超音波モータ
【課題】 板状圧電素子と弾性体とを容易に位置決めできる超音波モータを提供すること。
【解決手段】 超音波モータ１は、平面１２４ａと斜面１２４ｂと貫通口１２４ｃとを有する中空の柱形状の中部基本弾性体１２４と、貫通口１９ａを有し斜面１２４ｂに傾斜した状態で積み重なる積層型圧電素子１８と、平面１２６ａと斜面１２６ｂと貫通口１２６ｃとを有し、斜面１２６ｂにて積層型圧電素子１８に積み重なり、斜面１２４ｂと斜面１２６ｂとの間で積層型圧電素子１８を挟み込む中空の柱形状の上部基本弾性体１２６と、平面１２６ａの上方に配設される摩擦子２６と、摩擦子２６によって駆動されるロータ５３と、ロータ５３を摩擦子２６に押圧する押圧機構７０と、上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とに配設され、それぞれの積層方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う位置決め機構１４０と、を具備する。
【解決手段】 超音波モータ１は、平面１２４ａと斜面１２４ｂと貫通口１２４ｃとを有する中空の柱形状の中部基本弾性体１２４と、貫通口１９ａを有し斜面１２４ｂに傾斜した状態で積み重なる積層型圧電素子１８と、平面１２６ａと斜面１２６ｂと貫通口１２６ｃとを有し、斜面１２６ｂにて積層型圧電素子１８に積み重なり、斜面１２４ｂと斜面１２６ｂとの間で積層型圧電素子１８を挟み込む中空の柱形状の上部基本弾性体１２６と、平面１２６ａの上方に配設される摩擦子２６と、摩擦子２６によって駆動されるロータ５３と、ロータ５３を摩擦子２６に押圧する押圧機構７０と、上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とに配設され、それぞれの積層方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う位置決め機構１４０と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を駆動源とした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、超音波モータが注目されている。超音波モータは、圧電素子などの振動子の振動を利用する。超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギアなしで低回転高トルクが得られる点、保持力が大きい点、高分解能である点、静粛性に富む点、磁気的ノイズを発生せず、また、磁気的ノイズの影響を受けない点等の利点を有している。
【０００３】
例えば特許文献１には、厚み方向に分極した一種の圧電素子のみで構成され、さらに駆動電圧を低電圧化することが可能な超音波モータが開示されている。
【０００４】
この超音波モータにおいて、少なくとも１枚の板状圧電素子は、厚み方向に分極され各々分割電極を備えている。板状圧電素子は、圧電体として、弾性体の高さ方向に向かって傾斜した状態で弾性体に挟まれて配置されている。つまり高さ方向において、第１の弾性体、板状圧電素子、第２の弾性体の順で積み重なり、第１の弾性体と板状圧電素子と第２の弾性体とは、振動体を構成している。超音波モータは、第１の弾性体と板状圧電素子と第２の弾性体とにネジを挿通させて締め付けることで、組み立てられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−１１７１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に開示されている超音波モータにおいて、ネジを締め付ける際に、弾性体が回転してしまう虞が生じる。これにより板状圧電素子と弾性体との位置決めが困難となってしまう。
【０００７】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、板状圧電素子と弾性体とを容易に位置決めでき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】
【０００８】
本発明は目的を達成するために、自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有する中空の柱形状の中部基本弾性体と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口を有し、前記中部基本弾性体の前記斜面に傾斜した状態で積み重なる積層型圧電素子と、自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有し、自身の斜面にて前記積層型圧電素子に積み重なり、前記中部基本弾性体の前記斜面と自身の斜面との間で前記積層型圧電素子を挟み込む中空の柱形状の上部基本弾性体と、前記上部基本弾性体の前記平面の上方に配設される摩擦子と、前記摩擦子によって駆動されるロータと、前記ロータを前記摩擦子に押圧する押圧機構と、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とに配設され、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とが積み重なる際に、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体との積み重ね方向に対する周方向における前記積層型圧電素子の位置決めを行う位置決め機構と、を具備する超音波モータを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、板状圧電素子と弾性体とを容易に位置決めできる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】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の超音波振動子の側面図である。
【図２】図２は、超音波振動子の分解図である。
【図３】図３は、積層型圧電素子における上部基本弾性体が載置される圧電素子と、中部基本弾性体との斜視図である。
【図４】図４は、超音波振動子を用いた超音波モータの側面図である。
【図５】図５は、超音波振動子を用いた超音波モータの分解図である。
【図６】図６は、圧電素子の変形例を示す斜視図である。
【図７】図７は、第２の実施形態における超音波振動子の分解図である。
【図８Ａ】図８Ａは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、超音波振動子の組み立てを説明する図であり、超音波振動子の概略側面図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、超音波振動子を用いた超音波モータの分解図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、超音波振動子を用いた超音波モータの概略側面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態における超音波振動子の分解図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、超音波振動子の組み立てを説明する図であり、超音波振動子の概略側面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、超音波振動子を用いた超音波モータの分解図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、超音波振動子を用いた超音波モータの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１乃至図５を参照して第１の実施形態について説明する。
超音波モータ１は、図１に示すような超音波による振動を発生させる超音波振動子１０（振動体）と、超音波振動子１０の振動が伝達され駆動される被駆動部材であるロータ５３と、被駆動部材（ロータ５３）と超音波振動子１０とに押圧力を与える押圧機構７０と、超音波モータ１（超音波振動子１０）の長手方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う位置決め機構１４０とを有している。
【００１２】
超音波振動子１０は、例えば黄銅材（Ｃ２８０１ＰのＯ材）といった金属製であり、中空の円柱形状の基本弾性体１２と、図示しない駆動源により交番電圧が印加され励振する電気機械変換素子である積層型圧電素子１８と、基本弾性体１２の長手方向上端部に被駆動部材（ロータ５３）と対向して配置され、積層型圧電素子１８による振動を被駆動部材（ロータ５３）に伝達する摺動用駆動子２６とを有している。
【００１３】
この基本弾性体１２は、下部基本弾性体１２２と、下部基本弾性体１２２に積み重なる中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、上部基本弾性体１２６に積み重なる予圧弾性体１２８とから構成される。下部基本弾性体１２２と、中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、予圧弾性体１２８とは、中空の円柱形状である。
【００１４】
超音波振動子１０の長手方向において、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６との間には、超音波による振動を発生させる振動本体部であり、電気機械変換素子である積層型圧電素子１８が挟み込まれ配設される。つまり中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とは、積み重なる。このように基本弾性体１２は、積層型圧電素子１８を挟む中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と、下部基本弾性体１２２と、予圧弾性体１２８とを有している。
【００１５】
下部基本弾性体１２２は、下端から例えば１１ｍｍの位置の外周にて、全周に渡って形成（凹設）されている深さ略１ｍｍ〜略２ｍｍの溝部１４を有している。溝部１４より下方（積層型圧電素子１８と反対側）の長さ寸法を変化させ、溝部１４の相対位置を適切（所望）な位置とすることで、共振縦振動モードと共振捻れ振動との共振周波数をほぼ一致させる。
【００１６】
この下部基本弾性体１２２には、中部基本弾性体１２４の後述する平面１２４ａが積み重なっている。また下部基本弾性体１２２は、積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と予圧弾性体１２８とを挿通可能な中空の軸１２２ａを有している。
詳細には積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とは、平面中央において厚み方向に貫通している後述する貫通口１９ａ，１２４ｃ，１２６ｃとをそれぞれ有している。軸１２２ａは、貫通口１２４ｃから積み重なっている状態の中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とのそれぞれの貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃを挿通する。
【００１７】
軸１２２ａの外周には、オネジが形成されている。下部基本弾性体１２２は、軸１２２ａを上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とに挿通させる際、貫通口１９ａ，１２４ｃ，１２６ｃに形成されるメネジとネジ止めを行う。また軸１２２ａは、貫通口１２６ｃから突出する長さを有し、さらに下部基本弾性体１２２と中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６と予圧弾性体１２８とが積み重なった際に、予圧弾性体１２８から突出しない長さを有している。
【００１８】
また軸１２２ａは、後述する軸５１が上部基本弾性体１２６側から嵌装可能な中空形状を有している。詳細には軸１２２ａには、軸１２２ａの長手方向に沿って形成される貫通口１２２ｂが配設されている。この貫通口１２２ｂには、後述する軸５１が嵌装される。また貫通口１２２ｂの超音波振動子１０の縦振動の節位置には、メネジ３２が螺刻されている（図２参照）。このように軸１２２ａは、軸５１が基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定するための固定部であるメネジ３２を有することとなる。軸５１の端部のオネジ５８は、メネジ３２に螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。
