(57)【要約】【課題】ロータを回転させるための捩り振動を高効率で発生することができる超音波モータを提供する。【解決手段】超音波モータは、第１及び第２圧電素子５，６が上側及び下側金属ブロック３，４に挟まれた状態で、該圧電素子５，６及び該金属ブロック３，４の内部で軸方向に挿通するボルト９により締結されてなるステータ１と、ステータ１の一端面に回転可能に加圧接触されるロータ２とを備える。ステータ１の下側金属ブロック４には、第１及び第２圧電素子５，６による振動を捩り振動に変換するためのスリット部４ａが形成されている。そして、ステータ１の軸方向長Ｈに対して、１枚の圧電素子６の軸方向長ｈａとスリット部４ａの軸方向長ｈｓとを合わせた長さは、１８％以上で３２％以下に設定される。又、ステータ１の直径Ｄに対して、スリット部４ａの径方向長ｄｓは、２０％以上で３０％以下に設定される。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板（７）を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子（５，６）が複数の金属ブロック（３，４）に挟まれた状態で、該圧電素子（５，６）及び該金属ブロック（３，４）の内部で軸方向に挿通する締結部材（９）により締結されてなる略円柱形状のステータ（１）と、
前記ステータ（１）の一端面に回転可能に加圧接触されるロータ（２）と
を備え、前記圧電素子（５，６）に高周波電圧を供給して前記ステータ（１）に振動を発生させることで、前記ロータ（２）を回転させる超音波モータにおいて、
前記ステータ（１）の前記金属ブロック（４）には、前記圧電素子（５，６）による振動を捩り振動に変換するためのスリット部（４ａ）が形成され、
前記ステータ（１）の軸方向長（Ｈ）に対して、ｎ／２枚の前記圧電素子（６）の軸方向長（ｈａ）と前記スリット部（４ａ）の軸方向長（ｈｓ）とを合わせた長さを、１８％以上で３２％以下としたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
電極板（７）を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子（５，６）が複数の金属ブロック（３，４）に挟まれた状態で、該圧電素子（５，６）及び該金属ブロック（３，４）の内部で軸方向に挿通する締結部材（９）により締結されてなる略円柱形状のステータ（１）と、
前記ステータ（１）の一端面に回転可能に加圧接触されるロータ（２）と
を備え、前記圧電素子（５，６）に高周波電圧を供給して前記ステータ（１）に振動を発生させることで、前記ロータ（２）を回転させる超音波モータにおいて、
前記ステータ（１）の金属ブロック（４）には、前記圧電素子（５，６）による振動を捩り振動に変換するためのスリット部（４ａ）が形成され、
前記ステータ（１）の軸方向長（Ｈ）に対して、ｎ／２枚の前記圧電素子（６）の軸方向長（ｈａ）と前記スリット部（４ａ）の軸方向長（ｈｓ）とを合わせた長さを、２２％以上で２７％以下としたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波モータにおいて、
前記ステータ（１）に前記ロータ（２）を一方向に回転させるように働く第１の共振周波数（ｆ１）の振動を発生させることで前記ロータ（２）を一方向に回転させ、同ステータ（１）に前記ロータ（２）の共振周波数と重なる第２の共振周波数（ｆ２）の振動を発生させることで前記ロータ（２）自身に他方向に回転するように働く振動を発生させて前記ロータ（２）を他方向に回転させることを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の超音波モータにおいて、
前記ステータ（１）の直径（Ｄ）に対して、前記スリット部（４ａ）の径方向長（ｄｓ）を、２０％以上で３０％以下としたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
電極板（７）を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子（５，６）が複数の金属ブロック（３，４）に挟まれた状態で、該圧電素子（５，６）及び該金属ブロック（３，４）の内部で軸方向に挿通する締結部材（９）により締結されてなる略円柱形状のステータ（１）と、
