(57)【要約】【課題】ばね部品等の部品を追加することなく、ガイド軸の嵌合すきまに起因して位置精度と応答性が低下することを防止し、高度な位置精度と高速な応答性を有するリ超音波モータを提供する。【解決手段】突起を有し超音波振動が可能な振動板と、振動板に設けられた圧電素子と、振動板の突起が当接し、振動板の突起の前記振動板の振動による変位によって振動板と摩擦部材との一方が他方に対して相対往復移動を行なう摩擦部材と、振動板又は摩擦部材を相対往復移動する方向に案内する案内部材と、を有し振動板の突起の振動板の振動による変位が相対往復移動するＸ方向及び振動板の平面部の板厚方向であるＺ方向のいずれにも直交するＹ方向の成分を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起を有し振動可能な振動板と、
前記振動板に設けられた圧電素子と、
前記振動板の突起が当接する摩擦部材であって、前記振動板の突起の前記振動板の振動による変位によって振動板と摩擦部材との一方が他方に対して相対往復移動を行なう摩擦部材と、
前記振動板または前記摩擦部材を前記相対往復移動の方向に案内する案内部材と、
を有し、
前記振動板の突起の前記振動板の振動による変位が前記相対往復移動の方向と前記振動板の平面部の板厚方向とのいずれにも直交する方向の成分を有することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動板と前記摩擦部材とが前記相対往復移動する際に、前記振動板の振動に応じて  前記突起が変位して、前記直交する方向に振動板と摩擦部材とが相対移動す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】
前記振動板と前記摩擦部材とが前記相対往復移動する際に、前記直交する方向に振動板が摩擦部材に対して最も相対移動した状態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４】
前記相対往復移動の方向に延在する腹を有する振動モードの腹に対して前記直交する方向にずれた位置に、前記振動板の突起が設けられてい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５】
前記圧電素子に少なくとも３つ以上の分極領域が設けられ、前記振動板と前記摩擦部材とが前記相対往復移動する際の前記圧電素子への通電パターンにおいて、一部の分極領域への印加エネルギーを他の分極領域への印加エネルギーより減じて通電する通電パターンを有してい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６】
前記圧電素子の分極領域の少なくとも２つが前記直交する方向に隣接していることを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波モータに関するものであって、特に撮像装置のレンズ鏡筒等に応用される高度な位置精度と高速な応答性が必要な超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、小型軽量、高速駆動、かつ、静音駆動を特徴とする超音波モータは撮像装置のレンズ鏡筒等に採用されていた。例えば、特許文献１に、超音波モータの一例が開示されている。
【０００３】
まず、特許文献１に開示されている超音波モータの駆動力発生の原理を簡単に説明する。所定の領域に分極された圧電素子を振動板に貼り付け、各領域に対して所定の交流電圧を印加し、特許文献１の図２のように短辺方向の曲げ振動の１次固有モードと長辺方向の曲げ振動の２次固有モードを発生させる。この結果、振動板の突起の先端が円運動を行うことにとより、振動板が駆動力を得ることができる。
【０００４】
次に、特許文献１に開示されている超音波モータをレンズ鏡筒に採用した場合の構成を、図９を参照して説明する。
【０００５】
図９（ａ）はレンズ鏡筒の正面図及び側面図（一部断面）を示す。レンズ鏡筒は、外枠３０１、フォーカスレンズ３０２、フォーカスレンズホルダ３０３、ガイド軸３０４・３０５を具備する。ガイド軸３０４・３０５はフォーカスレンズホルダ３０３を支持し光軸方向である図示Ｘ方向に案内する。超音波モータユニット３０６は、フォーカスレンズホルダ３０３をガイド軸３０４，３０５により光軸方向に駆動する。図示されていないマイコンからの移動命令に従い、超音波モータユニット３０６は、ガイド軸３０４，３０５に沿って相当の距離を移動することにより、フォーカスレンズ３０２・フォーカスレンズホルダ３０３を合焦位置に到達させることができる。