【００１９】
中部基本弾性体１２４は、中部基本弾性体１２４の中心軸方向（中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８との積み重ね方向、中部基本弾性体１２４の厚み方向、軸１２２ａの軸方向）に対して垂直に形成され、下部基本弾性体１２２に載置される平面１２４ａと、積層型圧電素子１８が積み重なり（載置され）、下部基本弾性体１２２の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成されている斜面１２４ｂと、軸１２２ａが中部基本弾性体１２４の厚み方向に貫通可能であり、中部基本弾性体１２４の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口１２４ｃとを有している。貫通口１２４ｃは、中空形状の基本弾性体１２の中空部である。
【００２０】
斜面１２４ｂは、積層型圧電素子１８を介して後述する斜面１２６ｂと対向している。
貫通口１２４ｃは、中部基本弾性体１２４の厚み方向に沿って中部基本弾性体１２４の中心軸上に配設されており、中部基本弾性体１２４の径方向における中心部に配設されている。
【００２１】
中部基本弾性体１２４は、斜面１２４ｂにおいて、斜面１２４ｂに積み重なる積層型圧電素子１８の後述する凹部１９ｂと係合し、基本弾性体１２の周方向における積層型圧電素子１８の位置決めをする２つの凸部１２４ｄを有している。凸部１２４ｄは、斜面１２４ｂの平面方向（基本弾性体１２の長手方向に直交する方向、斜面１２４ｂの長径方向）において、基本弾性体１２の長手方向（貫通口１２４ｃ）を中心に対称に配設されている。これにより斜面１２４ｂの長径方向の中心線と後述する圧電素子１８ｆの長径方向の中心線とは、一致することとなる。
【００２２】
上部基本弾性体１２６は、上部基本弾性体１２６の中心軸方向（中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８との積み重ね方向、上部基本弾性体１２６の厚み方向、軸１２２ａの軸方向）に対して垂直に形成され、予圧弾性体１２８が載置される平面１２６ａと、積層型圧電素子１８に積み重なり（載置され）、上部基本弾性体１２６の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成されている斜面１２６ｂと、軸１２２ａが上部基本弾性体１２６の厚み方向に貫通可能であり、上部基本弾性体１２６の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口１２６ｃとを有している。貫通口１２６ｃは、中空形状の基本弾性体１２の中空部である。
【００２３】
斜面１２６ｂは、積層型圧電素子１８を介して斜面１２４ｂと対向している。
貫通口１２６ｃは、上部基本弾性体１２６の厚み方向に沿って上部基本弾性体１２６の中心軸上に配設されており、上部基本弾性体１２６の径方向における中心部に配設されている。
【００２４】
上部基本弾性体１２６は、斜面１２６ｂにて積層型圧電素子１８に積み重なり、斜面１２４ｂと斜面１２６ｂとの間で積層型圧電素子１８を挟み込む。
【００２５】
上部基本弾性体１２６は、斜面１２６ｂにおいて、積層型圧電素子１８の後述する凹部１９ｃと係合し、基本弾性体１２の周方向における積層型圧電素子１８の位置決めをする２つの凸部１２６ｄを有している。凸部１２６ｄは、斜面１２６ｂの平面方向（基本弾性体１２の長手方向に直交する方向、斜面１２６ｂの長径方向）において、基本弾性体１２の長手方向（貫通口１２６ｃ）を中心に対称に配設されている。これにより斜面１２４ｂの長径方向の中心線と圧電素子１８ｆの長径方向の中心線とは、一致することとなる。
【００２６】
このように中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６との形状は、略同一である。
【００２７】
中部基本弾性体１２４（斜面１２４ｂ）に積層型圧電素子１８が積み重なり、凸部１２４ｄが凹部１９ｂと係合し、積層型圧電素子１８に上部基本弾性体１２６（斜面１２６ｂ）が積み重なり、凸部１２６ｄが凹部１９ｃと係合する際、積層型圧電素子１８は、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６（斜面１２４ｂと斜面１２６ｂ）との間に挟み込まれて、接着固定される。
つまり基本弾性体１２は、基本弾性体１２の厚み方向に対して、所望する傾斜角度を持たせた状態で積層型圧電素子１８を挟持し、接着固定し、基本弾性体１２の周方向における積層型圧電素子１８の位置決めする。
【００２８】
次に積層型圧電素子１８について詳細に説明する。
この積層型圧電素子１８は、複数の板状の圧電素子１８ｆを有している。複数の板状の圧電素子１８ｆは、基本弾性体１２の長手方向に対し傾斜して積層されている。このような積層化は接着剤を用いても良いし、一体焼成法によっても良い。
【００２９】
圧電素子１８ｆは、超音波振動子１０の駆動用の圧電素子である。なお圧電素子１８ｆの一部は、例えば振動検出用として用いられても良い。圧電素子１８ｆは、例えば１００μｍの厚みを有し、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）である。
【００３０】
駆動用の圧電素子１８ｆには、＋用電極と−用電極のいずれかを有している内部電極１８ｈが形成されている。上述したように圧電素子１８ｆが積層する際、＋用電極の内部電極１８ｈを有している圧電素子１８ｆと、−用電極の内部電極１８ｈを有している圧電素子１８ｆと、が交互に積層している。
【００３１】
内部電極１８ｈは、例えば４μｍの厚さを有し、例えば銀パラジウム合金である。内部電極１８ｈの面積は、圧電素子１８ｆの面積に可能な限り近いことが好適である。
【００３２】
積層の際の接続は、それぞれを短絡した外部電極で行う。そして＋用電極の内部電極１８ｈと−電極の内部電極１８ｈとの間に高電圧を印加して、積層型圧電素子１８を分極させ、圧電的に活性化させる。分極しない部分、または内部電極１８ｈのない部分は、不活性層となる。
【００３３】
このような積層型圧電素子１８における圧電素子１８ｆは、軸１２２ａが貫通可能で、積層型圧電素子１８の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口１９ａを有している。つまり貫通口１９ａは、積層型圧電素子１８の径方向における中心部にて、積層型圧電素子１８の厚み方向に沿って配設される。
【００３４】
また積層型圧電素子１８は、斜面１２４ｂに積層する圧電素子１８ｆにて凸部１２４ｄと係合する２つの凹部１９ｂと、斜面１２６ｂが積層する圧電素子１８ｆにて凸部１２６ｄと係合する２つの凹部１９ｃとを有している。凹部１９ｂと凹部１９ｃとは、内部電極１８ｈと重ならないように圧電素子１８ｆに配設されている。また凹部１９ｂと凹部１９ｃとは、圧電素子１８ｆの平面方向（基本弾性体１２の長手方向に直交する方向）において、基本弾性体１２の長手方向（貫通口１９ａ）を中心に対称に配設されている。
【００３５】
このような積層型圧電素子１８は、上述したように斜面１２４ｂに傾斜した状態で積み重なり、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とに挟まれる。その際、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とは、この順で積み重なる。
【００３６】
また予圧弾性体１２８は、予圧弾性体１２８の径方向における中心部に軸１２２ａが貫通可能な貫通口１２８ａを有している。貫通口１２８ａには、軸１２２ａに形成されるオネジと螺合するメネジが形成されている。予圧弾性体１２８は、貫通口１２６ｃから突出する軸１２２ａにネジ止めすることにより、上部基本弾性体１２６を介して、積層型圧電素子１８を中部基本弾性体１２４側に向って予圧する。この予圧は、積層型圧電素子１８の振動を基本弾性体１２に伝達させるための圧縮力である。
予圧弾性体１２８は、平面１２６ａに配設され、上部基本弾性体１２６と後述する摺動用駆動子２６との間に配設される。
【００３７】
超音波モータ１（超音波振動子１０）は、積層型圧電素子１８が中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とに挟まれて、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とが積み重なる際に、図２と図３と図５とに示すように、超音波モータ１（超音波振動子１０）の長手方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う位置決め機構１４０を有している。
超音波モータ１の長手方向は、基本弾性体１２における上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４との積み重ね方向でもあり、上部基本弾性体１２６と中部基本弾性体１２４との厚み方向でもある。なお超音波モータ１の長手方向は、積層型圧電素子１８における圧電素子１８ｆの積層方向であってもよい。
【００３８】
この位置決め機構１４０は、上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とに配設される。位置決め機構１４０は、中部基本弾性体１２４の斜面１２４ｂに配設される凸部１２４ｄと、上部基本弾性体１２６の斜面１２６ｂに配設される凸部１２６ｄと、積層型圧電素子１８に配設され、凸部１２４ｄ，１２６ｄそれぞれと係合する凹部１９ｂ，１９ｃとから構成される。
【００３９】
ここまでで構成される部品が、本実施形態に於ける超音波モータ１の振動子、若しくは超音波振動子１０と称される。
【００４０】
本実施形態の基本弾性体１２の先端（上端）部である予圧弾性体１２８には、例えば円環状のフェノール樹脂にアルミナセラミックの砥粒を分散させた砥石からなる摩擦子や複合樹脂である摺動用駆動子２６が接合されている。摺動用駆動子２６は、超音波振動子１０の上端部である。
【００４１】
上述したように基本弾性体１２の中心軸上には、貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃ，１２８ａが穿設されている。
【００４２】
貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃ，１２８ａには、下部基本弾性体１２２における軸１２２ａが嵌装される。また軸１２２ａにおける貫通口１２２ｂには、軸５１が嵌装される。軸５１は、基本弾性体１２の先端部（予圧弾性体１２８）から突出する長さを有している。突出する長さは、摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とが配設される長さである。このように軸５１は、図４に示すように摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とを支持する支持軸である。
【００４３】
軸５１には図５に示すように、メネジ３２の配設位置（超音波振動子１０の縦振動の節位置）に対応するようにオネジ５８が螺刻され、ナット５７の配設位置に対応するように軸５１にオネジ５９が螺刻されている。オネジ５８は、メネジ３２（図２と図５とを参照）に螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。つまり軸５１は、軸１２２ａを介して積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通し、基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定される。
【００４４】
また基本弾性体１２の先端部から突出する軸５１の端部のオネジ５９には、ナット５７が嵌合する。
【００４５】
超音波振動子１０の上端部である摺動用駆動子２６には、摺動用駆動子２６によって駆動される円環状のロータ５３が配設される。詳細には、摺動用駆動子２６に対向するロータ５３の下面には、例えば円環状のセラミックスからなる摺動材５３ａが貼付されている。ロータ５３の断面形状と摺動材５３ａの断面形状とは同一であり、ロータ５３は摺動材５３ａを介して摺動用駆動子２６と接触し、駆動される。
