(57)【要約】  少なくとも部分的に球形状のロータ（１８）を備えた超音波モータであり、ロータ（１８）が、プレート形状の圧電材料から成る素子を各々が含む２つのアクチュエータ（２，２’）を有する。前記アクチュエータは、前記ロータ（１８）に接触する少なくとも１つの接触領域（４，４’）を備えている。また、前記アクチュエータ（２，２’）は、それらの面の１つに、圧電材料を曲げモード及び縦モードでバイアスすることを意図された電極を含む。前記接触領域（４，４’）は、凹状であり、且つ、前記ロータ（１８）の面の半径にその半径がほぼ対応している円弧により形成されている。前記円弧は、前記圧電材料がバイアスされる前記曲げモードと前記縦モードとが同一の周波数であるように、予め決められた角度で角度方向に延在している。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート形状の圧電材料から成る素子を含む、超音波モータのためのアクチュエータであって、前記超音波モータのロータに接触するように構成された少なくとも１つの接触領域（４’）が設けられた少なくとも１つの接触縁（４）と、前記圧電材料を曲げモード及び縦モードでバイアスするように構成された電極（１２，１４）とを備え、前記接触縁が凹状であり、且つ、第１の半径（ｒｉ）を有する第１の円弧（ａｃ１）により形成されており、前記第１の円弧（ａｃ１）が、前記圧電材料をバイアスする前記曲げモードと前記縦モードとが同一の周波数であるように予め決められた角度（θ）で角度方向に延在し、前記少なくとも１つの接触領域（４’）が凹状であり、且つ、前記ロータの、前記アクチュエータに接触するように構成された面の半径にほぼ対応している第２の半径を有する第２の円弧（ａｃ３）上に在る、アクチュエータ。
【請求項２】
２つの接触領域（４’）を備えた、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記接触領域（４’）が前記接触縁から突出し、前記接触領域が、前記圧電材料とは異なる材料からつくられており、当該材料が、前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損の低減を保証する、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記接触縁（４）を形成している前記第１の円弧（ａｃ１）の前記第１の半径と、前記接触領域（４’）を形成している前記円弧（ａｃ３）の前記第２の半径とが等しく、従って、前記アクチュエータが前記ロータに、前記アクチュエータの接触縁（４）を通じて接触する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記接触縁（４）を覆う、前記圧電材料とは異なる材料から成る層（９）を備え、当該材料が、前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損を低減させる、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損を低減する、前記圧電材料とは異なる前記材料がエポキシ樹脂である、請求項３又は５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
その他の３つの側部（６，８、１０）を含み、前記接触縁に対向する前記縁（６）が、突状であり、且つ第２の円弧（ａｃ２）により形成されている請求項１〜６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の円弧と第２の円弧（ａｃ１，ａｃ２）とが同心である請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記アクチュエータが４つの頂点を含み、圧電材料を曲げモードでバイアスするように構成された電極（１２）の個数が４つであり、前記電極が、各々、前記アクチュエータの頂点に配置されており、且つ、前記圧電材料を縦モードでバイアスするように構成された前記電極（１４）が、前記圧電材料を曲げモードでバイアスするように構成された前記４つの電極（１２）の間にほぼ十字形を形成している、請求項１〜８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第２の半径と前記第１の半径（ｒｉ）との差が０．５ｍｍ〜１ｍｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのアクチュエータ（２，１０２）を備えた、ステータ及びロータ（１６，１８）を形成している超音波モータであって、前記ロータ（１６，１８）の外面が前記アクチュエータの前記接触領域（４’）に接触している超音波モータ。
