超音波モータ
【課題】簡略な構成で、且つ、２つの出力軸を有する超音波モータを提供することができる。
【解決手段】中心軸に平行な方向における両端面に楕円振動が励起される積層圧電素子40を具備する超音波モータを次のように構成する。積層圧電素子40の一方端面に設けられた摩擦接触子41-1と、他方端面に設けられた摩擦接触子41-2と、摩擦接触子41-1に対して当接し、前記中心軸を回転軸として回転駆動される第１ロータ機構部10-1と、摩擦接触子41-2に対して当接し、前記中心軸を回転軸として回転駆動される第２ロータ機構部10-2と、前記中心軸に対して平行な方向への付勢力を有し、摩擦接触子41-1を介して第１ロータ機構部10-1と積層圧電素子40とを圧接させると共に、摩擦接触子41-2を介して第２ロータ機構部10-2と積層圧電素子40とを圧接させるバネ17と、を超音波モータに具備させる。
【解決手段】中心軸に平行な方向における両端面に楕円振動が励起される積層圧電素子40を具備する超音波モータを次のように構成する。積層圧電素子40の一方端面に設けられた摩擦接触子41-1と、他方端面に設けられた摩擦接触子41-2と、摩擦接触子41-1に対して当接し、前記中心軸を回転軸として回転駆動される第１ロータ機構部10-1と、摩擦接触子41-2に対して当接し、前記中心軸を回転軸として回転駆動される第２ロータ機構部10-2と、前記中心軸に対して平行な方向への付勢力を有し、摩擦接触子41-1を介して第１ロータ機構部10-1と積層圧電素子40とを圧接させると共に、摩擦接触子41-2を介して第２ロータ機構部10-2と積層圧電素子40とを圧接させるバネ17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摩擦接触子に楕円運動を励起させて、摩擦接触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摩擦接触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】
さらに、特許文献１に開示されている超音波モータの構成は、積層圧電素子の長手方向における一端部位にのみ楕円振動が発生する構成である為、一軸の回転軸による一出力しか実現できない。従って、特許文献１に開示されている技術では、二軸二出力の超音波モータを構成することができない。
【０００９】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、簡略な構成で、且つ、２つの出力軸を有す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】
【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、前記中心軸に平行な方向における両端面に楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される一方端面に設けられた第１摩擦接触子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される他方端面に設けられた第２摩擦接触子と、
前記第１摩擦接触子に対して当接し、前記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第１被駆動体と、
前記第２摩擦接触子に対して当接し、前記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第２被駆動体と、
前記中心軸に対して平行な方向への付勢力を有し、前記第１摩擦接触子を介して前記第１被駆動体と前記振動子とを圧接させると共に、前記第２摩擦接触子を介して前記第２被駆動体と前記振動子とを圧接させる押圧部と、
前記第１被駆動体と前記第２被駆動体と前記押圧部と共に前記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、簡略な構成で、且つ、２つの出力軸を有す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】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す正面斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す側面斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第１のロータ機構部近傍の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去した状態の分解斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の分解斜視図である。
【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、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、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図（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図（側面図）である。
【図１１】図１１は、本発明の第２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１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータであって、第２ロータ機構部を除去した状態の上面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の上面斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し（出力部材のみ図示）且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３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１６】図１６は、本発明の第３実施形態に係る超音波モータであって、第１ロータ機構部及び積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【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。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す正面斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す側面斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第１のロータ機構部近傍の分解斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去した状態の分解斜視図である。図６は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部１０−２近傍の分解斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、本第１実施形態に係る超音波モータは、ケース３１と、第１ロータ機構部１０−１と、第２ロータ機構部１０−２と、積層圧電素子４０と、固定板２１と、固定板２７と、を具備する。
前記ケース３１は、第１ロータ機構部１０−１と第２ロータ機構部１０−２と積層圧電素子４０とを収容するフレームであって、後述する略直方体形状の積層圧電素子４０の長手方向（後述する各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転軸と同軸方向）における両端部位、及び積層圧電素子４０の一側面（主平面（面積が最大の２面）以外の側面のうちの一面）の対向部位は開口部位とされている。
【００１５】
このケース３１のうち積層圧電素子４０の一側面側の開口部位（以降、側面開口部位と称する）は、積層圧電素子４０に駆動信号を入力する為の給電部材（例えばリード線やＦＰＣ等）を配設する為の開口部位である。なお、当該超音波モータの組立後においては、給電部材を、ケース３１に対して接着等により固定してもよい。
【００１６】
詳細には、ケース３１は、図３に示すように長手方向における両端面及び断面が略“コ”字状を呈するフレームであって、図４に示すように積層圧電素子４０の主平面に対向する一対の側面を成す板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２と、これら板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２に対して垂直な一側面を成す板状部材３１Ｆ３と、を備える。
【００１７】
前記板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２には、積層圧電素子４０の長手方向（各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転軸方向）を長手方向とする長孔形状の溝部３１Ｆ１ｓ，３１Ｆ２ｓが形成されている。この溝部３１Ｆ１ｓには、積層圧電素子４０の主平面に接着等により固定された回転規制部材４０ｔ１（詳細は後述）が挿入される。同様に、溝部３１Ｆ２ｓには、積層圧電素子４０の主平面に接着等により固定された回転規制部材４０ｔ２（詳細は後述）が挿入される。
【００１８】