【０００６】
図９（ｂ）は超音波モータユニット３０６の拡大図である。超音波モータユニット３０６は、振動板１０１、圧電素子１０２、振動板ホルダ１０３、ガイド軸１０４を具備する。振動板１０１は、一の面に２つの突起１０１ａ・１０１ｂを有していて、振動板ホルダ１０３に保持される。突起１０１ａ・１０１ｂが配置されない側の振動板１０１の面には圧電素子１０２が配置される。圧電素子１０２に振動が励起されることで、振動板１０１は振動が励起可能である。振動板１０１が振動することで、その変位に合わせて突起１０１ａ・１０１ｂが楕円運動をする。振動板１０１の突起１０１ａ・１０１ｂは、摩擦部材１０５に当接し、振動板１０１の振動による変位で生じる突起１０１ａ・１０１ｂの回転運動により、振動板１０１および摩擦部材１０５の一方が他方に対して相対往復移動する。ガイド軸１０４は、振動板ホルダ１０３を、振動板１０１の相対往復移動する方向（（ｂ）の紙面直交方向）に案内する案内部材として機能する。振動板ホルダ１０３は、駆動伝達部位１０３ａにおいて、フォーカスレンズホルダ３０３と連結される。
【０００７】
突起１０１ａ・１０１ｂが配置されない側の圧電素子１０２には加圧板１０７が配置される。内側に一対の平行な面を有する板金部材１０９の内部に、振動板１０１および摩擦部材１０５が配置される。板金部材１０９の内側の一方の面上には回転摺動するローラ１０８が配置されて、その上に摩擦部材１０５が配置される。一方、板金部材１０９の内側の他方の面上にはばね１０６の一端が当接し、ばね１０６の他端が加圧板１０７に当接するように配置される。ばね１０６が、振動板１０１を図示Ｚ方向へ摩擦部材１０５に対して加圧する。この加圧によって、突起１０１ａ・１０１ｂと摩擦部材１０５とが互いに強く接触する。逆に、板金部材１０９は、摩擦部材１０５の裏面に回転摺動するローラ１０８とばね１０６とから反力を受け、これに耐えることができる剛性を有している。
【０００８】
図９（ｃ）は、図９（ｂ）の図示Ａ−Ａ断面で破断した断面図であり、振動板１０１を突起方向から見た図である。図９（ｃ）において、振動板ホルダ１０３のガイド軸１０４に沿った辺には、ガイド軸１０４が貫通できるように、たとえば２つの案内部位１０３ｂ、１０３ｃが取り付けられている。案内部位１０３ｂ、１０３ｃのそれぞれには、振動板ホルダ１０３がガイド軸１０４に沿って案内可能なように案内孔が形成されている。摩擦部材１０５だけでは振動板１０１の図示Ｘ方向の直進性が保証できないが、ガイド軸１０４の案内作用により振動板１０１と振動板ホルダ１０３は図示Ｘ方向に直線的に移動することができる。
【０００９】
以上の構成のうち、振動板ホルダと案内部材であるガイド軸以外の部分については特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−０１６１０７号明細書
【特許文献２】特開２００１−２９２５８４号明細書
【特許文献３】特開２００６−１７８２６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来技術では、ガイド軸の嵌合すきまに起因して位置精度と応答性が低下する場合があった。
【００１２】
従来技術の問題点の要因となる嵌合すきまについて、図１０を参照して説明する。図１０は図９（ｃ）と同方向から見た図である。振動板１０１、振動板ホルダ１０３、振動板１０１と振動板ホルダ１０３を相対往復移動する図示＋Ｘ方向・−Ｘ方向に案内する案内部材であるガイド軸１０４は、図９（ｃ）と同様である。案内部位１０３ｂ・１０３ｃにおいて、ガイド軸１０４によって案内される案内孔は点線で示されている。
【００１３】
ガイド軸１０４と案内孔の間には適正な嵌合すきまΔＹを設けることが通常であり、図はこの嵌合すきまの寸法を誇張して描いている。また、振動板１０１が円運動によって移動する図示＋Ｘ方法・−Ｘ方向とカイド軸１０４によって案内される図示＋Ａ方向・−Ａ方向は各部品の寸法ばらつきや各部品間の嵌合すきまの影響で完全に平行にはならない。図１０は＋Ｘ方法・−Ｘ方向と＋Ａ方向・−Ａ方法がθだけ図示の方向に傾いている状態を示しており、図はこの傾きは角度を誇張して描いている。
【００１４】
図１０（ａ）は振動板１０１が図示＋Ｘ方向に移動した場合を示している。この場合は傾きθによる振動板１０１の駆動力の図示＋Ｙ方向に移動する成分の作用によって、振動板１０１と振動板ホルダ１０３が図示＋Ｙ方向に最も移動した状態で移動し、嵌合すきまΔＹは図示の側（ガイド軸１０４の左側）に生じる。図１０（ｂ）は振動板１０１が図示−Ｘ方向に移動した場合を示している。この場合は（ａ）とは反対に、傾きθによる作用によって、振動板１０１と振動板ホルダ１０３が図示−Ｙ方向に最も移動した状態で移動し、嵌合すきまΔＹは図示の側（ガイド軸１０４の右側）に生じる。