【請求項１２】
１つの自由度を有し、且つ、単一のアクチュエータ（２）を備えた、請求項１１に記載の超音波モータ。
【請求項１３】
少なくとも２つの自由度、少なくとも２つのアクチュエータ（２，１０２）、及び、少なくとも部分的に球形である外面を有する１つのロータ（１８）を有する、請求項１１に記載の超音波モータ。
【請求項１４】
前記アクチュエータ（２，１０２）の各々のための支持体（２２）と、前記電極を交流電圧源に接続するための手段とを備え、各支持体（２０）が前記アクチュエータ（２，１０２）を当該アクチュエータの前記接触縁（４）以外の縁（６，８、１０）にて保持している、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項１５】
前記ハウジングがボス（２４）を含み、当該ボス（２４）が、前記アクチュエータの前記接触縁（４）以外の前記縁（６，８、１０）に、前記アクチュエータの前記縁（６，８、１０）の曲げ変位に関して無効な領域にて接触している、請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項１６】
前記ロータ（１６，１８）がアルミニウムからつくられている、請求項１１〜１５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、超音波モータのためのアクチュエータ、及び、少なくとも１つのこのようなアクチュエータを備えた超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波アクチュエータは、様々な分野で用いられる１以上の自由度を有するアクチュエータである。これらのアクチュエータは、重量が低減され、且つ、非常に小型である。
【０００３】
超音波モータは、圧電材料から成るアクチュエータを実装し、これらのアクチュエータには、交流電圧が印加されると振動を開始するステータが設けられている。アクチュエータの形状及び交流電圧信号は、それらが円筒状又は球形状のロータに与えられたときにモータを所与の軸を中心に回転駆動させる楕円運動を発生させるように決定される。
【０００４】
楕円運動は、縦モードと曲げモードとを組み合せることにより得られる。
【０００５】
このような運動を用いるモータが、例えば、非特許文献１に記載されている。このモータは、平行に配置された４つのリニアアクチュエータを含み、これらのアクチュエータの各々が、圧電材料から成るプレートにより形成され、このプレートの片面が４つの電極により覆われ、他面が１つの電極により覆われている。これらの４つのプレートが、矩形の平行六面体形状のケーシングに取り付けられ、このケーシングには、穿孔によりポートが形成されており、球形状のロータのためのハウジングとして機能する。ロータのハウジングの振動が、ロータを回転させる。
【０００６】
このアクチュエータが占める全空間はかなり大きい。
【０００７】
また、アクチュエータが先端を通じてロータに接触している超音波モータもある。
【０００８】
しかし、この接触は応力を局所化することになり、それがモータの寿命を短くする場合がある。このようなモータが、例えば、非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｍ．チャン（Zhang）、Ｗ．グオ（Guo）、及び、Ｌ．サン（Sun）による、「平坦な圧電素子の面内変形を用いた多自由度を有する超音波モータ」（センサーズ・アンド・アクチュエータズＡ（物理）（Sensors and Actuators A: Physical）、２００８年１１月、第１４８巻、第１章１９３頁〜２００頁）
【非特許文献２】シェン−チ・シェン（Shen-Chih Shen）、及びジュアン−チューン・ホワン（Juin -Cherng Huang）による、「対称的な圧電プッシャ素子を用いた高出力の眼球状マイクロアクチュエータの設計及び作製」（ジャーナル・オブ・マイクロメカニカルシステムズ（Microelectromechanical Systems, Journal of）、２０１０年第１９巻第６章、１４７０頁〜１４７６頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的の１つは、全体占有空間が低減され且つ耐用年数がより長くされた超音波モータの作成を可能にするアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的は、ロータと接触することを意図されたカーブ状の接触領域が設けられた、圧電材料から成るアクチュエータにより達成される。このアクチュエータは、楕円運動を発生させ且つ前記ロータを回転させるように曲げモード及び縦モードを刺激するための電極を備えている。
