(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮および屈曲振動するアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部の一端から第１方向に延びる突起部と、
前記突起部の先端に接触し、該先端の振動により回転するロータ部と、
を有し、
平面視において、前記第１方向に垂直な第２方向の前記突起部の幅は、前記アクチュエータ部の前記第２方向の幅の３０％以下であり、
前記アクチュエータ部の前記第１方向に沿う方向の振動における第１共振周波数、および前記第２方向に沿う方向の振動における第２共振周波数は、いずれも１０５ｋＨｚ以上１１５ｋＨｚ以下の範囲にあり、
前記第１共振周波数および前記第２共振周波数の差は、２ｋＨｚ未満であり、
前記ロータ部は、２００ｒｐｍ以上の回転速度で回転される、超音波モータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記ロータ部の側面は、前記突起部の先端に接触し、
平面視において、前記ロータ部の側面と前記突起部の先端とが接触する長さは、前記アクチュエータ部の前記幅の３０％以下である、超音波モータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記突起部は、
前記アクチュエータ部の一端から順に、基部、胴部および先端部を有し、
前記胴部の幅は、一定である、超音波モータ。
【請求項４】
請求項３において、
前記基部の幅は、前記胴部の幅よりも広く、
前記先端部の幅は、前記胴部の幅よりも狭い、超音波モータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波モータを有する、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータおよびこれを有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する素子の一つである。超音波モータの構成の一例としては、モータの動作軸である回転体の側面に、すなわち軸に垂直な方向から、圧電アクチュエータの先端の突起を押しつけたものが挙げられる。このような構成の超音波モータは、圧電アクチュエータの先端の突起をモータの軸に垂直な面内で楕円状に振動させると、回転体の側面が圧電アクチュエータの先端の突起によって蹴飛ばされる状態となり、回転体にモーメントが生じ、モータの動作軸を中心とした回転運動をすることができる。このような超音波モータは、例えば、特開２００４−１６６３２４号公報に開示されている。
【０００３】
このような超音波モータの圧電アクチュエータの先端の突起は、回転体に押しつけられて振動するため摩耗する。このような摩耗が生じないように、圧電アクチュエータの突起の材質などに工夫がなされることが多い。
【特許文献１】特開２００４−１６６３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アクチュエータ部の先端の突起部の摩耗は、その機能上、避けることが難しい。そのため、摩耗する前後で、圧電アクチュエータの動作が大きく変化しない超音波モータを提供することが望まれる。
【０００５】
本発明にかかる目的の一つは、部材が摩耗しても共振周波数に顕著な変化がない信頼性の高い超音波モータ、およびこれを有する電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる超音波モータは、
伸縮および屈曲振動するアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部の一端から第１方向に延びる突起部と、
前記突起部の先端に接触し、該先端の振動により回転するロータ部と、
を有し、
平面視において、前記第１方向に垂直な第２方向の前記突起部の幅は、前記アクチュエータ部の前記第２方向の幅の３０％以下である。
【０００７】
このような超音波モータは、超音波モータが駆動され前記突起部が摩耗したとしても、共振状態が初期の状態から大きく変化することがないため、動作の信頼性が高い。
【０００８】
本発明にかかる超音波モータにおいて、
前記ロータ部の側面は、前記突起部の先端に接触し、
平面視において、前記ロータ部の側面と前記突起部の先端とが接触する長さは、前記アクチュエータ部の前記幅の３０％以下であることができる。
【０００９】
本発明にかかる超音波モータにおいて、
前記突起部は、
前記アクチュエータ部の一端から順に、基部、胴部および先端部を有し、
