(57)【要約】【課題】単一の振動子だけで縦とねじれ振動モードによる楕円振動を形成し、該楕円振動でロータを回転させ、軸方向に回転力を伝達する超音波モータを提供することである。【解決手段】超音波モータ１０は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する積層圧電素子１１と、該積層圧電素子１１の縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の共通の節部分に固定する振動子ホルダ２５と、積層圧電素子１１の楕円振動発生面に固定した摩擦接触部材１２に接して回転駆動するロータ部２６ａと、該ロータ部２６ａの回転力を軸方向に伝達するシャフト部から成るシャフト一体型ロータ２６と、ロータ部２６ａを押圧するナット２７と、振動子ホルダ２５を介して積層圧電素子１１を保持するケース３０と、を備える。そして、前記積層圧電素子１１の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成して、楕円振動を形成して、シャフト一体型ロータ２６を回転させる。【選択図】      図１
2010226802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する圧電素子単体から成る振動子と、
前記振動子の縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分に固定される振動子保持用部材と、
前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転部と、該回転部の回転力を軸方向に伝達する被回転部とが一体となった回転力伝達部材と、
前記振動子の楕円振動発生面に固定され、楕円振動発生による回転力を前記回転力伝達部材と摩擦接触することで伝達する摩擦接触部材と、
前記回転力伝達部材の被回転部を支持する支持穴を形成し、回転力伝達部材の被回転部を支持しながら回転力伝達部材を前記振動子の楕円振動発生面側に押圧する押圧部材と、
前記振動子を収納する第１の穴と、前記振動子保持用部材を収納する第２の穴と、前記押圧部材を収納する第３の穴を形成し、前記振動子保持用部材を介して振動子を保持する保持部材と、
を具備し、
前記振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、楕円振動を形成して前記回転力伝達部材を回転させることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記押圧部材の外形と、前記保持部材の第３の穴との接合面が、嵌合形状であることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記押圧部材の外形と、前記保持部材の第３の穴との接合面が、ネジ形状であることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記振動子保持用部材は、コの字形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記振動子保持用部材は、少なくとも２本のピン形状の部材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記押圧部材を前記保持部材に押圧固定する押圧固定部材を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記押圧部材と前記回転力伝達部材との間に、回転接触部材を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記回転接触部材が摩擦接触による回転であることを特徴とする請求項７に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項７に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
前記回転力伝達部材の被回転部と、前記押圧部材の支持穴との間に、回転接触部材を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項１１】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項１０に記載の超音波モータ。
【請求項１２】
前記押圧部材と前記回転力伝達部材との間に、弾性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項１３】
前記保持部材は、前記振動子保持用部材を収納する穴の表面と同一面を境にして分割された第１の保持部と、第２の保持部と、前記第１の保持部と第２の保持部を締結するためのネジ部材と、を有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項１４】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する圧電素子単体から成る振動子と、
前記振動子の縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分に固定される振動子保持用部材と、
前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転部と、該回転部の回転力を軸方向に伝達する被回転部とが一体となった回転力伝達部材と、
前記振動子の楕円振動発生面に固定され、楕円振動発生による回転力を前記回転力伝達部材と摩擦接触することで伝達する摩擦接触部材と、
前記振動子を収納する穴と、前記振動子保持用部材を収納する穴を形成し、前記振動子保持用部材を介して前記振動子を保持した状態で前記回転力伝達部材の回転部を前記振動子の楕円振動発生面に押圧する押圧部材と、
前記回転力伝達部材の被回転部を支持する第１の穴と、前記押圧部材を収納する第２の穴を形成し、前記回転力伝達部材の被回転部の支持と前記押圧部材を保持する保持部材と、
を具備し、
前記振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、楕円振動を形成して前記回転力伝達部材を回転させることを特徴とする超音波モータ。
【請求項１５】
前記押圧部材の外形と、前記保持部材の第２の穴との接合面が、嵌合形状であることを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項１６】
前記押圧部材の外形と、前記保持部の第２の穴との接合面が、ネジ形状であることを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項１７】
前記振動子保持用部材は、コの字形状に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項１８】
前記振動子保持用部材は、少なくとも２本のピン形状の部材で形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項１９】
前記押圧部材を前記保持部材に押圧固定する押圧固定部材を更に具備することを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項２０】
前記回転力伝達部材と前記保持部材との間に、回転接触部材を更に具備することを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項２１】
前記回転接触部材が摩擦接触による回転であることを特徴とする請求項２０に記載の超音波モータ。
【請求項２２】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項２０に記載の超音波モータ。
【請求項２３】
前記回転力伝達部材の被回転部と、前記保持部材の第１の穴との間に、回転接触部材を有することを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項２４】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項２３に記載の超音波モータ。
【請求項２５】
前記保持部材と前記回転力伝達部材との間に、弾性部材を有することを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項２６】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する圧電素子単体から成る振動子と、
前記振動子の縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分に固定される振動子保持用部材と、
前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転力伝達部材と、
前記振動子の楕円振動発生面に固定され、楕円振動発生による回転力を前記回転力伝達部材と摩擦接触することで伝達する摩擦接触部材と、
前記回転力伝達部材を前記振動子の楕円振動発生面側に押圧する押圧部材と、
前記押圧部材を保持する保持部材と、
を具備し、
前記振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、楕円振動を形成して前記回転力伝達部材を回転させることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２７】