【００１２】
前記ロータの半径にその半径がほぼ対応している円弧により形成された、このカーブした接触領域により、このアクチュエータは、前記ロータとの大きい接触領域を提供する。これが、アクチュエータ内での応力のより良好な分散を可能にし、従って、局所的ひび割れ開始発生（アクチュエータの破裂、及び、性能を低下させる接触面の摩耗を生じることがある）の危険性の低減を可能にする。そしてまた、この形状により、モータの製造が単純化される。なぜなら、この形状は、ロータを、その接触縁がクレードルを形成する（特に、小型のモータの場合）アクチュエータ上に配置するための可能な間隙を合成（composite for）することを可能にするからである。少なくとも２つの接触点が保証される。加えて、こうして形成されたクレードルが、ロータのガイドを提供する。
【００１３】
アクチュエータ全体での構成的な楕円運動を用いて、アクチュエータに送られる電気エネルギーの有用な部分を増大することにより、アクチュエータの効率が増大する。こうして、同一方向に楕円運動を行う複数の接触点が、各々、機械的エネルギー部分の一部を伝達でき、この結果、単一の接触点の場合よりもより大きい機械的エネルギーが伝達される。
【００１４】
有利には、前記接触領域は、圧電セラミックの摩損を低減する材料、例えばエポキシ樹脂により覆われる。
【００１５】
本発明によるアクチュエータは、ステータ体積／ロータ体積比を、最新技術のアクチュエータよりも低減し、従って、より非常に小型化である。
【００１６】
本発明の主題は、プレート形状の圧電材料から成る素子を含む、超音波モータのためのアクチュエータであって、前記超音波モータのロータに接触することを意図された少なくとも１つの接触領域が設けられた少なくとも１つの接触縁と、前記圧電材料を曲げモード及び縦モードでバイアスすることを意図された電極とを含み、前記接触縁が凹状であり、且つ、第１の半径を有する第１の円弧により形成されており、前記第１の円弧が、前記圧電材料をバイアスする前記曲げモードと前記縦モードとが同一の周波数であるように、予め決められた角度で角度方向に延在し、前記少なくとも１つの接触領域が凹状であり、且つ、前記ロータの、前記アクチュエータに接触するように意図された面の半径にほぼ対応している第２の半径を有する第２の円弧の上にある、アクチュエータである。
【００１７】
好ましくは、前記アクチュエータは、２つの接触領域を備えている。例示的な実施形態において、前記接触領域は、前記接触縁から突出し、前記接触領域は、前記圧電材料とは異なる材料から成り、当該材料が、前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損を低減することを保証する。
【００１８】
別の例示的な実施形態において、前記接触縁を形成している前記第１の円弧の前記第１の半径と、前記接触領域を形成している前記円弧の第２の半径とが等しく、従って、前記アクチュエータが前記ロータに、前記アクチュエータの接触縁を通じて接触している。有利には、前記アクチュエータは、前記接触縁を覆う、前記圧電材料とは異なる材料から成る層を備え、当該材料が、前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損を低減させる。
【００１９】
例えば、前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損を低減する、前記圧電材料とは異なる前記材料は、エポキシ樹脂である。
【００２０】
前記アクチュエータは、その他の３つの側部（縁）を含み、前記接触縁に対向する前記縁は、凸状であり、且つ、第２の円弧により形成されている。
【００２１】
好ましくは、前記第１の円弧と第２の円弧とは同心である。
【００２２】
前記アクチュエータは４つの頂点を含み、圧電材料に曲げモードでバイアスするように意図された前記電極の個数が４つであり、前記電極が、各々、前記アクチュエータの頂点に配置されており、且つ、前記圧電材料に縦モードでバイアスするように意図された前記電極が、前記圧電材料に曲げモードでバイアスするように意図された前記４つの電極の間にほぼ十字形を形成している。
