(57)【要約】【課題】  回転体を回転駆動する圧電モーターにおいて、回転の方向が変化する場合でも効率的な駆動を実現する【解決手段】  回転軸を中心として正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転する回転体と、振動するアクチュエーターであって、前記アクチュエーターの一部が前記回転体と当接することにより前記回転体を回転させるアクチュエーターと、を備える圧電モーターであって、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化する。【選択図】  図１
2014003736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転する回転体と、
振動するアクチュエーターであって、前記アクチュエーターの一部が前記回転体と当接することにより前記回転体を回転させるアクチュエーターと、
を備える圧電モーターであって、
前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化する、ことを特徴とする圧電モーター。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電モーターであって、
前記アクチュエーターを前記回転体の方向に付勢する付勢部を有し、
前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記付勢部によって前記アクチュエーターが付勢される量が異なる、ことを特徴とする圧電モーター。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電モーターであって、
前記付勢部は、形状記憶合金で形成されたばねを有し、
前記ばねを加熱することにより、前記ばねが前記アクチュエーターを前記回転体の方向に付勢するように変形する、ことを特徴とする圧電モーター。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電モーターであって、
前記アクチュエーターは、所定の電圧信号を印加されることによって振動し、
前記付勢部に設けられた前記ばねのうち、前記回転体を回転させる際に前記アクチュエーターが前記回転体から受ける反作用と対向する方向に前記アクチュエーターを付勢するばねを介して、前記アクチュエーターに前記所定の電圧信号が印加される、ことを特徴とする圧電モーター。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の圧電モーターであって、
前記付勢部は、前記アクチュエーターの重心位置よりも高い位置を付勢する、ことを特徴とする圧電モーター。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電モーターであって、
前記アクチュエーターが前記回転体と当接する際に、前記アクチュエーターの長手方向が、前記回転体が回転する方向に傾く、ことを特徴とする圧電モーター。
【請求項７】
振動するアクチュエーターの一部が当接することにより、回転軸を中心として回転体を正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転させることと、
前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化することと、
を有する圧電モーター駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電モーター及び圧電モーター駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動する素子（例えば圧電素子）を備えるアクチュエーターによって回転体（被駆動体）を回転駆動させる駆動装置として、圧電モーターが知られている。一般的な圧電モーターでは、回転体とアクチュエーターとの位置関係等を適正に設定する事によって、効率的に回転体を駆動させることができる。例えば特許文献１では、アクチュエーターを振動させる際に、該アクチュエーターと回転体との当接部が所定の角度をなすように、アクチュエーターの設置位置や姿勢を調整することによって、高い駆動効率で圧電モーターを駆動する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法によれば、回転体が所定の方向（正転方向とする）に回転する場合に、良好な条件にて圧電モーターを駆動することができる。しかし、圧電モーターは用途に応じて駆動方向が変更され、所定の方向（正転方向）と反対の方向（逆転方向とする）に回転駆動される場合がある。逆転方向の回転を行うと、回転体を駆動する際にアクチュエーターに作用する反力が正転方向の回転の場合と異なるため、アクチュエーターの設置位置や姿勢がずれやすくなる。そのため、回転駆動時の回転方向が変化すると、効率的な駆動が行えなくなったり、圧電モーターの耐久性が低下したりするおそれがある。
【０００５】
