超音波モータ
【課題】簡略な構成を実現し、且つ、高トルクを得られるように駆動した場合でも摩擦接触子の磨耗が促進されにくい超音波モータを提供すること。
【解決手段】縦振動及び捻れ振動する圧電素子を利用する超音波モータを次のように構成する。ロータ機構部13を挟持するように縦振動の方向に沿って直列に配設された第１積層圧電素子40-1及び第２積層圧電素子40-2と、第１積層圧電素子40-1に設けられた摩擦接触子41-1と、第２積層圧電素子40-2に設けられた摩擦接触子41-2と、第１積層圧電素子40-1においてロータ機構部13の回転軸の延長上に設けられた位置決めピン43-1と、第２積層圧電素子40-2においてロータ機構部13の回転軸の延長上に設けられた位置決めピン43-2と、位置決めピン43-1,43-2が挿入される軸受け13bを備えており回転駆動されるロータ機構部13と、を超音波モータに具備させる。
【解決手段】縦振動及び捻れ振動する圧電素子を利用する超音波モータを次のように構成する。ロータ機構部13を挟持するように縦振動の方向に沿って直列に配設された第１積層圧電素子40-1及び第２積層圧電素子40-2と、第１積層圧電素子40-1に設けられた摩擦接触子41-1と、第２積層圧電素子40-2に設けられた摩擦接触子41-2と、第１積層圧電素子40-1においてロータ機構部13の回転軸の延長上に設けられた位置決めピン43-1と、第２積層圧電素子40-2においてロータ機構部13の回転軸の延長上に設けられた位置決めピン43-2と、位置決めピン43-1,43-2が挿入される軸受け13bを備えており回転駆動されるロータ機構部13と、を超音波モータに具備させる。
【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子の振動を利用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、ストロークが長く高分解能である点、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。
【０００３】
超音波モータでは、摩擦接触子を介して、相対運動部材である被駆動部材に超音波振動子を押し付ける（押圧する）ことで、前記摩擦接触子と前記被駆動部材との間に摩擦力を発生させ、この摩擦力によって前記被駆動部材を摺動する（摩擦駆動する）。
このような超音波モータとして、例えば縦振動と捻れ振動とを超音波振動子に同時に発生させることで、それらの振動が合成された楕円振動を当該超音波振動子に発生させ、該楕円振動を利用して前記被駆動部材を駆動する超音波モータが知られている。具体的には、例えば特許文献１に次のような技術が開示されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１には、棒状弾性体の側面において互いに対向して配置された２個の積層圧電素子の伸縮振動を利用して、前記棒状弾性体に縦振動と捻じれ振動とを同時に励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた駆動子に楕円運動を励起させて、駆動子によりロータを回転させる超音波モータが開示されている。
【０００５】
この超音波モータでは、縦振動の周波数と、捻れ振動の周波数と、を略一致させる為に、前記棒状弾性体に溝部を設けている。そして、この溝部の位置を調整することで、縦振動の周波数と捻れ振動の周波数との共振周波数を略一致させている。
さらに、前記棒状弾性体の中央部には長さ方向に沿った貫通孔が設けられ、該貫通孔にシャフトが挿入されて固定されている。そして、このシャフトを基準にして支持されたロータを、上述した楕円振動から駆動力を得た前記駆動子によって回転させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示されている超音波モータは、以下の理由により、組み立て容易性が良好であるとは言い難い。
すなわち、特許文献１に開示されている超音波モータでは、積層圧電素子と棒状弾性体とを接着固定しなければならない点、及び、縦振動の周波数と捻れ振動の周波数とを略一致させる為に棒状弾性体に溝部を形成しなくてはならない点、が組み立て容易性を低下させている。そして、このような組立性の不良が、当該超音波モータのモータ性能のばらつきや低下を招くことがある。
【０００８】
ところで、超音波モータを高トルク化する為には、被駆動体と摩擦接触子との間の摩擦力を増大させる必要がある。つまり、被駆動体に対して超音波振動子を押し付ける力（押圧力）を増大させる必要がある。このような駆動を行った場合、当然ながら摩擦接触子の磨耗が促進されてしまう。
【０００９】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、簡略な構成を実現し、且つ、高トルクを得られるように駆動した場合であっても摩擦接触子の磨耗が促進されにくい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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による超音波モータは、
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子の前記楕円振動を駆動源としてロータ機構部を回転駆動させる超音波モータであって、
前記ロータ機構部を、前記縦振動方向における一方向側と他方向側とから挟持するように、前記縦振動方向に沿って直列に配設された一対の振動子である第１の振動子及び第２の振動子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第１の摩擦接触子と、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第２の摩擦接触子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第１の位置決めピンと、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第２の位置決めピンと、
前記第１の位置決めピン及び前記第２の位置決めピンが挿入される軸受け部と、前記第１の摩擦接触子に対して接触する第１の摩擦接触面と、前記第２の摩擦接触子に対して接触する第２の摩擦接触面とを備える被駆動体と、を備え、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の前記楕円振動を駆動源として前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第１の振動子を押圧する第１の押圧部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第２の振動子を押圧する第２の押圧部と、
前記ロータ機構部と前記第１の押圧部と前記第２の押圧部と共に、前記第１の振動子及び前記第２の振動子を保持するフレームと、
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、簡略な構成を実現し、且つ、高トルクを得られるように駆動した場合であっても摩擦接触子の磨耗が促進されにくい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】図１は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す超音波モータのＡＡ矢視断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの第１の部分近傍についての分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る超音波モータのロータ機構部近傍についての分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおけるロータ機構部の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおける第２の部分の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおける第２の部分の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、縦１次振動モードにおける第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、捻れ２次振動モードにおける第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の一積層構成例を示す図である。
【図９】図９は、積層圧電素子の各振動モードにおける共振周波数特性の一例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の外形を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を、図１０Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を、図１０Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た側面図である。
【図１１】図１１は、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子と、ロータ機構部とを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る超音波モータについて、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示す超音波モータのＡＡ矢視断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの第１の部分近傍についての分解斜視図である。図４は、本発明の一実施形態に係る超音波モータのロータ機構部近傍についての分解斜視図である。図５は、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおけるロータ機構部の組み立て工程の一例を示す斜視図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおける第２の部分の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【００１４】
本一実施形態に係る超音波モータは、フレーム３１と、第１積層圧電素子４０−１と、第２積層圧電素子４０−２と、ロータ機構部１３と、第１押圧機構部２０−１と、第２押圧機構部２０−２と、を具備する。
前記フレーム３１は、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１と、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２と、ロータ機構収容フレーム３１Ｒと、を備える。
【００１５】
まず、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１、及び該第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１に組み付けられる部材について詳細に説明する。
前記第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１は、略直方体形状を呈する第１積層圧電素子４０−１の主平面（面積が最大の面）に対向する一対の板状部材である主平面対向板状部材３１Ｐ１−１，３１Ｐ２−１と、当該第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１の底面を成す底面板状部材３１Ｐ３と、から成る。
【００１６】
前記主平面対向板状部材３１Ｐ１−１には、図３に示すように規制部材５１ａ１−１を螺子止めする為の複数の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−１が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ１−１に設けられた複数の突起部５１ａ１ｔ−１がそれぞれ挿通される複数の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−１が形成されている。
【００１７】
同様に、前記主平面対向板状部材３１Ｐ２−１には、後述する規制部材５１ａ２−１を螺子止めする為の複数の螺子孔（不図示）が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ２−１に設けられた複数の突起部５１ａ２ｔ−１がそれぞれ挿通される複数の貫通孔（不図示）が設けられている。
【００１８】
前記底面板状部材３１Ｐ３には、図２に示すように押圧軸２２ａ−１が挿入される押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈ−１が、当該第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１に配設された第１積層圧電素子４０−１の捻れ軸（捻れ振動の中心軸）の延長上の位置に設けられている。
【００１９】
前記規制部材５１ａ１−１は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ１ｔ−１が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ１ｈ−１が厚み方向に形成されている。同様に、前記規制部材５１ａ２−１は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ２ｔ−１が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ２ｈ−１が厚み方向に形成されている。
【００２０】
そして、規制部材５１ａ１−１は、図３に示すように、その突起部５１ａ１ｔ−１が主平面対向板状部材３１Ｐ１−１の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−１に挿入されて第１積層圧電素子４０−１の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ１−１に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ１ｈ−１を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００２１】
同様に、規制部材５１ａ２−１は、その突起部５１ａ２ｔ−１が主平面対向板状部材３１Ｐ２−１の貫通孔（不図示）に挿入されて第１積層圧電素子４０−１の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ２−１に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ２ｈ−１を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００２２】
このように、規制部材５１ａ１−１，５１ａ２−１の突起部５１ａ１ｔ−１，５１ａ２ｔ−１が、第１積層圧電素子４０−１の主平面のうち捻り振動の節位置に接触した状態で固定されることで、当該第１積層圧電素子４０−１の振動を阻害せず（当該第１積層圧電素子４０−１の長手方向端面に励起される捻り振動の振幅を減少させず）に、当該第１積層圧電素子４０−１の回転（歯車１３ｇの回転と同方向の回転、押圧バネ２１−１の押圧力の方向に対して垂直な面内の回転）が規制される。
【００２３】
前記第１押圧機構部２０−１は、押圧バネ２１−１と押圧軸２２ａ−１とを備える。
