(57)【要約】【課題】電気的接続構造及び保持構造の簡略化を果たすことができ、信頼性に優れ、特性のばらつきが生じがたく、かつ安価な超音波モータを提供することができる。【解決手段】圧電セラミック板の第１の面２ａにおいて、駆動辺２ｃに駆動対象物を駆動する動作点２ｇが配置されており、動作点２ｇから延びる第１，第２のスリット２ｈ，２ｉを隔てて第１〜第３の駆動電極３〜５が、第２の面２ｂに駆動電極３〜５と対向するようにグラウンド電極６が設けられており、第１，第３の駆動領域が駆動辺２ｃの長さ方向において逆位相で伸縮振動し、第２の領域が駆動辺２ｃと直交する方向であって、第１の面２ａに平行な方向において伸縮振動し、第１，第３の駆動領域における伸縮振動の位相と、第２の駆動領域における伸縮振動の位相が９０°の位相差を有するように第１〜第３の駆動領域が駆動される、超音波モータ１。【選択図】図１
2009131049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向し合う第１の面と第２の面とを有し、第１，第２の面を結ぶ厚み方向に分極された圧電セラミック板と、
前記圧電セラミック板と前記第１の面に設けられた第１〜第３の駆動電極と、
前記圧電セラミック板の前記第２の面に形成されており、第１〜第３の駆動電極に対向するように設けられたグラウンド電極とを備え、
前記第１の面側から前記圧電セラミック板を平面視した際に、前記圧電セラミック板の１つの辺である駆動辺に駆動対象物を駆動する動作点が位置しており、該動作点から前記第１の面内に向って延びる第１，第２のスリットを隔てて、前記第１〜第３の駆動電極が配置されており、
前記第１〜第３の駆動電極と前記グラウンド電極とが対向している領域を、それぞれ、第１〜第３の駆動領域としたときに、第１〜第３の駆動領域に、位相が９０度異なる駆動電圧をそれぞれ加えることにより、第１，第３の領域が、前記駆動辺の長さ方向において逆位相で伸縮振動し、前記第２の領域が、前記駆動辺と直交する方向であって、前記第１の面に平行な方向において、伸縮振動し、前記第１，第３の駆動領域における伸縮振動の位相と、第２の駆動領域における伸縮振動の位相が９０度の位相差を有するように、第１〜第３の駆動領域が駆動される、超音波モータ。
【請求項２】
対向し合う第１の面と第２の面とを有する圧電セラミック板と、
前記圧電セラミック板と前記第１の面に設けられた第１〜第３の駆動電極と、
前記圧電セラミック板の前記第２の面に形成されており、第１〜第３の駆動電極に対向するように設けられたグラウンド電極とを備え、
前記第１の面側から前記圧電セラミック板を平面視した際に、前記圧電セラミック板の１つの辺である駆動辺に駆動対象物を駆動する動作点が位置しており、該動作点から前記第１の面内に向って延びる第１，第２のスリットを隔てて、前記第１〜第３の電極が配置されており、
前記第１〜第３の駆動電極と前記グラウンド電極とが対向している領域を、それぞれ、第１〜第３の駆動領域としたときに、第１の駆動領域と第３の駆動領域とが圧電セラミック板の厚み方向において逆方向に分極されており、第２の駆動領域が第１または第３の駆動領域と同じ方向に分極されており、
第１，第３の駆動領域に、位相が同じ駆動電圧を印加し、第２の駆動領域に第１，第３の駆動領域とは位相が９０度異なる駆動電圧を印加することにより、第１，第３の領域が、前記駆動辺の長さ方向において逆位相で伸縮振動し、前記第２の領域が、前記駆動辺と直交する方向であって、前記第１の面に平行な方向において、伸縮振動し、前記第１，第３の駆動領域における伸縮振動の位相と、第２の駆動領域における伸縮振動の位相が９０度の位相差を有するように、第１〜第３の駆動領域が駆動される、超音波モータ。
【請求項３】
前記駆動辺方向の伸縮振動の共振周波数と、前記駆動辺方向と直交する方向の前記伸縮振動の共振周波数とが一致されている、請求項１または２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記圧電セラミック板を機械的に保持するように前記圧電セラミック板に固定された保持部材をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記保持部材が、前記圧電セラミック板の第１の面に積層された第１の保持部材と、前記圧電セラミック板の第２の面に積層された第２の保持部材とを備える、請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記保持部材の前記圧電セラミック板に固定されている部分が、前記圧電セラミック板の前記動作点を除いた領域において、前記圧電セラミック板の第１及び／または第２の面の外周縁に沿った領域の少なくとも一部である、請求項４または５に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記圧電セラミック板の前記駆動辺を除いた残りの辺に沿った領域において、前記保持部材が前記圧電セラミック板に固定されている、請求項６に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記動作点を含む部分に固定されており、駆動対象物に接触して駆動対象物を駆動する接触子をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の超音波モータからなる