前記回転力伝達部材は、前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転部と、該回転部の回転力を軸方向に伝達する被回転部と、を有して一体成形されることを特徴とする請求項２６に記載の超音波モータ。
【請求項２８】
前記押圧部材の外形と、前記保持部材の前記押圧部材と接触する面が、嵌合形状であることを特徴とする請求項２７に記載の超音波モータ。
【請求項２９】
前記押圧部材の外形と、前記保持部材の前記押圧部材と接触する面が、ネジ形状であることを特徴とする請求項２７に記載の超音波モータ。
【請求項３０】
前記振動子保持用部材は、コの字形状に形成されていることを特徴とする請求項２７に記載の超音波モータ。
【請求項３１】
前記振動子保持用部材は、少なくとも２本のピン形状の部材で形成されていることを特徴とする請求項２７に記載の超音波モータ。
【請求項３２】
前記押圧部材を前記保持部材に押圧固定する押圧固定部材を更に具備することを特徴とする請求項２７に記載の超音波モータ。
【請求項３３】
前記押圧部材は、前記回転力伝達部材の被回転部を支持する支持穴を形成し、回転力伝達部材の被回転部を支持しながら回転力伝達部材を前記振動子の楕円振動発生面側に押圧し、
前記保持部材は、前記振動子を収納する第１の穴と、前記振動子保持用部材を収納する第２の穴と、前記押圧部材を収納する第３の穴を形成し、前記振動子保持用部材を介して振動子を保持する、
ことを特徴とする請求項２７に記載の超音波モータ。
【請求項３４】
前記押圧部材と前記回転力伝達部材との間に、回転接触部材を更に具備することを特徴とする請求項３３に記載の超音波モータ。
【請求項３５】
前記回転接触部材が摩擦接触による回転であることを特徴とする請求項３３に記載の超音波モータ。
【請求項３６】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項３３に記載の超音波モータ。
【請求項３７】
前記回転力伝達部材の被回転部と、前記押圧部材の支持穴との間に、回転接触部材を有することを特徴とする請求項３３に記載の超音波モータ。
【請求項３８】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項３７に記載の超音波モータ。
【請求項３９】
前記押圧部材と前記回転力伝達部材との間に、弾性部材を有することを特徴とする請求項３３に記載の超音波モータ。
【請求項４０】
前記保持部材は、前記振動子保持用部材を収納する穴の表面と同一面を境にして分割された第１の保持部と、第２の保持部と、前記第１の保持部と第２の保持部を締結するためのネジ部材と、を有して構成されることを特徴とする請求項３３に記載の超音波モータ。
【請求項４１】
前記回転力伝達部材は、前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転部と、該回転部の回転力を軸方向に伝達する被回転部と、を有して一体成形され、
前記保持部材は、前記回転力伝達部材の被回転部を支持すると共に前記押圧部材を保持することを特徴とする請求項２６に記載の超音波モータ。
【請求項４２】
前記押圧部材は、前記振動子を収納する穴と、前記振動子保持用部材を収納する穴を形成し、前記振動子保持用部材を介して前記振動子を保持した状態で前記回転力伝達部材の回転部を前記振動子の楕円振動発生面に押圧し、
前記保持部材は、前記回転力伝達部材の被回転部を支持する第１の穴と、前記押圧部材を収納する第２の穴を形成し、前記回転力伝達部材の被回転部の支持と前記押圧部材を保持する
ことを特徴とする請求項４１に記載の超音波モータ。
【請求項４３】
前記回転力伝達部材と前記保持部材との間に、回転接触部材を更に具備することを特徴とする請求項４２に記載の超音波モータ。
【請求項４４】
前記回転接触部材が摩擦接触による回転であることを特徴とする請求項４３に記載の超音波モータ。
【請求項４５】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項４３に記載の超音波モータ。
【請求項４６】
前記回転力伝達部材の被回転部と、前記保持部材の第１の穴との間に、回転接触部材を有することを特徴とする請求項４２に記載の超音波モータ。
【請求項４７】
前記回転接触部材が転がり接触による回転であることを特徴とする請求項４６に記載の超音波モータ。
【請求項４８】
前記保持部材と前記回転力伝達部材との間に、弾性部材を有することを特徴とする請求項４２に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を駆動力源として被駆動体を駆動する超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、下記特許文献１の図１には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に、穴の空いた複数枚の板状圧電素子を２つの弾性部材で挟み込んだ積層構造の振動子を利用している。そして、下記特許文献１の実施の形態１では、上側の弾性部材から突出する程の長さを持つビスで挟み込んで固定しており、実施の形態２では下側の弾性部材にネジ部を構成して板状の圧電素子を挟み込んで固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載された超音波モータは、板状の圧電素子を重ね合わせることにより、振動子に縦・ねじれの振動モードを同時に発生させて上側の弾性部材の表面に貼り付けられた耐磨耗材に楕円運動を発生させて、そこにロータを押圧して回転させる仕組みになっている。しかしながら、どちらの実施の形態の構成も、（ｉ）板状の圧電素子を重ね合わせて弾性体で挟み込む構造をとっているため、振動子の構成が複雑になる、（ｉｉ）上側の弾性部材から伸びた軸はロータを抑え付ける押圧機構の一部として利用しているだけであるため、軸方向に回転力を伝達させることができない。すなわち、ロータの外周方向のスペースに余裕がない機器等に、この超音波モータを利用するのは困難であるという課題を有していた。
【０００５】
したがって本発明は前記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一の振動子だけで縦とねじれ振動モードを組み合わせた楕円振動を形成し、その楕円振動によりロータを回転させて、軸方向に回転力を伝達可能にする超音波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する圧電素子単体から成る振動子と、前記振動子の縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分に固定される振動子保持用部材と、前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転部と、該回転部の回転力を軸方向に伝達する被回転部とが一体となった回転力伝達部材と、前記振動子の楕円振動発生面に固定され、楕円振動発生による回転力を前記回転力伝達部材と摩擦接触することで伝達する摩擦接触部材と、前記回転力伝達部材の被回転部を支持する支持穴を形成し、回転力伝達部材の被回転部を支持しながら回転力伝達部材を前記振動子の楕円振動発生面側に押圧する押圧部材と、前記振動子を収納する第１の穴と、前記振動子保持用部材を収納する第２の穴と、前記押圧部材を収納する第３の穴を形成し、前記振動子保持用部材を介して振動子を保持する保持部材と、を具備し、前記振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、楕円振動を形成して前記回転力伝達部材を回転させることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する圧電素子単体から成る振動子と、前記振動子の縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分に固定される振動子保持用部材と、前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転部と、該回転部の回転力を軸方向に伝達する被回転部とが一体となった回転力伝達部材と、前記振動子の楕円振動発生面に固定され、楕円振動発生による回転力を前記回転力伝達部材と摩擦接触することで伝達する摩擦接触部材と、前記振動子を収納する穴と、前記振動子保持用部材を収納する穴を形成し、前記振動子保持用部材を介して前記振動子を保持した状態で前記回転力伝達部材の回転部を前記振動子の楕円振動発生面に押圧する押圧部材と、前記回転力伝達部材の被回転部を支持する第１の穴と、前記押圧部材を収納する第２の穴を形成し、前記回転力伝達部材の被回転部の支持と前記押圧部材を保持する保持部材と、を具備し、前記振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、楕円振動を形成して前記回転力伝達部材を回転させることを特徴とする。
【０００８】