このように構成することで、当該超音波モータの駆動時に、積層圧電素子４０に設けられた回転規制部材４０ｔ１と、板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓとが係合し、且つ、積層圧電素子４０に設けられた回転規制部材４０ｔ２と、板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓとが係合する。これにより、当該超音波モータの駆動時に、積層圧電素子４０が、第１ロータ機構部１０−１及び第２ロータ機構部１０−２と同じ方向（積層圧電素子４０の捻れ振動の方向）に回転してしまうことを規制し、且つ、積層圧電素子４０の厚み方向の動きを規制した状態で、当該積層圧電素子４０を支持（保持）することができる。
【００１９】
ここで、板状部材３１Ｆ１のうち、積層圧電素子４０の主平面に対向する部位には、積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ１ｔが設けられている。同様に、板状部材３１Ｆ２のうち、積層圧電素子４０の主平面に対向する部位には、積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ２ｔが設けられている。これら凸部３１Ｆ１ｔと凸部３１Ｆ２ｔとの間に積層圧電素子４０は収容される。
【００２０】
また、板状部材３１Ｆ１及び板状部材３１Ｆ２の長手方向における一方端面（後述する固定板２１に対向する面）には、固定板２１の主平面における周縁部位に形成された貫通孔２１ｈに挿通されるピン部材３１ｔが各々に設けられている。同様に、板状部材３１Ｆ１及び板状部材３１Ｆ２の長手方向における他方端面（後述する固定板２７に対向する面）には、固定板２７の主平面における周縁部位に形成された貫通孔２７ｈに挿通されるピン部材３１ｔが各々に設けられている。
【００２１】
ところで、前記板状部材３１Ｆ３の長手方向における両端面（固定板２１に対向する面及び固定板２７に対向する面）には、固定板２１，２７をそれぞれ当該板状部材３１Ｆ３に対して螺子止めする為の螺子孔３１ｓｈが各々に形成されている。
前記積層圧電素子４０は、ケース３１の板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔと、板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔとの間の空間において、当該積層圧電素子４０の主平面が板状部材３１Ｆ１と板状部材３１Ｆ２とにそれぞれ対向するように配設されている。
【００２２】
この積層圧電素子４０のうち板状部材３１Ｆ１に対向する主平面には、当該主平面の短辺を二等分する中心線上に、略棒状の回転規制部材４０ｔ１が、接着固定等により複数（本例では２個）設けられており、該回転規制部材４０ｔ１は上述した板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓに挿入されている。同様に、積層圧電素子４０のうち板状部材３１Ｆ２に対向する主平面には、当該主平面の短辺を二等分する中心線上に、略棒状の回転規制部材４０ｔ２が、接着固定等により複数（本例では２個）設けられており、該回転規制部材４０ｔ２は上述した板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓに挿入されている。
【００２３】
詳細には、回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２は、積層圧電素子４０の主平面のうち当該積層圧電素子４０の捻り振動（第１ロータ機構部１０−１及び第２ロータ機構部１０−２の駆動に直接的に寄与する振動成分）を阻害しない位置（例えば捻り振動の節位置）に設けられている。本例のように、一つの主平面につきそれぞれ複数の回転規制部材を設けることで、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）に対して、各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転軸が傾かないように当該積層圧電素子４０を保持することができる。
【００２４】
さらに、積層圧電素子４０の長手方向における一方端面（第１ロータ機構部１０−１に対向する面）には、当該積層圧電素子４０の振動を第１ロータ機構部１０−１に伝達する為の摩擦接触子４１−１が接着固定等により設けられている。同様に、積層圧電素子４０の長手方向における他方端面（第２ロータ機構部１０−２に対向する面）には、当該積層圧電素子４０の振動を第２ロータ機構部１０−２に伝達する為の摩擦接触子４１−２が接着固定等により設けられている。
【００２５】
詳細には、摩擦接触子４１−１，４１−２は、積層圧電素子４０の縦振動及び捻り振動を阻害しない位置（最大振幅を得る為の位置）、すなわち積層圧電素子４０の長手方向における両端面のうち長辺方向（積層圧電素子４０の幅方向）の最外周部位近傍且つ短辺方向（積層圧電素子４０の厚み方向）の中央部位近傍の位置に設けられている。
【００２６】
ところで、前記第１ロータ機構部１０−１は、図３に示すようにケース３１の長手方向における一方端（下端）の開口部位（以降、下端側開口部位と称する）において、固定板２１上に載置されて当該ケース３１に組み付けられている。詳細には、第１ロータ機構部１０−１は、軸受け１２−１と、摺動板１４−１と、出力部材１５−１と、を備える。
【００２７】
前記軸受け１２−１は、後述する固定板２１の第１円筒部２１ｃ１の内径（貫通孔２１Ｈの径）と略同径の外径を有する凸部１２ｃ−１が設けられた軸受け部材である。この軸受け１２−１の内径孔には、後述する出力部材１５−１の出力軸１５ａ−１と略同径であり、出力軸１５ａ−１が挿通される。
【００２８】
詳細には、この軸受け１２−１は、内径面が回転可能に構成されたベアリング部材であり、上端面は出力部材１５の出力基部１５ｂ−１（詳細は後述）の下端面に接触しており、凸部１２ｃ−１の外周面は固定板２１の第１円筒部２１ｃ１の内周面に対して固定されている。
【００２９】
前記摺動板１４−１は、図１及び図３に示すように、その上端面が積層圧電素子４０の下端面に設けられた摩擦接触子４１−１に対して接触するよう配置され、下端面が出力部材１５−１を構成する出力基部１５ｂ−１の上端面に対して例えば接着等により固定されている略円環形状の部材である。この摺動板１４−１によって、積層圧電素子４０の楕円振動が、摩擦接触子４１−１を介して出力部材１５−１に伝達される。換言すれば、摺動板１４−１と出力部材１５−１とが一体となって一つの被駆動体を構成している。
【００３０】
前記出力部材１５−１は、出力軸１５ａ−１と、該出力軸１５ａ−１の一方端面（下端面）に接続されている略円板形状の出力基部１５ｂ−１と、を備える。前記出力軸１５ａ−１は、軸受け１２−１の内径孔と固定板２１の貫通孔２１Ｈとに挿入されている。前記出力基部１５ｂ−１は、出力軸１５ａ−１が設けられている面とは逆側の面（下端面）が摺動板１４−１に対して接着等により固定されている。
【００３１】
上述の構成を採ることで、前記第１ロータ機構部１０−１からの出力は、出力部材１５−１の出力軸１５ａ−１を介して外部に伝達される（駆動力が取り出される）。
前記固定板２１は、図３に示すように断面矩形で板状を呈する板部２１ｂと、該板部２１ｂの一方面（上面）に設けられた第１円筒部２１ｃ１と、他方面（下面）に設けられた第２円筒部２１ｃ２（前記第１円筒部２１ｃ１と同軸の円筒部）と、を備える。この固定板２１には、その厚み方向に、第１円筒部２１ｃ１、板部２１ｂ及び第２円筒部２１ｃ２を貫通する貫通孔２１Ｈが、軸受け１２−１の凸部１２ｃ−１の外径と略同径の貫通孔として形成されている。
【００３２】
上述したように、固定板２１には、接着等により一体化された摺動板１４−１と出力部材１５−１とで構成される被駆動体が、軸受け１２−１を介して回転自在に配設されている。
この板部２１ｂの主平面における四隅のうちケース３１の側面開口部位に対応する二隅には、上述した板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２のピン部材３１ｔが挿通される貫通孔２１ｈが、当該板部２１ｂをその厚み方向に貫通して形成されている。また、この板部２１ｂの主平面における四隅のうち残りの二隅（ケース３１の螺子孔３１ｓｈに対応する部位）には、図３に示すように貫通孔２１ｓｈが形成されている。図１に示すように当該板部２１ｂの貫通孔２１ｈにケース３１のピン部材３１ｔを挿通し、且つ、図２に示すように当該板部２１ｂの貫通孔２１ｓｈとケース３１の螺子孔３１ｓｈとを利用して螺子ｓｒによってケース３１と固定板２１とを締結して両者を固定する。
【００３３】
ところで、前記第２ロータ機構部１０−２は、図６に示すようにケース３１の長手方向における他方端側の開口部位（固定板２１が組み付けられる側とは逆側の開口部位；上端側開口部位と称する）側から、積層圧電素子４０上に載置され、且つ、固定板２７と共にケース３１に対して組み付けられる。詳細には、第２ロータ機構部１０−２は、図１及び図６に示すように、軸受け１２−２と、摺動板１４−２と、出力部材１５−２と、バネ１７と、固定円板１９と、を備える。
【００３４】
前記軸受け１２−２は、図６に示すように固定板２７（詳細は後述）の円筒部２７ｃの内径（貫通孔２７Ｈの径）と略同径の外径の凸部１２ｃ−２が設けられたベアリング部材である。この軸受け１２−２の内径孔は、後述する出力部材１５−２の出力軸１５ａ−２と略同径であり、出力軸１５ａ−２が挿通される。
【００３５】
詳細には、この軸受け１２−２は、内径面が回転可能に構成されたベアリング部材であり、下端面は出力部材１５−２の出力基部１５ｂ−２（詳細は後述）の上端面に接触しており、凸部１２ｃ−２の外周面は固定円板１９の内周面に対して固定されている。
【００３６】
前記摺動板１４−２は、その下端面が積層圧電素子４０の上端面に設けられた摩擦接触子４１−２に対して接触するよう配置され、下端面が出力部材１５−２を構成する出力基部１５ｂ−２の上端面に対して例えば接着等により固定されている略円環形状の部材である。この摺動板１４−２によって、積層圧電素子４０の振動が摩擦接触子４１−２を介して駆動力として出力部材１５−２に伝達される。換言すれば、摺動板１４−２と出力部材１５−２とが一つの被駆動体を構成している。
