JP2006254627A - 超音波モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】 被駆動体を安定的に微細（あるいは微小）送りすること。
【解決手段】 電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子３と、前記超音波振動子３の出力端を被駆動体２に押し付ける押圧手段４とを備え、前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子１４と、前記超音波振動子３の長さ方向における略中央部に設けられた第２の摩擦接触子１４ａとを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子３と、前記超音波振動子３の出力端を被駆動体２に押し付ける押圧手段４とを備え、前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子１４と、前記超音波振動子３の長さ方向における略中央部に設けられた第２の摩擦接触子１４ａとを備える。
【選択図】 図１
Description
この発明は、超音波モータに関するものである。
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして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に比べ以下のような利点を有している。
（１）ギヤなしで高トルクが得られる。
（２）電気ＯＦＦ時に保持力がある。
（３）高分解能である。
（４）静粛性に富んでいる。
（５）磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も受けない。
（１）ギヤなしで高トルクが得られる。
（２）電気ＯＦＦ時に保持力がある。
（３）高分解能である。
（４）静粛性に富んでいる。
（５）磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も受けない。
従来の超音波モータとしては、特許文献１に開示された構造のものがある。この特許文献１に開示された超音波モータは、被駆動体と対向する弾性体の面に、少なくとも３つの駆動部を有する構成となっている。
特開２００１−２５８２７７号公報
特許文献１の超音波モータでは、すべての駆動部が同一方向に円運動または楕円運動するようになっており、被駆動体を微細（あるいは微小）送りするには、円運動または楕円運動の振幅を小さくすることが必要である。しかしながら、共振状態を保ちながら弾性体の振動の振幅をコントロールすることは困難であり、その結果、被駆動体を安定して微細送りすることが困難であるという問題点があった。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、被駆動体を安定的に微細（あるいは微小）送りすることができる超音波モータを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
この発明は、電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧手段とを備え、前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子と、前記超音波振動子の長さ方向における略中央部に設けられた第２の摩擦接触子とを備える。
この発明によれば、電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧が供給されることにより、第１の摩擦接触子には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、被駆動体が推進されることになる。このとき、第２の摩擦接触子は、第１の摩擦接触子と逆方向（他方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、第１の摩擦接触子により推進される被駆動体に制動力を与えることになる。
この発明は、電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧手段とを備え、前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子と、前記超音波振動子の長さ方向における略中央部に設けられた第２の摩擦接触子とを備える。
この発明によれば、電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧が供給されることにより、第１の摩擦接触子には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、被駆動体が推進されることになる。このとき、第２の摩擦接触子は、第１の摩擦接触子と逆方向（他方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、第１の摩擦接触子により推進される被駆動体に制動力を与えることになる。
また、この発明は、電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧手段とを備え、前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子と、前記超音波振動子の長さ方向における両端部に設けられた第３の摩擦接触子とを備える。