更に本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する圧電素子単体から成る振動子と、前記振動子の縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分に固定される振動子保持用部材と、前記振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動される回転力伝達部材と、前記振動子の楕円振動発生面に固定され、楕円振動発生による回転力を前記回転力伝達部材と摩擦接触することで伝達する摩擦接触部材と、前記回転力伝達部材を前記振動子の楕円振動発生面側に押圧する押圧部材と、前記押圧部材を保持する保持部材と、を具備し、前記振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、楕円振動を形成して前記回転力伝達部材を回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、単一の振動子だけで縦とねじれ振動モードを組み合わせた楕円振動を形成し、その楕円振動によりロータを回転させて、軸方向に回転力を伝達可能にする超音波モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による超音波モータの断面図である。
【図４】図１の超音波モータ１０に於いて摩擦接触部材を接着した状態の積層圧電素子を示したもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は上面図である。
【図５】積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は（ａ）のα方向から見た透視図、（ｄ）は積層圧電素子１１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｅ）は積層圧電素子１１を（ａ）のδ方向から見た図、（ｆ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｇ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｈ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図、（ｉ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図である。
【図６】積層圧電素子表面に形成された交差指電極の配置例を示した図である。
【図７】図５（ｂ）のＢ−Ｂ′線に沿って示した分極方向を含み、且つ、側面に垂直な断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の超音波モータ１０に使用される積層圧電素子１１の固有周波数の一致に関して説明するための図である。
【図９】図８の振動子１１の辺ｃを一定として、横軸が短辺の長さ／長辺の長さ（ａ／ｂ）であるような種々の矩形比率に於ける各モードの共振周波数を表した図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に於ける積層圧電素子１１を支持するピン３３ａ〜３３ｄを示した斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第２の変形例による超音波モータの組立図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の第２の変形例の更に他の例に於ける積層圧電素子１１を支持するピン３３ｃ、３３ｄを示した斜視図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態の第２の変形例の更に他の例による超音波モータの断面を示すもので、ピン３３ｃ、３３ｄだけで支持された積層圧電素子を嵌め込む部分の詳細図である。（図１３のケース３０内の穴３１ｂ２を３１ｂ１に修正してください）
【図１４】本発明の第２の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態による超音波モータの断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態による超音波モータの断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態の第１の変形例による超音波モータの回転接触部材の構成を示す外観斜視図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態の第１の変形例による超音波モータの組立図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態の第１の変形例による超音波モータの断面図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態による超音波モータの構成を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のシャフト一体型ロータを拡大して示した斜視図である。
【図２４】本発明の第４の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態による超音波モータの断面図である。
【図２６】本発明の第５の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図２７】本発明の第５の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図２８】本発明の第５の実施形態による超音波モータの断面図である。
【図２９】本発明の第６の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図３０】本発明の第６の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図３１】本発明の第６の実施形態による超音波モータの断面図である。
【図３２】本発明の第７の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図３３】本発明の第７の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図３４】本発明の第７の実施形態による超音波モータの断面図である。
【図３５】本発明の第７の実施形態の変形例による超音波モータの分解斜視図である。
【図３６】図３５のケースの蓋部分の構成を示す外観斜視図である。
【図３７】本発明の第７の実施形態の変形例による超音波モータの組立図である。
【図３８】本発明の第７の実施形態の変形例による超音波モータの断面図である。
【図３９】本発明の第８の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図４０】本発明の第８の実施形態による超音波モータの組立図である。
【図４１】本発明の第８の実施形態による超音波モータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
(第１の実施形態)
先ず、図１乃至図９を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図２は第１の実施形態による超音波モータの組立図、図３は第１の実施形態による超音波モータの断面図である。
【００１４】
この超音波モータ１０は、積層圧電素子（振動子）１１と、摩擦接触部材１２（１２ａ、１２ｂ）と、振動子ホルダ２５と、シャフト一体型ロータ２６と、ナット２７と、ケース３０と、の計６部品で構成されている。
【００１５】
前記積層圧電素子１１は、超音波モータ１０の中心軸Ｏに垂直な断面が長方形状の長さ比率となっている単一構造の素子で構成される。摩擦接触部材１２（１２ａ、１２ｂ）は、積層圧電素子１１の縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の合成により形成される楕円振動発生面に固定されている。摩擦接触部材１２は、エンジニアリングプラスチック（ＰＰＳ等）を材料として使用している。更に、摩擦接触部材１２は、超音波モータ１０の中心軸Ｏを軸とする円弧形状の部品であり、積層圧電素子１１の長手方向と直交する面に接着固定されている。
【００１６】
振動子保持用部材である振動子ホルダ２５は、積層圧電素子１１の縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分に固定されているもので、コの字形状の内側の凹み部分で積層圧電素子１１を側面側より挟み込むように保持して固定する。また、この振動子ホルダ２５はアルマイト処理が施されたアルミ材料、若しくは絶縁処理が施された金属材料から成り、積層圧電素子１１をケース３０に組み込んだ際に積層圧電素子１１の中心軸が超音波モータ１０の中心軸Ｏと一致する形状になっている。
【００１７】
回転力伝達部材であるシャフト一体型ロータ２６は、摩擦接触部材１２に押圧されて回転駆動されるロータ部２６ａと、このロータ部２６ａの回転力を伝達するシャフト部２６ｂとが、同軸で加工された構成となっている。ロータ部２６ａは、前記中心軸Ｏに対して直交する面に形成されているもので、シャフト部２６ｂは、このロータ部２６ａより中心軸Ｏ方向に延出して形成されている。そして、シャフト部２６ｂの先端は、歯車、プーリ、カップリング等の伝達部品が固定できる形状（例えば、図１乃至図３に示されるような、片面Ｄカット形状のほか、図示されないキー溝形状等がある）になっている。
【００１８】
ナット２７の中心部分には、前記シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂを挿通して回転＆支持可能な軸穴（シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂの径寸法と、嵌め合いの関係にある径寸法）が形成されている。ナット２７の外側表面の形状は、ナット２７をケース３０の嵌合穴３１に挿入固定した際にシャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂを通す軸穴２８の中心が、超音波モータ１０の中心軸Ｏと一致するように、嵌合形状（円形状）となっている。そして、ナット２７は、シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂの回転支持を行いながら、押圧部材として、ロータ部２６ａに接触して該ロータ部２６ａを摩擦接触部材１２に押圧する。