【００３７】
前記出力部材１５−２は、出力軸１５ａ−２と、該出力軸１５ａ−２の一方端面（下端面）に接続されている略円板形状の出力基部１５ｂ−２と、を備える。前記出力軸１５ａ−２は、軸受け１２−２の内径孔と固定板２７の貫通孔２７Ｈとに挿入されている。前記出力基部１５ｂ−２は、出力軸１５ａ−２が設けられている面とは逆側の面（下端面）が摺動板１４−２に接着等により固定されている。
【００３８】
前記固定円板１９は、固定板２７の貫通孔２７Ｈの内径より大きい凸部１９ｃを備えている。一方、固定板２７のうち固定円板１９に対向する面（下端面）には、前記凸部１９ｃの外径と略同径の凹み部（不図示）が形成されている。この固定板２７の凹み部（不図示）と、固定円板１９の凸部１９ｃとで後述するコイルバネ１７を挟み込む。
【００３９】
前記バネ１７は、出力部材１５−２の出力軸１５ａ−２が挿通された中空コイル状の押圧部材である。このバネ１７は、固定板２７と固定円板１９とによって圧縮された状態で保持（挟持）されており、積層圧電素子４０に設けられた各摩擦接触子４１−１，４１−２を、各ロータ機構部１０−１，１０−２に対して適正な押圧力で圧接させる為の押圧機構を成している。すなわち、撓んだ状態で保持されたバネ１７の反発力により適切な押圧力を得ている。
【００４０】
詳細には、本第１実施形態に係る超音波モータでは、各軸受け１２−１，１２−２を介して各ロータ機構部１０−１，１０−２と積層圧電素子４０とを圧接させるように押圧機構を構成している。
なお、このような押圧機構は、第１ロータ機構部１０−１及び第２ロータ機構部１０−２のうち少なくとも何れか一方に設ければよい。
【００４１】
上述の構成を採ることで、前記第２ロータ機構部１０−２からの出力は、出力部材１５−２の出力軸１５ａ−２を介して外部に伝達される（駆動力が取り出される）。
前記固定板２７は、板状を呈する板部２７ｂと、該板部２１ｂの一方端面（上端面）に設けられた円筒部２７ｃと、を備える。この固定板２７には、その厚み方向に、板部２７ｂ及び円筒部２７ｃを貫通する貫通孔２７Ｈが形成されており、上述した出力軸１５ａ−２が挿通される。
【００４２】
上述したように、第２ロータ機構部１０−２においては、接着等により一体化された摺動板１４−２と出力部材１５−２とで一つの被駆動体が構成され、該被駆動体が軸受け１２−２を介して回転自在にケース３１に配設され、固定板２７によって当該ケース３１に組み付けられている。
【００４３】
前記板部２７ｂの主平面における四隅のうちケース３１の側面開口部位に対応する二隅には、板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２のピン部材３１ｔが挿通される貫通孔２７ｈが、当該板部２７ｂをその厚み方向に貫通して形成されている。また、この板部２７ｂの主平面における四隅のうち残りの二隅（ケース３１の螺子孔３１ｓｈに対応する部位）には、貫通孔２７ｓｈが形成されている。当該板部２７ｂの貫通孔２７ｈにケース３１のピン部材３１ｔを挿通し、且つ、当該板部２７ｂの貫通孔２７ｓｈとケース３１の螺子孔３１ｓｈとを利用して螺子ｓｒによってケース３１と固定板２７とを締結して両者を固定する。
【００４４】
前記積層圧電素子４０は、圧電シートが積層されて成る振動体であり、摩擦接触子４１−１，４１−２と、回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２とが設けられている。
前記回転規制部材４０ｔ１は、積層圧電素子４０の一方主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接着等により固定された突起部材であり、板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓに挿入され、後述する回転規制部材４０ｔ２と共に当該積層圧電素子４０をその長手方向のみに移動可能に移動規制する。同様に、前記回転規制部材４０ｔ２は、積層圧電素子４０の他方主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接着等により固定された突起部材であり、板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓに挿入され、前記回転規制部材４０ｔ１と共に当該積層圧電素子４０をその長手方向のみに移動可能に移動規制する。
【００４５】
前記摩擦接触子４１−１，４１−２は、上述したように積層圧電素子４０の縦振動及び捻り振動を阻害しない位置（最大振幅を得る為の位置）、すなわち積層圧電素子４０の長手方向における両端面のうち長辺方向（積層圧電素子４０の幅方向）の最外周部位近傍且つ短辺方向（積層圧電素子４０の厚み方向）の中央部位近傍の位置に設けられている。そして、これら摩擦接触子４１−１，４１−２が、積層圧電素子４０の振動を駆動源として摺動板１４−１，１４−２を摩擦摺動して各ロータ機構部１０−１，１０−２を回転させる。
【００４６】
以下、本第１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。
まず、図３に示すように、ケース３１の長手方向における下端側開口部位に第１ロータ機構部１０−１と固定板２１とを組み付ける。この際、上述したようにケース３１のピン部材３１ｔを固定板の貫通孔２１ｈに挿入し、且つ、ケース３１の螺子孔３１ｓｈと固定板２１の貫通孔２１ｓｈとを利用して螺子ｓｒでケース３１と固定板２１とを締結することで、各部材間の位置決めが自動的に成される。
【００４７】
続いて、図４及び図５に示すように、ケース３１内に上端側開口部位から積層圧電素子４０を配設する。この際、回転規制部材４０ｔ１を板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓに挿入し且つ回転規制部材４０ｔ２を板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓに挿入する。
【００４８】
最後に、図６に示すように、ケース３１の長手方向における上端側に第２ロータ機構部１０−２と固定板２７とを組み付ける。この際、上述したようにケース３１のピン部材３１ｔを固定板の貫通孔２７ｓｈに挿入し、且つ、ケース３１の螺子孔３１ｓｈと固定板２７の貫通孔２７ｓｈとを利用して螺子ｓｒでケース３１と固定板２７とを締結する。以上説明した工程で組み立てることで、各部材間の位置決めが自動的に成された状態で組み上がる。
【００４９】
なお、各ロータ機構部１０−１，１０−２は、各出力軸１５ａ−１，１５ａ−２によって各固定板２１，２７に対して位置決めされており、積層圧電素子４０は上述の配設態様によりケース３１に対する位置決めが成されているので、各固定板２１，２７を上述した態様でケース３１に組み付けるだけで、それら部材同士の位置関係が必然的に最適化されて組み上がる。
【００５０】
以下、積層圧電素子４０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積層圧電素子４０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積層圧電素子４０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、振動前の積層圧電素子４０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。
【００５１】
ここで、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、略直方体形状の積層圧電素子４０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。
【００５２】
本第１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。
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。
【００５３】
前記節Ｎは、図７Ａに示す縦１次振動においては、積層圧電素子４０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３ヶ所に存在する。
以下、積層圧電素子４０を構成する圧電シートについて詳細に説明する。図８Ａは、積層圧電素子４０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、積層圧電素子４０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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、積層圧電素子４０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。
【００５８】
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、積層圧電素子４０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。
【００５９】
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）。
【００６０】
上述の構成を採る積層圧電素子４０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。
【００６１】
上述したような特性の為、本第１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。
【００６２】
つまり本第１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。
【００６３】