【００２３】
好ましくは、前記第２の半径と前記第１の半径との差は０．５ｍｍ〜１ｍｍである。
【００２４】
本発明の別の主題もまた、ステータ及びロータを形成する、本発明による少なくとも１つのアクチュエータを備えた超音波モータであり、前記ロータの外面が前記アクチュエータの前記接触領域に接触している。前記超音波モータは、１つの自由度を有し、且つ、単一のアクチュエータを備えうる。
【００２５】
別の例示的な実施形態において、前記超音波モータは、少なくとも２つの自由度、少なくとも２つのアクチュエータ、及び、少なくとも部分的に球形である外面を有する１つのロータを有する。
【００２６】
前記超音波モータは、前記アクチュエータの各々のための支持体と、前記電極を交流電圧源に接続するための手段とを備え、各支持体が前記アクチュエータを、当該アクチュエータの前記接触縁以外の縁にて保持している。
【００２７】
例示的な実施形態において、前記ハウジングがボスを含み、当該ボスは、前記アクチュエータの前記接触縁以外の前記縁に、前記アクチュエータの前記縁の曲げ変位に関して無効な領域にて接触している。
【００２８】
有利には、前記ロータはアルミニウムからつくられる。
【００２９】
本発明は、以下の説明及び添付図面を用いることにより、より良好に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるアクチュエータの例示的な実施形態の概略図である。
【図２】アクチュエータの別の例示的な実施形態の上面図である。
【図３】本発明による１つのアクチュエータを備えた、１つの自由度を有する超音波モータの概略図である。
【図４Ａ】本発明による２つのアクチュエータを備えた、２つの自由度を有する超音波モータの分解図である。
【図４Ｂ】図４Ａのモータの詳細図である。
【図４Ｃ】図４Ａのモータの詳細図である。
【図４Ｄ】図４Ａのモータの詳細図である。
【図５Ａ】本発明による超音波モータの、アクチュエータが、部分的に示されたその支持体内に設けられている様子が見られる詳細図である。
【図５Ｂ】図５Ａのモータの、支持体が完全に示された斜視図である。
【図５Ｃ】支持体及びアクチュエータの別の実施形態である。
【図６Ａ】本発明によるアクチュエータの例示的な実施形態の、縦モード及び曲げモードでの刺激電極が見られる側面図である。
【図６Ｂ】本発明によるアクチュエータの例示的な実施形態の、縦モード及び曲げモードでの刺激電極が見られる側面図である。
【図６Ｃ】本発明によるアクチュエータの例示的な実施形態の、縦モード及び曲げモードでの刺激電極が見られる側面図である。
【図６Ｄ】本発明によるアクチュエータの例示的な実施形態の、縦モード及び曲げモードでの刺激電極が見られる側面図である。
【図７Ａ】本発明によるアクチュエータを縦モードでバイアスした様子を有限要素により示した概略図である。
【図７Ｂ】本発明によるアクチュエータを曲げモードでバイアスした様子を有限要素により示した概略図である。
【図８】本発明によるアクチュエータの角度を決定することを可能にするグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１に、例示的な実施形態によるアクチュエータ（参照番号２で示す）の概略図が見られる。
【００３２】
アクチュエータ２は、４つの側部４，６，８及び１０により囲まれたプレートの形状である。側部４は、ロータと接触するための接触縁を形成している。側部６，８及び１０は、前記アクチュエータを支持体内に保持するための縁を形成している。これに関しては以下に説明する。
【００３３】
接触縁４は、ロータの外側輪郭に対応する凹状の湾曲形状であり、ロータのためのクレードルを形成している。
【００３４】
ロータは、例えば、球体又は回転シリンダであり得る。
【００３５】
図１に示されているように、接触縁４は、円弧ａｃ１により形成されている。円弧ａｃ１は、点Ａを中心として半径ｒｉを有し、角度方向に角度θだけ延在している。
【００３６】
示されている例において、接触縁４に対向する縁６も円弧ａｃ２により形成されている。円弧ａｃ２は、点Ｂを中心として半径ｒｏを有する。円弧ａｃ２も、角度方向に角度θだけ延在している。縁６を、本文以下、「保持縁」（“holding edge”）と称する。
【００３７】