この発明によれば、電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧が供給されることにより、第３の摩擦接触子には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、被駆動体が推進されることになる。このとき、第１の摩擦接触子は、第３の摩擦接触子と逆方向（他方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子により推進される被駆動体に制動力を与えることになる。
この発明によれば、電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧が供給されることにより、第３の摩擦接触子には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、被駆動体が推進されることになる。このとき、第１の摩擦接触子は、第３の摩擦接触子と逆方向（他方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子により推進される被駆動体に制動力を与えることになる。
さらに、この発明は、電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧手段とを備え、前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子と、前記超音波振動子の長さ方向における一端部に設けられた第３の摩擦接触子とを備える。
この発明によれば、電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧が供給されることにより、第３の摩擦接触子には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、被駆動体が推進されることになる。このとき、第１の摩擦接触子は、第３の摩擦接触子と逆方向（他方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子により推進される被駆動体に制動力を与えることになる。
この発明によれば、電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧が供給されることにより、第３の摩擦接触子には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、被駆動体が推進されることになる。このとき、第１の摩擦接触子は、第３の摩擦接触子と逆方向（他方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子により推進される被駆動体に制動力を与えることになる。
この発明によれば、電気機械変換素子に備えられた複数の摩擦接触子の略楕円振動の振幅を調節する必要がなく、被駆動体を安定的に微細（あるいは微小）送りすることができるという効果を奏する。
以下、本発明の第１実施形態に係る超音波モータについて、図１〜図７を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ１は、図１に示すように、被駆動体２に接触配置される超音波振動子３と、この超音波振動子３を被駆動体２に押し付ける押圧手段４とを備えている。
被駆動体２は、ベース５に固定された直動ベアリング６の可動部７に固定されている。また、被駆動体２には、超音波振動子３に接触する面に、例えば、ジルコニアセラミックスからなる摺動板８が接着されている。図中の符号９は、直動ベアリング６の固定部１０をベース５に固定するためのネジである。
本実施形態に係る超音波モータ１は、図１に示すように、被駆動体２に接触配置される超音波振動子３と、この超音波振動子３を被駆動体２に押し付ける押圧手段４とを備えている。
被駆動体２は、ベース５に固定された直動ベアリング６の可動部７に固定されている。また、被駆動体２には、超音波振動子３に接触する面に、例えば、ジルコニアセラミックスからなる摺動板８が接着されている。図中の符号９は、直動ベアリング６の固定部１０をベース５に固定するためのネジである。
超音波振動子３は、図２〜図４に示すように、矩形板状の圧電セラミックスシート（電気機械変換素子）１１の片側面にシート状の内部電極１２（図４参照）を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体１３と、この圧電積層体１３の一側面に接着された第１の摩擦接触子（出力端）１４および第２の摩擦接触子（出力端）１４ａと、これら摩擦接触子１４，１４ａが設けられた側面に隣接する側面からピン１５を突出させる振動子保持部材１６とを備えている。
圧電積層体１３は、図３に示すように、例えば、長さ１８ｍｍ、幅４．４ｍｍ、厚さ２ｍｍの外形寸法を備えている。
圧電積層体１３を構成する圧電セラミックスシート１１は、図４に示すように、例えば、厚さ約８０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス素子（以下、ＰＺＴという。）である。ＰＺＴとしては、Ｑｍ値の大きなハード系材料を選択した。Ｑｍ値は約１８００である。
また、内部電極１２は、例えば、厚さ約４μｍの銀パラジウム合金からなっている。この内部電極１２は、積層方向の一端に配置される圧電セラミックスシート１１ａには設けられていない。一方、それ以外の圧電セラミックスシート１１には、図４に示すような２種類の内部電極１２のいずれか一つが設けられている。
