超音波モータ
【課題】圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることのできる超音波モータを提供する。
【解決手段】中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、回転軸に対してそれぞれ鋭角をなす、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備える。
【解決手段】中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、回転軸に対してそれぞれ鋭角をなす、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、下記特許文献１の図１には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に複数枚の圧電素子が挿入された構成となっている。また、圧電素子の正電極は２分割されており、ここでは、それぞれＡ相、Ｂ相と称するものとする。
【０００３】
ここで、Ａ相とＢ相に同位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子に縦振動を発生させることができる。また、Ａ相とＢ相に逆位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子にねじれ振動を発生させることができる。尚、振動子の溝位置を調整して縦振動の共振周波数と、ねじれ振動の共振周波数を、ほぼ一致するようにしておく。そして、Ａ相とＢ相にπ／２位相の異なる交番電圧を印加すると、縦振動とねじれ振動が同時に発生し、棒状弾性体上面に楕円振動を発生させることができる。棒状弾性体上面にロータを押圧することにより、ロータを時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された超音波モータは、その図１に示されるように、圧電素子と弾性体が必要になる、弾性体を斜めにカットしなければならない、縦振動とねじれ振動の周波数を合わせるために弾性体の一部に溝部を設けなければならない、構造が複雑であり組立性に難点がある等の課題があった。それ故、全体として振動子の構成が非常に複雑になり、ねじれ共振振動の発生効率が低いという課題を有していた。
【０００６】
したがって本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることのできる超音波モータを提供することにある。また、本発明は、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波モータは、中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、回転軸に対してそれぞれ鋭角をなす、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る超音波モータでは、振動子において、２つの分極方向に沿って互いに逆方向に伸縮するように、２つの分極方向と駆動電極の関係を設定することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子は、例えば単板又は単板を貼り合わせたものからなることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る超音波モータにおいて、楕円振動は、縦１次共振振動とねじれ３次共振振動とを合成することにより形成され、ねじれ３次共振振動の腹位置に対応するように駆動電極を配置していることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る超音波モータにおいて、楕円振動は、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動とを合成することにより形成され、ねじれ２次共振振動の腹位置に対応するように駆動電極を配置していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る超音波モータは、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることができるという効果を奏する。また、本発明の超音波モータにおいては、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波モータの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施形態に係る振動子の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、ねじれ１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｃ）は、縦１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｄ）は、ねじれ２次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｅ）は、ねじれ３次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図である。
【図４】振動子の高さを一定として、横軸を短辺の長さ／長辺の長さとしたときの各モードの共振周波数を表したグラフである。
【図５】縦振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＢ方向から見た側面図である。
【図６】（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＢ方向から見た側面図である。
【図７】（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＢ方向から見た側面図である。
【図８】（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩＢ方向から見た側面図である。
【図９】斜め振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＸＢ方向から見た側面図である。
【図１０】（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＢ方向から見た正面図である。
【図１１】（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＢ方向から見た正面図である。
【図１２】（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＢ方向から見た正面図である。
【図１３】（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＩＩＣ方向から見た側面図である。
【図１４】（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＶＣ方向から見た側面図である。
【図１５】（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に図１４とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ振動を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＣ方向から見た側面図である。
【図１６】（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＣ方向から見た側面図である。
【図１７】（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＣ方向から見た側面図である。
【図１８】（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に図１７とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＣ方向から見た側面図である。
【図１９】（ａ）は貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＸＣ方向から見た側面図である。
【図２０】（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＣ方向から見た側面図である。
【図２１】（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に図２０とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＩＣ方向から見た側面図である。
【図２２】第１実施例に係る振動子の構成を示す斜視図である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ方向から見た側面図と、図３（ｅ）に示すねじれ３次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。
【図２４】図２２のＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
【図２５】第２実施例に係る振動子の構成を示す斜視図である。
【図２６】図２５のＸＸＶＩ方向から見た側面図と、図３（ｄ）に示すねじれ２次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。
【図２７】図２５のＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る超音波モータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る超音波モータ１００は、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、図１、図２に示すように、振動子１０１及びロータ１０２を備える。
【００１５】
振動子１０１は、中心軸１００ｃ（回転軸）に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する、略直方体形状の圧電素子である。振動子１０１の矩形状の断面のうち、互いに対向する２つの短辺１０１ｓには、２つの駆動電極がそれぞれ設けられている。図１及び図２においては、互いに対向する２つの短辺１０１ｓの一方の辺に形成された２つの駆動電極１２１、１２２のみを図示している。
【００１６】
ロータ１０２は、略円板状をなし、その下面が振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａに設けた摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂに接し、振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａと直交する中心軸１００ｃを回転軸として回転駆動される。
【００１７】
振動子１０１へのロータ１０２の取り付け構造について説明する。
振動子１０１（圧電素子）の節近傍にはホルダ１１０が固着される。振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａとホルダ１１０との間には、シャフト１０５、ロータ１０２、ベアリング１０７、押圧バネ１０８、バネ押さえリング１０９が順に配置される。この配置は、中心軸１００ｃに対して同心状に行われる。
【００１８】
ロータ１０２の中央の凹部１０２ａにはベアリング１０７が結合され、ロータ１０２とベアリング１０７には中心軸１００ｃに沿うようにシャフト１０５が挿通される。シャフト１０５の下部は振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａ上に接触配置される。
【００１９】
ロータ１０２及びベアリング１０７に挿通されたシャフト１０５の上部先端は、押圧バネ１０８とバネ押さえリング１０９に順に挿通され、さらに、ホルダ１１０の上部の貫通穴１１０ａを通って、ホルダ１１０の上方に配置されたシャフト固定リング１１１に螺合される。これにより、シャフト１０５はホルダ１１０に固定される。
