(57)【要約】【課題】この発明は、簡易な構成で、捻り振動以外の不要な屈曲振動成分の除去を図って安定した楕円振動の発生を実現して、摺動特性の向上を図り、モータ効率の向上を実現し得るようにした超音波モータを提供することにある。【解決手段】棒状弾性体１０の側面に凹部９を積層型圧電素子１１に対応して設け、この凹部９で棒状弾性体１０の捻り振動の励起による捻り振動以外の不要な屈曲振動による変位を低減して、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数との一致を図るように構成したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状弾性体の側面に対向して配置された２個の積層型圧電素子の伸縮振動により、前記棒状弾性体に縦振動と捻り振動とを励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた駆動子に楕円振動を励起させて、該駆動子に対して前記棒状弾性体の端面に回転自在に支持された被駆動体を圧接配置して摩擦駆動する超音波モータであって、
前記棒状弾性体の側面に振動緩衝部を前記積層型圧電素子に対応して設けたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動緩衝部は、前記棒状弾性体の前記積層型圧電素子を駆動子面に向けて投影した領域を含む位置に設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記振動緩衝部は、前記棒状弾性体の捻り振動の腹を含む領域に設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記振動緩衝領域は、１個以上の凹部で形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記振動緩衝部は、複数の凹部が等間隔に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記振動緩衝部は、複数の凹部が不等間隔に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記振動緩衝部を構成する凹部には、振動減衰材を埋設することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばデジタルカメラの手振れ補正ユニットやＡＦレンズ等のアクチュエータとして用いられている超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の超音波モータには、振動子である圧電素子に電圧を印加して棒状弾性体に縦振動と捻り振動を励起させて楕円振動を発生させ、この楕円振動を利用して回転体である被駆動体を回転駆動する構成のものがある。
【０００３】
このような超音波モータは、ステータを構成する棒状弾性体の側面に対向させて２個の積層型圧電素子が軸方向に対して傾斜されて配置され、この積層型圧電素子に対して電圧を印加することで、該棒状弾性体に縦振動と捻り振動を励起させ、棒状弾性体の端面に配した環状の駆動子に楕円振動を励起させる。
【０００４】
上記棒状弾性体には、回転軸が同軸的に設けられ、この回転軸の先端部には、上記被駆動体がばね部材を介して回転自在に組付けられ、この被駆動体がばね部材により、駆動子に対して回転自在に圧接配置される。これにより、被駆動体は、駆動子に楕円振動が励起されると、この駆動子に発生した楕円振動を駆動力として回転軸回りに回転駆動される（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−３１７６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記超音波モータは、左右の圧電素子に同位相の交番電圧を印加すると縦振動のみが、また、逆位相の交番電圧を印加すると捻り振動をのみが発生する。そこで、９０度位相差の交番電圧を印加して縦振動と捻り振動を同時に発生するようにしている。
【０００６】
しかしながら、上記超音波モータの左右の積層型圧電素子で棒状弾性体を挟持する構造では、左右の積層型圧電素子の位相差を持った伸縮動作により、棒状弾性体には曲げモードの屈曲共振振動が発生しやすい。更に、棒状弾性体の構造によっては、棒状弾性体に捻り共振モードと屈曲共振モードの固有共振周波数が近くに存在することもありうる。このような状態で、積層型圧電素子と棒状弾性体との間で振動が漏れ、あるいは、振動は伝わるが振動の位相遅れが発生するなど積層型圧電素子と棒状弾性体との振動的一体性が弱いと、積層型圧電素子の伸縮動作にあわせ捻り振動の共振周波数帯域に屈曲振動の周波数成分が混入し、駆動子には均一な楕円振動が発生しないという不都合を有する。これによると、モータ摺動特性が低下され、モータ効率が低下されるという問題を有する。
【０００７】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、捻り振動以外の不要な屈曲振動成分の除去を図って安定した楕円振動の発生を実現して、摺動特性の向上を図り、モータ効率の向上を実現し得るようにした超音波モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による棒状弾性体の側面に対向して配置された２個の積層型圧電素子の伸縮振動により、前記棒状弾性体に縦振動と捻り振動とを励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた駆動子に楕円振動を励起させて、該駆動子に対して前記棒状弾性体の端面に回転自在に支持された被駆動体を圧接配置して摩擦駆動する超音波モータは、前記棒状弾性体の側面に振動緩衝部を前記積層型圧電素子に対応して設けて構成した。