第１の超音波モータと、請求項１〜８のいずれか１項に記載の超音波モータからなる第２の超音波モータとが、前記第１，第２の超音波モータの各圧電セラミック板が互いに平行な向きとなるように、かつ前記駆動辺が同じ側となるように連結されている、超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電効果を利用した超音波モータに関し、より詳細には、圧電セラミック板に振動の方向及び位相が異なる複数の伸縮振動を発生させるように複数の駆動領域が設けられている超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動子を用いた超音波モータが種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、図１０に模式的平面図で示す超音波モータが開示されている。超音波モータ１０１では、矩形板状の圧電セラミック板１０２が用いられている。圧電振動板１０２の一方主面に、第１〜第４の励振電極１０３〜１０６が形成されている。圧電セラミック板１０２の他方主面には、全面にグラウンド電極が形成されている。ここでは、対角方向に位置している第１，第４の励振電極１０３，１０６とがリード線１０７により電気的に接続されている。また、対角方向に配置された第２，第３の励振電極１０４，１０５がリード線１０８により電気的に接続されている。
【０００３】
圧電セラミック板１０２では、図示のＸ方向の共振モードと、Ｙ方向の共振モードとが近接されるように、圧電セラミック板１０２の寸法が選ばれている。そして、例えば、第２の励振電極１０４と第３の励振電極１０５とに交流電圧を印加し、第１，第４の励振電極１０３，１０６を浮いた状態またはグラウンド電位に接続する。この場合、Ｙ方向の共振Ｄｙが正の場合、Ｘ方向の共振Ｄｘが負となる。その結果、圧電セラミック板１０２が固定されており、その動きが阻止されている場合には、圧電セラミック板１０２に固定されているスペーサー１０９に当接されている被動部材１１０が左方向に移動されることになる。
【０００４】
他方、第１，第４の励振電極１０３，１０６に電圧が印加され、第２，第３の励振電極１０４，１０５が浮いた状態またはグラウンド電位に接続されている場合には、逆に、共振モードＤｙは上記の場合と同一であるが、共振モードＤｘの位相が逆となり、被動部材１１０は右側に移動される。
【０００５】
上記超音波モータ１０１では、上記のような被動部材１１０の移動を生じさせるために、圧電セラミック板１０２は、略図的に示す支持体１１１，１１２，１１３，１１４，１１５により支持されている。もっとも、支持体１１３〜１１５は、ばね付きの支持体である。
【０００６】
他方、下記の非特許文献１には、図１１に模式的に示す超音波モータ１２１が開示されている。ここでは、円板状または正多角形板状の圧電セラミック板１２２を用いて超音波モータ１２１が構成されている。圧電セラミック板１２２の一方主面には、第１〜第４の励振電極１２３〜１２６が配置されている。第１〜第４の励振電極１２３〜１２６は圧電セラミック板１２２の一方主面上において中央を通り、かつ十字状に延びるスリット１２２ａを隔てて配置されている。すなわち、各励振電極１２３〜１２６は、中心角約９０°の扇形の形状を有している。圧電セラミック板１２２の他方主面には、励振電極１２３〜１２６と重なり合うように、グラウンド電極が形成されている。
【０００７】
第１〜第４の励振電極１２３〜１２６に、位相が９０°異なる交流電圧が印加される。すなわち、第１の励振電極１２３に、Ｖｓｉｎ（ωｔ）、励振電極１２４に、Ｖｓｉｎ（ωｔ＋９０°）、励振電極１２５にＶｓｉｎ（ωｔ＋１８０°）、励振電極１２６にＶｓｉｎ（ωｔ＋２７０°）の電圧が印加される。なお、別法として、第３，第４の励振電極１２５，１２６が設けられている部分における分極方向を第１，第２の励振電極１２３，１２４が設けられている部分と逆方向に分極し、第３，第４の励振電極１２５，１２６に、第１，第２の励振電極１２２，１２３と同じ電圧を印加する方法も記載されている。
【０００８】
超音波モータ１２１では、上記のように駆動することにより、円板状の圧電セラミック板１２２の中心を固定した場合、圧電セラミック板１２２の外周が図示の矢印で示す楕円運動を起こす。そのため、圧電セラミック板１２２の外周に被動部材を接触させることにより、該被動部材を移動させることができる。
【０００９】
逆に、圧電セラミック板１２２の外周を固定した場合には、圧電セラミック板１２２の中心が楕円運動を起こすこととなる。従って、圧電セラミック板１２２を円管状の形状に変形し、円管の外周面を固定すると、円管の内周面の各点が楕円運動を起こすこととなる。そのため、内周面に、被動部材を接触させることにより、該被動部材に対して内周の接線方向への駆動力を及ぼすことができる。
【００１０】
また、非特許文献１に記載のような超音波モータを用いたリニアモータが下記の特許文献２に開示されている。ここでは、円板状の圧電セラミック板を用いた超音波モータの外周面にスペーサーを介して長さ方向を有する被動部材を接触させ、該被動部材を長さ方向に駆動することを可能としたリニアモータが開示されている。
【００１１】
すなわち、超音波モータにおいて互いに直交する２つの非軸対称振動を励起させ、該非軸対称振動を用いて、長さ方向を有する被動部材をその長さ方向に移動することが可能とされている。