【００４６】
またロータ５３の内部には、ラジアルベアリング５４が配置されている。またロータ５３の上部には、バネ保持体５５が配設される。バネ保持体５５は、コイルバネ５６を位置決め保持している。
【００４７】
ロータ５３と摺動材５３ａとラジアルベアリング５４とバネ保持体５５とには、軸５１が挿通している。
【００４８】
ロータ５３は、コイルバネ５６によって、バネ保持体５５とラジアルベアリング５４とを介して摺動用駆動子２６に向けて回転可能に押圧固定されている。より詳細には、摺動材５３ａが摺動用駆動子２６に対して押圧固定される。
【００４９】
コイルバネ５６は、バネ保持体５５によって保持され、ナット５７によってバネ保持体５５（軸５１）からの抜けを防止されている。このナット５７は、コイルバネ５６の押圧力を調整する。
【００５０】
つまりコイルバネ５６は、軸５１を螺旋状に囲み、バネ保持体５５によって保持され、ナット５７によって軸５１から外れないように配設される。コイルバネ５６の押圧力は、ナット５７により調節される。コイルバネ５６は、コイルバネ５６の押圧力によって、バネ保持体５５とラジアルベアリング５４とを介してロータ５３を摺動用駆動子２６へと押圧する。
【００５１】
このようにナット５７とコイルバネ５６とバネ保持体５５とラジアルベアリング５４とは、ロータ５３を摺動用駆動子２６に押圧する押圧機構７０である。
【００５２】
次に実施形態の動作方法について説明する。
まず超音波振動子１０の作製方法について説明する。
積層型圧電素子１８は、斜面１２４ｂに載置され、接着固定される。このとき凸部１２４ｄは、凹部１９ｂと係合する。
次に上部基本弾性体１２６は、積層型圧電素子１８に載置され、接着固定される。このとき凸部１２６ｄは、凹部１９ｃと係合する。
これにより中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とは、積層型圧電素子１８を挟み込む。このとき位置決め機構１４０（凸部１２４ｄ，１２６ｄと凹部１９ｂ，１９ｃ）は、超音波振動子１０の長手方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う。
【００５３】
また中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８との長手方向が一致し、貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃは超音波振動子１０の長手方向において連通する。
【００５４】
次に貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃには軸１２２ａが挿通し、中部基本弾性体１２４は平面１２４ａにて下部基本弾性体１２２に積み重なる。このとき軸１２２ａは、上部基本弾性体１２６（貫通口１２６ｃ）から突出する。
【００５５】
上部基本弾性体１２６から突出する軸１２２ａは、貫通口１２８ａを挿通する。これにより軸１２２ａには、予圧弾性体１２８が挿入される。また予圧弾性体１２８は、平面１２６ａに積み重なる。積み重なった予圧弾性体１２８は、ネジ止めすることで、上部基本弾性体１２６を通じて積層型圧電素子１８を予圧する。これにより積層型圧電素子１８は、上部基本弾性体１２６と中部基本弾性体１２４とに密着固定される。またこのとき軸１２２ａは、予圧弾性体１２８（貫通口１２８ａ）から突出しない。
【００５６】
次に、超音波振動子１０の動作について説明する。
超音波振動子１０は、超音波振動子１０の寸法が１次の共振縦振動、および１次の（溝部１４より下方の捻れまで考慮すると２次の）共振捻れ振動がほぼ同一周波数Ｆｒで励起できるようになっている。
共振縦振動は、図４に示す矢印Ｚ方向の振動である。１次の共振捻れ振動は、図４に示す矢印ω方向の振動であり、共振縦振動の振動方向（矢印Ｚ方向）を捻れの軸とする振動である。この周波数近傍には、共振屈曲振動の固有振動はないような形状寸法に形成されている。
【００５７】
つぎに、図４と図５とを用いて、超音波振動子１０を用いた本実施形態の超音波モータ１の動作方法について説明する。図４と図５とにおいて、軸１２２ａ（貫通口１２２ｂ）には、軸５１が嵌装される。オネジ５８はメネジ３２に螺合すると、軸５１は基本弾性体１２の縦振動の節位置にて基本弾性体１２と接着固定することとなる。
【００５８】
予圧弾性体１２８には、摺動用駆動子２６が接合されている。この摺動用駆動子２６（超音波振動子１０の上端部）には、ロータ５３がラジアルベアリング５４およびバネ保持体５５を介して、コイルバネ５６により押圧固定されている。コイルバネ５６の押圧力はナット５７により調節される。ロータ５３は、摺動材５３ａを介して摺動用駆動子２６と当接する。これにより押圧機構７０が形成される。
【００５９】
上述したように＋用電極の内部電極１８ｈと−電極の内部電極１８ｈとの間に高電圧が印加されると、積層型圧電素子１８は、分極し、圧電的に活性化される。これにより積層型圧電素子１８を含む超音波振動子１０は、縦振動と捻り振動を発生する。このとき積層型圧電素子１８への入力電圧位相を同じ（位相角０度）にすると共振縦振動のみ生じ、入力電圧位相を反転（位相角１８０度）すると共振捻り振動のみ生じる。この時、共振縦振動の節位置は、基本弾性体１２の中心軸上で、超音波振動子１０の長手方向の略中央に存在する。また、共振捻れ振動では、基本弾性体１２の中心軸上で、溝部１４より上部で、超音波振動子１０の長手方向の略中央に節位置が存在する。積層型圧電素子１８への入力電圧位相が調整されると、共振縦振動と共振捻り振動とが合成され同時に励起し、摺動用駆動子２６の位置に超音波楕円振動が励起される。
【００６０】
つまり先に示したように、超音波振動子１０に、周波数Ｆｒ、振幅Ｖｒ、位相差＋９０度または−９０度の交番電圧を印加する。すると、ロータ５３が摺動用駆動子２６に対して時計回りまたは反時計回りに回転する。
このように本実施形態では、斜めに配設する積層型圧電素子１８に対して、凸部１２４ｄ，１２６ｄをそれぞれ凹部１９ｂ，１９ｃに係合させ、積層型圧電素子１８を斜面１２４ｂ，１２６ｂにて接着固定している。これにより本実施形態では、積層型圧電素子１８と基本弾性体１２とを容易に位置決めすることができる。
【００６１】
また本実施形態では、予圧弾性体１２８によって積層型圧電素子１８を予圧しているために、積層型圧電素子１８の振動を無駄なく基本弾性体１２に伝達することができ、ロータ５３の回転性を向上することができ、安定した駆動を提供することができる。
【００６２】
また本実施形態では、軸１２２ａを超音波振動子１０の縦振動の節位置に固定しているため、超音波振動子１０（積層型圧電素子１８）の振動を押圧機構７０とロータ５３とに伝達させることを防止でき、ロータ５３の回転性を向上することができる。これにより本実施形態では、安定した駆動を提供することができる。
【００６３】
また本実施形態では、予圧弾性体１２８によって積層型圧電素子１８を予圧することにより、積層型圧電素子１８に予圧を与えた状態で、上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とを振動体の一部として組み立てることができる。
【００６４】
なお基本弾性体１２は、中空であれば角柱形状であってもよい。
【００６５】
また位置決め機構１４０は、凹部１９ｂ，１９ｃの代わりに、凸部１２４ｄ，１２６ｄが係合する貫通口１９ｄを有していても良い。
【００６６】
また凹部１９ｂの配設位置は、図６に示すように貫通口１９ａを中心に対称に配設されていれば、限定されない。また凹部１９ｂの数についても同様にある。これらのことは、凹部１９ｃと凸部１２４ｄ，１２６ｄとについても同様である。
【００６７】
次に図７と、図８Ａ乃至図８Ｆとを参照して第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態と同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
本実施形態において、図７と図８Ｄとに示すように基本弾性体１２は、中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、軸１２２ａを有する頂部基本弾性体１３４と、予圧弾性体１２８の代わりとなる予圧部材１３６と、軸５１を有する下部基本弾性体１２２とから構成される。
【００６８】
頂部基本弾性体１３４は、貫通口１２６ｃから積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通し、貫通口１２４ｃから突出し、軸５１が中部基本弾性体１２４側から嵌装可能な中空の軸１２２ａを有している。また頂部基本弾性体１３４は、軸１２２ａの貫通口１２２ｂと連通している貫通口１３４ａを有している。
【００６９】
頂部基本弾性体１３４は、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とが積み重なった際、平面１２６ａに積み重なる。その際、軸１２２ａは、貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを貫通（挿通）し、図８Ｂに示すように中部基本弾性体１２４の貫通口１２４ｃから突出する長さを有している。このように軸１２２ａには、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とが積み重なった状態で貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通する。また頂部基本弾性体１３４には、摺動用駆動子２６が接合される。
【００７０】
予圧部材１３６は、例えばナットである。予圧部材１３６は、貫通口１２４ｃから突出する軸１２２ａと係合し、ネジ止めする。これにより予圧部材１３６には、図８Ｃに示すように中部基本弾性体１２４が積み重なる。また予圧部材１３６は、ネジ止めすることにより、中部基本弾性体１２４を介して、積層型圧電素子１８を上部基本弾性体１２６側に向って予圧する。
【００７１】
下部基本弾性体１２２には、図８Ｄに示すように予圧部材１３６が積み重なる。言い換えると下部基本弾性体１２２には、予圧部材１３６を介して中部基本弾性体１２４が積み重なる。また下部基本弾性体１２２は、積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ａを挿通している軸１２２ａに対して、中部基本弾性体１２４側から挿入される軸５１を有している。
【００７２】
下部基本弾性体１２２は、この軸５１を、下部基本弾性体１２２の基端側から凸設されている凸部１２２ｄにて有している。この凸部１２２ｄは、予圧部材１３６が下部基本弾性体１２２に積み重なった際に、凸部１２２ｄの周縁を溝部１４とするために配設されている。
【００７３】
軸５１は、積み重なっている予圧部材１３６と中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６と頂部基本弾性体１３４とにおいて、貫通口１２２ｂ，１３４ａとを挿通し、図８Ｄに示すように頂部基本弾性体１３４（貫通口１３４ａ）から突出する長さを有している。この突出する長さは、摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とが配設される長さである。
【００７４】
また軸５１は、貫通口１２２ｂと、超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触し固定しており、この接触位置以外にて軸１２２ａとは非接触である。より詳細には、貫通口１２２ｂの先端側（正確には超音波振動子１０の縦振動の節位置）には、メネジ３２が螺刻されている（図７参照）。言い換えると軸１２２ａは、軸５１が基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定するための固定部であるメネジ３２を有することとなる。軸５１の端部のオネジ５８は、メネジ３２の配設位置（超音波振動子１０の縦振動の節位置）に対応するように軸５１に配設されており、メネジ３２に螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。
なおこの固定とは、軸５１は、軸１２２ａと超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接着固定することや、超音波振動子１０の縦振動の節位置にまで圧入されることを示す。このように下部基本弾性体１２２は、軸５１を挿通させてネジ止めを行う。