前記ステータ（１）の一端面に回転可能に加圧接触されるロータ（２）と
を備え、前記圧電素子（５，６）に高周波電圧を供給して前記ステータ（１）に振動を発生させることで、前記ロータ（２）を回転させる超音波モータにおいて、
前記ステータ（１）の前記金属ブロック（４）には、前記圧電素子（５，６）による振動を捩り振動に変換するためのスリット部（４ａ）が形成され、
前記ステータ（１）の直径（Ｄ）に対して、前記スリット部（４ａ）の径方向長（ｄｓ）を、２０％以上で３０％以下としたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項６】
電極板（７）を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子（５，６）が複数の金属ブロック（３，４）に挟まれた状態で、該圧電素子（５，６）及び該金属ブロック（３，４）の内部で軸方向に挿通する締結部材（９）により締結されてなり、前記金属ブロック（４）に前記圧電素子（５，６）による振動を捩り振動に変換するためのスリット部（４ａ）が形成された略円柱形状のステータ（１）と、
前記ステータ（１）の一端面に回転可能に加圧接触されるロータ（２）と
を備え、前記圧電素子（５，６）に高周波電圧を供給して前記ステータ（１）に振動を発生させることで、前記ロータ（２）を回転させる超音波モータの設計方法であって、
前記スリット部（４ａ）の軸方向長（ｈｓ）を変更しながら該軸方向長（ｈｓ）に対する振動速度（ｖθ）を測定して、振動が高効率で略一定となる軸方向長範囲を測定し、
前記スリット部（４ａ）の径方向長（ｄｓ）を変更しながら該径方向長（ｄｓ）に対する振動速度（ｖθ）を測定して、振動が高効率で略一定となる径方向長範囲を測定し、
前記軸方向長範囲内且つ前記径方向長範囲内となるように、前記スリット部（４ａ）の形状を特定することを特徴とする超音波モータの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ、及び超音波モータの設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波モータとしては、略円柱形状の定在波型（所謂ボルト締めランジュバン型）のものがある（例えば、特許文献１参照。）。この超音波モータは、ステータとロータとを備えている。ステータは、２枚の圧電素子が複数の金属ブロックに挟まれた状態で、該圧電素子及び該金属ブロックの内部で軸方向に挿通するボルトにより締結されてなり、略円柱形状に形成されている。このステータの下部外周、即ち下側の金属ブロックの外周には、圧電素子による振動を捩り振動に変換するためのスリット部が圧電素子に隣接して形成されている。ロータは、略円筒状に形成され、図示しない加圧機構によりステータの上面、即ち上側の金属ブロックの上端面に回転可能に加圧接触される。
【０００３】
この超音波モータでは、圧電素子に高周波電圧が供給されると、圧電素子にて縦振動が発生されるとともに、スリット部にて縦振動に基づいた捩り振動が発生されることでロータが回転駆動される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１５５２８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような超音波モータにおいては、ステータの構造や形状によっては、前記捩り振動を高効率で発生させることができず、ロータを高効率で回転させることができないことがある。