【０００９】
上記構成によれば、振動緩衝部は、棒状弾性体の捻り振動を伝達し、捻り振動以外の不要な屈曲振動による変位を低減して、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数との一致が図れて、駆動子の接触面に励起される楕円振動を安定化させる。これにより、高効率な摺動特性が得られて、モータ効率の向上が図れる。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、捻り振動以外の不要な屈曲振動成分の除去を図って安定した楕円振動の発生を実現して、摺動特性の向上を図り、モータ効率の向上を実現し得るようにした超音波モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１及び図２は、この発明の一実施の形態に係る超音波モータを示すもので、図１は、正面側から見た状態を示し、図２は、棒状弾性体１０を側面側から見た状態を示す。
【００１３】
即ち、上記棒状弾性体１０は、金属材料、例えば黄銅で円柱状に形成され、第１の弾性部１０１と第２の弾性部１０２とが溝部１０３を挟んで括れ形状に連設されている。この棒状弾性体１０は、その全長が、例えば縦振動振幅に対応され、その第１の弾性部１０１の長さ寸法が捻り振動振幅に対応される（図３参照）。そして、第１の弾性部１０１には、その側面に、例えば２個の積層型圧電素子１１が軸方向に対して所定の傾斜角を有して対向して設けられる。
【００１４】
また、棒状弾性体１０の第１の弾性部には、その側面における２個の積層型圧電素子１１に対応する捻り振動の腹近傍（屈曲振動の節位置近傍）に振動緩衝部を構成する凹部９が柱状弾性体１０の縦振動方向と直交する方向に延設されてそれぞれ設けられる。この凹部９は、少なくとも積層型圧電素子１１を棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面（駆動子面）に向けて投影した領域が含まれる。
【００１５】
これにより、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の凹部９は、捻り振動周波数領域において、例えば図４に示す不要な屈曲振動成分が発生すると、該不要な屈曲振動成分を縦振動方向と垂直な方向に減衰し、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面に安定した楕円振動を励起させる。
【００１６】
さらに、上記棒状弾性体１０には、その第１の弾性部１０１の端面の略中心部に回転軸１２の基端が同軸的に突設される。そして、この棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面には、例えばセラミック材料、樹脂材料等で形成されたリング状の駆動子１３が取付けられる。
【００１７】
この駆動子１３は、２個の積層型圧電素子１１に位相の異なる交番電圧が印加されて棒状弾性体１０に縦振動及び捻り振動が同時に励起されると、その縦振動以外の不要な屈曲振動成分が取除かれた状態で楕円振動が励起される。
【００１８】
この積層型圧電素子１１は、例えば内部電極が焼結時の温度に耐えうる銀パラジウム等の高融点な導電性材料を、例えばスクリーン印刷等の手法により形成され、厚さ寸法が１０〜２００μｍ程度の圧電材料が１０ｍｍ程度の寸法に積層されて形成される。
【００１９】
また、上記回転軸１２には、ロータを構成する被駆動体１４が回転自在に挿通された後、ばね部材１５、ばね押さえ部材１６が順に挿着され、例えば先端部に設けた螺子部（図示せず）にナット部材１７が螺着される。これにより、被駆動体１４は、ナット部材１７の螺合調整により、ばね押さえ部材１６がばね部材１５のばね力を可変させることで、２個の駆動子１３の各接触面に対する圧接力が調整される。
【００２０】
上記構成において、棒状弾性体１０は、その２個の積層型圧電素子１１に対して位相の異なる交番電圧が印加されると、縦振動と捻り振動が同時に励起され、駆動子１３に楕円振動が励起される。この際、棒状弾性体１０は、捻り振動周波数領域に屈曲振動が発生すると、その凹部９が、図５に示すように振動緩衝作用を奏して屈曲振動による変位を低減させて、捻り振動共振周波数と縦振動共振周波数の一致を図る。
【００２１】
これにより、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面に配した駆動子１３は、不要な屈曲振動の影響を受けることなく、安定した楕円振動が励起され、該楕円振動を駆動力として圧接配置される被駆動体１４を所望の摺動特性で回転駆動する。これにより、高効率な摺動特性が得られて、高いモータ効率を得ることができる。
【００２２】
このように、上記超音波モータは、棒状弾性体１０の側面に凹部９を積層型圧電素子１１に対応して設け、この凹部９で棒状弾性体１０の捻り振動の励起による捻り振動以外の不要な屈曲振動による変位を低減して、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数との一致を図るように構成した。
【００２３】