前記押圧バネ２１−１は、第１積層圧電素子４０−１をロータ機構部１３に向かって押圧する為の部材であり、押圧軸２２ａ−１によって位置決めされる。この押圧バネ２１−１は、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１の底面板状部材３１Ｐ３と、第１積層圧電素子４０−１と、によって撓んだ状態で挟持される。具体的には、この押圧バネ２１−１は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００２４】
前記押圧軸２２ａ−１は、押圧バネ２１−１が挿通される軸部材である。図１及び図２に示すように、この押圧軸２２ａ−１の一方端は第１積層圧電素子４０−１の下端面に固定され、他方端は当該第１振動体収容フレーム３１Ｐ１−１の底面板状部材３１Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈ−１に挿通される。
【００２５】
このように、押圧軸２２ａ−１の一方端が第１積層圧電素子４０−１の下端面に対して固定され、且つ、押圧軸２２ａ−１の他方端が底面板状部材３１Ｐ３に設けられた押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈ−１に挿入されることで、第１積層圧電素子４０−１についての位置決め（位置規制）が成される（第１積層圧電素子４０−１が押圧バネ２１−１による押圧の方向に対して垂直な方向に移動することが規制される）。上述の構成により、押圧軸２２ａ−１と、第１積層圧電素子４０−１の長手方向の中心軸（捻れ振動の中心軸）とが一致する。
【００２６】
前記第１積層圧電素子４０−１は、圧電シートが積層されて成る振動体であり（積層構造の詳細については後述）、摩擦接触子４１−１と、位置決めピン４３−１と、が設けられている。第１積層圧電素子４０−１の長手方向下端面に配置されている押圧軸２２ａ−１と、上端面に接着等により固定されている位置決めピン４３−１とを利用して組み立てることで、当該第１積層圧電素子４０−１の中心軸（捻れ振動における中心軸）とロータ機構部１３の中心軸（回転軸）とが一致した状態で組み上がる。
【００２７】
前記摩擦接触子４１−１は、第１積層圧電素子４０−１上端面（ロータ機構部１３に対向する面）のうち縦振動及び捻れ振動が最大となる位置近傍（駆動に最適な楕円振動が発生する位置近傍）に設けられており、ロータ機構部１３の摺動板１３ｆに対して接触している。
【００２８】
具体的には、摩擦接触子４１−１は、例えば第１積層圧電素子４０−１の幅方向（図７Ａに示す長辺ｂ方向）の最外周部位、且つ厚み方向（図７Ａに示す短辺ａ方向）の中央部位に該当する位置に配置されている。この摩擦接触子４１−１は、第１積層圧電素子４１−１の振動（上端面に生じる楕円振動）を駆動源として、ロータ機構部１３の摺動板１３ｆを摩擦駆動する。
【００２９】
前記位置決めピン４３−１は、第１積層圧電素子４０−１の上端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（ロータ機構部１３の回転軸（中心軸））上に、当該上端面に対して垂直に凸となるように当該上端面に例えば接着等により固定されている。
この位置決めピン４３−１は、後述する軸受け１３ｂの内径孔に挿入される。第１積層圧電素子４０−１上にロータ機構部１３（軸受け１３ｂ、摺動板１３ｆ、歯車１３ｇ）を配設する際に、位置決めピン４３−１を軸受け１３ｂの内径孔に挿入することで、ロータ機構部１３の回転中心と、第１積層圧電素子４０−１上端面の中心とが一致する。
【００３０】
以下、ロータ機構収容フレーム３１Ｒ、及び、ロータ機構部１３について詳細に説明する。
前記ロータ機構収容フレーム３１Ｒは、図２に示すように互いに対向する一対の断面“コ”字状部材である第１コ字状部材３１Ｒ１と、第２コ字状部材３１Ｒ２と、から成る。これら第１コ字状部材３１Ｒ１と第２コ字状部材３１Ｒ２とは、中空部位同士が互いに対向するように配設されており、それら中空部位がロータ機構部１３を収容する一つの空間領域を構成している。図１及び図２に示すように、このロータ機構収容フレーム３１Ｒの一方側（下方側）には、上述した第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１が接続されており、他方側（上方側）には、後述する第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２が接続されている。
【００３１】
前記ロータ機構部１３は、図４に示すように、軸受け１３ｂと、摺動板１３ｆと、歯車１３ｇと、を有する。
前記軸受け１３ｂは、図２に示すように第１積層圧電素子４０−１の上端面に設けられた位置決めピン４３−１、及び、後述する第２積層圧電素子４０−２の下端面に設けられた位置決めピン４３−２が挿通されるベアリング部材である。詳細には、この軸受け１３ｂは、外周面が回転可能に構成されたベアリング部材、もしくは内周側の摩擦係数の小さいすべり軸受けである。
【００３２】
前記摺動板１３ｆは、略円環形状を呈する部材であり、一方面（下端面）が第１積層圧電素子４０−１の上端面に設けられた摩擦接触子４１−１に接触し、他方面（上端面）は第２積層圧電素子４０−２の下端面に設けられた摩擦接触子４１−２に接触するように配設されている。この摺動板１３ｆの外周面は歯車１３ｇの内周面に対して固定されており、他方、この摺動板１３ｆの内周面は軸受け１３ｂの外周面に対して固定されている。
【００３３】
前記歯車１３ｇは、略円環形状を呈する歯車であり、その中空部分には摺動板１３ｆが挿通されて該摺動板１３ｆの外周面が当該歯車１３ｇの内周面に対して固定されている。
以下、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２、及び該第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に組み付けられる部材について詳細に説明する。
【００３４】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、前記第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２は、略直方体形状を呈する第２積層圧電素子４０−２の主平面に対向する一対の板状部材である主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２から成る。これら主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２は、一方側には上述のロータ機構収容フレーム３１Ｒが接続されており、他方側には後述する固定板２７が組み付けられている。
【００３５】
前記主平面対向板状部材３１Ｐ１−２には、規制部材５１ａ１−２を螺子止めする為の複数の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ１−２に設けられた複数の突起部５１ａ１ｔ−２がそれぞれ挿通される複数の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−２が形成されている。
【００３６】
また、前記主平面対向板状部材３１Ｐ１−２のうち後述する固定板２７の板状部２７Ｐ１との当接部位には、図６Ｂに示すように固定板２７を螺子止めする為の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２が形成されている。
同様に、前記主平面対向板状部材３１Ｐ２−２には、規制部材５１ａ２−２を螺子止めする為の複数の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ２−２に設けられた複数の突起部５１ａ２ｔ−２がそれぞれ挿通される複数の貫通孔３１Ｐ２ｔｈ−２が設けられている。
【００３７】
また、前記主平面対向板状部材３１Ｐ２−２のうち後述する固定板２７の板状部２７Ｐ２との当接部位には、図６Ｂに示すように固定板２７を螺子止めする為の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２が形成されている。
前記固定板２７は、断面略“コ”字状を呈する部材であり、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２の主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２に当接する一対の板状部２７Ｐ１，２７Ｐ２と、主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２の上端面上に載置される載置部２７Ｐ３と、を備えている。
【００３８】
前記板状部２７Ｐ１には、図２及び図６Ｂに示すように、当該固定板２７が第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に組み付けられた際に、主平面対向板状部材３１Ｐ１−２の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２と一体的に一つの螺子孔を構成する螺子孔２７Ｐ１ｓｈが形成されている。
【００３９】
同様に、前記板状部２７Ｐ２には、図２及び図６Ｂに示すように、当該固定板２７が第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に組み付けられた際に、主平面対向板状部材３１Ｐ２−２の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２と一体的に一つの螺子孔を構成する螺子孔２７Ｐ２ｓｈが形成されている。
【００４０】
前記載置部２７Ｐ３には、図２及び図６Ｂに示すように、押圧軸２２ａ−２が挿入される押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈが、前記載置部２７Ｐ３のうち第１積層圧電素子４０−１の捻れ軸（捻れ振動の中心軸）の延長上の位置に設けられている。
前記規制部材５１ａ１−２は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ１ｔ−２が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ１ｈ−２が厚み方向に形成されている。同様に、前記規制部材５１ａ２−２は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ２ｔ−２が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ２ｈ−２が厚み方向に形成されている。
【００４１】
そして、規制部材５１ａ１−２は、図２及び図６Ａに示すように、その突起部５１ａ１ｔ−２が主平面対向板状部材３１Ｐ１−２の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−２に挿入されて第２積層圧電素子４０−２の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ１−２に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ１ｈ−２を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００４２】
同様に、規制部材５１ａ２−２は、その突起部５１ａ２ｔ−２が主平面対向板状部材３１Ｐ２−２の貫通孔不図示）に挿入されて第２積層圧電素子４０−２の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ２−２に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ２ｈ−２を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００４３】
このように、規制部材５１ａ１−２，５１ａ２−２の突起部５１ａ１ｔ−２，５１ａ２ｔ−２が、第２積層圧電素子４０−２の主平面のうち、当該第２積層圧電素子４０−２の捻り振動の節位置に接触した状態で固定されることで、当該第２積層圧電素子４０−２の振動を阻害せず（当該第２積層圧電素子４０−２の長手方向端面に励起される捻り振動の振幅を減少させず）に、当該第２積層圧電素子４０−２の回転（歯車１３ｇの回転と同方向の回転、押圧バネ２１−２の押圧力の方向に対して垂直な面内の回転）が規制される。
【００４４】
前記第２押圧機構部２０−２は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように押圧バネ２１−２と押圧軸２２ａ−２とを備える。
前記押圧バネ２１−２は、第２積層圧電素子４０−２をロータ機構部１３に向かって押圧する為の部材であり、当該押圧バネ２１−２に挿通された押圧軸２２ａ−２によって位置決めされる。この押圧バネ２１−２は、固定板２７の載置部２７Ｐ３と、第２積層圧電素子４０−２と、によって上下方向から挟持され、撓んだ状態で保持される。具体的には、この押圧バネ２１−２は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００４５】
前記押圧軸２２ａ−２は、押圧バネ２１−２が挿通される軸部材である。この押圧軸２２ａ−２の一方端は第２積層圧電素子４０−２の上端面に固定され、他方端は固定板２７の載置部２７Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈに挿入される。
このように、押圧軸２２ａ−２の一方端部は第２積層圧電素子４０−２の上端面に固定され、且つ、押圧軸２２ａ−２の他方端部が固定板２７の載置部２７Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈに挿入されることで、第２積層圧電素子４０−２の位置決め（位置規制）が成される（第２積層圧電素子４０−２が押圧バネ２１−２による押圧の方向に対して垂直な方向に移動することが規制される）。上述の構成により、押圧軸２２ａ−２と、第２積層圧電素子４０−２の長手方向の中心軸（捻れ振動の中心軸）とが一致する。
【００４６】
前記第２積層圧電素子４０−２は、圧電シートが積層されて成る振動体（積層構造の詳細は後述する）であり、摩擦接触子４１−２と、位置決めピン４３−２と、が設けられている。
前記摩擦接触子４１−２は、第２積層圧電素子４０−２下端面（ロータ機構部１３に対向する面）のうち駆動に最適な楕円振動が発生する位置近傍に設けられており、ロータ機構部１３の摺動板１３ｆに接触している。
【００４７】
前記位置決めピン４３−２は、第２積層圧電素子４０−２の下端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（ロータ機構部１３の回転軸（中心軸））上に、当該下端面に対して垂直に凸となるように当該下端面に例えば接着等により固定されている。
この位置決めピン４３−２は、後述する軸受け１３ｂの内径孔に挿入される。第２積層圧電素子４０−２上にロータ機構部１３（軸受け１３ｂ、摺動板１３ｆ、歯車１３ｇ）を配設する際に、位置決めピン４３−２を軸受け１３ｂに挿入することで、ロータ機構部１３の回転中心と、第２積層圧電素子４０−２上端面の中心とが一致する。
【００４８】
これら押圧軸２２ａ−２と位置決めピン４３−２とを利用して組み立てることで、当該第２積層圧電素子４０−２の中心軸（捻れ振動における中心軸）とロータ機構部１３の中心軸（回転軸）とが一致した状態で組み上がる。
以下、本一実施形態に係る超音波モータの組み立て工程について説明する。
【００４９】