【００２０】
バネ押さえリング１０９とシャフト１０５はネジ溝によって互いに螺合されており、バネ押さえリング１０９を回転させてシャフト１０５に対する位置を変更することにより、押圧バネ１０８の力量を調節してロータ１０２の摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂへの押圧力量を調節することができる。
【００２１】
次に、図３及び図４を参照して、超音波モータ１０に使用される振動子１０１（圧電素子）の共振周波数の一致に関して説明する。
【００２２】
図３（ａ）に示されるように、振動子１０１は略直方体形状であり、中心軸１００ｃに直交する矩形状の断面の短辺１０１ｓの長さをａ、長辺１０１ｆの長さをｂ、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとしている。以下の説明では、高さ方向を、１次振動モードの振動の方向、かつ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、ａ、ｂ、ｃの大小関係はａ＜ｂ＜ｃとする。
【００２３】
振動子１０１においては、ａ、ｂ、ｃの各寸法を適切な値とすることで、縦１次振動モードの共振周波数とねじれ２次振動モード、若しくはねじれ３次振動モードの、共振周波数をほぼ一致させている。
【００２４】
ここで、図３（ｂ）〜（ｅ）には、ねじれ振動の方向ｐ１、ｐ２、縦振動の方向ｑ、及び振動の節Ｎを示している。節Ｎは、ねじれ１次振動（図３（ｂ））及び縦１次振動（図３（ｃ））では高さ方向の中心位置に１つ存在し、ねじれ２次振動（図３（ｄ））では高さ方向の２つの位置に存在し、ねじれ３次振動（図３（ｅ））では高さ方向の３つの位置に存在する。
【００２５】
また、図３（ｂ）〜（ｅ）において、実線は振動前の振動子１０１の形状を示しており、破線は振動後の振動子１０１の形状を示している。
【００２６】
図４からわかるように、ａ／ｂを変化させた場合には、縦１次振動モードの共振周波数はａ／ｂに依存せず、ほぼ一定の値をとるが、ねじれ振動の共振周波数は、ａ／ｂ値の増加とともに大きくなっていく。
【００２７】
また、ねじれ１次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂがどのような値をとっても、縦１次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。これに対して、ねじれ２次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。また、ねじれ３次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．３の近傍となるところで、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。したがって、振動子１０１においては、縦１次ねじれ３次振動ではａ／ｂが０．２５〜０．３５、縦１次ねじれ２次振動ではａ／ｂが０．５〜０．６、となるように長さａ、ｂをそれぞれ設定する。
【００２８】
超音波モータ１００においては、振動子１０１の中心軸１００ｃ（回転軸）方向に沿って伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成する。長さａ、ｂの比（比率）は、振動子１０１の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように設定する。
【００２９】
次に、図５〜図２１を参照しつつ、上記実施形態の振動子１０１に用いる圧電素子の基礎となる、縦振動用圧電素子、斜め振動用圧電素子、及びねじれ振動用圧電素子について順に説明する。
まず、縦振動用圧電素子について、図５から図８を参照して説明する。図５は、縦振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＢ方向から見た側面図である。図６（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩＢ方向から見た側面図である。図７（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩＢ方向から見た側面図である。図８（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＶＩＩＩＢ方向から見た側面図である。
【００３０】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、縦振動用圧電素子１５０は、略直方体形状の圧電体である。縦振動用圧電素子１５０には、その上面に第１駆動電極１５０ａが設けられ、底面に第２駆動電極１５０ｂが設けられている。第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂは、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂを介して縦振動用圧電素子１５０に対して駆動信号が印加される。したがって、駆動電極への駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極１５０ａから第２駆動電極１５０ｂへ、又は、第２駆動電極１５０ｂから第１駆動電極１５０ａへ向かう方向となる。
【００３１】
図５から図８に示す縦振動用圧電素子１５０の分極方向Ｐ１は、第２駆動電極１５０ｂから第１駆動電極１５０ａへ向かう方向であって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた縦振動用圧電素子１５０は、駆動信号を印加することにより、図６〜図８に示すように上下方向（図５〜図８の上下方向）に縦振動する。具体的には、外部の電源の＋と−の電極の一方を第１駆動電極１５０ａに、他方を第２駆動電極１５０ｂに、それぞれ接続すると、縦振動用圧電素子１５０は上下方向に伸び（図６）、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂへの接続を入れ替えると、縦振動用圧電素子１５０は上下方向に縮む（図７）。さらに、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂの間に交流を印加すると、１５０は上下方向、すなわち分極方向Ｐ１に沿って伸縮する（図８）。
したがって、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂへ印加する信号に応じて縦振動用圧電素子１５０を縦振動させることができる。
【００３２】
つづいて、斜め振動用圧電素子について、図９から図１２を参照して説明する。図９は、斜め振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＸＢ方向から見た側面図である。図１０（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸＢ方向から見た正面図である。図１１（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸＩＢ方向から見た正面図である。図１２（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸＩＩＢ方向から見た正面図である。
【００３３】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、斜め振動用圧電素子１６０は、縦振動用圧電素子１５０と同様の略直方体形状の圧電体である。斜め振動用圧電素子１６０には、その側面１６１の上部に第１駆動電極１６０ａが設けられ、側面１６１に対向する側面１６２の下部に第２駆動電極１６０ｂが設けられている。第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂは、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂを介して斜め振動用圧電素子１６０に対して駆動信号が印加される。したがって、駆動電極への駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極１６０ａから第２駆動電極１６０ｂへ、又は、第２駆動電極１６０ｂから第１駆動電極１６０ａへ向かう方向となる。
【００３４】
図９から図１２に示す斜め振動用圧電素子１６０の分極方向Ｐ２は、第２駆動電極１６０ｂから第１駆動電極１６０ａへ向かう方向であって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた斜め振動用圧電素子１６０は、駆動信号を印加することにより、図１０〜図１２に示すように、斜め振動用圧電素子１６０を正面から見たときの左上の角と右下の角を結ぶ対角線に略沿った斜め方向に振動する。具体的には、外部の電源の＋と−の電極の一方を第１駆動電極１６０ａに、他方を第２駆動電極１６０ｂに、それぞれ接続すると、斜め振動用圧電素子１６０は斜め方向に伸び（図１０）、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂへの接続を入れ替えると、斜め振動用圧電素子１６０は斜め方向に縮む（図１１）。さらに、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂの間に交流を印加すると、１６０は斜め方向、すなわち分極方向に伸縮する（図１２）。
したがって、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂへ印加する信号に応じて斜め振動用圧電素子１６０を斜め振動させることができる。
【００３５】
次に、斜めねじれ振動用圧電素子について、図１３から図２１を参照して説明する。この斜めねじれ振動用圧電素子においては、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備え、これらの２つの分極方向と駆動電極を所定の関係に設定することによって、斜めねじれ振動を生じさせる。
【００３６】
まず、図１３から図１５を参照して、斜めねじれ振動用圧電素子を１枚の圧電素子で構成した単板タイプにおいて、２つの分極方向が互いに逆方向である場合について説明する。
図１３の（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＩＩＣ方向から見た側面図である。図１４の（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＶＣ方向から見た側面図である。図１５の（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に図１４とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＣ方向から見た側面図である。
【００３７】
図１３から図１５に示すように、斜めねじれ振動用圧電素子２００は、略直方体形状の圧電体である。斜めねじれ振動用圧電素子２００には、その側面２２１の上部に第１駆動電極２０１及び第２駆動電極２０２が斜めねじれ振動用圧電素子２００の厚み方向に沿って並べて設けられ、側面２２１に対向する側面２２２の下部に第３駆動電極２１１及び第４駆動電極２１２が斜めねじれ振動用圧電素子２００の厚み方向に沿って並べて設けられている。第１駆動電極２０１、第３駆動電極２１１は背面２２３側に設けられ、第２駆動電極２０２及び第４駆動電極２１２は正面２２４側に設けられている。
【００３８】
第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２は、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２を介して斜めねじれ振動用圧電素子２００に対して駆動信号が印加される。
【００３９】