本発明は、回転体を回転駆動する圧電モーターにおいて、回転の方向が変化する場合でも効率的な駆動を実現することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、回転軸を中心として正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転する回転体と、振動するアクチュエーターであって、前記アクチュエーターの一部が前記回転体と当接することにより前記回転体を回転させるアクチュエーターと、を備える圧電モーターであって、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化する、ことを特徴とする圧電モーターである。  
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】圧電モーター１の分解斜視図である。
【図２】圧電モーター１の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、アクチュエーター１０の動作を表す平面図である。
【図５】アクチュエーター１０の動作によって回転体４１を回転させる方法について説明する図である。
【図６】アクチュエーターと回転体との当接角度について説明する図である。
【図７】圧電モーター１を駆動する際のアクチュエーター１０の姿勢の変化について説明する図である。
【図８】第１実施形態で、回転体４１を回転させる際にアクチュエーター１０に働く力について説明する図である。
【図９】第２実施形態における圧電モーター１の平面図である。
【図１０】第２実施形態における圧電モーター１の側面図である。
【図１１】第３実施形態における圧電モーター１の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【０００９】
回転軸を中心として正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転する回転体と、振動するアクチュエーターであって、前記アクチュエーターの一部が前記回転体と当接することにより前記回転体を回転させるアクチュエーターと、を備える圧電モーターであって、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化する、ことを特徴とする圧電モーター。  
このような圧電モーターによれば、回転体（被駆動部）を回転駆動する際に、回転の方向が変化する場合でも効率的な駆動を実現することができる。
【００１０】
かかる圧電モーターであって、前記アクチュエーターを前記回転体の方向に付勢する付勢部を有し、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記付勢部によって前記アクチュエーターが付勢される量が異なることが望ましい。  
このような圧電モーターによれば、圧電モーターの回転方向が変化する場合でも、その回転方向に対応してアクチュエーターの姿勢の変動を小さくすることにより、効率的な駆動を実現することができる。
【００１１】
かかる圧電モーターであって、前記付勢部は、形状記憶合金で形成されたばねを有し、前記ばねを加熱することにより、前記ばねが前記アクチュエーターを前記回転体の方向に付勢するように変形することが望ましい。  
このような圧電モーターによれば、形状記憶合金製のばねの発熱による伸びでアクチュエーターの付勢量を変化させることから、当該ばね以外に別途の付勢手段を設けることなく、アクチュエーターの姿勢を調整することができる。
【００１２】
かかる圧電モーターであって、前記アクチュエーターは、所定の電圧信号を印加されることによって振動し、前記付勢部に設けられた前記ばねのうち、前記回転体を回転させる際に前記アクチュエーターが前記回転体から受ける反作用と対向する方向に前記アクチュエーターを付勢するばねを介して、前記アクチュエーターに前記所定の電圧信号が印加されることが望ましい。  
このような圧電モーターによれば、複雑な制御が不要であり、装置の構成を簡易化してコストを低く抑えることができる。
【００１３】
かかる圧電モーターであって、前記付勢部は、前記アクチュエーターの重心位置よりも高い位置を付勢することが望ましい。  
このような圧電モーターによれば、回転体の周面に対してアクチュエーターを垂直に近い角度で当接させることができるようになる。また、両者が当接する際の摩擦力が大きくなり、より大きなトルクを発生させることができる。
【００１４】
かかる圧電モーターであって、前記アクチュエーターが前記回転体と当接する際に、前記アクチュエーターの長手方向が、前記回転体が回転する方向に傾くことが望ましい。  
このような圧電モーターによれば、単純な構成でアクチュエーターの姿勢を変化させ、効率的な駆動を実現することができる。回転体の回転方向があまり変化しない場合には、特に有効である。
【００１５】
また、振動するアクチュエーターの一部が当接することにより、回転軸を中心として回転体を正転方向及び該正転方向とは反対の逆転方向に回転させることと、前記アクチュエーターが前記回転体を前記正転方向に回転させる場合と前記逆転方向に回転させる場合とで、前記回転体と相対する前記アクチュエーターの姿勢が変化することと、を有する圧電モーター駆動方法が明らかとなる。