言い換えると、上記のようにステータに、捩り振動を高効率で発生させるには、ステータの設計に試行錯誤が必要であった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータを回転させるための捩り振動を高効率で発生することができる超音波モータ、及び超音波モータの設計方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、電極板を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子が複数の金属ブロックに挟まれた状態で、該圧電素子及び該金属ブロックの内部で軸方向に挿通する締結部材により締結されてなる略円柱形状のステータと、前記ステータの一端面に回転可能に加圧接触されるロータとを備え、前記圧電素子に高周波電圧を供給して前記ステータに振動を発生させることで、前記ロータを回転させる超音波モータにおいて、前記ステータの前記金属ブロックには、前記圧電素子による振動を捩り振動に変換するためのスリット部が形成され、前記ステータの軸方向長に対して、ｎ／２枚の前記圧電素子の軸方向長と前記スリット部の軸方向長とを合わせた長さを、１８％以上で３２％以下とした。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、電極板を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子が複数の金属ブロックに挟まれた状態で、該圧電素子及び該金属ブロックの内部で軸方向に挿通する締結部材により締結されてなる略円柱形状のステータと、前記ステータの一端面に回転可能に加圧接触されるロータとを備え、前記圧電素子に高周波電圧を供給して前記ステータに振動を発生させることで、前記ロータを回転させる超音波モータにおいて、前記ステータの金属ブロックには、前記圧電素子による振動を捩り振動に変換するためのスリット部が形成され、前記ステータの軸方向長に対して、ｎ／２枚の前記圧電素子の軸方向長と前記スリット部の軸方向長とを合わせた長さを、２２％以上で２７％以下とした。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の超音波モータにおいて、前記ステータに前記ロータを一方向に回転させるように働く第１の共振周波数の振動を発生させることで前記ロータを一方向に回転させ、同ステータに前記ロータの共振周波数と重なる第２の共振周波数の振動を発生させることで前記ロータ自身に他方向に回転するように働く振動を発生させて前記ロータを他方向に回転させる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３に記載の超音波モータにおいて、前記ステータの直径に対して、前記スリット部の径方向長を、２０％以上で３０％以下とした。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、電極板を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子が複数の金属ブロックに挟まれた状態で、該圧電素子及び該金属ブロックの内部で軸方向に挿通する締結部材により締結されてなる略円柱形状のステータと、前記ステータの一端面に回転可能に加圧接触されるロータとを備え、前記圧電素子に高周波電圧を供給して前記ステータに振動を発生させることで、前記ロータを回転させる超音波モータにおいて、前記ステータの前記金属ブロックには、前記圧電素子による振動を捩り振動に変換するためのスリット部が形成され、前記ステータの直径に対して、前記スリット部の径方向長を、２０％以上で３０％以下とした。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、電極板を挟んだｎ枚（ｎは２の整数倍）の同じ厚さの圧電素子が複数の金属ブロックに挟まれた状態で、該圧電素子及び該金属ブロックの内部で軸方向に挿通する締結部材により締結されてなり、前記金属ブロックに前記圧電素子による振動を捩り振動に変換するためのスリット部が形成された略円柱形状のステータと、前記ステータの一端面に回転可能に加圧接触されるロータとを備え、前記圧電素子に高周波電圧を供給して前記ステータに振動を発生させることで、前記ロータを回転させる超音波モータの設計方法であって、前記スリット部の軸方向長を変更しながら該軸方向長に対する振動速度を測定して、振動が高効率で略一定となる軸方向長範囲を測定し、前記スリット部の径方向長を変更しながら該径方向長に対する振動速度を測定して、振動が高効率で略一定となる径方向長範囲を測定し、前記軸方向長範囲内且つ前記径方向長範囲内となるように、前記スリット部の形状を特定する。