【特許文献１】特開平８−２３７９７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３１４１７５号公報
【非特許文献１】「精密制御用ｎｅｗアクチュエータ便覧」（フジ・テクノシステム発行、１９９４）８４９頁〜８６０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の超音波モータでは、第１〜第４の励振電極１０３〜１０６間における電気的接続及び第１〜第４の励振電極１０３〜１０６に外部から通電するための電気的接続に際しての配線構造が複雑となり、コストが高くつかざるを得なかった。また、圧電セラミック板１０２が宙に浮かされて支持されているため、支持構造が複雑となり、かつ超音波モータが大型にならざるを得なかった。また、上記のような構造であるため、信頼性が十分でなく、特性のばらつきが大きいという問題があった。
【００１３】
他方、非特許文献１や特許文献１に記載のような円板状の圧電セラミック板や円管状の圧電セラミックスを用いた超音波モータでは、中心を固定して外周部分を駆動部とした構造では、中心において圧電セラミック板を確実に固定し、支持することが困難であった。逆に、外周部分を固定する構造では、中心側を駆動部として利用するため、様々な被動部材を駆動することが困難であった。例えば円管状の形状とした場合においても、内周面が駆動部となるため、被動部材は円管内に挿入され得る寸法及び形状を有しなければならない。従って、被動部材に大きな制約があった。加えて、被動部材よりも大きな円管状の圧電セラミック体を用意しなければならず、超音波モータを含む装置が大型になり、かつ組み立ても煩雑になりがちであった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、組み立て及び電気的接続が容易であり、支持構造を簡略化することができ、従って安価であり、信頼性に優れた超音波モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る超音波モータは、対向し合う第１の面と第２の面とを有し、第１，第２の面を結ぶ厚み方向に分極された圧電セラミック板と、前記圧電セラミック板と前記第１の面に設けられた第１〜第３の駆動電極と、前記圧電セラミック板の前記第２の面に形成されており、第１〜第３の駆動電極に対向するように設けられたグラウンド電極とを備え、前記第１の面側から前記圧電セラミック板を平面視した際に、前記圧電セラミック板の１つの辺である駆動辺に駆動対象物を駆動する動作点が位置しており、該動作点から前記第１の面内に向って延びる第１，第２のスリットを隔てて、前記第１〜第３の駆動電極が配置されており、前記第１〜第３の駆動電極と前記グラウンド電極とが対向している領域を、それぞれ、第１〜第３の駆動領域としたときに、第１〜第３の駆動領域に、位相が９０度異なる駆動電圧をそれぞれ加えることにより、第１，第３の領域が、前記駆動辺の長さ方向において逆位相で伸縮振動し、前記第２の領域が、前記駆動辺と直交する方向であって、前記第１の面に平行な方向において、伸縮振動し、前記第１，第３の駆動領域における伸縮振動の位相と、第２の駆動領域における伸縮振動の位相が９０度の位相差を有するように、第１〜第３の駆動領域が駆動されることを特徴とする。
【００１６】
第２の発明に係る超音波モータは、対向し合う第１の面と第２の面とを有する圧電セラミック板と、前記圧電セラミック板と前記第１の面に設けられた第１〜第３の駆動電極と、前記圧電セラミック板の前記第２の面に形成されており、第１〜第３の駆動電極に対向するように設けられたグラウンド電極とを備え、前記第１の面側から前記圧電セラミック板を平面視した際に、前記圧電セラミック板の１つの辺である駆動辺に駆動対象物を駆動する動作点が位置しており、該動作点から前記第１の面内に向って延びる第１，第２のスリットを隔てて、前記第１〜第３の電極が配置されており、前記第１〜第３の駆動電極と前記グラウンド電極とが対向している領域を、それぞれ、第１〜第３の駆動領域としたときに、第１の駆動領域と第３の駆動領域とが圧電セラミック板の厚み方向において逆方向に分極されており、第２の駆動領域が第１または第３の駆動領域と同じ方向に分極されており、第１，第３の駆動領域に、位相が同じ駆動電圧を印加し、第２の駆動領域に第１，第３の駆動領域とは位相が９０度異なる駆動電圧を印加することにより、第１，第３の領域が、前記駆動辺の長さ方向において逆位相で伸縮振動し、前記第２の領域が、前記駆動辺と直交する方向であって、前記第１の面に平行な方向において、伸縮振動し、前記第１，第３の駆動領域における伸縮振動の位相と、第２の駆動領域における伸縮振動の位相が９０度の位相差を有するように、第１〜第３の駆動領域が駆動されることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る超音波モータでは、好ましくは、前記駆動辺方向の伸縮振動の共振周波数と、前記駆動辺方向と直交する方向の前記伸縮振動の共振周波数とが一致されている。それによって、２つの方向に延びる共振の結合により、駆動効率を高めることができる。
【００１８】
本発明に係る超音波モータの他の特定の局面では、前記圧電セラミック板を機械的に保持するように前記圧電セラミック板に固定された保持部材がさらに備えられている。該保持部材によって、圧電セラミック板が保持されているので、保持部材を利用して超音波モータを他の部品や基板等に容易に固定することができる。