【００１６】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
第１実施形態では、圧電アクチュエーターを用いて回転体（被駆動部）を回転駆動させる圧電モーター１について説明する。
【００１７】
＜圧電モーター１の基本的構成＞
図１は、圧電モーター１の分解斜視図である。図２は、圧電モーター１の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を表す断面図である。また、説明のため、図に示されるようなＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標軸を設定する。Ｚ軸は鉛直方向（図１において上向きの方向）であり、Ｘ軸はＺ軸に対して垂直な方向であり、Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸に垂直な方向であるものとする。
【００１８】
本実施形態の圧電モーター１は、アクチュエーター１０と、被駆動部４０と、付勢部５０と、装置本体６０とを有する。
【００１９】
（アクチュエーター１０）
アクチュエーター１０は、振動部材（導体平板）２０及び振動部材２０の両面にそれぞれ接着された圧電素子３０を備える。
【００２０】
振動部材２０は略長方形の板状部材２１と、板状部材２１の長手方向（図１でＹ軸方向）の一端側に突出するように延設された突起部２２と、板状部材２１の幅方向（図１でＸ軸方向）の両端側に延設された一対の腕部２３を有する。
【００２１】
板状部材２１は金属や樹脂材料によって形成される。本実施形態では、導電性を有するステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成され、後述する２つの圧電素子３０の第１電極３２同士を導通させる共通電極としても機能させている。腕部２３には、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔２３Ａが設けられており（図１参照）、貫通孔２３Ａに挿通させたねじ状の部材を介して詳しくは後述する固定部５２に固定される。すなわち、アクチュエーター１０は、振動部材２０の腕部２３によって固定部５２に固定される。そして、圧電素子３０の振動に応じて、振動部材２０は固定部５２に対して腕部２３を基点としてＸＹ平面上で縦振動及び屈曲振動が可能となるように支持される。縦振動及び屈曲振動の具体的動作については後で説明する。
【００２２】
圧電素子３０は振動部材２０の両面にそれぞれ設けられ、所定の電圧信号を印加されることによって振動する。圧電素子３０は、圧電体層３１と、圧電体層３１の振動部材２０側に設けられた第１電極３２と、圧電体層３１の第１電極３２とは反対側に設けられた第２電極３３とを備える。詳しくは後述するが、圧電素子３０は、長手方向（図１でＹ軸方向）の中央部が縦振動及び屈曲振動における節となっており、長手方向の中央部は比較的変位量が少ない。
【００２３】
圧電体層３１は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるベロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層３１としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル、又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、又はマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等を用いることができる。もちろん、本実施形態の圧電体層３１は、上記した材料に限定されるものではない。
【００２４】
第１電極３２は、圧電体層３１の振動部材２０側の面に亘って連続して設けられた共通電極である。
【００２５】
第２電極３３は、複数の電極（３３１〜３３３）によって構成され、各電極は溝部３４によって互いに電気的に隔離されている。第２電極３３を分割する溝部３４は、第２電極３３を幅方向（図１でＸ軸方向）にほぼ三等分するように形成された長手方向溝部３４Ａと、長手方向溝部３４Ａによって分割された３つの電極のうち幅方向両側の電極を長手方向でほぼ二等分するように形成された幅方向溝部３４Ｂとからなる。第２電極３３は、これら長手方向溝部３４Ａ及び幅方向溝部３４Ｂからなる溝部３４によって、幅方向中央部に長手方向に亘って設けられた縦振動用電極部３３１と、この縦振動用電極部３３１の幅方向両側に、縦振動用電極部３３１を挟んで対角となるように配置されて対をなす２組の屈曲振動用電極部３３２及び３３３との合計５つに分割されている。ここで、圧電素子３０は、第２電極３３の縦振動用電極部３３１が設けられた領域が、圧電素子３０の長手方向（Ｙ軸方向）の縦振動を励起する縦振動励起領域となっている。これに対して、該縦振動励起領域の幅方向両側の屈曲振動用電極部３３２，３３３が設けられた領域が、それぞれ圧電素子３０の幅方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域となっている。以下、縦振動用電極部３３１を電極３３１とも呼び、屈曲振動用電極部３３２及び３３３を電極３３２及び３３３とも呼ぶ。
