(57)【要約】【課題】組み立て容易性が良好な超音波モータを提供すること。【解決手段】超音波モータ1を次のように構成する。中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動を発生する積層圧電素子40と、積層圧電素子40の楕円振動発生面に当接し、楕円振動によって、前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部10と、積層圧電素子40をロータ機構部10に対して押圧し、積層圧電素子40の楕円振動発生面をロータ機構部10に圧接させる押圧機構部20と、ロータ機構部10と積層圧電素子40とを支持するフレーム部31と、フレーム部31と共に積層圧電素子40を挟持することで、積層圧電素子40の回転を規制する規制部32a1,32a2と、を超音波モータに具備させる。【選択図】図１
2011097702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動を発生する振動子と、
前記振動子の楕円振動発生面に当接し、前記楕円振動によって、前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記振動子を前記ロータ機構部に対して押圧し、前記振動子の前記楕円振動発生面を前記ロータ機構部に圧接させる押圧機構部と、
前記ロータ機構部と前記振動子とを支持するフレーム部と、
前記フレーム部と共に前記振動子を挟持することで、前記振動子の回転を規制する規制部と、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記矩形状を構成する短辺と長辺との比率は、前記縦振動の共振周波数と前記捻れ振動の共振周波数とが略一致する値である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記縦振動は縦１次振動であり、
前記捻れ振動は、捻れ２次振動又は捻れ３次振動である
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記規制部は、
前記振動子の捻り振動における節位置近傍に設けられた突起部であり、
前記突起部と前記振動子とが係合することで、前記ロータ機構部の回転方向と同一の方向への回転、及び、前記振動子の幅方向への回転が規制される
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記規制部における前記突起部には、前記振動子との当接面に弾性部材が設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記振動子は、前記楕円振動発生面に設けられた駆動子を含み、
前記ロータ機構部は、
前記駆動子により摺動される摺動板と、
前記摺動板の回転に伴って回転駆動される歯車と、
を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記押圧機構部は、
前記筐体部に対して固定された固定板と、
前記固定板上に設けられ、前記振動子を前記ロータ機構部に対して押圧するバネ部材と、
前記固定板上に設けられ、前記バネ部材に挿通されて前記バネ部材の位置決めをする突起部と、
を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記ロータ機構部の共振周波数は、前記振動子の駆動周波数とは異なる値である
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記フレーム部の共振周波数は、前記振動子の駆動周波数とは異なる値である
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
前記規制部は、
前記振動子を載置する載置部と、
前記振動子のうち前記楕円振動発生面に対して垂直を為し且つ互いに平行な２面を挟持して前記振動子を保持するホルダ部と、
前記載置部と前記フレーム部とを固定する為の規制突起部と、
を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電素子等の振動子の振動を利用する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして、圧電素子等の振動子の振動を利用した超音波モータが注目されている。この超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギア無しで低速高推力が得られる点、保持力が高い点、ストロークが長く高分解能である点、静粛性に富む点、及び磁気的ノイズを発生させない点等の利点を有している。
【０００３】
超音波モータでは、超音波振動子を、摩擦部材である駆動子を介して、相対運動部材である被駆動部材に押し付けることで、前記駆動子と前記被駆動部材との間に摩擦力を発生させ、この摩擦力によって前記被駆動部材を駆動する。
【０００４】
例えば、縦振動と捻れ振動とを超音波振動子に同時に発生させることで、それらの振動が合成された楕円振動を当該超音波振動子に発生させ、該楕円振動を利用して前記被駆動部材を駆動する超音波モータが知られている。このような超音波モータに関連する技術としては、例えば特許文献１に次のような技術が開示されている。
【０００５】
この特許文献１に開示されている技術によれば、棒状弾性体の側面において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を利用して、前記棒状弾性体に縦振動と捻じれ振動とを同時に励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた駆動子に楕円運動を励起させて、駆動子によりロータを回転させる超音波モータが開示されている。
