。

この導電部５１は、一つの支持部に複数設けることで信頼性を向上させることができる。この導電部５１としては、金属線、金属粒子を用いることができ、特に、金属粒子を用いた場合は繰り返し圧縮に強いため耐久性が向上するという作用効果を有する。

すなわち、支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａは、導電性ゴムで構成することができる。

また、導電部５１の材料としては、金属線としてはニッケル、真鍮、または、必要に応じてそれらの表面を金めっきしたものを用いることができる。また、金属粒子としては電気伝導性のよい銀を用いることが望ましい。

さらに、給電電極８ａ〜８ｄ、特に、その中でも外部電極は、銀若しくは銀パラジウム合金（Ａｇ−Ｐｄ）等で構成する（即ち、銀を主成分として構成する）、又は銀若しくは銀パラジウム合金等を焼き付け処理若しくはメッキ処理することが好ましい。

ここで、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）若しくはその表面を銀を主成分として構成すると共に、各導電部５１若しくはその表面を銀を主成分として構成することによって、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との当接部が硫化することを防止することができ、該当接部における導通抵抗の増大を防止することができる。詳しくは、銀は大気中の硫化水素及び亜硫酸ガスによって硫化し易いという性質を有するため、少なくともその表面が銀を主成分として構成された各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と少なくともその表面が銀を主成分として構成された各導電部５１とを当接させておくと、該各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極及び各導電部５１のうち大気に晒された表面に位置する銀が大気中の硫化水素又は亜硫酸ガスと反応して硫化銀となる。これにより、該各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との外周囲には各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）及び各導電部５１を一体的に覆うように硫化銀の膜が形成される。その結果、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との当接部は該硫化銀の膜によって大気中の硫化水素及び亜硫酸ガスから保護され、硫化を防止することができる。

なお、この導電部５１は、全ての支持部（第１、第２、第３支持体６，７，９の支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａ）に設けてもよいし、任意の支持部に設けることもできる。

圧電素子１０の表面には駆動子２が設けられ、可動体３に当接している。

次に、前記構成の超音波アクチュエータの動作について説明する。図３は本発明の超音波アクチュエータの圧電素子の動作を示す概念図である。

圧電素子１０の特定の給電電極に特定の周波数の交流電圧を印加することにより圧電素子１０は、図２３に示す屈曲振動の２次モード、および図２４に示す伸縮振動の１次モードが誘起される。詳しくは、屈曲振動の共振周波数、および、伸縮振動の共振周波数はそれぞれ圧電素子１０の材料、形状等により決定されるが、この二つの共振周波数を略一致させ、その近傍の周波数の電圧を、４つの給電電極８のうち、圧電素子１０の対角線上に位置する給電電極８ａ，８ｃと８ｂ，８ｄにそれぞれ位相が９０°又は−９０°ずらして印加することにより、圧電素子１０は屈曲２次モードと伸縮１次モードの振動が調和的に誘起される。ここで、屈曲２次モードの振動方向は、可動体の可動方向、即ち、駆動子２により出力される駆動力の駆動方向であり、伸縮１次モードの振動方向は、可動体の可動方向（即ち、駆動方向）とは垂直方向で且つ圧電素子１０と可動体３を結ぶ方向（駆動子２が可動体３を支持する方向）である。

そして圧電素子１０は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す形状の変化を順番に起こし、その結果、圧電素子１０に設けられた駆動子２が紙面方向から見て略楕円運動を起こす。すなわち、圧電素子１０の屈曲振動と伸縮振動の合成により駆動子２が楕円運動を起こす。この楕円運動により駆動子２が当接する可動体３が図２矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に可動し、超音波アクチュエータとしての役割をなしている。すなわち、駆動子２は、矢印Ａ及びＢの延びる方向（所定の駆動方向）に駆動力を出力している。

以下、具体的に説明すると、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミック材料を圧電素子１０に用いた場合、圧電素子の形状を長さ６ｍｍ、幅１．７ｍｍ、厚み１ｍｍに作製し、その圧電素子１０に図１に示したものと同様の電極配置にし、厚み方向に分極を掛けた場合、伸縮振動の１次モードの共振周波数、および屈曲振動の２次モードの共振周波数は、ほぼ一致し２７０ｋＨｚ近傍になった。

そして、圧電素子１０の背面のほぼ全面に形成された電極に接続されている、支持部９Ａの導電部５１をグランドに接続し、電極８ａ，８ｃに接続されている、支持部６Ａ，７Ｂの導電部５１，５１に引出電極１１を介して２７０ｋＨｚ、２０Ｖｒｍｓの正弦波の基準電圧を、電極８ｂ，８ｄに接続されている、支持部６Ｂ，７Ａの導電部５１，５１に引出電極１１を介して基準電圧と同一周波数、同一電圧で位相差が９０°または−９０°の電圧を印加することで、圧電素子１０に屈曲振動の２次モードと伸縮振動の１次モードが調和的に誘起され、図３に示すような形状の変化を順に起こし、振動子２に略楕円運動させることができた。

さて、前記説明では、第１、第２支持体６，７の支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂは、可動体３の可動方向（図２のＡ、Ｂ方向）と同方向に設けた第１、第２支持体６，７にそれぞれ設けたが、可動体３の可動方向（図２のＡ、Ｂ方向）と直交方向（圧電素子の前面及び背面方向）に設けた第１、第２支持体に設けることも可能であるし、それぞれを組み合わせて設けても良い。第１、第２支持体の支持部を可動体３の可動方向（図２のＡ、Ｂ方向）と直交方向の第１、第２支持体に設けた場合、振動に伴う前記直交方向への圧電素子１０のぶれを抑制することができ、これにより、圧電素子１０の振動をより効率よく駆動子２の楕円運動に変換することができるという作用効果を有する。