【００２６】
（被駆動部４０）
被駆動部４０は、回転体４１と回転軸４２とを有し、アクチュエーター１０によって駆動されることにより、回転動力を発生させる。  
回転体４１は円筒（円柱）形の部材であり、回転軸４２によって圧電モーター１の装置本体６０に接続され（図３参照）、回転軸４２を中心としてＸＹ平面上で図２の矢印に示される回転方向に回転する。詳細については後述するが、本実施形態で回転体４１はアクチュエーター１０の突起部２２と当接する際の摩擦力によって回転する。したがって、十分な強度を得られるように回転体４１は金属やセラミック等の硬い材料で形成されることが望ましい。なお、被駆動部４０の回転方向はアクチュエーター１０の動作方向によって変更することが可能である。
【００２７】
（付勢部５０）
付勢部５０は、アクチュエーター１０を被駆動部４０（回転体４１）の方向に向かって所定の力で付勢する。付勢部５０は、固定部５２と、保持部材５３と、スライドピン５４と、ばね部材５５と、導電部５６と、偏心ピン５８とを有する。
【００２８】
固定部５２は、アクチュエーター１０を固定するためのフランジ状の部材であり、図１のようにアクチュエーター１０の腕部２３に対応する位置に一対設けられる。固定部５２のフランジ面はアクチュエーター１０の長手方向（図でＹ軸方向）に沿って伸びた長方形の板状部材であり、フランジ面の中央部付近に固定用孔５２Ａが開いている。固定用孔５２Ａは、振動部材２０の腕部２３に設けられた貫通孔２３Ａと同軸の孔であり、図１に示されるようなネジ状部材を貫通孔２３Ａ及び固定用孔５２Ａに通すことによってアクチュエーター１０が固定部５２に固定される。
【００２９】
保持部材５３は、アクチュエーター１０の幅方向（Ｘ軸方向）両端の固定部５２の間に一体的に設けられる板状の部材であり、装置本体６０に対して付勢部５０をスライド可能に取り付ける。保持部材５３の幅方向（Ｘ軸方向）中央部には、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って縦長のスライド孔５３Ａ、及び、スライド孔５３Ｂが設けられる（図２参照）。スライド孔５３Ａはスライド孔５３Ｂよりも回転体４１に近い位置に設けられ、また、スライド孔５３ＡのＸ軸方向の幅は、スライド孔５３ＢのＸ軸方向の幅よりも狭く形成される。
【００３０】
スライドピン５４はスライド孔５３Ａ及びスライド孔５３Ｂに挿通することによって、保持部材５３を支持する。ここで、スライド孔５３ＡのＸ軸方向の幅は、スライドピン５４の軸径（軸の太さ）とほぼ同等の大きさである。そのため、保持部材５３はＹ軸方向にスライド移動可能に支持される。一方、スライド孔５３ＢのＸ軸方向の幅はスライドピン５４の軸径よりも大きい。そのため、スライド孔５３Ｂにスライドピン５４を挿通することによって、保持部材５３はＹ軸方向にスライド移動可能に支持されるとともに、スライド孔５３Ａの位置を基点としてスライド孔５３Ｂの位置でＸ軸方向にスイング可能に支持される。
【００３１】
ばね部材５５はコイルばね等の弾性部材であり、図２では、アクチュエーター１０を挟んでＸ軸方向の右側にばね５５１を有し、Ｘ軸方向の左側にばね５５２を有する。ばね５５１及び５５２の一端部は、それぞれ固定部５２のフランジ面側面に固定される。また、ばね５５１及び５５２の他端部は、装置本体６０に偏心回転可能に固定された偏心ピン５８の側面に当接するように固定される。図に示されるように、ばね５５１及び５５２は、保持部材５３のスライド方向（すなわち、図のＹ軸方向）に沿って配置されている。そして、Ｙ軸方向に作用する弾性力によってアクチュエーター１０を回転体４１に向かって付勢する。
【００３２】
本実施形態のばね５５１及び５５２は、形状記憶合金によって形成される。ここで、形状記憶合金は、常温時において形状が変形した場合であっても、熱を加えることによって元の形状に戻る導電性を有する金属である。本実施形態で、ばね５５１及び５５２は、共に常温時においてＹ軸方向に縮んだ状態で設置されており、加熱することによってＹ軸方向に伸びてアクチュエーター１０を回転体４１の方向へさらに付勢するように構成される。また、ばね５５１及び５５２は、アクチュエーター１０の圧電素子３０を振動させる為の電圧波形信号を印加する際に電流を流す導電線としての機能を有する。
【００３３】
なお、本実施形態では、ばね部材５５としてコイルばねを用いたが、ばね部材５５は特にこれに限定されず、例えば、板ばね等の弾性部材を用いるようにしてもよい。
【００３４】
導電部５６は、導電性を有する金属等で形成された接続導体５６１及び５６２を有する。接続導体５６１はＸ軸方向の右側の固定部５２のフランジ面に設けられ、接続導体５６２はＸ軸方向の左側の固定部５２のフランジ面に設けられる（図２参照）。接続導体５６１及び５６２は、不図示の電圧波形信号生成部によって生成され、ばね５５１及び５５２を介して伝送される電圧波形信号を、圧電素子３０の電極３３２及び３３３にそれぞれ供給する。