【０００６】
詳細には、特許文献１に開示されている超音波モータでは、縦振動の周波数と、捻れ振動の周波数と、を略一致させる為に、前記棒状弾性体に溝部を設けている。そして、この溝部の位置を調整することで、縦振動の周波数と捻れ振動の周波数との共振周波数を略一致させている。
【０００７】
さらに、前記棒状弾性体の中央部には長さ方向に沿った貫通孔が設けられ、該貫通孔にシャフトが挿入されて固定されている。そして、このシャフトを基準にして支持されたロータを、上述した楕円振動から駆動力を得た前記駆動子によって回転させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１２１５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に開示されている超音波モータは、以下の理由により、組み立て容易性が良好であるとは言い難い。
【００１０】
すなわち、特許文献１に開示されている超音波モータでは、積層型圧電素子と棒状弾性体とを接着固定しなければならない点、及び、縦振動の周波数と捻れ振動の周波数とを略一致させる為に棒状弾性体に溝部を設ける加工を行わなければならない点、が組み立て容易性を低下させている。
【００１１】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、組み立て容易性が良好な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】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による超音波モータは、
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動を発生する振動子と、
前記振動子の楕円振動発生面に当接し、前記楕円振動によって、前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記振動子を前記ロータ機構部に対して押圧し、前記振動子の前記楕円振動発生面を前記ロータ機構部に圧接させる押圧機構部と、
前記ロータ機構部と前記振動子とを支持するフレーム部と、
前記フレーム部と共に前記振動子を挟持することで、前記振動子の回転を規制する規制部と、
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、組み立て容易性が良好な超音波モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す図。
【図２Ａ】ロータ機構部の一構成例を示す分解斜視図。
【図２Ｂ】積層圧電素子を筐体部に挿入する様子を示す図。
【図３】回転規制部材を詳細に示す図。
【図４】図１に示すＡ−Ａ´線矢視図。
【図５Ａ】圧電シート積層体の一構成例を示す分解斜視図。
【図５Ｂ】圧電シート積層体から積層圧電素子を切り出す位置を示す斜視図。
【図５Ｃ】圧電シート積層体から切り出された積層圧電素子の構成を示す斜視図。
【図６Ａ】積層圧電素子の振動状態の一例を示す斜視図。
【図６Ｂ】積層圧電素子の振動状態の一例を示す斜視図。
【図６Ｃ】積層圧電素子の振動状態の一例を示す斜視図。
【図６Ｄ】積層圧電素子の振動状態の一例を示す斜視図。
【図６Ｅ】積層圧電素子の振動状態の一例を示す斜視図。
【図７】積層圧電素子の高さｃを一定として、（短辺の長さａ／長辺の長さｂ）の値を横軸にとり、各振動モードにおける共振周波数の値を縦軸にとった場合の、特性グラフを示す図。
【図８Ａ】本発明の第２実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す分解斜視図。
【図８Ｂ】回転規制機構の一構成例を示す斜視図。
【図９Ａ】本発明の第３実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す分解斜視図。
【図９Ｂ】回転規制機構の一構成例を示す斜視図。
【図９Ｃ】回転規制機構の一構成例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る超音波モータについて、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す図である。図１に示すように、本第１実施形態に係る超音波モータ１は、ロータ機構部１０と、押圧機構部２０と、筐体部３０と、積層圧電素子４０と、を具備する。
【００１７】
前記ロータ機構部１０は、中心軸１１と、軸受け１２と、歯車１３と、摺動板１４と、を有する。図２Ａは、ロータ機構部１０の一構成例を示す分解斜視図である。
【００１８】
前記中心軸１１は、後述する筐体部３０が有するフレーム３１に対して固定された軸部材である。なお、ロータ機構部１０における各構成部材は、この中心軸１１に対して同心状に配設される。
【００１９】
前記軸受け１２は、中心軸１１に挿通されたベアリング部材である。
【００２０】
前記歯車１３は、軸受け１２に結合され、この軸受け１２を介して中心軸１１に対して回転自在に設けられている。
【００２１】
前記摺動板１４は、後述する駆動子４１に接触するよう配置され、該駆動子による駆動力を歯車１３に伝達する。
【００２２】
前記押圧機構部２０は、バネ２１と、バネ規制部材２２ａが設けられた固定板２２と、を有する。
【００２３】
前記バネ２１は、後述する積層圧電素子４０を、ロータ機構部１０に対して押圧する為のバネ部材である。具体的には、このバネ２１は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００２４】
