(57)【要約】【課題】この発明は、簡易な構成で、且つ、モータ特性の安定化の促進を図り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に縦振動と捻れ振動とを励起し、該棒状弾性体１０の端面に設けられた摩擦子１３に楕円振動を励起させて、摩擦子１３によりロータ１４を回転させる駆動用積層型圧電素子１２を、２個、棒状弾性体１０の溝部１０３を含む第１及び第２の弾性部１０１，１０２の高さ寸法の略中央部に対応する第１の弾性部１０１に配置すると共に、第１の弾性部１０１の高さ寸法の略中央部に共振周波数検出用積層型圧電素子１１を、２個、対向させて配置す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】
第１及び第２の弾性部が溝部を挟んで連設された棒状弾性体の側面に互い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れ振動とを励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた摩擦子に楕円振動を励起させて、前記摩擦子によりロータを回転させる超音波モータであって、
前記積層型圧電素子を、前記溝部を含む第１及び第２の弾性部の高さ寸法の略中央部に対応する前記第１の弾性部に配置し、前記第１の弾性部の高さ寸法の略中央部に共振周波数検出用の第１の積層型圧電素子を配置したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記第１の積層型圧電素子は、前記積層型圧電素子と一体に形成される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】
前記第１の積層型圧電素子は、分極方向が前記捻り振動の方向に設定されている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】
第１及び第２の弾性部が溝部を挟んで連設された棒状弾性体の側面に互い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れ振動とを励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた摩擦子に楕円振動を励起させて、前記摩擦子によりロータを回転させる超音波モータであって、
前記第１の弾性部の高さ寸法の略中央部に共振周波数検出用の第１の積層型圧電素子を配置し、前記溝部を含む第１及び第２の弾性部の高さ寸法の略中央部に対応する前記第１の弾性部に共振周波数検出用の第２の積層型圧電素子を配置し、前記積層型圧電素子を前記第１及び第２の積層型圧電素子の間に配置したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
前記第１及び第２の積層型圧電素子は、少なくとも一方が前記圧電素子と一体に形成されることを特徴とする請求項４記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記第１の積層型圧電素子は、分極方向が捻り振動方向に設定され、前記第２の積層型振動素子は、分極方向が縦振動方向に設定されることを特徴とする請求項４記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記積層型圧電素子は、前記棒状弾性体の軸方向に対して傾斜されて配置されることを特徴とする請求項１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ロータ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、捻り振動に対応して中間部に溝を設けた弾性体の側面に互いに対向させて２個の積層型圧電素子を軸方向に対して傾斜させて配置し、この積層型圧電素子に電圧を印加して縦振動と捻り振動を励起させ、弾性体の端面に配した摩擦子に楕円振動を励起させる。この摩擦子には、ロータがばね部材を介して圧接され、その楕円振動により、ロータを回転駆動する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記超音波モータでは、その使用環境温度の変化や負荷が変動されたりすると、共振周波数が微妙に変化し、モータ特性が不安定となるという問題を有する。
【０００５】
係る不都合は、高精度なモータ特性が強く要請されていることで、重大な課題となっている。
【０００６】
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、且つ、モータ特性の安定化の促進を図り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】
【０００７】
この発明は、第１及び第２の弾性部が溝部を挟んで連設された棒状弾性体の側面に互い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れ振動とを励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた摩擦子に楕円振動を励起させて、前記摩擦子によりロータを回転させる超音波モータを、前記積層型圧電素子を、前記溝部を含む第１及び第２の弾性部の高さ寸法の略中央部に対応する前記第１の弾性部に配置し、前記第１の弾性部の高さ寸法の略中央部に共振周波数検出用の第１の積層型圧電素子を配置して構成した。
【０００８】
上記構成によれば、棒状弾性体は、積層型圧電素子により縦振動と捻り振動が励起されて、摩擦子に楕円振動が励起され、ロータを回転駆動すると共に、第１の積層型圧電素子の出力より、その捻り振動が検出される。この第１の積層型圧電素子で検出した捻り振動に基づいて共振周波数の変化が判定され、この共振周波数の変化に基づいて上記積層型圧電素子が駆動制御される。