【００７５】
次に本発明の動作方法について説明する。
まず超音波振動子１０の作製方法について説明する。
中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６との積み重ね方法と位置決め方法とは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７６】
図８Ａに示すように積み重なっている中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とは、軸１２２ａに挿入される。つまり軸１２２ａは、貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを貫通する。このとき図８Ｂに示すように平面１２６ａには、頂部基本弾性体１３４が積み重なる。また軸１２２ａは、貫通口１２４ｃから突出する。
【００７７】
次に図８Ｂに示すように貫通口１２４ｃから突出する軸１２２ａは、予圧部材１３６によってネジ止めされる。このとき予圧部材１３６は、中部基本弾性体１２４を通じて、積層型圧電素子１８を上部基本弾性体１２６側に向って予圧する。これにより積層型圧電素子１８は、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とに密着固定する。
【００７８】
そして図８Ｃに示すように軸５１は、貫通口１２２ｂ，１３４ａを挿通する。そのときオネジ５８は、メネジ３２と螺合し、超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触して固定する。また図８Ｄに示すように軸５１は、縦振動の節位置にて接触し固定しており、この接触位置以外にて軸１２２ａとは非接触である。また軸５１は、頂部基本弾性体１３４（貫通口１３４ａ）から突出する。また予圧弾性体１２８と下部基本弾性体１２２とが積み重なることによって、凸部１２２ｄの周縁に溝部１４が形成される。
【００７９】
これにより図８Ｄに示すように超音波振動子１０が形成される。
【００８０】
超音波振動子１０の動作と超音波モータ１の動作方法とは、第１の実施形態と同様であり、図８Ｅと図８Ｆとに示すため詳細な説明は省略する。
【００８１】
このように本実施形態では、超音波振動子１０の構造が変わっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
次に図９と図１０Ａ乃至図１０Ｅとを参照して第３の実施形態について説明する。第１，２の実施形態と同一の構成については第１，２の実施形態と同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
本実施形態の基本弾性体１２は、図９と図１０Ｃとに示すように中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、軸１２２ａを有する頂部基本弾性体１３４と、軸５１を有する下部基本弾性体１２２とから構成される。
【００８３】
本実施形態の頂部基本弾性体１３４は、第２の実施形態と同様に図１０Ｂに示すように平面１２６ａに積み重なる。また本実施形態の頂部基本弾性体１３４は、貫通口１２６ｃから積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通し、軸５１が中部基本弾性体１２４側から嵌装可能な中空の軸１２２ａを有している。また頂部基本弾性体１３４は、軸１２２ａの貫通口１２２ｂと連通している貫通口１３４ａを有している。
【００８４】
本実施形態の軸１２２ａの貫通口１２２ｂには、ネジ山１２２ｃが形成されている。また軸１２２ａは、積み重なっている上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とにおいて、図１０Ｂに示すように中部基本弾性体１２４の貫通口１２４ｃから突出せずに、平面１２４ａまで延設されている長さを有している。
【００８５】
本実施形態の下部基本弾性体１２２には、第１の実施形態と同様に図１０Ｃに示すように中部基本弾性体１２４の平面１２４ａが積み重なる。本実施形態の下部基本弾性体１２２は、積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通している軸１２２ａに対して、中部基本弾性体１２４側から挿入される軸５１を有している。
【００８６】
本実施形態の下部基本弾性体１２２における軸５１には、貫通口１２２ｂの先端側にてネジ山１２２ｃと螺合するネジ山５１ａが形成されている。ネジ山５１ａは、ネジ山１２２ｃの配設位置（超音波振動子１０の縦振動の節位置）に対応するように軸５１に配設されている。ネジ山１２２ｃとネジ山５１ａとが螺合する際、軸５１は、第２の実施形態と同様に軸１２２ａと超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触し固定する。つまり軸５１は、第２の実施形態と同様に、貫通口１２２ｂと超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触し固定しており、この接触位置以外にて軸１２２ａとは非接触である。より詳細には、貫通口１２２ｂの先端側（正確には超音波振動子１０の縦振動の節位置）には、ネジ山１２２ｃが螺刻されている（図９参照）。言い換えると軸１２２ａは、軸５１が基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定するための固定部であるネジ山１２２ｃを有することとなる。軸５１の端部のネジ山５１ａは、ネジ山１２２ｃに螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。
【００８７】
軸５１は、積み重なっている中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６と頂部基本弾性体１３４とにおいて、貫通口１２２ｂ，１３４ａを挿通し、図１０Ｃに示すように頂部基本弾性体１３４（貫通口１３４ａ）から突出する長さを有している。この長さは、摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とが配設される長さである。
【００８８】
また下部基本弾性体１２２は、ネジ山１２２ｃとネジ山５１ａとを螺合し、中部基本弾性体１２４側から軸５１を介して軸１２２ａをネジ止めすることにより、中部基本弾性体１２４を介して積層型圧電素子１８を上部基本弾性体１２６側に向って予圧する予圧弾性体１２８（予圧部材１３６）を兼ねている。
【００８９】
本実施形態の動作方法は、上述した第１，２の実施形態と略同様であり、図１０Ａ乃至図１０Ｅに示す過程は図８Ａ乃至図８Ｆに示す過程と略同様であるため詳細な説明は省略する。
【００９０】
このように本実施形態では、第１，２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また本実施形態では、下部基本弾性体１２２のネジ止めによって積層型圧電素子１８を予圧でき、また予圧を調整することができる。よって本実施形態では、より積層型圧電素子１８の振動を基本弾性体１２に効率良く伝達することができる。
【００９１】
また本実施形態では、下部基本弾性体１２２が予圧弾性体１２８を兼ねているために、部品点数を削減でき、超音波モータ１を軽量にすることができ、超音波モータ１を安価にすることができる。
【００９２】
また本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００９３】
１…超音波モータ、１０…超音波振動子、１２…基本弾性体、１４…溝部、１８…積層型圧電素子、１８ｆ…圧電素子、１８ｈ…内部電極、１９ａ…貫通口、１９ｂ，１９ｃ…凹部、１９ｄ…貫通口、２６…摺動用駆動子（摩擦子）、３２…メネジ、５１…軸、５１ａ…ネジ山、７０…押圧機構、１２２…下部基本弾性体、１２２ａ…軸、１２２ｂ…貫通口、１２２ｃ…ネジ山、１２２ｄ…凸部、１２４…中部基本弾性体、１２４ａ…平面、１２４ｂ…斜面、１２４ｃ…貫通口、１２４ｄ…凸部、１２６…上部基本弾性体、１２６ａ…平面、１２６ｂ…斜面、１２６ｃ…貫通口、１２６ｄ…凸部、１２８…予圧弾性体、１２８ａ…貫通口、１３４…頂部基本弾性体、１３４ａ…貫通口、１３６…予圧部材、１４０…位置決め機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を駆動源とした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、超音波モータが注目されている。超音波モータは、圧電素子などの振動子の振動を利用する。超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギアなしで低回転高トルクが得られる点、保持力が大きい点、高分解能である点、静粛性に富む点、磁気的ノイズを発生せず、また、磁気的ノイズの影響を受けない点等の利点を有している。
【０００３】
例えば特許文献１には、厚み方向に分極した一種の圧電素子のみで構成され、さらに駆動電圧を低電圧化することが可能な超音波モータが開示されている。
【０００４】
この超音波モータにおいて、少なくとも１枚の板状圧電素子は、厚み方向に分極され各々分割電極を備えている。板状圧電素子は、圧電体として、弾性体の高さ方向に向かって傾斜した状態で弾性体に挟まれて配置されている。つまり高さ方向において、第１の弾性体、板状圧電素子、第２の弾性体の順で積み重なり、第１の弾性体と板状圧電素子と第２の弾性体とは、振動体を構成している。超音波モータは、第１の弾性体と板状圧電素子と第２の弾性体とにネジを挿通させて締め付けることで、組み立てられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−１１７１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に開示されている超音波モータにおいて、ネジを締め付ける際に、弾性体が回転してしまう虞が生じる。これにより板状圧電素子と弾性体との位置決めが困難となってしまう。
【０００７】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、板状圧電素子と弾性体とを容易に位置決めでき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】
【０００８】
本発明は目的を達成するために、自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有する中空の柱形状の中部基本弾性体と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口を有し、前記中部基本弾性体の前記斜面に傾斜した状態で積み重なる積層型圧電素子と、自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有し、自身の斜面にて前記積層型圧電素子に積み重なり、前記中部基本弾性体の前記斜面と自身の斜面との間で前記積層型圧電素子を挟み込む中空の柱形状の上部基本弾性体と、前記上部基本弾性体の前記平面の上方に配設される摩擦子と、前記摩擦子によって駆動されるロータと、前記ロータを前記摩擦子に押圧する押圧機構と、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とに配設され、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とが積み重なる際に、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体との積み重ね方向に対する周方向における前記積層型圧電素子の位置決めを行う位置決め機構と、を具備する超音波モータを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、板状圧電素子と弾性体とを容易に位置決めできる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】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の超音波振動子の側面図である。
【図２】図２は、超音波振動子の分解図である。