なお、縦１次振動モードと捻れ２次振動子モードとを利用して駆動する場合には、第１ロータ機構部１０−１の回転方向と第２ロータ機構部１０−２の回転方向とは同方向となる。他方、縦１次振動モードと捻れ３次振動子モードとを利用して駆動する場合には、第１ロータ機構部１０−１の回転方向と第２ロータ機構部１０−２の回転方向とは互いに逆方向となる。
【００６４】
図１０Ａは、積層圧電素子４０の外形を示す図である。図１０Ｂは、積層圧電素子４０を、図１０Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た図（側面図）である。図１０Ｃは、積層圧電素子４０を、図１０Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た図（側面図）である。
【００６５】
図１０Ｂに示すように、積層圧電素子４０の一方側面には、第２積層部位において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ＋，１０１Ｂ−と、第４積層部位において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ａ＋，１０１Ａ−が設けられている。外部電極１０１Ａ＋はＡ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ａ−はＡ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ＋はＢ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ−はＢ−相の外部電極を成している。
【００６６】
また、図１０Ｃに示すように、積層圧電素子４０の他方側面には、第２積層部位において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ＋，１０１Ｄ−と、第４積層部位において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ＋，１０１Ｃ−が設けられている。外部電極１０１Ｃ＋はＣ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｃ−はＣ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ＋はＤ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ−はＤ−相の外部電極を成している。
【００６７】
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印加される。
ここで、積層圧電素子４０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。
【００６８】
詳細には、＋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て圧電的に活性化されている。
ところで、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相とについては、それぞれＡ相とＢ相と同様に駆動電圧を印加する。これにより、当該超音波モータの駆動力をより大きくすることができる。
【００６９】
なお、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相とについては、各積層圧電素子の振動を検出する為の振動検出相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。
以上説明したように、本第１実施形態に係る超音波モータによれば、簡略な構成で、且つ、２つの出力軸を有する超音波モータを提供することができる。具体的には、構成の簡略化によって組立容易性が向上することでモータ性能自体も向上し、且つ、組立工程数の削減及び製造コスト低減も実現する。更に、１個の振動体（積層圧電素子）を用いて２軸の出力軸を得ることが可能となり、従来にないアプリケーションの利用が見込まれる。更に、組立工程の削減に伴って、モータ性能のばらつきが低下し、モータ性能の安定性が向上する。
【００７０】
なお、本第１実施形態に示す例のように、振動体として、内部電極が形成された板状の圧電シートを積層して成る積層圧電素子を用いることで、低電圧駆動が可能となる。
以上、第１実施形態に基づいて本発明を説明したが、上述した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。
【００７１】
例えば、積層圧電素子４０の側面において、Ａ相の外部電極１０１ＡとＤ相の外部電極１０１Ｄとの同極同士を短絡し、且つ、Ｂ相の外部電極１０１ＢとＣ相の外部電極１０１Ｃとの同極同士を短絡することで、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の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り、当該積層圧電素子４０の一側面のみへの配線で４相の外部電極を全て使用することが可能となる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る超音波モータについて説明する。説明の重複を避ける為、上述した第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。
【００７２】
図１１は、本発明の第２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１２は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータであって、第２ロータ機構部を除去した状態の上面図である。図１３は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の上面斜視図である。図１４は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し（出力部材のみ図示）且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【００７３】
本第２実施形態に係る超音波モータと上述の第１実施形態に係る超音波モータとの主な相違点の一つは、積層圧電素子４０の保持及び位置決めの為の構成である。本第２実施形態に係る超音波モータでは、積層圧電素子４０の下端面（第１ロータ機構部１０−１対向する面）には接着等により位置決めピン４３−１が固定され、且つ、積層圧電素子４０の上端面（第２ロータ機構部１０−２対向する面）には接着等により位置決めピン４３−２が固定されている。
【００７４】
詳細には、前記位置決めピン４３−１は、積層圧電素子４０の下端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（第１ロータ機構部１０−１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例えば接着等により固定されている。同様に、前記位置決めピン４３−２は、積層圧電素子４０の上端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（第２ロータ機構部１０−２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例えば接着等により固定されている。
【００７５】
一方、第１ロータ機構部１０−１の摺動板１４−１には前記位置決めピン４３−１が挿入されるピン挿入孔１４ｈ−１が形成され、且つ、第１ロータ機構部１０−１の出力部材１５−１には前記位置決めピン４３−１が挿入されるピン挿入孔１５ｈ−１が形成されている。これらピン挿入孔１４ｈ−１，１５ｈ−１が形成される位置は、各部材のうち第１ロータ機構部１０−１の回転軸に対応する位置である。
【００７６】
同様に、第２ロータ機構部１０−２の摺動板１４−２には前記位置決めピン４３−２が挿入されるピン挿入孔（不図示）が形成され、且つ、第２ロータ機構部１０−２の出力部材１５−２には前記位置決めピン４３−２が挿入されるピン挿入孔１５ｈ−２が形成されている。これらピン挿入孔（不図示）が形成される位置は、各部材のうち第２ロータ機構部１０−２の回転軸に対応する位置である。
【００７７】
そして、上述の位置決めピン４３−１，４３−２を、それぞれ対応するピン挿入孔に挿入するように第１ロータ機構部１０−１と第２ロータ機構部１０−２と積層圧電素子４０とを組み付けることで、第１ロータ機構部１０−１の回転軸と、第２ロータ機構部１０−２の回転軸と、積層圧電素子４０の捻れ軸（捻れ振動の軸）とが一致する。
【００７８】
ところで、本第２実施形態に係る超音波モータでは、駆動時に積層圧電素子４０が各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転方向と同方向に回転してしまわないように、ケース３１自体で積層圧電素子４０の回転規制を行う（第１実施形態に係る超音波モータにおける回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２を設けない）。
【００７９】
具体的には、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔと、第２板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔとの間の距離が、積層圧電素子４０の厚みよりも僅かに長くなるように（積層圧電素子４０の主平面と凸部３１Ｆ１ｔ，３１Ｆ２ｔとが必要十分な（積層圧電素子４０の振動を阻害しない程度の）隙間を保った状態となるように）、それら凸部３１Ｆ１ｔ’，３１Ｆ２ｔ’が設けられている。換言すれば、積層圧電素子４０は、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ’と、第２板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔ’とによって挟み込まれた状態でケース３１に保持されている。