駆動信号の印加は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間と、でそれぞれ行われる。第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極２０１から第３駆動電極２１１へ、又は、第３駆動電極２１１から第１駆動電極２０１へ向かう方向となる。第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第２駆動電極２０２から第４駆動電極２１２へ、又は、第４駆動電極２１２から第２駆動電極２０２へ向かう方向となる。
【００４０】
斜めねじれ振動用圧電素子２００は、背面２２３側において第１駆動電極２０１から第３駆動電極２１１へ向かう分極方向Ｐ３と、正面２２４側において第４駆動電極２１２から第２駆動電極２０２へ向かう分極方向Ｐ４と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ３と分極方向Ｐ４は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた斜めねじれ振動用圧電素子２００は、駆動信号を印加することにより、図１４及び図１５に示すように斜めねじれ振動する。
【００４１】
具体的な斜めねじれ振動は次のとおりである。
図１４に示す場合では、外部電源は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。そして電源の印加を制御することによって、ねじれ方向を変えることができる。例えば、図１４（ａ）に示すように分極方向Ｐ４に沿って伸びるように、かつ、分極方向Ｐ３に沿って縮むように印加すれば、これらの動きが合成されて、図１４の破線で示すように伸びながらねじれる。
【００４２】
これに対して、図１５に示す場合では、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、をそれぞれ図１４に示す場合と逆にしている。この場合は、分極方向Ｐ４に沿って縮むように、かつ、分極方向Ｐ３に沿って伸びるように印加しており、これらの動きが合成されて、図１５の破線で示すように伸びながらねじれる。
したがって、第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２へ印加する信号に応じて、斜めねじれ振動用圧電素子２００を斜めねじれ振動させることができる。
【００４３】
つづいて、図１６から図１８を参照して、図１３から図１５に示した単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子２００において、２つの分極方向を互いに同じ方向にした場合について説明する。
図１６の（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＣ方向から見た側面図である。図１７の（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＣ方向から見た側面図である。図１８の（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に図１７とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＣ方向から見た側面図である。
【００４４】
駆動信号の印加は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間と、でそれぞれ行われる。第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極２０１から第２駆動電極２０２へ、又は、第２駆動電極２０２から第１駆動電極２０１へ向かう方向となる。第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間における駆動信号の印加方向は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間における駆動信号の印加方向と逆向きの方向となる。
【００４５】
図１６から図１８に示す斜めねじれ振動用圧電素子２００は、背面２２３側において第１駆動電極２０１から第３駆動電極２１１へ向かう分極方向Ｐ５と、正面２２４側において第２駆動電極２０２から第４駆動電極２１２へ向かう分極方向Ｐ６と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ５と分極方向Ｐ６は互いに同じ向きである。
このような構成を備えた斜めねじれ振動用圧電素子２００は、駆動信号を印加することにより、図１７及び図１８に示すように斜めねじれ振動する。
【００４６】
具体的な斜めねじれ振動は次のとおりである。
図１７に示す場合では、外部電源は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、が互いに逆の方向になるように通電している。このとき、図１４に示す場合と同様に、分極方向Ｐ６に沿って伸びるように、かつ、分極方向Ｐ５に沿って縮むように印加すれば、これらの動きが合成されて、図１７の破線で示すように伸びながらねじれる。
【００４７】
これに対して、図１８に示す場合では、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、をそれぞれ図１７に示す場合と逆にしている。この場合は、図１５に示す場合と同様に、分極方向Ｐ６に沿って縮むように、かつ、分極方向Ｐ５に沿って伸びるように印加しており、これらの動きが合成されて、図１８の破線で示すように伸びながらねじれる。
したがって、第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２へ印加する信号に応じて、斜めねじれ振動用圧電素子２００を斜めねじれ振動させることができる。
【００４８】
次に、図１９から図２１を参照して、２枚の圧電素子を貼り合わせた、貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の場合について説明する。
図１９の（ａ）は貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＸＣ方向から見た側面図である。図２０の（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＣ方向から見た側面図である。図２１の（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に図２０とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＩＣ方向から見た側面図である。
【００４９】
図１９から図２１に示すように、斜めねじれ振動用圧電素子３００は、同一形状の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂを互いに貼り合わせて略直方体形状としている。
斜めねじれ振動用圧電素子３００において、第１圧電素子３００ａの側面３２１ａの上部には第１駆動電極３０１が設けられ、第２圧電素子３００ｂの側面３２１ｂの上部には、斜めねじれ振動用圧電素子３００の厚み方向に沿って第１駆動電極３０１と並ぶように第２駆動電極３０２が設けられている。また、第１圧電素子３００ａの側面３２１ａに対向する側面３２２ａの下部には第３駆動電極３１１が設けられ、第２圧電素子３００ｂの側面３２１ｂに対向する側面３２２ｂの下部には、斜めねじれ振動用圧電素子３００の厚み方向に沿って第３駆動電極３１１と並ぶように第４駆動電極３１２が設けられている。
【００５０】
第１駆動電極３０１、第２駆動電極３０２、第３駆動電極３１１、及び第４駆動電極３１２は、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極３０１、第２駆動電極３０２、第３駆動電極３１１、及び第４駆動電極３１２を介して斜めねじれ振動用圧電素子３００に対して駆動信号が印加される。
【００５１】
駆動信号の印加は、第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間と、第２駆動電極３０２と第４駆動電極３１２の間と、でそれぞれ行われる。第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極３０１から第３駆動電極３１１へ、又は、第３駆動電極３１１から第１駆動電極３０１へ向かう方向となる。第２駆動電極３０２と第４駆動電極３１２の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第２駆動電極３０２から第４駆動電極３１２へ、又は、第４駆動電極３１２から第２駆動電極３０２へ向かう方向となる。
【００５２】
斜めねじれ振動用圧電素子３００は、背面３２３側において第１駆動電極３０１から第３駆動電極３１１へ向かう分極方向Ｐ７と、正面３２４側において第４駆動電極３１２から第２駆動電極３０２へ向かう分極方向Ｐ８と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ７と分極方向Ｐ８は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた斜めねじれ振動用圧電素子３００は、駆動信号を印加することにより、図２０及び図２１に示すように斜めねじれ振動する。
【００５３】
具体的な斜めねじれ振動は次のとおりである。
図２０に示す場合では、図１４に示す場合と同様に、外部電源は、第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間の通電方向と、第２駆動電極３０２と第４駆動電極３１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。このとき、図１４に示す場合と同様に、分極方向Ｐ８に沿って伸びるように、かつ、分極方向Ｐ７に沿って縮むように印加しており、これらの動きが合成されて、図２０の破線で示すように伸びながらねじれる。
【００５４】
これに対して、図２１に示す場合では、第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間の通電方向と、第２駆動電極３１２と第４駆動電極３１２の間の通電方向と、をそれぞれ図２０に示す場合と逆にしている。このとき、図１５に示す場合と同様に、分極方向Ｐ８に沿って縮むように、かつ、分極方向Ｐ７に沿って伸びるように印加しており、これらの動きが合成されて、図２１の破線で示すように伸びながらねじれる。
したがって、第１駆動電極３０１、第２駆動電極３０２、第３駆動電極３１１、及び第４駆動電極３１２へ印加する信号に応じて、斜めねじれ振動用圧電素子３００を斜めねじれ振動させることができる。
【００５５】
２枚の圧電素子を貼り合わせたタイプは、図１９から図２１に示すように２つの分極方向Ｐ７、Ｐ８が互いに逆向きである場合のほかに、２つの分極方向を同じ向きにすることもできる。貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の２つの分極方向が互いに同じ向きである場合は、図１６から図１８に示す単板タイプの場合と同様の駆動信号を印加することにより同様の斜めねじれ振動を起こすことができるため、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
以下、上記実施形態に係る超音波モータ１００における振動子１０１として用いる振動子の実施例について説明する。
（実施例１）
図２２は、第１実施例に係る振動子４００の構成を示す斜視図である。図２３は、図２２のＸＸＩＩＩ方向から見た側面図と、図３（ｅ）に示すねじれ３次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。図２４は、図２２のＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
図２２及び図２３に示すように、振動子４００は、同一形状の第１圧電素子４００ａ及び第２圧電素子４００ｂを互いに貼り合わせて略直方体形状としている。