【０００９】
従って、環境温度の変化や、負荷の変動に影響を受けることなく、安定した高精度なモータ特性を確保することが可能となる。
【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、且つ、モータ特性の安定化の促進を図り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、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、その全長（全高さ）Ｌ寸法が縦振動共振周波数に対応するように形成される（図２参照）。そのうち第１の弾性部１０１は、その長さ（高さ）ｌ寸法が捻れ振動共振周波数に対応され、その捻れ振動の節及び縦振動の節に対応して軸方向に対して所定の傾斜角を有する第１及び第２の凹部１０４，１０５が、２個（組）側面に互いに対向して設けられる。
【００１３】
この第１及び第２の凹部１０４，１０５には、共振周波数検出用及び駆動用積層型圧電素子１１，１２が収容されて取付けられる。この積層型圧電素子１１，１２は、例えばジルコン酸チタン酸鉛等の厚さ１０〜２００μｍ程度の圧電材料に、圧電材料の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が厚さ２〜２．５μｍ程度にスクリーン印刷等の手法により形成された物が、例えば第１及び第２の凹部の傾斜角に対応するように積層されて分極方向が図１中矢印方向に設定されることで形成される。
【００１４】
また、上記棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面には、耐摩耗性樹脂材料等で形成した摩擦子１３が固着され、この摩擦子１３を挟んで回転体であるロータ１４が回転軸１０６を介して回転自在に対向配置される。このロータ１４は、セラミックス、アルミナや、メッキ、焼入れ処理を施した金属材料で形成され、その上面には、ばね部材１５の一端が係着される。このばね部材１５は、その他端が係止部材１６にロータ１４を摩擦子１３に対して回転可能に圧接するように係着される。これにより、ロータ１４は、摩擦子１３に後述するように楕円振動が励起されると、該摩擦子１３により回転力が伝達され、棒状弾性体１０に対して回転駆動される。
【００１５】
上記共振周波数検出用積層型圧電素子１１は、図示しない検出部に接続され、上記駆動用積層型圧電素子１２は、図示しない駆動制御部に接続される。共振周波数検出用積層型圧電素子１１は、駆動用積層型圧電素子１２が駆動されて棒状弾性体１０に縦振動（図２（ａ）参照）及び捻り振動（図２（ｂ）（ｃ）参照）が励起されて摩擦子１３が楕円振動を励起すると、その捻り振動に伴う出力信号を上記検出部（図示せず）に出力する。ここで、共振周波数検出用積層型圧電素子１１は、進行方向への力を生み出す棒状弾性体１０の捻り振動の節となる第１の弾性部１０１のｌ／２寸法の位置の位置に配置されることで、最も応力が集中する最大の位置で振動状態を高感度に検出することができる。検出部（図示せず）は、入力した共振周波数検出用積層型圧電素子１１の出力信号に基づいて共振周波数の変化を判定する。
【００１６】
なお、上記共振周波数検出用積層型圧電素子１１及び駆動用積層型圧電素子１２は、別体に形成することなく、例えば図３に示すように２領域の圧電活性領域を有するように一体的に形成して、この一体形成したものを、２個、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１に配置するように構成するようにしてもよい。
【００１７】
上記構成により、駆動用積層型圧電素子１２は、上記駆動制御部（図示せず）を介して位相差のことなる交番信号が印加されて駆動される。すると、棒状弾性体１０は、その第１及び第２の弾性部１０１，１０２に縦振動が励起されると共に、第１の弾性体に捻り振動が励起され、摩擦子１３に楕円振動が励起される。ここで、摩擦子１３は、その楕円振動を駆動力としてロータ１４を棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面において回転駆動させる。
【００１８】
同時に、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１に配した共振周波数検出用積層型圧電素子１１は、第１の弾性部１０１の捻り振動に伴う出力を上記検出部（図示せず）に出力する。この検出部（図示せず）は、その捻り振動に伴う出力に基づいて共振周波数の変化を判定する。この共振周波数の変化に基づいて上記駆動制御部（図示せず）は、上記駆動用積層型圧電素子１２を駆動制御する。これにより、棒状弾性体１０は、環境温度の変動や負荷の変化に伴う共振周波数の変化の影響を受けることなく、高精度な楕円振動の励起が実現される。
【００１９】
このように、上記超音波モータは、棒状弾性体１０に縦振動と捻れ振動とを励起し、該棒状弾性体１０の端面に設けられた摩擦子１３に楕円振動を励起させて、摩擦子１３によりロータ１４を回転させる駆動用積層型圧電素子１２を、２個、棒状弾性体１０の溝部１０３を含む第１及び第２の弾性部１０１，１０２の高さ寸法の略中央部に対応する第１の弾性部１０１に対向させて配置すると共に、第１の弾性部１０１の高さ寸法の略中央部に共振周波数検出用積層型圧電素子１１を、２個、対向させて配置するように構成した。
【００２０】
これによれば、棒状弾性体１０は、駆動用積層型圧電素子１２により縦振動と捻り振動が励起されて、摩擦子１３に楕円振動が励起され、ロータ１４を回転駆動すると共に、共振周波数検出用積層型圧電素子１１の出力より、その捻り振動が検出される。この共振周波数検出用積層型圧電素子１１で検出した捻り振動に基づいて共振周波数の変化が判定され、この共振周波数の変化に基づいて上記駆動用積層型圧電素子１２が駆動制御される。