【００８０】
そして、第３板状部材３１Ｆ３には、図１２に示すように積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ３ｔが設けられておる。この凸部３１Ｆ３ｔに対して積層圧電素子４０が突き当たることで（当て付けられることで）、積層圧電素子４０の移動規制が成される。また、この凸部３１Ｆ３ｔによって、各ロータ機構部１０−１，１０−２と当該第３板状部材３１Ｆ３との間に、各ロータ機構部１０−１，１０−２が回転可能な程度の距離が保たれる。この凸部３１Ｆ３ｔは、積層圧電素子４０に対して、その捻り振動の節位置近傍で接触するように設けられている。
【００８１】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する超音波モータを提供することができる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る超音波モータについて説明する。説明の重複を避ける為、上述した第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。
【００８２】
図１５は、本発明の第３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１６は、本発明の第３実施形態に係る超音波モータであって、第１ロータ機構部及び積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
本第２実施形態に係る超音波モータと上述の第１実施形態に係る超音波モータとの主な相違点は、積層圧電素子４０の保持及び位置決めの為の構成、並びに積層圧電素子４０の配線構成である。
【００８３】
本第３実施形態に係る超音波モータでは、駆動時に積層圧電素子４０が各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転方向と同方向に回転してしまわないように、ケース３１自体で積層圧電素子４０の回転規制を行う（第１実施形態に係る超音波モータにおける回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２を設けない）と共に、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を利用して給電並びに当該積層圧電素子４０の回転規制及び位置決めを行う。
【００８４】
具体的には、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔと、第２板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔとの間の距離が、積層圧電素子４０の厚みよりも僅かに長くなるように（積層圧電素子４０の主平面と凸部３１Ｆ１ｔ’，３１Ｆ２ｔ’とが必要十分な（積層圧電素子４０の振動を阻害しない程度の）隙間を保った状態となるように）、それら凸部３１Ｆ１ｔ’，３１Ｆ２ｔ’が設けられている。換言すれば、積層圧電素子４０は、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ’と、第２板状部材３１Ｆ２ｔ’とによって挟み込まれた状態でケース３１に保持されている。
【００８５】
そして、第３板状部材３１Ｆ３には、図１２に示すように積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ３ｔが設けられている。この凸部３１Ｆ３ｔに対して積層圧電素子４０が突き当たることで（当て付けられることで）、積層圧電素子４０の移動規制が成される。また、この凸部３１Ｆ３ｔによって、各ロータ機構部１０−１，１０−２と当該第３板状部材３１Ｆ３との間に、各ロータ機構部１０−１，１０−２が回転可能な程度の距離が保たれる。この凸部３１Ｆ３ｔは、積層圧電素子４０に対して、その捻り振動の節位置近傍で接触するように設けられている。
【００８６】
ところで、ＦＰＣ７０は、所謂フレキシブルプリント基板であり、本第３実施形態に係る超音波モータでは積層圧電素子４０に給電する為の配線を構成している。このＦＰＣ７０には、その厚み方向に貫通している貫通孔７０ｈが所定の位置に形成されている。この貫通孔７０ｈは、積層圧電素子４０の位置決め及びケース３１への固定に利用される。
【００８７】
すなわち、図１６に示すように、ＦＰＣ７０の一端を積層圧電素子４０の所定位置に対して固定した状態で、前記貫通孔７０ｈに、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ´に設けられた挿入突起部３１ｈｔを挿入するように、積層圧電素子４０をケース３１の側面開口部位側から配設する。
【００８８】
ここで、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ´において挿入突起部３１ｈｔが設けられる位置、及び前記ＦＰＣ７０において貫通孔７０ｈが設けられる位置は、挿入突起部３１ｈｔを貫通孔７０ｈに挿入するように積層圧電素子４０をケース３１内に配設したときに、当該積層圧電素子４０が予め定められた最適な位置に収まるような位置である。
【００８９】
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する上に、次のような効果を奏する超音波モータを提供することができる。
ＦＰＣ７０を利用することで配線を簡略化し、且つ、当該ＦＰＣ７０を利用して、積層圧電素子４０の位置規制（回転規制、すなわち各ロータ機構部１０−１，１０−２との接触面に対して平行な方向における規制）を行う。これにより、積層圧電素子４０の位置決めの為に当該積層圧電素子４０に接着固定する部材が不要となり、積層圧電素子４０の振動阻害要因を減少させることができる。つまり、モータ性能が向上する。また、接着工程が不要となることで、組立工数も削減される。
【００９０】
以上、第１実施形態乃至第３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。
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】
【００９１】
１０−１…第１ロータ機構部、 １０−２…第２ロータ機構部、 １２ｃ−１…凸部、 １４−１，１４−２…摺動板、 １４ｈ−１…ピン挿入孔、 １５−１，１５−２…出力部材、 １５ａ−１，１５ａ−２…出力軸、 １５ｂ−１，１５ｂ−２…出力基部、 １５ｈ−１…ピン挿入孔、 １７…バネ、 １９…固定円板、 １９ｃ…凸部、 ２１…固定板、 ２１ｈ…貫通孔、 ２１、２７…固定板、 ２１ｃ１…第１円筒部、 ２１ｂ…板部、 ２１ｃ２…第２円筒部、 ２１ｓｈ…螺子孔、 ２７…固定板、 ２７ｈ…貫通孔、 ２７ｃ…円筒部、 ２７Ｈ…貫通孔、 ２７ｂ…板部、 ２７ｓｈ…螺子孔、 ３１…ケース、 ３１Ｆ１，３１Ｆ２，３１Ｆ３…板状部材、 ３１Ｆ１ｓ，３１Ｆ２ｓ…溝部、 ３１Ｆ１ｔ，３１Ｆ２ｔ…凸部、 ３１ｔ…ピン部材、 ３１ｓｈ…螺子孔、 ３１…フレーム、 ３１ｈ…螺子孔、 ３１Ｆ３ｔ…凸部、 ３１ｈｔ…挿入突起部、 ４０…積層圧電素子、 ４０ｔ１，４０ｔ２…回転規制部材、 ４１−１，４１−２…摩擦接触子、 ４３−１，４３−２…ピン、 ７０…ＦＰＣ、 ７０ｈ…貫通孔、 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摩擦接触子に楕円運動を励起させて、摩擦接触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摩擦接触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】
さらに、特許文献１に開示されている超音波モータの構成は、積層圧電素子の長手方向における一端部位にのみ楕円振動が発生する構成である為、一軸の回転軸による一出力しか実現できない。従って、特許文献１に開示されている技術では、二軸二出力の超音波モータを構成することができない。
【０００９】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、簡略な構成で、且つ、２つの出力軸を有す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】
【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、前記中心軸に平行な方向における両端面に楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される一方端面に設けられた第１摩擦接触子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される他方端面に設けられた第２摩擦接触子と、
前記第１摩擦接触子に対して当接し、前記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第１被駆動体と、
前記第２摩擦接触子に対して当接し、前記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第２被駆動体と、
前記中心軸に対して平行な方向への付勢力を有し、前記第１摩擦接触子を介して前記第１被駆動体と前記振動子とを圧接させると共に、前記第２摩擦接触子を介して前記第２被駆動体と前記振動子とを圧接させる押圧部と、