【００１３】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、ステータの軸方向長に対して、ｎ／２枚の前記圧電素子の軸方向長とスリット部の軸方向長とを合わせた長さは、１８％以上で３２％以下とされる。このようにすると、ロータを回転させるための振動が高効率で発生され、ロータを高効率で回転させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、ステータの軸方向長に対して、ｎ／２枚の前記圧電素子の軸方向長とスリット部の軸方向長とを合わせた長さは、２２％以上で２７％以下とされる。このようにすると、ロータを回転させるための振動が高効率で発生され、ロータを高効率で回転させることができる。しかも、上記範囲内においては、ロータを回転させるための振動が高効率で略一定となるため、例えば、スリット部の軸方向長に製造バラツキが生じても、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、ロータを一方向及び他方向に回転させるための第１及び第２の共振周波数の振動が高効率で発生され、ロータを一方向及び他方向に高効率で回転させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、ステータの直径に対して、スリット部の径方向長は、２０％以上で３０％以下とされる。このようにすると、ロータを回転させるための振動が高効率で発生され、ロータを高効率で回転させることができる。しかも、上記範囲内においては、ロータを回転させるための振動が高効率で略一定となるため、例えば、スリット部の径方向長に製造バラツキが生じても、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、ステータの直径に対して、スリット部の径方向長は、２０％以上で３０％以下とされる。このようにすると、ロータを回転させるための振動が高効率で発生され、ロータを高効率で回転させることができる。しかも、上記範囲内においては、ロータを回転させるための振動が高効率で略一定となるため、例えば、スリット部の径方向長に製造バラツキが生じても、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、スリット部の軸方向長が変更されながら該軸方向長に対する振動速度が測定されて、振動が高効率で略一定となる軸方向長範囲が測定され、スリット部の径方向長が変更されながら該径方向長に対する振動速度が測定されて、振動が高効率で略一定となる径方向長範囲が測定される。そして、前記軸方向長範囲内且つ前記径方向長範囲内となるように、スリット部の形状が特定される。このようにすると、ロータを回転させるための振動が高効率で発生され、ロータを高効率で回転させることができる超音波モータの設計を、試行錯誤等を繰り返すことなく、容易に行なうことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図６に従って説明する。図１及び図２に示すように、超音波モータは、ステータ１とロータ２とを備えている。ステータ１は、上側金属ブロック３、下側金属ブロック４、第１及び第２圧電素子５，６、第１及び第２電極板７，８、締結部材としてのボルト９、及び絶縁カラー１０を備えている。
【００２０】
上側及び下側金属ブロック３，４は、導電性金属よりなり、本実施形態ではアルミ合金にて形成されている。上側金属ブロック３は、略円筒状に形成されている。上側金属ブロック３の上部には、その内径が大きくされることで、上端面に発生する振動を増幅するためのホーン部３ａが形成されている。又、上側金属ブロック３のホーン部３ａを除く内周面には、雌ネジ３ｂが形成されている。尚、本実施の形態における上側金属ブロック３の直径（外径）Ｄは、２０ｍｍに設定されている。又、上側金属ブロック３の上端面には薄肉の摩擦材１１が貼付されている。
【００２１】