−実施形態１の変形例１−
続いて、実施形態１の変形例について説明する。図４，５に実施形態１の変形例１を示す。

この変形例１に係る超音波アクチュエータにおいて、圧電素子１０は、ケース２１の内部に収容されており、このケース２１の内壁面には壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅが設けられそれぞれ圧電素子１０を支持している。

また、ケース２１の内底面にも裏面支持体２４Ｃが設けられ、圧電素子１０を支持している。これら支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅはそれぞれ弾性体よりなり、この弾性体は、圧電素子１０及びケース２１より弾性の低いものが用いられる。具体的には、エラストマー、シリコーンゴム、板バネが挙げられる。

特に、シリコーンゴムを用いた場合は圧電素子１０との接触、ケース２１との接触がそれぞれ面接触になり、これにより安定して圧電素子１０を支持することができ、さらに他のエラストラマーと比較して弾性の温度変化が少なく安定して支持できるという作用効果を有する。加えて、圧電素子１０の振動に起因する音の発生を防止することができるという作用効果も有する。

このように支持体に弾性体を用いることで、圧電素子１０の振動が阻害されるのを低減し、その結果、超音波アクチュエータの効率を向上させることができるという作用効果を有する。特に、裏面支持体２４Ｃは圧電素子１０のノード部ではない部位（非ノード部）を支持しているため弾性体を用いることによる伸び振動（伸縮振動）の阻害低減の効果は大きいものである。

一方、壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅについては屈曲振動のノード部を支持しているが、これら支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅを弾性体にすることで、しっかりと圧電素子に固定していた従来のものと比較して屈曲振動の阻害低減の効果を有するとともに、非ノード部となる伸縮振動の阻害低減の効果も有する。

特に、近年要望される超音波アクチュエータの小型化を考えた場合、圧電素子も小型化されるが、その際、製造上ノード部のみに支持体を接合することが精度上より難しくなる。しかし、支持体に弾性体を用いることで多少ノード部からずれたとしても振動の阻害を緩和できるため、製造においてより高い精度を必要としなくなり、小型の超音波アクチュエータを製造しやすいという作用効果を有する。

また、前記弾性体を実装する場合は、圧電素子１０と弾性体の密着性、ケース２１と弾性体の密着性のそれぞれを向上させるためこの弾性体を圧縮した状態で実装することが望ましい。

圧電素子１０の前面には、給電電極８が設けられている。この給電電極８に電圧が印加されることにより圧電素子１０が印加電圧の周波数に応じて振動する。各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）は、図示は省略するが、その一部が圧電素子１０の側周面まで延びて形成され、圧電素子１０の側周面（詳しくは、側周面のうち、後述する壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ及び裏面支持体２４Ｃの導電部５１が当接する部分）に露出して外部電極を形成している。

また、壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ及び裏面支持体２４Ｃには導電部５１，５１，…を設け、ケース２１には引出電極５２，５２，…を設けている。そして、該各導電部５１が圧電素子１０の側周面に露出する各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と当接することによって、各導電部５１を介して圧電素子１０の各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）と各引出電極５２とを電気的に導通させている。

このような構成にすることにより圧電素子１０にはんだによるワイヤー接続を設ける必要がなくなるため、はんだを設けた圧電素子の部位に応力が集中して圧電素子１０が割れる恐れがなくなるという作用効果を有する。また、圧電素子１０の厚み方向に設けていたはんだが不要になるためその分薄型化を図ることができる。

また、壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ及び裏面支持体２４Ｃの弾性体としてシリコーンゴムを用い、このシリコーンゴムを圧縮率が５〜４０％の範囲で圧縮して実装することにより、圧電素子１０の給電電極と導電部５１、導電部５１とケース２１の引出電極５２のそれぞれの密着性が安定するので導通抵抗が安定となり、その結果、超音波アクチュエータとしての特性の安定化を図ることができる。ここで言う圧縮率とは、変形前後の長さの差と、変形前の長さとの比である。具体的には長さ１ｍｍの弾性体を０．９ｍｍまで圧縮した場合、圧縮率は１０％である。

この導電部５１は、一つの支持体に複数設けることで信頼性を向上させることができる。この導電部５１としては、金属線、金属粒子を用いることができ、特に、金属粒子を用いた場合は繰り返し圧縮に強いため耐久性が向上するという作用効果を有する。

また、導電部５１の材料としては、金属線としてはニッケル、真鍮、または、必要に応じてそれらの表面を金めっきしたものを用いることができる。また、金属粒子としては電気伝導性のよい銀を用いることが望ましい。

さらに、給電電極８ａ〜８ｄ、特に、その中でも外部電極は、銀若しくは銀パラジウム合金（Ａｇ−Ｐｄ）等で構成する（即ち、銀を主成分として構成する）、又は銀若しくは銀パラジウム合金等を焼き付け処理若しくはメッキ処理することが好ましい。

ここで、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）若しくはその表面を銀を主成分として構成すると共に、各導電部５１若しくはその表面を銀を主成分として構成することによって、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との当接部が硫化することを防止することができ、該当接部における導通抵抗の増大を防止することができる。詳しくは、銀は大気中の硫化水素及び亜硫酸ガスによって硫化し易いという性質を有するため、少なくともその表面が銀を主成分として構成された各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と少なくともその表面が銀を主成分として構成された各導電部５１とを当接させておくと、該各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極及び各導電部５１のうち大気に晒された表面に位置する銀が大気中の硫化水素又は亜硫酸ガスと反応して硫化銀となる。これにより、該各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との外周囲には各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）及び各導電部５１を一体的に覆うように硫化銀の膜が形成される。その結果、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との当接部は該硫化銀の膜によって大気中の硫化水素及び亜硫酸ガスから保護され、硫化を防止することができる。

なお、この導電部５１は、全ての支持体（壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅおよび裏面支持体２４Ｃ）に設けてもよいし、任意の支持体に設けることもできる。