前記第１被駆動体と前記第２被駆動体と前記押圧部と共に前記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、簡略な構成で、且つ、２つの出力軸を有す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】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す正面斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す側面斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第１のロータ機構部近傍の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去した状態の分解斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の分解斜視図である。
【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、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、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図（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図（側面図）である。
【図１１】図１１は、本発明の第２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１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータであって、第２ロータ機構部を除去した状態の上面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の上面斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し（出力部材のみ図示）且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３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１６】図１６は、本発明の第３実施形態に係る超音波モータであって、第１ロータ機構部及び積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【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。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す正面斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す側面斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第１のロータ機構部近傍の分解斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部近傍の部材を除去した状態の分解斜視図である。図６は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部１０−２近傍の分解斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、本第１実施形態に係る超音波モータは、ケース３１と、第１ロータ機構部１０−１と、第２ロータ機構部１０−２と、積層圧電素子４０と、固定板２１と、固定板２７と、を具備する。
前記ケース３１は、第１ロータ機構部１０−１と第２ロータ機構部１０−２と積層圧電素子４０とを収容するフレームであって、後述する略直方体形状の積層圧電素子４０の長手方向（後述する各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転軸と同軸方向）における両端部位、及び積層圧電素子４０の一側面（主平面（面積が最大の２面）以外の側面のうちの一面）の対向部位は開口部位とされている。
【００１５】
このケース３１のうち積層圧電素子４０の一側面側の開口部位（以降、側面開口部位と称する）は、積層圧電素子４０に駆動信号を入力する為の給電部材（例えばリード線やＦＰＣ等）を配設する為の開口部位である。なお、当該超音波モータの組立後においては、給電部材を、ケース３１に対して接着等により固定してもよい。
【００１６】
詳細には、ケース３１は、図３に示すように長手方向における両端面及び断面が略“コ”字状を呈するフレームであって、図４に示すように積層圧電素子４０の主平面に対向する一対の側面を成す板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２と、これら板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２に対して垂直な一側面を成す板状部材３１Ｆ３と、を備える。
【００１７】
前記板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２には、積層圧電素子４０の長手方向（各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転軸方向）を長手方向とする長孔形状の溝部３１Ｆ１ｓ，３１Ｆ２ｓが形成されている。この溝部３１Ｆ１ｓには、積層圧電素子４０の主平面に接着等により固定された回転規制部材４０ｔ１（詳細は後述）が挿入される。同様に、溝部３１Ｆ２ｓには、積層圧電素子４０の主平面に接着等により固定された回転規制部材４０ｔ２（詳細は後述）が挿入される。
【００１８】
このように構成することで、当該超音波モータの駆動時に、積層圧電素子４０に設けられた回転規制部材４０ｔ１と、板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓとが係合し、且つ、積層圧電素子４０に設けられた回転規制部材４０ｔ２と、板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓとが係合する。これにより、当該超音波モータの駆動時に、積層圧電素子４０が、第１ロータ機構部１０−１及び第２ロータ機構部１０−２と同じ方向（積層圧電素子４０の捻れ振動の方向）に回転してしまうことを規制し、且つ、積層圧電素子４０の厚み方向の動きを規制した状態で、当該積層圧電素子４０を支持（保持）することができる。
【００１９】
ここで、板状部材３１Ｆ１のうち、積層圧電素子４０の主平面に対向する部位には、積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ１ｔが設けられている。同様に、板状部材３１Ｆ２のうち、積層圧電素子４０の主平面に対向する部位には、積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ２ｔが設けられている。これら凸部３１Ｆ１ｔと凸部３１Ｆ２ｔとの間に積層圧電素子４０は収容される。
【００２０】
また、板状部材３１Ｆ１及び板状部材３１Ｆ２の長手方向における一方端面（後述する固定板２１に対向する面）には、固定板２１の主平面における周縁部位に形成された貫通孔２１ｈに挿通されるピン部材３１ｔが各々に設けられている。同様に、板状部材３１Ｆ１及び板状部材３１Ｆ２の長手方向における他方端面（後述する固定板２７に対向する面）には、固定板２７の主平面における周縁部位に形成された貫通孔２７ｈに挿通されるピン部材３１ｔが各々に設けられている。
【００２１】
ところで、前記板状部材３１Ｆ３の長手方向における両端面（固定板２１に対向する面及び固定板２７に対向する面）には、固定板２１，２７をそれぞれ当該板状部材３１Ｆ３に対して螺子止めする為の螺子孔３１ｓｈが各々に形成されている。
前記積層圧電素子４０は、ケース３１の板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔと、板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔとの間の空間において、当該積層圧電素子４０の主平面が板状部材３１Ｆ１と板状部材３１Ｆ２とにそれぞれ対向するように配設されている。
【００２２】
この積層圧電素子４０のうち板状部材３１Ｆ１に対向する主平面には、当該主平面の短辺を二等分する中心線上に、略棒状の回転規制部材４０ｔ１が、接着固定等により複数（本例では２個）設けられており、該回転規制部材４０ｔ１は上述した板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓに挿入されている。同様に、積層圧電素子４０のうち板状部材３１Ｆ２に対向する主平面には、当該主平面の短辺を二等分する中心線上に、略棒状の回転規制部材４０ｔ２が、接着固定等により複数（本例では２個）設けられており、該回転規制部材４０ｔ２は上述した板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓに挿入されている。
【００２３】
詳細には、回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２は、積層圧電素子４０の主平面のうち当該積層圧電素子４０の捻り振動（第１ロータ機構部１０−１及び第２ロータ機構部１０−２の駆動に直接的に寄与する振動成分）を阻害しない位置（例えば捻り振動の節位置）に設けられている。本例のように、一つの主平面につきそれぞれ複数の回転規制部材を設けることで、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）に対して、各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転軸が傾かないように当該積層圧電素子４０を保持することができる。
【００２４】
さらに、積層圧電素子４０の長手方向における一方端面（第１ロータ機構部１０−１に対向する面）には、当該積層圧電素子４０の振動を第１ロータ機構部１０−１に伝達する為の摩擦接触子４１−１が接着固定等により設けられている。同様に、積層圧電素子４０の長手方向における他方端面（第２ロータ機構部１０−２に対向する面）には、当該積層圧電素子４０の振動を第２ロータ機構部１０−２に伝達する為の摩擦接触子４１−２が接着固定等により設けられている。
