(57)【要約】【課題】設置空間についての制約が小さい形状・大きさの振動体及び超音波モータを提供すること。【解決手段】振動体を次のように構成する。すなわち、所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される第１の圧電体12aと、前記第１の振動部材に対して所定の角度を成すように配置され、所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される第２の圧電体12bと、前記第１の圧電体12aの一端と、前記第２の圧電体12bの一端とを保持する連結部材14と、を振動体10に具備させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第１の振動部材と、
前記第１の振動部材に対して所定の角度を成すように配置され、所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の一端と、前記第２の振動部材の一端とを保持する連結部材と、
を具備することを特徴とする振動体。
【請求項２】
前記第１の振動部材は、前記連結部材によって保持された一端の端面の中心と他端の端面の中心とを結んで成る第１の中心軸に対して垂直を成す方向に並べて設けられた２つの電気的活性化領域を有し、
前記第２の振動部材は、前記連結部材によって保持された一端の端面の中心と他端の端面の中心とを結んで成る第２の中心軸に対して垂直を成す方向に並べて設けられた２つの電気的活性化領域を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動体。
【請求項３】
前記第１の振動部材は、前記連結部材によって保持された一端の端面の中心と他端の端面の中心とを結んで成る第１の中心軸に沿った方向に並べて設けられた２つの電気的活性化領域を有し、
前記第２の振動部材は、前記連結部材によって保持された一端の端面の中心と他端の端面の中心とを結んで成る第２の中心軸に沿った方向に並べて設けられた２つの電気的活性化領域を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動体。
【請求項４】
前記第１の振動部材及び前記第２の振動部材は、それぞれ２つの振動部材が貼り合わされて構成されており、
前記２つの電気的活性化領域は、前記２つの振動部材の各々に１つずつ設けられて成る
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の振動体。
【請求項５】
前記第１の振動部材及び前記第２の振動部材は、複数の圧電素子が積層されて成り、
前記２つの電気的活性化領域は、前記複数の圧電素子のそれぞれに設けられた電極から成る
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の振動体。
【請求項６】
振動体に励起された楕円振動を駆動源として、前記振動体に設けられた駆動子によって被駆動体を摩擦駆動する超音波モータであって、
前記振動体は、
所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第１の振動部材と、
前記第１の振動部材に対して所定の角度を成すように配置され、所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の一端と、前記第２の振動部材の一端とを保持する連結部材と、
前記第１の振動部材及び前記第２の振動部材のうち少なくとも何れか一方の他端を固定する固定部材と、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】
複数の前記振動体が連結されて一つの振動体を構成している
ことを特徴とする請求項７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体及び該振動体を具備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、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。具体的には、振動子に所定の交番電圧を印加して楕円振動を励起し、該楕円振動を駆動源として被駆動部材を摩擦駆動するタイプの超音波モータが知られている。
【０００３】
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。すなわち、特許文献１には、第１の重ね体と第２の重ね体とが交互に積層されて成る第１の積層体（以下、屈曲振動用積層体と称する）と、両面に内部電極が施された圧電素子を複数積層した第２の積層体（以下、伸縮振動用積層体と称する）とが積層方向に直列に接合されて成る超音波振動子が開示されている。