【００１５】
一般にこの嵌合すきまのようなガタ成分は、弾性変形や粘性抵抗と異なり、非線型性を有するためフィードバック制御に悪影響を及ぼすとされる。例えば、＋Ｘ方向に移動して停止した場合と−Ｘ方向に移動して停止した場合では、Ｘ方向について同じ位置に停止したとしても、Ｙ方向については振動板ホルダ１０３の位置が異なる。この結果、連結部位１０３ａを介してフォーカスレンズホルダ３０３の位置や傾きが異なり、フォーカスレンズ３０２とフォーカスレンズホルダ３０３の位置精度の低下の要因となる。また、＋Ｘ方向に移動して停止した後に、−Ｘ方向に移動を開始する場合、振動板ホルダ１０３が図示−Ｙ方向にずれながら図示−Ｘ方向に移動することになるので、入力信号に対して機械的応答遅れを生じ、応答性の低下の要因となる。
【００１６】
以上説明した通り、従来技術では、ガイド軸の嵌合すきまに起因して位置精度と応答性が低下するという問題点があった。このような、嵌合すきまを解消する方法としては、ばね部品等を追加して解消する方法が特許文献３で提案されている。しかし、部品が追加になり、装置が大型化、複雑化するという異なる問題点をもたらすこととなる。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、ばね部品等の部品を追加することなく、ガイド軸の嵌合すきまに起因して位置精度と応答性が低下することを防止し、高度な位置精度と高速な応答性を有する超音波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、突起を有し振動可能な振動板と、振動板に設けられた圧電素子と、前記振動板の突起が当接する摩擦部材であって、前記振動板の突起の前記振動板の振動による変位によって振動板と摩擦部材との一方が他方に対して相対往復移動を行なう摩擦部材と、を有する。振動板の突起の振動板の振動による変位が当該相対往復移動するＸ方向及び当該振動板の平面部の板厚方向であるＺ方向のいずれにも直交するＹ方向の成分を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ばね部品等の部品を追加することなく、ガイド軸の嵌合すきまに起因して位置精度と応答性が低下することを防止し、高度な位置精度と高速な応答性を有する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】
【００２０】
【図１】第一の実施例による超音波モータの構造の説明図
【図２】第一の実施例による超音波モータの駆動力発生の原理の説明図
【図３】第一の実施例による超音波モータの突起の振動の変位の説明図
【図４】第一の実施例による超音波モータの効果の説明図
【図５】第二の実施例による超音波モータの構造の説明図
【図６】第二の実施例による超音波モータの第二の通電パターンの説明図
【図７】第二の実施例による超音波モータの突起の振動の変位の説明図
【図８】その他の実施例による超音波モータの構造の説明図
【図９】従来の超音波モータを採用したレンズ鏡筒の構造の説明図
【図１０】従来の超音波モータの課題の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。以下、振動板と摩擦部材が相対往復移動する方向をＸ方向、振動板の平面部の板厚方向をＺ方向、Ｘ方向とＺ方向のいずれにも直交する方向をＹ方向とする。
【００２２】
（実施例１）
以下、本発明の第一の実施例による超音波モータについて、図１から図４を参照して説明する。
【００２３】
まず、本発明の第一の実施例による超音波モータの構造を、図１を参照して説明する。図１において、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）、図１（ｄ）は側面図、図１（ｅ）は底面図である。超音波モータは、振動板１と、圧電素子２と、振動板ホルダ３と、案内部材であるガイド軸４と、摩擦部材５とで構成される。振動板１の一の面には２つの突起１ａ・１ｂが形成されている。圧電素子２に振動が励起されることで、振動板１は振動が励起可能である。
