(57)【要約】【課題】  駆動点の垂直方向成分と進行方向成分の変位と振動速度を別々に制御することを可能にする超音波モータを提供すること。【解決手段】  摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用圧電材料と、上記押圧方向振動成分用圧電材料とは別に配置され進行方向に変位する進行方向振動成分圧電材料と、を具備し、それによって、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する振動成分と、超音波モータの進行方向に変位する振動成分を別々に励振することが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用圧電材料と、
上記押圧方向振動成分用圧電材料とは別に配置され進行方向に変位する進行方向振動成分用圧電材料と、
を具備したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波モータにおいて、
上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料は平板状の弾性体の両面又は片面に設けられていて一体化されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
請求項１記載超音波モータにおいて、
上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料は二重モード振動子であることを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】
請求項２記載の超音波モータにおいて、
上記弾性体はＴ字形状をなしていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
請求項２記載の超音波モータにおいて、
上記弾性体はＬ字形状をなしていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項６】
請求項２記載の超音波モータにおいて、
上記弾性体は幅狭部と幅広部を備えていて、上記幅広部の両面又は片面に上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料を夫々別々に備えているものであることを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】
請求項６記載の超音波モータにおいて、
上記幅広部は長方形をなしていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項８】
請求項６記載の超音波モータにおいて、
上記幅広部はリング形状をなしていることを特徴とする超音波モータ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに係り、特に、摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分と進行方向に変位する進行方向振動成分とを独立して駆動制御することができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、圧電素子の逆圧電効果を利用して得られた機械的変位と力を、離散的または連続的な回転又は直線運動に変換するものである。これを図６を参照して詳細に説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ラジアル振動を引き起こす「（Ｒ，１）−ｍｏｄｅ」がある。これが摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分である。これに対して、図６（ｂ）に示すように、面内での屈曲振動を引き起こす「（（１，１））−ｍｏｄｅ」のモードがある。これが進行方向に変位する進行方向振動成分である。そして、上記押圧方向振動成分と進行方向振動成分とによって、図６（ｃ）に示すように、Ａ点に楕円の軌跡を描かせる。そこに図示しない駆動ガイドを接触させることによって回転又は直線運動に変換するものである。
【０００３】
この種の超音波モータを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６０１５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１８７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成によると次のような問題があった。すなわち、従来の超音波モータにおいては、図６（ａ）に示した「（Ｒ，１）−ｍｏｄｅ」と図６（ｂ）に示した「（（１，１））−ｍｏｄｅ」を別々に駆動制御できないという問題があった。すなわち、駆動点における押圧方向振動成分と進行方向成分の変位と振動速度を別々に駆動制御することができないものである。
【０００６】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、駆動点の押圧方向振動成分と進行方向振動成分の変位と振動速度を別々に制御することを可能にする超音波モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するべく本願発明の請求項１による超音波モータは、摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用圧電材料と、上記押圧方向振動成分用圧電材料とは別に配置され進行方向に変位する進行方向振動成分用圧電材料と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２による超音波モータは、請求項１記載の超音波モータにおいて、  上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料は平板状の弾性体の両面又は片面に設けられていて一体化されていることを特徴とするものである。
又、請求項３による超音波モータは、請求項１記載超音波モータにおいて、  上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料は二重モード振動子であることを特徴とするものである。
又、請求項４による超音波モータは、請求項２記載の超音波モータにおいて、  上記弾性体はＴ字形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項５による超音波モータは、請求項２記載の超音波モータにおいて、  上記弾性体はＬ字形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項６による超音波モータは、請求項２記載の超音波モータにおいて、  上記弾性体は幅狭部と幅広部を備えていて、上記幅広部の両面又は片面に上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料を夫々別々に備えているものであることを特徴とするものである。
又、請求項７による超音波モータは、請求項６記載の超音波モータにおいて、  上記幅広部は長方形をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項８による超音波モータは、請求項６記載の超音波モータにおいて、  上記幅広部はリング形状をなしていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように本願発明による超音波モータは、摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用圧電材料と、上記押圧方向振動成分用圧電材料とは別に配置され進行方向に変位する進行方向振動成分用圧電材料と、を具備した構成になっているので、まず、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する振動成分と、超音波モータの進行方向に変位する振動成分を別々に励振することが可能となる。
又上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料を平板状の弾性体の両面又は片面に設けて一体化させる構成とした場合には、比較的簡単な構成で所望の構成をなす超音波モータを得ることができる。
又、上記押圧方向振動成分用圧電材料と上記進行方向振動成分用圧電材料を二重モード振動子とした場合には、各圧電材料が動作するときの負荷を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。本実施の形態は本発明による超音波モータをリニアモータに適用した例を示すものである。
図１はリニアモータの構成を示す横断面図である。まず、固定子としてのベース１があり、このベース１上にはクロスローラガイド３、３を介して可動子としてのスライダ５が紙面に直交する方向に移動可能に設置されている。
【００１０】