【０００４】
ここで、前記第１の重ね体は、両面に形成された内部電極のうち片面の内部電極が２分割された２枚の圧電素子を、前記内部電極の分割面を対向させて重ねた部材である。前記第２の重ね体は、両面に形成された内部電極のうち片面の内部電極が前記分割方向と直交する方向に分割された２枚の圧電素子を、前記内部電極の分割面を対向させて重ねた部材である。そして、前記内部電極を電気的に接続する為の外部電極は、当該超音波振動子の外面に設けられている。
【０００５】
特許文献１に開示されている超音波振動子は上述の構成を採り、屈曲振動用積層体の振動と伸縮振動積層体の振動とが合成されて楕円振動が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１４６１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、超音波モータの設置空間は、当該超音波モータが搭載される製品の用途等により様々な形状・大きさである。具体的には、例えば超音波モータの設置空間が扁平形状な小空間である場合もある。このように超音波モータの設置空間には種々の制約がある為、超音波モータを多用途化する為には小型化が必要となる。
【０００８】
なお、特許文献１に開示されている超音波振動子は、前記積層方向について或る程度の厚みを有してしまう為、実装される製品（用途）が制限されてしまう。
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、設置空間についての制約が小さい形状・大きさの振動体及び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】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による振動体は、
所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第１の振動部材と、
前記第１の振動部材に対して所定の角度を成すように配置され、所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の一端と、前記第２の振動部材の一端とを保持する連結部材と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による超音波モータは、
振動体に励起された楕円振動を駆動源として、前記振動体に設けられた駆動子によって被駆動体を摩擦駆動する超音波モータであって、
前記振動体は、
所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第１の振動部材と、
前記第１の振動部材に対して所定の角度を成すように配置され、所定の交番信号が印加されることにより縦振動と屈曲振動とが励起される圧電素子から成る第２の振動部材と、
前記第１の振動部材の一端と、前記第２の振動部材の一端とを保持する連結部材と、
前記第１の振動部材及び前記第２の振動部材のうち少なくとも何れか一方の他端を固定する固定部材と、
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、設置空間についての制約が小さい形状・大きさの振動体及び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】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動体を具備する超音波モータの構成例を示す斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係る振動体の構成例及び当該振動体に励起される楕円振動の方向を示す図。
【図３】圧電体の一構成例を示す図。
【図４】圧電体の一構成例を示す図。
【図５】圧電体の一構成例を示す図。
【図６】圧電体の一構成例を示す図。
【図７】《駆動方法１》及び《駆動方法４》による被駆動部材の実際の駆動例を示す斜視図。
【図８】《駆動方法２》及び《駆動方法３》による被駆動部材の実際の駆動例を示す斜視図。
【図９】変形例に係る振動体を具備する超音波モータの構成例及び駆動方向を示す斜視図。
【図１０】変形例に係る振動体を具備する超音波モータの構成例及び駆動方向を示す斜視図。
【図１１】変形例に係る振動体を具備する超音波モータの構成例及び駆動方向を示す斜視図。