振動子４００において、第１圧電素子４００ａの側面４２１ａには第１駆動電極４０１が設けられ、第２圧電素子４００ｂの側面４２１ｂには、振動子４００の厚み方向に沿って第１駆動電極４０１と並ぶように第２駆動電極４０２が設けられている。また、第１圧電素子４００ａの側面４２１ａに対向する側面４２２ａには第３駆動電極４１１が設けられ、第２圧電素子４００ｂの側面４２１ｂに対向する側面４２２ｂには、振動子４００の厚み方向に沿って第３駆動電極４１１と並ぶように第４駆動電極４１２が設けられている。第１駆動電極４０１及び第２駆動電極４０２は、振動子１０１の２つの駆動電極１２１、１２２にそれぞれ対応する。
【００５７】
振動子４００においては、図４に示す、ねじれ３次共振振動が生じるような条件を満たすように、中心軸１００ｃに垂直な断面の短辺と長辺が構成されている。これにより、図２３の右側に示す、節Ｎ４１、Ｎ４２、Ｎ４３を有するねじれ３次共振振動が生じることになる。このねじれ３次共振振動の振動状態は、図２３の右側において、波線４５０で示している。
【００５８】
第１駆動電極４０１、第２駆動電極４０２、第３駆動電極４１１、及び第４駆動電極４１２は、波線４５０で示した振動状態の節及び腹の位置に対応するように配置されている。具体的には、図２３に示すように、波線４５０で示すねじれ３次共振振動の腹位置に対応するように、第１駆動電極４０１、第２駆動電極４０２、第３駆動電極４１１、及び第４駆動電極４１２を配置し、さらに、節Ｎ４１に対応するように第１駆動電極４０１と第２駆動電極４０２の上端を配置し、節Ｎ４２に対応するように第３駆動電極４１１と第４駆動電極４１２の下端を配置している。
このような構成により、ねじれの応力が最大になる位置がねじれの節になり、ねじれ３次共振振動が効率よく励起される。
【００５９】
振動子４００は、背面４２３側において第１駆動電極４０１から第３駆動電極４１１へ向かう分極方向Ｐ９と、正面４２４側において第４駆動電極４１２から第２駆動電極４０２へ向かう分極方向Ｐ１０と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ９と分極方向Ｐ１０は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
振動子４００において、外部電源は、第１駆動電極４０１と第３駆動電極４１１の間の通電方向と、第２駆動電極４０２と第４駆動電極４１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。これらの駆動電極に駆動信号を印加することにより、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ３次共振振動（図３（ｅ））と、中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、が同時に発生し、これらが合成された楕円振動が生じる。したがって、振動子１０１としての振動子４００の高さ方向の両端面に楕円振動が発生するため、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。
【００６０】
さらに、図２４に示すように、分極方向Ｐ１０に沿った分極軸Ｐ４０と、中心軸１００ｃと、のなす角度θ４は鋭角となっている。ここで、分極方向Ｐ９は、分極方向Ｐ１０に平行であるため、分極方向Ｐ９に沿った分極軸と中心軸１００ｃとのなす角度もθ４であり、鋭角である。
振動子４００においては、以上のような簡単な構成によって容易に楕円振動を励起させることができるため、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができ、部品点数が少なくなり、製造が容易となることから、コストの安い超音波モータを供給することができる。さらに、ねじれ３次共振振動と縦１次共振振動を独立に制御することができる。また、分極に用いた電極をそのまま駆動用電極に使える。
【００６１】
（実施例２）
図２５は、第２実施例に係る振動子５００の構成を示す斜視図である。図２６は、図２５のＸＸＶＩ方向から見た側面図と、図３（ｄ）に示すねじれ２次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。図２７は、図２５のＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。
図２５及び図２６に示すように、振動子５００は、同一形状の第１圧電素子５００ａ及び第２圧電素子５００ｂを互いに貼り合わせて略直方体形状としている。
振動子５００において、第１圧電素子５００ａの側面５２１ａには第１駆動電極５０１が設けられ、第２圧電素子５００ｂの側面５２１ｂには、振動子５００の厚み方向に沿って第１駆動電極５０１と並ぶように第２駆動電極５０２が設けられている。また、第１圧電素子５００ａの側面５２１ａに対向する側面５２２ａには第３駆動電極５１１が設けられ、第２圧電素子５００ｂの側面５２１ｂに対向する側面５２２ｂには、振動子５００の厚み方向に沿って第３駆動電極５１１と並ぶように第４駆動電極５１２が設けられている。第１駆動電極５０１及び第２駆動電極５０２は、振動子１０１の２つの駆動電極１２１、１２２にそれぞれ対応する。
【００６２】
振動子５００においては、図４に示す、ねじれ２次共振振動が生じるような条件を満たすように、中心軸１００ｃに垂直な断面の短辺と長辺が構成されている。これにより、図２６の右側に示す、節Ｎ５１、Ｎ５２を有するねじれ２次共振振動が生じることになる。このねじれ２次共振振動の振動状態は、図２６の右側において、波線５５０で示している。
【００６３】
第１駆動電極５０１、第２駆動電極５０２、第３駆動電極５１１、及び第４駆動電極５１２は、波線５５０で示した振動状態の節及び腹の位置に対応するように配置されている。具体的には、図２６に示すように、波線５５０で示すねじれ２次共振振動の腹位置に対応するように、第１駆動電極５０１、第２駆動電極５０２、第３駆動電極５１１、及び第４駆動電極５１２を配置し、さらに、節Ｎ５１に対応するように第１駆動電極５０１と第２駆動電極５０２の上端を配置し、節Ｎ５２に対応するように第３駆動電極５１１と第４駆動電極５１２の下端を配置している。
このような構成により、ねじれの応力が最大になる位置がねじれの節になり、ねじれ２次共振振動が効率よく励起される。
【００６４】
振動子５００は、背面５２３側において第１駆動電極５０１から第３駆動電極５１１へ向かう分極方向Ｐ１１と、正面５２４側において第４駆動電極５１２から第２駆動電極５０２へ向かう分極方向Ｐ１２と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ１１と分極方向Ｐ１２は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
振動子５００においては、外部電源は、第１駆動電極５０１と第３駆動電極５１１の間の通電方向と、第２駆動電極５０２と第４駆動電極５１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。これらの駆動電極に駆動信号を印加することにより、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動（図３（ｄ））と、中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、が同時に発生し、これらが合成された楕円振動が生じる。したがって、振動子１０１としての振動子５００の高さ方向の両端面に楕円振動が発生するため、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。
【００６５】
さらに、図２７に示すように、分極方向Ｐ１２に沿った分極軸Ｐ５０と、中心軸１００ｃと、のなす角度θ５は鋭角となっている。ここで、分極方向Ｐ１１は、分極方向Ｐ１２に平行であるため、分極方向Ｐ１１に沿った分極軸と中心軸１００ｃとのなす角度もθ５であり、鋭角である。
振動子５００においては、以上のような簡単な構成によって容易に楕円振動を励起させることができるため、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができ、部品点数が少なくなり、製造が容易となることから、コストの安い超音波モータを供給することができる。さらに、ねじれ２次共振振動と縦１次共振振動を独立に制御することができる。また、分極に用いた電極をそのまま駆動用電極に使える。
【００６６】
実施例１及び実施例２においては２つの分極方向を逆向きにしていたが、同じ向きにした場合においても、図４に示す条件を満たすように中心軸１００ｃに垂直な断面の短辺と長辺を構成することにより、ねじれ３次共振振動又はねじれ２次共振振動を発生させることができる。
また、実施例１及び実施例２では、２枚の圧電素子を貼り合わせて構成したが、単板で構成することもできる。また、２枚を超える枚数の圧電素子、例えば、４枚、８枚、．．．の圧電素子で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明に係る超音波モータは、振動と斜めねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる超音波モータに適している。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 超音波モータ
１００ｃ 中心軸
１０１ 振動子
１０１ａ 楕円振動発生面
１０１ｆ 長辺
１０１ｓ 短辺
１０２ ロータ
１０３ａ、１０３ｂ 摩擦接触部材
１０５ シャフト
１０７ ベアリング
１０８ 押圧バネ
１０９ バネ押さえリング
１１０ ホルダ
１１１ シャフト固定リング
１２１、１２２ 駆動電極
１５０ 縦振動用圧電素子
１５０ａ 第１駆動電極
１５０ｂ 第２駆動電極
１６０ 斜め振動用圧電素子
１６０ａ 第１駆動電極
１６０ｂ 第２駆動電極
２００ 斜めねじれ振動用圧電素子
２０１ 第１駆動電極
２０２ 第２駆動電極
２１１ 第３駆動電極
２１２ 第４駆動電極
３００ 斜めねじれ振動用圧電素子
３００ａ 第１圧電素子
３００ｂ 第２圧電素子
３０１ 第１駆動電極
３０２ 第２駆動電極
３１１ 第３駆動電極
３１２ 第４駆動電極
４００ 振動子
４００ａ 第１圧電素子
４００ｂ 第２圧電素子
４０１ 第１駆動電極
４０２ 第２駆動電極
４１１ 第３駆動電極
４１２ 第４駆動電極
５００ 振動子
５００ａ 第１圧電素子
５００ｂ 第２圧電素子
５０１ 第１駆動電極
５０２ 第２駆動電極
５１１ 第３駆動電極
５１２ 第４駆動電極
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２ 分極方向
Ｐ４０、Ｐ５０ 分極軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、下記特許文献１の図１には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に複数枚の圧電素子が挿入された構成となっている。また、圧電素子の正電極は２分割されており、ここでは、それぞれＡ相、Ｂ相と称するものとする。
【０００３】
ここで、Ａ相とＢ相に同位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子に縦振動を発生させることができる。また、Ａ相とＢ相に逆位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子にねじれ振動を発生させることができる。尚、振動子の溝位置を調整して縦振動の共振周波数と、ねじれ振動の共振周波数を、ほぼ一致するようにしておく。そして、Ａ相とＢ相にπ／２位相の異なる交番電圧を印加すると、縦振動とねじれ振動が同時に発生し、棒状弾性体上面に楕円振動を発生させることができる。棒状弾性体上面にロータを押圧することにより、ロータを時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された超音波モータは、その図１に示されるように、圧電素子と弾性体が必要になる、弾性体を斜めにカットしなければならない、縦振動とねじれ振動の周波数を合わせるために弾性体の一部に溝部を設けなければならない、構造が複雑であり組立性に難点がある等の課題があった。それ故、全体として振動子の構成が非常に複雑になり、ねじれ共振振動の発生効率が低いという課題を有していた。