点Ａ及び点Ｂは、角度θの二等分線上にある。ｄは、中心Ａと中心Ｂとの間の距離であり、すなわち、円弧ａｃ１の中心と円弧ａｃ２の中心との間に延在する（the excentering）。
【００３８】
接触縁４と保持縁６とを接続している側縁８及び側縁１０の両方が、２つのセグメントにより形成されている。
【００３９】
この例示的な実施形態において、接触縁４は、ロータに接触することを意図されており、従って、接触縁４の半径ｒｉは、ロータ半径の関数として、ロータと接触縁４との接触が可能な限り大きくなるように選択される。
【００４０】
点Ａと点Ｂとが同一であるアクチュエータも、本発明の範囲内にある。
【００４１】
保持縁６が、真直か又は任意のその他の形状の縁であるアクチュエータも、本発明の範囲内にある。加えて、側縁の真直な形状は限定的ではなく、これらの側縁が凹状又は凸状の湾曲形状であってもよい。縁６、８及び１０が同一であることも考えられよう。
【００４２】
アクチュエータは、圧電材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、若しくは酸化亜鉛（ＺｎＯ）からつくられ、又は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）からもつくられる。
【００４３】
有利には、接触縁４は、圧電セラミックよりも高延性の材料からつくられた層９により覆われており、層９は圧電セラミックとロータとの直接接触を回避し、これが、アクチュエータの摩耗とロータの摩耗の両方を低減する。この材料は、例えば、エポキシ樹脂により形成される。従って、好ましくは、ロータはアルミニウムからつくられ、実際、アルミニウムとエポキシ樹脂との間の摩擦トルクは良好な性能をもたらす。層９は、摩損を低減し、且つ、応力の一部を吸収するように作用する。
【００４４】
図２に、別の例示的なアクチュエータを示す。この例において、アクチュエータは、ロータに、接触縁４により直接的にではなく、接触縁４から突出している領域４’（この例では２つの領域が示されている）を用いて接触している。これらの領域４’を「接触領域」（“contact area”）と称する。接触領域４’は、円弧ａｃ３上にあり、従って、円弧ａｃ３の半径はロータの半径にほぼ対応している。突出している接触領域４’は、有利には、上記の層９の材料と類似の材料、例えば、エポキシからつくられる。接触領域４’は、摩損を低減し、且つ、応力の一部を吸収する。接触領域４’の寸法を変えることにより、アクチュエータとロータとの間の接触寸法が最適化される。
【００４５】
接触領域は、例えば、約０．５ｍｍ〜１ｍｍの高さを有し、この高さは、接触領域を保持している円弧ａｃ３の半径と半径ｒｉとの差に対応している。
【００４６】
接触領域４’は、例えば、約２度〜角度θ全体（すなわち、アクチュエータの接触縁４（図１）全体）の範囲の一部に延在する。
【００４７】
アクチュエータ２の面の１つが電極を担持している。
【００４８】
図５Ａ及び図５Ｂに、支持体に取り付けられ、且つ、電極が示された例示的なアクチュエータが見られる。示されている例において、アクチュエータは、アクチュエータに曲げモードでバイアスするための４つの電極１２と、アクチュエータに縦モードでバイアスするための１つの電極１４とを含む。電極１２は、アクチュエータの４つの頂点にほぼ配置されている。電極１４は、電極１２の間に延在し、ほぼ十字形状である。電極１２を「曲げ電極」（“bending electrode”）と称し、電極１４を「縦電極」（“longitudinal electrode”）と称する。アクチュエータの対向面は、単一の対電極、又は、第１の面の電極の各々に対して１つの対電極を含みうる。アクチュエータが単一の対電極を含む場合、アクチュエータは接地接続される。アクチュエータが複数の対電極を含む場合、アクチュエータは高電圧の交流電流が印加されるか、又は、接地接続される。
【００４９】
これは、対称的な電力（＋／−Ｖ）が、非対称的な電力（＋Ｖ／接地）を用いて「シミュレーションされる」（“simulated”）ことを可能にする。
【００５０】
曲げモードと縦モードとは直交している。接触縁４の楕円運動を得るために、アクチュエータは、同一面における両方の直交モードが同一周波数であるようにつくられる。このために、角度θは、これらの両方のモードが同一周波数であるように選択される。
【００５１】