前記胴部の幅は、一定であることができる。
【００１０】
このような超音波モータは、超音波モータが駆動され前記突起部が摩耗していく際に、前記ロータ部の側面と前記突起部の先端とが接触する長さが、前記アクチュエータ部の前記幅の３分の１以下である期間が長く保たれるため、動作の信頼性がさらに向上する。
【００１１】
本発明にかかる超音波モータにおいて、
前記基部の幅は、前記胴部の幅よりも広く、
前記先端部の幅は、前記胴部の幅よりも狭いことができる。
【００１２】
本発明にかかる電子機器は、上述の超音波モータを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例として説明するものである。
【００１４】
１．超音波モータ５００
まず、本実施形態にかかる超音波モータ５００の構成について説明する。以下には、超音波モータ５００がロータ部１００とアクチュエータ部２００を含んで構成される場合の例を説明するが、本発明にかかる超音波モータは、このような構成の超音波モータのみには限定されない。本実施形態の超音波モータとしては、以下の例示の他に、複数のアクチュエータ素子がロータの周囲に配置された超音波モータなどを挙げることができる。
【００１５】
図１は、本実施形態にかかる超音波モータ５００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態にかかる超音波モータ５００を模式的に示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面が図２に相当する。図３は、アクチュエータ部２００および突起部３００の幅を説明するための模式図である。
【００１６】
超音波モータ５００は、ロータ部１００と、アクチュエータ部２００と、突起部３００と、アクチュエータ支持部４００と、を有する。
【００１７】
ロータ部１００は、その外周面が、アクチュエータ部２００と当接するように設けられる。ロータ部１００は、回転の中心軸１１０を中心として回転自在に設けられる。ロータ部１００は、外周面が突起部３００の先端の振動によって蹴られることによって中心軸周りにモーメントを生じて回転駆動される。ロータ部１００は、円柱状の形状であっても良いし、図示の例のように軸の直径を大きくした輪軸状の形状であってもよい。アクチュエータ部２００の振動等についての詳細は後述する。ロータ部１００の回転が、超音波モータの機械的な出力となる。ロータ部１００の材質は、摩耗しにくいものであることが好ましい。
【００１８】
アクチュエータ部２００は、振動板２１０と、２つの圧電体層と、２つの縦振動用電極と、８つの屈曲振動用電極と、４つの検出用電極と、を有する。アクチュエータ部２００は、振動板２１０の中心面を鏡面として、上下に対称な構成である。したがって、以下では、振動板２１０から上側の構成について詳細に説明し、振動板２１０より下側の構成については、詳細な説明を省略する。
【００１９】
本実施形態では、アクチュエータ部２００は、平面視において長方形となっている。図１および図２における左右方向すなわちアクチュエータ部２００の長手方向を第１方向という。そして、図１における上下方向すなわち第１方向に垂直な方向であって振動板２１０の面内の方向を第２方向という。また、アクチュエータ部２００の第２方向の幅とは、アクチュエータ部２００の第２方向の長さを指している。また、図３には、第１方向および第２方向の矢印を描いた。アクチュエータ部２００の第２方向の幅は、図３にＷと符号を付した。以下、アクチュエータ部２００の第２方向の幅を、単に幅Ｗということがある。本実施形態では、アクチュエータ部２００が長方形であるため、幅Ｗは、該長方形の短辺の長さに等しい。アクチュエータ部２００が長方形でない場合には、幅Ｗは、第２方向の長さを第１方向に向かって平均した長さとする。
【００２０】
振動板２１０は、略長方形の板状部材である。図１および図２では、左右方向に長手方向を有するように描いてある。振動板２１０は、アクチュエータ部２００と平面的な形状が一致している。振動板２１０の厚さは、たとえば０．１μｍないし２００μｍとすることができる。振動板２１０は、ロータ部１００の外周面に突起部３００を介して、振動を伝達できるように設けられている。振動板２１０は、圧電体によって挟まれ、該圧電体の伸縮にともなって伸縮および屈曲運動が可能である。振動板２１０は、このような運動によって、突起部３００の先端付近の軌跡が楕円状となるように振動することができる。振動板２１０は、接触する圧電体層２２０，２２２に電力を供給するように導電性を有する物質で構成されてもよい。また振動板２１０は、導電性を有さない物質で構成されてもよい。この場合は、振動板２１０と圧電体層２２０，２２２との間に電力を供給するための電極を別途設けることができる。振動板２１０の材質としては、たとえば、ステンレス鋼を好ましく用いることができる。また、振動板２１０と突起部３００の材質は、同一でも異なってもよい。