下側金属ブロック４は、内外径が上側金属ブロック３と同じ略円筒状に形成されている。下側金属ブロック４の上部（図１〜図３中、上部）外周には、励起される縦振動に基づいて捩り振動を発生するスリット部（凹部）４ａが形成されている。このスリット部４ａは、周方向に複数（本実施の形態では９個）形成されている。又、スリット部４ａは、（軸直交方向から見て）それぞれ軸方向に対して傾斜している。尚、本実施の形態におけるスリット部４ａの軸方向長ｈｓは、５ｍｍに設定されている。又、本実施の形態におけるスリット部４ａの径方向長ｄｓは、５ｍｍに設定されている。
【００２２】
又、下側金属ブロック４の中央部（軸方向中央部）外周には、外部（図示しないモータケース等）に固定するための固定用凸部４ｂが周方向に複数形成されている。この固定用凸部４ｂは、スリット部４ａの下端側（軸方向一端側）に形成されている。又、固定用凸部４ｂは、スリット部４ａ毎に、即ちスリット部４ａの数と同数（本実施の形態では９個）形成されている。
【００２３】
又、下側金属ブロック４の内周面（図２中、破線で示す）には、雌ネジ４ｃが形成されている。
第１及び第２圧電素子５，６は円板状に形成され、その中心部に貫通孔がそれぞれ形成されている。この第１及び第２圧電素子５，６の内径は、上側及び下側金属ブロック３，４の内径より大きく設定されている。尚、本実施の形態の第１及び第２圧電素子５，６の厚さ（即ち軸方向長）ｈａは、それぞれ３ｍｍに設定されている。
【００２４】
第１及び第２電極板７，８は略円板状に形成され、その中心部には貫通孔がそれぞれ形成されている。この第１及び第２電極板７，８の内径は、第１及び第２圧電素子５，６の内径と同じに設定されている。尚、本実施の形態の第１及び第２電極板７，８の厚さ（即ち軸方向長）は、それぞれ０．２ｍｍに設定されている。又、図１〜図３においては、第１及び第２電極板７，８の厚さを模式的に（やや厚めに）図示している。
【００２５】
ボルト９は、その外周に雄ネジ９ａが形成された略円柱形状のものであって、前記雌ネジ３ｂ，４ｃに螺合可能とされている。
絶縁カラー１０は、絶縁性樹脂にて円筒状に形成されている。この絶縁カラー１０は、その外径が前記第１及び第２圧電素子５，６、第１及び第２電極板７，８の内径と同じに設定され、その内径がボルト９の雄ネジ９ａの外径と同じ（ボルト９を内嵌可能）に設定されている。
【００２６】
そして、第１及び第２圧電素子５，６と第１及び第２電極板７，８とを挟んだ上側及び下側金属ブロック３，４は、その内部を軸線方向に挿通するボルト９により締結される。詳述すると、下側金属ブロック４、第２電極板８、第２圧電素子６、第１電極板７、第１圧電素子５、上側金属ブロック３は、この順で積層され、その内部に挿通されるボルト９（雄ネジ９ａ）が上側及び下側金属ブロック３，４の雌ネジ３ｂ，４ｃに螺合されることで締結されている。尚、このとき、第１及び第２圧電素子５，６は、分極方向がそれぞれ互いに上下逆になるように積層される。又、このとき、第１及び第２圧電素子５，６、第１及び第２電極板７，８の内周面と、ボルト９の雄ネジ９ａの外周面との間には、絶縁カラー１０が介在される。従って、第１及び第２圧電素子５，６、第１及び第２電極板７，８の内周面と、ボルト９の外周面とは電気的に絶縁状態とされる。又、このとき、第２電極板８は、下側金属ブロック４及びボルト９を介して上側金属ブロック３と電気的に接続状態となる。尚、本実施の形態では、上記のように構成されたステータ１の軸方向長Ｈは、３８ｍｍに設定されている。即ち、本実施の形態では、ステータ１の軸方向長Ｈ（３８ｍｍ）に対する、１枚の圧電素子（第２圧電素子６）の軸方向長ｈａ（３ｍｍ）とスリット部４ａの軸方向長ｈｓ（５ｍｍ）とを合わせた長さが（８／３８＝）約２１％に設定されている。又、本実施の形態では、ステータ１（上側金属ブロック３）の直径Ｄ（２０ｍｍ）に対するスリット部４ａの径方向長ｄｓ（５ｍｍ）が（５／２０＝）２５％に設定されている。
【００２７】
ロータ２は、前記上側及び下側金属ブロック３，４と直径（外径）が同じの略円筒状に形成され、図示しない加圧機構によりステータ１の上面、即ち上側金属ブロック３（摩擦材１１）の上端面に摺動回転可能に加圧接触されている。このロータ２の外周には、励起される縦振動に基づいて捩り振動を発生するロータスリット部（凹部）２ａが周方向に複数形成されている。このロータスリット部２ａは、（軸直交方向から見て）それぞれ軸線方向に対して傾斜している。
【００２８】