【００１９】
また、好ましくは、保持部材として、前記圧電セラミック板の第１の面に積層された第１の保持部材と、前記圧電セラミック板の第２の面に積層された第２の保持部材とが備えられている。その場合には、第１の保持部材側及び第２の保持部材側のいずれ側からも超音波モータを他の部材に取り付けたり、固定することができる。
【００２０】
本発明に係る超音波モータでは、好ましくは、保持部材の前記圧電セラミック板に固定されている部分が、前記圧電セラミック板の前記動作点を除いた領域において、前記圧電セラミック板の第１及び／または第２の面の外周縁に沿う領域の少なくとも一部か、あるいは側面である。動作点を除いた領域において保持部材により圧電セラミック板が固定されているので、動作点による駆動対象物の駆動にあまり影響を与えることなく、圧延セラミック板を保持部材により保持することができる。
【００２１】
本発明に係る超音波モータのある特定の局面では、前記圧電セラミック板の前記駆動辺を除いた残りの辺に沿う領域において、前記保持部材が前記圧電セラミック板に固定されている。それによって、駆動辺以外の残りの辺において保持部材により圧電セラミック板を確実に固定することができ、超音波モータの信頼性を高めることができる。
【００２２】
本発明に係る超音波モータでは、好ましくは、前記動作点において、前記圧電セラミック板に駆動対象物に接触して駆動対象物を駆動させるために固定された接触子がさらに備えられている。接触子を駆動対象物に接触させることにより、接触子の移動により駆動対象物を確実に移動させることができる。
【００２３】
本発明では、好ましくは、本発明に従って構成された第１，第２の超音波モータが備えられてもよく、その場合、前記第１，第２の超音波モータの各圧電セラミック板が互いに平行な向きとなるようにかつ第１，第２の超音波モータの動作点が同じ側となるように第１，第２の超音波モータが連結される。第１，第２の超音波モータの２つのモータを利用することにより、駆動対象物をより大きなパワーで駆動することができる。また、保持部材への振動漏れが逆位相となることから互いに抑え合う効果が得られ、保持部の小型化が可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
第１，第２の発明に係る超音波モータでは、第１，第３の駆動領域が駆動辺の長さ方向において逆位相で伸縮振動し、第２の領域が、駆動辺と直交する方向であって、第１の面に平行な方向において伸縮振動し、前記第１，第３の駆動領域における伸縮振動と、第２の駆動領域における伸縮振動とが９０°の位相差を有するように駆動されるため、駆動辺に位置している動作点が第１の面内方向において楕円運動を引き起こす。そのため、動作点に駆動対象物を接触もしくは連結することにより、駆動対象物を移動させることができる。
【００２５】
第１，第２の発明では、上記駆動辺以外の部分において、圧電セラミック板を機械的に保持することができるので、保持構造の簡略化を図ることができる。また、保持部を利用することにより電気的接続構造を容易に実現することができる。従って、安価であり、信頼性に優れ、さらに特性ばらつきが少ない超音波モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２７】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータの要部の模式的正面図及び図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２８】
超音波モータ１は、矩形板状の圧電セラミック板２を有する。圧電セラミック板２は、本実施形態では、ＰＺＴ系圧電セラミックスからなる。もっとも、圧電セラミック板２を構成する圧電セラミックスについてはこれに限定されず、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどを用いてもよい。
【００２９】
圧電セラミック板２は、第１の主面２ａと、第１の主面とは反対側の主面である第２の主面２ｂとを有する。また、上記第１の主面２ａにおいて、長さ方向に延びる一方の辺２ｃが後述の駆動辺である。そして、他方の長辺２ｄと、短手方向に延びる一対の辺２ｅ，２ｆに沿う領域が、後述の保持部材により保持される領域である。従って、辺２ｄ〜２ｆが固定辺となる。もっとも、辺２ｄ〜２ｆそれぞれのうち少なくとも一部を固定部としてもよい。
【００３０】
また、辺２ｃの中央が後述の動作点２ｇである。動作点２ｇとは、駆動により図示の矢印Ｂで示すように、圧電セラミック板２の広がり方向において楕円運動を引き起こす点である。この動作点２ｇに、駆動対象物が接触または直接もしくは間接に連結されて、該駆動対象物が移動される。
【００３１】
第１の主面２ａにおいては、上記動作点２ｇから内側に延びる第１，第２のスリット２ｈ，２ｉを隔てて、第１〜第３の駆動電極３〜５が形成されている。
【００３２】
本実施形態では、第１のスリット２ｈ及び第２のスリット２ｉは、動作点から、第１の主面２ａの辺２ｄの端部に位置するコーナー部２ｊ，２ｋに至るように延ばされている。
【００３３】