【００２１】
圧電体層２２０は、振動板２１０の上に設けられる。圧電体層２２０は、電圧が印加されることにより伸縮することができる。圧電体層２２０の伸縮の方向は、印加する電圧の極性や、圧電体層２２０を分極させる方向により任意に設計することができる。圧電体層２２０の厚さは、たとえば０．１μｍないし２００μｍとすることができる。図１および図２の例では、４つの屈曲振動用電極２４１〜２４４を配しているため、圧電体層２２０は、単層で一方向に分極処理されている。この例では、各電極に印加する電圧の極性によってそれぞれの電極に対応する部位の圧電体の伸縮を行うことになる。また、圧電体層２２０は、伸縮が生じると振動板２１０および検出電極２５１，２５２の間に電圧を発生することができ、この電圧（検出電圧）によって、振動板２１０の動作を検知することができる。圧電体層２２０は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）などの圧電材料から形成されることができる。
【００２２】
縦振動用電極２３０は、圧電体層２２０の上に設けられる。縦振動用電極２３０は、振動板２１０すなわちアクチュエータ部２００を第１方向に伸縮するための電力を供給するために設けられる。
【００２３】
屈曲振動用電極２４１〜２４４は、圧電体層２２０の上に設けられる。屈曲振動用電極２４１〜２４４は、縦振動用電極２３０と電気的に絶縁されている。屈曲振動用電極２４１〜２４４は、振動板２１０すなわちアクチュエータ部２００を第２方向に屈曲振動させるための電力を供給するために設けられる。このような振動は、たとえば、屈曲振動用電極２４１と屈曲振動用電極２４２に互いに極性が反対になるような電圧を印加することによって可能である（図１参照）。このようにすれば一方の電極の下の圧電体がアクチュエータ部２００の長手方向に伸張したときに、他方の電極の下の圧電体が同方向に収縮するため、収縮する側を内側としてアクチュエータ部２００が屈曲するような動作が可能となる。このような電圧の組み合わせを交番して印加することで、アクチュエータ部２００は、長手方向に垂直な方向の屈曲振動が可能となる。図示の例では屈曲振動用電極２４１〜２４４が４つ配置されているが、以上のような機能を有する限り、当該電極の数、配置および形状は任意に設計できる。また、この例では、電極の配置によって屈曲および伸縮を生じさせるが、そのほかに、圧電体層２２０の分極の配置を利用して屈曲および伸縮を生じさせる方法もある。
【００２４】
検出用電極２５１，２５２は、圧電体層２２０の上に設けられる。検出用電極２５１，２５２は、縦振動用電極２３０および屈曲振動用電極２４１〜２４４と電気的に絶縁されている。検出用電極２５１，２５２は、振動板２１０すなわちアクチュエータ部２００の振動の状態を検出するために設けられる。このような振動の検出は、たとえば、検出用電極２５１と検出用電極２５２の下の圧電体に発生した電圧をそれぞれ検出することによって可能である。これらの電圧は、アクチュエータ部２００の変位を反映したものであり、アクチュエータ部２００の変位を示す量として利用することができる。図示の例では検出用電極２５１，２５２が２つ配置されているが、以上のような機能を有する限り、当該電極の数、配置および形状は任意に設計できる。
【００２５】
縦振動用電極２３０、屈曲振動用電極２４１〜２４４、および検出用電極２５１，２５２は、たとえば白金などの金属材料やランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯ３）などの導電性酸化物からなることができ単層でも多層構造でもよい。これらの電極の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、たとえば１０ｎｍないし５μｍとすることができる。
【００２６】
アクチュエータ支持部４００は、アクチュエータ部２００を支持するとともにロータ部１００にアクチュエータ部２００を押しつけるように保持するために設けられる。アクチュエータ支持部４００は、たとえば、アクチュエータ部２００の振動板２１０と一体的に形成されていてもよい。また、図２の例のようにアクチュエータ部２００を下から支持するように設けられてもよい。なお、この例では、アクチュエータ部２００の下部の電極群と、アクチュエータ支持部４００は、電気的に絶縁されている。アクチュエータ支持部４００の材質としては、たとえば、ステンレス鋼が好ましい。また、アクチュエータ支持部４００と振動板２１０は、同一の材質であっても良いし、異なる材質としてもよい。