このように構成された超音波モータでは、第１及び第２電極板７，８間に、第１の共振周波数ｆ１（図６参照）の高周波電圧が印加されると、第１及び第２圧電素子５，６にて縦振動が発生される。すると、該振動に基づいてステータ１のスリット部４ａにて捩じり振動が発生される。このとき、ステータ１の上面、即ち上側金属ブロック３（摩擦材１１）の上端面の振動は、大きな捩り振動と縦振動とが合成された複合振動となっている。すると、ステータ１の縦振動成分による浮力と捩り振動成分による推進力にてロータ２が一方向に（第１の回転特性で）回転する（ステータ主体モード）。
【００２９】
又、第１及び第２電極板７，８間に、第２の共振周波数ｆ２（図６参照）の高周波電圧が印加されると、第１及び第２圧電素子５，６にて縦振動が発生される。すると、該振動に基づいてステータ１のスリット部４ａにて捩じり振動が発生される。このとき、ステータ１の上面、即ち上側金属ブロック３（摩擦材１１）の上端面の振動は、前記捩り振動（ステータ主体モード）の反対方向に捩れる小さい捩り振動と縦振動とが合成された複合振動となっている。ここで、ロータ２の共振周波数は、前記第２の共振周波数ｆ２と重なるように設定されている。このことから、ロータ２では、ステータ１の振動に基づいて（共振して）ロータスリット部２ａにて大きな捩り振動が発生される。このとき、ロータスリット部２ａにて発生される捩り振動は、自身を他方向（ステータ主体モードの逆方向）に回転させるように働く振動である。よって、ステータ１の縦振動成分による浮力と捩り振動成分による推進力とロータ２自身の捩り振動成分にてロータ２が他方向に（第２の回転特性で）回転する（ロータ主体モード）。
【００３０】
ここで、上記のような超音波モータ（ステータ１）における軸方向割合ＨＷ−振動速度ｖθ特性の実験結果を図４に従って説明する。尚、軸方向割合ＨＷは、ステータ１の軸方向長Ｈに対する、１枚の圧電素子（第２圧電素子６）の軸方向長ｈａとスリット部４ａの軸方向長ｈｓとを合わせた長さ（（ｈａ＋ｈｓ）／Ｈ）である。この実験では、スリット部４ａの径方向長ｄｓを５ｍｍで一定、第２圧電素子６の軸方向長ｈａを３ｍｍで一定とし、スリット部４ａの軸方向長ｈｓを変化させた際の振動速度ｖθを測定した。
【００３１】
図４に示すように、前記軸方向割合ＨＷが０．１８（即ち１８％）以上、０．３２（即ち３２％）以下の状態で、第１及び第２の共振周波数ｆ１，ｆ２の高周波電圧を印加した際の振動速度ｖθが共に１０ｍ／ｓｅｃを超え、ロータ２を回転させるための振動が高効率で発生している。
【００３２】
又、図４に示すように、前記軸方向割合ＨＷが０．２２（即ち２２％）以上、０．２７（即ち２７％）以下の状態で、第１及び第２の共振周波数ｆ１，ｆ２の高周波電圧を印加した際の振動速度ｖθが共に高効率（略最高値）で略一定（その範囲内で略一定）となっている。
【００３３】
次に、上記のような超音波モータ（ステータ１）における、径方向割合ＤＷ−振動速度ｖθ特性の実験結果を図５に従って説明する。尚、径方向割合ＤＷは、ステータ１の直径Ｄに対するスリット部４ａの径方向長ｄｓ（ｄｓ／Ｄ）である。この実験では、スリット部４ａの軸方向長ｈｓを５ｍｍで一定とし、スリット部４ａの径方向長ｄｓを変化させた際の振動速度ｖθを測定した。
【００３４】
図５に示すように、前記径方向割合ＤＷが０．２０（即ち２０％）以上、０．３０（即ち３０％）以下の状態で、第１及び第２の共振周波数ｆ１，ｆ２の高周波電圧を印加した際の振動速度ｖθが共に１１ｍ／ｓｅｃを超え、ロータ２を回転させるための振動が高効率（略最高値）で（略一定に）発生している。
【００３５】
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）ステータ１の軸方向長Ｈに対して、１枚の圧電素子（第２の圧電素子６）の軸方向長ｈａとスリット部４ａの軸方向長ｈｓとを合わせた長さは、約２１％に設定されている。このようにすると、ロータ２を回転させるための振動（捩り振動）が高効率で発生され（図４参照）、ロータ２を高効率で回転させることができる。よって、本実施の形態では、所望の性能の超音波モータを得ることができる。尚、本実施の形態では、両回転の超音波モータに具体化して、ロータ２を一方向及び他方向に回転させるための第１及び第２の共振周波数ｆ１，ｆ２の振動が共に高効率で発生される（図４参照）ため、ロータ２を一方向及び他方向に高効率で回転させることができる。