【００２１】
この結果、環境温度の変化や、負荷の変動に影響を受けることなく、安定した高精度なモータ特性を確保することが可能となる。
【００２２】
なお、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、例えば図４乃至図７に示すように構成してもよく、同様の効果が期待される。但し、この図４乃至図７に示す各実施の形態においては、上記図１乃至図３に示す実施の形態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。
【００２３】
図４に示す実施の形態では、共振周波数検出用第１の積層型圧電素子１１１を、２個、棒状弾性体１０の捻り振動の節となる第１の弾性部のｌ／２寸法の位置に対向して配置し、共振周波数検出用第２の積層型圧電素子１１２を、２個、縦振動の節となる棒状弾性体１０のＬ／２寸法となる第１の弾性部１０１に対向して配置して構成した。そして、この共振周波数検出用の第１及び第２の積層型圧電素子１１１，１１２の中間部には、２個の駆動用積層型圧電素子１２が所定の間隔を有して対向配置される。
【００２４】
上記構成により、共振周波数検出用第１の積層型圧電素子１１１の出力に基づいて捻り振動に伴う出力より駆動方向の振動を検出し、共振周波数検出用第２の積層型圧電素子１１２で縦振動に伴う出力より摩擦力制御方向の振動を検出して、共振周波数検出用第１の積層型圧電素子１１１の出力に対して共振周波数検出用第２の積層型圧電素子１１２の出力を考慮して共振周波数の変化を検出する。これにより、共振周波数の変化の高精度な検出が可能となり、さらに良好な効果が期待される。
【００２５】
そして、この実施の形態においても、図５に示すように共振周波数検出用第１及び第２の積層型圧電素子１１１，１１２と、上記駆動用積層型圧電素子１２とを一体的に３領域の圧電活性領域を有するように形成して棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１に設けるように構成してもよい。
【００２６】
また、図６に示す実施の形態では、共振周波数検出用積層型圧電素子１１を２個、棒状弾性体１０の捻り振動の節となる第１の弾性部１０１のｌ／２寸法の位置に対向させて、その分極方向がねじり振動方向となるように配置して構成した。
【００２７】
これにより、共振周波数検出用積層型圧電素子１１の出力の向上が図れて、その検出精度が高められるため、さらに良好な効果が期待される。この場合には、駆動用積層型圧電素子１２は、２個が、上述したように縦振動の節に対応して軸方向に対して所定の傾斜角を有して配置される。
【００２８】
さらに、図７に示す実施の形態では、上述した図４に示す実施の形態における共振周波数検出用第１の積層型圧電素子１１１を２個、棒状弾性体１０の捻り振動の節となる第１の弾性部１０１のｌ／２寸法の位置に対向させて、その分極方向が捻り振動方向となるように配置し、且つ、共振周波数検出用第２の積層型圧電素子１１２を２個、縦振動の節となる棒状弾性体１０のＬ／２寸法の位置となる第１の弾性体１０１に対向させて、その分極方向が縦振動方向となるように配置して構成した。
【００２９】
これにより、共振周波数検出用第１及び第２の積層型圧電素子１１１，１１２の出力の向上が図れて、その検出精度が高められるため、さらに良好な効果が期待される。この場合には、２個の駆動用積層型圧電素子１２は、２個が、共振周波数検出用第１の積層型圧電素子１１１と第２の積層型圧電素子１１２との間に上述したように軸方向に対して所定の傾斜角を有して配置される。
【００３０】
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。また、上記実施の形態では、駆動及び振動検出に用いる圧電素子を積層型としたが、単板で形成することも可能である。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。
【００３１】
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】
【００３２】
【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構成図である。
【図２】図１の棒状弾性体に励起される振動状態を説明するために示した動作説明図である。
【図３】図１の変形例を説明するために示した構成図である。
【図４】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説明するために示した構成図である。
【図５】図４の変形例を説明するために示した構成図である。
【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説明するために示した構成図である。
【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説明するために示した構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…棒状弾性体、１０１…第１の弾性部、１０２…第２の弾性部、１０３…溝部、１０４，１０５…第１及び第２の凹部、１０６…回転軸、１１…共振周波数検出用積層型圧電素子、１１１，１１２…共振周波数検出用第１及び第２の積層型圧電素子、１２…駆動用積層型圧電素子、１３…摩擦子、１４…ロータ、１５…ばね部材、１６…係止部材。
【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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