【図１２】変形例に係る振動体を具備する超音波モータの構成例及び駆動方向を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る振動体を具備する超音波モータの一構成例を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る振動体の一構成例及び当該振動体に励起される楕円振動の方向を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本第１実施形態に係る超音波モータは、本一実施形態に係る振動体１０と、被駆動部材３０と、固定部材５０ａ，５０ｂと、を具備する。
前記振動体１０は、２つの圧電体１２ａ，１２ｂと、これら２つの圧電体１２ａ，１２ｂの一端がそれぞれ連結されている連結部材１４と、前記被駆動部材３０を摩擦駆動する駆動部材１６と、を有する。
【００１５】
前記圧電体１２ａは、図２に示すようにｘ軸に沿って配置され、その一端は連結部材１４に連結されている。前記圧電体１２ｂは、図２に示すようにｘ軸に対して垂直なｙ軸に沿って配置され、その一端は連結部材１４に連結されている。
詳細には、当該振動体１０では、圧電体１２ａの中心軸Ｃ１と圧電体１２ｂの中心軸Ｃ２とが直角を成す（互いに直交する）ように、圧電体１２ａと圧電体１２ｂとが連結部材１４によって連結されている。ここで、圧電体１２ａ，１２ｂの中心軸Ｃ１，Ｃ２は、各圧電体１２ａ，１２ｂの長手方向における両端面の中心を貫く軸である。
【００１６】
なお、圧電体１２ａの中心軸Ｃ１と圧電体１２ｂの中心軸Ｃ２とが同一平面内に配置されていない場合には、圧電体１２ａの中心軸Ｃ１のｘｙ平面への投影と、圧電体１２ｂの中心軸Ｃ２のｘｙ平面への投影とが、直角を成す（互いに直交する）ように構成される。
なお、圧電体１２ａの中心軸Ｃ１と、圧電体１２ｂの中心軸Ｃ２とが、連結部材１４において直角を成す（互いに直交する）ことは、駆動制御の容易性の観点から好ましい構成ではあるが、必須の構成ではない。換言すれば、中心軸Ｃ１と中心軸Ｃ２とが成す角度は任意である。
【００１７】
但し、本例では説明の便宜上、圧電体１２ａの中心軸Ｃ１と圧電体１２ｂの中心軸Ｃ２とが連結部材１４において直角を成す（互いに直交する）構成を例に説明する。
図３乃至図６は、それぞれ前記圧電体１２ａ，１２ｂの構成例を示す図である。以下、圧電体１２ａ，１２ｂの構成について詳細に説明する。
【００１８】
図３に示す例では、前記圧電体１２ａは、中心軸Ｃ１方向（ｘ軸方向）に、圧電体１２ａ１と圧電体１２ａ２とが貼り合わされて構成されている。同様に、前記圧電体１２ｂは、中心軸Ｃ２方向（ｙ軸方向）に、圧電体１２ｂ１と圧電体１２ｂ２とが貼り合わされて構成されている。
【００１９】
なお、圧電体１２ａ１，１２ａ２は、圧電体１２ａを中心軸Ｃ１方向（ｘ軸方向）に二等分した形状である。同様に、圧電体１２ｂ１，１２ｂ２は、圧電体１２ｂを中心軸Ｃ２方向（ｙ軸方向）に二等分した形状である。
図４に示す例では、前記圧電体１２ａは、中心軸Ｃ１方向に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に、圧電体１２ａ１´と圧電体１２ａ２´とが貼り合わされて構成されている。同様に、前記圧電体１２ｂは、中心軸Ｃ２方向に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に、圧電体１２ｂ１´と圧電体１２ｂ２´とが貼り合わされて構成されている。
【００２０】
なお、圧電体１２ａ１´，１２ａ２´は、圧電体１２ａをｘｙ平面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に二等分した形状である。同様に、圧電体１２ｂ１´，１２ｂ２´は、圧電体１２ｂをｘｙ平面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に二等分した形状である。
図５に示す例では、前記圧電体１２ａはｙ軸方向に複数の圧電素子が積層されて構成され（積層構造を採り）、それら複数の圧電素子の各々には、内部電極１２ａｅ１と内部電極１２ａｅ２とが中心軸Ｃ１方向（ｘ軸方向）に並設されている。同様に、前記圧電体１２ｂはｘ軸方向に複数の圧電素子が積層されて構成され（積層構造を採り）、それら複数の圧電素子の各々には、内部電極１２ｂｅ１と内部電極１２ｂｅ２とが中心軸Ｃ２方向（ｙ軸方向）に並設されている。
【００２１】
図６に示す例では、前記圧電体１２ａはｙ軸方向に複数の圧電素子が積層されて構成され（積層構造を採り）、それら複数の圧電素子の各々には、内部電極１２ａｅ１´と内部電極１２ａｅ２´とが中心軸Ｃ１方向に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に並設されている。同様に、前記圧電体１２ｂはｘ軸方向に複数の圧電素子が積層されて構成され（積層構造を採り）、それら複数の圧電素子の各々には、内部電極１２ｂｅ１´と内部電極１２ｂｅ２´とが中心軸Ｃ２方向に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に並設されている。