前記固定板２２は、後述する筐体部３０が有するフレーム３１に対して固定され、バネ２１を位置決めする突起部であるバネ規制部材２２ａが設けられている。このバネ規制部材２２ａは、前記バネ２１内に挿通されている。
【００２５】
前記筐体部３０は、フレーム３１と、回転規制部材３２と、を有する。
【００２６】
前記フレーム３１は、断面略“コ”字状の枠部材であり、押圧機構部２０と回転規制部材３２と共に積層圧電素子４０を保持する。詳細には、図２Ａに示すように、このフレーム３１は、互いに対向するフレーム脚部３１ａ１，３１ａ２と、ロータ機構部１０が設けられるフレーム上部３１ｂと、から成る。
【００２７】
図２Ｂは、積層圧電素子４０を筐体部３０に挿入する様子を示す図である。
【００２８】
前記回転規制部材３２は、図２Ｂに示すように、フレーム脚部３１ａ１に設けられた回転規制部材３２ａ１と、フレーム脚部３１ａ２に設けられた回転規制部材３２ａ２と、から成る。これら回転規制部材３２ａ１と回転規制部財３２ａ２とは、互いに対向するように設けられている。
【００２９】
図３は、回転規制部材３２を詳細に示す図である。図２Ｂ及び図３に示すように、前記回転規制部材３２ａ１，３２ａ２には、互いに対向する面にそれぞれ溝部３２ａ１１，３２ａ２２が設けられている。
【００３０】
より詳細には、図示はしていないが、溝部３２ａ１１，３２ａ２２の表面（積層圧電素子４０と接触する部位）には例えばゴム等の弾性部材が設けられており、積層圧電素子４の振動をフレーム３１に伝達しにくいように構成されている。
【００３１】
なお、回転規制部材３２を設ける位置としては、積層圧電素子４０における縦振動の節位置であり、且つ、捻り振動の節位置の近傍が好ましい。しかしながら、積層圧電素子４０における縦振動の節位置と、捻り振動の節位置と、が一致しない場合には、捻り振動の節位置の近傍に回転規制部材３２を設けることが好ましい。
【００３２】
換言すれば、前記回転規制部材３２ａ１，３２ａ２は、積層圧電素子４０の捻り振動を阻害しない位置、すなわち積層圧電素子４０の捻り振動における節位置に対応する位置に設けることが好ましい。このような位置に前記回転規制部材３２ａ１，３２ａ２を設けることで、前記回転規制部材３２ａ１，３２ａ２によって積層圧電素子４０における捻り振動の振幅を減衰させてしまうことなく、前記捻り振動における最大の振幅を得ることができる。
【００３３】
上述した構成の回転規制部材３２ａ１，３２ａ２により、積層圧電素子４０の振動を阻害せずに、歯車１３の回転方向と同一の方向への積層圧電素子４０の回転、及び、積層圧電素子４０のあおり（積層圧電素子４０の幅方向における回転）を規制することができる。
【００３４】
図４は、図１に示すＡ−Ａ´線矢視図である。図４及び図２Ｂに示すように、積層圧電素子４０は、回転規制部材３２ａ１，３２ａ２に設けられた互いに対向する溝部３２ａ１１と溝部３２ａ２２との間に嵌め込むように挿入される。そして、これら溝部３２ａ１１と溝部３２ａ２２とにより挟持されることで、積層圧電素子４０の、歯車１３の回転方向と同一の方向への回転、及び、あおり（積層圧電素子４０の幅方向における回転）が規制され、且つ、位置決めも為される。
【００３５】
前記積層圧電素子４０は、以下説明するように構成されている。
【００３６】
図５Ａは、第１圧電シート１２１，１２２，１２３，１２４、第２圧電シート１３１，１３２，１３３，１３４、及び、第３圧電シート１４１，１４２，１４３，１４４が積層されて成る圧電シート積層体４０´の一構成例を示す分解斜視図である。  
図５Ｂは、圧電シート積層体４０´から積層圧電素子４０を切り出す位置を示す斜視図である。  
図５Ｃは、圧電シート積層体４０´から切り出された積層圧電素子４０の構成を示す斜視図である。  
なお、図５Ｂ及び図５Ｃにおいては、説明の便宜上、積層圧電素子４０の内部に存在する電極を可視化して示し、且つ、各圧電シートについては別個に図示せずに積層圧電素子４０として一体的に図示する。  
前記圧電シート積層体４０´は、高さ方向(図５Ａに示す矢印Ｓ１方向)に沿って、第１圧電シート１２１，１２２，１２３，１２４、第２圧電シート１３１，１３２，１３３，１３４、及び、第３圧電シート１４１，１４２，１４３，１４４が積層されて成る。
【００３７】
詳細には、第１圧電シート１２１，１２２は、圧電シート積層体４０´のうち高さ方向における最も上側に配置され、第１圧電シート１２３，１２４は最も下側に配置されている。第２圧電シート１３１，１３２，１３３，１３４は、上側に配置された第１圧電シート１２１，１２２と、下側に配置された第１圧電シート１２３，１２４と、の間に配置されている。さらに、上側に配置された第２圧電シート１３１，１３２と、下側に配置された第２圧電シート１３３，１３４と、の間には、第３圧電シート１４１，１４２，１４３，１４４が配置されている。
【００３８】
なお、図５Ａに示す例では、第１圧電シート、第２圧電シート、及び、第３圧電シートを４枚ずつ用いているが、圧電シート積層体４０´を構成する圧電シートの数は、本例に限られず、積層圧電素子４０の仕様に合わせて任意に選択することができる。
【００３９】
前記第１圧電シート、第２圧電シート、及び第３圧電シートは、矩形のシート状の圧電素子である。これら第１圧電シート、第２圧電シート、及び第３圧電シートとしては、例えばハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）を用いる。第３圧電シートについては、詳細は後述するが、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する内部電極が設けられている。この内部電極としては、例えば厚さ４μｍの銀パラジウム合金を挙げることができる。
【００４０】