従って、駆動電極３，５は、それぞれ、駆動辺である辺２ｃと、辺２ｅまたは辺２ｆと、スリット２ｈまたはスリット２ｉとで囲まれた直角三角形の形状を有する。他方、第２の駆動電極４は、動作点２ｇを頂点とし、辺２ｄを底辺とする二等辺三角形の形状を有する。従って、第１の主面２ａ内において、動作点２ｇを通り、辺２ｄに向かって延びる仮想垂線の両側が対称な形状とされている。
【００３４】
本実施形態では、上記圧電セラミック板２の長さ方向寸法と、短手方向寸法の比は２対１とされている。この比は２対１に限定されないが、２対１とすることにより、後述の動作点２ｇにおける駆動力を最も大きくすることができる。従って、上記比は２対１が好ましい。もっとも、２．０対１〜３．０対１程度の範囲であれば、比較的大きな駆動力を得ることができ、望ましい。
【００３５】
上記第１〜第３の駆動電極３〜５と圧電セラミック板２を介して重なり合うように、圧電セラミック板２の第２の主面２ｂの全面に、グラウンド電極６が形成されている。グラウンド電極６は、圧電セラミック板２の第２の主面２ｂにおいて必ずしも全面に形成される必要はない。全面にグラウンド電極６を形成する場合、パターニング等を必要としないため、グラウンド電極６の形成が容易である。
【００３６】
上記駆動電極３〜５及びグラウンド電極６は、適宜の導電性材料からなる。本実施形態では、上記電極を構成する導電性材料として、Ａｇが用いられている。もっとも、Ａｇ以外の、Ｎｉ、Ｃｕなどの適宜の合金もしくは金属を用いることができる。
【００３７】
超音波モータ１の製造に際しては、厚み方向に一様に分極処理された圧電セラミック板２を用意し、第１の主面２ａに第１〜第３の駆動電極３〜５を、第２の主面２ｂにグラウンド電極６を形成すればよい。このような電極形成は、周知のメッキ、蒸着またはスパッタリングなどの薄膜形成法により容易に形成することができる。また、これらの電極は、厚膜形成法により形成されてもよい。
【００３８】
超音波モータ１の駆動方法につき説明する。
【００３９】
超音波モータ１を駆動するに際しては、第１の駆動電極３にＶｓｉｎ（ωｔ）、第２の駆動電極４にＶｓｉｎ（ωｔ±９０°）＝±Ｖｃｏｓ（ωｔ）、第３の駆動電極５にＶｓｉｎ（ωｔ＋１８０°）＝−Ｖｓｉｎ（ωｔ）の駆動電圧を印加し、グラウンド電極６をグラウンド電位に接続する。すなわち、第１〜第３の駆動電極３〜５に、位相が９０°異なる駆動電圧を印加する。それによって、圧電セラミック板２において、第１の駆動電極３が形成されている第１の駆動領域が、図１（ａ）の矢印Ｃで示すように、駆動辺と平行な方向に伸縮振動する。第３の駆動領域、すなわち第３の駆動電極５が形成されている領域においても、図１（ａ）の矢印Ｄで示すように、駆動辺と平行な方向に延びる伸縮振動が生じる。もっとも、上記のように、第３の駆動領域に印加される駆動電圧の位相が第１の駆動領域を駆動するための電圧の位相に対して１８０°異なっているため、第３の駆動領域は第１の駆動領域と逆位相で伸縮振動する。
【００４０】
他方、第２の駆動電極４が形成されている第２の駆動領域では、上記第１の主面２ａに平行な面内において、矢印Ｅで示すように上記駆動辺である辺２ｃと直交する方向であって、動作点２ｇを通る方向に伸縮振動が生じる。この伸縮振動の位相は、第１，第３の駆動領域における伸縮振動の位相と９０°異なっている。
【００４１】
そして、本実施形態では、上記第１，第３の駆動領域における伸縮振動による共振と、第２の駆動領域における上記伸縮振動の共振の共振周波数とが一致もしくは近接されているため、上記動作点２ｇが矢印Ｂで示すように面２ａ内において楕円運動を引き起こす。そのため、動作点２ｇに駆動対象物を接触もしくは連結すれば、駆動対象物を移動させることができる。
【００４２】
本実施形態では、この動作点２ｇに、図２に示すように、接触子７が固定されている。この接触子７は、上記動作点が楕円運動を引き起こした場合、動作点２ｇとともに楕円運動を起こす。従って、接触子７の外表面に駆動対象物やローター等を当接させることにより、駆動対象物やローターを駆動することができる。
【００４３】
上記接触子７は、適宜のセラミックスまたは金属などにより形成することができる。また接触子７は、合成樹脂により形成されていてもよい。本実施形態では、接触子７は、駆動対象物に接触される部分が円筒曲面状の側面７ａを有する。従って、上記主面２ａと平行な面内において上記楕円運動を起こした場合、円筒曲面状の側面７ａにおいて、駆動対象物との接触を確実に図ることができ、駆動対象物をより効果的に移動させることができる。もっとも、上記接触子７の駆動対象物に接触される面は、円筒曲面に限定されず、他の曲面状であってもよく、あるいは平面状であってもよい。
【００４４】
上記接触子７は、側面７ａと、第１，第２の主面７ｂ，７ｃとを有する。第１，第２の主面７ｂ，７ｃの側面７ａとは反対側の部分において、圧電セラミック板２を狭持する狭持部７ｄ，７ｅが設けられている。狭持部７ｄ，７ｅにより、圧電セラミック板２を狭持するように、接続子７か圧電セラミック板２に固定されている。
【００４５】
もっとも、接触子７を圧電セラミック板２に固定する構造についてはこれに限定されるものではない。
【００４６】
上記接触子７を圧電セラミック板２に固定するに際しては、エポキシ系接着剤などの適宜の接着剤、あるいは接着剤以外の適宜の接合剤を用いることができる。
【００４７】