【０００６】
したがって本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることのできる超音波モータを提供することにある。また、本発明は、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波モータは、中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、回転軸に対してそれぞれ鋭角をなす、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る超音波モータでは、振動子において、２つの分極方向に沿って互いに逆方向に伸縮するように、２つの分極方向と駆動電極の関係を設定することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子は、例えば単板又は単板を貼り合わせたものからなることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る超音波モータにおいて、楕円振動は、縦１次共振振動とねじれ３次共振振動とを合成することにより形成され、ねじれ３次共振振動の腹位置に対応するように駆動電極を配置していることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る超音波モータにおいて、楕円振動は、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動とを合成することにより形成され、ねじれ２次共振振動の腹位置に対応するように駆動電極を配置していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る超音波モータは、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることができるという効果を奏する。また、本発明の超音波モータにおいては、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波モータの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施形態に係る振動子の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、ねじれ１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｃ）は、縦１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｄ）は、ねじれ２次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｅ）は、ねじれ３次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図である。
【図４】振動子の高さを一定として、横軸を短辺の長さ／長辺の長さとしたときの各モードの共振周波数を表したグラフである。
【図５】縦振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＢ方向から見た側面図である。
【図６】（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＢ方向から見た側面図である。
【図７】（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＢ方向から見た側面図である。
【図８】（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩＢ方向から見た側面図である。
【図９】斜め振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＸＢ方向から見た側面図である。
【図１０】（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＢ方向から見た正面図である。
【図１１】（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＢ方向から見た正面図である。
【図１２】（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＢ方向から見た正面図である。
【図１３】（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＩＩＣ方向から見た側面図である。
【図１４】（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＶＣ方向から見た側面図である。
【図１５】（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に図１４とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ振動を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＣ方向から見た側面図である。
【図１６】（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＣ方向から見た側面図である。
【図１７】（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＣ方向から見た側面図である。
【図１８】（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に図１７とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＣ方向から見た側面図である。
【図１９】（ａ）は貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＸＣ方向から見た側面図である。
【図２０】（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＣ方向から見た側面図である。
【図２１】（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に図２０とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＩＣ方向から見た側面図である。
【図２２】第１実施例に係る振動子の構成を示す斜視図である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ方向から見た側面図と、図３（ｅ）に示すねじれ３次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。
【図２４】図２２のＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
【図２５】第２実施例に係る振動子の構成を示す斜視図である。
【図２６】図２５のＸＸＶＩ方向から見た側面図と、図３（ｄ）に示すねじれ２次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。
【図２７】図２５のＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る超音波モータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る超音波モータ１００は、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、図１、図２に示すように、振動子１０１及びロータ１０２を備える。
【００１５】
振動子１０１は、中心軸１００ｃ（回転軸）に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する、略直方体形状の圧電素子である。振動子１０１の矩形状の断面のうち、互いに対向する２つの短辺１０１ｓには、２つの駆動電極がそれぞれ設けられている。図１及び図２においては、互いに対向する２つの短辺１０１ｓの一方の辺に形成された２つの駆動電極１２１、１２２のみを図示している。
【００１６】
ロータ１０２は、略円板状をなし、その下面が振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａに設けた摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂに接し、振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａと直交する中心軸１００ｃを回転軸として回転駆動される。
【００１７】
振動子１０１へのロータ１０２の取り付け構造について説明する。
振動子１０１（圧電素子）の節近傍にはホルダ１１０が固着される。振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａとホルダ１１０との間には、シャフト１０５、ロータ１０２、ベアリング１０７、押圧バネ１０８、バネ押さえリング１０９が順に配置される。この配置は、中心軸１００ｃに対して同心状に行われる。
【００１８】
ロータ１０２の中央の凹部１０２ａにはベアリング１０７が結合され、ロータ１０２とベアリング１０７には中心軸１００ｃに沿うようにシャフト１０５が挿通される。シャフト１０５の下部は振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａ上に接触配置される。
【００１９】
ロータ１０２及びベアリング１０７に挿通されたシャフト１０５の上部先端は、押圧バネ１０８とバネ押さえリング１０９に順に挿通され、さらに、ホルダ１１０の上部の貫通穴１１０ａを通って、ホルダ１１０の上方に配置されたシャフト固定リング１１１に螺合される。これにより、シャフト１０５はホルダ１１０に固定される。
【００２０】
バネ押さえリング１０９とシャフト１０５はネジ溝によって互いに螺合されており、バネ押さえリング１０９を回転させてシャフト１０５に対する位置を変更することにより、押圧バネ１０８の力量を調節してロータ１０２の摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂへの押圧力量を調節することができる。
【００２１】
次に、図３及び図４を参照して、超音波モータ１０に使用される振動子１０１（圧電素子）の共振周波数の一致に関して説明する。
【００２２】
図３（ａ）に示されるように、振動子１０１は略直方体形状であり、中心軸１００ｃに直交する矩形状の断面の短辺１０１ｓの長さをａ、長辺１０１ｆの長さをｂ、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとしている。以下の説明では、高さ方向を、１次振動モードの振動の方向、かつ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、ａ、ｂ、ｃの大小関係はａ＜ｂ＜ｃとする。
【００２３】
振動子１０１においては、ａ、ｂ、ｃの各寸法を適切な値とすることで、縦１次振動モードの共振周波数とねじれ２次振動モード、若しくはねじれ３次振動モードの、共振周波数をほぼ一致させている。
【００２４】
ここで、図３（ｂ）〜（ｅ）には、ねじれ振動の方向ｐ１、ｐ２、縦振動の方向ｑ、及び振動の節Ｎを示している。節Ｎは、ねじれ１次振動（図３（ｂ））及び縦１次振動（図３（ｃ））では高さ方向の中心位置に１つ存在し、ねじれ２次振動（図３（ｄ））では高さ方向の２つの位置に存在し、ねじれ３次振動（図３（ｅ））では高さ方向の３つの位置に存在する。
【００２５】
また、図３（ｂ）〜（ｅ）において、実線は振動前の振動子１０１の形状を示しており、破線は振動後の振動子１０１の形状を示している。
【００２６】
図４からわかるように、ａ／ｂを変化させた場合には、縦１次振動モードの共振周波数はａ／ｂに依存せず、ほぼ一定の値をとるが、ねじれ振動の共振周波数は、ａ／ｂ値の増加とともに大きくなっていく。
【００２７】