さて、圧電素子１０の表面には駆動子２が設けられ、ケース２１の表面に設けられた開口部２２から駆動子２が突出しておりケース２１の上方にある可動体３と当接している。

変形例１の超音波アクチュエータの動作については、前述の実施形態１に係る超音波アクチュエータと同様である。

−実施形態１の変形例２−
次に、実施形態１の変形例２について説明する。図６，７には、実施形態１の変形例２を示す。

この変形例１に係る超音波アクチュエータにおいて、圧電素子１０は、ケース２１の内部に収容されており、このケース２１の内壁面には壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅが設けられそれぞれ圧電素子１０を支持している。

また、このケース２１の表面には開口部２２が設けられており、この開口部２２に張り出した張出部６５がケース２１に設けられている。この張出部６５には圧電素子１０を支持する表面支持体６Ａ，６Ｂが設けられている。そして、前記壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ及び前記表面支持体６Ａ，６Ｂは、弾性体よりなる。ケース２１の内底面にも裏面支持体２４Ｃが設けられ、圧電素子１０を支持している。この裏面支持体２４Ｃも弾性体よりなる。

前記弾性体は、圧電素子１０及びケース２１より弾性の低いものが用いられる。具体的には、エラストマー、シリコーンゴム、板バネが挙げられる。

特に、シリコーンゴムを用いた場合は圧電素子１０との接触、ケース２１との接触がそれぞれ面接触になり、これにより安定して圧電素子１０を支持することができ、さらに他のエラストマーと比較して弾性の温度変化が少なく安定して支持できるという作用効果を有する。加えて、圧電素子１０の振動に起因する音の発生を防止することができるという作用効果も有する。

このように支持体に弾性体を用いることで、圧電素子１０の振動が阻害されるのを低減し、その結果、超音波アクチュエータの効率を向上させることができるという作用効果を有する。特に、裏面支持体２４Ｃ、表面支持体６Ａ，６Ｂは圧電素子１０のノード部ではない部位（非ノード部）を支持しているため弾性体を用いることによる伸び振動（伸縮振動）の阻害低減の効果は大きいものである。

また、表面支持体６Ａ，６Ｂを設けることにより、圧電素子１０は、裏面支持体２４Ｃとの間に挟持され、壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅによる支持と相俟ってより安定な支持を実現できるという作用効果も有する。

一方、壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅについては屈曲振動のノード部を支持しているが、これら支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅを弾性体にすることで、しっかりと圧電素子に固定していた従来のものと比較して屈曲振動の阻害低減の効果を有するとともに、非ノード部となる伸縮振動の阻害低減の効果も有する。

特に、近年要望される超音波アクチュエータの小型化を考えた場合、圧電素子も小型化されるが、その際、製造上ノード部のみに支持体を接合することが精度上より難しくなる。しかし、支持体に弾性体を用いることで多少ノード部からずれたとしても振動の阻害を緩和できるため、製造においてより高い精度を必要としなくなり、小型の超音波アクチュエータを製造しやすいという作用効果を有する。

また、前記弾性体を実施する場合は、圧電素子１０と弾性体の密着性、ケース２１と弾性体の密着性のそれぞれを向上させるためこの弾性体を圧縮した状態で実装することが望ましい。

圧電素子１０の前面には、給電電極８が設けられている。この給電電極８に電圧が印加されることにより圧電素子１０が印加電圧の周波数に応じて振動する。各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）は、図示は省略するが、その一部が圧電素子１０の側周面まで延びて形成され、圧電素子１０の側周面（詳しくは、側周面のうち、後述する壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ及び裏面支持体２４Ｃの導電部５１が当接する部分）に露出して外部電極を形成している。

また、壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ及び裏面支持体２４Ｃには導電部５１，５１，…を設け、ケース２１には引出電極５２，５２，…を設けている。そして、該各導電部５１が圧電素子１０の側周面に露出する各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と当接することによって、各導電部５１を介して圧電素子１０の各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）と各引出電極５２とを電気的に導通させている。この導電部は表面支持体６Ａ，６Ｂに設けることも可能である。

このような構成にすることにより圧電素子１０にはんだによるワイヤー接続を設ける必要がなくなるため、はんだを設けた圧電素子の部位に応力が集中して圧電素子１０が割れる恐れがなくなるという作用効果を有する。また、圧電素子１０の厚み方向に設けていたはんだが不要になるためその分薄型化を図ることができる。

また、壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ、裏面支持体２４Ｃ及び表面支持体６Ａ，６Ｂの弾性体としてシリコーンゴムを用い、このシリコーンゴムを圧縮率が５〜４０％の範囲で圧縮して実装することにより、圧電素子１０の各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）と各導電部５１と、各導電部５１とケース２１の各引出電極５２とのそれぞれの密着性が安定するので導通抵抗が安定となり、その結果、超音波アクチュエータとしての特性の安定化を図ることができる。ここで言う圧縮率とは、変形前後の長さの差と、変形前の長さとの比である。具体的には長さ１ｍｍの弾性体を０．９ｍｍまで圧縮した場合、圧縮率は１０％である。

また、ケース２１を裏面より可動体３に向かい押圧するため、裏面支持体２４Ｃの圧縮率は、ケース２１の押圧力に直接影響される。ケース２１の押圧力は、超音波アクチュエータの特性が最適になるように設定するので、その押圧力が裏面支持体２４Ｃの圧縮率の最適な値とは異なる危険性がある。しかし、表面支持体６Ａ，６Ｂを設けているので、裏面支持体２４Ｃの圧縮率を別途調整することができるので、特性の安定化が図れる。

この導電部５１は、一つの支持体に複数設けることで信頼性を向上させることができる。この導電部５１としては、金属線、金属粒子を用いることができ、特に、金属粒子を用いた場合は繰り返し圧縮に強いため耐久性が向上するという作用効果を有する。

また、導電部５１の材料としては、金属線としてはニッケル、真鍮、または、必要に応じてそれらの表面を金めっきしたものを用いることができる。また、金属粒子としては電気伝導性のよい銀を用いることが望ましい。