本実施形態の超音波モータ１では、上記圧電セラミック板２の上下に第１，第２の保持部材１１，１２が積層されている。第１の保持部材１１は、下方に開いた凹部１１ａを有する略板状の部材からなる。この保持部材１１は、アルミナなどの適宜の絶縁性セラミックスからなる。保持部材１１の下面の凹部１１ａは下方に開いており、かつ圧電セラミック板２の前述した駆動辺側において開いている。従って、凹部１１ａを囲む固定部１１ｂは、図３（ａ）の破線Ｆで示すように、圧電セラミック板２の短手方向に延びる辺２ｄ，２ｅ及び辺２ｄに沿って延ばされており、駆動領域３〜５の主要部分を覆っていない。言い換えれば、破線Ｆの外側の領域である、辺２ｃを除いた辺２ｄ〜２ｆに沿う略帯状の領域が、保持領域とされている。なお、該保持領域は略帯状である形状を有する必要は必ずしもない。
【００４８】
上記のように、保持領域が、第１〜第３の駆動領域３〜５の外側に位置されている。これは、固定部１１ｂは、動作点２ｇにおける動作を阻害しないように、駆動領域の外側に設けることが望ましいことによる。
【００４９】
本実施形態の超音波モータ１では、上記駆動領域周囲の第１，第２の保持部材１１，１２で保持される圧電セラミック部分はほとんど振動しない。従って、保持部材１１または保持部材１２側から他の部分に固定されたとしても、動作点における接触子７の楕円運動を阻害させることなく、超音波モータ１を固定することができる。
【００５０】
なお、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上記固定部１１ｂは、駆動領域の外側の一部に入り込んでいてもよい。それによって、固定部１１ｂによる圧電セラミック板２への接合強度を高めることができる。もっとも、振動を阻害しないためには、前述したように、駆動領域の外側においてのみ固定部１１ｂが圧電セラミック板２に固着されていることが望ましい。
【００５１】
第２の保持部材１２は、上方に開いた凹部１２ａを有する。凹部１２ａは、凹部１１ａと同様に形成されており、第２の保持部材１２もまた、凹部１２ａを囲む固定部１２ｂを有する。固定部１２ｂの平面形状は、固定部１１ｂと同様とされている。
【００５２】
第１，第２の保持部材１１，１２は、絶縁性セラミックスからなるが、金属の表面に絶縁性被膜を形成した部材等の他の材料により形成されてもよい。
【００５３】
本実施形態では、上記のように、圧電セラミック板２の両面に第１，第２の保持部材１１，１２が積層された積層体とされている。この積層体の外表面に、外部電極１３〜１８が形成されている。外部電極１３〜１８は、上記積層体の側面、好ましくは、固定辺が位置している側の側面を上下方向に延び、積層体の上面及び下面に至っている。外部電極１３は、図４に示すように、第１の駆動電極３に積層体の側面において電気的に接続されている。外部電極１７は、第３の駆動電極５に、同様に積層体の側面に電気的に接続されている。他方、外部電極１５は、同様に、積層体の側面において、第２の駆動電極４に電気的に接続されている。残りの外部電極１４，１６，１８は、グラウンド電極６に電気的に接続されている。
【００５４】
従って、例えば図４において、外部電極１３が形成されている部分を取り出して示すように、プリント回路基板２１等の上面の電極ランド２２に、リフロー半田法などにより、半田２３により外部電極１３を接合することができる。すなわち、リフロー半田法などにより、超音波モータ１を、プリント回路基板２１上などに表面実装することができる。
【００５５】
よって、本実施形態の超音波モータ１では、圧電セラミック板２に、上記第１〜第３の駆動電極３〜５とグラウンド電極６とを形成し、圧電セラミック板２の１つの辺である辺２ｃのみを駆動辺とし、残りの辺２ｄ〜２ｆで機械的に保持することができる。従って、電気的配線構造を簡略化し得るとともに、保持構造も簡略化することができ、コストの低減及び信頼性の向上を図ることができる。
【００５６】
図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る超音波モータを説明するための模式的正面図である。第１の実施形態では、圧電セラミック板２は厚み方向に一様に分極処理されていた。これに対して、本変形例の超音波モータ３１では、圧電セラミック板において、第１の駆動電極３が形成されている第１の駆動領域における分極方向が、第２，第３の駆動領域と逆方向とされている。すなわち、図５に−及び＋の記号で各駆動領域に分極方向を示すように、第１の駆動領域の分極方向が、厚み方向において、第３の駆動領域と逆方向とされている。このように、本発明においては、圧電セラミック板は、第１の駆動領域と第３の駆動領域とが厚み方向において逆方向に分極処理されていてもよい。この場合には、駆動に際し、第１の駆動領域と第３の駆動領域とに同じ位相の電圧を印加し、第２の駆動領域における駆動電圧を、第１，第３の駆動領域における駆動電圧に対して位相を９０°異ならせればよい。
【００５７】
すなわち、第１の駆動領域にＶｓｉｎ（ωｔ）、第２の駆動領域に±Ｖｃｏｓ（ωｔ）、第３の駆動領域にＶｓｉｎ（ωｔ）の電圧を印加すればよい。
【００５８】
従って、第１の駆動電極３と第３の駆動電極５とに同じ電圧を印加すればよいため、駆動回路の簡略化を図ることができる。
【００５９】