【００１９】
また、保持部材であるケース３０は円筒形状をなしており、その内部の嵌合穴３１に積層圧電素子１１を保持しながら、シャフト一体型ロータ２６のロータ部２６ａを摩擦接触部材１２に押圧した状態でナット２７が接着固定されている。このケース３０に形成された嵌合穴３１は、積層圧電素子１１に固定された振動子ホルダ１５を嵌め込む穴３１ｂが形成されている。更に、この穴３１ｂの上部には、ナット２７を嵌め込む穴３１ａが形成されている。そして、前記穴３１ｂの下部には、積層圧電素子１１の外形寸法よりも僅かに大きい穴３１ｃが形成されている。これにより、積層圧電素子１１は、振動子ホルダ２５と摩擦接触部材１２以外の部分が、ケース３０の嵌合穴３１と接触しないように配置されている。
【００２０】
また、これらの嵌合穴３１（穴３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）は、ケース３０内部に積層圧電素子１１とナット２７を組み込んだ際に、積層圧電素子１１とナット２７の軸中心が超音波モータ１０の軸中心Ｏと一致するように同軸加工されている。
【００２１】
尚、前記シャフト一体型ロータ２６、ナット２７、ケース３０は、何れもステンレス、アルミニウム等の金属材料で構成されている。
【００２２】
次に、積層圧電素子１１の詳細について、図４乃至図９を参照して説明する。
【００２３】
図４は摩擦接触部材を接着した状態の積層圧電素子を示したもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は上面図である。また、図５は積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は（ａ）のα方向から見た透視図、（ｄ）は積層圧電素子１１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｅ）は積層圧電素子１１を（ａ）のδ方向から見た図、（ｆ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｇ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｈ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図、（ｉ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図である。
【００２４】
この超音波モータ１０の積層圧電素子１１は、圧電素子が複数積層されて構成されている。
【００２５】
摩擦接触部材１２ａ及び１２ｂは、積層圧電素子１１の長手方向と直交する面に接着されて、シャフト一体型ロータ２６のロータ部２６ａと接触するようになっている。但し、ロータ部２６ａの下面に摩擦接触部材１２ａ、１２ｂと同じ軌道上に凸部を設けると、この摩擦接触部材１２ａ及び１２ｂは、必ずしも必要なものではない。この場合、凸部は摩擦接触部材１２ａ、１２ｂと同じ材質とする。外部電極１３は、図４（ａ）では、図面の左側面には４箇所と、図には示されないが右側面にも４箇所設けられている。
【００２６】
次に、積層圧電素子１１の内部電極構成について説明する。
【００２７】
本積層圧電素子１１は、所定の内部電極パターンが形成されたチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと記す）等の薄い圧電シートが積層されて構成されたものである。
【００２８】
図５（ａ）は、本積層圧電素子１１を上方から見た図であって、４方向の側面を矢印でそれぞれ、α、β、γ、δとして記すものとする。図５（ｂ）は圧電シート及び内部電極パターンの例を示している。
【００２９】
圧電シートは、それぞれ厚さ１０μｍから１００μｍ程度のＰＺＴ材料から成り、圧電シート１（以下、圧電シート（１）と記す）１５ａには内部電極パターン１（以下、内部電極パターン（１）と記す）１６ａ、圧電シート２（以下、圧電シート（２）と記す）１５ｂには内部電極パターン２（以下、内部電極パターン（２）と記す）１６ｂが、それぞれ印刷されている。圧電シート（１）１５ａには、図示されるように、内部電極パターン（１）１６ａとして、交差指内部電極が３箇所に印刷されている。
【００３０】
交差指内部電極の材質は、例えば銀パラジウム合金で構成され、その幅は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲に設定され、間の絶縁幅も０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲に設定される。また、厚みは、例えば２〜３μｍである。
【００３１】
ここで、交差指電極とは、＋相の電極と−相の電極とが、交互に組み合わされて配置されているような電極を指すものとする。そして、交差指電極は、図５（ｂ）では図面の見やすさから二対の交差指電極構成としているが、その面内でできるだけ大きな面積となるようにするため、実際には、図６に示されるように、その面内の一面に形成されるように、更に多くの対の交差指電極構成としても良い。また、本発明に於いては、交差指電極は、積層圧電素子の内部に設けられているため交差指内部電極と称するものとする。
【００３２】
交差指電極は、図５（ｂ）に於いて、高さ方向（破線で示される）と交差指内部電極の指の方向との成す角が、図の上部の交差指電極（第１の交差指電極）では、  
０＜θ＜π／２  
とする。分極方向εは、図の破線で示されるように、交差指電極の指の方向と直交する方向であるから、  
０＜｜ε｜＜π／２  
である。
【００３３】
また、図の上から２番目の交差指電極（第２の交差指電極）の成す角は、図に示されるように、φであり、  
π／２＜φ＜π  
となっている。
【００３４】
また、この第２の交差指電極は第１の交差指電極と電気的に並列に接続されていて、その一部は圧電シートの端部にまで延出されている。これらの交差指電極は、駆動用交差指電極として機能する。尚、θとφの角度は、逆の範囲に設定されていても良い。
【００３５】
図の上から３番目の交差指電極（第３の交差指電極）の成す角は、図に示されるように、ψであり、０、π／２、π以外の値とするが、本実施形態では、  
０＜ψ＜π／２  
としている。この第３の交差指電極は、振動検出電極としての機能を有する。
【００３６】
内部電極パターン（１）１６ａが印刷されたｎ枚の圧電シート（１）１５ａが積層され、その後に、同様にｎ枚の内部電極パターン（２）１６ｂが印刷された圧電シート（２）１５ｂが積層される。圧電シート（２）１５ｂと圧電シート（１）１５ａとの差異は、図５（ｂ）に示されるように、端部に延出される電極の位置である。交差指電極そのものの構成や位置は全く同じである。そして、最後に、圧電シート（２）１５ｂに、電極の印刷されていない圧電シート３（以下、圧電シート（３）と記す）１５ｃが積層される。
【００３７】
よって、積層圧電素子１１の全体の積層枚数は、２ｎ＋１となり、奇数枚となる。
【００３８】
図５（ｃ）は、本積層圧電素子１１を正面から見た図である。
【００３９】
後述するように、本実施形態では、ねじれ３次振動と縦１次振動が用いられる。上部交差指電極の中央部は、ねじれ３次振動の上部節位置２３2 近傍に設けられ、中央部交差指電極の中央部は、ねじれ３次振動の中央部節位置近傍で且つ縦１次振動の節位置２３1 近傍に設けられ、下部交差指電極の中央部はねじれ３次振動の下部節位置２３3 近傍に設けられる。
【００４０】
図５（ｄ）、（ｆ）は、本積層圧電素子１１を図５（ａ）のγ方向から見た図である。図５（ｂ）に於いて、内部電極パターン（１）１６ａの上部交差指電極及び中央部交差指電極１７ａ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２１ａ1 が形成されている。この内部電極露出部２１ａ1 が、外部電極Ａ＋相１３ａ1 と接合している。同様に、図５（ｂ）に於いて、内部電極パターン（２）１６ｂの上部交差指電極及び中央部交差指電極１７ｂ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２１ｂ1 が形成されている。この内部電極露出部２１ｂ1 が外部電極Ｂ＋相１３ｂ1 と接合している。
【００４１】
また、内部電極パターン（１）１６ａの下部交差指電極１８ａ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２２ａ1 が形成されている。この内部電極露出部２２ａ1 が、外部電極Ｃ＋相１３Ｃ1 と接合している。更に、内部電極パターン（２）１６ｂの下部交差指電極１８ｂ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２２ｂ1 が形成されている。この内部電極露出部２２ｂ1 が、外部電極Ｄ＋相１３ｄ1 と接合している。
【００４２】