圧電積層体１３を構成する圧電セラミックスシート１１は、図４に示すように、例えば、厚さ約８０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス素子（以下、ＰＺＴという。）である。ＰＺＴとしては、Ｑｍ値の大きなハード系材料を選択した。Ｑｍ値は約１８００である。
また、内部電極１２は、例えば、厚さ約４μｍの銀パラジウム合金からなっている。この内部電極１２は、積層方向の一端に配置される圧電セラミックスシート１１ａには設けられていない。一方、それ以外の圧電セラミックスシート１１には、図４に示すような２種類の内部電極１２のいずれか一つが設けられている。
図４（ａ）に示す圧電セラミックスシート１１は、そのほぼ全面に内部電極１２を備えている。内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の長さ方向に約０．４ｍｍの絶縁距離を開けて２つ配列されている。各内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の周縁から約０．４ｍｍの隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート１１の周縁まで延びている。
図４（ｂ）に示す圧電セラミックスシート１１は、その幅方向の略半分に内部電極１２を備えている。内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の長さ方向に約０．４ｍｍの絶縁距離を開けて２つ配列されている。各内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の周縁から約０．４ｍｍの隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート１１の周縁まで延びている。
これら内部電極１２を備えた圧電セラミックスシート１１は、図４（ａ）に示す内部電極１２の大きいものと、図４（ｂ）に示す内部電極１２の小さいものとが交互に複数枚積層されることにより、直方体状の圧電積層体１３を構成している。
圧電積層体１３の長さ方向の両端面には２個ずつ、合計４個の外部電極１７が設けられている。各外部電極１７には、同種の圧電セラミックスシート１１の同一位置に配される全ての内部電極１２が接続されている。これにより、同種の圧電セラミックスシート１１の同一位置に配される内部電極１２は、同一の電位とされるようになっている。なお、外部電極１７には図示しない配線が接続されている。配線は、リード線、フレキシブル基板等、可撓性を有する配線であれば任意のものでよい。
圧電積層体１３は、例えば、以下の通りに製造される。
圧電積層体１３を製造するには、まず、圧電セラミックスシート１１を製造する。圧電セラミックスシート１１は、例えば、ＰＺＴの仮焼粉末と所定のバインダとを混合して作成された泥しょうをドクターブレード法によってフィルム上にキャスティングした後に乾燥し、フィルムから剥離することにより製造する。
圧電積層体１３を製造するには、まず、圧電セラミックスシート１１を製造する。圧電セラミックスシート１１は、例えば、ＰＺＴの仮焼粉末と所定のバインダとを混合して作成された泥しょうをドクターブレード法によってフィルム上にキャスティングした後に乾燥し、フィルムから剥離することにより製造する。
製造された圧電セラミックスシート１１にはそれぞれ内部電極１２のパターンを有するマスクを用いて内部電極材料を印刷する。そして、最初に、内部電極１２を有しない圧電セラミックスシート１１ａを配置し、次いで、内部電極１２を下向きにして正確に位置決めしつつ、形状の異なる内部電極１２を有する圧電セラミックスシート１１を交互に積層していく。積層された圧電セラミックスシート１１は熱圧着した後に、所定の形状に裁断され、１２００℃程度の温度で焼成されることにより圧電積層体１３が製造される。
また、その後、圧電セラミックスシート１１の周縁に露出している内部電極１２を連結するように、それぞれ外部電極１７となる銀を焼き付けて、外部電極１７を形成する。
最後に、対向する内部電極１２間に直流高電圧を加えることにより圧電セラミックスシート１１を分極処理し、圧電的に活性化する。
最後に、対向する内部電極１２間に直流高電圧を加えることにより圧電セラミックスシート１１を分極処理し、圧電的に活性化する。
次に、このようにして構成された圧電積層体１３の動作について説明する。
圧電積層体１３の長さ方向の一端に形成された２つの外部電極１７をＡ相（Ａ＋，Ａ−）、他端に形成された２つの外部電極１７をＢ相（Ｂ＋，Ｂ−）とする。Ａ相およびＢ相に同位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図５に示すような１次の縦振動が励起されるようになっている。また、Ａ相とＢ相とに逆位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図６に示すような２次の屈曲振動が励起されるようになっている。図５および図６は、有限要素法によるコンピュータ解析結果を示す図である。