なお、第１の駆動領域の分極方向を第２，第３の駆動領域の分極方向と異ならせる方法については、従来より周知の分極方法により実現し得る。例えば、圧電セラミック板を一様に厚み方向に分極処理した後、第１の駆動領域においてのみ、逆方向の直流電圧を印加し、逆方向に分極する方法、あるいは第１の駆動領域の分極と、第２，第３の駆動領域の分極とを異なる分極用電極を用いて実施する方法などを挙げることができる。
【００６０】
図６及び図７は、本発明の第２の実施形態に係る超音波モータを説明するための平面図及び模式的斜視図である。
【００６１】
本実施形態の超音波モータ４１は、第１の実施形態の超音波モータ１を２個連結した構造に相当する。すなわち、超音波モータ１と、これ同様に構成されたもう１つの超音波モータ１Ａとが積層されており、超音波モータ１の第２の保持部材１２と、超音波モータ１Ａの第１の保持部材１１Ａとが接着固定されている。もっとも、第２の保持部材１２と第１の保持部材１１Ａとは、別部材ではなく、アルミナなどの絶縁性セラミックスにより一体に構成してもよい。
【００６２】
その他の点については、第２の実施形態の超音波モータ４１は、第１の実施形態の超音波モータ１と同様であるため、同一部分については、同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。なお、超音波モータ１Ａについては、超音波モータ１と同じ部分について参照番号にＡを付して示すこととする。
【００６３】
駆動に際しては、超音波モータ１と超音波モータ１Ａとを逆位相で駆動させればよい。それによって、互いの固定部の振動が打ち消し合い、かつ一方の接触子７と他方の接触子７Ａとが逆相で移動するため、接触子７，７Ａを１つの駆動対象部材、例えばローターに接触させて駆動する場合、接触回数を２倍にすることができる。よって、駆動対象部材をより安定に強力な駆動力で駆動することができる。
【００６４】
また、第１の実施形態では、保持部材１１，１２と圧電セラミック板２との固定部分の面積を広くしなければ、圧電セラミック板２を保持部材１１，１２により確実に固定し、安定に駆動対象物を駆動するように動作点を楕円運動させることが困難である。そのため、保持部材１１，１２の固定部の面積及び保持部材１１，１２の厚み等をある程度大きくしなければならない。
【００６５】
これに対して、本実施形態では、一方の超音波モータ１と他方の超音波モータ１Ａとが逆相で駆動されることになる。そのため、超音波モータ１における保持部材１１，１２により保持される部分における振動と、超音波モータ１Ａにおいて保持部材１１Ａ，１２Ａにより保持される部分による振動が打ち消し合う。従って、保持部材１１，１２の固定部１１ｂ，１２ｂの圧電セラミック板２，２Ａに接着される部分の面積を小さくしたり、薄い保持部材１１，１２を用いた場合でも圧電セラミック板２，２Ａを安定に保持することができる。従って保持部材における利用体積効率を高め、小型化を進めることができる。
【００６６】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る超音波モータを説明するための模式的平面図である。第１，第２の実施形態では、矩形の圧電セラミック板を用いたが、第３の実施形態の超音波モータ５１では、三角形板状の圧電セラミック板５２が用いられている。ここでは、圧電セラミック板５２は直角二等辺三角形からなり、その底辺の中央が動作点５２ｇとされており、該底辺５２ｃが駆動辺とされている。そして、圧電セラミック板５２の第１の主面５２ａ上において、上記動作点５２ｇから延びる第１，第２のスリット５２ｈ，５２ｉにより、隔てられた第１〜第３の駆動電極５３〜５５が形成されている。ここでは、第２の駆動電極５４は、図示のように、上記直角二等辺三角形の頂点５２ｊ側を１つのコーナーであり、該コーナーと対向されている反対側のコーナーが動作点５２ｇ側に位置している正方形の形状とされている。
【００６７】
また、第１，第３の駆動電極５３，５５は，駆動辺である底辺５２ｃの約１／２の長さの辺を底辺とする直角二等辺三角形とされている。
【００６８】
また、本実施形態においても、圧電セラミック板５２は厚み方向に一様に分極処理されている。従って、第１の実施形態と同様に、第１〜第３の駆動電極５３〜５５に位相が９０°異なる駆動電圧をそれぞれ印加すればよい。なお、圧電セラミック板５２の第２の主面（図示されていない側の主面）には、駆動電極５３〜５５と重なり合うようにグラウンド電極が形成されている。
【００６９】
また、本実施形態においても、第１の実施形態の変形例の場合と同様に、第１の駆動領域と第３の駆動領域との分極方向を逆方向としてもよい。その場合には、第１の駆動領域と第３の駆動領域に同じ位相の電圧を印加し、第２の駆動領域に位相が９０°異なる電圧を印加すればよい。
【００７０】
超音波モータ５１においても、辺５２ｃ以外の辺については、固定辺とすることができる。すなわち、辺５２ｃ以外の残りの２つの辺に沿う領域が保持部材により保持される領域となる。図８において、この保持領域は、一点鎖線Ｇの外側の領域となる。この保持領域は、辺５２ｃ以外の残りの２つの辺の一部のみであってもよい。このような保持領域により、圧電セラミック板５２が保持部材により保持され得るので、第２の実施形態においても、第１の実施形態の超音波モータ１と同様に、電気的接続配線の簡略化とともに、保持構造の簡略化を果たすことができ、超音波モータのコストの低減及び小型化を図ることができる。さらに、超音波モータ５１においても、構造の簡略化により信頼性が高められ、かつ特性のばらつきも生じ難い。