【００２７】
突起部３００は、アクチュエータ部２００の第１方向の一端から延びるように設けられる。図２の例では、突起部３００は、アクチュエータ部２００の振動板２１０に一体的に形成されている。突起部３００は、振動板２１０とは別の部材として設けられていてもよい。アクチュエータ部２００から突起部３００が延びる方向は、本実施形態の場合アクチュエータ部２００の第１方向と一致する。突起部３００においても、当該方向を第１方向と称する。アクチュエータ部２００の場合と同様に、第１方向に垂直な方向は、第２方向と称する。
【００２８】
次に、突起部３００の第２方向の幅について説明する。突起部３００の第２方向の幅とは、図１の上下方向における突起部３００の長さを指している。図３には、突起部３００の第２方向の幅にＷ１と符号を付した。以下突起部３００の第２方向の幅を、単に幅Ｗ１ということがある。図１ないし図３の例では、突起部３００は、平面視において略矩形となっているため、幅Ｗ１は、該矩形の一辺の長さにほぼ等しい。しかし、突起部３００の形状は、矩形に限定されない。したがって突起部３００が矩形でない場合、幅Ｗ１は、第２方向の長さを第１方向に向かって平均した長さとする。
【００２９】
本実施形態の超音波モータ５００は、突起部３００の幅Ｗ１が、アクチュエータ部２００の幅Ｗの３０％以下である。そして、突起部３００は幅Ｗ１が細すぎると、アクチュエータ部２００の動力をロータ部１００に伝達することが困難になるため、幅Ｗ１は、幅Ｗの例えば３％以上である。また、幅Ｗ１が幅Ｗの３％未満であると、突起部３００の摩耗が速くなってしまうため好ましくない。
【００３０】
一方、上述のように突起部３００の先端は、ロータ部１００の側面に押しつけられて接触している。両者が接している面は、平面視において、ロータ部１００の輪郭に沿った線となる。この線の長さをＬと定義し、以下、これを単に長さＬということがある。図３には、ロータ部１００の側面を破線で示し、長さＬは、矢印で示した。
【００３１】
本実施形態の超音波モータ５００は、平面視において、ロータ部１００の側面と突起部３００の先端とが接触する長さＬが、アクチュエータ部２００の第２方向の幅Ｗの３０％以下であることがさらに望ましい。
【００３２】
本実施形態の超音波モータ５００は、超音波モータ５００が駆動され突起部３００が摩耗したとしても、共振状態が初期の状態から大きく変化することがないため、動作の信頼性が高い。その理由については、超音波モータ５００の動作および実験例の説明において詳述する。
【００３３】
２．超音波モータ５００の動作
図４は、アクチュエータ部２００が振動しているとき、瞬間的に採りうる形状を模式的に示す平面図である。図５は、ロータ部１００が突起部３００に突き動かされて回転する様子を描いた模式図である。図６および図７は、突起部３００を平面的に撮影した写真である。
【００３４】
図４に示すように、アクチュエータ部２００は、各電極から印加される電圧の極性に従って、屈曲および伸縮することができる。図４は、説明のために屈曲を誇張して示している。この図において、屈曲振動用電極２４１および屈曲振動用電極２４４と、屈曲振動用電極２４２および屈曲振動用電極２４３に印加される電圧の極性が逆になっている。すなわち、屈曲振動用電極２４１および屈曲振動用電極２４４には、圧電体層２２０を伸張させる電圧が、屈曲振動用電極２４２および屈曲振動用電極２４３には、圧電体層２２０を収縮させる電圧が印加されている。そのため、アクチュエータ部２００は、ある瞬間には図４に示すように、うねったような形状となっている。そして、各電極に印加する電圧の極性を特定の周波数で交番させるため、別の瞬間にはうねりの状態が逆になるような形状となる。このような理由から、この交番電圧の周期でアクチュエータ部２００は屈曲振動することとなる。そして、このとき同時に縦振動用電極２３０にも交流電圧を印加することができるため、アクチュエータ部２００には、屈曲振動と伸縮振動（縦振動）とを同時に発生させることができる。このような振動の組み合わせにより、突起部３００の軌跡を楕円状にすることができる。さらにこの楕円状の振動は、印加する交流の周波数、電圧および位相などを調節することで、所望の態様を得ることができる。印加する交流の周波数は、アクチュエータ部２００と突起部３００を含む振動系全体の共振周波数付近であると超音波モータ５００の駆動の効率を高めることができる。