まず、図３に示すように、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１の底面板状部材３１Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈに、第１押圧機構部２０−１の押圧軸２２ａ−１を更に押圧バネ２１−１を押圧軸２２ａ−１に挿入し、且つ該押圧軸２２ａ−１上に第１積層圧電素子４０−１を載置して接着等により固定する。詳細には、押圧軸２２ａ−１は、第１積層圧電素子４０−１の下端面のうち捻れ振動の中心軸に対応する位置に対して固定される。
【００５０】
続いて、規制部材５１ａ１−１の突起部５１ａ１ｔ−１を、主平面対向板状部材３１Ｐ１−１の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−１に挿入し、規制部材５１ａ１−１の螺子孔５１ａ１ｈ−１及び主平面対向板状部材３１Ｐ１−１の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−１に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第1積層圧電素子４０−１をその主平面側から規制部材５１ａ１−１の突起部５１ａ１ｔ−１で挟持して位置決めする。
【００５１】
同様に、規制部材５１ａ２−１の突起部５１ａ２ｔ−１を貫通孔３１Ｐ２ｔｈ−１に挿入し、規制部材５１ａ２−１の螺子孔５１ａ２ｈ−１及び主平面対向板状部材３１Ｐ２−１の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−１に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第1積層圧電素子４０−１をその主平面側から規制部材５１ａ２−１の突起部５１ａ２ｔ−１で挟持して位置決めする。
【００５２】
さらに、図５に示すように、ロータ機構収容フレーム３１Ｒ内に側面側（開口側）からロータ機構部１３を配設し、第１積層圧電素子４０−１の位置決めピン４３−１を、ロータ機構部１３の軸受け１３ｂの内径孔に挿入する。
その後、図６Ａに示すように、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に、その上方側（開口側）から第２積層圧電素子４０−２を挿入し、当該第２積層圧電素子４０−２の下端面の位置決めピン４３−２を、ロータ機構部１３の軸受け１３ｂの内径孔に挿入する。
【００５３】
続いて、図６Ａに示すように、規制部材５１ａ１−２の突起部５１ａ１ｔ−２を貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−２に挿入し、規制部材５１ａ１−２の螺子孔５１ａ１ｈ−２及び主平面対向板状部材３１Ｐ１−２の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第２積層圧電素子４０−２をその主平面側から規制部材５１ａ１−２の突起部５１ａ１ｔ−２で挟持して位置決めする。
【００５４】
同様に、図６Ａに示すように、規制部材５１ａ２−２の突起部５１ａ２ｔ−２を貫通孔３１Ｐ２ｔｈ−２に挿入し、規制部材５１ａ２−２の螺子孔５１ａ２ｈ−２及び主平面対向板状部材３１Ｐ２−２の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第２積層圧電素子４０−２をその主平面側から規制部材５１ａ２−２の突起部５１ａ２ｔ−２で挟持して位置決めする。
【００５５】
ここで、上述の規制部材５１ａ１−１，５１ａ２−１，５１ａ１−２，５１ａ２−２の突起部５１ａ１ｔ−１，５１ａ２ｔ−１，５１ａ１ｔ−２，５１ａ２ｔ−２は、各積層圧電素子４０−１，４０−２のうち“捻れ振動の節位置近傍”に対して接触している（捻れ振動を阻害しないように接触している）。
【００５６】
最後に、図６Ｂに示すように、第２積層圧電素子４０−２の上端面のうち捻れ振動の中心軸に対応する位置に押圧軸２２ａ−２を接着等によって固定し、該押圧軸２２ａ−２に押圧バネ２１−２に挿通させる。そして、固定板２７の載置部２７Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈに押圧軸２２ａ−２を挿入して、固定板２７を第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２上に載置する。そして、前記板状部２７Ｐ１，２７Ｐ２に形成された螺子孔２７Ｐ１ｓｈ，２７Ｐ２ｓｈ、及び第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２の主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２に形成された螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２，３１Ｐ２ｓｈ−２に螺子Ｓｒを捻じ込んで、固定板２７を第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に対して固定する。
【００５７】
以下、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の振動モードについて詳細に説明する。
図７Ａは、縦1次振動モードにおける第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の振動状態を破線で示す斜視図である。図７Ｂは、捻れ２次振動モードにおける第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の振動状態を破線で示す斜視図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいては、振動前の第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の状態（形状）を実線で示し、各振動モードにおける振動時の積層圧電素子４０の状態（形状）を破線で示している。
【００５８】
ここで、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、略直方体形状の第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の中心軸１００ｃに直交する断面を構成する短辺の長さをａとし、長辺の長さをｂとし、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとする。但し、短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの大小関係は、
ａ＜ｂ＜ｃ
であるとする。以降の説明においては、高さｃ方向を、縦1次振動モードの振動の方向とし、且つ、捻れ振動の捻れの軸方向とする。
【００５９】
本一実施形態に係る超音波モータにおいては、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２のうち短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの各寸法の値を適宜設定することで、縦１次振動モードの共振周波数と、捻れ２次振動モードまたは捻れ３次振動モードの共振周波数と、を略一致させる。
【００６０】
図７Ａ及び図７Ｂにおいてｐ１，ｐ２で示すのは捻れ振動の方向であり、ｑで示すのは縦振動の方向であり、Ｎで示すのは振動の節である。
前記節Ｎは、図７Ａに示す縦１次振動においては、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の高さｃ方向の中心位置に１つ存在する。また、図７Ｂに示す捻れ２次振動においては、前記節Ｎは、高さｃ方向の２つの位置と中心軸１００ｃの位置に存在する。
【００６１】
以下、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を構成する圧電シートについて詳細に説明する。図８Ａは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。同図に示すように、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２は、３種類の圧電シート（第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、第３の圧電シート４０３）から成る。
【００６２】
これら第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、及び第３の圧電シート４０３は、矩形のシート状の圧電素子であり、例えばハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）から成る。
詳細には、前記第１の圧電シート４０１の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、＋相の第１内部電極４０１ａと＋相の第２内部電極４０１ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
【００６３】
同様に、前記第２の圧電シート４０２の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、−相の第１内部電極４０２ａと−相の第２内部電極４０２ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
ここで、前記＋相の第１内部電極４０１ａは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の一方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ａｅを備えている。前記＋相の第２内部電極４０１ｃは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ｃｅを備えている。
【００６４】
同様に、前記−相の第１内部電極４０２ａは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の一方長辺に向かって延びて露出する端部４０２ａｅを備えている。前記−相の第２内部電極４０２ｃは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０２ｃｅを備えている。
【００６５】
ここで、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃは、例えば厚さ４μｍの銀パラジウム合金から成る。また、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃが設けられている位置は、各積層圧電素子４０−１，４０−２のうち捻り振動の応力が最大となる位置に対応する位置である。
【００６６】
前記第３の圧電シート４０３は、第１の圧電シート４０１及び第２の圧電シート４０２と同形状であって、且つ、内部電極が設けられていないシート状の部材である。つまり、第３の圧電シート４０３は、絶縁層を成す圧電シートである。
図８Ｂは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の一積層構成例を示す図である。同図に示すように、第１積層部位４１１と、第２積層部位４１２と、第３積層部位４１３と、第４積層部位４１４と、第５積層部位４１５と、から成る。
【００６７】
詳細には、これら各積層部位（第１積層部位４１１、第２積層部位４１２、第３積層部位４１３、第４積層部位４１４、第５積層部位４１５）の積層構成は、上述した各圧電シートが次のように積層されて成る部位である。
《第１積層部位４１１》
第１積層部位４１１は、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第２積層部位４１２》
第２積層部位４１２は、第１積層部位４１１上に積層された部位であって、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第３積層部位４１３》
第３積層部位４１３は、第２積層部位４１２上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第４積層部位４１４》
第４積層部位４１４は、第３積層部位４１３上に積層された部位であって、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第５積層部位４１５》
第５積層部位４１５は、第４積層部位４１４上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
【００６８】
上述の構成を採る第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の寸法は、積層圧電素子が有する下記の特性を利用して決定している。すなわち、積層圧電素子の高さｃを一定として、（短辺の長さａ／長辺の長さｂ）の値を横軸にとり、各振動モードにおける共振周波数の値を縦軸にとると、図９に示す特性を得ることができる。すなわち、
・縦１次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値に依存せず、略一定の値をとる。
・捻れ１次振動モード、捻れ２次振動モード、及び捻れ３次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値の増加に従って、増加していく。
・捻れ１次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値がどのような値であっても、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致することは無い。
・捻れ２次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
・捻れ３次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．３となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
【００６９】
上述したような特性の為、本一実施形態においては下記のように（ａ／ｂ）の値を設定する。すなわち、
・縦１次振動モードと捻れ２次振動モードとを利用する場合、（ａ／ｂ）の値が０．６〜０．７となるように、積層圧電素子４０の短辺の長さａ及び長辺の長さｂを設定する。
【００７０】
つまり本一実施形態に係る超音波モータにおいては、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃを捻れ軸とする捻れ２次共振振動と、の共振周波数が略一致するように、積層圧電素子４０における短辺の長さａと長辺の長さｂとの比(比率)を設定する。
【００７１】
図１０Ａは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の外形を示す図である。図１０Ｂは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を、図１０Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た側面図である。図１０Ｃは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を、図１０Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た側面図である。
【００７２】