図５（ｅ）、（ｇ）は、本積層圧電素子１１を図５（ａ）のδ方向から見た図である。図５（ｂ）に於いて、内部電極パターン（１）１６ａの上部交差指電極及び中央部交差指電極１７ａ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２１ａ2 が形成されている。この内部電極露出部２１ａ2 が、外部電極Ａ−相１３ａ2 と接合している。同様に、図５（ｂ）に於いて、内部電極パターン（２）１６ｂの上部交差指電極及び中央部交差指電極１７ｂ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２１ｂ2 が形成されている。この内部電極露出部２１ｂ2 が外部電極Ｂ−相１３ｂ2 と接合している。
【００４３】
また、内部電極パターン（１）１６ａの下部交差指電極１８ａ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２２ａ2 が形成されている。この内部電極露出部２２ａ2 が、外部電極Ｃ−相１３Ｃ2 と接合している。更に、内部電極パターン（２）１６ｂの下部交差指電極１８ｂ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２２ｂ2 が形成されている。この内部電極露出部２２ｂ2 が、外部電極Ｄ−相１３ｄ2 と接合している。
【００４４】
このように、電極パターンが仮想の中央線で切った断面を境にして同等の振動特性をもたらす設計であれば、図５（ｆ）、（ｇ）に示されるように、外部電極の位置が異なる位置に配置されていても、振動特性は変更されないので実質的に対称である。
【００４５】
次に、本積層圧電素子１１の作成方法について説明する。
【００４６】
焼成前の圧電シート（１）１５ａに内部電極パターン（１）１６ａが印刷されたものが複数枚、同様に、圧電シート（２）１５ｂに内部電極パターン（２）１６ｂが印刷されたものが複数枚用意される。そして、先ず、圧電シート（１）１５ａがｎ枚積層された後、圧電シート（２）１５ｂがｎ枚積層され、更に内部電極の印刷されていない圧電シート（３）１５ｃが１枚積層される。その後、プレスされて、所定の大きさにカットされた後、所定の温度で焼成が行われる。その後、外部電極１３ａ1 、１３ａ2 、１３ｂ1 、１３ｂ2 、１３ｃ1 、１３ｃ2 、１３ｄ1 、１３ｄ2 が、所定の位置に印刷、焼付けされる。
【００４７】
尚、外部電極は前述した例に限られるものではない。前述した例では、内部電極露出部２１ａ1 、２１ａ2 、２１ｂ1 、２１ｂ2 、２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 に、対してほぼ同じ幅の外部電極１３ａ1 、１３ａ2 、１３ｂ1 、１３ｂ2 、１３ｃ1 、１３ｃ2 、１３ｄ1 、１３ｄ2 が設けられている。しかしながら、例えば、図５（ｈ）、（ｉ）に示されるように、積層圧電素子１１の短辺方向の全てに渡って設けられるものであっても良い。
【００４８】
図５（ｈ）は本積層圧電素子１１を図５（ａ）のγ方向から見た図、図５（ｉ）は本積層圧電素子１１を図５（ａ）のδ方向から見た図である。
【００４９】
すなわち、内部電極露出部２１ａ1 、２１ａ2 、２１ｂ1 、２１ｂ2 、２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 に、対して、当該内部電極露出部を含む外部電極１３ａ3 、１３ａ4 、１３ｂ3 、１３ｂ4 、１３ｃ3 、１３ｃ4 、１３ｄ3 、１３ｄ4 が接合されるように設けられている。
【００５０】
次に、分極について、図７を参照して説明する。
【００５１】
図７は、図５（ｂ）のＢ−Ｂ′線に沿って示した分極方向を含み、且つ、側面に垂直な断面図である。
【００５２】
図７に於いて、矢印Ｐで示される分極ベクトルは、片側の極（＋）から中央部で多少の膨らみをもって、もう片方の極（−）に向かって分極が形成されている。尚、このべクトルは、電場のベクトルとも一致している。また、隣接する内部電極間は例えば３００μｍであり、＋極と−極との間（圧電シートの厚さ方向）は例えば１００μｍである。
【００５３】
次に、本積層圧電素子１１の動作について説明する。
【００５４】
図８（ａ）に示されるように、積層圧電素子１１の形状を直方体形状で、それぞれの辺ａ、ｂ、ｃの各寸法を適切な値とすることで、縦１次振動モードの共振周波数とねじれ２次振動モード、若しくはねじれ３次振動モードの、共振周波数をほぼ一致させるようにしている。
【００５５】
尚、図８（ｂ）はねじれ１次振動モード、図８（ｃ）は縦１次振動モード、図８（ｄ）はねじれ２次振動モード、図８（ｅ）はねじれ３次振動モードの振動状態を概略的に示した図である。また、実線が振動前の積層圧電素子１１の形状を示しており、破線が振動後の積層圧電素子１１の形状を示している。そして、図中、２３1 、２３2 、２３3 、２３4 、２３5 は積層圧電素子１１の振動の節に相当する位置であり、２３4 、２３5 はねじれ２次振動の上部節位置、ねじれ２次振動の下部節位置である。
【００５６】
ここで、直方体の各辺ａ、ｂ、ｃを定義する。いま、辺ｃの方向を、縦１次振動モードの振動の方向、且つ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、辺ｃと直交する方向を辺ａの方向、辺ｂの方向とする。ここで、辺ｃに沿って、辺ｃと平行な軸線に垂直な長方形状の各断面の長さ比率をａ＜ｂ＜ｃとすると共に、ａを短辺と称し、ｂを長辺と称するものとして、以下に説明する。
【００５７】
図９は、辺ｃを一定として、横軸が短辺の長さ／長辺の長さ（ａ／ｂ）であるような種々の矩形比率に於ける各モードの共振周波数を表した図である。同図からわかるように、ａ／ｂを変化させた場合には、縦１次振動モードの共振周波数はａ／ｂに依存せず、ほぼ一定の値をとる。しかしながら、ねじれ振動の共振周波数は、ａ／ｂ値が１に近付けば近付くほど単調に大きくなっていく。ねじれ１次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂがどのような値をとっても、縦１次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。
【００５８】
しかしながら、ねじれ２次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．６近傍の時に一致することが明らかである。また、ねじれ３次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．３近傍の時に一致することが明らかである。したがって、本実施形態では、振動子１１の各寸法を、ａ／ｂがほぼ０．３となるように設定する。
【００５９】
尚、本実施形態に於いて、振動子１１の各辺ａ×ｂ×ｃの寸法は、例えば３×１０×２０ｍｍである。
【００６０】
図５（ｂ）に示されるように、圧電シート（１）の最外層である第１層と圧電シート（２）の最後に積層された最外層の圧電シート（２）を用いて、本積層圧電素子１１の駆動方法について説明する。
【００６１】
最初に、駆動用交差指電極を用いた積層圧電素子１１の動作について説明する。
【００６２】
先ず、Ａ相（Ａ＋相、Ａ−相）に、縦１次振動若しくはねじれ３次振動の共振周波数に対応した交番電圧が印加される。図５（ｂ）には、その際に逆圧電効果により上部交差指電極近傍に発生する力がベクトルで表示されている。
【００６３】
図５（ｂ）に示される力Ｆは交番力であり、その力をベクトル分解するとＦ１とＦ２となる。力Ｆ１は、図からも明らかなように、縦振動を励起させる力となる。また、力Ｆ２は、図から明らかなように、ねじれ３次振動を発生させる力となる。
【００６４】
次に、Ｂ相（Ｂ＋相、Ｂ−相）にも、Ａ相と同じ周波数の交番電圧が印加される。図５（ｂ）には、その際に最外側面の位置する圧電シート（２）１５ｂの上部交差指電極近傍に発生する力がベクトルで表示されている。
【００６５】
図５（ｂ）に示される力Ｆ′は交番力であり、その力をベクトル分解するとＦ１′とＦ２′となる。力Ｆ１′は、図からも明らかなように縦振動を励起させる力となる。また、力Ｆ２′は、図から明らかなように、ねじれ３次振動を発生させるカとなる。
【００６６】
次に、Ａ相、Ｂ相に同時に同位相の前記周波数の交番電圧を印加した際の発生するカのみを考える。この場合、図５（ｂ）に示されるように、力Ｆ２とＦ２′は互いにキャンセルし合い、ねじれ３次振動は発生せず、縦１次振動のみ発生することになる。
【００６７】
更に、Ａ相、Ｂ相に、同時に逆位相（位相差π）の前記周波数の交番電圧を印加すると、力Ｆ１とＦ１′は互いにキャンセルし合い、縦１次振動は発生せず、ねじれ３次振動のみ発生することになる。
【００６８】
次に、Ａ相、Ｂ相に、同時に位相が０とπの間の位相差を与えた場合を考える。この場合には、縦１次振動とねじれ３次振動が同時に起こり、それらの振動が合成された振動となる。この時は、図４に示されるように、積層圧電素子１１の摩擦接触部材１２ａ、１２ｂの接着位置にロータ部２６ａを回転させるような向きに、時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）の楕円振動が形成される。積層圧電素子１１の摩擦接触部材１２ａ、１２ｂの位置に楕円振動が発生していると、ナット２７に押圧されているロータ部２６ａはシャフト部２６ｂを回転軸（または中心軸）として、その楕円振動の回転の向きに従って、時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）の向きに回転動作を行うことになる。
【００６９】
尚、残りの一対の中央部の駆動用交差指電極については、ねじれの向きが逆になるので、交差指電極の方向は鈍角になるように設定されている。駆動原理については、同様であるので説明は省略する。