【００３５】
アクチュエータ部２００は、突起部３００と一体的に運動する。図５に破線で示すように、突起部３００は、アクチュエータ部２００（振動板２１０）の動きに伴って、その先端が楕円状の軌跡３０１を描くように振動することができる。そして、この振動によって、ロータ部１００の側面は図５の矢印の方向に突き動かされ、ロータ部１００が回転軸１１０の周りに回転する。ロータ部１００の回転方向および回転速度は、上述したようにアクチュエータ部２００に入力する交流電圧の周波数、電圧および位相などを変化させることで調節することができる。なお、以上の説明は、振動板２１０よりも上側の部材についてのみ説明したが、下側にも同様の機能を有する部材が設けられており、適宜協働させて上記の動作を行うことができる。
【００３６】
以上のように超音波モータ５００は動作するが、この動作を継続すると、突起部３００は、先端から次第に摩耗してゆく。突起部３００の摩耗の一例を図６および図７を用いて説明する。図６は、超音波モータ５００を駆動させる前に突起部３００周辺を撮影した結果である。図６をみると、突起部３００は、ロータ部１００の側面に平面的に見てほぼ点状に接触している。図７は、超音波モータ５００を長期間駆動した後に突起部３００周辺を撮影した結果である。図７を見ると、突起部３００は、摩耗しており、この場合はロータ部１００の輪郭が円であるため、平面的に見て円弧となるように接触している。この例では突起部３００の摩耗した部位の平面的な形状は、ロータ部１００の半径が大きいためほぼ直線状になっている。このように摩耗によって突起部３００の形状が変化すると、突起部３００とアクチュエータ部２００とを含む振動系の共振周波数が変化する。なお、突起部３００が摩耗した状態であっても、突起部３００の第２方向の幅Ｗ１は、第２方向の長さを第１方向に対して平均した長さである。したがって、幅Ｗ１は、突起部３００の第２方向の幅が第１方向によって変化する場合は、摩耗によって変化する。突起部３００が摩耗することによって生じる共振周波数の変化は、次に述べる実験例で説明する。
【００３７】
３．実験例
図８は、超音波モータ５００を駆動するための回路構成の概略図を示す。図９は、突起部３００の摩耗のない状態における超音波モータ５００の周波数特性を示すグラフである。図１０は、突起部３００が摩耗した状態における超音波モータ５００の周波数特性を示すグラフである。図１１は、縦振動と屈曲振動の共振周波数のずれに対して超音波モータ５００の回転数（ｒｐｍ）をプロットしたグラフである。図１２は、幅Ｗに対する長さＬの割合（Ｌ／Ｗ）に対して、縦振動と屈曲振動の共振周波数のずれをプロットしたグラフである。
【００３８】
超音波モータ５００の周波数特性の測定は次のように行った。アクチュエータ部２００の各電極を、図８に示すように接続した。駆動回路２６０は、アクチュエータ部２００を振動させる。駆動回路２６０には、インピーダンスアナライザ２６２が備えられ、さらに電力増幅回路２６４、発振源２６６などを含んで構成されている。検出制御回路２７０は、検出用電極２５１，２５２に接続した。検出制御回路２７０は、検出用電極２５１，２５２に発生した電圧から、アクチュエータ部２００の変位を検出し、状態に応じた信号を駆動回路２６０に送出するようになっている。駆動回路２６０は、検出制御回路２７０からの信号に基づいて、アクチュエータ部２００の振動動作を制御できる。また屈曲振動用電極２４１，２４４および屈曲振動用電極２４２，２４３に印加する電圧の位相を制御するためにインバータ２８０を含んで構成されている。そして超音波モータ５００を駆動したときのインピーダンスおよび交流電圧の位相をインピーダンスアナライザ２６２によって検出し、これらを駆動周波数に対してプロットした結果を図９および図１０に示した。
【００３９】
図９をみると、突起部３００の摩耗のない状態における超音波モータ５００のインピーダンス曲線（図中黒丸）は、共振周波数付近では、当該曲線は、谷を有し、高周波数側に山を有した。また、位相曲線（図中白丸）は、共振周波数付近に単一のピークを有した。図９のグラフから、突起部３００が摩耗していない状態で駆動した超音波モータ５００は、単一の共振周波数を有することがわかった。これは、あらかじめ突起部３００に摩耗のない状態で共振周波数が単一となるように設計されているためである。
【００４０】