【００２２】
ところで、圧電体１２ａ，１２ｂの寸法については、前記連結部材１４に楕円振動が励起され得る寸法に適宜設定すればよい。また、駆動に際して用いる振動モードの次数を決定し、且つ、圧電体の縦効果／横効果の何れを用いて駆動するかを選択し、該選択結果に基づいて、各圧電体１２ａ，１２ｂに適切な電極を設け、駆動信号を入力する為の信号線を、それら電極から引き出す。
なお、図３及び図４に示す圧電体１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２を、それぞれ積層構造として構成しても勿論よい。また、圧電体を貼り合わせる際には、それら圧電体の間に弾性体を介在させて貼り合わせても勿論よい。
【００２３】
ところで、前記連結部材１４は、前記圧電体１２ａ，１２ｂの各々の一端を保持し、圧電体１２ａと圧電体１２ｂとの上述の位置関係を保持する。
前記駆動部材１６は、被駆動部材３０に対して接触するように連結部材１４に設けられた部材であり、振動体１０に励起された楕円振動を駆動源として被駆動部材３０を摩擦駆動する。
なお、この駆動部材１６は必須の構成要件ではなく、連結部材１４自体で、被駆動部材３０を摩擦駆動してもよい。また、駆動部材１６を、圧電体１２ａ，１２ｂのうち何れかの端面に設けてもよい。
前記固定部材５０ａ，５０ｂは、それぞれ圧電体１２ａ，１２ｂのうち連結部材１４に連結されていない方の一端を固定する部材である。このように構成することで、連結部材１４に励起された楕円振動を駆動に利用すること（楕円振動を被駆動部材３０に伝達すること）が可能となる。
【００２４】
以下、本一実施形態に係る振動体を具備する超音波モータの駆動方法について説明する。
上述の各圧電体１２ａ１，１２ａ１´，１２ａ２，１２ａ２´，１２ｂ１，１２ｂ１´，１２ｂ２，１２ｂ２´の各々には、駆動信号である交番信号を入力する為の振動励起部（不図示；以降同様）が設けられている。本例では、各圧電体の振動励起部を、それぞれ下記のように称する。
・圧電体１２ａ１（１２ａ１´）の振動励起部をＡ相とする
・圧電体１２ａ２（１２ａ２´）の振動励起部をＢ相とする
・圧電体１２ｂ１（１２ｂ１´）の振動励起部をＣ相とする
・圧電体１２ｂ２（１２ｂ２´）の振動励起部をＤ相とする
上述のＡ相乃至Ｄ相の振動励起部のうち何れかの相を基準として、各相の振動励起部にそれぞれ下記の位相差の交番信号を印加することで、当該振動体１０に楕円振動を励起することができる。以下、駆動方法例を示す。
《駆動方法１》図２において矢印ｅ１で示す楕円振動（ｚ軸周りの楕円振動）による駆動
・Ａ相；基準、Ｂ相；位相差０°、Ｃ相；位相差９０°、Ｄ相；位相差９０°
《駆動方法２》図２において矢印ｅ２で示す楕円振動（ｙ軸周りの楕円振動）による駆動
・Ａ相；基準、Ｂ相；位相差９０°、Ｃ相；用いず、Ｄ相；用いず
《駆動方法３》図２において矢印ｅ３で示す楕円振動（ｘ軸周りの楕円振動）による駆動
・Ａ相；用いず、Ｂ相；用いず、Ｃ相；基準、Ｄ相；位相差９０°
《駆動方法４》ｘ＝ｙを満たす面内における楕円振動による駆動
・Ａ相；基準、Ｂ相；位相差９０°、Ｃ相；位相差０°、Ｄ相；位相差９０°
上述の各《駆動方法》を用いることで、例えば次のように被駆動部材３０を駆動することができる。図７及び図８は、《駆動方法１》乃至《駆動方法４》による被駆動部材３０の実際の駆動例を示す図である。
【００２５】
図７において矢印ｄ１で示す方向は、上述の《駆動方法１》による被駆動部材３０の駆動方向（ｚ軸周りの楕円振動による駆動の方向）である。図７において矢印ｄ４で示す方向は、上述の《駆動方法４》による被駆動部材３０の駆動方向（ｘ＝ｙを満たす面内における楕円振動による駆動の方向）である。
【００２６】
図８において矢印ｄ２で示す方向は、上述の《駆動方法２》による被駆動部材３０の駆動方向（ｙ軸周りの楕円振動による駆動の方向）である。図８において矢印ｄ３で示す方向は、上述の《駆動方法３》による被駆動部材３０の駆動方向（ｘ軸周りの楕円振動による駆動の方向）である。
【００２７】
なお、固定部材５０ａ，５０ｂは必ずしも必須の構成要件ではない。例えば、固定部材５０ｂを設けない場合には、圧電体１２ｂのうち連結部材１４に連結されていない方の一端の端面に励起された楕円振動を駆動に利用することが可能となる
【００２８】
以上説明したように、本一実施形態によれば、設置空間についての制約が小さい形状・大きさの振動体及び超音波モータを提供することができる。具体的には、本一実施形態に係る振動体及び超音波モータによれば例えば次の効果を得ることができる。
・被駆動部材３０を多方向へ駆動することができ、且つ、扁平な空間にも設置可能な形状及び大きさである。