【００３５】
具体的には、図２に示されるように、ばね５５１と接続導体５６１と電極３３２とが接続され、電極３３２を振動させる際には、ばね５５１、接続導体５６１、電極３３２の順に電流が流れる。同様に、ばね５５２と接続導体５６２と電極３３３とが接続され、電極３３３を振動させる際には、ばね５５２、接続導体５６２、電極３３３の順に電流が流れる。
【００３６】
偏心ピン５８は、装置本体６０に対して偏心回転可能に設けられており、偏心ピン５８を偏心回転させることによって、偏心ピン５８の側面と保持部材５３との間隔を変化させて、ばね部材５５による付勢力を調整することができる。
【００３７】
このような付勢部５０によって、アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向（Ｙ軸方向）が回転体４１（回転軸４２）の中心となるように、所定の圧力で回転体４１に付勢される。すなわち、本実施形態のアクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転体４１の径方向になるように配置され、回転体４１の径方向に向かってスライド移動可能に設けられている。したがって、アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転体４１の径方向となるように付勢される。そして、付勢部５０によってアクチュエーター１０の突起部２２を回転体４１に付勢しながら、圧電素子３０に縦振動及び屈曲振動を同時に励振して突起部２２が楕円軌道を描くように駆動することで回転体４１を回転させることができる。
【００３８】
（装置本体６０）
装置本体は、図１〜図３に示されるようにアクチュエーター１０や被駆動部４０、付勢部５０等が固定される基盤である。
【００３９】
＜アクチュエーター１０の動作の説明＞
図４Ａ〜図４Ｃは、本実施形態のアクチュエーター１０の動作を表す平面図であり、図５は、アクチュエーター１０の動作によって回転体４１を回転させる方法について説明する図である。
【００４０】
図４Ａは、アクチュエーター１０の長手方向（Ｙ軸方向）の振動を表す図である。圧電素子３０の縦振動用電極部３３１に所定の電圧信号が印加されると、縦振動用電極部３３１は長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮する。すなわち、ＸＹ平面において縦振動励起領域が長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮することによって、圧電素子３０に長手方向の縦振動を生じさせる。
【００４１】
図４Ｂ及び図４Ｃは、アクチュエーター１０の幅方向（Ｘ軸方向）の振動を表す図である。圧電素子３０の対となる屈曲振動用電極部３３２にそれぞれ所定の電圧信号が印加されると、屈曲振動用電極部３３２はそれぞれ長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮する。同様に、屈曲振動用電極部３３３にそれぞれ所定の電圧信号が印加されると、屈曲振動用電極部３３３はそれぞれ長手方向（Ｙ軸方向）に伸張・収縮する。
【００４２】
図４Ｂでは、圧電素子３０の幅方向で対角となる屈曲振動用電極部３３３（屈曲振動励起領域）をそれぞれ伸張させている。これにより、圧電素子３０が図４Ｂの破線で示されるようなＳ字状に変形する。逆に、図４Ｃでは、屈曲振動用電極部３３３をそれぞれ収縮させている。これにより、圧電素子３０が図４Ｃの破線で示されるような逆Ｓ字状に変形する。この図４Ｂ及び図４Ｃに示す屈曲変形を交互に繰り返させることで、圧電素子３０にＳ字状及び逆Ｓ字状の屈曲振動を生じさせる。屈曲振動用電極部３３２についても同様の動作が行われる。
【００４３】
圧電素子３０において、縦振動励起領域による縦振動と屈曲振動励起領域による屈曲振動とを交互に繰り返させることにより、図５に示すように、アクチュエーター１０の長手方向の端部、すなわち、振動部材２０の突起部２２を、楕円軌道を描くように回転駆動することができる。具体的には、圧電素子３０に、縦方向（長手方向）の伸張、Ｓ字状の屈曲、縦方向の収縮、逆Ｓ字状の屈曲の変形を順次繰り返し行わせることで、突起部２２をＸＹ平面において時計まわり方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。また、圧電素子３０に変形を行わせる際に、屈曲の順番を入れ替えることで、突起部２２をＸＹ平面において反時計まわり方向に楕円軌道を描くように回転駆動することもできる。
【００４４】
なお、本実施形態では、振動部材２０の両面にそれぞれ圧電素子３０が設けられているが（図１及び図３参照）、２つの圧電素子３０は、振動部材２０の面内において同じ縦振動及び屈曲振動を行う。すなわち、２つの圧電素子３０の各縦振動励起領域及び屈曲振動励起領域は、アクチュエーター１０を一方の圧電素子３０の第２電極３３側から平面視した際に重なるように配置されており、平面視した際に重なる領域において同じ伸張・収縮を行わせることで、振動部材２０は面内方向に変形する。