図５Ａに示すように、第２圧電シート１３１、１３２、１３３、１３４と、第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４と、については略同じ厚み（例えば厚さ１００μｍ）を有するように構成されており、且つ、第１圧電シート１２１、１２２、１２３、１２４についてはそれらよりも厚く構成されている。
【００４１】
なお、積層圧電素子４０の仕様によっては、第１圧電シート、第２圧電シート、及び第３圧電シートを全て同一の厚みを有するように構成しても勿論よい。
【００４２】
第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４は、積層した状態の圧電シート積層体４０´から切り出して創出する積層圧電素子４０における捻れ２次共振振動又は捻れ３次共振振動の節近傍に配置されている。
【００４３】
換言すれば、内部電極を設けた圧電シートである第３圧電シート１４１，１４２，１４３，１４４を、圧電シート積層体４０´（積層圧電素子４０）のうち何れの位置に挿入するかにより、積層圧電素子４０に励起する捻り振動を、捻り２次振動或いは捻り３次振動に設定することができる。つまり、内部電極を設けた圧電シートである第３圧電シート１４１，１４２，１４３，１４４に対応する位置近傍が、積層圧電素子４０に励起される捻れ振動の節位置になる。
【００４４】
以下、第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４に設けられた内部電極及び外部電極について詳細に説明する。前記第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４の上面には、印刷によって、内部電極が２組ずつ形成されている。
【００４５】
前記第３圧電シート１４１には、その長手方向における略中央位置に、−相の第１内部電極１５１ａと−相の第２内部電極１７１ａとが、互いに対向するように配置されている。
【００４６】
前記−相の第１内部電極１５１ａは、矩形形状を呈する第３圧電シート１４１の一方長辺に向かって延びて露出する端部１５１ｂを備えている。同様に、前記−相の第１内部電極１７１ａは、第３圧電シート１４１の他方長辺に向かって延びて露出する端部１７１ｂを備えている。
【００４７】
つまり、図５Ａに示すように、端部１５１ｂと端部１７１ｂとは、別個の長辺（それぞれ互いに対向する長辺）に向かって延びて露出するように設けられている。
【００４８】
前記第３圧電シート１４２には、第３圧電シート１４１が積層された際に前記−相の第１内部電極１５１ａに対応する位置に、＋相の第１内部電極１６１ａが形成されている。さらに、前記第３圧電シート１４２には、第３圧電シート１４１が積層された際に前記−相の第２内部電極１７１ａに対応する位置に、＋相の第２内部電極１８１ａが形成されている。
【００４９】
前記＋相の第１内部電極１６１ａには、第３圧電シート１４２の一方長辺に向かって延びて露出する端部１６１ｂが形成されている。一方、前記＋相の第１内部電極１８１ａには、第３圧電シート１４２の他方長辺に向かって延びて露出する端部１８１ｂが形成されている。
【００５０】
ここで、第３圧電シート１４１及び第３圧電シート１４２においては、少なくとも、−相の第１内部電極１５１ａと、＋相の第１内部電極１６１ａと、が互いに対向する部分、及び、−相の第２内部電極１７１ａと、＋相の第２内部電極１８１ａと、が互いに対向する部分、に活性化領域が形成されている。換言すれば、−相の第１内部電極１５１ａと＋相の第１内部電極１６１ａとの間、及び、−相の第２内部電極１７１ａと＋相の第２内部電極１８１ａとの間には高電圧が印加され、各電極が分極されて圧電的に活性化されている。
【００５１】
前記第３圧電シート１４３は、第３圧電シート１４１と同様の電極配置を採る。すなわち、第３圧電シート１４３に形成された−相の第１内部電極１５２ａは、第３圧電シート１４１に形成された−相の第１内部電極１５１ａに相当し、第３圧電シート１４３に形成された−相の第２内部電極１７２ａは、第３圧電シート１４１に形成された−相の第２内部電極１７１ａに相当し、第３圧電シート１４３に形成された端部１５２ｂは、第３圧電シート１４１に形成された端部１５１ｂに相当し、第３圧電シート１４３に形成された端部１７２ｂは、第３圧電シート１４１に形成された端部１７１ｂに相当する。
【００５２】
前記第３圧電シート１４４は、第３圧電シート１４２と同様の電極配置を採る。すなわち、第３圧電シート１４４に形成された＋相の第１内部電極１６２ａは、第３圧電シート１４２に形成された＋相の第１内部電極１６１ａに相当し、第３圧電シート１４４に形成された＋相の第２内部電極１８２ａは、第３圧電シート１４２に形成された＋相の第２内部電極１８１ａに相当し、第３圧電シート１４４に形成された端部１６２ｂは、第３圧電シート１４２に形成された端部１６１ｂに相当し、第３圧電シート１４４に形成された端部１８２ｂは、第３圧電シート１４４に形成された端部１８１ｂに相当する。
【００５３】
ここで、第３圧電シート１４３及び第３圧電シート１４４においては、少なくとも、−相の第１内部電極１５２ａと＋相の第１内部電極１６２ａとが互いに対向する部分、及び、一相の第２内部電極１７２ａと＋相の第２内部電極１８２ａとが互いに対向する部分、に活性化領域が形成されている。
【００５４】
圧電シート積層体４０´のうち第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４の前記端部１５１ｂ、１５２ｂ、１６１ｂ、１６２ｂ、１７１ｂ、１７２ｂ、１８１ｂ、１８２ｂが露出している側面には、例えば銀ペーストの印刷によって外部電極が形成されている。図５Ｂは、圧電シート積層体４０´から積層圧電素子４０を切り出す位置を示す斜視図である。図５Ｃは、圧電シート積層体４０´から切り出された積層圧電素子４０を示す斜視図である。