さらに、給電電極８ａ〜８ｄ、特に、その中でも外部電極は、銀若しくは銀パラジウム合金（Ａｇ−Ｐｄ）等で構成する（即ち、銀を主成分として構成する）、又は銀若しくは銀パラジウム合金等を焼き付け処理若しくはメッキ処理することが好ましい。

ここで、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）若しくはその表面を銀を主成分として構成すると共に、各導電部５１若しくはその表面を銀を主成分として構成することによって、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との当接部が硫化することを防止することができ、該当接部における導通抵抗の増大を防止することができる。詳しくは、銀は大気中の硫化水素及び亜硫酸ガスによって硫化し易いという性質を有するため、少なくともその表面が銀を主成分として構成された各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と少なくともその表面が銀を主成分として構成された各導電部５１とを当接させておくと、該各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極及び各導電部５１のうち大気に晒された表面に位置する銀が大気中の硫化水素又は亜硫酸ガスの反応して硫化銀となる。これにより、該各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との外周囲には各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）及び各導電部５１を一体的に覆うように硫化銀の膜が形成される。その結果、各給電電極８ａ（８ｂ，８ｃ，８ｄ）の外部電極と各導電部５１との当接部は該硫化銀の膜によって大気中の硫化水素及び亜硫酸ガスから保護され、硫化を防止することができる。

なお、この導電部５１は、全ての支持体（壁面支持体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ、裏面支持体２４Ｃ及び表面支持体６Ａ，６Ｂ）に設けてもよいし、任意の支持体に設けることもできる。

さて、圧電素子１０の表面には駆動子２が設けられ、ケース２１の表面に設けられた開口部２２から駆動子２が突出しておりケース２１の上方にある可動体３と当接している。

変形例２の超音波アクチュエータの動作については、前述の実施形態１に係る超音波アクチュエータと同様である。

《発明の実施形態２》
続いて、本発明の実施形態２について説明する。図８〜１０に実施形態２に係る超音波アクチュエータの基本構成を示す。本実施形態２が実施形態１と異なる点は、圧電素子６１の伸縮振動の振動方向と可動体３の可動方向（即ち、超音波アクチュエータの駆動方向）が同方向であり、屈曲振動の振動方向が可動体３の可動方向と垂直で且つ圧電素子６１と可動体３を結ぶ方向（つまり、駆動子２が可動体３を支持する方向）であるという点である。

実施形態２に係る超音波アクチュエータにおいては、圧電素子６１の伸縮振動の振動方向が可動体３の可動方向と同方向（図１０のＡ、Ｂ方向）になるよう圧電素子６１を第１、第２支持体５２，５３間に配置し、この可動体３の可動方向と同方向の第１、第２支持体５２，５３に支持部５２Ａ，５３Ａを設けている。また、圧電素子６１の裏面にも第３支持体５４が設けられ、その支持部５４Ａにて圧電素子６１を支持している。圧電素子６１の表面には駆動子２，２が二個設けられ、これら駆動子２，２が可動体３に当接している。

第３支持体５４は、この二個の駆動子２，２が略同一圧力にて可動体３と当接するように押圧しており、これにより可動体３を安定して動作させることができる。

前記第１、第２、第３支持体５２，５３，５４の支持部５２Ａ，５３Ａ，５４Ａには、図１０に示すように、実施形態１と同様に導電部が設けられている。また、第１、第２、第３支持体５２，５３，５４に引出電極８１，８１を設けている。そして、各導電部８２が圧電素子６１の側周面に露出する各給電電極８の外部電極と当接することによって、各導電部８２を介して圧電素子６１の各給電電極８と各引出電極８１とを電気的に通電させている。

前述の如く、実施形態２が実施形態１と異なる点は圧電素子６１の配置姿勢であり、支持部５２Ａ，５３Ａ，５４Ａや引出電極８１，８１の材質や構成は、実施形態１と同様である。

ただし、実施形態１においては、圧電素子１０の１つの側面に２つの支持部６Ａ，６Ｂ（７Ａ，７Ｂ）が配設されているのに対し、実施形態２においては、圧電素子６１の１つの側面に１つの支持部５２Ａ（５３Ａ）が配設されている。つまり、圧電素子６１は４つの給電電極８ａ，８ｂ，…を設けることによって実質的に４分割されているため、４つの給電電極８ａ，８ｂ，…からそれぞれ外部電極を圧電素子６１の側周面まで延ばして形成すると共に、該４つの外部電極にそれぞれ当接する合計４つの支持部（導電性ゴム）を介して給電するのが通常であるが、実施形態２では圧電素子６１の両側面に設けた２つの支持部５２Ａ，５３Ａを介して４つの給電電極８ａ，８ｂ，…に給電している。つまり、実施形態２に係る超音波アクチュエータでは、圧電素子６１の対角線上に位置する一方の組の給電電極８ａ，８ｃに所定の交流電圧を印加する一方、別の組の給電電極８ｂ，８ｄに別の所定の交流電圧を印加することで屈曲振動と伸縮振動とを発生させるように構成されているが、該所定の交流電圧が印加される該一方の組の給電電極８ａ，８ｃの外部電極を圧電素子６１の一方の短辺側面に形成する一方、該別の所定の交流電圧が印加される該他方の組の給電電極８ｂ，８ｄの外部電極を圧電素子６１の他方の短辺側面に形成している。こうすることで、圧電素子６１の各短辺側面には同じ交流電圧が印加される外部電極が集まるため、各短辺側面において支持部を共通化させることができると共に、引出電極８１を共通化させることができる。つまり、圧電素子６１の一方の短辺側面側に位置する引出電極８１に所定の交流電圧を印加することによって圧電素子６１の対角線上に位置する給電電極８ａ，８ｃに該所定の交流電圧が印加される一方、圧電素子６１の他方の短辺側面側に位置する引出電極８１に別の所定の交流電圧を印加することによって圧電素子６１の対角線上に位置する給電電極８ｂ，８ｄに該別の所定の交流電圧が印加される。尚、同じ交流電圧が印加される一組の給電電極８ａ，８ｃの外部電極を圧電素子６１の一の短辺側面に形成する方法としては、２つの給電電極８ａ，８ｃからそれぞれ別々に該一の短辺側面まで外部電極を引き延ばして形成してもよいし、給電電極８ａと給電電極８ｃとを電気的に導通させると共に一方の給電電極８ａ（８ｃ）のみ該一の短辺側面まで外部電極を引き延ばして形成してもよい。同じ交流電圧が印加される別の一組の給電電極８ｂ，８ｄについても同様である。このように、圧電素子６の各側周面には、同じ交流電圧が印加されるべき給電電極８ａ，８ｃ（又は８ｂ、８ｄ）の外部電極のみが設けられているため、圧電素子６１の各側周面に当接する支持部（導電性ゴム）５２Ａ（５２Ｂ）及び引出電極８１を各１つずつで構成することができ、構成を簡素化することができる。例えば、実施形態１の変形例２，３のように、各給電電極８の外部電極ごとに支持部２３Ａ（２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅ）及び引出電極５２を設ける構成の場合、超音波アクチュエータを組み立てる際に、圧電素子に形成された外部電極と支持部を２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ，２３Ｅの位置合わせを精度良く行わなければならない。特に、超音波アクチュエータが小型である場合には、高い組立精度が要求される。それに対し、実施形態２に係る超音波アクチュエータでは、圧電素子６１の各側周面には同じ交流電流が印加されるべき給電電極８，８の外部電極のみが設けられ、その外部電極に給電するための支持部及び引出電極は共通化されているため、組立精度がそれほど高くなくても、組立時に給電電極８，８の外部電極と支持部とを当接させることができ、電気的導通を確保することができる。