圧電積層体１３の長さ方向の一端に形成された２つの外部電極１７をＡ相（Ａ＋，Ａ−）、他端に形成された２つの外部電極１７をＢ相（Ｂ＋，Ｂ−）とする。Ａ相およびＢ相に同位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図５に示すような１次の縦振動が励起されるようになっている。また、Ａ相とＢ相とに逆位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図６に示すような２次の屈曲振動が励起されるようになっている。図５および図６は、有限要素法によるコンピュータ解析結果を示す図である。
第１の摩擦接触子１４は、圧電積層体１３の２次の屈曲振動の腹となる２カ所の位置に接着されている。また、第２の摩擦接触子１４ａは、第１の摩擦接触子１４と第１の摩擦接触子１４との間で、かつ圧電積層体１３の長さ方向における略中央の位置に接着されている。これにより、圧電積層体１３に１次の縦振動が発生したときには、第１の摩擦振動子１４が圧電積層体１３の長さ方向（図２に示すＸ方向）に変位させられるようになっており、第２の摩擦接触子１４ａは変位させられないようになっている。
一方、圧電積層体１３に２次の屈曲振動が生じたときには、第１の摩擦接触子１４が圧電積層体１３の幅方向（図２に示すＺ方向）に変位させられるようになっており、第２の摩擦接触子１４ａが略その位置で揺動運動させられるようになっている。
したがって、超音波振動子３のＡ相とＢ相とに、位相が９０度ずれた共振周波数に対応する交番電圧を加えることにより、１次の縦振動と２次の屈曲振動とが同時に発生し、図２に示すように、第１の摩擦接触子１４および第２の摩擦接触子１４ａの位置において時計回りまたは反時計回りの略円振動または略楕円振動が発生するようになっている。
一方、圧電積層体１３に２次の屈曲振動が生じたときには、第１の摩擦接触子１４が圧電積層体１３の幅方向（図２に示すＺ方向）に変位させられるようになっており、第２の摩擦接触子１４ａが略その位置で揺動運動させられるようになっている。
したがって、超音波振動子３のＡ相とＢ相とに、位相が９０度ずれた共振周波数に対応する交番電圧を加えることにより、１次の縦振動と２次の屈曲振動とが同時に発生し、図２に示すように、第１の摩擦接触子１４および第２の摩擦接触子１４ａの位置において時計回りまたは反時計回りの略円振動または略楕円振動が発生するようになっている。
本実施形態において、第１の摩擦接触子１４同士は１８０度の位相差を有しており、第２の摩擦接触子１４ａと第１の摩擦接触子１４とは、それぞれ９０度の位相差を有している。一方、第１の摩擦接触子１４と第２の摩擦接触子１４ａとでは、その時間的軌跡が逆方向となっている。また、発生する振動振幅に関しては、縦振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第２の摩擦接触子１４ａ＝４：１程度であり、屈曲振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第２の摩擦接触子１４ａ＝２：１程度である。
振動子保持部材１６は、断面略コ字状に形成された保持部１６ａと、この保持部１６ａの両側面から垂直に突出する保持部１６ａと一体的なピン１５とを備えている。保持部１６ａは、圧電積層体１３の幅方向の一側から圧電積層体１３を囲むようにして、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂により圧電積層体１３に接着されている。保持部１６ａが圧電積層体１３に接着された状態で、保持部１６ａの両側面に一体的に設けられた２つのピン１５は、圧電積層体１３の縦振動と屈曲振動の共通の節となる位置に同軸に配置されるようになっている。
押圧手段４は、図１に示すように、超音波振動子３に対して、その幅方向（Ｚ方向）に、摩擦接触子１４とは逆方向に離れた位置においてベース５に固定されるブラケット１８と、このブラケット１８に対して、超音波振動子３の幅方向に移動可能に支持された押圧部材１９と、この押圧部材１９に対して押圧力を加えるコイルスプリング２０と、このコイルスプリング２０による押圧力を調節する調節ネジ２１と、ブラケット１８に対する押圧部材１９の移動を案内するガイドブッシュ２２とを備えている。符号２３は、ブラケット１８をベース５に固定するネジである。
押圧部材１９には、超音波振動子３を厚さ方向に挟む２つの保持板２４が備えられている。各保持板２４には、振動子保持部材１６の２本のピン１５をそれぞれ貫通させる貫通孔２５が設けられている。押圧部材１９に加えられる押圧力は、保持板２４およびその貫通孔２５に貫通するピン１５を介して超音波振動子３に伝達されるようになっている。
コイルスプリング２０は、圧縮コイルスプリングであって、調節ネジ２１と押圧部材１９との間に挟まれている。したがって、ブラケット１８に対する調節ネジ２１の締結位置を変化させることで、弾性変形量を変化させて押圧部材１９を超音波振動子３方向に付勢する押圧力を変化させることができるようになっている。
このように構成された本実施形態に係る超音波モータ１の作用について説明する。
本実施形態に係る超音波モータ１を作動させるには、外部電極１７に接続された配線を介して、位相が９０°異なる高周波電圧（Ａ相およびＢ相）を供給する。
これにより、超音波振動子３に接着された第１の摩擦接触子１４には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向（図２において反時計方向）に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、被駆動体２が推進されることになる。このとき、超音波振動子３に接着された第２の摩擦接触子１４ａは、第１の摩擦接触子１４と反対方向（図２において時計方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、第１の摩擦接触子１４により推進される被駆動体２に制動力が与えられることになる。