【００２５】
詳細には、摩擦接触子４１−１，４１−２は、積層圧電素子４０の縦振動及び捻り振動を阻害しない位置（最大振幅を得る為の位置）、すなわち積層圧電素子４０の長手方向における両端面のうち長辺方向（積層圧電素子４０の幅方向）の最外周部位近傍且つ短辺方向（積層圧電素子４０の厚み方向）の中央部位近傍の位置に設けられている。
【００２６】
ところで、前記第１ロータ機構部１０−１は、図３に示すようにケース３１の長手方向における一方端（下端）の開口部位（以降、下端側開口部位と称する）において、固定板２１上に載置されて当該ケース３１に組み付けられている。詳細には、第１ロータ機構部１０−１は、軸受け１２−１と、摺動板１４−１と、出力部材１５−１と、を備える。
【００２７】
前記軸受け１２−１は、後述する固定板２１の第１円筒部２１ｃ１の内径（貫通孔２１Ｈの径）と略同径の外径を有する凸部１２ｃ−１が設けられた軸受け部材である。この軸受け１２−１の内径孔には、後述する出力部材１５−１の出力軸１５ａ−１と略同径であり、出力軸１５ａ−１が挿通される。
【００２８】
詳細には、この軸受け１２−１は、内径面が回転可能に構成されたベアリング部材であり、上端面は出力部材１５の出力基部１５ｂ−１（詳細は後述）の下端面に接触しており、凸部１２ｃ−１の外周面は固定板２１の第１円筒部２１ｃ１の内周面に対して固定されている。
【００２９】
前記摺動板１４−１は、図１及び図３に示すように、その上端面が積層圧電素子４０の下端面に設けられた摩擦接触子４１−１に対して接触するよう配置され、下端面が出力部材１５−１を構成する出力基部１５ｂ−１の上端面に対して例えば接着等により固定されている略円環形状の部材である。この摺動板１４−１によって、積層圧電素子４０の楕円振動が、摩擦接触子４１−１を介して出力部材１５−１に伝達される。換言すれば、摺動板１４−１と出力部材１５−１とが一体となって一つの被駆動体を構成している。
【００３０】
前記出力部材１５−１は、出力軸１５ａ−１と、該出力軸１５ａ−１の一方端面（下端面）に接続されている略円板形状の出力基部１５ｂ−１と、を備える。前記出力軸１５ａ−１は、軸受け１２−１の内径孔と固定板２１の貫通孔２１Ｈとに挿入されている。前記出力基部１５ｂ−１は、出力軸１５ａ−１が設けられている面とは逆側の面（下端面）が摺動板１４−１に対して接着等により固定されている。
【００３１】
上述の構成を採ることで、前記第１ロータ機構部１０−１からの出力は、出力部材１５−１の出力軸１５ａ−１を介して外部に伝達される（駆動力が取り出される）。
前記固定板２１は、図３に示すように断面矩形で板状を呈する板部２１ｂと、該板部２１ｂの一方面（上面）に設けられた第１円筒部２１ｃ１と、他方面（下面）に設けられた第２円筒部２１ｃ２（前記第１円筒部２１ｃ１と同軸の円筒部）と、を備える。この固定板２１には、その厚み方向に、第１円筒部２１ｃ１、板部２１ｂ及び第２円筒部２１ｃ２を貫通する貫通孔２１Ｈが、軸受け１２−１の凸部１２ｃ−１の外径と略同径の貫通孔として形成されている。
【００３２】
上述したように、固定板２１には、接着等により一体化された摺動板１４−１と出力部材１５−１とで構成される被駆動体が、軸受け１２−１を介して回転自在に配設されている。
この板部２１ｂの主平面における四隅のうちケース３１の側面開口部位に対応する二隅には、上述した板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２のピン部材３１ｔが挿通される貫通孔２１ｈが、当該板部２１ｂをその厚み方向に貫通して形成されている。また、この板部２１ｂの主平面における四隅のうち残りの二隅（ケース３１の螺子孔３１ｓｈに対応する部位）には、図３に示すように貫通孔２１ｓｈが形成されている。図１に示すように当該板部２１ｂの貫通孔２１ｈにケース３１のピン部材３１ｔを挿通し、且つ、図２に示すように当該板部２１ｂの貫通孔２１ｓｈとケース３１の螺子孔３１ｓｈとを利用して螺子ｓｒによってケース３１と固定板２１とを締結して両者を固定する。
【００３３】
ところで、前記第２ロータ機構部１０−２は、図６に示すようにケース３１の長手方向における他方端側の開口部位（固定板２１が組み付けられる側とは逆側の開口部位；上端側開口部位と称する）側から、積層圧電素子４０上に載置され、且つ、固定板２７と共にケース３１に対して組み付けられる。詳細には、第２ロータ機構部１０−２は、図１及び図６に示すように、軸受け１２−２と、摺動板１４−２と、出力部材１５−２と、バネ１７と、固定円板１９と、を備える。
【００３４】
前記軸受け１２−２は、図６に示すように固定板２７（詳細は後述）の円筒部２７ｃの内径（貫通孔２７Ｈの径）と略同径の外径の凸部１２ｃ−２が設けられたベアリング部材である。この軸受け１２−２の内径孔は、後述する出力部材１５−２の出力軸１５ａ−２と略同径であり、出力軸１５ａ−２が挿通される。
【００３５】
詳細には、この軸受け１２−２は、内径面が回転可能に構成されたベアリング部材であり、下端面は出力部材１５−２の出力基部１５ｂ−２（詳細は後述）の上端面に接触しており、凸部１２ｃ−２の外周面は固定円板１９の内周面に対して固定されている。
【００３６】
前記摺動板１４−２は、その下端面が積層圧電素子４０の上端面に設けられた摩擦接触子４１−２に対して接触するよう配置され、下端面が出力部材１５−２を構成する出力基部１５ｂ−２の上端面に対して例えば接着等により固定されている略円環形状の部材である。この摺動板１４−２によって、積層圧電素子４０の振動が摩擦接触子４１−２を介して駆動力として出力部材１５−２に伝達される。換言すれば、摺動板１４−２と出力部材１５−２とが一つの被駆動体を構成している。
【００３７】
前記出力部材１５−２は、出力軸１５ａ−２と、該出力軸１５ａ−２の一方端面（下端面）に接続されている略円板形状の出力基部１５ｂ−２と、を備える。前記出力軸１５ａ−２は、軸受け１２−２の内径孔と固定板２７の貫通孔２７Ｈとに挿入されている。前記出力基部１５ｂ−２は、出力軸１５ａ−２が設けられている面とは逆側の面（下端面）が摺動板１４−２に接着等により固定されている。
【００３８】
前記固定円板１９は、固定板２７の貫通孔２７Ｈの内径より大きい凸部１９ｃを備えている。一方、固定板２７のうち固定円板１９に対向する面（下端面）には、前記凸部１９ｃの外径と略同径の凹み部（不図示）が形成されている。この固定板２７の凹み部（不図示）と、固定円板１９の凸部１９ｃとで後述するコイルバネ１７を挟み込む。
【００３９】
前記バネ１７は、出力部材１５−２の出力軸１５ａ−２が挿通された中空コイル状の押圧部材である。このバネ１７は、固定板２７と固定円板１９とによって圧縮された状態で保持（挟持）されており、積層圧電素子４０に設けられた各摩擦接触子４１−１，４１−２を、各ロータ機構部１０−１，１０−２に対して適正な押圧力で圧接させる為の押圧機構を成している。すなわち、撓んだ状態で保持されたバネ１７の反発力により適切な押圧力を得ている。
【００４０】
詳細には、本第１実施形態に係る超音波モータでは、各軸受け１２−１，１２−２を介して各ロータ機構部１０−１，１０−２と積層圧電素子４０とを圧接させるように押圧機構を構成している。
なお、このような押圧機構は、第１ロータ機構部１０−１及び第２ロータ機構部１０−２のうち少なくとも何れか一方に設ければよい。
【００４１】
上述の構成を採ることで、前記第２ロータ機構部１０−２からの出力は、出力部材１５−２の出力軸１５ａ−２を介して外部に伝達される（駆動力が取り出される）。
前記固定板２７は、板状を呈する板部２７ｂと、該板部２１ｂの一方端面（上端面）に設けられた円筒部２７ｃと、を備える。この固定板２７には、その厚み方向に、板部２７ｂ及び円筒部２７ｃを貫通する貫通孔２７Ｈが形成されており、上述した出力軸１５ａ−２が挿通される。
【００４２】
上述したように、第２ロータ機構部１０−２においては、接着等により一体化された摺動板１４−２と出力部材１５−２とで一つの被駆動体が構成され、該被駆動体が軸受け１２−２を介して回転自在にケース３１に配設され、固定板２７によって当該ケース３１に組み付けられている。
【００４３】
前記板部２７ｂの主平面における四隅のうちケース３１の側面開口部位に対応する二隅には、板状部材３１Ｆ１，３１Ｆ２のピン部材３１ｔが挿通される貫通孔２７ｈが、当該板部２７ｂをその厚み方向に貫通して形成されている。また、この板部２７ｂの主平面における四隅のうち残りの二隅（ケース３１の螺子孔３１ｓｈに対応する部位）には、貫通孔２７ｓｈが形成されている。当該板部２７ｂの貫通孔２７ｈにケース３１のピン部材３１ｔを挿通し、且つ、当該板部２７ｂの貫通孔２７ｓｈとケース３１の螺子孔３１ｓｈとを利用して螺子ｓｒによってケース３１と固定板２７とを締結して両者を固定する。
【００４４】
前記積層圧電素子４０は、圧電シートが積層されて成る振動体であり、摩擦接触子４１−１，４１−２と、回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２とが設けられている。
前記回転規制部材４０ｔ１は、積層圧電素子４０の一方主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接着等により固定された突起部材であり、板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓに挿入され、後述する回転規制部材４０ｔ２と共に当該積層圧電素子４０をその長手方向のみに移動可能に移動規制する。同様に、前記回転規制部材４０ｔ２は、積層圧電素子４０の他方主平面のうち捻り振動の節位置近傍に接着等により固定された突起部材であり、板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓに挿入され、前記回転規制部材４０ｔ１と共に当該積層圧電素子４０をその長手方向のみに移動可能に移動規制する。