これによれば、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面の駆動子１３に高精度で安定した楕円振動を励起することができることにより、高効率な摺動特性が得られるため、モータ効率の向上が図れる。
【００２４】
また、上記実施の形態では、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１に配した凹部９を一つの溝構造として構成した場合について説明したが、この発明は、これに限ることなく、その他、例えば図６乃至図１０に示すように凹部９１〜９５を構成するようにしてもよく、同様の効果が期待される。但し、この図６乃至図１０に示す各実施の形態においては、上記図１乃至図５に示す構成と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
図６に示す凹部９１は、複数個の溝９１１を、隔壁９１２を用いて幅間隔を有して並設して構成した。
【００２６】
図７に示す凹部９２は、複数個の溝９２１を、隔壁９２２を用いて異なる幅間隔を有して並設して構成した。
【００２７】
図８に示す凹部９３は、複数個の溝９３１を、例えば両面が先端方向に傾斜されて、先端方向に尖った隔壁９３２を用いて所定の幅間隔に並設して構成した。
【００２８】
図９に示す凹部９４は、複数個の溝９４１を、例えば両面が先端方向に傾斜されて、先端方向に尖った隔壁９４２を用いて異なる幅間隔に並設して構成した。
【００２９】
図１０に示す凹部９５は、複数個の溝９５１を、例えば一方面のみが先端方向に傾斜されて、先端方向に尖った隔壁９５２を用いて異なる幅間隔に並設して構成した。
【００３０】
なお、この図１０に示す凹部９５の複数個の溝９５１を構成する隔壁９５２の隔壁構造は、上記図８及ぶ図９に示す凹部９３，９４における隔壁９３２，９４２おいても適用してもよい。
【００３１】
また、上記各実施の形態では、棒状弾性体１０を円柱状に形成して構成した場合について説明したが、これに限ることなく、角柱形状に形成して構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。
【００３２】
さらに、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、例えば上記棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１に形成した凹部９（９１，９２，９３，９４，９５）にゴム材や樹脂材等の緩衝機能を奏する振動減衰材を埋設するようにしてもよい。これによれば、さらに良好な緩衝効果を期待することができる。
【００３３】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、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における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００３４】
例えば実施の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が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施の形態に係る超音波モータの要部構成を説明するために示した平面図である。
【図２】図１を側面側から見た状態を示した平面図である。
【図３】図１の棒状弾性体に励起される縦振動及び捻り振動モードを説明するために示した平面図である。
【図４】図１の棒状弾性体に発生する屈曲振動を説明するために示した平面図である。
【図５】図１の凹部の作用を説明するために要部を拡大して示した平面図である。
【図６】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの要部構成を拡大して示した一部断面図である。
【図７】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの要部構成を拡大して示した一部断面図である。
【図８】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの要部構成を拡大して示した一部断面図である。
【図９】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの要部構成を拡大して示した一部断面図である。
【図１０】この発明の他の実施の形態に係る超音波モータの要部構成を拡大して示した一部断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
９…凹部、１０…棒状弾性体、１０１…第１の弾性部、１０２…第２の弾性部、１０３…溝部、１１…積層型圧電素子、１２…回転軸、１３…駆動子、１４…被駆動体、１５…ばね部材、１６…ばね押さえ部材、１７…ナット部材、９１，９２，９３，９４，９５…凹部、９１１，９２１，９３１，９４１，９５１…溝、９１２，９２２，９３２，９４２，９５２…隔壁。
【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】
2010142092.tif 000009
【図８】
2010142092.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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