【００４５】
楕円軌道を描くように駆動される突起部２２が付勢部５０によって回転体４１に押し付けられて当接することにより、図５のように回転体４１が回転される。なお、アクチュエーター１０によって回転される回転体４１の回転数は、縦振動及び屈曲振動を行う振動周期による影響が大きく、また、回転体４１のトルクは、付勢部５０によるアクチュエーター１０の回転体４１への付勢力による影響が大きい。
【００４６】
また、回転体４１を回転させる際に、アクチュエーター１０は回転体４１に当接する突起部２２を介して、回転駆動による反作用を受ける。例えば、図５において、突起部２２が時計まわり方向に楕円軌道を描くように回転体４１と当接する場合、回転体４１は反時計まわり方向（正転方向とする）に回転駆動され、アクチュエーター１０（突起部２２）にはその反作用によって反時計まわり方向のモーメントが作用する。したがって、駆動中にアクチュエーター１０と回転体４１との当接角度が変化する場合がある。
【００４７】
図６は、アクチュエーターと回転体との当接角度について説明する図である。図６では、回転体に対してアクチュエーターの突起部が接点Ｐにおいて当接する場合の例について示している。この場合、回転体の外周面上の接線Ｓと、アクチュエーターの突起部の楕円軌道の長軸方向線Ｔとのなす角度がφで表される。ここで、角度φ＝０となる場合、つまり接線Ｓと楕円の長軸方向線Ｔとが一致するように圧電モーターを駆動する場合に、最も高い駆動効率が得られることがわかっている。
【００４８】
図７は、圧電モーター１を駆動する際のアクチュエーター１０の姿勢の変化について説明する図である。本実施形態の圧電モーター１では、アクチュエーター１０の突起部２２の位置と回転体４１の中心位置（回転軸４２の位置）とがＸ軸方向の同じ位置に配置されている（図２参照）。つまり、非駆動状態においてはφ＝０である。一方、回転体を回転させる際にはアクチュエーター１０が反作用によるモーメントを受けるため、図７に示されるように、回転体４１に対してアクチュエーター１０の姿勢が傾く。この場合、アクチュエーター１０と回転体４１との当接角度が変化して角度φが大きくなり、圧電モーター１の駆動効率が低下する。
【００４９】
＜駆動動作時のアクチュエーターの姿勢について＞
上述のような駆動効率の低下を抑制するため、本実施形態では駆動に応じてアクチュエーター１０の姿勢を変化させる。具体的には、回転体４１を正転方向に回転させる場合と、正転方向と逆の逆転方向に回転させる場合とで、回転体４１と相対するアクチュエーター１０の姿勢を変化させる。そして、それぞれの回転方向について、アクチュエーター１０と回転体４１との当接角度が適切になるようにすることで、圧電モーター１を効率的に駆動させる。
【００５０】
図８は、本実施形態において、回転体４１を回転させる際にアクチュエーター１０に働く力について説明する図である。アクチュエーター１０を駆動させる際には、上述のように圧電素子３０に所定の電圧信号を印加して、縦振動用電極及び屈曲振動用電極を伸縮させることによって振動部材２０の突起部２２を楕円運動させる。本実施形態では、回転体４１を反時計回り方向（正転方向）に回転させる際に屈曲振動用電極部３３３を用いてアクチュエーター１０を駆動し、回転体４１を時計回り方向（逆転方向）に回転させる際に屈曲振動用電極部３３２を用いてアクチュエーター１０を駆動する。
【００５１】
回転体４１を正転方向に回転させる場合、図８の太線部で表されるように、アクチュエーター１０の左側に配置されるばね５５２から接続導体５６２を介して屈曲振動用電極部３３３に電圧信号が印加される。すなわち、ばね５５２及び接続導体５６２に電流が流れる。なお、固定部５２は非導電性の材質で形成されているので、当該固定部５２には電流が流れない。
【００５２】
ばね５５２は形状記憶合金製で、常温時において縮んだ状態で設置されているため、電流が流れると発熱して（加熱して）Ｙ軸方向に伸びる。ばね５５２の一端側は偏心ピン５８に固定されているので、ばね５５２（形状記憶合金）が加熱によって伸びると、アクチュエーター１０の左側の固定部５２がＹ軸方向に付勢される。右側のばね５５２から付勢されることによって、アクチュエーター１０にはスライド孔５３Ａ（スライドピン５４）の位置を中心として時計まわり方向のモーメントが発生する。この形状記憶合金の付勢によるモーメントによって、回転体４１を正転方向に回転させる際にアクチュエーター１０に作用する反時計まわり方向のモーメント（駆動時の反作用によるモーメント）が相殺され、回転体４１に対するアクチュエーター１０の当接角度の変化が小さく抑えられる。すなわち、回転体４１の接線Ｓとアクチュエーター１０の突起部２２の楕円軌道の長軸方向線Ｔとがなす角度φが０に近づくように、アクチュエーター１０の姿勢が調整される。
【００５３】