【００５５】
すなわち、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、端部１５１ｂ、１５２ｂには、−相の第１外部電極１５０ｂが形成され、端部１６１ｂ、１６２ｂには、＋相の第１外部電極１６０ｂが形成され、端部１７１ｂ、１７２ｂには、−相の第２外部電極１７０ｂが形成され、端部１８１ｂ、１８２ｂには、＋相の第２外部電極１８０ｂが形成されている。
【００５６】
前記−相の第１外部電極１５０ｂ、＋相の第１外部電極１６０ｂ、−相の第２外部電極１７０ｂ、及び＋相の第２外部電極１８０ｂは、当該超音波モータ１外部の電源(不図示)にそれぞれ接続されている。この接続には、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を利用し、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
【００５７】
詳細には、図５Ｂに示すように、前記−相の第１外部電極１５０ｂ及び＋相の第１外部電極１６０ｂは、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃに直交する断面を構成する一方長辺が積層されて形成されて成る一方側面１０１ｆ１上に形成されている。一方、前記−相の第２外部電極１７０ｂ及び＋相の第２外部電極１８０ｂは、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃに直交する断面を構成する他方長辺が積層されて成る他方側面１０１ｆ２上に形成されている。
【００５８】
そして、積層圧電素子４０は、第１圧電シート、第２圧電シート、及び第３圧電シートの積層方向Ｓ１と、中心軸１００ｃと、が所定角度を為すように、圧電シート積層体４０´から切り出されて形成される。
【００５９】
詳細には、圧電シート積層体４０´から積層圧電素子４０を切り出す際には、中心軸１００ｃが、積層方向Ｓ１に対して例えば４５度を為すように切り出すことが好ましい。縦振動を強くしたい場合には、中心軸１００ｃが、積層方向Ｓ１に沿うような角度(例えば４５度未満の角度)を為すように、圧電シート積層体４０´から切り出すことが好ましい。他方、捻り振動を強くしたい場合には、中心軸１００ｃが、積層方向Ｓ１に対して例えば４５度よりも大きい角度を為すように、圧電シート積層体４０´から切り出すことが好ましい。
【００６０】
−相の第１外部電極１５０ｂ及び＋相の第１外部電極１６０ｂに印加する信号の位相と、−相の第２外部電極１７０ｂ及び＋相の第２外部電極１８０ｂに印加する信号の位相と、は略９０度ずらされていることが好ましい。なお、所望のモータ特性を得る為に、位相差を９０度以外の任意の角度に設定しても勿論よい。
【００６１】
上述したように圧電シート積層体４０´を切断して積層圧電素子４０を創出し、第１圧電シート、第２圧電シート、及び第３圧電シートの厚み効果を斜めに配列させる。そして、上述したように位相が略９０度ずらされた信号を、−相の第１外部電極１５０ｂ及び＋相の第１外部電極１６０ｂと、−相の第２外部電極１７０ｂ及び＋相の第２外部電極１８０ｂと、に印加することで、当該積層圧電素子４０の高さ方向の両端面（図５Ｃに示す端面４０Ｈ１，４０Ｈ２）に楕円振動が発生する。そして、積層圧電素子４０の端面４０Ｈ１上に設けられた駆動子４１を介して、摺動板１４に楕円振動が伝達され、この摺動板１４の回転に伴って歯車１３が回転する。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｅは、積層圧電素子４０の振動状態の一例を示す斜視図である。
【００６３】
詳細には、図６Ａは、振動していない状態の積層圧電素子４０を示す斜視図である。図６Ｂは、捻れ1次振動モードにおける積層圧電素子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図６Ｃは、縦1次振動モードにおける積層圧電素子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図６Ｄは、捻れ２次振動モードにおける積層圧電素子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図６Ｅは、捻れ３次振動モードにおける積層圧電素子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。つまり、図６Ｂ〜図６Ｅにおいては、振動前の積層圧電素子４０の状態（形状）を実線で示し、各振動モードにおける振動時の積層圧電素子４０の状態（形状）を破線で示している。
【００６４】
ここで、図６Ａ〜図６Ｅに示すように、略直方体形状の積層圧電素子４０の中心軸１００ｃに直交する断面を構成する短辺の長さをａとし、長辺の長さをｂとし、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとする。但し、短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの大小関係は、
ａ＜ｂ＜ｃ
であるとする。以降の説明においては、高さｃ方向を、縦1次振動モードの振動の方向とし、且つ、捻れ振動の捻れの軸方向とする。
【００６５】
本第１実施形態に係る超音波モータにおいては、積層圧電素子４０のうち短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの各寸法の値を適宜設定することで、縦１次振動モードの共振周波数と、捻れ２次振動モードまたは捻れ３次振動モードの共振周波数と、を略一致させる。