振動板１の面のうち、突起１ａ・１ｂが配置される面と反対側の面には、圧電素子２が貼り付けられている。圧電素子２では、Ａ相とＢ相の２つの領域が同方向に分極されている。また、振動板１に形成された連結部１ｃ・１ｄと被駆動体を図示されていない連結部材を介して連結することによって、被駆動体を駆動することができる。突起１ａ・１ｂは絞り加工等により振動板１と一体成型してもよいし、別部品を振動板１に接着等してもよい。また、図示されていない給電手段により、位相差を−９０°から＋９０°まで変化させた交流電圧を圧電素子のＡ相とＢ相に印加することができる。これらの構成は従来例と同様である。
【００２４】
次に、本発明の第一の実施例による超音波モータの突起の位置について説明する。図１（ｅ）の破線で示される２つの円は従来例の超音波モータの突起１０１ａ，１０１ｂの位置を示している。これらを比較すると、突起１ａ・１ｂは図示Ｘ方向の曲げ振動の２次固有モードの節（図示Ｍ・Ｎ）の近傍に形成されていることは従来例と同様である。しかし、図示Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードの腹（図示Ｌ）に対しては、振動板１と摩擦部材５が相対移動する図示Ｘ方向と振動板の平面部の板厚方向である図示Ｚ方向のいずれにも直交する図示−Ｙ方向にδだけずれている。ここで、図示Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードは、図示Ｘ方向に延在する腹を有する振動モードである。このように図示Ｘ方向に延在する腹を有する振動モードの腹からδだけずれた位置に突起１ａ・１ｂが形成されていることが、従来例との違いである。
【００２５】
次に、本発明の第一の実施例による超音波モータの駆動力発生の原理を、図２を参照して説明する。図２は、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動板１の振動の様子を示す図であり、圧電素子２、連結部１ｃ・１ｄ、及び、摩擦部材５は省略されている。図２（ａ）は圧電素子２のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示している。これは、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）は、それぞれ図１（ｂ）、図１（ｃ）、図１（ｄ）と対応して示している。図２（ａ）から図２（ｄ）では、Ｐ１からＰ４へ向かって時間が進行するにしたがって、これらのそれぞれの時点に対応した振動の状態を示している。ただし、実際には図２（ａ）に示す交流電圧に対して所定の機械的応答遅れの後に、図２（ｂ）・図２（ｃ）・図２（ｄ）に示す振動が生じている。
【００２６】
Ａ相とＢ相に同符号の電圧が印加されている時（図２（ａ）の図示Ｐ２・Ｐ４）に、Ａ相とＢ相が同様に伸縮し、図示Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードの変位が最大となる（図示I）。逆にＡ相とＢ相に異符号の電圧が印加されている時（図２（ａ）の図示Ｐ１・Ｐ３）に、Ａ相とＢ相が逆方向に伸縮し、図示Ｘ方向の曲げ振動の２次固有モードの変位が最大となる（図示II）。この結果、突起先端に図２（ｂ）の図示のような円運動が発生するので、図示＋Ｘ方向に駆動力を得ることができる。また、Ｂ相に対してＡ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合は図２（ｂ）の図示と反対方向の円運動が発生するので−Ｘ方向の駆動力を得ることができる。以上の駆動力発生の原理については、従来例と同様である。
【００２７】
次に、本発明の第一の実施例による超音波モータの特徴について図３を参照して説明する。図３は、振動板１と摩擦部材５とが相対移動するＸ方向と振動板の平面部の板厚方向であるＺ方向のいずれにも直交するＹ方向の突起の振動の変位を示す。図３（ａ）は図２（ａ）と同様に圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図３（ｂ）、図３（ｃ）は図２（ｃ）と同様の方向から見た図である。摩擦部材５には振動板１の突起１ａ・１ｂが当接し、振動板１の振動による変位によって振動板１の突起１ａ・１ｂが回転運動をして、振動板１と摩擦部材５との一方が他方に対して相対往復移動をする。
【００２８】