図１０Ｂに示すように、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の一方側面には、第２積層部位において端部４０１ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ＋と、第２積層部位において端部４０２ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ−と、第４積層部位において端部４０１ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ａ＋と、第４積層部位において端部４０２ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ａ−が設けられている。
【００７３】
ここで、外部電極１０１Ａ＋はＡ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ａ−はＡ−相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｂ＋はＢ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｂ−はＢ−相の外部電極を成している。
また、図１０Ｃに示すように、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の一方側面には、第２積層部位において端部４０１ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ＋と、第２積層部位において端部４０２ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ−と、第４積層部位において端部４０１ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ＋と、第４積層部位において端部４０２ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ−と、が設けられている。
【００７４】
外部電極１０１Ｃ＋はＣ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｃ−はＣ−相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｄ＋はＤ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｄ−はＤ−相の外部電極を成している。
なお、図示はしていないが、これらの各外部電極には例えばＦＰＣが固着されており、該ＦＰＣを介して所定の電源から駆動電圧が各外部電極に印加される。
【００７５】
ここで、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２のうち、少なくとも、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとが互いに対向する部分、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとが互いに対向する部分は、圧電的に活性化された圧電活性化領域である。すなわち、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとの間、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとの間には高電圧が印加され、各電極が分極されて圧電的に活性化されている。
【００７６】
図１１は、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２と、ロータ機構部１３とを模式的に示す図である。
本一実施形態に係る超音波モータでは、上述したように同一構成の２つの積層圧電素子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）を、それら各圧電素子の長手方向（上下方向）に沿って、ロータ機構部１３を挟んで直列に配設する。このような態様で配設する為、これら２つの積層圧電素子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）によるロータ機構部１３の回転駆動方向を同一方向とするには、第１積層圧電素子４０−１と第２積層圧電素子４０−２とにそれぞれ印加する駆動電圧を、図１１に示すように互いに逆極性の電圧としなければならない。
【００７７】
すなわち、第１積層圧電素子４０−１の各相（Ａ＋相，Ａ−相，Ｂ＋相，Ｂ−相）に印加する駆動電圧と、これら各相に対応する第２積層圧電素子４０−２の各相（Ａ＋相，Ａ−相，Ｂ＋相，Ｂ−相）に印加する駆動電圧との位相差を、略１８０度としなければならない。
【００７８】
具体的には、図１１に示す例では次のように駆動電圧を印加している。
・第１積層圧電素子４０−１のＡ−相と第２積層圧電素子４０−２のＡ＋相とに対して、駆動電圧源ＶＡ−１によって同一極性の駆動電圧を印加。
・第１積層圧電素子４０−１のＡ＋相（外部電極１０１Ａ＋）と第２積層圧電素子４０−２のＡ−相（外部電極１０１Ａ−）とに対して、駆動電圧源ＶＡ−２によって同一極性の駆動電圧を印加。
・第１積層圧電素子４０−１のＢ＋相（外部電極１０１Ｂ＋）と第２積層圧電素子４０−２のＢ−相（外部電極１０１Ｂ−）とに対して、駆動電圧源ＶＢ−１によって同一極性の駆動電圧を印加。
・第１積層圧電素子４０−１のＢ−相（外部電極１０１Ｂ−）と第２積層圧電素子４０−２のＢ＋相（外部電極１０１Ｂ＋）とに対して、駆動電圧源ＶＢ−２によって同一極性の駆動電圧を印加。
【００７９】
このように、駆動電圧を印加する為の配線構成を並列接続とすることにより、少ない配線数で、第１積層圧電素子４０−１と第２積層圧電素子４０−２とによって、ロータ機構部１３を所望方向に回転駆動することができる。
ところで、各積層圧電素子４０−１，４０−２のＣ相、Ｄ相の外部電極に対しては、Ａ相、Ｂ相の外部電極に対する場合と同様に駆動電圧を印加すればよい。これにより、当該超音波モータの駆動力を、より増大させることができる。なお、各積層圧電素子４０−１，４０−２のＣ相、Ｄ相の外部電極を、各積層圧電素子４０−１，４０−２の振動を検出する為の振動検出の為の電極として利用しても勿論よいし、何ら使用しなくても勿論よい。
【００８０】
以上説明したように、本一実施形態によれば、簡略な構成を実現し、且つ、高トルクを得られるように駆動した場合でも摩擦接触子の磨耗が促進されにくい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超音波モータによれば、例えば下記の効果を得ることができる。
・２つの振動子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）を用いることで、一つの振動子当たりの押圧力を増加させることなく（摩擦接触子の磨耗を促進させることなく）、当該超音波モータのトルクを高めることができる。換言すれば、高トルクを実現し、且つ、耐久性の劣化を生じさせない。
・２つの振動子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）でロータ機構部１３を挟持する構成を採るので、静止保持力が向上する。
・組み立て時には、位置決めピン４３−１，４３−２と、押圧軸２２ａ−１，２２ａ−２とによって自動的に各部材間の位置決めが成される構成であるので、ロータ機構部１３の回転中心軸と、第１積層圧電素子４０−１の捻れ振動の軸と、第２積層圧電素子４０−２の捻れ振動の軸と、ロータ機構部１３の回転軸との３軸を簡略な構成で（容易に）一致させることができる。つまり、組立容易性及び組立精度の向上が実現する。
・ロータ機構部１３の回転方向への第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の移動を、簡略な構成（規制部材５１ａ１−１，５１ａ２−１，５１ａ１−２，５１ａ２−２）によって規制している。
・以上説明したように、簡易な組立工程により、組立工程数の削減及び低コスト化が実現する。更に、組立工程数の削減により、モータ性能のばらつきの低下、及び性能の安定性の向上も実現する。
【００８１】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
例えば、各積層圧電素子４０−１，４０−２の各側面において、Ａ相の外部電極１０１ＡとＤ相の外部電極１０１Ｄとについて同極電極同士を短絡し（外部電極１０１Ａ＋と外部電極１０１Ｄ＋とを短絡し、且つ、外部電極１０１Ａ−と外部電極１０１Ｄ−とを短絡することで）、且つ、Ｂ相の外部電極１０１ＢとＣ相の外部電極１０１Ｃとについて同極電極同士を短絡することで（外部電極１０１Ｂ＋と外部電極１０１Ｃ＋とを短絡し、且つ、外部電極１０１Ｂ−と外部電極１０１Ｃ−とを短絡することで）、配線を削減することができる。なお、各圧電シート４０１，４０２においては、このような外部電極同士の短絡を可能とするパターンで内部電極を形成する。このように構成することで、通常は正極及び負極で８つの配線（ランド）が必要となるところ、４つの配線（ランド）で４つの駆動電極による駆動が可能となる。
【００８２】
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】
【００８３】
１３…ロータ機構部、 １３ｆ…摺動板、 １３ｇ…歯車、 ２０−１，２０−２…押圧機構部、 ２１−１，２１−２…押圧バネ、 ２２ａ−１，２２ａ−２…押圧軸、 ２７…固定板、 ２７Ｐ１,２７Ｐ２…板状部、 ２７Ｐ３…載置部、 ２７Ｐ１ｓｈ，２７Ｐ２ｓｈ…螺子孔、 ２７Ｐ３ｈ…押圧軸挿入孔、 ３１…フレーム、 ３１Ｐ…振動体収容フレーム、 ３１Ｒ…ロータ機構収容フレーム、 ３１Ｐ１，３１Ｐ２…主平面対向板状部材、 ３１Ｐ３…底面板状部材、 ３１Ｐ１ｓｈ，３１Ｐ２ｓｈ…螺子孔、 ３１Ｐ１ｔｈ，３１Ｐ２ｔｈ…貫通孔、 ３１Ｐ３ｈ…押圧軸挿入孔、 ３１Ｒ１，３１Ｒ２…コ字状部材、 ４０−１…第１積層圧電素子、４０−２…第２積層圧電素子、 ４１−１，４１−２…摩擦接触子、 ４３−１，４３−２…位置決めピン、 ５１ａ１，５１ａ２…規制部材、 ５１ａ１ｔ，５１ａ２ｔ…突起部、 ５１ａ１ｈ，５１ａ２ｈ…螺子孔、 １００ｃ…中心軸、 １０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ…外部電極、 ４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃ…内部電極、 ４０１ａｅ，４０１ｃｅ，４０２ａｅ，４０２ｃｅ…端部、 ４０１…第１の圧電シート、 ４０２…第２の圧電シート、 ４０３…第３の圧電シート、 ４１１…第１積層部位、 ４１２…第２積層部位、 ４１３…第３積層部位、 ４１４…第４積層部位、 ４１５…第５積層部位。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電素子等の振動子の振動を利用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、ストロークが長く高分解能である点、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。
【０００３】
超音波モータでは、摩擦接触子を介して、相対運動部材である被駆動部材に超音波振動子を押し付ける（押圧する）ことで、前記摩擦接触子と前記被駆動部材との間に摩擦力を発生させ、この摩擦力によって前記被駆動部材を摺動する（摩擦駆動する）。
このような超音波モータとして、例えば縦振動と捻れ振動とを超音波振動子に同時に発生させることで、それらの振動が合成された楕円振動を当該超音波振動子に発生させ、該楕円振動を利用して前記被駆動部材を駆動する超音波モータが知られている。具体的には、例えば特許文献１に次のような技術が開示されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１には、棒状弾性体の側面において互いに対向して配置された２個の積層圧電素子の伸縮振動を利用して、前記棒状弾性体に縦振動と捻じれ振動とを同時に励起し、前記棒状弾性体の端面に設けられた駆動子に楕円運動を励起させて、駆動子によりロータを回転させる超音波モータが開示されている。
【０００５】
この超音波モータでは、縦振動の周波数と、捻れ振動の周波数と、を略一致させる為に、前記棒状弾性体に溝部を設けている。そして、この溝部の位置を調整することで、縦振動の周波数と捻れ振動の周波数との共振周波数を略一致させている。
さらに、前記棒状弾性体の中央部には長さ方向に沿った貫通孔が設けられ、該貫通孔にシャフトが挿入されて固定されている。そして、このシャフトを基準にして支持されたロータを、上述した楕円振動から駆動力を得た前記駆動子によって回転させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示されている超音波モータは、以下の理由により、組み立て容易性が良好であるとは言い難い。
すなわち、特許文献１に開示されている超音波モータでは、積層圧電素子と棒状弾性体とを接着固定しなければならない点、及び、縦振動の周波数と捻れ振動の周波数とを略一致させる為に棒状弾性体に溝部を形成しなくてはならない点、が組み立て容易性を低下させている。そして、このような組立性の不良が、当該超音波モータのモータ性能のばらつきや低下を招くことがある。
【０００８】
ところで、超音波モータを高トルク化する為には、被駆動体と摩擦接触子との間の摩擦力を増大させる必要がある。つまり、被駆動体に対して超音波振動子を押し付ける力（押圧力）を増大させる必要がある。このような駆動を行った場合、当然ながら摩擦接触子の磨耗が促進されてしまう。
【０００９】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、簡略な構成を実現し、且つ、高トルクを得られるように駆動した場合であっても摩擦接触子の磨耗が促進されにくい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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による超音波モータは、
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子の前記楕円振動を駆動源としてロータ機構部を回転駆動させる超音波モータであって、
前記ロータ機構部を、前記縦振動方向における一方向側と他方向側とから挟持するように、前記縦振動方向に沿って直列に配設された一対の振動子である第１の振動子及び第２の振動子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第１の摩擦接触子と、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第２の摩擦接触子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第１の位置決めピンと、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第２の位置決めピンと、
前記第１の位置決めピン及び前記第２の位置決めピンが挿入される軸受け部と、前記第１の摩擦接触子に対して接触する第１の摩擦接触面と、前記第２の摩擦接触子に対して接触する第２の摩擦接触面とを備える被駆動体と、を備え、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の前記楕円振動を駆動源として前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第１の振動子を押圧する第１の押圧部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第２の振動子を押圧する第２の押圧部と、
前記ロータ機構部と前記第１の押圧部と前記第２の押圧部と共に、前記第１の振動子及び前記第２の振動子を保持するフレームと、