【００６６】
図６Ｂ〜図６Ｅにおいてｐ１，ｐ２で示すのは捻れ振動の方向であり、ｑで示すのは縦振動の方向であり、Ｎで示すのは振動の節である。
【００６７】
前記節Ｎは、図６Ｂに示す捻れ１次振動及び図６Ｃに示す縦１次振動においては、積層圧電素子４０の高さｃ方向の中心位置に１つ存在する。また、図６Ｄに示す捻れ２次振動においては、高さｃ方向の２つの位置に存在する。さらに、図６Ｅに示す捻れ３次振動においては、高さｃ方向の３つの位置に存在する。
【００６８】
ここで、積層圧電素子４０の高さｃを一定として、（短辺の長さａ／長辺の長さｂ）の値を横軸にとり、各振動モードにおける共振周波数の値を縦軸にとると、図７に示す特性を得ることができる。具体的には下記のような特性となる。すなわち、
・ 縦１次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値に依存せず、略一定の値をとる。
【００６９】
・ 捻れ１次振動モード、捻れ２次振動モード、及び捻れ３次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値の増加に従って、増加していく。
【００７０】
・ 捻れ１次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値がどのような値であっても、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致することは無い。
【００７１】
・ 捻れ２次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
【００７２】
・ 捻れ３次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．３となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
【００７３】
上述したような特性の為、本第1実施形態においては下記のように（ａ／ｂ）の値を設定する。すなわち、
・ 縦1次振動モードと捻れ３次振動モードとを利用する場合、（ａ／ｂ）の値が０．２５〜０．３５となるように、積層圧電素子４０の短辺の長さａ及び長辺の長さｂを設定する。
【００７４】
・ 縦１次振動モードと捻れ２次振動モードとを利用する場合、（ａ／ｂ）の値が０．５５〜０．６５となるように、積層圧電素子４０の短辺の長さａ及び長辺の長さｂを設定する。
【００７５】
つまり本第１実施形態に係る超音波モータにおいては、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃを捻れ軸とする捻れ２次共振振動又は捻れ３次共振振動と、の共振周波数が略一致するように、積層圧電素子４０における短辺の長さａと長辺の長さｂとの比(比率)を設定する。
【００７６】
このようにして共振周波数の調整を行うことができるので、従来の技術では必要とされている共振周波数の調整の為の特別な加工等は一切不要になる。
【００７７】
なお、積層圧電素子４０においては、中心軸１００ｃ(回転軸)方向に沿って伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃを捻れ軸とするねじれ２次共振振動又は捻れ３次共振振動と、が同時に励起されることで、それらの振動が合成されて楕円振動が励起される。
【００７８】
換言すれば、前記圧電シート積層体４０´を構成する圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦1次共振振動と、捻れ２次共振振動又は捻れ３次共振振動と、が励起される。ところで、駆動子４１は、圧電シート積層体４０´から切り出された後の積層圧電素子４０の上面に接着固定される。
【００７９】
前記回転規制部材３２ａ１，３２ａ２を介してフレーム３１により保持された積層圧電素子４０は、前記押圧機構部２０によって、ロータ機構部１０に対して適正な押圧力にて当て付けられる。このとき、固定板２２に設けられたバネ規制部材２２ａにより位置決めされているバネ２１は、積層圧電素子４０を押圧している。
【００８０】
なお、固定板２２をフレーム３１に固定する際には、例えばバネ２１を撓ませて積層圧電素子４０を押圧してロータ機構部１０に押圧力を印加した状態で、当該固定板２２をフレーム３１に対して螺子止めや接着等により固定する。
【００８１】
ところで、第１実施形態に係る超音波モータ１では、積層圧電素子４０の圧電効果を駆動源として利用している。圧電効果は次の２種類に分類されている。
【００８２】
（縦効果）電界の方向と応力の方向とが平行な場合の圧電効果。厚み効果とも称される。
【００８３】
（横効果）電界の方向と応力の方向とが垂直な場合の圧電効果。
【００８４】
ここで、本第１実施形態に係る超音波モータ１においては、“縦効果”を想定しているが、“横効果”を利用しても勿論よい。
【００８５】
すなわち、振動子である積層圧電素子４０の両端面において楕円振動を発生させることができるのであれば、積層圧電素子４０の形状・寸法等は、分極方向と直交する方向への変位が優性となるよう設定（＝“横効果”を活用）してもよいし、分極方向に沿った方向への変位が優性となるよう設定（＝“縦効果”を活用）してもよい。
【００８６】
以上説明したように、本第１実施形態によれば、組み立て容易性が良好な超音波モータを提供することができる。具体的には、本第１実施形態に係る超音波モータによれば、例えば下記のような効果を得ることができる。
【００８７】
・ 積層圧電素子４０の寸法を適宜設定することにより、積層圧電素子４０に励起させる縦振動と捻れ振動との共振周波数を調整することができる。