図３（ｂ）は図２（ｃ）と同様に、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加し＋Ｘ方向に移動する場合の振動の様子を示す図であり、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４の順に振動が進行している。図３（ｃ）は図２（ｃ）と逆に、Ｂ相に対してＡ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加し−Ｘ方向に移動する場合の振動の様子を示す図であり、Ｐ４→Ｐ３→Ｐ２→Ｐ１の順に振動が進行している。実際には、交流電圧に対して所定の機械的応答遅れの後に、振動が生じることは図２と同様である。
【００２９】
図３（ｂ）、図３（ｃ）の通り、突起の位置はＹ方向の曲げ１次モードの腹の位置に対して、δだけずれている。この結果、図３（ｂ）の＋Ｘ方向移動における突起の先端が摩擦部材５に当接し離間するまでの間（Ｐ１からＰ２）において、図示＋Ｙ方向の成分を有している。同様に、図３（ｃ）の−Ｘ方向移動における突起の先端が摩擦部材５に当接し離間するまでの間（Ｐ３からＰ２）においても、図示＋Ｙ方向の成分を有している。なお、図示＋Ｙ方向は、振動板の突起の振動板の振動による変位が振動板１と摩擦部材５が相対移動する移動方向である図２のＸ方向と振動板の平面部の板厚方向である図２に示すＺ方向のいずれにも直交する方向である。従って、この＋Ｙ方向の変位によって、＋Ｘ方向移動と−Ｘ方向移動のいずれの場合も振動板１は常に＋Ｙ方向に駆動力を受けるので、＋Ｙ方向に振動板１と摩擦部材５が相対移動する。この結果、＋Ｘ方向と−Ｘ方向のいずれの方向に相対往復移動しても、＋Ｙ方向に振動板１が摩擦部材５に対して最も相対移動した状態となる。
【００３０】
次に、本発明の第一の実施例による超音波モータの効果を、図４を参照して説明する。図４において、振動板１、振動板ホルダ３、振動板１と振動板ホルダ３を相対往復移動する図示＋Ｘ方向・−Ｘ方向に案内する案内部材であるガイド軸４を示しており、傾きθの意味は図１０と同様である。
【００３１】
図４（ａ）は振動板１が図示＋Ｘ方向に移動した場合を示している。この場合は傾きθによる振動板１の駆動力の図示＋Ｙ方向に移動する成分の作用と前述の突起がδずれていることによる駆動力の作用によって、振動板１と振動板ホルダ３が図示＋Ｙ方向に最も移動した状態で移動する。このため、嵌合すきまΔＹは図示の側（ガイド軸４の左側）に生じる。
【００３２】
図４（ｂ）は振動板１が図示−Ｘ方向に移動した場合を示している。この場合は傾きθによる振動板１の駆動力の図示−Ｙ方向に移動する成分の作用より、突起がδずれていることによる駆動力の作用が大きければ、振動板１と振動板ホルダ３が図示＋Ｙ方向に最も移動した状態で移動する。このため、嵌合すきまΔＹは図示の側（ガイド軸４の左側）に生じる。
【００３３】
この結果、図示＋Ｘ方向・−Ｘ方向のいずれの方向に相対往復移動しても、ガイド軸の嵌合すきまが常に同じ側に生じ、移動方向が変化しても従来例のように嵌合すきまの生じる側が変化することがない。従って、ばね部品等の部品を追加することなく、ガイド軸の嵌合すきまに起因して位置精度と応答性が低下することを防止し、高度な位置精度と高速な応答性を有する超音波モータを提供することができる。
【００３４】
なお、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。以下、変形及び変更の例の一部を挙げる。
【００３５】
本実施例では、突起の位置が、Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードの腹とずれている例を説明した。しかし、振動モードに限られることなく、突起の位置がＸ方向に延在する延在する腹を有する振動モードの腹からＹ方向にずれていれば、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
本実施例では、突起の位置が、Ｘ方向に延在する延在する腹を有する振動モードの腹からずれている例を説明した。しかし、振動板の突起の振動板の振動による変位が振動板と摩擦部材は相対往復移動するＸ方向及び振動板が摩擦部材に振動板の平面部の板厚方向であるＺ方向のいずれにも直交するＹ方向の成分を有するならば、Ｙ方向に振動板と摩擦部材が相対移動する。この結果、振動板と摩擦部材が相対往復移動する際に、Ｙ方向に最も振動板が摩擦部材に対して相対移動した状態となる。従って、突起の位置に限られることなく、振動板の突起の振動板の振動による変位がＹ方向の成分を有するならば、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