尚、支持部５２Ａ（５２Ｂ）及び引出電極８１は、圧電素子６１の一の短辺側面において共通化せずに構成してもよい。例えば、異なる交流電圧が印加される給電電極８ａ，８ｂ（又は８ｃ、８ｄ）の外部電極を圧電素子６１の一の短辺側面に設けてもよい。この場合、一の短辺側面において２つの外部電極にそれぞれ対応する２つの支持部を設け且つ２つの支持部にそれぞれ対応する２つの引出電極８１，８１（図５，７参照）を設けてもよい。かかる構成では、２つの引出電極８１，８１にそれぞれ異なる交流電圧を印加することで、各支持部を介して給電電極８ａ，８ｂにそれぞれ異なる交流電圧が印加させる。あるいは、一の短辺側面において２つの外部電極にそれぞれ対応する計２つの導電部を絶縁部材で電気的に絶縁した状態で含む１つの支持部を設け且つ２つの導電部８２，８２にそれぞれ対応する２つの引出電極８１，８１を設けてもよい。かかる構成では、２つの引出電極８１，８１にそれぞれ異なる交流電圧を印加することで、各導電部８２，８２を介して給電電極８ａ，８ｂにそれぞれ異なる交流電圧が印加される。

次に、図１１を用いて前記構成の超音波アクチュエータの動作について説明する。

前記導電部８２を介して圧電素子６１の特定の給電電極に特定の周波数の交流電圧を印加することにより圧電素子６１は、図２３に示す屈曲振動の２次モードおよび、図２４に示す伸縮振動の１次モードが誘起される。屈曲振動の共振周波数、および、伸縮振動の共振周波数はそれぞれ圧電素子の材料、形状等により決定されるが、この二つの周波数を略一致させ、その近傍の周波数の電圧を、４つの給電電極８のうち、圧電素子１０の対角線上に位置する給電電極８ａ，８ｃと８ｂ，８ｄにそれぞれ位相が９０°又は−９０°ずらして印加させることにより、圧電素子６１には、屈曲２次モードと伸縮１次モードが調和的に誘起される。その結果、圧電素子６１は、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す形状の変化を順番に起こし、該圧電素子６１に設けられた二個の駆動子２，２が紙面方向から見て略楕円運動を起こす。すなわち、圧電素子６１の屈曲振動と伸縮振動の合成により二個の駆動子２，２が楕円運動を起こす。この楕円運動により二個の駆動子２，２が当接する可動体３が図１０の矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に可動し、超音波アクチュエータとしての役割をなしている。

以上のように、本発明は、圧電素子の支持体の少なくとも支持部は弾性体としたものであり、超音波アクチュエータの効率を向上させることができるという効果を有するものである。

また、圧電素子６１にはんだによるワイヤー接続を設ける必要がなくなるため、はんだを設けた圧電素子の部位に応力が集中して圧電素子６１が割れる恐れがなくなるという作用効果を有する。さらに、圧電素子６１の厚み方向に設けていたはんだが不要になるためその分薄型化を図ることができる。

その他、実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。

−実施形態２の変形例１−
続いて、実施形態２の変形例について説明する。図１２，１３に実施形態２の変形例１を示す。

この変形例１に係る超音波アクチュエータは、圧電素子６１をケース２１内に配置し、この可動体３の可動方向と同方向のケース２１内壁面に壁面支持体６２Ａ，６２Ｃを設けている。また、ケース２１の内底面にも裏面支持体６３Ｂが設けられ、圧電素子６１を支持している。圧電素子６１の表面には駆動子２，２が二個設けられ、これら駆動子２，２がケース２１の表面に設けられた開口部２２から突出して、ケース２１の上方にある可動体３に当接している。

裏面支持体６３Ｂは、この二個の駆動子２，２が略同一圧力にて可動体３と当接するように押圧しており、これにより可動体３を安定して動作させることができる。

前記壁面支持体６２Ａ、６２Ｃ及び裏面支持体６３Ｂには、実施形態１と同様に導電部が設けられている。図１３に示すように、ケース２１の壁面内部に引出電極８１，８１を設けるとともにケース２１の底面内部にも引出電極８１を設けている。そして、各導電部８２が圧電素子６１の側周面に露出する各給電電極８と当接することによって、各導電部８２を介して圧電素子６１の各給電電極８と各引出電極８１とを電気的に導通させている。