【００８８】
・ 積層圧電素子４０の構造を単純化し、且つ、単一の部材で構成可能にした。さらには、従来要していた溝部等を設ける為の特別な加工も不要にした。
【００８９】
・ 構成部品数を減少させることができ、製造工程を簡略化でき、コストを低減させることができる。
【００９０】
・ 従来の技術によれば、積層圧電体の構成の複雑化及び組立容易性の不良に起因して、モータ性能のばらつきや不安定性が生じる怖れがあるが、本第１実施形態に係る超音波モータによれば、モータ性能のばらつきや不安定性を解消することができる。
【００９１】
なお、第１実施形態に係る超音波モータでは積層圧電素子４０に励起させる捻り振動として、３次の捻り振動を採用した例を説明した。しかしながら、積層圧電素子４０に励起させる捻り振動として２次の捻り振動を採用しても勿論よい。この場合、捻り２次振動における節位置近傍に外部電極１５０ｂ，１６０ｂ，１７０ｂ，１８０ｂを設ければよい。また、前記回転規制部材３２ａ１，３２ａ２も、捻り２次振動における節位置近傍に設ければよい。
【００９２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る超音波モータについて説明する。説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。図８Ａは、本第２実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す分解斜視図である。
【００９３】
本第２実施形態に係る超音波モータでは、第１実施形態に係る超音波モータが具備する回転規制部材３２ａ１，３２ａ２の代わりに、回転規制機構５０を設ける。図８Ｂは、回転規制機構５０の一構成例を示す斜視図である。
【００９４】
なお、フレーム３１のうちフレーム脚部３１ａ１，３１ａ２には、回転規制機構５０を結合する為の溝部３１ｓ１，３１ｓ２を設ける。
【００９５】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、回転規制機構５０は、積層圧電素子ホルダ部５１ａ１，５１ａ２と、積層圧電素子載置部５４と、回転規制突起部５３ａ１，５３ａ２と、バネ規制部材５５と、を備える。
【００９６】
前記積層圧電素子ホルダ部５１ａ１，５１ａ２は、積層圧電素子載置部５４上に載置された積層圧電素子４０を、外部電極１５０ｂ，１６０ｂが設けられた面側と、外部電極１７０ｂ，１８０ｂが設けられた面側と、から挟みこんで挟持する部材である。このように積層圧電素子ホルダ部５１ａ１，５１ａ２によって挟持されることで、積層圧電素子４０のあおりが規制され、且つ、位置決めも為される。なお、この積層圧電素子ホルダ部５１ａ１，５１ａ２により、上述したあおりのみならず、歯車１３の回転方向と同一の方向への積層圧電素子４０の回転も規制される。
【００９７】
前記回転規制突起部５３ａ１，５３ａ２は、フレーム３１に設けられた溝部３１ｓ１，３１ｓ２に嵌め込まれる突起部である。この回転規制突起部５３ａ１，５３ａ２が、それぞれフレーム３１に設けられた溝部３１ｓ１，３１ｓ２に嵌め込まれることで、当該回転規制機構５０と筐体部３０とが結合され、この結合により、当該超音波モータ１の駆動時には積層圧電素子４０の回転（歯車１３と同一方向への回転）が規制される。
【００９８】
前記圧電素子載置部５４と積層圧電素子４０とは、積層圧電素子４０の幅方向の中心（中心軸）で、当該積層圧電素子４０の捻り振動における節位置近傍において接着等により固定されている。
【００９９】
前記バネ規制部材５５は、前記バネ２１を位置決めする突起部であり、このバネ規制部材５５は、バネ２１内に挿通されている。
【０１００】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する上に、更に駆動の安定性を増した超音波モータを提供することができる。
【０１０１】
具体的には、積層圧電素子４０のあおりの規制と、歯車１３の回転方向と同一の方向への回転の規制と、を別体の規制部材により行うので、捻り振動を阻害する要因をより確実に減少させることができる。また、積層圧電素子４０から筐体部３０への振動伝達要因も減少するので、駆動の更なる安定化が実現する。
【０１０２】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る超音波モータについて説明する。説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。図９Ａは、本第３実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す分解斜視図である。
【０１０３】
第１実施形態に係る超音波モータが具備する回転規制部材３２ａ１，３２ａ２の代わりに、本第３実施形態に係る超音波モータでは回転規制機構６０を設ける。図９Ｂは、回転規制機構６０の一構成例を示す斜視図である。図９Ｃは、回転規制機構６０の一構成例を示す側面図である。なお、フレーム３１のうちフレーム脚部３１ａ１，３１ａ２には、回転規制機構６０を結合する為の溝部３１ｓ１，３１ｓ２を設ける。
【０１０４】
第１実施形態及び第２実施形態に係る超音波モータでは、積層圧電素子４０のうち外部電極が設けられていない２面を、フレーム脚部３１ａ１，３１ａ２に対向させた状態で当該積層圧電素子４０を保持しているが、本第３実施形態に係る超音波モータでは、積層圧電素子４０のうち外部電極１５０ｂ，１６０ｂが設けられた面及び外部電極１７０ｂ，１８０ｂが設けられた面を、フレーム脚部３１ａ１，３１ａ２に対向させた状態で当該積層圧電素子４０を保持する。従って、フレーム脚部３１ａ１，３１ａ２のうち積層圧電素子４０に対向する部位は、図９Ａに示すようにそれらの間隔が狭く構成されている。