また、ねじれ１次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂがどのような値をとっても、縦１次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。これに対して、ねじれ２次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。また、ねじれ３次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．３の近傍となるところで、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。したがって、振動子１０１においては、縦１次ねじれ３次振動ではａ／ｂが０．２５〜０．３５、縦１次ねじれ２次振動ではａ／ｂが０．５〜０．６、となるように長さａ、ｂをそれぞれ設定する。
【００２８】
超音波モータ１００においては、振動子１０１の中心軸１００ｃ（回転軸）方向に沿って伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成する。長さａ、ｂの比（比率）は、振動子１０１の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように設定する。
【００２９】
次に、図５〜図２１を参照しつつ、上記実施形態の振動子１０１に用いる圧電素子の基礎となる、縦振動用圧電素子、斜め振動用圧電素子、及びねじれ振動用圧電素子について順に説明する。
まず、縦振動用圧電素子について、図５から図８を参照して説明する。図５は、縦振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＢ方向から見た側面図である。図６（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩＢ方向から見た側面図である。図７（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩＢ方向から見た側面図である。図８（ａ）は図５の縦振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに縦振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＶＩＩＩＢ方向から見た側面図である。
【００３０】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、縦振動用圧電素子１５０は、略直方体形状の圧電体である。縦振動用圧電素子１５０には、その上面に第１駆動電極１５０ａが設けられ、底面に第２駆動電極１５０ｂが設けられている。第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂは、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂを介して縦振動用圧電素子１５０に対して駆動信号が印加される。したがって、駆動電極への駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極１５０ａから第２駆動電極１５０ｂへ、又は、第２駆動電極１５０ｂから第１駆動電極１５０ａへ向かう方向となる。
【００３１】
図５から図８に示す縦振動用圧電素子１５０の分極方向Ｐ１は、第２駆動電極１５０ｂから第１駆動電極１５０ａへ向かう方向であって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた縦振動用圧電素子１５０は、駆動信号を印加することにより、図６〜図８に示すように上下方向（図５〜図８の上下方向）に縦振動する。具体的には、外部の電源の＋と−の電極の一方を第１駆動電極１５０ａに、他方を第２駆動電極１５０ｂに、それぞれ接続すると、縦振動用圧電素子１５０は上下方向に伸び（図６）、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂへの接続を入れ替えると、縦振動用圧電素子１５０は上下方向に縮む（図７）。さらに、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂの間に交流を印加すると、１５０は上下方向、すなわち分極方向Ｐ１に沿って伸縮する（図８）。
したがって、第１駆動電極１５０ａと第２駆動電極１５０ｂへ印加する信号に応じて縦振動用圧電素子１５０を縦振動させることができる。
【００３２】
つづいて、斜め振動用圧電素子について、図９から図１２を参照して説明する。図９は、斜め振動用圧電素子の構成を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＸＢ方向から見た側面図である。図１０（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸びた状態を示す斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸＢ方向から見た正面図である。図１１（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が縮んだ状態を示す斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸＩＢ方向から見た正面図である。図１２（ａ）は図９の斜め振動用圧電素子に駆動信号を印加したときに斜め振動用圧電素子が伸縮した状態を示す斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸＩＩＢ方向から見た正面図である。
【００３３】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、斜め振動用圧電素子１６０は、縦振動用圧電素子１５０と同様の略直方体形状の圧電体である。斜め振動用圧電素子１６０には、その側面１６１の上部に第１駆動電極１６０ａが設けられ、側面１６１に対向する側面１６２の下部に第２駆動電極１６０ｂが設けられている。第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂは、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂを介して斜め振動用圧電素子１６０に対して駆動信号が印加される。したがって、駆動電極への駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極１６０ａから第２駆動電極１６０ｂへ、又は、第２駆動電極１６０ｂから第１駆動電極１６０ａへ向かう方向となる。
【００３４】
図９から図１２に示す斜め振動用圧電素子１６０の分極方向Ｐ２は、第２駆動電極１６０ｂから第１駆動電極１６０ａへ向かう方向であって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた斜め振動用圧電素子１６０は、駆動信号を印加することにより、図１０〜図１２に示すように、斜め振動用圧電素子１６０を正面から見たときの左上の角と右下の角を結ぶ対角線に略沿った斜め方向に振動する。具体的には、外部の電源の＋と−の電極の一方を第１駆動電極１６０ａに、他方を第２駆動電極１６０ｂに、それぞれ接続すると、斜め振動用圧電素子１６０は斜め方向に伸び（図１０）、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂへの接続を入れ替えると、斜め振動用圧電素子１６０は斜め方向に縮む（図１１）。さらに、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂの間に交流を印加すると、１６０は斜め方向、すなわち分極方向に伸縮する（図１２）。
したがって、第１駆動電極１６０ａと第２駆動電極１６０ｂへ印加する信号に応じて斜め振動用圧電素子１６０を斜め振動させることができる。
【００３５】
次に、斜めねじれ振動用圧電素子について、図１３から図２１を参照して説明する。この斜めねじれ振動用圧電素子においては、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備え、これらの２つの分極方向と駆動電極を所定の関係に設定することによって、斜めねじれ振動を生じさせる。
【００３６】
まず、図１３から図１５を参照して、斜めねじれ振動用圧電素子を１枚の圧電素子で構成した単板タイプにおいて、２つの分極方向が互いに逆方向である場合について説明する。
図１３の（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＩＩＣ方向から見た側面図である。図１４の（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＶＣ方向から見た側面図である。図１５の（ａ）は図１３の斜めねじれ振動用圧電素子に図１４とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＣ方向から見た側面図である。
【００３７】
図１３から図１５に示すように、斜めねじれ振動用圧電素子２００は、略直方体形状の圧電体である。斜めねじれ振動用圧電素子２００には、その側面２２１の上部に第１駆動電極２０１及び第２駆動電極２０２が斜めねじれ振動用圧電素子２００の厚み方向に沿って並べて設けられ、側面２２１に対向する側面２２２の下部に第３駆動電極２１１及び第４駆動電極２１２が斜めねじれ振動用圧電素子２００の厚み方向に沿って並べて設けられている。第１駆動電極２０１、第３駆動電極２１１は背面２２３側に設けられ、第２駆動電極２０２及び第４駆動電極２１２は正面２２４側に設けられている。
【００３８】
第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２は、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２を介して斜めねじれ振動用圧電素子２００に対して駆動信号が印加される。
【００３９】
駆動信号の印加は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間と、でそれぞれ行われる。第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極２０１から第３駆動電極２１１へ、又は、第３駆動電極２１１から第１駆動電極２０１へ向かう方向となる。第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第２駆動電極２０２から第４駆動電極２１２へ、又は、第４駆動電極２１２から第２駆動電極２０２へ向かう方向となる。
【００４０】
斜めねじれ振動用圧電素子２００は、背面２２３側において第１駆動電極２０１から第３駆動電極２１１へ向かう分極方向Ｐ３と、正面２２４側において第４駆動電極２１２から第２駆動電極２０２へ向かう分極方向Ｐ４と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ３と分極方向Ｐ４は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた斜めねじれ振動用圧電素子２００は、駆動信号を印加することにより、図１４及び図１５に示すように斜めねじれ振動する。
【００４１】
具体的な斜めねじれ振動は次のとおりである。
図１４に示す場合では、外部電源は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。そして電源の印加を制御することによって、ねじれ方向を変えることができる。例えば、図１４（ａ）に示すように分極方向Ｐ４に沿って伸びるように、かつ、分極方向Ｐ３に沿って縮むように印加すれば、これらの動きが合成されて、図１４の破線で示すように伸びながらねじれる。
【００４２】
これに対して、図１５に示す場合では、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、をそれぞれ図１４に示す場合と逆にしている。この場合は、分極方向Ｐ４に沿って縮むように、かつ、分極方向Ｐ３に沿って伸びるように印加しており、これらの動きが合成されて、図１５の破線で示すように伸びながらねじれる。