変形例１に係る超音波アクチュエータの動作については、前述の実施形成２に係る超音波アクチュエータと同様である。

−実施形態２の変形例２−
次に、実施形態２の変形例２について説明する。図１４，１５には実施形態２の変形例２を示す。

この変形例２に係る超音波アクチュエータは、圧電素子６１をケース２１内に配置し、この可動体３の可動方向と同方向のケース２１内壁面に壁面支持体６２Ａ，６２Ｃを設けている。また、ケース２１の内底面にも裏面支持体６３Ｂが設けられ、ケース２１の張出部６５にも表面支持体６６Ａ，６６Ｂが設けられ、それぞれ圧電素子６１を支持している。圧電素子６１の表面には駆動子２，２が二個設けられ、これら駆動２，２がケース２１の表面に設けられた開口部２２から駆動子２，２が突出して、ケース２１の上方にある可動体３に当接している。

裏面支持体６３Ｂは、この二個の駆動子２，２が略同一圧力にて可動体３と当接するように押圧しており、これにより可動体３を安定して動作させることができる。

前記壁面支持体６２Ａ、６２Ｃ及び裏面支持体６３Ｂには、実施の形態１と同様に導電部を設けられている。図１５に示すように、ケース２１の壁面内部に引出電極８１を設けるとともにケース２１の底面内部にも引出電極８１を設けている。そして、各導電部８２が圧電素子６１の側周面に露出する各給電電極８と当接することによって、各導電部２を介して圧電素子６１の各給電電極８と各引出電極８１とを電気的に導通させている。

その他、壁面支持体６２Ａ、６２Ｃ及び裏面支持体６３Ｂや引出電極８１，８１，…の材質や構成は、前述の実施形態２に係る超音波アクチュエータの構成と同様である。

変形例２に係る超音波アクチュエータの動作についても、前述の実施形態２に係る超音波アクチュエータと同様である。

《参考例》
前記実施形態１，２においては、圧電素子１０、６１を導電性ゴムで支持しているが、圧電素子１０，６１を弾性的に支持することだけを目的とすれば、図１６〜１８に示す構成であってもよい。図１６に示す超音波アクチュエータは、実施形態２に係る超音波アクチュエータと基本的には同じ構成であるが、圧電素子６１を支持する支持部５２Ａ，５３Ａ，５４Ａが導電部を含まない。つまり、支持部５２Ａ，５３Ａ，５４Ａは弾性体（具体的には、エラストマー、シリコーンゴム、板バネ等）で構成されているが、該弾性体は導電性ゴムではない。図１７に示す超音波アクチュエータは、実施形態２の変形例１に係る超音波アクチュエータと基本的には同じ構成であるが、圧電素子６１を支持する壁面支持体６２Ａ、６２Ｃ及び裏面支持体６３Ｂが導電部を含まない。つまり、壁面支持体６２Ａ、６２Ｃ及び裏面支持体６３Ｂは弾性体（具体的には、エラストマー、シリコーンゴム、板バネ等）で構成されているが、該弾性体は導電性ゴムではない。図１８に示す超音波アクチュエータは、実施形態２に変形例２に係る超音波アクチュエータと基本的には同じ構成であるが、圧電素子６１を支持する壁面支持体６２Ａ、６２Ｃ及び裏面支持体６３Ｂが導電部を含まない。つまり、壁面支持体６２Ａ、６２Ｃ及び裏面支持体６３Ｂは弾性体（具体的には、エラストマー、シリコーンゴム、板バネ等）で構成されているが、該弾性体は導電性ゴムではない。

前記の構成の場合、特に、シリコーンゴムを用いた場合は、支持部と圧電素子６１との接触、支持部と支持体との接触がそれぞれ面接触になり、これにより安定して圧電素子６１を支持することができ、さらに他のエラストラマーと比較して弾性の温度変化が少なく安定して支持できるという作用効果を有する。加えて、圧電素子６１の振動に起因する音の発生を防止することができるという作用効果も有する。

このように少なくとも支持部に弾性体を用いることで、圧電素子６１の振動が阻害されるのを低減し、その結果、超音波アクチュエータの効率を向上させることができるという作用効果を有する。特に、支持部５２Ａ，５３Ａ及び壁面支持体６２Ａ、６２Ｃは圧電素子６１のノード部ではない部位（非ノード部）を支持しているため弾性体を用いることによる伸縮振動の阻害低減の効果は大きいものである。

一方、第１、第２支持体６，７の支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂについては屈曲振動のノード部を、裏面支持体６３Ｂについては伸縮振動及び屈曲振動のノード部を支持しているが、これら支持部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ及び裏面支持体６３Ｂを弾性体にすることで、しっかりと圧電素子に固定していた従来のものと比較して屈曲振動の阻害低減の効果を有するとともに、非ノード部となる伸縮振動の阻害低減の効果も有する。

特に、近年要望される超音波アクチュエータの小型化を考えた場合、圧電素子も小型化されるが、その際、製造上ノード部のみに支持体を接合することが精度上より難しくなる。しかし、支持部に弾性体を用いることでノード部から多少ずれたとしても振動の阻害を緩和できるため、製造においてより高い精度を必要としなくなり、小型の超音波アクチュエータを製造しやすいという作用効果を有する。

また、前記弾性体を実装する場合は、圧電素子と弾性体の密着性、支持体と弾性体の密着性のそれぞれを向上させるためこの弾性体を圧縮した状態で実装することが望ましい。

ここで、超音波アクチュエータは、可動体３を単に動かすだけでなく、可動体３を高い位置決め精度で位置決めしながら動かすことが要求される場合もある。このように、高い位置決め精度が要求される場合等には、圧電素子６１の絶対的な位置、即ち、被実装体１に対する位置が精度良く制御可能であることが好ましい。図１６〜１８に示すように、参考例に係る超音波アクチュエータは、駆動子２，２が可動体３に当接しているため、駆動方向と直交する方向への圧電素子６１の動きが可動体３により規制されている一方で、圧電素子６１の駆動方向への動きは比較的自由である。つまり、圧電素子６１の駆動方向について安定した支持が要求される。