【０１０５】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、回転規制機構６０は、積層圧電素子ホルダ部６１ａ１，６１ａ２と、積層圧電素子載置部６４と、回転規制突起部６３ａ１，６３ａ２と、バネ規制部材６５と、を備える。
【０１０６】
前記積層圧電素子ホルダ部６１ａ１，６１ａ２は、積層圧電素子載置部６４上に載置された積層圧電素子４０を、外部電極１５０ｂ，１６０ｂが設けられた面側と、外部電極１７０ｂ，１８０ｂが設けられた面側と、から挟みこんで挟持する部材である。このように積層圧電素子ホルダ部６１ａ１，６１ａ２によって挟持されることで、積層圧電素子４０のあおりが規制され、且つ、位置決めも為される。なお、この積層圧電素子ホルダ部６１ａ１，６１ａ２により、上述のあおりのみならず、歯車１３の回転方向と同一の方向への積層圧電素子４０の回転も規制される。
【０１０７】
前記回転規制突起部６３ａ１，６３ａ２は、フレーム３１に設けられた溝部３１ｓ１，３１ｓ２に嵌め込まれる突起部である。この回転規制突起部６３ａ１，６３ａ２が、それぞれフレーム３１に設けられた溝部３１ｓ１，３１ｓ２に嵌め込まれることで、当該回転規制機構６０と筐体部３０とが結合され、この結合により、当該超音波モータ１の駆動時には積層圧電素子４０の回転（歯車１３と同一方向への回転）が規制される。
【０１０８】
前記積層圧電素子載置部６４と積層圧電素子４０とは、積層圧電素子４０の幅方向の中心（中心軸）で、当該積層圧電素子４０の捻り振動における節近傍において接着等により固定されている
前記バネ規制部材６５は、前記バネ２１を位置決めする突起部であり、このバネ規制部材６５は、バネ２１内に挿通されている。
【０１０９】
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する上に、更に駆動の安定性を増した超音波モータを提供することができる。
【０１１０】
具体的には、積層圧電素子４０のあおりの規制と、歯車１３の回転方向と同一の方向への回転の規制と、を別体の規制部材により行うので、捻り振動を阻害する要因をより確実に減少させることができる。また、積層圧電素子４０から筐体部３０への振動伝達要因も減少するので、駆動の更なる安定化が実現する。また、積層圧電素子ホルダ部６１ａ１，６１ａ２を接着固定した積層圧電素子４０をフレーム３１内に配置することで当該超音波モータを構成できる為、組立容易性も向上する。
【０１１１】
以上、第１実施形態〜第３実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
【０１１２】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいく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、発明の効果の欄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も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【０１１３】
１…超音波モータ、  ４…積層圧電素子、  １０…ロータ機構部、  １１…中心軸、  １３…歯車、  １４…摺動板、  ２０…押圧機構部、  ２１…バネ、  ２２ａ…バネ規制部材、  ２２…固定板、  ３０…筐体部、  ３１…フレーム、  ３１ａ１，３１ａ２…フレーム脚部、  ３１ｂ…フレーム上部、  ３１ｓ１，３１ｓ２…溝部、  ３２…回転規制部材、  ３２ａ１，３２ａ２…回転規制部材、  ３２ａ１１，３２ａ２２…溝部、  ３２ａ１１，３２ａ２２…溝部、  ４０…積層圧電素子、  ４０´…圧電シート積層体、  ４１…駆動子、  ５０…回転規制機構、  ５１ａ１，５１ａ２…積層圧電素子ホルダ部、  ５３ａ１，５３ａ２…回転規制突起部、  ５４…積層圧電素子載置部、  ５５…バネ規制部材、  ６０…回転規制機構、  ６１ａ１，６１ａ２…積層圧電素子ホルダ部、  ６３ａ１，６３ａ２…回転規制突起部、  ６４…積層圧電素子載置部、  ６５…バネ規制部材、  １００ｃ…中心軸、  １２１，１２２，１２３，１２４，１３１，１３２，１３３，１３４，１４１，１４２，１４３，１４４…圧電シート、  １５１ａ，１５２ａ，１６１ａ，１６２ａ…内部電極、  １５０ｂ，１６０ｂ，１７０ｂ，１８０ｂ…外部電極、  １７１ａ，１７２ａ…内部電極、  １８１ａ，１８２ａ…内部電極。
【図１】
2011097702.tif 000003
【図２Ａ】
2011097702.tif 000004
【図２Ｂ】
2011097702.tif 000005
【図３】
2011097702.tif 000006
【図４】
2011097702.tif 000007
【図５Ａ】
2011097702.tif 000008
【図５Ｂ】
2011097702.tif 000009
【図５Ｃ】
2011097702.tif 000010
【図６Ａ】
2011097702.tif 000011
【図６Ｂ】
2011097702.tif 000012
【図６Ｃ】
2011097702.tif 000013
【図６Ｄ】
2011097702.tif 000014
【図６Ｅ】
2011097702.tif 000015
【図７】
2011097702.tif 000016
【図８Ａ】
2011097702.tif 000017
【図８Ｂ】
2011097702.tif 000018
【図９Ａ】
2011097702.tif 000019
【図９Ｂ】
2011097702.tif 000020
【図９Ｃ】
2011097702.tif 000021