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、簡略な構成を実現し、且つ、高トルクを得られるように駆動した場合であっても摩擦接触子の磨耗が促進されにくい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】図１は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す超音波モータのＡＡ矢視断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの第１の部分近傍についての分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る超音波モータのロータ機構部近傍についての分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおけるロータ機構部の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおける第２の部分の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおける第２の部分の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、縦１次振動モードにおける第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、捻れ２次振動モードにおける第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の一積層構成例を示す図である。
【図９】図９は、積層圧電素子の各振動モードにおける共振周波数特性の一例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の外形を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を、図１０Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を、図１０Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た側面図である。
【図１１】図１１は、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子と、ロータ機構部とを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る超音波モータについて、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示す超音波モータのＡＡ矢視断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る超音波モータの第１の部分近傍についての分解斜視図である。図４は、本発明の一実施形態に係る超音波モータのロータ機構部近傍についての分解斜視図である。図５は、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおけるロータ機構部の組み立て工程の一例を示す斜視図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る超音波モータにおける第２の部分の組み立て工程の一例を示す斜視図である。
【００１４】
本一実施形態に係る超音波モータは、フレーム３１と、第１積層圧電素子４０−１と、第２積層圧電素子４０−２と、ロータ機構部１３と、第１押圧機構部２０−１と、第２押圧機構部２０−２と、を具備する。
前記フレーム３１は、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１と、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２と、ロータ機構収容フレーム３１Ｒと、を備える。
【００１５】
まず、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１、及び該第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１に組み付けられる部材について詳細に説明する。
前記第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１は、略直方体形状を呈する第１積層圧電素子４０−１の主平面（面積が最大の面）に対向する一対の板状部材である主平面対向板状部材３１Ｐ１−１，３１Ｐ２−１と、当該第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１の底面を成す底面板状部材３１Ｐ３と、から成る。
【００１６】
前記主平面対向板状部材３１Ｐ１−１には、図３に示すように規制部材５１ａ１−１を螺子止めする為の複数の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−１が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ１−１に設けられた複数の突起部５１ａ１ｔ−１がそれぞれ挿通される複数の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−１が形成されている。
【００１７】
同様に、前記主平面対向板状部材３１Ｐ２−１には、後述する規制部材５１ａ２−１を螺子止めする為の複数の螺子孔（不図示）が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ２−１に設けられた複数の突起部５１ａ２ｔ−１がそれぞれ挿通される複数の貫通孔（不図示）が設けられている。
【００１８】
前記底面板状部材３１Ｐ３には、図２に示すように押圧軸２２ａ−１が挿入される押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈ−１が、当該第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１に配設された第１積層圧電素子４０−１の捻れ軸（捻れ振動の中心軸）の延長上の位置に設けられている。
【００１９】
前記規制部材５１ａ１−１は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ１ｔ−１が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ１ｈ−１が厚み方向に形成されている。同様に、前記規制部材５１ａ２−１は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ２ｔ−１が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ２ｈ−１が厚み方向に形成されている。
【００２０】
そして、規制部材５１ａ１−１は、図３に示すように、その突起部５１ａ１ｔ−１が主平面対向板状部材３１Ｐ１−１の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−１に挿入されて第１積層圧電素子４０−１の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ１−１に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ１ｈ−１を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００２１】
同様に、規制部材５１ａ２−１は、その突起部５１ａ２ｔ−１が主平面対向板状部材３１Ｐ２−１の貫通孔（不図示）に挿入されて第１積層圧電素子４０−１の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ２−１に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ２ｈ−１を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００２２】
このように、規制部材５１ａ１−１，５１ａ２−１の突起部５１ａ１ｔ−１，５１ａ２ｔ−１が、第１積層圧電素子４０−１の主平面のうち捻り振動の節位置に接触した状態で固定されることで、当該第１積層圧電素子４０−１の振動を阻害せず（当該第１積層圧電素子４０−１の長手方向端面に励起される捻り振動の振幅を減少させず）に、当該第１積層圧電素子４０−１の回転（歯車１３ｇの回転と同方向の回転、押圧バネ２１−１の押圧力の方向に対して垂直な面内の回転）が規制される。
【００２３】
前記第１押圧機構部２０−１は、押圧バネ２１−１と押圧軸２２ａ−１とを備える。
前記押圧バネ２１−１は、第１積層圧電素子４０−１をロータ機構部１３に向かって押圧する為の部材であり、押圧軸２２ａ−１によって位置決めされる。この押圧バネ２１−１は、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１の底面板状部材３１Ｐ３と、第１積層圧電素子４０−１と、によって撓んだ状態で挟持される。具体的には、この押圧バネ２１−１は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００２４】
前記押圧軸２２ａ−１は、押圧バネ２１−１が挿通される軸部材である。図１及び図２に示すように、この押圧軸２２ａ−１の一方端は第１積層圧電素子４０−１の下端面に固定され、他方端は当該第１振動体収容フレーム３１Ｐ１−１の底面板状部材３１Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈ−１に挿通される。
【００２５】
このように、押圧軸２２ａ−１の一方端が第１積層圧電素子４０−１の下端面に対して固定され、且つ、押圧軸２２ａ−１の他方端が底面板状部材３１Ｐ３に設けられた押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈ−１に挿入されることで、第１積層圧電素子４０−１についての位置決め（位置規制）が成される（第１積層圧電素子４０−１が押圧バネ２１−１による押圧の方向に対して垂直な方向に移動することが規制される）。上述の構成により、押圧軸２２ａ−１と、第１積層圧電素子４０−１の長手方向の中心軸（捻れ振動の中心軸）とが一致する。
【００２６】
前記第１積層圧電素子４０−１は、圧電シートが積層されて成る振動体であり（積層構造の詳細については後述）、摩擦接触子４１−１と、位置決めピン４３−１と、が設けられている。第１積層圧電素子４０−１の長手方向下端面に配置されている押圧軸２２ａ−１と、上端面に接着等により固定されている位置決めピン４３−１とを利用して組み立てることで、当該第１積層圧電素子４０−１の中心軸（捻れ振動における中心軸）とロータ機構部１３の中心軸（回転軸）とが一致した状態で組み上がる。
【００２７】
前記摩擦接触子４１−１は、第１積層圧電素子４０−１上端面（ロータ機構部１３に対向する面）のうち縦振動及び捻れ振動が最大となる位置近傍（駆動に最適な楕円振動が発生する位置近傍）に設けられており、ロータ機構部１３の摺動板１３ｆに対して接触している。
【００２８】
具体的には、摩擦接触子４１−１は、例えば第１積層圧電素子４０−１の幅方向（図７Ａに示す長辺ｂ方向）の最外周部位、且つ厚み方向（図７Ａに示す短辺ａ方向）の中央部位に該当する位置に配置されている。この摩擦接触子４１−１は、第１積層圧電素子４１−１の振動（上端面に生じる楕円振動）を駆動源として、ロータ機構部１３の摺動板１３ｆを摩擦駆動する。
【００２９】
前記位置決めピン４３−１は、第１積層圧電素子４０−１の上端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（ロータ機構部１３の回転軸（中心軸））上に、当該上端面に対して垂直に凸となるように当該上端面に例えば接着等により固定されている。
この位置決めピン４３−１は、後述する軸受け１３ｂの内径孔に挿入される。第１積層圧電素子４０−１上にロータ機構部１３（軸受け１３ｂ、摺動板１３ｆ、歯車１３ｇ）を配設する際に、位置決めピン４３−１を軸受け１３ｂの内径孔に挿入することで、ロータ機構部１３の回転中心と、第１積層圧電素子４０−１上端面の中心とが一致する。
【００３０】
以下、ロータ機構収容フレーム３１Ｒ、及び、ロータ機構部１３について詳細に説明する。
前記ロータ機構収容フレーム３１Ｒは、図２に示すように互いに対向する一対の断面“コ”字状部材である第１コ字状部材３１Ｒ１と、第２コ字状部材３１Ｒ２と、から成る。これら第１コ字状部材３１Ｒ１と第２コ字状部材３１Ｒ２とは、中空部位同士が互いに対向するように配設されており、それら中空部位がロータ機構部１３を収容する一つの空間領域を構成している。図１及び図２に示すように、このロータ機構収容フレーム３１Ｒの一方側（下方側）には、上述した第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１が接続されており、他方側（上方側）には、後述する第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２が接続されている。
【００３１】
前記ロータ機構部１３は、図４に示すように、軸受け１３ｂと、摺動板１３ｆと、歯車１３ｇと、を有する。
前記軸受け１３ｂは、図２に示すように第１積層圧電素子４０−１の上端面に設けられた位置決めピン４３−１、及び、後述する第２積層圧電素子４０−２の下端面に設けられた位置決めピン４３−２が挿通されるベアリング部材である。詳細には、この軸受け１３ｂは、外周面が回転可能に構成されたベアリング部材、もしくは内周側の摩擦係数の小さいすべり軸受けである。
【００３２】
前記摺動板１３ｆは、略円環形状を呈する部材であり、一方面（下端面）が第１積層圧電素子４０−１の上端面に設けられた摩擦接触子４１−１に接触し、他方面（上端面）は第２積層圧電素子４０−２の下端面に設けられた摩擦接触子４１−２に接触するように配設されている。この摺動板１３ｆの外周面は歯車１３ｇの内周面に対して固定されており、他方、この摺動板１３ｆの内周面は軸受け１３ｂの外周面に対して固定されている。
【００３３】
前記歯車１３ｇは、略円環形状を呈する歯車であり、その中空部分には摺動板１３ｆが挿通されて該摺動板１３ｆの外周面が当該歯車１３ｇの内周面に対して固定されている。
以下、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２、及び該第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に組み付けられる部材について詳細に説明する。
【００３４】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、前記第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２は、略直方体形状を呈する第２積層圧電素子４０−２の主平面に対向する一対の板状部材である主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２から成る。これら主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２は、一方側には上述のロータ機構収容フレーム３１Ｒが接続されており、他方側には後述する固定板２７が組み付けられている。
【００３５】
前記主平面対向板状部材３１Ｐ１−２には、規制部材５１ａ１−２を螺子止めする為の複数の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ１−２に設けられた複数の突起部５１ａ１ｔ−２がそれぞれ挿通される複数の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−２が形成されている。