そこで、該参考例においては、支持部５２Ａ，５３Ａにより圧電素子６１を駆動方向における両側から支持するように構成している。こうすることで、例えば圧電素子６１を支持部５４Ａのみで支持する構成等と比較して、圧電素子６１を安定して支持することができる。

そして、このように、圧電素子６１を駆動方向における両側から支持する構成においては、圧電素子６１をその長手方向が駆動方向を向くように配置する場合には、圧電素子６１の駆動方向における両端部は伸縮振動の非ノード部となるため、伸縮振動を阻害してしまう虞がある。そこで、該参考例においては、圧電素子６１の駆動方向における両端を支持する支持部５２Ａ，５３Ａを弾性体で構成している。つまり、この参考例によれば、圧電素子６１の駆動方向における両端部が振動の非ノード部であっても、該振動を阻害することなく、圧電素子６１を安定して支持することができ、その結果、位置決め精度の高い超音波アクチュエータを実現することができる。

また、圧電素子６１を支持する構成としては、本実施形態のように圧電素子６１の側周面を支持するのではなく、圧電素子６１を厚さ方向に貫通する棒部材を設けて該棒部材により圧電素子６１を支持する構成もあるが、該棒部材により支持する構成と比較して、圧電素子６１の厚さ方向の寸法を小さくして、コンパクト化を図ることができる。

また、圧電素子６１の前面には給電電極８が設けられ、この給電電極８にはんだ５にてワイヤー４が接続されており、このワイヤー４を通じて圧電素子６１の給電電極８に印加されることにより圧電素子１０が印加電圧の周波数に応じて振動する。

具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミック材料を圧電素子６１に用いた場合、圧電素子の形状を長さ６ｍｍ、幅１．７ｍｍ、厚み１ｍｍに作製し、その圧電素子６１に図１６に示したものと同様の電極配置にし、厚み方向に分極を掛けた場合、伸縮振動の１次モードの共振周波数、および屈曲振動の２次モードの共振周波数は、ほぼ一致し２７０ｋＨｚ近傍になる。

そして、圧電素子６１の背面のほぼ全面に形成された電極に接続されているワイヤー４ｇをグランドに接続し、電極８ａ，８ｃに接続されているワイヤー４ａに２７０ｋＨｚ、２０Ｖｒｍｓの正弦波の基準電圧を、電極８ｂ，８ｄに接続されているワイヤー４ｂに基準電圧と同一周波数、同一電圧で位相差が９０°または−９０°の電圧を印加することで、圧電素子６１に屈曲振動の２次モードと伸縮振動の１次モードが調和的に誘起され、図１１に示すような形状の変化を順に起こし、振動子２，２に略楕円運動させることができた。

前記はんだ５が形成されている圧電素子６１の部位は、伸縮振動および屈曲振動のノード部周辺であり、ワイヤー４を接続する部位としてこのノード部を使用することにより圧電素子６１の振動におよぼす悪影響、すなわち、はんだ５形成による圧電素子６１への不要な負荷をできるだけ抑制しようとするものである。

《その他の実施形態》
前記実施形態では、超音波アクチュエータの駆動力が付与されて駆動される可動体３は平板状であるが、これに限られるものではなく、可動体の構成としては任意の構成を採用することができる。例えば、図１９に示すように、可動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体３１であり、超音波アクチュエータの駆動子２が該円板体３１の側周面３１ａに当接するように構成されていてもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子２の概略楕円運動によって、該円板体３１が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。また、図２０に示すように、可動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体３２であり、超音波アクチュエータの駆動子２が該円板体３２の平面部３２ａに当接するように構成されていてもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子２の概略楕円運動によって、該円板体３２が駆動子２と当接部における接線方向に駆動され、結果として該円板体３２が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。

また、前記実施形態では、振動モードは伸縮１次モードと屈曲２次モードで説明したが、その他の伸縮１次と屈曲４次、縦−捻りモードなどその他のモードでも構わない。

また、支持体、壁面支持体、裏面支持体すべてを弾性体としたが、少なくとも一つを弾性体にしてもよいし、環状の支持体一つのみを圧電素子の周囲に支持体を貫通するように設け、この支持体の圧電素子との接続近傍部のみを弾性体としても同様の効果を得ることができる。

また、前記実施形態では、圧電素子の前面、背面に給電電極８を形成する単板構成で説明したが、電極と圧電体を積層構造にする積層体の事例でも同様である。その場合は、複数の内部電極と接続され圧電素子の任意の面に形成される外部電極に圧電を印加する事により、駆動子に楕円運動を発生させることができる。

また、給電電極の構成は、最も単純な前面の４分割電極と、背面の全面電極の構成で説明したが、２分割電極や、５分割電極などその他の電極構成にした場合も、同様の効果を得ることができる。

また、圧電素子のみを用いて駆動子の楕円運動を誘起させた例を説明したが、圧電素子を他の物質に貼り付けたり、他の物質の中に入れたりした共振器を用いた場合も同様の効果を得ることができる。この場合、圧電素子を含む共振器がアクチュエータ本体を構成する。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明の超音波アクチュエータは、圧電素子の支持体に弾性体を用いるという特徴を有し、高効率化、小型化が可能なため、特に、高効率化、小型化が要求される電子機器等に有用である。