【図３】図３は、積層型圧電素子における上部基本弾性体が載置される圧電素子と、中部基本弾性体との斜視図である。
【図４】図４は、超音波振動子を用いた超音波モータの側面図である。
【図５】図５は、超音波振動子を用いた超音波モータの分解図である。
【図６】図６は、圧電素子の変形例を示す斜視図である。
【図７】図７は、第２の実施形態における超音波振動子の分解図である。
【図８Ａ】図８Ａは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、超音波振動子の組み立てを説明する図であり、超音波振動子の概略側面図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、超音波振動子を用いた超音波モータの分解図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、超音波振動子を用いた超音波モータの概略側面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態における超音波振動子の分解図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、超音波振動子の組み立てを説明する図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、超音波振動子の組み立てを説明する図であり、超音波振動子の概略側面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、超音波振動子を用いた超音波モータの分解図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、超音波振動子を用いた超音波モータの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１乃至図５を参照して第１の実施形態について説明する。
超音波モータ１は、図１に示すような超音波による振動を発生させる超音波振動子１０（振動体）と、超音波振動子１０の振動が伝達され駆動される被駆動部材であるロータ５３と、被駆動部材（ロータ５３）と超音波振動子１０とに押圧力を与える押圧機構７０と、超音波モータ１（超音波振動子１０）の長手方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う位置決め機構１４０とを有している。
【００１２】
超音波振動子１０は、例えば黄銅材（Ｃ２８０１ＰのＯ材）といった金属製であり、中空の円柱形状の基本弾性体１２と、図示しない駆動源により交番電圧が印加され励振する電気機械変換素子である積層型圧電素子１８と、基本弾性体１２の長手方向上端部に被駆動部材（ロータ５３）と対向して配置され、積層型圧電素子１８による振動を被駆動部材（ロータ５３）に伝達する摺動用駆動子２６とを有している。
【００１３】
この基本弾性体１２は、下部基本弾性体１２２と、下部基本弾性体１２２に積み重なる中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、上部基本弾性体１２６に積み重なる予圧弾性体１２８とから構成される。下部基本弾性体１２２と、中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、予圧弾性体１２８とは、中空の円柱形状である。
【００１４】
超音波振動子１０の長手方向において、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６との間には、超音波による振動を発生させる振動本体部であり、電気機械変換素子である積層型圧電素子１８が挟み込まれ配設される。つまり中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とは、積み重なる。このように基本弾性体１２は、積層型圧電素子１８を挟む中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と、下部基本弾性体１２２と、予圧弾性体１２８とを有している。
【００１５】
下部基本弾性体１２２は、下端から例えば１１ｍｍの位置の外周にて、全周に渡って形成（凹設）されている深さ略１ｍｍ〜略２ｍｍの溝部１４を有している。溝部１４より下方（積層型圧電素子１８と反対側）の長さ寸法を変化させ、溝部１４の相対位置を適切（所望）な位置とすることで、共振縦振動モードと共振捻れ振動との共振周波数をほぼ一致させる。
【００１６】
この下部基本弾性体１２２には、中部基本弾性体１２４の後述する平面１２４ａが積み重なっている。また下部基本弾性体１２２は、積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と予圧弾性体１２８とを挿通可能な中空の軸１２２ａを有している。
詳細には積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とは、平面中央において厚み方向に貫通している後述する貫通口１９ａ，１２４ｃ，１２６ｃとをそれぞれ有している。軸１２２ａは、貫通口１２４ｃから積み重なっている状態の中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とのそれぞれの貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃを挿通する。
【００１７】
軸１２２ａの外周には、オネジが形成されている。下部基本弾性体１２２は、軸１２２ａを上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とに挿通させる際、貫通口１９ａ，１２４ｃ，１２６ｃに形成されるメネジとネジ止めを行う。また軸１２２ａは、貫通口１２６ｃから突出する長さを有し、さらに下部基本弾性体１２２と中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６と予圧弾性体１２８とが積み重なった際に、予圧弾性体１２８から突出しない長さを有している。
【００１８】
また軸１２２ａは、後述する軸５１が上部基本弾性体１２６側から嵌装可能な中空形状を有している。詳細には軸１２２ａには、軸１２２ａの長手方向に沿って形成される貫通口１２２ｂが配設されている。この貫通口１２２ｂには、後述する軸５１が嵌装される。また貫通口１２２ｂの超音波振動子１０の縦振動の節位置には、メネジ３２が螺刻されている（図２参照）。このように軸１２２ａは、軸５１が基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定するための固定部であるメネジ３２を有することとなる。軸５１の端部のオネジ５８は、メネジ３２に螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。
【００１９】
中部基本弾性体１２４は、中部基本弾性体１２４の中心軸方向（中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８との積み重ね方向、中部基本弾性体１２４の厚み方向、軸１２２ａの軸方向）に対して垂直に形成され、下部基本弾性体１２２に載置される平面１２４ａと、積層型圧電素子１８が積み重なり（載置され）、下部基本弾性体１２２の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成されている斜面１２４ｂと、軸１２２ａが中部基本弾性体１２４の厚み方向に貫通可能であり、中部基本弾性体１２４の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口１２４ｃとを有している。貫通口１２４ｃは、中空形状の基本弾性体１２の中空部である。
【００２０】
斜面１２４ｂは、積層型圧電素子１８を介して後述する斜面１２６ｂと対向している。
貫通口１２４ｃは、中部基本弾性体１２４の厚み方向に沿って中部基本弾性体１２４の中心軸上に配設されており、中部基本弾性体１２４の径方向における中心部に配設されている。
【００２１】
中部基本弾性体１２４は、斜面１２４ｂにおいて、斜面１２４ｂに積み重なる積層型圧電素子１８の後述する凹部１９ｂと係合し、基本弾性体１２の周方向における積層型圧電素子１８の位置決めをする２つの凸部１２４ｄを有している。凸部１２４ｄは、斜面１２４ｂの平面方向（基本弾性体１２の長手方向に直交する方向、斜面１２４ｂの長径方向）において、基本弾性体１２の長手方向（貫通口１２４ｃ）を中心に対称に配設されている。これにより斜面１２４ｂの長径方向の中心線と後述する圧電素子１８ｆの長径方向の中心線とは、一致することとなる。
【００２２】
上部基本弾性体１２６は、上部基本弾性体１２６の中心軸方向（中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８との積み重ね方向、上部基本弾性体１２６の厚み方向、軸１２２ａの軸方向）に対して垂直に形成され、予圧弾性体１２８が載置される平面１２６ａと、積層型圧電素子１８に積み重なり（載置され）、上部基本弾性体１２６の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成されている斜面１２６ｂと、軸１２２ａが上部基本弾性体１２６の厚み方向に貫通可能であり、上部基本弾性体１２６の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口１２６ｃとを有している。貫通口１２６ｃは、中空形状の基本弾性体１２の中空部である。
【００２３】
斜面１２６ｂは、積層型圧電素子１８を介して斜面１２４ｂと対向している。
貫通口１２６ｃは、上部基本弾性体１２６の厚み方向に沿って上部基本弾性体１２６の中心軸上に配設されており、上部基本弾性体１２６の径方向における中心部に配設されている。
【００２４】
上部基本弾性体１２６は、斜面１２６ｂにて積層型圧電素子１８に積み重なり、斜面１２４ｂと斜面１２６ｂとの間で積層型圧電素子１８を挟み込む。
【００２５】
上部基本弾性体１２６は、斜面１２６ｂにおいて、積層型圧電素子１８の後述する凹部１９ｃと係合し、基本弾性体１２の周方向における積層型圧電素子１８の位置決めをする２つの凸部１２６ｄを有している。凸部１２６ｄは、斜面１２６ｂの平面方向（基本弾性体１２の長手方向に直交する方向、斜面１２６ｂの長径方向）において、基本弾性体１２の長手方向（貫通口１２６ｃ）を中心に対称に配設されている。これにより斜面１２４ｂの長径方向の中心線と圧電素子１８ｆの長径方向の中心線とは、一致することとなる。
【００２６】
このように中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６との形状は、略同一である。
【００２７】
中部基本弾性体１２４（斜面１２４ｂ）に積層型圧電素子１８が積み重なり、凸部１２４ｄが凹部１９ｂと係合し、積層型圧電素子１８に上部基本弾性体１２６（斜面１２６ｂ）が積み重なり、凸部１２６ｄが凹部１９ｃと係合する際、積層型圧電素子１８は、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６（斜面１２４ｂと斜面１２６ｂ）との間に挟み込まれて、接着固定される。
つまり基本弾性体１２は、基本弾性体１２の厚み方向に対して、所望する傾斜角度を持たせた状態で積層型圧電素子１８を挟持し、接着固定し、基本弾性体１２の周方向における積層型圧電素子１８の位置決めする。
【００２８】
次に積層型圧電素子１８について詳細に説明する。
この積層型圧電素子１８は、複数の板状の圧電素子１８ｆを有している。複数の板状の圧電素子１８ｆは、基本弾性体１２の長手方向に対し傾斜して積層されている。このような積層化は接着剤を用いても良いし、一体焼成法によっても良い。
【００２９】
圧電素子１８ｆは、超音波振動子１０の駆動用の圧電素子である。なお圧電素子１８ｆの一部は、例えば振動検出用として用いられても良い。圧電素子１８ｆは、例えば１００μｍの厚みを有し、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）である。
【００３０】
駆動用の圧電素子１８ｆには、＋用電極と−用電極のいずれかを有している内部電極１８ｈが形成されている。上述したように圧電素子１８ｆが積層する際、＋用電極の内部電極１８ｈを有している圧電素子１８ｆと、−用電極の内部電極１８ｈを有している圧電素子１８ｆと、が交互に積層している。
【００３１】