図８に、アクチュエータの角度θの関数としての縦モードの周波数（Ｌと示す）の変化と、角度θの関数としての曲げモードの周波数（Ｂと示す）の変化とが見られる。周波数Ｌと周波数Ｂの変化が線状であり、且つ、所与の角度に対応する点にて交差していることが観察される。従って、この角度は、直交する２つのモードを同一周波数で有するアクチュエータの角度に対応している。アクチュエータの角度を設定するのはこの値である。
【００５２】
図８から、点Ａと点Ｂが同一であるアクチュエータに関して、半径ｒｉが１５ｍｍに等しく、半径ｒｏが２５ｍｍに等しく、角度θが４１．４度に等しいことが推論される。
【００５３】
以下の表に、本発明によるアクチュエータの角度θの値の複数の例を、半径ｒｏ（横列（row））及び距離ｄ（縦列（column））の値の組に関して集めた。半径ｒｉ＝１５ｍｍである。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
圧電素子は、例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有する。
【００５６】
電極により分離された複数の圧電材料の薄層により形成された多層要素も用いることができ、従って、アクチュエータを動作させるために必要な電圧が低減される。実際、厚さがより薄ければ電界も変形も増大する。好ましくは、増大された電界効果を、アクチュエータが破損しないように十分に厚いままで利用するために、多層要素が用いられる。
【００５７】
ｄの正負号は、軸Ｑの方向に対して決定される。図１の表示においてＢがＡの右にある場合、ｄは正である。反対に、図１の場合のように、ＢがＡの左にある場合、ｄは負である。
【００５８】
図３に、本発明によるアクチュエータ２を備えた、１つの自由度を有する超音波モータＭ１が概略的に示されている。このモータは、Ｚ軸を有する円筒状ロータ１６を含む。アクチュエータ２は、その接触縁４を通じてロータ１６の円筒状輪郭に、接触縁４の端部により形成された少なくとも２つの接触点により接触している。アクチュエータに交流電圧を、縦モード及び曲げモードでバイアスするために印加することにより、ロータが軸Ｚを中心として回転される。
【００５９】
図７Ａ及び図７Ｂに、本発明によるアクチュエータの縦モード（図７Ａ）及び曲げモード（図７Ｂ）で電圧が印加されたときのモーダルな偏向カーブ（deflected curve）が見られる。アクチュエータは、これらの両方のモードで、接触縁の楕円運動の達成を可能にする時間位相差を有して刺激される。
【００６０】
図７Ａ及び図７Ｂに示されている楕円は、両方のモードの刺激のΠ／２の時間位相シフトに対応している。
【００６１】
さらに、モードの周波数の近似が、ロータでの運動を増幅するための共鳴効果を得ることを可能にする。
【００６２】
図４Ａに、本発明による、２つの自由度を有する超音波モータＭ２の例示的な実施形態の分解図が見られる。超音波モータＭ２は、ロータ１８（その面が、球面形状のアクチュエータに接触することを意図されている）と、ケース２０（この中に、アクチュエータ２及びアクチュエータ１０２、並びにロータ１８が取り付けられる）と、ケース２０に取り付けられる閉鎖プレート２２とを備えている。閉鎖プレート２２に、伝達要素（例えば、アクチュエータ２，１０２に接触する領域とは反対側の領域にてロータに固定されたジョイスティックのハンドル）を通すための開口部が設けられている。
【００６３】
図４Ｂ〜図４Ｄに見られるように、アクチュエータ２とアクチュエータ１０２の両方が、ケース内に、軸Ｘ及び軸Ｙ（これらの軸を中心としてロータ１８が回転駆動されることを意図されている）を含む面に対して垂直な２つの面において互いに垂直に取り付けられている。ロータ１８は、接触縁４及び接触縁１０４上に配置されている。図４Ａ〜図４Ｃの表示において、軸Ｘ及び軸Ｙが水平面を画成している。
【００６４】
３つの自由度を有する超音波モータを製造するために、本発明による第３のアクチュエータが、アクチュエータ２，１０２の面に対して垂直な面に、アクチュエータの接触縁がロータに接触した状態で設けられ、このアクチュエータがロータを、軸Ｘ及び軸Ｙに対して垂直な軸Ｚを中心として移動させる。
【００６５】
先に述べたように、図５Ａに、支持体２２内に取り付けられてその一部が引き出されているアクチュエータが示されている。
【００６６】