【００３６】
また、前記主平面対向板状部材３１Ｐ１−２のうち後述する固定板２７の板状部２７Ｐ１との当接部位には、図６Ｂに示すように固定板２７を螺子止めする為の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２が形成されている。
同様に、前記主平面対向板状部材３１Ｐ２−２には、規制部材５１ａ２−２を螺子止めする為の複数の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ２−２に設けられた複数の突起部５１ａ２ｔ−２がそれぞれ挿通される複数の貫通孔３１Ｐ２ｔｈ−２が設けられている。
【００３７】
また、前記主平面対向板状部材３１Ｐ２−２のうち後述する固定板２７の板状部２７Ｐ２との当接部位には、図６Ｂに示すように固定板２７を螺子止めする為の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２が形成されている。
前記固定板２７は、断面略“コ”字状を呈する部材であり、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２の主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２に当接する一対の板状部２７Ｐ１，２７Ｐ２と、主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２の上端面上に載置される載置部２７Ｐ３と、を備えている。
【００３８】
前記板状部２７Ｐ１には、図２及び図６Ｂに示すように、当該固定板２７が第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に組み付けられた際に、主平面対向板状部材３１Ｐ１−２の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２と一体的に一つの螺子孔を構成する螺子孔２７Ｐ１ｓｈが形成されている。
【００３９】
同様に、前記板状部２７Ｐ２には、図２及び図６Ｂに示すように、当該固定板２７が第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に組み付けられた際に、主平面対向板状部材３１Ｐ２−２の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２と一体的に一つの螺子孔を構成する螺子孔２７Ｐ２ｓｈが形成されている。
【００４０】
前記載置部２７Ｐ３には、図２及び図６Ｂに示すように、押圧軸２２ａ−２が挿入される押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈが、前記載置部２７Ｐ３のうち第１積層圧電素子４０−１の捻れ軸（捻れ振動の中心軸）の延長上の位置に設けられている。
前記規制部材５１ａ１−２は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ１ｔ−２が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ１ｈ−２が厚み方向に形成されている。同様に、前記規制部材５１ａ２−２は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ２ｔ−２が厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子孔５１ａ２ｈ−２が厚み方向に形成されている。
【００４１】
そして、規制部材５１ａ１−２は、図２及び図６Ａに示すように、その突起部５１ａ１ｔ−２が主平面対向板状部材３１Ｐ１−２の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−２に挿入されて第２積層圧電素子４０−２の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ１−２に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ１ｈ−２を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００４２】
同様に、規制部材５１ａ２−２は、その突起部５１ａ２ｔ−２が主平面対向板状部材３１Ｐ２−２の貫通孔不図示）に挿入されて第２積層圧電素子４０−２の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接触するように、主平面対向板状部材３１Ｐ２−２に対して当て付けられ、且つ、螺子孔５１ａ２ｈ−２を利用して螺子Ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００４３】
このように、規制部材５１ａ１−２，５１ａ２−２の突起部５１ａ１ｔ−２，５１ａ２ｔ−２が、第２積層圧電素子４０−２の主平面のうち、当該第２積層圧電素子４０−２の捻り振動の節位置に接触した状態で固定されることで、当該第２積層圧電素子４０−２の振動を阻害せず（当該第２積層圧電素子４０−２の長手方向端面に励起される捻り振動の振幅を減少させず）に、当該第２積層圧電素子４０−２の回転（歯車１３ｇの回転と同方向の回転、押圧バネ２１−２の押圧力の方向に対して垂直な面内の回転）が規制される。
【００４４】
前記第２押圧機構部２０−２は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように押圧バネ２１−２と押圧軸２２ａ−２とを備える。
前記押圧バネ２１−２は、第２積層圧電素子４０−２をロータ機構部１３に向かって押圧する為の部材であり、当該押圧バネ２１−２に挿通された押圧軸２２ａ−２によって位置決めされる。この押圧バネ２１−２は、固定板２７の載置部２７Ｐ３と、第２積層圧電素子４０−２と、によって上下方向から挟持され、撓んだ状態で保持される。具体的には、この押圧バネ２１−２は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００４５】
前記押圧軸２２ａ−２は、押圧バネ２１−２が挿通される軸部材である。この押圧軸２２ａ−２の一方端は第２積層圧電素子４０−２の上端面に固定され、他方端は固定板２７の載置部２７Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈに挿入される。
このように、押圧軸２２ａ−２の一方端部は第２積層圧電素子４０−２の上端面に固定され、且つ、押圧軸２２ａ−２の他方端部が固定板２７の載置部２７Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈに挿入されることで、第２積層圧電素子４０−２の位置決め（位置規制）が成される（第２積層圧電素子４０−２が押圧バネ２１−２による押圧の方向に対して垂直な方向に移動することが規制される）。上述の構成により、押圧軸２２ａ−２と、第２積層圧電素子４０−２の長手方向の中心軸（捻れ振動の中心軸）とが一致する。
【００４６】
前記第２積層圧電素子４０−２は、圧電シートが積層されて成る振動体（積層構造の詳細は後述する）であり、摩擦接触子４１−２と、位置決めピン４３−２と、が設けられている。
前記摩擦接触子４１−２は、第２積層圧電素子４０−２下端面（ロータ機構部１３に対向する面）のうち駆動に最適な楕円振動が発生する位置近傍に設けられており、ロータ機構部１３の摺動板１３ｆに接触している。
【００４７】
前記位置決めピン４３−２は、第２積層圧電素子４０−２の下端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（ロータ機構部１３の回転軸（中心軸））上に、当該下端面に対して垂直に凸となるように当該下端面に例えば接着等により固定されている。
この位置決めピン４３−２は、後述する軸受け１３ｂの内径孔に挿入される。第２積層圧電素子４０−２上にロータ機構部１３（軸受け１３ｂ、摺動板１３ｆ、歯車１３ｇ）を配設する際に、位置決めピン４３−２を軸受け１３ｂに挿入することで、ロータ機構部１３の回転中心と、第２積層圧電素子４０−２上端面の中心とが一致する。
【００４８】
これら押圧軸２２ａ−２と位置決めピン４３−２とを利用して組み立てることで、当該第２積層圧電素子４０−２の中心軸（捻れ振動における中心軸）とロータ機構部１３の中心軸（回転軸）とが一致した状態で組み上がる。
以下、本一実施形態に係る超音波モータの組み立て工程について説明する。
【００４９】
まず、図３に示すように、第１振動体収容フレーム３１Ｐ−１の底面板状部材３１Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈに、第１押圧機構部２０−１の押圧軸２２ａ−１を更に押圧バネ２１−１を押圧軸２２ａ−１に挿入し、且つ該押圧軸２２ａ−１上に第１積層圧電素子４０−１を載置して接着等により固定する。詳細には、押圧軸２２ａ−１は、第１積層圧電素子４０−１の下端面のうち捻れ振動の中心軸に対応する位置に対して固定される。
【００５０】
続いて、規制部材５１ａ１−１の突起部５１ａ１ｔ−１を、主平面対向板状部材３１Ｐ１−１の貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−１に挿入し、規制部材５１ａ１−１の螺子孔５１ａ１ｈ−１及び主平面対向板状部材３１Ｐ１−１の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−１に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第1積層圧電素子４０−１をその主平面側から規制部材５１ａ１−１の突起部５１ａ１ｔ−１で挟持して位置決めする。
【００５１】
同様に、規制部材５１ａ２−１の突起部５１ａ２ｔ−１を貫通孔３１Ｐ２ｔｈ−１に挿入し、規制部材５１ａ２−１の螺子孔５１ａ２ｈ−１及び主平面対向板状部材３１Ｐ２−１の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−１に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第1積層圧電素子４０−１をその主平面側から規制部材５１ａ２−１の突起部５１ａ２ｔ−１で挟持して位置決めする。
【００５２】
さらに、図５に示すように、ロータ機構収容フレーム３１Ｒ内に側面側（開口側）からロータ機構部１３を配設し、第１積層圧電素子４０−１の位置決めピン４３−１を、ロータ機構部１３の軸受け１３ｂの内径孔に挿入する。
その後、図６Ａに示すように、第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に、その上方側（開口側）から第２積層圧電素子４０−２を挿入し、当該第２積層圧電素子４０−２の下端面の位置決めピン４３−２を、ロータ機構部１３の軸受け１３ｂの内径孔に挿入する。
【００５３】
続いて、図６Ａに示すように、規制部材５１ａ１−２の突起部５１ａ１ｔ−２を貫通孔３１Ｐ１ｔｈ−２に挿入し、規制部材５１ａ１−２の螺子孔５１ａ１ｈ−２及び主平面対向板状部材３１Ｐ１−２の螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第２積層圧電素子４０−２をその主平面側から規制部材５１ａ１−２の突起部５１ａ１ｔ−２で挟持して位置決めする。
【００５４】
同様に、図６Ａに示すように、規制部材５１ａ２−２の突起部５１ａ２ｔ−２を貫通孔３１Ｐ２ｔｈ−２に挿入し、規制部材５１ａ２−２の螺子孔５１ａ２ｈ−２及び主平面対向板状部材３１Ｐ２−２の螺子孔３１Ｐ２ｓｈ−２に螺子Ｓｒを捻じ込んで、それらを締結し、第２積層圧電素子４０−２をその主平面側から規制部材５１ａ２−２の突起部５１ａ２ｔ−２で挟持して位置決めする。
【００５５】
ここで、上述の規制部材５１ａ１−１，５１ａ２−１，５１ａ１−２，５１ａ２−２の突起部５１ａ１ｔ−１，５１ａ２ｔ−１，５１ａ１ｔ−２，５１ａ２ｔ−２は、各積層圧電素子４０−１，４０−２のうち“捻れ振動の節位置近傍”に対して接触している（捻れ振動を阻害しないように接触している）。
【００５６】
最後に、図６Ｂに示すように、第２積層圧電素子４０−２の上端面のうち捻れ振動の中心軸に対応する位置に押圧軸２２ａ−２を接着等によって固定し、該押圧軸２２ａ−２に押圧バネ２１−２に挿通させる。そして、固定板２７の載置部２７Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔２７Ｐ３ｈに押圧軸２２ａ−２を挿入して、固定板２７を第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２上に載置する。そして、前記板状部２７Ｐ１，２７Ｐ２に形成された螺子孔２７Ｐ１ｓｈ，２７Ｐ２ｓｈ、及び第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２の主平面対向板状部材３１Ｐ１−２，３１Ｐ２−２に形成された螺子孔３１Ｐ１ｓｈ−２，３１Ｐ２ｓｈ−２に螺子Ｓｒを捻じ込んで、固定板２７を第２振動体収容フレーム３１Ｐ−２に対して固定する。
【００５７】
以下、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の振動モードについて詳細に説明する。
図７Ａは、縦1次振動モードにおける第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の振動状態を破線で示す斜視図である。図７Ｂは、捻れ２次振動モードにおける第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の振動状態を破線で示す斜視図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいては、振動前の第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の状態（形状）を実線で示し、各振動モードにおける振動時の積層圧電素子４０の状態（形状）を破線で示している。
【００５８】
ここで、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、略直方体形状の第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の中心軸１００ｃに直交する断面を構成する短辺の長さをａとし、長辺の長さをｂとし、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとする。但し、短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの大小関係は、
ａ＜ｂ＜ｃ
であるとする。以降の説明においては、高さｃ方向を、縦1次振動モードの振動の方向とし、且つ、捻れ振動の捻れの軸方向とする。
【００５９】
本一実施形態に係る超音波モータにおいては、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２のうち短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの各寸法の値を適宜設定することで、縦１次振動モードの共振周波数と、捻れ２次振動モードまたは捻れ３次振動モードの共振周波数と、を略一致させる。
【００６０】
図７Ａ及び図７Ｂにおいてｐ１，ｐ２で示すのは捻れ振動の方向であり、ｑで示すのは縦振動の方向であり、Ｎで示すのは振動の節である。
前記節Ｎは、図７Ａに示す縦１次振動においては、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の高さｃ方向の中心位置に１つ存在する。また、図７Ｂに示す捻れ２次振動においては、前記節Ｎは、高さｃ方向の２つの位置と中心軸１００ｃの位置に存在する。