【００７０】
次に、図５（ｂ）に示される下部の振動検出用交差指電極の動作について説明する。
【００７１】
縦１次振動やねじれ３次振動が発生すると、圧電効果により、交差指電極面には電荷が発生する。その電荷は、Ｃ相（Ｃ＋相、Ｃ−相間）の電圧、若しくはＤ相（Ｄ＋相、Ｄ−相間）の電圧となって観測される。駆動用交差指電極での動作では、前述した逆圧電効果により駆動電圧により力が発生しているが、それとは全く逆に、機械的歪みにより電荷若しくは電圧が発生する。
【００７２】
よって、縦１次振動のみが発生している場合は、Ｃ相とＤ相を並列順接続（Ｃ＋相とＤ＋相を結線し、Ｃ−相とＤ−相を結線：並列順接続相と定義する）して、その間に発生している電圧は縦１次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかしながら、Ｃ相とＤ相を並列逆接続（Ｃ＋相とＤ−相を結線し、Ｃ−相とＤ＋相を結線：並列逆接続相と定義する）した場合は、信号は出力されない。
【００７３】
一方、ねじれ３次振動のみが発生している場合は、Ｃ相とＤ相を並列逆接続（Ｃ＋相とＤ−相を結線し、Ｃ−相とＤ＋相を結線）して、その間に発生している電圧はねじれ３次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかしながら、Ｃ相とＤ相を並列順接続（Ｃ＋相とＤ＋相を結線し、Ｃ−相とＤ−相を結線）した場合は、信号は出力されない。
【００７４】
したがって、Ｃ相とＤ相の結線を選択することにより、縦１次振動若しくはねじれ３次振動を独立に検出することが可能である。
【００７５】
次に、このような振動検出相（Ｃ相、Ｄ相）を用いてモータを駆動する方法について説明する。
【００７６】
駆動相であるＡ相若しくはＢ相の信号の位相と、振動検出相（例えば、Ｃ相とＤ相を並列逆接続したもの）の位相の位相差は、ねじれ３次振動の共振周波数動作時に所定の値Ωをとることが知られている。よって、この場合には、駆動相と検出相の位相差を常にΩになるように周波数を調整し駆動することで、モータ自身の発熱による温度上昇や周囲環境温度の変化による共振周波数変化や負荷変動による共振周波数変化があった場合でも、常にねじれ３次の共振周波数近傍で駆動できる。したがって、常に最適な周波数で、効率良く駆動することができる。これは、縦１次共振周波数近傍で駆動する場合も、同様の考え方で可能である。
【００７７】
このように構成された積層圧電素子１１の長手方向表面の縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の共通の節にあたる部分には、図２及び図３に示されるように、振動子ホルダ２５（２５ａ、２５ｂ）が２個接着固定されている。また、前述したように、積層圧電素子１１の長手方向と直交する面には、摩擦接触部材１２（１２ａ、１２ｂ）が接着固定されている。
【００７８】
振動子ホルダ２５、摩擦接触部材１２の２つの部材が接着固定された積層圧電素子１１は、振動子ホルダ２５を介してケース３０に嵌め込まれている。このとき、ケース３０の中心軸と積層圧電素子１１の中心軸が一致するように位置決め固定されている。ナット２７の軸穴２８には、シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂが挿入されており、その状態でナット２７がケース３０に挿入されている。
【００７９】
シャフト一体型ロータ２６は、ナット２７によって軸方向（楕円振動発生面側）に押圧がかけられており、回転可能な押圧力でロータ部２６ａが摩擦接触部材１２の楕円振動発生面に接触している。尚、ナット２７は、シャフト一体型ロータ２６を押圧した状態でケース３０に接着固定されている。
【００８０】
このように、第１の実施形態によれば、積層圧電素子単体で振動子を構成することができ、摩擦接触部材の接触面にはシャフト一体型ロータのロータ部分を回転させる向きに、縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の合成により形成される楕円振動が発生する。そして、ロータ部が回転すると同軸で一体になっているシャフト部が回転し、軸方向に回転力が伝達される。したがって、単一の振動子だけで縦とねじれ振動モードを組み合わせた楕円振動を形成することができ、その楕円振動によりロータを回転させることにより、軸方向に回転力を伝達することができる。
【００８１】
（第１の実施形態の第１の変形例)
次に、本発明の第１の実施形態の第１の変形例を説明する。
【００８２】
前述した第１の実施形態の構成では、ナット２７の外形と、ケース３０のナット嵌め込み用の嵌合穴３１は円形状となっているが、これに限られるものではない。例えば、ナット２７をケース３１に挿入固定した際に、シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂを挿通する穴の中心が超音波モータ１０の中心軸と一致し、ロータ部２６ａに適切な押圧力を加えることができれば、円以外の形状（例えば、図示されない三角形、四角形、五画形等の多角形状）に変更することもできる。更には、ケースの形状も円筒形状に限定されない。
【００８３】
この第１の実施形態の第１の変形例によれば、積層圧電素子を収納するケース内の嵌合穴の自由度が増える。
【００８４】
（第１の実施形態の第２の変形例）
前述した第１の実施形態では、振動子ホルダはコの字形状になっているが、ケースに積層圧電素子を位置決めできる形状であれば、図１０乃至図１２に示されるように、ピンを利用することもできる。
【００８５】
図１０は本発明の第１の実施形態の第２の変形例に於ける積層圧電素子１１を支持するピン３３ａ〜３３ｄを示した斜視図、図１１は第１の実施形態の第２の変形例による超音波モータの組立図である。
【００８６】
焼成後の積層圧電素子１１の節となる部分の４つの表面に、穴を開けてピン３３ａ〜３３ｄ（３３ｄは図示されない）を刺し込む。そして、図２、図３に示される振動子ホルダ２５の嵌め込み穴３１ｂの壁に接するようにピン３３ａ〜３３ｄを突出させた状態でケース内部に嵌め込むようにする。すると、コの字形状の振動子ホルダ２５を利用した時と同じように、ケース３０の中心位置に積層圧電素子１１が来るように位置決めすることができる。
【００８７】
このような構造にすると、振動子ホルダの形状を単純化することができ、接着の手間もなくなるという利点がある。
【００８８】
尚、本第２の変形例に於いて、ピン３３ａ〜３３ｄは積層圧電素子１１に穴を開けて差し込むとして説明したが、これに限られるものではなく、接着により固定するものであってもよい。
【００８９】
更には、ピンの数は４本に限られるものではなく、少なくとも対向する位置の２本が設けられるものであればよい。
【００９０】
例えば、図１２に示されるように、積層圧電素子１１の長辺側の面（図８の辺ｂと辺ｃで構成される面）に２本のピン３３ｃ、３３ｄが取り付けられている。そして、図１３に示されるように、ケース３０内の穴３１ｂ1 に嵌め込むようにする。すると、ピンが４つの場合と同様に、ケース３０の中心位置に積層圧電素子１１が来るように位置決めすることができる。
【００９１】
もちろん、２本のピンの取り付け位置は、積層圧電素子１１の短辺側の面（図８の辺ａと辺ｃで構成される面）であってもかまわない。その場合、図１３に示されるピンの嵌め込み穴の位置も短辺側に変更になる。
【００９２】
（第２の実施形態）
次に、図１４乃至図１６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００９３】
尚、以下に述べる実施形態に於いて、前述した第１の実施形態の超音波モータの基本的な構成については、前述した第１の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００９４】
図１４は、本発明の第２の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図１５は第２の実施形態による超音波モータの組立図、図１６は第２の実施形態による超音波モータの断面図である。
【００９５】
図１４乃至図１６に示されるように、本第２の実施形態に於ける超音波モータ１０ａは、ナット２７ａの外周面と、ケース３０内の嵌合穴３１ａのナット２７ａとの嵌合部３１ａに、それぞれネジ山（ナット２７ａの外周面にはネジ部２７ａ1 、嵌合部３１ａにはネジ部３１ｄ）が形成されている。したがって、ナット２７ａは嵌合部３１ｄに螺着されることによって、ケース３０に固定されることになる。
【００９６】
その他の構成部分については、前述した第１の実施形態と同じであるので説明は省略する。
【００９７】
このように第２の実施形態によれば、超音波モータ１０ａの動作は前述した第１の実施形態と同じであるが、ケース３０とナット２７の固定をネジで行うことができることから、押圧した状態で接着する必要がなくなる。また、ナット２７のロータ部２６ａに対する押圧がかけやすくなる。更に、積層圧電素子等、内部の部品が故障した際に、ネジを緩めるだけでケース３０からナット２７を取り外すことができるので、超音波モータ１０ａの分解も容易に行うことができる。
【００９８】
（第３の実施形態）
次に、図１７乃至図１９を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００９９】
図１７は、本発明の第３の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図１８は第３の実施形態による超音波モータの組立図、図１９は第３の実施形態による超音波モータの断面図である。