本実施形態に係る超音波モータ１を作動させるには、外部電極１７に接続された配線を介して、位相が９０°異なる高周波電圧（Ａ相およびＢ相）を供給する。
これにより、超音波振動子３に接着された第１の摩擦接触子１４には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向（図２において反時計方向）に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、被駆動体２が推進されることになる。このとき、超音波振動子３に接着された第２の摩擦接触子１４ａは、第１の摩擦接触子１４と反対方向（図２において時計方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、第１の摩擦接触子１４により推進される被駆動体２に制動力が与えられることになる。
本実施形態による超音波モータ１によれば、超音波振動子３に接着された第２の摩擦接触子１４ａが、第１の摩擦接触子１４と逆方向に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、第１の摩擦接触子１４により推進される被駆動体２に制動力が与えられることとなるので、被駆動体２の送り量（移動量）を微細（あるいは微小）なものとすることができる。
このとき、共振状態にある超音波振動子３の振動を制限しないので、各摩擦接触子１４，１４ａにおける略楕円振動が不安定になることがなく、被駆動体２を安定的に微細送りすることができるという利点がある。
このとき、共振状態にある超音波振動子３の振動を制限しないので、各摩擦接触子１４，１４ａにおける略楕円振動が不安定になることがなく、被駆動体２を安定的に微細送りすることができるという利点がある。
本発明による超音波モータの第２実施形態を、図７を用いて説明する。
図７に示すように、本実施形態による超音波モータは、第１の摩擦接触子１４と第１の摩擦接触子１４との間に、二つの第２の摩擦接触子１４ｂを有する超音波振動子３３を備えているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
図７に示すように、本実施形態による超音波モータは、第１の摩擦接触子１４と第１の摩擦接触子１４との間に、二つの第２の摩擦接触子１４ｂを有する超音波振動子３３を備えているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
本実施形態において、第１の摩擦接触子１４同士は１８０度の位相差を有しており、第２の摩擦接触子１４ｂ同士は略同位相となっている。これら第２の摩擦接触子１４ｂと第１の摩擦接触子１４とは、それぞれ９０度の位相差を有している。一方、第１の摩擦接触子１４と第２の摩擦接触子１４ｂとでは、その時間的軌跡が逆方向となっている。また、発生する振動振幅に関しては、縦振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第２の摩擦接触子１４ａ＝４：１程度であり、屈曲振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第２の摩擦接触子１４ａ＝２：１程度である。
本実施形態による超音波モータによれば、第２の摩擦接触子１４ｂと被駆動体２の摺動板８との接触面積が、前述した第１実施形態のものよりも小さくなり、被駆動体２に付加される制動力が弱まり、被駆動体２の送り量を第１実施形態のものよりも増加させることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。
本発明による超音波モータの第３実施形態を、図８を用いて説明する。
図８に示すように、本実施形態による超音波モータは、第１の摩擦接触子１４と、第３の摩擦接触子（出力端）１４ｃとを有する超音波振動子４３を備えているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
図８に示すように、本実施形態による超音波モータは、第１の摩擦接触子１４と、第３の摩擦接触子（出力端）１４ｃとを有する超音波振動子４３を備えているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
第１の摩擦接触子１４については、第１の実施形態のところで説明したのでここではその説明を省略する。
第３の摩擦接触子１４ｃは、圧電積層体１３の長さ方向（図８に示すＸ方向）における両端部に接着されており、圧電積層体１３に１次の縦振動が発生したときには、圧電積層体１３の長さ方向に変位させられるようになっており、圧電積層体１３に２次の屈曲振動が生じたときには、圧電積層体１３の幅方向（図８に示すＺ方向）に変位させられるようになっている。
第３の摩擦接触子１４ｃは、圧電積層体１３の長さ方向（図８に示すＸ方向）における両端部に接着されており、圧電積層体１３に１次の縦振動が発生したときには、圧電積層体１３の長さ方向に変位させられるようになっており、圧電積層体１３に２次の屈曲振動が生じたときには、圧電積層体１３の幅方向（図８に示すＺ方向）に変位させられるようになっている。