【００６１】
以下、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を構成する圧電シートについて詳細に説明する。図８Ａは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。同図に示すように、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２は、３種類の圧電シート（第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、第３の圧電シート４０３）から成る。
【００６２】
これら第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、及び第３の圧電シート４０３は、矩形のシート状の圧電素子であり、例えばハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）から成る。
詳細には、前記第１の圧電シート４０１の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、＋相の第１内部電極４０１ａと＋相の第２内部電極４０１ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
【００６３】
同様に、前記第２の圧電シート４０２の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、−相の第１内部電極４０２ａと−相の第２内部電極４０２ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
ここで、前記＋相の第１内部電極４０１ａは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の一方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ａｅを備えている。前記＋相の第２内部電極４０１ｃは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ｃｅを備えている。
【００６４】
同様に、前記−相の第１内部電極４０２ａは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の一方長辺に向かって延びて露出する端部４０２ａｅを備えている。前記−相の第２内部電極４０２ｃは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０２ｃｅを備えている。
【００６５】
ここで、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃは、例えば厚さ４μｍの銀パラジウム合金から成る。また、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃが設けられている位置は、各積層圧電素子４０−１，４０−２のうち捻り振動の応力が最大となる位置に対応する位置である。
【００６６】
前記第３の圧電シート４０３は、第１の圧電シート４０１及び第２の圧電シート４０２と同形状であって、且つ、内部電極が設けられていないシート状の部材である。つまり、第３の圧電シート４０３は、絶縁層を成す圧電シートである。
図８Ｂは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の一積層構成例を示す図である。同図に示すように、第１積層部位４１１と、第２積層部位４１２と、第３積層部位４１３と、第４積層部位４１４と、第５積層部位４１５と、から成る。
【００６７】
詳細には、これら各積層部位（第１積層部位４１１、第２積層部位４１２、第３積層部位４１３、第４積層部位４１４、第５積層部位４１５）の積層構成は、上述した各圧電シートが次のように積層されて成る部位である。
《第１積層部位４１１》
第１積層部位４１１は、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第２積層部位４１２》
第２積層部位４１２は、第１積層部位４１１上に積層された部位であって、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第３積層部位４１３》
第３積層部位４１３は、第２積層部位４１２上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第４積層部位４１４》
第４積層部位４１４は、第３積層部位４１３上に積層された部位であって、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第５積層部位４１５》
第５積層部位４１５は、第４積層部位４１４上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
【００６８】
上述の構成を採る第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の寸法は、積層圧電素子が有する下記の特性を利用して決定している。すなわち、積層圧電素子の高さｃを一定として、（短辺の長さａ／長辺の長さｂ）の値を横軸にとり、各振動モードにおける共振周波数の値を縦軸にとると、図９に示す特性を得ることができる。すなわち、
・縦１次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値に依存せず、略一定の値をとる。
・捻れ１次振動モード、捻れ２次振動モード、及び捻れ３次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値の増加に従って、増加していく。
・捻れ１次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値がどのような値であっても、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致することは無い。
・捻れ２次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
・捻れ３次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．３となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
【００６９】
上述したような特性の為、本一実施形態においては下記のように（ａ／ｂ）の値を設定する。すなわち、
・縦１次振動モードと捻れ２次振動モードとを利用する場合、（ａ／ｂ）の値が０．６〜０．７となるように、積層圧電素子４０の短辺の長さａ及び長辺の長さｂを設定する。
【００７０】
つまり本一実施形態に係る超音波モータにおいては、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃを捻れ軸とする捻れ２次共振振動と、の共振周波数が略一致するように、積層圧電素子４０における短辺の長さａと長辺の長さｂとの比(比率)を設定する。
【００７１】
図１０Ａは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の外形を示す図である。図１０Ｂは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を、図１０Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た側面図である。図１０Ｃは、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２を、図１０Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た側面図である。
【００７２】
図１０Ｂに示すように、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の一方側面には、第２積層部位において端部４０１ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ＋と、第２積層部位において端部４０２ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ−と、第４積層部位において端部４０１ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ａ＋と、第４積層部位において端部４０２ａｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ａ−が設けられている。
【００７３】
ここで、外部電極１０１Ａ＋はＡ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ａ−はＡ−相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｂ＋はＢ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｂ−はＢ−相の外部電極を成している。
また、図１０Ｃに示すように、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の一方側面には、第２積層部位において端部４０１ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ＋と、第２積層部位において端部４０２ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ−と、第４積層部位において端部４０１ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ＋と、第４積層部位において端部４０２ｃｅ同士を接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ−と、が設けられている。
【００７４】
外部電極１０１Ｃ＋はＣ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｃ−はＣ−相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｄ＋はＤ＋相の外部電極を成しており、外部電極１０１Ｄ−はＤ−相の外部電極を成している。
なお、図示はしていないが、これらの各外部電極には例えばＦＰＣが固着されており、該ＦＰＣを介して所定の電源から駆動電圧が各外部電極に印加される。
【００７５】
ここで、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２のうち、少なくとも、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとが互いに対向する部分、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとが互いに対向する部分は、圧電的に活性化された圧電活性化領域である。すなわち、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとの間、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとの間には高電圧が印加され、各電極が分極されて圧電的に活性化されている。
【００７６】
図１１は、第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２と、ロータ機構部１３とを模式的に示す図である。
本一実施形態に係る超音波モータでは、上述したように同一構成の２つの積層圧電素子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）を、それら各圧電素子の長手方向（上下方向）に沿って、ロータ機構部１３を挟んで直列に配設する。このような態様で配設する為、これら２つの積層圧電素子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）によるロータ機構部１３の回転駆動方向を同一方向とするには、第１積層圧電素子４０−１と第２積層圧電素子４０−２とにそれぞれ印加する駆動電圧を、図１１に示すように互いに逆極性の電圧としなければならない。
【００７７】
すなわち、第１積層圧電素子４０−１の各相（Ａ＋相，Ａ−相，Ｂ＋相，Ｂ−相）に印加する駆動電圧と、これら各相に対応する第２積層圧電素子４０−２の各相（Ａ＋相，Ａ−相，Ｂ＋相，Ｂ−相）に印加する駆動電圧との位相差を、略１８０度としなければならない。
【００７８】
具体的には、図１１に示す例では次のように駆動電圧を印加している。
・第１積層圧電素子４０−１のＡ−相と第２積層圧電素子４０−２のＡ＋相とに対して、駆動電圧源ＶＡ−１によって同一極性の駆動電圧を印加。
・第１積層圧電素子４０−１のＡ＋相（外部電極１０１Ａ＋）と第２積層圧電素子４０−２のＡ−相（外部電極１０１Ａ−）とに対して、駆動電圧源ＶＡ−２によって同一極性の駆動電圧を印加。
・第１積層圧電素子４０−１のＢ＋相（外部電極１０１Ｂ＋）と第２積層圧電素子４０−２のＢ−相（外部電極１０１Ｂ−）とに対して、駆動電圧源ＶＢ−１によって同一極性の駆動電圧を印加。
・第１積層圧電素子４０−１のＢ−相（外部電極１０１Ｂ−）と第２積層圧電素子４０−２のＢ＋相（外部電極１０１Ｂ＋）とに対して、駆動電圧源ＶＢ−２によって同一極性の駆動電圧を印加。
【００７９】
このように、駆動電圧を印加する為の配線構成を並列接続とすることにより、少ない配線数で、第１積層圧電素子４０−１と第２積層圧電素子４０−２とによって、ロータ機構部１３を所望方向に回転駆動することができる。
ところで、各積層圧電素子４０−１，４０−２のＣ相、Ｄ相の外部電極に対しては、Ａ相、Ｂ相の外部電極に対する場合と同様に駆動電圧を印加すればよい。これにより、当該超音波モータの駆動力を、より増大させることができる。なお、各積層圧電素子４０−１，４０−２のＣ相、Ｄ相の外部電極を、各積層圧電素子４０−１，４０−２の振動を検出する為の振動検出の為の電極として利用しても勿論よいし、何ら使用しなくても勿論よい。
【００８０】
以上説明したように、本一実施形態によれば、簡略な構成を実現し、且つ、高トルクを得られるように駆動した場合でも摩擦接触子の磨耗が促進されにくい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超音波モータによれば、例えば下記の効果を得ることができる。
・２つの振動子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）を用いることで、一つの振動子当たりの押圧力を増加させることなく（摩擦接触子の磨耗を促進させることなく）、当該超音波モータのトルクを高めることができる。換言すれば、高トルクを実現し、且つ、耐久性の劣化を生じさせない。
・２つの振動子（第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２）でロータ機構部１３を挟持する構成を採るので、静止保持力が向上する。
・組み立て時には、位置決めピン４３−１，４３−２と、押圧軸２２ａ−１，２２ａ−２とによって自動的に各部材間の位置決めが成される構成であるので、ロータ機構部１３の回転中心軸と、第１積層圧電素子４０−１の捻れ振動の軸と、第２積層圧電素子４０−２の捻れ振動の軸と、ロータ機構部１３の回転軸との３軸を簡略な構成で（容易に）一致させることができる。つまり、組立容易性及び組立精度の向上が実現する。