【０１００】
図１７乃至図１９に示されるように、本第３の実施形態に於ける超音波モータ１０ｂは、前述した第１の実施形態に対して、ナット２７とロータ部２６ａとの間に、その表面が滑らかな円環形状の回転接触部材３５が介在されている。つまり、回転接触部材３５の中心に設けられている開口３５ａと、ナット２７の軸穴２８に、シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂが挿入されている。この回転接触部材３５は、例えば、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））製のワッシャにより構成されるもので、摩擦係数はナット２７のロータ部２６ａに対向する面よりも小さいものである。
【０１０１】
その他の構成部分については、前述した第１及び第２の実施形態と同じであるので説明は省略する。
【０１０２】
このように、第３の実施形態によれば、超音波モータ１０ｂの動作は前述した第１及び第２の実施形態と同じであるが、ナット２７とロータ部２６ａとの間に回転接触部材３５が介在しているので、ナット２７とロータ部２６ａ間の摩擦係数が小さくなる。したがって、同じ押圧がかかっている前述した第１の実施形態の構成と比較しても、ロータ部２６ａの回転精度は向上する。
【０１０３】
（第３の実施形態の第１の変形例）
前述したように、第３の実施形態では、ナット２７とロータ部２６ａとの間に回転接触部材３５を介在させて、回転接触部材３５の摩擦係数を小さくしている。しかしながら、この回転接触部材３５の表面を加工すれば、更に摩擦係数を小さくすることが可能である。
【０１０４】
図２０は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例による超音波モータの回転接触部材の構成を示す外観斜視図である。図２１は第３の実施形態の第１の変形例による超音波モータの組立図、図２２は第３の実施形態の第１の変形例による超音波モータの断面図である。
【０１０５】
図２０乃至図２２に示されるように、この第３の実施形態の第１の変形例による回転接触部材３５1 は、ロータ部２６ａが摩擦接触部材１２ａ、１２ｂと接触する位置に対応する部分に、連続的に凸部３５1 ｂ、３５1 ｃが形成された形状に構成されている。凸部３５1 ｃは、回転接触部材３５1 に於いて凸部３５1 ｂの反対側に形成されている。尚、３５1 ａは、シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂが挿入される開口である。
【０１０６】
このように構成すれば、回転に関係しない部分の接触がなくなる（接触面積が減る）ので、更に回転精度が向上する。
【０１０７】
尚、この第１の変形例では、回転接触部材に凸部を設けている例を示したが、これに限られるものではない。摩擦接触部材１２ａ、１２ｂと接触する位置に対応する部分であれば、例えば、ナット２７やロータ部２６ａに凸部を設けるようにしてもよい。更に、凸部の部分に、テフロン（登録商標）加工等のコーティングをしてもよい。
【０１０８】
（第３の実施形態３の第２の変形例）
前述した第３の実施形態では、ナット２７とロータ部２６ａとの間にフッ素樹脂製のワッシャを回転接触部材３５として構成としているが、回転接触部材はこれに限られるものではない。例えば、摩擦係数が非常に低いものであれば、図示されないが、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を回転接触部材に替えて使用することもできる。
【０１０９】
（第４の実施形態）
次に、図２３乃至図２５を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。
【０１１０】
図２３は、本発明の第４の実施形態による超音波モータの構成を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のシャフト一体型ロータを拡大して示した斜視図である。図２４は第４の実施形態による超音波モータの組立図、図２５は第４の実施形態による超音波モータの断面図である。
【０１１１】
図２３（ｂ）に示されるように、シャフト一体型ロータ２６のロータ部２６ａ1 の、ナット２７と対向する面には、中心軸Ｏと同心円上に連続的な溝部２６ｃが形成されている。この溝部２６ｃは、図２５に示されるように、ロータ部２６ａが摩擦接触部材１２ａ、１２ｂと接触する位置に対応する部分に構成されている。そして、この溝部２６ｃには、複数の球（ボールベアリングに使用される転がり部材）３７が敷き詰められている。
【０１１２】
その他の構成部分については、前述した第１乃至第３の実施形態と同じであるので説明は省略する。
【０１１３】
このように、第４の実施形態によれば、超音波モータ１０ｃの動作は、前述した第１乃至第３の実施形態と同じであるが、ナット２７とロータ部２６ａとの間に複数の球（ボールベアリングに使用される転がり部材）３７を介在させた構成としている。これにより、ナット２７とロータ部２６ａが球３７と点接触しながら回転するので、前述した第１乃至第３の実施形態の構成と比較すると、回転時の接触面積が非常に小さくなる。
【０１１４】
また、ロータ部２６ａが回転すると球３７が循環しながら回転するので、第１乃至第３の実施形態の構成と比較すると、ロータ部２６ａの回転精度が格段に向上する。
【０１１５】
（第５の実施形態）
次に、図２６乃至図２８を参照して、本発明の第５の実施形態について説明する。
【０１１６】
図２６は、本発明の第５の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図２７は第５の実施形態による超音波モータの組立図、図２８は第５の実施形態による超音波モータの断面図である。
【０１１７】
図２６乃至図２８に示されるように、本第５の実施形態に於ける超音波モータ１０ｄは、前述した第１の実施形態に対して、ナット２７とシャフト部２６ｂとの間に、転がり軸受け３８ａ、３８ｂが追加されて構成されている。それに伴って、ナット２７の軸穴２８の両端部分に、前記転がり軸受け３８ａ、３８ｂを圧入するための穴２８ａ、２８ｂが形成されている。
【０１１８】
その他の構成部分については、前述した第１乃至第４の実施形態と同じであるので説明は省略する。
【０１１９】
このように、第５の実施形態によれば、超音波モータ１０ｄの動作は前述した第１乃至第４の実施形態と同じであるが、ナット２７とシャフト部２６ｂとの間に転がり軸受け３８ａ、３８ｂを構成したことから、前述した第１の実施形態で摩擦接触により回転している構成と比較すると、シャフト部２６ｂの軸振れ等が抑えられる。したがって、ロータ部２６ａの回転精度が向上する。
【０１２０】
尚、本第５の実施形態では、転がり軸受けを２つ使用した構成を説明したが、これに限られるものではなく、転がり軸受けは１つ、或いは３つ以上であってもよい。
【０１２１】
（第６の実施形態）
次に、図２９乃至図３１を参照して、本発明の第６の実施形態について説明する。
【０１２２】
図２９は、本発明の第６の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図３０は第６の実施形態による超音波モータの組立図、図３１は第６の実施形態による超音波モータの断面図である。
【０１２３】
図２９乃至図３１に示されるように、本第６の実施形態に於ける超音波モータ１０ｅは、前述した第１の実施形態の構成に対して、ケースが振動子ホルダ２５の嵌め込み穴を境にして上下に２分割されている。
【０１２４】
すなわち、第６の実施形態に於けるケースは、上側のケース４０と、下側のケース４２とを有して構成されており、ケース締結用ネジ４５によって締結されている。上側のケース４０には、前述したケース３０と同様にナット２７を固定するための嵌合穴４１が形成されている。一方、下側のケース４２には、振動子ホルダ２５を嵌め込むための嵌め込み穴４３が形成されている。この嵌め込み穴４３は、基本的には第１の実施形態のケース３０の嵌合穴３１ｂと同じである。更に、嵌め込み穴４３の内側には、積層圧電素子１１の外形寸法よりも僅かに大きくされた穴４４が形成されている。
【０１２５】
尚、ケース締結用ネジ４５は、振動子ホルダ２５に接触しない位置に配置されている。
【０１２６】
その他の構成部分については、前述した第１乃至第５の実施形態と同じであるので説明は省略する。
【０１２７】
第６の実施形態に於ける超音波モータ１０ｅの動作は、前述した第１乃至第５の実施形態と同じである。しかしながら、第１乃至第５の実施形態に於ける超音波モータのケースは、何れも一体型である。そのため、加工上の問題で振動子ホルダの嵌め込み穴よりもナット挿入用の嵌合穴を大きく形成する必要があった。
【０１２８】
これに対し、本第６の実施形態では、ケースを振動子ホルダの嵌め込み穴を境にして上下に２分割したので、ケース挿入の嵌合穴４１は、積層圧電素子１１の外形寸法と、ロータ部２６ａの径よりも僅かに大きい程度のサイズで加工することができる。これにより、ケースの肉厚に余裕が生じるので、ケースの外径を、第１乃至第５の実施形態のケースよりも小さくすることができ、結果としてモータ自体を小型化することが可能となる。
【０１２９】
（第７の実施形態）
次に、図３２乃至図３４を参照して、本発明の第７の実施形態について説明する。
【０１３０】
図３２は、本発明の第７の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図３３は第７の実施形態による超音波モータの組立図、図３４は第７の実施形態による超音波モータの断面図である。