本実施形態において、第１の摩擦接触子１４同士は１８０度の位相差を有しており、また、第３の摩擦接触子１４ｃ同士も１８０度の位相差を有している。一方、第１の摩擦接触子１４と第３の摩擦接触子１４ｃとでは、その時間的軌跡が逆方向となっている。また、発生する振動振幅に関しては、縦振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第３の摩擦接触子１４ｃ＝１：２程度であり、屈曲振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第２の摩擦接触子１４ｃ＝１：１程度である。
このように構成された本実施形態に係る超音波モータの作用について説明する。
本実施形態に係る超音波モータを作動させるには、外部電極１７に接続された配線を介して、位相が９０°異なる高周波電圧（Ａ相およびＢ相）を供給する。
これにより、超音波振動子３に接着された第３の摩擦接触子１４ｃには、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向（図８において時計方向）に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、被駆動体２が推進されることになる。このとき、超音波振動子３に接着された第１の摩擦接触子１４は、第３の摩擦接触子１４ｃと反対方向（図８において反時計方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子１４ｃにより推進される被駆動体２に制動力が与えられることになる。
本実施形態に係る超音波モータを作動させるには、外部電極１７に接続された配線を介して、位相が９０°異なる高周波電圧（Ａ相およびＢ相）を供給する。
これにより、超音波振動子３に接着された第３の摩擦接触子１４ｃには、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が一方向（図８において時計方向）に発生し、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、被駆動体２が推進されることになる。このとき、超音波振動子３に接着された第１の摩擦接触子１４は、第３の摩擦接触子１４ｃと反対方向（図８において反時計方向）に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子１４ｃにより推進される被駆動体２に制動力が与えられることになる。
本実施形態による超音波モータによれば、圧電積層体１３の長さ方向における両端部に設けられた第３の摩擦接触子１４ｃにより被駆動体２が推進されることになるので、被駆動体２の送り量を第１実施形態および第２実施形態のものよりも増加させることができる。
また、超音波振動子３に接着された第１の摩擦接触子１４が、第３の摩擦接触子１４ｃと逆方向に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子１４ｃにより推進される被駆動体２に制動力が与えられることとなるので、被駆動体２の送り量（移動量）を微細（あるいは微小）なものとすることができる。
また、超音波振動子３に接着された第１の摩擦接触子１４が、第３の摩擦接触子１４ｃと逆方向に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、第３の摩擦接触子１４ｃにより推進される被駆動体２に制動力が与えられることとなるので、被駆動体２の送り量（移動量）を微細（あるいは微小）なものとすることができる。
本発明による超音波モータの第４実施形態を、図９および図１０を用いて説明する。
図９および図１０に示すように、本実施形態による超音波モータは、圧電積層体１３の長さ方向における両端部に設けられていた第３の摩擦接触子１４ｃのうちのいずれか一方が省略された超音波振動子５３を備えているという点で前述した第３実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第３実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
図９および図１０に示すように、本実施形態による超音波モータは、圧電積層体１３の長さ方向における両端部に設けられていた第３の摩擦接触子１４ｃのうちのいずれか一方が省略された超音波振動子５３を備えているという点で前述した第３実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第３実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
本実施形態による超音波モータによれば、第１の摩擦接触子１４による制動力は維持されたまま、第３の摩擦接触子１４ｃによる推進力が減少されることになるので、被駆動体２の送り量（移動量）を第３の実施形態のものよりも微細（あるいは微小）なものとすることができる。
なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、所望の送り量を得るため、適宜必要に応じて摩擦接触子の位置や大きさ、あるいは材質等を変更することができる。
また、上述した各実施形態においては、圧電セラミックスシートとしてＰＺＴを用いたが、これに限定されるものではなく、圧電性を示すものであれば、ＰＺＴ以外の任意の圧電素子を用いてもよい。