図５Ｃに、支持体の全体が透視図で示されている。支持体２２は２つのプレートにより形成され、これらのプレート内にハウジングが形成されている。ハウジングの内部形状は、側縁８及び側縁１０並びに保持縁６により形成されたアクチュエータ２の外側輪郭に対応している。支持体２２のハウジングは、アクチュエータを保持して振動の減衰を回避するための手段を含む。示されている例において、これらの手段は３つの支点２４により形成されており、これらの支点は、アクチュエータの縁６，８，１０に、縦電極にて（すなわち、曲げ変位においては無効な点で）接触するように配置されている。３つの支点２４は、支持ハウジングの壁部から突出しているボスにより形成されている。
【００６７】
支持体は、例えば、ベークライトからつくられる。
【００６８】
電極を交流電圧源に接続するための手段が存在する。例えば、支持体の側面（図示せず）を、プリント回路板からつくり、その銅層をエッチングして電極に接続しうる。
【００６９】
図５Ｂに、プリント回路板に形成された支持体の部品の１つが見られ、その接続側面が見られる。通し穴２８（図５Ｂ及び図５Ｃに見られる）が、アクチュエータ２の電極との電気接触が設定されることを可能にしている。これらの接触を、溶接ワイヤ又は弾性の機械的接触、例えばばねを用いて形成できる。
【００７０】
図６Ａ〜図６Ｄに、曲げ電極１２及び縦電極１４の異なる例示的な配置を示す。
【００７１】
図６Ａ及び図６Ｂにおいて、縦電極は、縁４，６，８、及び１０まで延在している。一方、図６Ｃにおいては、縦電極は接触縁４のみに延在している。これらの電極形状は、特に有利である。なぜなら、これらは、アクチュエータの両方のバイアスモード間の結合（coupling）の回避を可能にし、且つ、電気刺激の最適化を可能にし、これにより、効率が高められるからである。
【００７２】
図６Ｄに、２つの電極Ｅ１，Ｅ２を備えた、組み合わされた刺激（stimulation）を有する例示的なアクチュエータが見られる。第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２にて、以下の電圧ＶＥ１及び電圧ＶＥ２がそれぞれ印加される：
ＶＥ１＝ＶＬ１×ｓｉｎ（ｗｔ）＋ＶＢ２×ｓｉｎ（ｗｔ＋ｐｈｉ）
ＶＥ２＝ＶＬ１×ｓｉｎ（ｗｔ）−ＶＢ２×ｓｉｎ（ｗｔ＋ｐｈｉ）
【００７３】
式中、ＶＬ１は対称的な励起であり、ＶＢ２は、非対称的な励起である。
【００７４】
そして、これらの励起を組み合わせて単一の励起を形成する。ｐｈｉは、両モード間の位相シフトである。
【００７５】
本発明によるアクチュエータを用いれば、応力がもはや局所化されないことにより、頑強な超音波モータが得られ、また、アクチュエータがロータ支持体を直接形成し、非常にコンパクトであるため、設計が非常に単純になる。さらに、アクチュエータに伝達される電気エネルギーの有効部分が、接触領域の増大により増大するため、効率が高められる。
【００７６】
本発明によるこの超音波モータは、様々な分野で、例えば、慣性安定化及び対象物追跡のための光学器械（例えば、カメラ、レンズ、レーザ、マイクロプロジェクタ）の変位に用いられ、また、本発明をロボット（特には、小型寸法であることから小型ロボットの）ヒンジング、マイクロマニピュレータ、ジョイスティックタイプの力フィードバックインタフェースなどに用いうる。
【符号の説明】
【００７７】
２  アクチュエータ
２’  アクチュエータ
４  接触縁
４’  接触領域
６  保持縁
８  側縁
９  層
１０  側縁
１２  電極
１４  電極
１６  ロータ
１８  ロータ
２０  ケース
２２  閉鎖プレート
２４  支点
２８  通し穴
１０２  アクチュエータ
１０４  接触縁
Ｅ１  電極
Ｅ２  電極
ｒｉ  半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月19日(2015.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート形状の圧電材料から成る素子を含む、超音波モータのためのアクチュエータであって、前記超音波モータのロータに接触するように構成された少なくとも１つの接触領域（４’）が設けられた少なくとも１つの接触縁（４）と、前記圧電材料を曲げモード及び縦モードでバイアスするように構成された電極（１２，１４）とを備え、前記接触縁が凹状であり、且つ、第１の半径（ｒｉ）を有する第１の円弧（ａｃ１）により形成されており、前記第１の円弧（ａｃ１）が、前記圧電材料をバイアスする前記曲げモードと前記縦モードとが同一の周波数であるように予め決められた角度（θ）で角度方向に延在し、前記少なくとも１つの接触領域（４’）が凹状であり、且つ、前記ロータの、前記アクチュエータに接触するように構成された面の半径にほぼ対応している第２の半径を有する第２の円弧（ａｃ３）上に在る、アクチュエータ。
