(57)【要約】【課題】この発明は、簡易な構成で、モータ摺動特性の向上と共に、縦振動共振周波数と捻り共振周波数の一致を図り得るようにして、モータ効率の向上を実現した超音波モータを提供することにある。【解決手段】側面に２個の積層型圧電素子１１が対向されて配置された棒状弾性体１０の端面に対して、複数個、例えば２個の駆動子１３を環状に分離配置し、積層型圧電素子１１を用いて棒状弾性体１０に縦振動と捻り振動とを同時に励起させ、２個の駆動子１３に楕円振動を励起させて被駆動体１４を摩擦駆動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】
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、
前記駆動子は、複数個が前記棒状弾性体の端面に環状に分離されて設けたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記駆動子は、４個が所定の間隔を有して分離配置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】
前記駆動子には、２個が所定の間隔を有して分離配置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４】
前記駆動子は、前記棒状弾性体の端面上における前記２個の積層型圧電素子を結ぶ線上と直交する線上に対向配置されることを特徴とする請求項３記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記駆動子は、前記被駆動体の回転方向が該被駆動体の径方向に比して長く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。
【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】
しかしながら、上記超音波モータでは、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、積層型圧電素子が駆動されて棒状弾性体に縦振動及び捻り振動が同時に励起されると、その捻り振動の共振周波数に屈曲振動の周波数成分が混入し、駆動子に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。
【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、モータ摺動特性の向上と共に、縦振動共振周波数と捻り共振周波数の一致を図り得るようにして、モータ効率の向上を実現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、前記駆動子を複数個、前記棒状弾性体の端面に環状に分離配置して構成した。
【０００８】
上記構成によれば、被駆動体は、駆動子との接触面積が小さくなることにより、縦・捻り振動以外の不要な屈曲振動成分の影響が軽減されて、該駆動子との接触状態が安定化される。そして、駆動子の弾性係数が小さくなることにより、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数の一致を図ることが可能となる。従って、摺動特性が向上されて、モータ効率の向上が図れる。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、モータ摺動特性の向上と共に、縦振動共振周波数と捻り共振周波数の一致を図り得るようにして、モータ効率の向上を実現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】
【００１０】
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。
【００１１】
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、側面側から見た状態を示し、図２は、棒状弾性体１０を端面側から見た状態を示す。
【００１２】
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。
【００１３】
また、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、複数個、例えば２個の駆動子１３が、上記２個の積層型圧電素子１１を、結ぶ端面上における線に対して略直交する線上に対向する如く分離されて環状に配置される（図２参照）。
【００１４】
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。
【００１５】
上記駆動子１３は、例えばセラミック材料、樹脂材料で、例えば径方向が周方向に比して幅狭に形成され、その接触面積を小さくして、その弾性係数が小さくなるように設定されている。そして、この２個の駆動子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。
【００１６】
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。
【００１７】
上記構成により、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。すると、駆動子１３は、楕円振動を駆動力として圧接配置される被駆動体１４を回転駆動する。
【００１８】
ここで、被駆動体１４は、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面上における２個の積層型圧電素子１１を結ぶ線と直交する直線上に対向配置された２個の駆動子１３に対して摩擦駆動に影響の無い範囲の小さな接触面積で該駆動子１３に圧接され、該積層型圧電素子１１で励起される縦振動以外の不要な屈曲振動成分の影響を受けることなく、駆動子との安定した接触が維持される。同時に、被駆動体１４は、駆動子１３の接触面積が小さく、弾性係数が小さいことにより、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１との間の縦振動の遮断が図れて、縦振動共振周波数が安定化され、この点からも安定した摩擦駆動が行われる。
【００１９】
このように、上記超音波モータは、側面に２個の積層型圧電素子１１が対向されて配置された棒状弾性体１０の端面に対して、複数個、例えば２個の駆動子１３を環状に分離配置し、積層型圧電素子１１を用いて棒状弾性体１０に縦振動と捻り振動とを同時に励起させ、２個の駆動子１３に楕円振動を励起させて被駆動体１４を摩擦駆動するように構成した。
【００２０】
これによれば、被駆動体１４と、駆動子１３との間における小さな接触面積が得られると共に、積層型圧電素子１１で励起される縦振動以外の不要な屈曲振動成分の影響を受けることなく、２個の駆動子１３との安定した接触が可能となる。そして、駆動子１３の弾性係数が小さいことにより、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数の一致を図ることが可能となるため、その摺動特性が向上されて、モータ効率の向上を図ることができる。
【００２１】
また、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及び図５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及び図５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。
【００２２】
この実施の形態では、４個の駆動子１３を、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面に環状に分離して配置するように構成した。この場合には、２個の駆動子１３が図１及び図２と同様に配置され、後の２個の駆動子１３が積層型圧電素子１１上の端面に環状に分離配置される。この４個の駆動子１３は、例えば同様に径方向が周方向に比して幅狭に形成され、その接触面積を小さくして、その弾性係数が小さくなるように設定されている。
【００２３】
上記構成により、被駆動体１４は、棒状弾性体１０の第１の弾性部１０１の端面上における２個の積層型圧電素子１１を結ぶ線に対向配置した２個の駆動子１３と、該線上と直交する直線上に対向配置した２個の駆動子１３に対して摩擦駆動に影響の無い範囲の小さな接触面積で該駆動子１３に圧接され、駆動子１３の接触面に発生する縦振動・捻り振動による楕円振動が均等に発生され、該駆動子１３との安定した接触が実現される。そして、被駆動体１４は、同様にその駆動子１３との接触面積が小さく、弾性係数も小さいことにより、棒状弾性体１０との間の縦振動の遮断が図れて、縦振動共振周波数が安定化され、摺動特性が向上されて、縦振動共振周波数と捻り振動共振周波数の一致を得ることができる。
【００２４】
なお、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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】
【００２７】
【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の棒状弾性体の端面の配置構成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】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平面図である。
【図５】図１の棒状弾性体の端面の配置構成を示した平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
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。
【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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