さらに、内部電極の材質として銀パラジウム合金を用いたが、これに代えて、銀、ニッケル、白金または金を用いてもよい。
さらにまた、被駆動体２の表面にジルコニアセラミックスからなる摺動板を接着する代わりに、ジルコニアセラミックスを溶射法により被駆動体２の表面に付着させることにしてもよい。
さらに、内部電極の材質として銀パラジウム合金を用いたが、これに代えて、銀、ニッケル、白金または金を用いてもよい。
さらにまた、被駆動体２の表面にジルコニアセラミックスからなる摺動板を接着する代わりに、ジルコニアセラミックスを溶射法により被駆動体２の表面に付着させることにしてもよい。
さらにまた、図１１に示すように、第１実施形態のところで説明した第２の摩擦接触子１４ａ（図２参照）と、第３実施形態のところで説明した第３の摩擦接触子１４ｃ（図８参照）とを組み合わせて超音波振動子６３を構成するようにすることもできる。
本実施形態において、第３の摩擦接触子１４ｃ同士は１８０度の位相差を有しており、第２の摩擦接触子１４ａと第３の摩擦接触子１４ｃとは、それぞれ９０度の位相差を有している。一方、第２の摩擦接触子１４ａと第３の摩擦接触子１４ｃとでは、その時間的軌跡が同方向となっている。また、発生する振動振幅に関しては、縦振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４ａ：第３の摩擦接触子１４ｃ＝１：５程度であり、屈曲振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第２の摩擦接触子１４ａ＝１：２程度である。
本実施形態による超音波モータによれば、超音波振動子３に接着された第２の摩擦接触子１４ａおよび第３の摩擦接触子１４ｃが、同方向に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、被駆動体２が推進されることになる。すなわち、被駆動体２には推進力のみが与えられることとなるので、被駆動体２の送り量（移動量）を大幅に増加させることができる。
本実施形態において、第３の摩擦接触子１４ｃ同士は１８０度の位相差を有しており、第２の摩擦接触子１４ａと第３の摩擦接触子１４ｃとは、それぞれ９０度の位相差を有している。一方、第２の摩擦接触子１４ａと第３の摩擦接触子１４ｃとでは、その時間的軌跡が同方向となっている。また、発生する振動振幅に関しては、縦振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４ａ：第３の摩擦接触子１４ｃ＝１：５程度であり、屈曲振動の振幅比が、第１の摩擦接触子１４：第２の摩擦接触子１４ａ＝１：２程度である。
本実施形態による超音波モータによれば、超音波振動子３に接着された第２の摩擦接触子１４ａおよび第３の摩擦接触子１４ｃが、同方向に略楕円振動するようになっており、その楕円振動の接線方向に沿って被駆動体２の摺動板８との間に生ずる摩擦力により、被駆動体２が推進されることになる。すなわち、被駆動体２には推進力のみが与えられることとなるので、被駆動体２の送り量（移動量）を大幅に増加させることができる。
１ 超音波モータ
２ 被駆動体
３ 超音波振動子
４ 押圧手段
１１ 圧電セラミックスシート（電気機械変換素子）
１４ 第１の摩擦接触子（出力端）
１４ａ 第２の摩擦接触子（出力端）
１４ｂ 第２の摩擦接触子（出力端）
１４ｃ 第３の摩擦接触子（出力端）
３３ 超音波振動子
４３ 超音波振動子
５３ 超音波振動子
６３ 超音波振動子
２ 被駆動体
３ 超音波振動子
４ 押圧手段
１１ 圧電セラミックスシート（電気機械変換素子）
１４ 第１の摩擦接触子（出力端）
１４ａ 第２の摩擦接触子（出力端）
１４ｂ 第２の摩擦接触子（出力端）
１４ｃ 第３の摩擦接触子（出力端）
３３ 超音波振動子
４３ 超音波振動子
５３ 超音波振動子
６３ 超音波振動子
Claims (3)
- 電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、
前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧手段とを備え、
前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子と、前記超音波振動子の長さ方向における略中央部に設けられた第２の摩擦接触子とを備える超音波モータ。 - 電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、
前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧手段とを備え、
前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子と、前記超音波振動子の長さ方向における両端部に設けられた第３の摩擦接触子とを備える超音波モータ。 - 電気機械変換素子を備え、該電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子と、
前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧手段とを備え、
前記出力端が、屈曲振動の略腹となる位置に設けられた第１の摩擦接触子と、前記超音波振動子の長さ方向における一端部に設けられた第３の摩擦接触子とを備える超音波モータ。
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