したがって、第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２へ印加する信号に応じて、斜めねじれ振動用圧電素子２００を斜めねじれ振動させることができる。
【００４３】
つづいて、図１６から図１８を参照して、図１３から図１５に示した単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子２００において、２つの分極方向を互いに同じ方向にした場合について説明する。
図１６の（ａ）は単板タイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＣ方向から見た側面図である。図１７の（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＣ方向から見た側面図である。図１８の（ａ）は図１６の斜めねじれ振動用圧電素子に図１７とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＶＩＩＩＣ方向から見た側面図である。
【００４４】
駆動信号の印加は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間と、でそれぞれ行われる。第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極２０１から第２駆動電極２０２へ、又は、第２駆動電極２０２から第１駆動電極２０１へ向かう方向となる。第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間における駆動信号の印加方向は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間における駆動信号の印加方向と逆向きの方向となる。
【００４５】
図１６から図１８に示す斜めねじれ振動用圧電素子２００は、背面２２３側において第１駆動電極２０１から第３駆動電極２１１へ向かう分極方向Ｐ５と、正面２２４側において第２駆動電極２０２から第４駆動電極２１２へ向かう分極方向Ｐ６と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ５と分極方向Ｐ６は互いに同じ向きである。
このような構成を備えた斜めねじれ振動用圧電素子２００は、駆動信号を印加することにより、図１７及び図１８に示すように斜めねじれ振動する。
【００４６】
具体的な斜めねじれ振動は次のとおりである。
図１７に示す場合では、外部電源は、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、が互いに逆の方向になるように通電している。このとき、図１４に示す場合と同様に、分極方向Ｐ６に沿って伸びるように、かつ、分極方向Ｐ５に沿って縮むように印加すれば、これらの動きが合成されて、図１７の破線で示すように伸びながらねじれる。
【００４７】
これに対して、図１８に示す場合では、第１駆動電極２０１と第３駆動電極２１１の間の通電方向と、第２駆動電極２０２と第４駆動電極２１２の間の通電方向と、をそれぞれ図１７に示す場合と逆にしている。この場合は、図１５に示す場合と同様に、分極方向Ｐ６に沿って縮むように、かつ、分極方向Ｐ５に沿って伸びるように印加しており、これらの動きが合成されて、図１８の破線で示すように伸びながらねじれる。
したがって、第１駆動電極２０１、第２駆動電極２０２、第３駆動電極２１１、及び第４駆動電極２１２へ印加する信号に応じて、斜めねじれ振動用圧電素子２００を斜めねじれ振動させることができる。
【００４８】
次に、図１９から図２１を参照して、２枚の圧電素子を貼り合わせた、貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の場合について説明する。
図１９の（ａ）は貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＩＸＣ方向から見た側面図である。図２０の（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＣ方向から見た側面図である。図２１の（ａ）は図１９の斜めねじれ振動用圧電素子に図２０とは逆方向に駆動信号を印加したときの斜めねじれ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸＸＩＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のＸＸＩＣ方向から見た側面図である。
【００４９】
図１９から図２１に示すように、斜めねじれ振動用圧電素子３００は、同一形状の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂを互いに貼り合わせて略直方体形状としている。
斜めねじれ振動用圧電素子３００において、第１圧電素子３００ａの側面３２１ａの上部には第１駆動電極３０１が設けられ、第２圧電素子３００ｂの側面３２１ｂの上部には、斜めねじれ振動用圧電素子３００の厚み方向に沿って第１駆動電極３０１と並ぶように第２駆動電極３０２が設けられている。また、第１圧電素子３００ａの側面３２１ａに対向する側面３２２ａの下部には第３駆動電極３１１が設けられ、第２圧電素子３００ｂの側面３２１ｂに対向する側面３２２ｂの下部には、斜めねじれ振動用圧電素子３００の厚み方向に沿って第３駆動電極３１１と並ぶように第４駆動電極３１２が設けられている。
【００５０】
第１駆動電極３０１、第２駆動電極３０２、第３駆動電極３１１、及び第４駆動電極３１２は、外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極にＦＰＣの一端を固着する。これにより、第１駆動電極３０１、第２駆動電極３０２、第３駆動電極３１１、及び第４駆動電極３１２を介して斜めねじれ振動用圧電素子３００に対して駆動信号が印加される。
【００５１】
駆動信号の印加は、第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間と、第２駆動電極３０２と第４駆動電極３１２の間と、でそれぞれ行われる。第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第１駆動電極３０１から第３駆動電極３１１へ、又は、第３駆動電極３１１から第１駆動電極３０１へ向かう方向となる。第２駆動電極３０２と第４駆動電極３１２の間における駆動信号の印加方向は、信号の電気極性に応じて、第２駆動電極３０２から第４駆動電極３１２へ、又は、第４駆動電極３１２から第２駆動電極３０２へ向かう方向となる。
【００５２】
斜めねじれ振動用圧電素子３００は、背面３２３側において第１駆動電極３０１から第３駆動電極３１１へ向かう分極方向Ｐ７と、正面３２４側において第４駆動電極３１２から第２駆動電極３０２へ向かう分極方向Ｐ８と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ７と分極方向Ｐ８は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
このような構成を備えた斜めねじれ振動用圧電素子３００は、駆動信号を印加することにより、図２０及び図２１に示すように斜めねじれ振動する。
【００５３】
具体的な斜めねじれ振動は次のとおりである。
図２０に示す場合では、図１４に示す場合と同様に、外部電源は、第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間の通電方向と、第２駆動電極３０２と第４駆動電極３１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。このとき、図１４に示す場合と同様に、分極方向Ｐ８に沿って伸びるように、かつ、分極方向Ｐ７に沿って縮むように印加しており、これらの動きが合成されて、図２０の破線で示すように伸びながらねじれる。
【００５４】
これに対して、図２１に示す場合では、第１駆動電極３０１と第３駆動電極３１１の間の通電方向と、第２駆動電極３１２と第４駆動電極３１２の間の通電方向と、をそれぞれ図２０に示す場合と逆にしている。このとき、図１５に示す場合と同様に、分極方向Ｐ８に沿って縮むように、かつ、分極方向Ｐ７に沿って伸びるように印加しており、これらの動きが合成されて、図２１の破線で示すように伸びながらねじれる。
したがって、第１駆動電極３０１、第２駆動電極３０２、第３駆動電極３１１、及び第４駆動電極３１２へ印加する信号に応じて、斜めねじれ振動用圧電素子３００を斜めねじれ振動させることができる。
【００５５】
２枚の圧電素子を貼り合わせたタイプは、図１９から図２１に示すように２つの分極方向Ｐ７、Ｐ８が互いに逆向きである場合のほかに、２つの分極方向を同じ向きにすることもできる。貼り合わせタイプの斜めねじれ振動用圧電素子の２つの分極方向が互いに同じ向きである場合は、図１６から図１８に示す単板タイプの場合と同様の駆動信号を印加することにより同様の斜めねじれ振動を起こすことができるため、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
以下、上記実施形態に係る超音波モータ１００における振動子１０１として用いる振動子の実施例について説明する。
（実施例１）
図２２は、第１実施例に係る振動子４００の構成を示す斜視図である。図２３は、図２２のＸＸＩＩＩ方向から見た側面図と、図３（ｅ）に示すねじれ３次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。図２４は、図２２のＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
図２２及び図２３に示すように、振動子４００は、同一形状の第１圧電素子４００ａ及び第２圧電素子４００ｂを互いに貼り合わせて略直方体形状としている。
振動子４００において、第１圧電素子４００ａの側面４２１ａには第１駆動電極４０１が設けられ、第２圧電素子４００ｂの側面４２１ｂには、振動子４００の厚み方向に沿って第１駆動電極４０１と並ぶように第２駆動電極４０２が設けられている。また、第１圧電素子４００ａの側面４２１ａに対向する側面４２２ａには第３駆動電極４１１が設けられ、第２圧電素子４００ｂの側面４２１ｂに対向する側面４２２ｂには、振動子４００の厚み方向に沿って第３駆動電極４１１と並ぶように第４駆動電極４１２が設けられている。第１駆動電極４０１及び第２駆動電極４０２は、振動子１０１の２つの駆動電極１２１、１２２にそれぞれ対応する。
【００５７】
振動子４００においては、図４に示す、ねじれ３次共振振動が生じるような条件を満たすように、中心軸１００ｃに垂直な断面の短辺と長辺が構成されている。これにより、図２３の右側に示す、節Ｎ４１、Ｎ４２、Ｎ４３を有するねじれ３次共振振動が生じることになる。このねじれ３次共振振動の振動状態は、図２３の右側において、波線４５０で示している。
【００５８】
第１駆動電極４０１、第２駆動電極４０２、第３駆動電極４１１、及び第４駆動電極４１２は、波線４５０で示した振動状態の節及び腹の位置に対応するように配置されている。具体的には、図２３に示すように、波線４５０で示すねじれ３次共振振動の腹位置に対応するように、第１駆動電極４０１、第２駆動電極４０２、第３駆動電極４１１、及び第４駆動電極４１２を配置し、さらに、節Ｎ４１に対応するように第１駆動電極４０１と第２駆動電極４０２の上端を配置し、節Ｎ４２に対応するように第３駆動電極４１１と第４駆動電極４１２の下端を配置している。
このような構成により、ねじれの応力が最大になる位置がねじれの節になり、ねじれ３次共振振動が効率よく励起される。
【００５９】
振動子４００は、背面４２３側において第１駆動電極４０１から第３駆動電極４１１へ向かう分極方向Ｐ９と、正面４２４側において第４駆動電極４１２から第２駆動電極４０２へ向かう分極方向Ｐ１０と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ９と分極方向Ｐ１０は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