一方、回転体４１を逆転方向に回転させる場合には、アクチュエーター１０の右側に配置されるばね５５１から接続導体５６１を介して屈曲振動用電極部３３２に電圧信号が印加される。したがって、図８の場合と逆に、アクチュエーター１０はばね５５１（形状記憶合金）によってＹ軸方向に付勢される。これにより、反時計まわり方向のモーメントを発生させ、駆動の反作用によるモーメントを相殺してφが０に近づくようにアクチュエーター１０の姿勢が調整される。
【００５４】
つまり、本実施形態では、回転体４１を回転させる際にアクチュエーター１０が回転体４１から受ける反作用と対向する方向に該アクチュエーター１０を付勢するばねを介して、アクチュエーター１０に電圧信号が印加される。当該ばねは電流が流れることで加熱して伸び、その伸び分だけアクチュエーター１０が付勢される。したがって、回転体４１の回転方向に応じて、ばねによってアクチュエーター１０が付勢される量が変化する。
【００５５】
このように、回転体が回転駆動される際の回転方向に応じてアクチュエーターが付勢される量が異なることによって、回転体に相対するアクチュエーターの姿勢も変化する。具体的は、形状記憶合金からなるばねの付勢によるモーメントが、回転体駆動時の反作用によるモーメントを打ち消す方向に働き、アクチュエーターの姿勢の変動を小さくすることができる。そのため、圧電モーターで被駆動部の回転方向が変化する場合でも、その回転方向に対応して効率的な駆動を実現することができる。
【００５６】
また、本実施形態では付勢部に設けられた形状記憶合金製のばねの発熱による伸びで付勢量を変化させることから、当該ばね以外に別途の付勢手段を設ける必要がなく、複雑な制御も不要である。したがって、装置の構成を簡易化し、コストを低く抑えることができる。
【００５７】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態では、アクチュエーターの付勢位置を変更することにより、より効率的な駆動を行なう。
【００５８】
図９は、第２実施形態における圧電モーター１の平面図である。図１０は、第２実施形態における圧電モーター１の側面図である。第２実施形態では、付勢部５０の構成が第１実施形態とは異なる。それ以外の構成は、第１実施形態とほぼ同様である。
【００５９】
第２実施形態の付勢部５０では第１実施形態の固定部５２とは形状の異なる固定部５７が設けられる。固定部５７は、ばね５５１及びばね５５２によって付勢される部分が、ＸＺ平面と平行な板状に形成されている。また、ばね５５１及びばね５５２は、板状部材２１（振動部材２０）よりもＺ軸方向の高い位置に設置される（図１０参照）。したがって、ばね５５１（または、ばね５５２）によってアクチュエーター１０が付勢される際には、該アクチュエーター１０のＺ軸方向の重心位置よりも高い位置が付勢される。本実施形態において、アクチュエーター１０の重心位置とは、振動部材２０及び固定部５７の全体としての重心位置のことである。
【００６０】
＜第２実施形態の動作について＞
アクチュエーター１０を駆動して回転体４１を回転させる際に、駆動の反作用によるモーメントが回転体４１の回転方向と同じ向きに働くことを説明したが、アクチュエーター１０に対して他の方向にも反作用が働く場合がある。図１０の場合、突起部２２が回転体４１と当接する際に、回転体４１からの反作用によって、アクチュエーター１０に対してＹＺ平面上で反時計回り方向のモーメントが発生する。この場合、突起部２２をＺ軸方向の上側に移動させるような力が作用し、アクチュエーター１０の姿勢がＺ軸方向に傾きやすくなるため、駆動効率が悪化するおそれがある。
【００６１】
第２実施形態でアクチュエーター１０を駆動させる際には、第１実施形態と同様にしてばね５５１（またはばね５５２）を介して圧電素子３０に電圧信号が印加される。形状記憶合金製のばね５５１（またはばね５５２）に電流が流れると、ばねが発熱して伸び、アクチュエーター１０をＹ軸方向に付勢する。このとき、本実施形態ではアクチュエーター１０のＺ軸方向の重心位置よりも上側が付勢されるため、アクチュエーター１０に対してＹＺ平面上で時計回り方向のモーメントが発生する。
【００６２】
そして、ばね５５１（またはばね５５２）の付勢による時計回り方向のモーメントによって、駆動の反作用による反時計回り方向のモーメントが打ち消されることで、アクチュエーター１０のＺ軸方向の姿勢の変化が小さくなる。
【００６３】
これにより、回転体４１の周面に対して突起部２２を垂直に近い角度で当接させることができるようになる。また、両者が当接する際の摩擦力が大きくなり、より大きなトルクを発生させることができる。つまり、アクチュエーター１０のＹＺ平面における姿勢の変化を小さくすることで、より効率的な駆動を実現することができるようになる。
【００６４】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第３実施形態では、より簡単な構成で効率的な駆動を行なう。  
図１１は、第３実施形態における圧電モーター１の平面図である。第３実施形態の圧電モーターでは、付勢部５０の構成が前述の各実施形態と異なる。
【００６５】