内部電極１８ｈは、例えば４μｍの厚さを有し、例えば銀パラジウム合金である。内部電極１８ｈの面積は、圧電素子１８ｆの面積に可能な限り近いことが好適である。
【００３２】
積層の際の接続は、それぞれを短絡した外部電極で行う。そして＋用電極の内部電極１８ｈと−電極の内部電極１８ｈとの間に高電圧を印加して、積層型圧電素子１８を分極させ、圧電的に活性化させる。分極しない部分、または内部電極１８ｈのない部分は、不活性層となる。
【００３３】
このような積層型圧電素子１８における圧電素子１８ｆは、軸１２２ａが貫通可能で、積層型圧電素子１８の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口１９ａを有している。つまり貫通口１９ａは、積層型圧電素子１８の径方向における中心部にて、積層型圧電素子１８の厚み方向に沿って配設される。
【００３４】
また積層型圧電素子１８は、斜面１２４ｂに積層する圧電素子１８ｆにて凸部１２４ｄと係合する２つの凹部１９ｂと、斜面１２６ｂが積層する圧電素子１８ｆにて凸部１２６ｄと係合する２つの凹部１９ｃとを有している。凹部１９ｂと凹部１９ｃとは、内部電極１８ｈと重ならないように圧電素子１８ｆに配設されている。また凹部１９ｂと凹部１９ｃとは、圧電素子１８ｆの平面方向（基本弾性体１２の長手方向に直交する方向）において、基本弾性体１２の長手方向（貫通口１９ａ）を中心に対称に配設されている。
【００３５】
このような積層型圧電素子１８は、上述したように斜面１２４ｂに傾斜した状態で積み重なり、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とに挟まれる。その際、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とは、この順で積み重なる。
【００３６】
また予圧弾性体１２８は、予圧弾性体１２８の径方向における中心部に軸１２２ａが貫通可能な貫通口１２８ａを有している。貫通口１２８ａには、軸１２２ａに形成されるオネジと螺合するメネジが形成されている。予圧弾性体１２８は、貫通口１２６ｃから突出する軸１２２ａにネジ止めすることにより、上部基本弾性体１２６を介して、積層型圧電素子１８を中部基本弾性体１２４側に向って予圧する。この予圧は、積層型圧電素子１８の振動を基本弾性体１２に伝達させるための圧縮力である。
予圧弾性体１２８は、平面１２６ａに配設され、上部基本弾性体１２６と後述する摺動用駆動子２６との間に配設される。
【００３７】
超音波モータ１（超音波振動子１０）は、積層型圧電素子１８が中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とに挟まれて、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とが積み重なる際に、図２と図３と図５とに示すように、超音波モータ１（超音波振動子１０）の長手方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う位置決め機構１４０を有している。
超音波モータ１の長手方向は、基本弾性体１２における上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４との積み重ね方向でもあり、上部基本弾性体１２６と中部基本弾性体１２４との厚み方向でもある。なお超音波モータ１の長手方向は、積層型圧電素子１８における圧電素子１８ｆの積層方向であってもよい。
【００３８】
この位置決め機構１４０は、上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とに配設される。位置決め機構１４０は、中部基本弾性体１２４の斜面１２４ｂに配設される凸部１２４ｄと、上部基本弾性体１２６の斜面１２６ｂに配設される凸部１２６ｄと、積層型圧電素子１８に配設され、凸部１２４ｄ，１２６ｄそれぞれと係合する凹部１９ｂ，１９ｃとから構成される。
【００３９】
ここまでで構成される部品が、本実施形態に於ける超音波モータ１の振動子、若しくは超音波振動子１０と称される。
【００４０】
本実施形態の基本弾性体１２の先端（上端）部である予圧弾性体１２８には、例えば円環状のフェノール樹脂にアルミナセラミックの砥粒を分散させた砥石からなる摩擦子や複合樹脂である摺動用駆動子２６が接合されている。摺動用駆動子２６は、超音波振動子１０の上端部である。
【００４１】
上述したように基本弾性体１２の中心軸上には、貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃ，１２８ａが穿設されている。
【００４２】
貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃ，１２８ａには、下部基本弾性体１２２における軸１２２ａが嵌装される。また軸１２２ａにおける貫通口１２２ｂには、軸５１が嵌装される。軸５１は、基本弾性体１２の先端部（予圧弾性体１２８）から突出する長さを有している。突出する長さは、摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とが配設される長さである。このように軸５１は、図４に示すように摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とを支持する支持軸である。
【００４３】
軸５１には図５に示すように、メネジ３２の配設位置（超音波振動子１０の縦振動の節位置）に対応するようにオネジ５８が螺刻され、ナット５７の配設位置に対応するように軸５１にオネジ５９が螺刻されている。オネジ５８は、メネジ３２（図２と図５とを参照）に螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。つまり軸５１は、軸１２２ａを介して積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通し、基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定される。
【００４４】
また基本弾性体１２の先端部から突出する軸５１の端部のオネジ５９には、ナット５７が嵌合する。
【００４５】
超音波振動子１０の上端部である摺動用駆動子２６には、摺動用駆動子２６によって駆動される円環状のロータ５３が配設される。詳細には、摺動用駆動子２６に対向するロータ５３の下面には、例えば円環状のセラミックスからなる摺動材５３ａが貼付されている。ロータ５３の断面形状と摺動材５３ａの断面形状とは同一であり、ロータ５３は摺動材５３ａを介して摺動用駆動子２６と接触し、駆動される。
【００４６】
またロータ５３の内部には、ラジアルベアリング５４が配置されている。またロータ５３の上部には、バネ保持体５５が配設される。バネ保持体５５は、コイルバネ５６を位置決め保持している。
【００４７】
ロータ５３と摺動材５３ａとラジアルベアリング５４とバネ保持体５５とには、軸５１が挿通している。
【００４８】
ロータ５３は、コイルバネ５６によって、バネ保持体５５とラジアルベアリング５４とを介して摺動用駆動子２６に向けて回転可能に押圧固定されている。より詳細には、摺動材５３ａが摺動用駆動子２６に対して押圧固定される。
【００４９】
コイルバネ５６は、バネ保持体５５によって保持され、ナット５７によってバネ保持体５５（軸５１）からの抜けを防止されている。このナット５７は、コイルバネ５６の押圧力を調整する。
【００５０】
つまりコイルバネ５６は、軸５１を螺旋状に囲み、バネ保持体５５によって保持され、ナット５７によって軸５１から外れないように配設される。コイルバネ５６の押圧力は、ナット５７により調節される。コイルバネ５６は、コイルバネ５６の押圧力によって、バネ保持体５５とラジアルベアリング５４とを介してロータ５３を摺動用駆動子２６へと押圧する。
【００５１】
このようにナット５７とコイルバネ５６とバネ保持体５５とラジアルベアリング５４とは、ロータ５３を摺動用駆動子２６に押圧する押圧機構７０である。
【００５２】
次に実施形態の動作方法について説明する。
まず超音波振動子１０の作製方法について説明する。
積層型圧電素子１８は、斜面１２４ｂに載置され、接着固定される。このとき凸部１２４ｄは、凹部１９ｂと係合する。
次に上部基本弾性体１２６は、積層型圧電素子１８に載置され、接着固定される。このとき凸部１２６ｄは、凹部１９ｃと係合する。
これにより中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とは、積層型圧電素子１８を挟み込む。このとき位置決め機構１４０（凸部１２４ｄ，１２６ｄと凹部１９ｂ，１９ｃ）は、超音波振動子１０の長手方向に対する周方向における積層型圧電素子１８の位置決めを行う。
【００５３】
また中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８との長手方向が一致し、貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃは超音波振動子１０の長手方向において連通する。
【００５４】
次に貫通口１２４ｃ，１９ａ，１２６ｃには軸１２２ａが挿通し、中部基本弾性体１２４は平面１２４ａにて下部基本弾性体１２２に積み重なる。このとき軸１２２ａは、上部基本弾性体１２６（貫通口１２６ｃ）から突出する。
【００５５】
上部基本弾性体１２６から突出する軸１２２ａは、貫通口１２８ａを挿通する。これにより軸１２２ａには、予圧弾性体１２８が挿入される。また予圧弾性体１２８は、平面１２６ａに積み重なる。積み重なった予圧弾性体１２８は、ネジ止めすることで、上部基本弾性体１２６を通じて積層型圧電素子１８を予圧する。これにより積層型圧電素子１８は、上部基本弾性体１２６と中部基本弾性体１２４とに密着固定される。またこのとき軸１２２ａは、予圧弾性体１２８（貫通口１２８ａ）から突出しない。
【００５６】
次に、超音波振動子１０の動作について説明する。
超音波振動子１０は、超音波振動子１０の寸法が１次の共振縦振動、および１次の（溝部１４より下方の捻れまで考慮すると２次の）共振捻れ振動がほぼ同一周波数Ｆｒで励起できるようになっている。
共振縦振動は、図４に示す矢印Ｚ方向の振動である。１次の共振捻れ振動は、図４に示す矢印ω方向の振動であり、共振縦振動の振動方向（矢印Ｚ方向）を捻れの軸とする振動である。この周波数近傍には、共振屈曲振動の固有振動はないような形状寸法に形成されている。
【００５７】
つぎに、図４と図５とを用いて、超音波振動子１０を用いた本実施形態の超音波モータ１の動作方法について説明する。図４と図５とにおいて、軸１２２ａ（貫通口１２２ｂ）には、軸５１が嵌装される。オネジ５８はメネジ３２に螺合すると、軸５１は基本弾性体１２の縦振動の節位置にて基本弾性体１２と接着固定することとなる。
【００５８】
予圧弾性体１２８には、摺動用駆動子２６が接合されている。この摺動用駆動子２６（超音波振動子１０の上端部）には、ロータ５３がラジアルベアリング５４およびバネ保持体５５を介して、コイルバネ５６により押圧固定されている。コイルバネ５６の押圧力はナット５７により調節される。ロータ５３は、摺動材５３ａを介して摺動用駆動子２６と当接する。これにより押圧機構７０が形成される。
【００５９】
上述したように＋用電極の内部電極１８ｈと−電極の内部電極１８ｈとの間に高電圧が印加されると、積層型圧電素子１８は、分極し、圧電的に活性化される。これにより積層型圧電素子１８を含む超音波振動子１０は、縦振動と捻り振動を発生する。このとき積層型圧電素子１８への入力電圧位相を同じ（位相角０度）にすると共振縦振動のみ生じ、入力電圧位相を反転（位相角１８０度）すると共振捻り振動のみ生じる。この時、共振縦振動の節位置は、基本弾性体１２の中心軸上で、超音波振動子１０の長手方向の略中央に存在する。また、共振捻れ振動では、基本弾性体１２の中心軸上で、溝部１４より上部で、超音波振動子１０の長手方向の略中央に節位置が存在する。積層型圧電素子１８への入力電圧位相が調整されると、共振縦振動と共振捻り振動とが合成され同時に励起し、摺動用駆動子２６の位置に超音波楕円振動が励起される。
【００６０】
つまり先に示したように、超音波振動子１０に、周波数Ｆｒ、振幅Ｖｒ、位相差＋９０度または−９０度の交番電圧を印加する。すると、ロータ５３が摺動用駆動子２６に対して時計回りまたは反時計回りに回転する。