次に、図１０をみると、突起部３００が摩耗した状態では、インピーダンス曲線および位相曲線が変化していることがわかる。図１０のインピーダンス曲線（図中黒丸）を突起部３００が摩耗していない状態で得たインピーダンス曲線（図９黒丸）と比較すると、摩耗した場合は、谷および山が２つずつ生じることがわかった。また、位相曲線も同様に、突起部３００に摩耗のない状態に比べて、摩耗した場合には２つのピークが生じることがわかった。この結果は、突起部３００の摩耗前に１つであった共振周波数が、突起部３００が摩耗することによって２つになったことを示している。このような２つの共振周波数は、図１０に示したように、高周波数側が屈曲振動の共振周波数で、低周波数側が縦振動の共振周波数であることがわかっている。
【００４１】
図１１は、縦振動と屈曲振動の共振周波数のずれ（以下、これを「Δｆ」と記すことがある。）に対する超音波モータ５００の回転数（ｒｐｍ）をプロットした結果である。図中の黒点は、実験結果を示している。図１１をみると、Δｆが増大すると、超音波モータの回転数が著しく減少することがわかる。
【００４２】
これは逆に言うと、摩耗の進行により超音波モータ５００の出力が大幅に減少してしまうことを示しており、実使用状態での性能低下の大きな要因になる。このような場合は、アクチュエータ部２００の交換等が行えない通常の用途では初期の特性を維持するためには、駆動回路２６０によりアクチュエータ部２００に投入する電力を増大させるしかない。この結果は、例えばΔｆが初期の０ｋＨｚから３ｋＨｚまで変化した場合、回転数は初期の１／４以下になるため、回転数を維持するためには投入電力を４倍にする必要があり、駆動効率は初期の１／４となってしまうことを示している。
【００４３】
また、Δｆが変化すると、図５に示すように、Δｆの変動により突起部３００が描く楕円状の軌跡３０１が、軌跡３０１ａや軌跡３０１ｂの様に変動する。軌跡３０１ａや軌跡３０１ｂのように、楕円軌跡の長軸がロータの接線方向から外れると、ロータ部１００の回転方向と突起部３００の接線方向の速度が接触中に逆転する様になる。このため、ロータ回転数の低下だけでなく、摩耗の増大も起こる。
【００４４】
つまり、摩耗して縦振動と屈曲振動の共振周波数がずれる（Δｆが生じる）と駆動特性が低下すること、これにともない、楕円状の軌跡が変動して摩耗が増大すること、さらにこれにより、Δｆがさらに大きくなること、という悪循環が生じる。こういった悪循環が、超音波モータ５００の寿命を大幅に短くしてしまう。このような機構により、Δｆが３ｋＨｚ以上の状態で回転数を維持して駆動を続けると、摩耗が初期状態の数倍にもなってしまう。したがって、Δｆは、３ｋＨｚ未満とすべきことがわかる。さらに好ましくは、Δｆは、２ｋＨｚ未満とすべきことがわかる。
【００４５】
図１２は、平面視において、アクチュエータ部２００の第２方向の幅Ｗに対するロータ部１００の側面と突起部３００の先端とが接触する長さＬの割合（Ｌ／Ｗ）を横軸に、Δｆを縦軸にプロットした結果である。図中の黒点は、実験結果を示している。図１２を見ると、Δｆが３ｋＨｚ未満となるためには、Ｌ／Ｗは、およそ０．３５（３５％）以下であればよいことがわかる。また、Δｆが２ｋＨｚ未満となるためには、Ｌ／Ｗは、およそ０．３（３０％）以下であればよいことがわかる。すなわち、突起部３００が摩耗したとしても、Δｆが３ｋＨｚ未満になるようにするためには、ＬをＷの約３分の１以下、望ましくは、０．３（３０％）以下とすればよいことがわかる。また、Ｌ／Ｗが３０％以下であれば、Δｆは、２ｋＨｚ未満とすることができる。このようにＬ／Ｗを３０％以下にすれば、たとえ突起部３００が摩耗しても、Δｆが３ｋＨｚを越えることが無くなるため、前述の悪循環に陥ることがない。
【００４６】
４．作用効果
以上の結果から、本実施形態の超音波モータ５００は、次のような効果を有することが分かる。本実施形態の超音波モータ５００は、突起部３００の幅Ｗ１が、アクチュエータ部２００の幅Ｗの３０％以下である。そのため、突起部３００が摩耗しても、ロータ部１００の側面と突起部３００の先端とが接触する長さＬがアクチュエータ部２００の幅Ｗの３０％程度以下になる。そのため、上述した実験結果から、Δｆは２ｋＨｚ以下となると考えられる。従って、超音波モータ５００の著しい回転数の低下と摩耗量の大幅な増大が起こりにくい。このような超音波モータ５００は、駆動されて突起部３００が摩耗したとしても、共振状態が初期の状態から大きく変化することがないため、寿命が長く、動作の信頼性が高い。
【００４７】