本実施例では突起を−Ｙ方向にずらした例を説明したが、＋Ｙ方向にずらしても突起に＋Ｙ方向の変位を発生させることができるため、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
本実施例では２つの突起をいずれも＋Ｙ方向にずらした例を説明したが、いずれか一方の突起だけをずらしても駆動力の＋Ｙ方向の成分が十分大きければ、同様の効果を得ることができる。
【００３９】
本実施例では、圧電素子を同じ方向に分極した例を説明したが、分極領域の分極方向に限られることなく、振動板の突起の振動板の振動による変位がＹ方向の成分を有するならば、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
本実施例では振動板側が移動し、摩擦部材側が固定されている例を説明したが、摩擦部材側が移動し、振動板側が固定されている場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００４１】
（実施例２）
以下、本発明の第二の実施例による超音波モータについて、図５乃至図８を参照して説明する。
【００４２】
まず、本発明の第二の実施例による超音波モータの構造を、図５を参照して説明する。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）および図５（ｄ）は側面図、図５（ｅ）は底面図である。これらにおいて、振動板１１、振動板１１に形成された２つの突起１１ａ、１１ｂ、振動板１１の突起１１ａ・１１ｂと反対側の面に貼り付けられた圧電素子１２を示している。圧電素子１２に振動が励起されることで、振動板１１は振動が励起可能である。また、振動板１１に形成された連結部１１ｃ、１１ｄと被駆動体を図示されていない連結部材を介して連結することによって、被駆動体を駆動することができる。突起１１ａ・１１ｂは絞り加工等により振動板１１と一体成型してもよいし、別部品を振動板１１に接着等してもよい。また、図示されていない給電手段により、位相差を−９０°から＋９０°まで変化させた交流電圧を圧電素子の各相に印加することができる。上述の振動板１１と圧電素子１２に加え、第一の実施例と同様な振動板ホルダ３、案内部材であるガイド軸４、摩擦部材５で超音波モータが構成される。
【００４３】
次に、本発明の第二の実施例による超音波モータの突起の位置について説明する。図５（ｅ）の通り、突起１０１ａ・１０１ｂは図示Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードの腹（図示Ｌ）の近傍であって、かつ、図示Ｘ方向の曲げ振動の２次固有モードの節（図示Ｍ・Ｎ）の近傍に形成されている。以上の構成は従来例と同様である。
【００４４】
次に、本発明の第二の実施例による超音波モータの圧電素子の分極について説明する。図５（ａ）の通り、圧電素子１２はＡ１相、Ａ２相、Ｂ１相、及び、Ｂ２相の４つの領域に分極されており、図示の通りＡ１相とＡ２相、及び、Ｂ１相とＢ２相の分極領域は図示Ｙ方向に隣接している。Ａ１相とＡ２相に従来のＡ相、Ｂ１相とＢ２相に従来のＢ相と同等な通電すると、図示Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードの腹は図示Ｌ１に生じる。以下、これを第一の通電パターンとする。突起１１ａ・１１ｂの位置はＬ１と一致しているので、第一の通電パターンによれば、従来例と同様な駆動力を得ることができる。ここで、Ａ１相とＢ１相への印加エネルギーより、Ａ２相とＢ２相への印加エネルギーを減じて通電すると、Ａ１相とＢ１相の側が圧電効果による変形が少なくなる。そうすると、図示Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードの腹は図示−Ｙ方向にδだけずれた図示Ｌ２に生じる。以下、これを第二の通電パターンとする。突起１１ａ・１１ｂの位置はＬ２とは一致してないので、第二の通電パターンによれば、従来例とは異なる駆動力を生じることとなる。
【００４５】
次に、本発明の第二の実施例による超音波モータの第二の通電パターンによる駆動力について、図６を参照して説明する。図６は、Ａ１相・Ａ２相に対してＢ１相・Ｂ２相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動板１１の振動の様子を示す図であり、圧電素子１２、連結部１１ｃ・１ｄ、及び、摩擦部材５は省略されており、第一の実施例の図２に対応する。図６（ａ）は圧電素子のＡ１相・Ａ２相とＢ１相・Ｂ２相に印加される交流電圧の変化を示し、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）は図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）とそれぞれ対応している。図６（ａ）から図６（ｄ）では、図２と同様である。Ｐ１からＰ４へ向かって時間が進行するにしたがって、これらのそれぞれの時点に対応した振動の状態を示している。ただし、実際には図６（ａ）に示す交流電圧に対して所定の機械的応答遅れの後に、図６（ｂ）・図６（ｃ）・図６（ｄ）に示す振動が生じている。