・ロータ機構部１３の回転方向への第１積層圧電素子４０−１及び第２積層圧電素子４０−２の移動を、簡略な構成（規制部材５１ａ１−１，５１ａ２−１，５１ａ１−２，５１ａ２−２）によって規制している。
・以上説明したように、簡易な組立工程により、組立工程数の削減及び低コスト化が実現する。更に、組立工程数の削減により、モータ性能のばらつきの低下、及び性能の安定性の向上も実現する。
【００８１】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
例えば、各積層圧電素子４０−１，４０−２の各側面において、Ａ相の外部電極１０１ＡとＤ相の外部電極１０１Ｄとについて同極電極同士を短絡し（外部電極１０１Ａ＋と外部電極１０１Ｄ＋とを短絡し、且つ、外部電極１０１Ａ−と外部電極１０１Ｄ−とを短絡することで）、且つ、Ｂ相の外部電極１０１ＢとＣ相の外部電極１０１Ｃとについて同極電極同士を短絡することで（外部電極１０１Ｂ＋と外部電極１０１Ｃ＋とを短絡し、且つ、外部電極１０１Ｂ−と外部電極１０１Ｃ−とを短絡することで）、配線を削減することができる。なお、各圧電シート４０１，４０２においては、このような外部電極同士の短絡を可能とするパターンで内部電極を形成する。このように構成することで、通常は正極及び負極で８つの配線（ランド）が必要となるところ、４つの配線（ランド）で４つの駆動電極による駆動が可能となる。
【００８２】
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】
【００８３】
１３…ロータ機構部、 １３ｆ…摺動板、 １３ｇ…歯車、 ２０−１，２０−２…押圧機構部、 ２１−１，２１−２…押圧バネ、 ２２ａ−１，２２ａ−２…押圧軸、 ２７…固定板、 ２７Ｐ１,２７Ｐ２…板状部、 ２７Ｐ３…載置部、 ２７Ｐ１ｓｈ，２７Ｐ２ｓｈ…螺子孔、 ２７Ｐ３ｈ…押圧軸挿入孔、 ３１…フレーム、 ３１Ｐ…振動体収容フレーム、 ３１Ｒ…ロータ機構収容フレーム、 ３１Ｐ１，３１Ｐ２…主平面対向板状部材、 ３１Ｐ３…底面板状部材、 ３１Ｐ１ｓｈ，３１Ｐ２ｓｈ…螺子孔、 ３１Ｐ１ｔｈ，３１Ｐ２ｔｈ…貫通孔、 ３１Ｐ３ｈ…押圧軸挿入孔、 ３１Ｒ１，３１Ｒ２…コ字状部材、 ４０−１…第１積層圧電素子、４０−２…第２積層圧電素子、 ４１−１，４１−２…摩擦接触子、 ４３−１，４３−２…位置決めピン、 ５１ａ１，５１ａ２…規制部材、 ５１ａ１ｔ，５１ａ２ｔ…突起部、 ５１ａ１ｈ，５１ａ２ｈ…螺子孔、 １００ｃ…中心軸、 １０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ…外部電極、 ４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃ…内部電極、 ４０１ａｅ，４０１ｃｅ，４０２ａｅ，４０２ｃｅ…端部、 ４０１…第１の圧電シート、 ４０２…第２の圧電シート、 ４０３…第３の圧電シート、 ４１１…第１積層部位、 ４１２…第２積層部位、 ４１３…第３積層部位、 ４１４…第４積層部位、 ４１５…第５積層部位。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子の前記楕円振動を駆動源としてロータ機構部を回転駆動させる超音波モータであって、
前記ロータ機構部を、前記縦振動方向における一方向側と他方向側とから挟持するように、前記縦振動方向に沿って直列に配設された一対の振動子である第１の振動子及び第２の振動子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第１の摩擦接触子と、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第２の摩擦接触子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第１の位置決めピンと、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第２の位置決めピンと、
前記第１の位置決めピン及び前記第２の位置決めピンが挿入される軸受け部と、前記第１の摩擦接触子に対して接触する第１の摩擦接触面と、前記第２の摩擦接触子に対して接触する第２の摩擦接触面とを備える被駆動体と、を備え、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の前記楕円振動を駆動源として前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第１の振動子を押圧する第１の押圧部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第２の振動子を押圧する第２の押圧部と、
前記ロータ機構部と前記第１の押圧部と前記第２の押圧部と共に、前記第１の振動子及び前記第２の振動子を保持するフレームと、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記第１の振動子の前記捻れ軸と、前記第２の振動子の前記捻れ軸と、前記ロータ機構部の前記回転軸とは同軸である
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】
前記第１の押圧部は、前記第１の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍を、前記ロータ機構部に向かって押圧し、
前記第２の押圧部は、前記第２の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍を、前記ロータ機構部に向かって押圧する
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４】
前記第１の押圧部は、前記第１の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍に接触する第１の押圧軸と、前記第１の押圧軸を前記ロータ機構部に向かって押圧する第１の弾性部材と、を備え、
前記第２の押圧部は、前記第２の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍にする第２の押圧軸と、前記第２の押圧軸を前記ロータ機構部に向かって押圧する第２の弾性部材と、を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記第１の位置決めピンは、前記第１の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍に設けられ、且つ、前記第２の位置決めピンは、前記第２の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍に設けられている
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６】
前記第１の振動子及び前記第２の振動子は略直方体形状を呈し、
前記第１の振動子の主平面のうち前記捻り振動の節位置に接触し、前記第１の振動子の前記ロータ機構部の回転方向と同方向への回転を規制する第１の規制部材と、
前記第２の振動子の主平面のうち前記捻り振動の節位置に接触し、前記第２の振動子の前記ロータ機構部の回転方向と同方向への回転を規制する第２の規制部材と、
を更に具備する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７】
前記第１の振動子に印加される駆動電圧と、前記第２の振動子に印加される駆動電圧とは、互いに逆極性である
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８】
前記第１の振動子及び前記第２の振動子にそれぞれ設けられた、少なくともＡ相とＢ相とから成る２相の駆動電極を具備し、
前記２相の駆動電極は、
前記第１の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの正極と、前記第２の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの負極と、に同一の駆動電圧を印加する第１のＡ相電圧源と、
前記第１の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの負極と、前記第２の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの正極と、に同一の駆動電圧を印加する第２のＡ相電圧源と、
前記第１の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの正極と、前記第２の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの負極と、に同一の駆動電圧を印加する第１のＢ相電圧源と、
前記第１の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの負極と、前記第２の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの正極と、に同一の駆動電圧を印加する第２のＢ相電圧源と、
を備える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１】
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子の前記楕円振動を駆動源としてロータ機構部を回転駆動させる超音波モータであって、
前記ロータ機構部を、前記縦振動方向における一方向側と他方向側とから挟持するように、前記縦振動方向に沿って直列に配設された一対の振動子である第１の振動子及び第２の振動子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第１の摩擦接触子と、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面に設けられた第２の摩擦接触子と、
前記第１振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第１の位置決めピンと、
前記第２振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に当該面に対して略垂直に設けられた第２の位置決めピンと、
前記第１の位置決めピン及び前記第２の位置決めピンが挿入される軸受け部と、前記第１の摩擦接触子に対して接触する第１の摩擦接触面と、前記第２の摩擦接触子に対して接触する第２の摩擦接触面とを備える被駆動体と、を備え、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の前記楕円振動を駆動源として前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第１の振動子を押圧する第１の押圧部と、
前記ロータ機構部に向かって前記第２の振動子を押圧する第２の押圧部と、
前記ロータ機構部と前記第１の押圧部と前記第２の押圧部と共に、前記第１の振動子及び前記第２の振動子を保持するフレームと、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記第１の振動子の前記捻れ軸と、前記第２の振動子の前記捻れ軸と、前記ロータ機構部の前記回転軸とは同軸である
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】
前記第１の押圧部は、前記第１の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍を、前記ロータ機構部に向かって押圧し、
前記第２の押圧部は、前記第２の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍を、前記ロータ機構部に向かって押圧する
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４】
前記第１の押圧部は、前記第１の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍に接触する第１の押圧軸と、前記第１の押圧軸を前記ロータ機構部に向かって押圧する第１の弾性部材と、を備え、
前記第２の押圧部は、前記第２の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍にする第２の押圧軸と、前記第２の押圧軸を前記ロータ機構部に向かって押圧する第２の弾性部材と、を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記第１の位置決めピンは、前記第１の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍に設けられ、且つ、前記第２の位置決めピンは、前記第２の振動子のうち前記捻り振動の節位置近傍に設けられている
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６】
前記第１の振動子及び前記第２の振動子は略直方体形状を呈し、
前記第１の振動子の主平面のうち前記捻り振動の節位置に接触し、前記第１の振動子の前記ロータ機構部の回転方向と同方向への回転を規制する第１の規制部材と、
前記第２の振動子の主平面のうち前記捻り振動の節位置に接触し、前記第２の振動子の前記ロータ機構部の回転方向と同方向への回転を規制する第２の規制部材と、
を更に具備する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７】
前記第１の振動子に印加される駆動電圧と、前記第２の振動子に印加される駆動電圧とは、互いに逆極性である
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８】
前記第１の振動子及び前記第２の振動子にそれぞれ設けられた、少なくともＡ相とＢ相とから成る２相の駆動電極を具備し、
前記２相の駆動電極は、
前記第１の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの正極と、前記第２の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの負極と、に同一の駆動電圧を印加する第１のＡ相電圧源と、
前記第１の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの負極と、前記第２の振動子におけるＡ相の駆動電極のうちの正極と、に同一の駆動電圧を印加する第２のＡ相電圧源と、
前記第１の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの正極と、前記第２の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの負極と、に同一の駆動電圧を印加する第１のＢ相電圧源と、
前記第１の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの負極と、前記第２の振動子におけるＢ相の駆動電極のうちの正極と、に同一の駆動電圧を印加する第２のＢ相電圧源と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３５５８６（Ｐ２０１２−２３５５８６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０１４６４（Ｐ２０１１−１０１４６４）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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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