このように本実施形態では、斜めに配設する積層型圧電素子１８に対して、凸部１２４ｄ，１２６ｄをそれぞれ凹部１９ｂ，１９ｃに係合させ、積層型圧電素子１８を斜面１２４ｂ，１２６ｂにて接着固定している。これにより本実施形態では、積層型圧電素子１８と基本弾性体１２とを容易に位置決めすることができる。
【００６１】
また本実施形態では、予圧弾性体１２８によって積層型圧電素子１８を予圧しているために、積層型圧電素子１８の振動を無駄なく基本弾性体１２に伝達することができ、ロータ５３の回転性を向上することができ、安定した駆動を提供することができる。
【００６２】
また本実施形態では、軸１２２ａを超音波振動子１０の縦振動の節位置に固定しているため、超音波振動子１０（積層型圧電素子１８）の振動を押圧機構７０とロータ５３とに伝達させることを防止でき、ロータ５３の回転性を向上することができる。これにより本実施形態では、安定した駆動を提供することができる。
【００６３】
また本実施形態では、予圧弾性体１２８によって積層型圧電素子１８を予圧することにより、積層型圧電素子１８に予圧を与えた状態で、上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とを振動体の一部として組み立てることができる。
【００６４】
なお基本弾性体１２は、中空であれば角柱形状であってもよい。
【００６５】
また位置決め機構１４０は、凹部１９ｂ，１９ｃの代わりに、凸部１２４ｄ，１２６ｄが係合する貫通口１９ｄを有していても良い。
【００６６】
また凹部１９ｂの配設位置は、図６に示すように貫通口１９ａを中心に対称に配設されていれば、限定されない。また凹部１９ｂの数についても同様にある。これらのことは、凹部１９ｃと凸部１２４ｄ，１２６ｄとについても同様である。
【００６７】
次に図７と、図８Ａ乃至図８Ｆとを参照して第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態と同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
本実施形態において、図７と図８Ｄとに示すように基本弾性体１２は、中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、軸１２２ａを有する頂部基本弾性体１３４と、予圧弾性体１２８の代わりとなる予圧部材１３６と、軸５１を有する下部基本弾性体１２２とから構成される。
【００６８】
頂部基本弾性体１３４は、貫通口１２６ｃから積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通し、貫通口１２４ｃから突出し、軸５１が中部基本弾性体１２４側から嵌装可能な中空の軸１２２ａを有している。また頂部基本弾性体１３４は、軸１２２ａの貫通口１２２ｂと連通している貫通口１３４ａを有している。
【００６９】
頂部基本弾性体１３４は、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とが積み重なった際、平面１２６ａに積み重なる。その際、軸１２２ａは、貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを貫通（挿通）し、図８Ｂに示すように中部基本弾性体１２４の貫通口１２４ｃから突出する長さを有している。このように軸１２２ａには、中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とが積み重なった状態で貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通する。また頂部基本弾性体１３４には、摺動用駆動子２６が接合される。
【００７０】
予圧部材１３６は、例えばナットである。予圧部材１３６は、貫通口１２４ｃから突出する軸１２２ａと係合し、ネジ止めする。これにより予圧部材１３６には、図８Ｃに示すように中部基本弾性体１２４が積み重なる。また予圧部材１３６は、ネジ止めすることにより、中部基本弾性体１２４を介して、積層型圧電素子１８を上部基本弾性体１２６側に向って予圧する。
【００７１】
下部基本弾性体１２２には、図８Ｄに示すように予圧部材１３６が積み重なる。言い換えると下部基本弾性体１２２には、予圧部材１３６を介して中部基本弾性体１２４が積み重なる。また下部基本弾性体１２２は、積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ａを挿通している軸１２２ａに対して、中部基本弾性体１２４側から挿入される軸５１を有している。
【００７２】
下部基本弾性体１２２は、この軸５１を、下部基本弾性体１２２の基端側から凸設されている凸部１２２ｄにて有している。この凸部１２２ｄは、予圧部材１３６が下部基本弾性体１２２に積み重なった際に、凸部１２２ｄの周縁を溝部１４とするために配設されている。
【００７３】
軸５１は、積み重なっている予圧部材１３６と中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６と頂部基本弾性体１３４とにおいて、貫通口１２２ｂ，１３４ａとを挿通し、図８Ｄに示すように頂部基本弾性体１３４（貫通口１３４ａ）から突出する長さを有している。この突出する長さは、摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とが配設される長さである。
【００７４】
また軸５１は、貫通口１２２ｂと、超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触し固定しており、この接触位置以外にて軸１２２ａとは非接触である。より詳細には、貫通口１２２ｂの先端側（正確には超音波振動子１０の縦振動の節位置）には、メネジ３２が螺刻されている（図７参照）。言い換えると軸１２２ａは、軸５１が基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定するための固定部であるメネジ３２を有することとなる。軸５１の端部のオネジ５８は、メネジ３２の配設位置（超音波振動子１０の縦振動の節位置）に対応するように軸５１に配設されており、メネジ３２に螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。
なおこの固定とは、軸５１は、軸１２２ａと超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接着固定することや、超音波振動子１０の縦振動の節位置にまで圧入されることを示す。このように下部基本弾性体１２２は、軸５１を挿通させてネジ止めを行う。
【００７５】
次に本発明の動作方法について説明する。
まず超音波振動子１０の作製方法について説明する。
中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６との積み重ね方法と位置決め方法とは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７６】
図８Ａに示すように積み重なっている中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６とは、軸１２２ａに挿入される。つまり軸１２２ａは、貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを貫通する。このとき図８Ｂに示すように平面１２６ａには、頂部基本弾性体１３４が積み重なる。また軸１２２ａは、貫通口１２４ｃから突出する。
【００７７】
次に図８Ｂに示すように貫通口１２４ｃから突出する軸１２２ａは、予圧部材１３６によってネジ止めされる。このとき予圧部材１３６は、中部基本弾性体１２４を通じて、積層型圧電素子１８を上部基本弾性体１２６側に向って予圧する。これにより積層型圧電素子１８は、中部基本弾性体１２４と上部基本弾性体１２６とに密着固定する。
【００７８】
そして図８Ｃに示すように軸５１は、貫通口１２２ｂ，１３４ａを挿通する。そのときオネジ５８は、メネジ３２と螺合し、超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触して固定する。また図８Ｄに示すように軸５１は、縦振動の節位置にて接触し固定しており、この接触位置以外にて軸１２２ａとは非接触である。また軸５１は、頂部基本弾性体１３４（貫通口１３４ａ）から突出する。また予圧弾性体１２８と下部基本弾性体１２２とが積み重なることによって、凸部１２２ｄの周縁に溝部１４が形成される。
【００７９】
これにより図８Ｄに示すように超音波振動子１０が形成される。
【００８０】
超音波振動子１０の動作と超音波モータ１の動作方法とは、第１の実施形態と同様であり、図８Ｅと図８Ｆとに示すため詳細な説明は省略する。
【００８１】
このように本実施形態では、超音波振動子１０の構造が変わっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
次に図９と図１０Ａ乃至図１０Ｅとを参照して第３の実施形態について説明する。第１，２の実施形態と同一の構成については第１，２の実施形態と同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
本実施形態の基本弾性体１２は、図９と図１０Ｃとに示すように中部基本弾性体１２４と、上部基本弾性体１２６と、軸１２２ａを有する頂部基本弾性体１３４と、軸５１を有する下部基本弾性体１２２とから構成される。
【００８３】
本実施形態の頂部基本弾性体１３４は、第２の実施形態と同様に図１０Ｂに示すように平面１２６ａに積み重なる。また本実施形態の頂部基本弾性体１３４は、貫通口１２６ｃから積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通し、軸５１が中部基本弾性体１２４側から嵌装可能な中空の軸１２２ａを有している。また頂部基本弾性体１３４は、軸１２２ａの貫通口１２２ｂと連通している貫通口１３４ａを有している。
【００８４】
本実施形態の軸１２２ａの貫通口１２２ｂには、ネジ山１２２ｃが形成されている。また軸１２２ａは、積み重なっている上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とにおいて、図１０Ｂに示すように中部基本弾性体１２４の貫通口１２４ｃから突出せずに、平面１２４ａまで延設されている長さを有している。
【００８５】
本実施形態の下部基本弾性体１２２には、第１の実施形態と同様に図１０Ｃに示すように中部基本弾性体１２４の平面１２４ａが積み重なる。本実施形態の下部基本弾性体１２２は、積み重なっている状態の上部基本弾性体１２６と積層型圧電素子１８と中部基本弾性体１２４とのそれぞれの貫通口１２６ｃ，１９ａ，１２４ｃを挿通している軸１２２ａに対して、中部基本弾性体１２４側から挿入される軸５１を有している。
【００８６】
本実施形態の下部基本弾性体１２２における軸５１には、貫通口１２２ｂの先端側にてネジ山１２２ｃと螺合するネジ山５１ａが形成されている。ネジ山５１ａは、ネジ山１２２ｃの配設位置（超音波振動子１０の縦振動の節位置）に対応するように軸５１に配設されている。ネジ山１２２ｃとネジ山５１ａとが螺合する際、軸５１は、第２の実施形態と同様に軸１２２ａと超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触し固定する。つまり軸５１は、第２の実施形態と同様に、貫通口１２２ｂと超音波振動子１０の縦振動の節位置にて接触し固定しており、この接触位置以外にて軸１２２ａとは非接触である。より詳細には、貫通口１２２ｂの先端側（正確には超音波振動子１０の縦振動の節位置）には、ネジ山１２２ｃが螺刻されている（図９参照）。言い換えると軸１２２ａは、軸５１が基本弾性体１２の縦振動の節位置に固定するための固定部であるネジ山１２２ｃを有することとなる。軸５１の端部のネジ山５１ａは、ネジ山１２２ｃに螺合した後に接着固定される。これにより軸５１は、基本弾性体１２の縦振動の節位置と接着固定していることとなる。
【００８７】
軸５１は、積み重なっている中部基本弾性体１２４と積層型圧電素子１８と上部基本弾性体１２６と頂部基本弾性体１３４とにおいて、貫通口１２２ｂ，１３４ａを挿通し、図１０Ｃに示すように頂部基本弾性体１３４（貫通口１３４ａ）から突出する長さを有している。この長さは、摺動用駆動子２６とロータ５３と押圧機構７０とが配設される長さである。
【００８８】