【０１３１】
図３２乃至図３４に示されるように、本第７の実施形態に於ける超音波モータ１０ｆは、前述した第１の実施形態の構成に対して、ナット２７とロータ部２６ａとの間に、リング４６とバネ４７が介在された構成となっている。つまり、ロータ部２６ａ側から、リング４６、バネ４７がシャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂに挿入され、更にナット２７がシャフト部２６ｂに挿入される。
【０１３２】
その他の構成部分については、前述した第１乃至第６の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【０１３３】
このように、第７の実施形態によれば、超音波モータ１０ｆの動作は前述した第１乃至第６の実施形態と同じである。しかしながら、例えば、前述した第１の実施形態の構成は、ナット２７がロータ部２６ａを直接押圧しているので押圧力の微調整ができないものであった。これに対し、本第７の実施形態では、ナット２７とロータ部２６ａとの間にバネ４７とリング４６を介在させた構成としたので、ナット２７をケース３０に押し込むことにより、ナット２７の押圧力をバネ４７が受け止め、バネ４７の復元力をリング４６が受け止め、最後にリング４６がロータ部２６ａにその力を与える、といった力の伝達が生まれる。
【０１３４】
押圧力は、バネの収縮量×構成するバネのバネ定数、で決まるので、ナット２７を押し込んだ量を変化させるだけで自由に調整することができる。したがって、押圧力の調整が容易となる。
【０１３５】
尚、本第７の実施形態に於いては、ナット２７とロータ部２６ａとの間にバネ４７とリング４６を介在させた構成として説明したが、リングは必ずしも必要ではなく、ロータ部２６ａが直接バネ４７の押圧力を受け止めるようにしてもよい。
【０１３６】
（第７の実施形態の変形例）
前述した第７の実施形態では、ナット２７とロータ部２６ａとの間に介在させたバネ４７とリング４６によって、ナットの押圧力が与えられたが、これに限られるものではない。
【０１３７】
この第７の実施形態の変形例としては、ケースを着脱可能に構成して該ケースの一方である蓋部分に板バネ部分を設けて押圧力を与えるようにしている。
【０１３８】
図３５は、本発明の第７の実施形態の変形例による超音波モータの分解斜視図、図３６は図３５のケースの蓋部分の構成を示す外観斜視図である。図３７は第７の実施形態の変形例による超音波モータの組立図、図３８は第７の実施形態の変形例による超音波モータの断面図である。
【０１３９】
この第７の実施形態の変形例に於いて、ケース５０は、ケース基部５１と、蓋部５３とより構成されている。そして、蓋部５３の外周面でナット２７と接触する部分には、複数箇所、この場合４箇所に爪５３ａが設けられている。この爪５３ａの先端部には、引っ掛け部分５３ｂが形成されている。この引っ掛け部分５３ｂは、ケース基部５１に形成された、後述する引っ掛け部分５１ｂに対応して蓋部５３を固定するためのものであり、爪５３ａよりも内側に向けて突出形成されている。
【０１４０】
また、蓋部５３の上面は、外周部に比べて内周部が窪んで形成されていると共に、その中央に、超音波モータ１０ｇの中心軸Ｏと一致する位置に開口５４が形成されている。そして、この開口５４より外側に向けて複数箇所、この場合４箇所にスリットが形成されている。このスリットで仕切られ窪んでいる部分が、ナット２７の上面と接触してナット２７を押圧するための弾性を有する板バネ部分５３ｃとして構成されている。
【０１４１】
一方、ケース基部５１の外周面の上方には、前述した蓋部５３の爪５３ａと嵌合するためのガイド部５１ａが、複数、この場合４箇所に設けられている。これらガイド部５１ａは、ケース基部５１の外周面の他の部分に比べて僅かに窪んで形成されている。更に、これらの引っ掛け部分５１ａの端部には、蓋部分５３の引っ掛け部分５３ｂが嵌め込まれて蓋部５３を固定するための引っ掛け部分５１ｂが形成されている。
【０１４２】
つまり、蓋部５３の爪５３ａ及び引っ掛け部分５３ｂが、ケース基部５１のガイド部５１ａに沿って位置決めされ、ケース基部５１の引っ掛け部分５１ｂに蓋部５３の引っ掛け部分５３ｂがかみ合うことにより、蓋部５３がケース基部５１に冠着される。このとき、板バネ部分５３ｃがナット２７の上面と接触して変形することによりバネの復元力が発生するので、ケース５０にナット２７が取り付けられた際に、適切な押圧力を与えることができる。
【０１４３】
このような変形例によれば、押圧した状態でナットを接着する必要がなくなる。また、積層圧電素子等の内部の部品が故障した際にも、ケースに引っ掛けた４つの爪を広げることでケースから外すことができるので、モータの分解も容易に行うことができる。
【０１４４】
（第８の実施形態）
次に、図３９乃至図４１を参照して、本発明の第８の実施形態について説明する。
【０１４５】
図３９は、本発明の第８の実施形態による超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図４０は第８の実施形態による超音波モータの組立図、図４１は第８の実施形態による超音波モータの断面図である。
【０１４６】
図３９乃至図４１に示されるように、本第８の実施形態に於ける超音波モータ１０ｈは、前述した第１乃至第７の実施形態の超音波モータではナットがモータ上部に構成されていたのに対して、モータ下部に構成されている。
【０１４７】
すなわち、ナット５８の中心部分には、シャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂを貫通させるための軸穴ではなく、振動子ホルダ２５を固定するための嵌め込み穴５９、及び積層圧電素子１１を挿通するために該積層圧電素子１１の外形寸法よりも僅かに大い穴６０が、形成されている。
【０１４８】
一方、ケース５５には、振動子ホルダ２５用の嵌め込み穴が無くなり、代わりにシャフト一体型ロータ２６のシャフト部２６ｂを挿通させるための軸穴５６が形成されている。また、ナット嵌め込み用の嵌合穴５７は、ケース５５の下側からロータ部２６ａの上面の位置まで開けられている。この状態で、ナット５８がケース５５に接着固定されている。
【０１４９】
その他の構成部分については、前述した第１乃至第６の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【０１５０】
組み立てとしては、積層圧電素子１１を振動子ホルダ２５を介してナット５８の嵌め込み穴５９に嵌め込んで固定し、その一体になったナット５８をケース５５に嵌め込み、シャフト部２６ｂが回転できる程度の適切な押圧力となるように、ナット５８は軸方向(ロータ部２６ａ側)に押された状態で固定されている。
【０１５１】
例えば、前述した第１の実施形態の構成では、ナット→ロータ部→積層圧電素子という順序で押圧していたが、本第８の実施形態の構成は、ナット（積層圧電素子）→ロータ部という順序で押圧している。
【０１５２】
このように第８の実施形態によれば、単一の振動子だけで縦とねじれ振動モードを組み合わせた楕円振動を形成することができ、その楕円振動によりロータを回転させることにより、軸方向に回転力を伝達することができる。
【０１５３】
尚、本第８の実施形態では、ナットがケースに接着固定されているとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、前述した第２の実施形態と同様に、ナットとケース内の嵌合部にネジ山を形成して螺着することによって固定されるようにしてもよい。
【０１５４】
また、振動子ホルダもコの字形状のものを用いているが、前述したように、少なくとも２本のピンによって積層圧電素子を保持することができればよい。
【０１５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【０１５６】
更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明によれば、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、更には低電圧で駆動することができ、軸方向に回転力を伝達可能にする超音波モータが得られる。
【符号の説明】
【０１５８】
１０…超音波モータ、１１積層圧電素子（振動子）、１２ａ、１２ｂ…摩擦接触部材、１３、１３ａ1 、１３ａ2 、１３ｂ1 、１３ｂ2 、１３ｃ1 、１３ｃ2 、１３ｄ1 、１３ｄ2 …外部電極、１５ａ…圧電シート１（圧電シート（１））、１５ｂ…圧電シート２（圧電シート（２））、１５ｃ…圧電シート３（圧電シート（３））、１６ａ…内部電極パターン１（内部電極パターン（１））、１６ｂ…内部電極パターン２（内部電極パターン（２））、１７ａ1 、１７ａ2 、１７ｂ1 、１７ｂ2 …上部交差指電極及び中央部交差指電極、１８ａ1 、１８ａ2 、１８ｂ1 、１８ｂ2 …下部交差指電極、２３1 …ねじれ３次振動の中央部節位置近傍で且つ縦１次振動の節位置、２３2 …上部節位置、２３3 …ねじれ３次振動の下部節位置、２５、２５ａ、２５ｂ…振動子ホルダ、２６…シャフト一体型ロータ、２６ａ…ロータ部、２６ｂ…シャフト部、２７…ナット、２８…軸穴、３０…ケース、３１…嵌合穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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