【００４６】
Ａ１相・Ａ２相とＢ１相・Ｂ２相に同符号の電圧が印加されている時（図６（ａ）の図示Ｐ２・Ｐ４）に、Ａ１相・Ａ２相とＢ１相・Ｂ２相が同様に伸縮し、図示Ｙ方向の曲げ振動の１次固有モードの変位が最大となる（図示I）。逆にＡ１相・Ａ２相とＢ１相・Ｂ２相に異符号の電圧が印加されている時（図６（ａ）の図示Ｐ１・Ｐ３）に、Ａ１相・Ａ２相とＢ１相・Ｂ２相が逆方向に伸縮し、図示Ｘ方向の曲げ振動の２次固有モードの変位が最大となる（図示II）。この結果、突起先端に図６（ｂ）の図示のような円運動が発生するので、図示＋Ｘ方向に駆動力を得ることができる。また、Ｂ１相・Ｂ２相に対してＡ１相・Ａ２相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合は図６（ｂ）の図示と反対方向の円運動が発生するので−Ｘ方向の駆動力を得ることができる。以上の駆動力発生の原理については、従来例と同様である。
【００４７】
次に、本発明の第二の実施例による超音波モータの特徴である振動板１１と摩擦部材５の相対移動する方向と振動板の平面部の板厚方向のいずれにも直交する方向の突起の振動の変位について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は図６（ａ）と同様に圧電素子のＡ１相・Ａ２相とＢ１相・Ｂ２相に印加される交流電圧の変化を示し、図７（ｂ）、図７（ｃ）は図６（ｃ）と同様の方向から見た図である。摩擦部材５には、振動板１１の突起１１ａ・１１ｂが当接する。振動板１１の振動による変位によって振動板１１の突起１１ａ・１１ｂが回転運動を行い、振動板１１と摩擦部材５の一方が他方に対して相対往復移動する。
【００４８】
図７（ｂ）は図６（ｃ）と同様に、Ａ１相・Ａ２相に対してＢ１相・Ｂ２相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加し＋Ｘ方向に移動する場合の振動の様子を示す図であり、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４の順に振動が進行している。図７（ｃ）は図６（ｃ）と逆に、Ｂ１相・Ｂ２相に対してＡ１相・Ａ２相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加し−Ｘ方向に移動する場合の振動の様子を示す図であり、Ｐ４→Ｐ３→Ｐ２→Ｐ１の順に振動が進行している。実際には、交流電圧に対して所定の機械的応答遅れの後に、振動が生じることは図６と同様である。
【００４９】
図７（ｂ）、図７（ｃ）の通り、突起の位置は第二の通電パターンにおけるＹ方向の曲げ１次モードの腹の位置に対して、δだけずれている。この結果、図７（ｂ）の＋Ｘ方向移動における突起の先端が摩擦部材５に当接し離間するまでの間（Ｐ１からＰ２）において、図示＋Ｙ方向の成分を有している。同様に、図３（ｃ）の−Ｘ方向移動における突起の先端が摩擦部材５に当接し離間するまでの間（Ｐ３からＰ２）においても、図示＋Ｙ方向の成分を有している。なお、この図示＋Ｙ方向は、振動板１１の突起の振動板１１の振動による変位が振動板１１と摩擦部材５の相対移動する図６のＸ方向と振動板の平面部の板厚方向である図示Ｚ方向のいずれにも直交する方向である。従って、この＋Ｙ方向の変位によって、＋Ｘ方向移動と−Ｘ方向移動のいずれの場合も振動板１１は常に＋Ｙ方向に駆動力を受けるので、＋Ｙ方向に振動板１１と摩擦部材５が相対移動する。この結果、＋Ｘ方向と−Ｘ方向のいずれの方向に相対往復移動しても、＋Ｙ方向に振動板１１が摩擦部材５に対して最も相対移動した状態となる。
【００５０】
以上説明した構成により、第一の実施例の図４の説明と同様な作用で、ばね部品等の部品を追加することなく、ガイド軸の嵌合すきまに起因して位置精度と応答性が低下することを防止できる。また、高度な位置精度と高速な応答性を有する超音波モータを提供することができる。
【００５１】