【００３６】
（２）ステータ１の直径Ｄに対して、スリット部４ａの径方向長ｄｓは、２５％に設定されている。このようにすると、ロータ２を回転させるための振動（捩り振動）が高効率で発生され、ロータ２を高効率で回転させることができる。しかも、スリット部４ａの径方向長ｄｓを上記（２５％）のように設定すると、２０％〜３０％の範囲内においては、ロータ２を回転させるための振動が高効率で略一定となる（図５参照）ため、例えば、スリット部４ａの径方向長ｄｓに製造バラツキが生じても、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。尚、本実施の形態では、ステータ１の直径Ｄが２０ｍｍに設定されていることなどから、スリット部４ａの径方向長ｄｓを５ｍｍ±１．０ｍｍで製造すれば、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。
【００３７】
（３）スリット部４ａは、周方向に複数（９個）形成され傾斜しているため、ロータ２を回転させるための振動（捩り振動）が高効率で発生される。
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
【００３８】
・上記実施の形態では、ステータ１の軸方向長Ｈに対する、１枚の圧電素子（第２の圧電素子６）の軸方向長ｈａとスリット部４ａの軸方向長ｈｓとを合わせた長さ（（ｈａ＋ｈｓ）／Ｈ）を、約２１％に設定したが、１８％以上、３２％以下の範囲内で変更してもよい。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
・上記実施の形態では、ステータ１の軸方向長Ｈに対する、１枚の圧電素子（第２の圧電素子６）の軸方向長ｈａとスリット部４ａの軸方向長ｈｓとを合わせた長さ（（ｈａ＋ｈｓ）／Ｈ）を、約２１％に設定したが、２２％以上、２７％以下の範囲内に変更してもよい。例えば、スリット部４ａの軸方向長ｈｓを６．５ｍｍに変更して、ステータ１の軸方向長Ｈ（３８ｍｍ）に対する、１枚の圧電素子（第２圧電素子６）の軸方向長ｈａ（３ｍｍ）とスリット部４ａの軸方向長ｈｓ（６．５ｍｍ）とを合わせた長さを（９．５／３８＝）２５％に設定してもよい。このようにすると、２２％〜２７％の範囲内においては、ロータ２を回転させるための振動が高効率（略最高値）で略一定となる（図４参照）ため、例えば、スリット部４ａの軸方向長ｈｓに製造バラツキが生じても、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。尚、この例では、ステータ１の軸方向長Ｈが３８ｍｍに設定されていることなどから、スリット部４ａの軸方向長ｈｓを６．５ｍｍ＋０．７６ｍｍ−１．８６ｍｍ（５．３６ｍｍ〜７．２６ｍｍ）で製造すれば、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。
【００４０】
・上記実施の形態では、１枚の圧電素子（第２圧電素子６）の軸方向長ｈａを３ｍｍとし、スリット部４ａの軸方向長ｈｓを５ｍｍとしたが、１枚の圧電素子（第２圧電素子６）の軸方向長ｈａを変更してもよい。尚、この場合、圧電素子（第２圧電素子６）の軸方向長ｈａが、スリット部４ａの軸方向長ｈｓより大きくならないように設定することが好ましい（高効率化を図ることができる）。
【００４１】
・上記実施の形態の第１及び第２圧電素子５，６は、ｎ枚（ｎは２の整数倍であって、例えば、４枚や６枚）に変更してもよい。尚、この場合、前記軸方向長ｈａをｎ／２枚の圧電素子の軸方向長として（例えば、４枚の圧電素子に変更した場合、２枚の圧電素子の軸方向長ｈａとして）上記実施の形態と同様に設定する。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
・上記実施の形態では、両回転の超音波モータに具体化したが、ロータ２を一方向にのみ回転させる超音波モータとしてもよい。尚、上記実施の形態の超音波モータは勿論、用途に応じて一方向のみに回転させる超音波モータとなる。