第３実施形態の付勢部５０では、固定部５２に接続導体５６１及び５６２が備えられていない。また、ばね５５１及びばね５５２の材質を形状記憶合金にする必要はなく、もっと安価な金属や樹脂等を使用することが可能である。そして、本実施形態では、圧電素子３０を振動させるための電圧信号が、ばね５５１及び５５２を介さず、不図示の電圧信号印加用配線によって印加される。すなわち、圧電モーター１の駆動動作中にばね５５１及び５５２には電流が流れない。
【００６６】
また、保持部材５３のスライド孔５３Ａ及び５３Ｂに挿通されるスライドピンがそれぞれ異なる。スライド孔５３Ａに挿通されるスライドピンは第１実施形態のスライドピン５４と同様である（第３実施形態ではスライドピン５４Ａと呼ぶ）。一方、スライド孔５３Ｂに挿通されるスライドピンは、図１１のＸ軸方向に移動可能なスライドピン５４Ｂである。スライドピン５４Ｂの形状はスライドピン５４Ａとほぼ同じであるが、Ｘ軸方向に移動させることにより、スライド孔５３Ａの位置を基点として、保持部材５３をスライド孔５３Ｂの位置でＸ軸方向にスイング可能に支持する。なお、スライドピン５４ＢのＸ軸方向の移動は手動で行ってもよいし、外部から動力を加えることで行ってもよい。
【００６７】
＜第３実施形態の動作について＞
第３実施形態では、回転体４１の回転方向に応じて、スライドピン５４ＢをあらかじめＸ軸方向に移動させて、アクチュエーター１０の姿勢を変更しておく。例えば、回転体４１を正方向（反時計回り方向）に回転させる場合、スライドピン５４Ｂを図１１の左側に移動させておく。スライドピン５４ＡのＸ軸方向の位置が変化しないのに対して、スライドピン５４ＢがＸ軸方向の左側に移動するため、回転体４１に対するアクチュエーター１０の角度が変化する。つまり、アクチュエーター１０が回転体４１と当接する際に、アクチュエーター１０の長手方向が回転体４１の回転する方向に傾くように、該アクチュエーター１０の姿勢を変更する。図１１の場合、振動部材２０の突起部２２が回転体４１に対して右側に傾くような姿勢に変化する。
【００６８】
この状態で駆動を開始すると、突起部２２が時計まわり方向に楕円軌道を描くように動作して回転体４１に当接する。そして、アクチュエーター１０（突起部２２）には駆動の反作用によって反時計回り方向のモーメントが作用する。アクチュエーター１０は右側に傾くような姿勢で設置されているため、当該反作用によってアクチュエーター１０の姿勢をＹ軸と平行にするような力が働く。その結果、回転体４１の接線Ｓとアクチュエーター１０の突起部２２の楕円軌道の長軸方向線Ｔとがなす角度φが０に近づくように、アクチュエーター１０の姿勢が適切に調整される。
【００６９】
逆に、回転体４１の回転方向を逆転方向（時計回り方向）とする場合は、スライドピン５４Ｂを図１１の右側に移動させることで、駆動時におけるアクチュエーター１０の姿勢を適切に調整することができる。
【００７０】
なお、上述の例ではスライドピン５４Ｂを移動させることで回転体４１に対するアクチュエーター１０の長手方向の角度を傾けていたが、その他の構造によって姿勢を変更してもよい。例えば、アクチュエーター１０の側部にＸ軸方向に伸縮するピストンを設け、該ピストンによってスライドピン５４Ｂの位置でアクチュエーター１０をＸ軸方向に押す（もしくは引く）構造とすることもできる。
【００７１】
第３実施形態によれば、スライドピン５４Ｂの位置を変更して、アクチュエーターの長手方向を回転体の回転方向に傾けることによって、効率的な駆動を実現することができる。付勢部５０のばねを介して圧電素子３０に電圧信号を印加する必要がなくなるため、付勢部５０の構成が単純となり、装置全体のコストを低く抑えることもできる。特に、回転体４１の回転方向があまり変化しない場合には、駆動開始前にスライドピン５４Ｂを手動で移動させるだけで対応可能なため、低コストで効率的な駆動を行なう手段として有効である。
【００７２】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としての圧電モーターについて説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１  圧電モーター、
１０  アクチュエーター、
２０  振動部材、２１  板状部材、２２  突起部、２３  腕部、２３Ａ  貫通孔、
３０  圧電素子、３１  圧電体層、３２  第１電極、３３  第２電極、
３３１  縦振動用電極部、３３２・３３３  屈曲振動用電極部、
３４  溝部、３４Ａ  長手方向溝部、３４Ｂ  幅方向溝部、
４０  被駆動部、４１  回転体、４２  回転軸、
５０  付勢部、５２  固定部、５２Ａ  固定用孔、
５３  保持部材、５３Ａ・５３Ｂ  スライド孔、
５４・５４Ａ・５４Ｂ  スライドピン、
５５  ばね部材、５５１・５５２  ばね、５６  導電部、５６１・５６２  接続導体、
５７  固定部、５８  偏心ピン、
６０  装置本体
【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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