振動子４００において、外部電源は、第１駆動電極４０１と第３駆動電極４１１の間の通電方向と、第２駆動電極４０２と第４駆動電極４１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。これらの駆動電極に駆動信号を印加することにより、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ３次共振振動（図３（ｅ））と、中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、が同時に発生し、これらが合成された楕円振動が生じる。したがって、振動子１０１としての振動子４００の高さ方向の両端面に楕円振動が発生するため、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。
【００６０】
さらに、図２４に示すように、分極方向Ｐ１０に沿った分極軸Ｐ４０と、中心軸１００ｃと、のなす角度θ４は鋭角となっている。ここで、分極方向Ｐ９は、分極方向Ｐ１０に平行であるため、分極方向Ｐ９に沿った分極軸と中心軸１００ｃとのなす角度もθ４であり、鋭角である。
振動子４００においては、以上のような簡単な構成によって容易に楕円振動を励起させることができるため、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができ、部品点数が少なくなり、製造が容易となることから、コストの安い超音波モータを供給することができる。さらに、ねじれ３次共振振動と縦１次共振振動を独立に制御することができる。また、分極に用いた電極をそのまま駆動用電極に使える。
【００６１】
（実施例２）
図２５は、第２実施例に係る振動子５００の構成を示す斜視図である。図２６は、図２５のＸＸＶＩ方向から見た側面図と、図３（ｄ）に示すねじれ２次共振振動における振動状態を側面から見た図を対応させて示す図である。図２７は、図２５のＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。
図２５及び図２６に示すように、振動子５００は、同一形状の第１圧電素子５００ａ及び第２圧電素子５００ｂを互いに貼り合わせて略直方体形状としている。
振動子５００において、第１圧電素子５００ａの側面５２１ａには第１駆動電極５０１が設けられ、第２圧電素子５００ｂの側面５２１ｂには、振動子５００の厚み方向に沿って第１駆動電極５０１と並ぶように第２駆動電極５０２が設けられている。また、第１圧電素子５００ａの側面５２１ａに対向する側面５２２ａには第３駆動電極５１１が設けられ、第２圧電素子５００ｂの側面５２１ｂに対向する側面５２２ｂには、振動子５００の厚み方向に沿って第３駆動電極５１１と並ぶように第４駆動電極５１２が設けられている。第１駆動電極５０１及び第２駆動電極５０２は、振動子１０１の２つの駆動電極１２１、１２２にそれぞれ対応する。
【００６２】
振動子５００においては、図４に示す、ねじれ２次共振振動が生じるような条件を満たすように、中心軸１００ｃに垂直な断面の短辺と長辺が構成されている。これにより、図２６の右側に示す、節Ｎ５１、Ｎ５２を有するねじれ２次共振振動が生じることになる。このねじれ２次共振振動の振動状態は、図２６の右側において、波線５５０で示している。
【００６３】
第１駆動電極５０１、第２駆動電極５０２、第３駆動電極５１１、及び第４駆動電極５１２は、波線５５０で示した振動状態の節及び腹の位置に対応するように配置されている。具体的には、図２６に示すように、波線５５０で示すねじれ２次共振振動の腹位置に対応するように、第１駆動電極５０１、第２駆動電極５０２、第３駆動電極５１１、及び第４駆動電極５１２を配置し、さらに、節Ｎ５１に対応するように第１駆動電極５０１と第２駆動電極５０２の上端を配置し、節Ｎ５２に対応するように第３駆動電極５１１と第４駆動電極５１２の下端を配置している。
このような構成により、ねじれの応力が最大になる位置がねじれの節になり、ねじれ２次共振振動が効率よく励起される。
【００６４】
振動子５００は、背面５２３側において第１駆動電極５０１から第３駆動電極５１１へ向かう分極方向Ｐ１１と、正面５２４側において第４駆動電極５１２から第２駆動電極５０２へ向かう分極方向Ｐ１２と、の２つの分極方向を有する。分極方向Ｐ１１と分極方向Ｐ１２は互いに逆向きであって、駆動信号の印加方向に沿った方向である。
振動子５００においては、外部電源は、第１駆動電極５０１と第３駆動電極５１１の間の通電方向と、第２駆動電極５０２と第４駆動電極５１２の間の通電方向と、が互いに同じ方向になるように通電している。これらの駆動電極に駆動信号を印加することにより、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動（図３（ｄ））と、中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、が同時に発生し、これらが合成された楕円振動が生じる。したがって、振動子１０１としての振動子５００の高さ方向の両端面に楕円振動が発生するため、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。
【００６５】
さらに、図２７に示すように、分極方向Ｐ１２に沿った分極軸Ｐ５０と、中心軸１００ｃと、のなす角度θ５は鋭角となっている。ここで、分極方向Ｐ１１は、分極方向Ｐ１２に平行であるため、分極方向Ｐ１１に沿った分極軸と中心軸１００ｃとのなす角度もθ５であり、鋭角である。
振動子５００においては、以上のような簡単な構成によって容易に楕円振動を励起させることができるため、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができ、部品点数が少なくなり、製造が容易となることから、コストの安い超音波モータを供給することができる。さらに、ねじれ２次共振振動と縦１次共振振動を独立に制御することができる。また、分極に用いた電極をそのまま駆動用電極に使える。
【００６６】
実施例１及び実施例２においては２つの分極方向を逆向きにしていたが、同じ向きにした場合においても、図４に示す条件を満たすように中心軸１００ｃに垂直な断面の短辺と長辺を構成することにより、ねじれ３次共振振動又はねじれ２次共振振動を発生させることができる。
また、実施例１及び実施例２では、２枚の圧電素子を貼り合わせて構成したが、単板で構成することもできる。また、２枚を超える枚数の圧電素子、例えば、４枚、８枚、．．．の圧電素子で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明に係る超音波モータは、振動と斜めねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる超音波モータに適している。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 超音波モータ
１００ｃ 中心軸
１０１ 振動子
１０１ａ 楕円振動発生面
１０１ｆ 長辺
１０１ｓ 短辺
１０２ ロータ
１０３ａ、１０３ｂ 摩擦接触部材
１０５ シャフト
１０７ ベアリング
１０８ 押圧バネ
１０９ バネ押さえリング
１１０ ホルダ
１１１ シャフト固定リング
１２１、１２２ 駆動電極
１５０ 縦振動用圧電素子
１５０ａ 第１駆動電極
１５０ｂ 第２駆動電極
１６０ 斜め振動用圧電素子
１６０ａ 第１駆動電極
１６０ｂ 第２駆動電極
２００ 斜めねじれ振動用圧電素子
２０１ 第１駆動電極
２０２ 第２駆動電極
２１１ 第３駆動電極
２１２ 第４駆動電極
３００ 斜めねじれ振動用圧電素子
３００ａ 第１圧電素子
３００ｂ 第２圧電素子
３０１ 第１駆動電極
３０２ 第２駆動電極
３１１ 第３駆動電極
３１２ 第４駆動電極
４００ 振動子
４００ａ 第１圧電素子
４００ｂ 第２圧電素子
４０１ 第１駆動電極
４０２ 第２駆動電極
４１１ 第３駆動電極
４１２ 第４駆動電極
５００ 振動子
５００ａ 第１圧電素子
５００ｂ 第２圧電素子
５０１ 第１駆動電極
５０２ 第２駆動電極
５１１ 第３駆動電極
５１２ 第４駆動電極
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２ 分極方向
Ｐ４０、Ｐ５０ 分極軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、前記振動子の楕円振動発生面に接して前記振動子の前記楕円振動発生面と直交する前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、前記振動子の前記矩形状の長さ比率を設定し、
前記振動子は、前記回転軸に対してそれぞれ鋭角をなす、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備えることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動子において、前記２つの分極方向に沿って互いに逆方向に伸縮するように、前記２つの分極方向と駆動電極の関係を設定したことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記振動子は単板からなることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記振動子は２枚の板からなることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記楕円振動は、前記縦１次共振振動と前記ねじれ３次共振振動とを合成することにより形成され、
前記ねじれ３次共振振動の腹位置に対応するように前記駆動電極を配置していることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記楕円振動は、前記縦１次共振振動と前記ねじれ２次共振振動とを合成することにより形成され、
前記ねじれ２次共振振動の腹位置に対応するように前記駆動電極を配置していることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、前記振動子の楕円振動発生面に接して前記振動子の前記楕円振動発生面と直交する前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、前記振動子の前記矩形状の長さ比率を設定し、
前記振動子は、前記回転軸に対してそれぞれ鋭角をなす、２つの分極方向にそれぞれ沿った２つの分極軸を備えることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動子において、前記２つの分極方向に沿って互いに逆方向に伸縮するように、前記２つの分極方向と駆動電極の関係を設定したことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記振動子は単板からなることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記振動子は２枚の板からなることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記楕円振動は、前記縦１次共振振動と前記ねじれ３次共振振動とを合成することにより形成され、
前記ねじれ３次共振振動の腹位置に対応するように前記駆動電極を配置していることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記楕円振動は、前記縦１次共振振動と前記ねじれ２次共振振動とを合成することにより形成され、
前記ねじれ２次共振振動の腹位置に対応するように前記駆動電極を配置していることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−２１７２３７（Ｐ２０１２−２１７２３７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９４８１（Ｐ２０１１−７９４８１）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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