【請求項２】
２つの接触領域（４’）を備えた、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記接触領域（４’）が前記接触縁から突出し、前記接触領域が、前記圧電材料とは異なる材料からつくられており、当該材料が、前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損の低減を保証する、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記接触縁（４）を形成している前記第１の円弧（ａｃ１）の前記第１の半径と、前記接触領域（４’）を形成している前記円弧（ａｃ３）の前記第２の半径とが等しく、従って、前記アクチュエータが前記ロータに、前記アクチュエータの接触縁（４）を通じて接触する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記接触縁（４）を覆う、前記圧電材料とは異なる材料から成る層（９）を備え、当該材料が、前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損を低減させる、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記圧電材料から成る素子及び前記ロータの摩損を低減する、前記圧電材料とは異なる前記材料がエポキシ樹脂である、請求項３又は５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
その他の３つの側部（６，８、１０）を含み、前記接触縁に対向する前記縁（６）が、突状であり、且つ第２の円弧（ａｃ２）により形成されている請求項１〜６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の円弧と第２の円弧（ａｃ１，ａｃ２）とが同心である請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記アクチュエータが４つの頂点を含み、圧電材料を曲げモードでバイアスするように構成された電極（１２）の個数が４つであり、前記電極が、各々、前記アクチュエータの頂点に配置されており、且つ、前記圧電材料を縦モードでバイアスするように構成された前記電極（１４）が、前記圧電材料を曲げモードでバイアスするように構成された前記４つの電極（１２）の間にほぼ十字形を形成している、請求項１〜８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第２の半径と前記第１の半径（ｒｉ）との差が０．５ｍｍ〜１ｍｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのアクチュエータ（２，１０２）を備えた、ステータ及びロータ（１６，１８）を形成している超音波モータであって、前記ロータ（１６，１８）の外面が前記アクチュエータの前記接触領域（４’）に接触している超音波モータ。
【請求項１２】
１つの自由度を有し、且つ、単一のアクチュエータ（２）を備えた、請求項１１に記載の超音波モータ。
【請求項１３】
少なくとも２つの自由度、少なくとも２つのアクチュエータ（２，１０２）、及び、少なくとも部分的に球形である外面を有する１つのロータ（１８）を有する、請求項１１に記載の超音波モータ。
【請求項１４】
前記アクチュエータ（２，１０２）の各々のための支持体（２２）と、前記電極を交流電圧源に接続するための手段とを備え、各支持体（２０）が前記アクチュエータ（２，１０２）を当該アクチュエータの前記接触縁（４）以外の縁（６，８、１０）にて保持している、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の超音波モータ。
【請求項１５】
前記支持体がボス（２４）を含み、当該ボス（２４）が、前記アクチュエータの前記接触縁（４）以外の前記縁（６，８、１０）に、前記アクチュエータの前記縁（６，８、１０）の曲げ変位に関して無効な領域にて接触している、請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項１６】
前記ロータ（１６，１８）がアルミニウムからつくられている、請求項１１〜１５に記載の超音波モータ。
【国際調査報告】
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