【００７１】
また、図９は、第３の実施形態の超音波モータ５１の応用例を示す模式的正面図である。
【００７２】
図９に示すように、４個の超音波モータ５１の辺５２ｃを連結し、該４つの超音波モータ５１で組み合わされた筒状体からなる超音波モータ装置６１を構成してもよい。この場合には、筒状体の中空部分において、駆動対象部材６２が挿入される。すなわち、４つの超音波モータ５１の固定辺である辺５２ａ，５２ｂ側において、外部から機械的に保持し、筒状体の中空部分において、駆動対象部材６２を駆動すればよい。従って、円筒状または円板状の駆動対象部材６２をその外周面において、各超音波モータ５１の動作点５２ｇと接する部分において図示の矢印で示すように楕円運動させて駆動することができる。
【００７３】
この場合、第〜第３の駆動領域の伸縮振動の位相が隣り合う超音波モータ間においても９０°異なるように各駆動領域を駆動すればよい。例えば、図９に示すように、各超音波モータ５１の各駆動領域の分極方向が＋または−で示すように設定されている場合、図示のように駆動すればよい。図９において、Ｓは同電圧のＶｓｉｎ（ωｔ）であることを示し、Ｃは駆動電圧がＶｃｏｓ（ωｔ）であることを示す。また、分極方向の＋は、図９において、図面上紙面−紙背方向に厚み方向に圧延セラミック板に分極されていることを示し、−は逆方向に分極処理されていることを示す。各駆動領域に、上記分極方向に応じて、Ｖｓｉｎ（ωｔ）の駆動電圧と、Ｖｃｏｓ（ωｔ）で示す駆動電圧とを印加すればよい。すなわち、１つの超音波モータにおける第１，第３の駆動領域の分極方向が反転されている構成の場合には、周方向に連ねられている多数の駆動領域において、Ｖｓｉｎ（ωｔ）とＶｃｏｓ（ωｔ）とを交互に印加すればよい。
【００７４】
逆に、４個の超音波モータにおける駆動領域の分極方向が全て同じである場合には、前述したように、１つの超音波モータにおいて、第１，第３の駆動領域の駆動電圧の位相をその逆相性とするとともに、超音波モータ間で隣り合う駆動領域においても、図９に示した場合と同様に、隣り合う駆動領域の伸縮振動の位相が９０°異なるように駆動電圧の位相を決定すればよい。
【００７５】
なお、図９では、４個の超音波モータ５１を組み合わせたが、３個あるいは５個以上の超音波モータを適宜組み合わせて用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の超音波モータの要部を示す模式的正面図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の超音波モータを示す斜視図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の超音波モータの正面図及び平面図であり、（ｃ）は側面図である。
【図４】第１の実施形態の超音波モータをプリント回路基板に実装した構造を説明するための部分切欠正面断面図である。
【図５】第１の実施形態の変形例に係る超音波モータの要部を示す模式的平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る超音波モータの平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波モータの変形例を説明するための模式的斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係る超音波モータを説明するための平面図である。
【図９】４個の第３の実施形態の超音波モータを用いた超音波モータ装置を説明するための模式的正面図である。
【図１０】従来の超音波モータの一例を示す模式的正面図である。
【図１１】従来の超音波モータの他の例を説明するための模式的正面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…超音波モータ
２…圧電セラミック板
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
２ｃ…駆動辺
２ｄ〜２ｆ…辺
２ｇ…動作点
２ｈ，２ｉ…スリット
３〜５…第１〜第３の駆動電極
６…グラウンド電極
７…接触子
７ａ…側面
７ｂ，７ｃ…狭持部
１１，１２…保持部材
１１ａ，１２ａ…凹部
１１ｂ，１２ｂ…固定部
１３〜１８…外部電極
２１…プリント回路基板
２２…電極ランド
２３…半田
３１…超音波モータ
５１…超音波モータ
５２…圧電セラミック板
５２ａ…第１の主面
５２ｃ…駆動辺
５２ｇ…動作点
５２ｈ，５２ｉ…スリット
５３〜５５…駆動電極
６１…超音波モータ装置
６２…駆動対象部材
【図１】
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【図２】
2009131049.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009131049.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2009131049.tif 000009
【図８】
2009131049.tif 000010
【図９】
2009131049.tif 000011
【図１０】
2009131049.tif 000012
【図１１】
2009131049.tif 000013