また、本実施形態の超音波モータ５００は、平面視において、ロータ部１００の側面と突起部３００の先端とが接触する長さＬが、アクチュエータ部２００の第２方向の幅Ｗの３０％以下とすることができる。このようにすると、上述した実験結果から、Δｆは２ｋＨｚ以下となる。従って、超音波モータ５００の著しい回転数の低下が起こりにくい。このような形状の超音波モータ５００は、駆動されて突起部３００が摩耗したとしても、共振状態が初期の状態から大きく変化することがないため、さらに動作の信頼性が高い。
【００４８】
５．変形例
突起部３００は、上述した形状を逸脱しなければ、自由に設計することができる。突起部３００の形状は、平面視において、例えば、図１３に示すように、アクチュエータ部２００の端部に接する基部３１０から、胴部３２０、先端部３３０といった領域を有する形状であってもよい。
【００４９】
基部３１０は、アクチュエータ部２００に接する部位である。基部３１０の第２方向の幅は、突起部３００の中では相対的に広くなっている。胴部３２０は、基部３１０から連続する部位である。先端部３３０は、胴部３２０に連続しており、突起部３００の先端を形成する部位である。先端部３３０の第２方向の幅は、胴部３２０の幅よりも小さくなっている。この例においても、幅Ｗ１は、第２方向の長さを第１方向に向かって平均した長さである。先端部３３０は、突起部３００が摩耗するとき、最初に摩耗してゆく。そして突起部３００の摩耗が進行すると、先端部３３０は、消失することがある。
【００５０】
本変形例の突起部３００は、胴部３２０の第２方向の幅が一定である。そのため、突起部３００が摩耗してゆく過程で、胴部３２０が摩耗している間は、ロータ部１００の側面と突起部３００の先端（この場合は胴部３２０）とが接触する長さＬが、一定となる。したがって、この期間では、Ｌ／Ｗが一定となり、この間の超音波モータ５００の動作がより安定する。さらに本変形例の形状の突起部３００は、基部３１０を有するため、突起部３００の機械的強度が増し、アクチュエータ部２００の動力を効率よく突起部３００に伝達することができる。よって超音波モータ５００をより効率よく駆動することができる。
【００５１】
６．電子機器
上述した本発明の実施形態にかかる超音波モータは、各種の電子機器、たとえば、デジタルカメラ、プリンタ、携帯電話、パソコン、ＰＤＡなどに適用されることができる。
【００５２】
以上のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明にかかる超音波モータ５００を模式的に示す平面図。
【図２】本発明にかかる超音波モータ５００を模式的に示す断面図。
【図３】アクチュエータ部２００および突起部３００を模式的に示す平面図。
【図４】アクチュエータ部２００の動作を模式的に示す平面図。
【図５】超音波モータ５００の動作機構を説明する模式図。
【図６】摩耗する前の突起部３００付近を平面的に撮影した写真。
【図７】摩耗した突起部３００付近を平面的に撮影した写真。
【図８】実験例で用いた超音波モータを駆動する回路構成を示す模式図。
【図９】超音波モータ５００の周波数特性の実験結果。
【図１０】超音波モータ５００の周波数特性の実験結果。
【図１１】実験結果を整理したグラフ。
【図１２】実験結果を整理したグラフ。
【図１３】本発明の超音波モータ５００の変形例を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００５４】
１００  ロータ部、１１０  中心軸、２００  アクチュエータ部、２１０  振動板、
２２０，２２２  圧電体層、２３０，２３２  縦振動用電極、
２４１〜２４４  屈曲振動用電極、２５１，２５２  検出用電極、２６０  駆動回路、
２６２  インピーダンスアナライザ、２６４  電力増幅回路、２６６  発振源、
２７０  検出制御回路、２８０  インバータ、３００  突起部、３１０  基部、
３２０  胴部、３３０  先端部、４００  アクチュエータ支持部、５００  超音波モータ
【図１】
0005041143.tif 000002
【図２】
0005041143.tif 000003
【図３】
0005041143.tif 000004
【図４】
0005041143.tif 000005
【図５】
0005041143.tif 000006
【図８】
0005041143.tif 000007
【図９】
0005041143.tif 000008
【図１０】
0005041143.tif 000009
【図１１】
0005041143.tif 000010
【図１２】
0005041143.tif 000011
【図１３】
0005041143.tif 000012
【図６】
0005041143.tif 000013
【図７】
0005041143.tif 000014