上記スライダ５はベース１側に設置されている超音波モータ７によって駆動されるものである。上記超音波モータ７は、上記ベース１上に支持台９を介して設置されている。又、上記スライダ５側には駆動用ガイド１１が取り付けられている。又、上記超音波モータ７の図１中左側には、加圧用スプリング１３が支持部材１５を介して設置されていて、上記超音波モータ７は上記加圧用スプリング１３によって上記駆動用ガイド１１側に押し付けられている。又、超音波モータ７と駆動用ガイド１１との間には摩擦材１７が設置されている。
【００１１】
上記超音波モータ７は、図２に示すような構成になっている。まず、弾性体１９があり、この弾性体１９は略「Ｔ字形状」をなしていて、三方に向かって延長された幅狭部２１、２３、２５と、これら幅狭部２１、２３、２５の先端部に設けられた幅広部２７、２９、３１とから構成されている。
【００１２】
図２（ｂ）に示すように、上記幅広部２７の上下両面には圧電セラミックス（例えば、ＰＺＴ）３３、３５が貼り付けられている。又、上記幅広部２９の上下両面にも圧電セラミックス３７、３９が貼り付けられている。又、上記幅広部３１の上下両面にも圧電セラミックス４１、４３が貼り付けられている。
尚、上記圧電セラミックスの代わりに圧電結晶材料（例えば、ＬｉＴａＯ３）を使用するようにしてもよい。
【００１３】
上記幅広部３１の上下両面に貼り付けられた圧電セラミックス４１、４３は、Ｙ方向、すなわち、摩擦部材１７を駆動用ガイド１１に対して押し付ける方向に変位する押圧方向振動成分用圧電材料である。これに対して、上記幅広部２７の上下両面に貼り付けられた圧電セラミックス３３、３５、幅広部２９の上下両面に貼り付けられた圧電セラミックス３７、３９は、Ｘ方向、すなわち、超音波モータ７の進行方向に変位する進行方向振動成分用圧電材料である。
【００１４】
このように、本実施の形態の場合には、摩擦部材１７を駆動用ガイド１１に対して押し付ける方向に変位する押圧方向振動成分用圧電材料と、超音波モータ７の進行方向に変位する進行方向振動成分用圧電材料を夫々別々に配置し、それらを弾性体１９を介して一体化させたものである。
【００１５】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用の圧電セラミックス４１、４３と、超音波モータの進行方向に変位する進行方向振動成分用の圧電セラミックス３３、３５、３７、３９を別々に配置しているので、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分と超音波モータの進行方向に変位する進行方向振動成分を夫々別々に励振させることができるようになった。
又、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用の圧電セラミックス４１、４３と、超音波モータの進行方向に変位する進行方向振動成分用の圧電セラミックス３３、３５、３７、３９を別々に配置しているので、使用したいモードの振動方向と動力として欲しい振動方向を揃えて弾性体に貼り付ければ、利用したい振動モードを自在に選択できるようになった。
又、平板形状の弾性体１９に超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用の圧電セラミックス４１、４３と、超音波モータの進行方向に変位する進行方向振動成分用の圧電セラミックス３３、３５、３７、３９を貼り付ける単純な構造であるので超音波モータ７の製作が容易である。
又、超音波モータの摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分用の圧電セラミックス４１、４３と、超音波モータの進行方向に変位する進行方向振動成分用の圧電セラミックス３３、３５、３７、３９として二重モード振動子を用いることによって、各振動成分の圧電セラミックス４１、４３と、３３、３５、３７、３９が動作するときの負荷を軽減させることができる。
これを具体的に説明すると、図２（ａ）において、圧電セラミックス４１、４３が縦の伸びで垂直方向に変位する際に、左右の圧電セラミックス３３、３５、３７、３９は負荷となる。ところが、左右の圧電セラミックス３３、３５、３７、３９が屈曲モードで共振する事により、圧電セラミックス４１、４３にとって縦の伸びの負荷が軽減することになるものである。
【００１６】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態における弾性体１９の形状を若干変更したものである。すなわち、前記第１の実施の形態の場合には、弾性体１９の幅狭部２３、２５と幅広部２７、２９との間に段差がない形状になっていたが、この第２の実施の形態の場合には、段差５１、５３を設けているものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
よって、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるものである。
【００１７】
次に、図４を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この場合には、弾性体１９の幅広部２７、２９、３１をリング状にすると共に、そこに貼り付けられる圧電セラミックス３３、３５、３７、３９、４１、４３をリング状にしたものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
よって、前記第１、第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるものである。
【００１８】
次に、図５を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態の場合には、前記第２の実施の形態における、弾性体１９の右半分、すなわち、幅狭部２３、幅広部２９、そこに貼り付けられている圧電セラミックス３７、３９を除去したものであり、全体として「Ｌ字形状」をなしているものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
よって、前記第１、第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるものである。
【００１９】
尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、弾性体１９の上下両面に圧電セラミックス或いは圧電結晶材料を貼り付けるようにしているが、片面のみに貼り付けるような構成でもよい。
又、弾性体の形状は図示したものに限定されない。
又、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、超音波モータをリニアモータに適用した例を示しているが、それに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、超音波モータに係り、特に、摩擦接触面を押す方向に変位する押圧方向振動成分と進行方向に変位する進行方向振動成分とを独立して駆動制御することができるように工夫したものに関し、例えば、リニアモータへの適用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの構成を示す横断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、図２（ｂ）は超音波モータの構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図３（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、図３（ｂ）は超音波モータの構成を示す側面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図４（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、図４（ｂ）は超音波モータの構成を示す側面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図５（ａ）は超音波モータの構成を示す平面図、図５（ｂ）は超音波モータの構成を示す側面図である。
【図６】従来例を示す図で、図６（ａ）は超音波モータの駆動原理の内摩擦接触面を押す方向に変位する振動成分を示す図、図６（ｂ）は超音波モータの駆動原理の内進行方向に変位する振動成分を示す図、図６（ｃ）は摩擦接触面を押す方向に変位する振動成分と進行方向に変位する振動成分を合成した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
７  超音波モータ
１９  弾性体
２１  幅狭部
２３  幅狭部
２５  幅狭部
２７  幅広部
２９  幅広部
３１  幅広部
３３  圧電セラミックス
３５  圧電セラミックス
３７  圧電セラミックス
３９  圧電セラミックス
４１  圧電セラミックス
４３  圧電セラミックス
【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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