続いて、更に、第二の実施例に特有の効果について説明する。第一の通電パターンに対して、第二の通電パターンでは分極領域への印加エネルギーを減じているので、振動の振幅が低下し駆動力が低下する可能性がある。そこで本実施例では、駆動力を優先するために各分極領域への第二の通電パターンより大きなエネルギーを印加する各分極領域への通電パターンを第一の通電パターンとする。これに対して、高度な位置精度と高速な応答性と優先するために第一の通電パターンにおける各分極領域への印加エネルギーより減じた印加エネルギーに対応する各分極領域への通電パターンを第二の通電パターンとする。この第一と第二の通電パターンを切り換えて制御することによって、目的に応じて適正な制御をすることが可能となる。
【００５２】
なお、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。以下、変形及び変更の例の一部を挙げる。
【００５３】
本実施例では、突起の位置が、第二の通電パターンにおけるＹ方向の曲げ振動の１次固有モードの腹とずれている例を説明した。しかし、振動モードに限られることなく、突起の位置がＸ方向に延在する延在する腹を有する振動モードの腹からＹ方向にずれていれば、同様の効果を得ることができる。
【００５４】
本実施例では、突起の位置が、第二の通電パターンにおけるＸ方向に延在する延在する腹を有する振動モードの腹からずれている例を説明した。しかし、振動板の突起の振動板の振動による変位が振動板と摩擦部材は相対往復移動するＸ方向及び振動板が摩擦部材に振動板の平面部の板厚方向であるＺ方向のいずれにも直交するＹ方向の成分を有するならば、Ｙ方向に振動板と摩擦部材が相対移動する。この結果、振動板と摩擦部材が相対往復移動する際に、Ｙ方向に最も振動板が摩擦部材に対して相対移動した状態となる。従って、突起の位置に限られることなく、振動板の突起の振動板の振動による変位がＹ方向の成分を有するならば、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
本実施例では、第二の通電パターンで４相中、２相の印加エネルギーを減じて通電する例を説明した。しかし、１相だけの印加エネルギーを減じる、または、一部の相の印加エネルギーを０にする等であっても、振動板の突起の振動板の振動による変位がＹ方向の成分を有するならば、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
本実施例では、圧電素子１２の分極領域の境界がＸ方向・Ｙ方向に平行である例を説明した。しかし、境界は必ずしもＸ方向・Ｙ方向に平行でなくても、又、分極領域の数に限られることなく、振動板の突起の振動板の振動による変位がＹ方向の成分を有するならば、同様の効果を得ることができる。例えば、図８（ａ）のように圧電素子１２を分極しても、分極領域がＹ方向に隣接しているので、同等の効果を得られる。また、図８（ｂ）、図８（ｃ）のように圧電素子１２を分極しても、分極領域の一部である分極領域の少なくとも２つ以上がＹ方向に隣接しているので、同等の効果を得られる。
【００５７】
本実施例では、圧電素子をほぼ均等な面積の４つの領域に分極した例を説明したが、分極領域の面積に限られることなく、振動板の突起の振動板の振動による変位がＹ方向の成分を有するならば、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
本実施例では、圧電素子を同じ方向に分極した例を説明したが、分極領域の分極方向に限られることなく、振動板の突起の振動板の振動による変位がＹ方向の成分を有するならば、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
本実施例では、第一と第二の通電パターンを有する例を説明したが、第二の通電パターンだけを有する場合でも、少なくとも第一の実施例と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、超音波モータであって、特に撮像装置のレンズ鏡筒等に応用される高度な位置精度と高速な応答性が必な超音波モータに利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  振動板
１ａ・１ｂ  突起
２  圧電素子
４  ガイド軸
５  摩擦部材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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