・空間的制限が厳しい設置空間に収まる超音波モータを設計することが可能となる。
・２方向以上に駆動できる多自由度でありながら薄型でもある。
・つまり、多機能化と小型化とを同時に実現することができる。
【００２９】
なお、上述した一実施形態は例えば種々の変形が可能であり、例えば図９乃至図１２に示すような変形例を挙げることができる。図９乃至図１２は、上述した一実施形態の変形例に係る振動体を具備する超音波モータの構成例及び駆動方向を示す斜視図である。
【００３０】
図９に示す振動体１０は、４つの圧電体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、４つの連結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、４つの駆動部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと、を具備する。
詳細には、各連結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによって連結された各圧電体同士（圧電体１２ａと圧電体１２ｂ、圧電体１２ｂと圧電体１２ｃ、圧電体１２ｃと圧電体１２ｄ、圧電体１２ｄと圧電体１２ａ）は、それらの中心軸同士が直角を成す（互いに直交する）ように連結され、当該振動体１０全体として上面視で中空の正方形状を呈する。そして、図９において矢印ｄ４で示す方向は、上述の《駆動方法４》による被駆動部材３０の駆動方向（ｘ＝ｙを満たす面内における楕円振動による駆動の方向）である。
【００３１】
なお、被駆動部材３０の形状は図９に示すような平板形状に限られない。すなわち、被駆動部材３０は、駆動部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが接触するように構成されていればよい。従って、被駆動部材３０を、例えば図１０に示すような曲面を有する形状に構成してもよい。
【００３２】
図１１に示す例では、４つの駆動部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが振動体１０の内側に設けられている。被駆動部材３０は、当該振動体１０内に挿入されて前記駆動部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに接するような円筒形状の部材として構成されている。図１１において矢印ｄ１で示す方向は、上述の《駆動方法１》による被駆動部材３０の駆動方向（ｚ軸周りの楕円振動による駆動の方向）であり、矢印ｄ４で示す方向は、上述の《駆動方法４》による被駆動部材３０の駆動方向（ｘ＝ｙを満たす面内における楕円振動による駆動の方向）である。
【００３３】
なお、振動体１０を構成する圧電体及び連結部材の個数は任意である。従って、例えば図１２に示すように、振動体１０に８個の圧電体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈを具備させることで、駆動力を更に増強させてもよい。この構成の場合、当該振動体１０全体として上面視で中空の正方形状を呈するように、連結部材としては８個の連結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを具備させる。
【００３４】
なお、図９乃至図１２に示す態様の振動体を用いて超音波モータを構成する場合には、上述した《駆動方法１》乃至《駆動方法４》を参照して適宜駆動すればよい。
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】
【００３５】
Ｃ１，Ｃ２…中心軸、  １０…振動体、  １２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２…圧電体、  １２ａｅ１，１２ａｅ２，１２ｂｅ１，１２ｂｅ２…内部電極、  １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ…連結部材、  １６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈ…駆動部材、  ３０…被駆動部材、  ５０ａ，５０ｂ…固定部材。
【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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【図１１】
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【図１２】
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