図１は、本発明の実施形態１に係る超音波アクチュエータの斜視図である。 図２は、超音波アクチュエータの断面図である。 図３の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ実施形態１に係る超音波アクチュエータの圧電素子の動作を示す概念図である。 図４は、実施形態１の変形例１に係る超音波アクチュエータの分解斜視図である。 図５は、超音波アクチュエータの断面図である。 図６は、実施形態１の変形例２に係る超音波アクチュエータの分解斜視図である。 図７は、超音波アクチュエータの断面図である。 図８は、実施形態２に係る超音波アクチュエータの斜視図である。 図９は、超音波アクチュエータの分解斜視図である。 図１０は、超音波アクチュエータの断面図である。 図１１の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ実施形態２に係る超音波アクチュエータの圧電素子の動作を示す概念図である。 図１２は、実施形態２の変形例１に係る超音波アクチュエータの分解斜視図である。 図１３は、超音波アクチュエータの断面図である。 図１４は、実施形態２の変形例２に係る超音波アクチュエータの分解斜視図である。 図１５は、超音波アクチュエータの断面図である。 図１６は、参考例に係る超音波アクチュエータの断面図である。 図１７は、別の参考例に係る超音波アクチュエータの断面図である。 図１８は、さらに別の参考例に係る超音波アクチュエータの断面図である。 図１９は、その他の実施形態に係る超音波アクチュエータの斜視図である。 図２０は、別のその他の実施形態に係る超音波アクチュエータの斜視図である。 図２１は、従来の超音波アクチュエータにおける圧電素子部の斜視図である。 図２２は、従来の超音波アクチュエータの断面図である。 図２３は、屈曲振動の２次モードの変位図である。 図２４は、伸縮振動の１次モードの変位図である。 図２５の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ圧電素子の動作を説明する概念図である。

符号の説明

１ 被実装体
２ 駆動子
３ 可動体
４，４ａ，４ｂ，４ｇ ワイヤー
５ はんだ
６，５２ 第１支持体
６Ａ，６Ｂ，５２Ａ 第１支持体の支持部
７，５３ 第２支持体
７Ａ，７Ｂ，５３Ａ 第２支持体の支持部
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 給電電極
９，５４ 第３支持体
９Ａ，５４Ａ 第３支持体の支持部
１０，６１ 圧電素子
１１，８１ 引出電極
５１，８２ 導電部

Claims (21)

1. 圧電素子で構成、又は圧電素子を含んで構成され、振動方向が互いに異なる複数の振動を発生させるアクチュエータ本体と、
   前記アクチュエータ本体に設けられて該アクチュエータ本体の振動に従って動作することで所定の駆動方向への駆動力を出力する駆動子と、
   前記アクチュエータ本体に設けられて前記圧電素子と電気的に接続された給電電極と、
   前記給電電極と当接して前記アクチュエータ本体を該駆動方向における両側から弾性的に支持すると共に、該給電電極に給電するための給電端子となる支持給電部とを備える超音波アクチュエータ。
2. 前記支持給電部は、導電性ゴムである請求項１記載の超音波アクチュエータ。
3. 前記アクチュエータ本体は、少なくとも屈曲振動と縦振動とを合成して発生させる請求項１記載の超音波アクチュエータ。
4. 前記駆動方向は、該アクチュエータ本体の縦振動の振動方向と同方向である請求項１記載の超音波アクチュエータ。
5. 前記支持給電部は、前記アクチュエータ本体の縦振動における非ノード部を支持する請求項１記載の超音波アクチュエータ。
6. 前記導電性ゴムは、圧縮された状態で実装されている請求項２記載の超音波アクチュエータ。
7. 前記導電性ゴムは、母材がシリコーンゴムである請求項２記載の超音波アクチュエータ。
8. 前記導電性ゴムは、その圧縮率が５〜４０％の状態で実装されている請求項７記載の超音波アクチュエータ。
9. 前記圧電素子に給電するための引出電極を有する支持体をさらに備え、
   前記支持給電部は、前記アクチュエータ本体を該支持体に対して弾性的に支持すると共に、該引出電極と前記給電電極とを電気的に導通させる請求項２記載の超音波アクチュエータ。
10. 前記導電性ゴムは、金属線及び金属粒子の少なくとも一方を含んで構成されている請求項２記載の超音波アクチュエータ。
11. 前記給電電極は、銀を主成分として構成されており、
    前記導電性ゴムは、銀を含んで構成されている請求項２記載の超音波アクチュエータ。
12. 前記アクチュエータ本体における、前記駆動子が設けられた面と対向する対向面に当接して該アクチュエータ本体を支持する裏面支持部を設けた請求項１記載の超音波アクチュエータ。
13. 前記裏面支持体は、その少なくとも一部が弾性体で構成されている請求項１２記載の超音波アクチュエータ。
14. 前記裏面支持体は、前記弾性体が圧縮された状態で実装されている請求項１３記載の超音波アクチュエータ。
15. 前記駆動子は、前記アクチュエータ本体の同一面に複数設けられており、
    前記裏面支持部は、複数の該駆動子の重心位置を前記対向面に投影した位置に設けられている請求項１４記載の超音波アクチュエータ。
16. 前記弾性体は、シリコーンゴムである請求項１３記載の超音波アクチュエータ。
17. 前記対向面に設けられ前記圧電素子と電気的に接続された対向面給電電極をさらに備え、
    前記弾性体は、該対向面給電電極に給電するための給電端子となる導電性ゴムである請求項１３記載の超音波アクチュエータ。
18. 前記導電性ゴムは、母材がシリコーンゴムであり、その圧縮率が５〜４０％で実装されている請求項１７記載の超音波アクチュエータ。
19. 前記圧電素子に給電するための引出電極を有する支持体をさらに備え、
    前記裏面支持体は、該対向面給電電極と当接して前記アクチュエータ本体を該支持体に対して弾性的に支持すると共に、該引出電極と該対向面給電電極とを電気的に導通させる請求項１７記載の超音波アクチュエータ。
20. 前記導電性ゴムは、金属線及び金属粒子の少なくとも一方を含んで構成されている請求項１７記載の超音波アクチュエータ。
21. 前記対向面給電電極は、銀を主成分として構成されており、
    前記導電性ゴムは、銀を含んで構成されている請求項１７記載の超音波アクチュエータ。

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