また下部基本弾性体１２２は、ネジ山１２２ｃとネジ山５１ａとを螺合し、中部基本弾性体１２４側から軸５１を介して軸１２２ａをネジ止めすることにより、中部基本弾性体１２４を介して積層型圧電素子１８を上部基本弾性体１２６側に向って予圧する予圧弾性体１２８（予圧部材１３６）を兼ねている。
【００８９】
本実施形態の動作方法は、上述した第１，２の実施形態と略同様であり、図１０Ａ乃至図１０Ｅに示す過程は図８Ａ乃至図８Ｆに示す過程と略同様であるため詳細な説明は省略する。
【００９０】
このように本実施形態では、第１，２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また本実施形態では、下部基本弾性体１２２のネジ止めによって積層型圧電素子１８を予圧でき、また予圧を調整することができる。よって本実施形態では、より積層型圧電素子１８の振動を基本弾性体１２に効率良く伝達することができる。
【００９１】
また本実施形態では、下部基本弾性体１２２が予圧弾性体１２８を兼ねているために、部品点数を削減でき、超音波モータ１を軽量にすることができ、超音波モータ１を安価にすることができる。
【００９２】
また本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００９３】
１…超音波モータ、１０…超音波振動子、１２…基本弾性体、１４…溝部、１８…積層型圧電素子、１８ｆ…圧電素子、１８ｈ…内部電極、１９ａ…貫通口、１９ｂ，１９ｃ…凹部、１９ｄ…貫通口、２６…摺動用駆動子（摩擦子）、３２…メネジ、５１…軸、５１ａ…ネジ山、７０…押圧機構、１２２…下部基本弾性体、１２２ａ…軸、１２２ｂ…貫通口、１２２ｃ…ネジ山、１２２ｄ…凸部、１２４…中部基本弾性体、１２４ａ…平面、１２４ｂ…斜面、１２４ｃ…貫通口、１２４ｄ…凸部、１２６…上部基本弾性体、１２６ａ…平面、１２６ｂ…斜面、１２６ｃ…貫通口、１２６ｄ…凸部、１２８…予圧弾性体、１２８ａ…貫通口、１３４…頂部基本弾性体、１３４ａ…貫通口、１３６…予圧部材、１４０…位置決め機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有する中空の柱形状の中部基本弾性体と、
自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口を有し、前記中部基本弾性体の前記斜面に傾斜した状態で積み重なる積層型圧電素子と、
自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有し、自身の斜面にて前記積層型圧電素子に積み重なり、前記中部基本弾性体の前記斜面と自身の斜面との間で前記積層型圧電素子を挟み込む中空の柱形状の上部基本弾性体と、
前記上部基本弾性体の前記平面の上方に配設される摩擦子と、
前記摩擦子によって駆動されるロータと、
前記ロータを前記摩擦子に押圧する押圧機構と、
前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とに配設され、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とが積み重なる際に、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体との積み重ね方向に対する周方向における前記積層型圧電素子の位置決めを行う位置決め機構と、
を具備する超音波モータ。
【請求項２】
前記位置決め機構は、
前記上部基本弾性体の前記斜面と前記中部基本弾性体の前記斜面とのそれぞれに配設される凸部と、
前記積層型圧電素子に配設され、前記凸部それぞれと係合する貫通口または凹部と、
を有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３】
前記押圧機構を支持する支持軸は、積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記上部基本弾性体と前記中部基本弾性体と前記下部基本弾性体とによって構成される基本弾性体の縦振動の節位置に固定され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】
前記中部基本弾性体側の貫通口から積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記上部基本弾性体の貫通口から突出し、前記支持軸が前記上部基本弾性体側から嵌装可能な中空の軸を有し、前記中部基本弾性体の前記平面が積み重なる下部基本弾性体と、
前記上部基本弾性体側の貫通口から突出する前記軸にネジ止めすることにより、前記上部基本弾性体を介して前記積層型圧電素子を予圧する予圧弾性体と、
をさらに具備し、
前記軸は、前記支持軸が前記基本弾性体の縦振動の節位置に固定するための固定部を有す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】
前記上部基本弾性体側の貫通口から積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記中部基本弾性体の貫通口から突出し、前記支持軸が前記中部基本弾性体側から嵌装可能な中空の軸を有し、前記上部基本弾性体の前記平面に積み重なる頂部基本弾性体と、
前記中部基本弾性体の貫通口から突出する前記軸にネジ止めすることにより、前記中部基本弾性体を介して前記積層型圧電素子を予圧する予圧部材と、
積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通している前記軸に対して、前記中部基本弾性体側から挿入され前記支持軸を有し、前記予圧部材が積み重なる下部基本弾性体と、
をさらに具備し、
前記軸は、前記支持軸が基本弾性体の縦振動の節位置に固定するための固定部を有す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６】
前記上部基本弾性体側の貫通口から積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記支持軸が前記中部基本弾性体側から嵌装可能な中空の軸を有し、前記上部基本弾性体の前記平面に積み重なる頂部基本弾性体と、
積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通している前記軸に対して、前記中部基本弾性体側から挿入される前記支持軸を有し、前記中部基本弾性体側から前記支持軸を介して前記軸をネジ止めすることにより、前記中部基本弾性体を介して前記積層型圧電素子を予圧する予圧部材を兼ね、前記中部弾性体の前記平面が積み重なる下部基本弾性体と、
をさらに具備し、
前記軸は、前記支持軸が基本弾性体の縦振動の節位置に固定するための固定部を有す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１】
自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有する中空の柱形状の中部基本弾性体と、
自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口を有し、前記中部基本弾性体の前記斜面に傾斜した状態で積み重なる積層型圧電素子と、
自身の中心軸方向に対して垂直に形成される平面と、自身の中心軸方向に対して所望する角度を有するように斜めに形成される斜面と、自身の中心軸に沿って貫通して配設される貫通口とを有し、自身の斜面にて前記積層型圧電素子に積み重なり、前記中部基本弾性体の前記斜面と自身の斜面との間で前記積層型圧電素子を挟み込む中空の柱形状の上部基本弾性体と、
前記上部基本弾性体の前記平面の上方に配設される摩擦子と、
前記摩擦子によって駆動されるロータと、
前記ロータを前記摩擦子に押圧する押圧機構と、
前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とに配設され、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とが積み重なる際に、前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体との積み重ね方向に対する周方向における前記積層型圧電素子の位置決めを行う位置決め機構と、
を具備する超音波モータ。
【請求項２】
前記位置決め機構は、
前記上部基本弾性体の前記斜面と前記中部基本弾性体の前記斜面とのそれぞれに配設される凸部と、
前記積層型圧電素子に配設され、前記凸部それぞれと係合する貫通口または凹部と、
を有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３】
前記押圧機構を支持する支持軸は、積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記上部基本弾性体と前記中部基本弾性体と前記下部基本弾性体とによって構成される基本弾性体の縦振動の節位置に固定され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】
前記中部基本弾性体側の貫通口から積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記上部基本弾性体の貫通口から突出し、前記支持軸が前記上部基本弾性体側から嵌装可能な中空の軸を有し、前記中部基本弾性体の前記平面が積み重なる下部基本弾性体と、
前記上部基本弾性体側の貫通口から突出する前記軸にネジ止めすることにより、前記上部基本弾性体を介して前記積層型圧電素子を予圧する予圧弾性体と、
をさらに具備し、
前記軸は、前記支持軸が前記基本弾性体の縦振動の節位置に固定するための固定部を有す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】
前記上部基本弾性体側の貫通口から積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記中部基本弾性体の貫通口から突出し、前記支持軸が前記中部基本弾性体側から嵌装可能な中空の軸を有し、前記上部基本弾性体の前記平面に積み重なる頂部基本弾性体と、
前記中部基本弾性体の貫通口から突出する前記軸にネジ止めすることにより、前記中部基本弾性体を介して前記積層型圧電素子を予圧する予圧部材と、
積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通している前記軸に対して、前記中部基本弾性体側から挿入され前記支持軸を有し、前記予圧部材が積み重なる下部基本弾性体と、
をさらに具備し、
前記軸は、前記支持軸が基本弾性体の縦振動の節位置に固定するための固定部を有す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６】
前記上部基本弾性体側の貫通口から積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通し、前記支持軸が前記中部基本弾性体側から嵌装可能な中空の軸を有し、前記上部基本弾性体の前記平面に積み重なる頂部基本弾性体と、
積み重なっている状態の前記上部基本弾性体と前記積層型圧電素子と前記中部基本弾性体とのそれぞれの貫通口を挿通している前記軸に対して、前記中部基本弾性体側から挿入される前記支持軸を有し、前記中部基本弾性体側から前記支持軸を介して前記軸をネジ止めすることにより、前記中部基本弾性体を介して前記積層型圧電素子を予圧する予圧部材を兼ね、前記中部弾性体の前記平面が積み重なる下部基本弾性体と、
をさらに具備し、
前記軸は、前記支持軸が基本弾性体の縦振動の節位置に固定するための固定部を有することを特徴とする請求項３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８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【公開番号】特開２０１０−１９３５９２（Ｐ２０１０−１９３５９２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４０５８（Ｐ２００９−３４０５８）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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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