【００４３】
・上記実施の形態（別例）と略同様の超音波モータ（ステータ）は、以下のように設計するようにしてもよい。まずステータのスリット部の軸方向長ｈｓを変更しながら該軸方向長ｈｓに対する振動速度ｖθを測定して（図４参照）、振動が高効率で略一定となる軸方向長範囲を測定する。又、スリット部の径方向長ｄｓを変更しながら該径方向長ｄｓに対する振動速度ｖθを測定して（図５参照）、振動が高効率で略一定となる径方向長範囲を測定する。そして、前記軸方向長範囲内且つ前記径方向長範囲内となるように、スリット部の形状（軸方向長ｈｓ及び径方向長ｄｓ）を特定する。このように設計された超音波モータでは、前記軸方向長範囲内且つ前記径方向長範囲内においては、ロータ２を回転させるための振動が高効率（略最高値）で略一定となるため、例えば、スリット部４ａの軸方向長ｈｓや径方向長ｄｓに製造バラツキが生じても、略一定の高効率の超音波モータを得ることができる。よって、ロータ２を回転させるための振動が高効率で発生され、ロータ２を高効率で回転させることができる超音波モータの設計を、試行錯誤等を繰り返すことなく、容易に行なうことができる。尚、スリット部の軸方向長ｈｓ及び径方向長ｄｓを、それぞれ前記軸方向長範囲内、前記径方向長範囲内の略中心の値に設定することで±のどちらの誤差（製造バラツキ）も均等に許容することができるようになる。
【００４４】
・上記実施の形態では、スリット部４ａを９個設けたが、その個数は適宜変更してもよい。
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００４５】
（イ）請求項５に記載の超音波モータにおいて、前記ステータに前記ロータを一方向に回転させるように働く第１の共振周波数の振動を発生させることで前記ロータを一方向に回転させ、同ステータに前記ロータの共振周波数と重なる第２の共振周波数の振動を発生させることで前記ロータ自身に他方向に回転するように働く振動を発生させて前記ロータを他方向に回転させることを特徴とする超音波モータ。このようにすると、ロータを一方向及び他方向に回転させるための第１及び第２の共振周波数の振動が高効率で発生され、ロータを一方向及び他方向に高効率で回転させることができる。
【００４６】
（ロ）請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波モータにおいて、前記スリット部は、周方向に複数形成され傾斜していることを特徴とする超音波モータ。このようにすると、効率良く捩り振動が発生される。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によれば、ロータを回転させるための捩り振動を高効率で発生することができる超音波モータを提供することができる。
【００４８】
又、請求項６に記載の発明によれば、ロータを回転させるための捩り振動を高効率で発生することができる超音波モータの設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における超音波モータの斜視図。
【図２】本実施の形態における超音波モータの要部断面図。
【図３】本実施の形態における超音波モータの分解斜視図。
【図４】本実施の形態におけるステータの軸方向割合−振動速度特性図。
【図５】本実施の形態におけるステータの径方向割合−振動速度特性図。
【図６】共振周波数を説明するための周波数−インピーダンス特性図。
【符号の説明】
１…ステータ、２…ロータ、３…上側金属ブロック（金属ブロック）、４…下側金属ブロック（金属ブロック）、４ａ…スリット部、５，６…第１及び第２圧電素子（圧電素子）、７…第１電極板（電極板）、９…ボルト（締結部材）、Ｄ…上側金属ブロック（ステータ）の直径、Ｈ…ステータの軸方向長、ｄｓ…スリット部の径方向長、ｈａ…第２圧電素子（ｎ／２枚の圧電素子）の軸方向長、ｈｓ…スリット部の軸方向長、ｆ１…第１の共振周波数、ｆ２…第２の共振周波数。
【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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