【００４５】
前記摩擦接触子４１−１，４１−２は、上述したように積層圧電素子４０の縦振動及び捻り振動を阻害しない位置（最大振幅を得る為の位置）、すなわち積層圧電素子４０の長手方向における両端面のうち長辺方向（積層圧電素子４０の幅方向）の最外周部位近傍且つ短辺方向（積層圧電素子４０の厚み方向）の中央部位近傍の位置に設けられている。そして、これら摩擦接触子４１−１，４１−２が、積層圧電素子４０の振動を駆動源として摺動板１４−１，１４−２を摩擦摺動して各ロータ機構部１０−１，１０−２を回転させる。
【００４６】
以下、本第１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。
まず、図３に示すように、ケース３１の長手方向における下端側開口部位に第１ロータ機構部１０−１と固定板２１とを組み付ける。この際、上述したようにケース３１のピン部材３１ｔを固定板の貫通孔２１ｈに挿入し、且つ、ケース３１の螺子孔３１ｓｈと固定板２１の貫通孔２１ｓｈとを利用して螺子ｓｒでケース３１と固定板２１とを締結することで、各部材間の位置決めが自動的に成される。
【００４７】
続いて、図４及び図５に示すように、ケース３１内に上端側開口部位から積層圧電素子４０を配設する。この際、回転規制部材４０ｔ１を板状部材３１Ｆ１の溝部３１Ｆ１ｓに挿入し且つ回転規制部材４０ｔ２を板状部材３１Ｆ２の溝部３１Ｆ２ｓに挿入する。
【００４８】
最後に、図６に示すように、ケース３１の長手方向における上端側に第２ロータ機構部１０−２と固定板２７とを組み付ける。この際、上述したようにケース３１のピン部材３１ｔを固定板の貫通孔２７ｓｈに挿入し、且つ、ケース３１の螺子孔３１ｓｈと固定板２７の貫通孔２７ｓｈとを利用して螺子ｓｒでケース３１と固定板２７とを締結する。以上説明した工程で組み立てることで、各部材間の位置決めが自動的に成された状態で組み上がる。
【００４９】
なお、各ロータ機構部１０−１，１０−２は、各出力軸１５ａ−１，１５ａ−２によって各固定板２１，２７に対して位置決めされており、積層圧電素子４０は上述の配設態様によりケース３１に対する位置決めが成されているので、各固定板２１，２７を上述した態様でケース３１に組み付けるだけで、それら部材同士の位置関係が必然的に最適化されて組み上がる。
【００５０】
以下、積層圧電素子４０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積層圧電素子４０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積層圧電素子４０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、振動前の積層圧電素子４０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。
【００５１】
ここで、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、略直方体形状の積層圧電素子４０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。
【００５２】
本第１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。
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。
【００５３】
前記節Ｎは、図７Ａに示す縦１次振動においては、積層圧電素子４０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３ヶ所に存在する。
以下、積層圧電素子４０を構成する圧電シートについて詳細に説明する。図８Ａは、積層圧電素子４０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、積層圧電素子４０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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、積層圧電素子４０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。
【００５８】
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、積層圧電素子４０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。
【００５９】
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）。
【００６０】
上述の構成を採る積層圧電素子４０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。
【００６１】
上述したような特性の為、本第１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。
【００６２】
つまり本第１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。
【００６３】
なお、縦１次振動モードと捻れ２次振動子モードとを利用して駆動する場合には、第１ロータ機構部１０−１の回転方向と第２ロータ機構部１０−２の回転方向とは同方向となる。他方、縦１次振動モードと捻れ３次振動子モードとを利用して駆動する場合には、第１ロータ機構部１０−１の回転方向と第２ロータ機構部１０−２の回転方向とは互いに逆方向となる。
【００６４】
図１０Ａは、積層圧電素子４０の外形を示す図である。図１０Ｂは、積層圧電素子４０を、図１０Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た図（側面図）である。図１０Ｃは、積層圧電素子４０を、図１０Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た図（側面図）である。
【００６５】
図１０Ｂに示すように、積層圧電素子４０の一方側面には、第２積層部位において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ＋，１０１Ｂ−と、第４積層部位において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ａ＋，１０１Ａ−が設けられている。外部電極１０１Ａ＋はＡ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ａ−はＡ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ＋はＢ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ−はＢ−相の外部電極を成している。
【００６６】
また、図１０Ｃに示すように、積層圧電素子４０の他方側面には、第２積層部位において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ＋，１０１Ｄ−と、第４積層部位において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ＋，１０１Ｃ−が設けられている。外部電極１０１Ｃ＋はＣ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｃ−はＣ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ＋はＤ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ−はＤ−相の外部電極を成している。
【００６７】
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印加される。
ここで、積層圧電素子４０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。
【００６８】
詳細には、＋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て圧電的に活性化されている。
ところで、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相とについては、それぞれＡ相とＢ相と同様に駆動電圧を印加する。これにより、当該超音波モータの駆動力をより大きくすることができる。
【００６９】
なお、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相とについては、各積層圧電素子の振動を検出する為の振動検出相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。
以上説明したように、本第１実施形態に係る超音波モータによれば、簡略な構成で、且つ、２つの出力軸を有する超音波モータを提供することができる。具体的には、構成の簡略化によって組立容易性が向上することでモータ性能自体も向上し、且つ、組立工程数の削減及び製造コスト低減も実現する。更に、１個の振動体（積層圧電素子）を用いて２軸の出力軸を得ることが可能となり、従来にないアプリケーションの利用が見込まれる。更に、組立工程の削減に伴って、モータ性能のばらつきが低下し、モータ性能の安定性が向上する。
【００７０】
なお、本第１実施形態に示す例のように、振動体として、内部電極が形成された板状の圧電シートを積層して成る積層圧電素子を用いることで、低電圧駆動が可能となる。
以上、第１実施形態に基づいて本発明を説明したが、上述した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。
【００７１】
例えば、積層圧電素子４０の側面において、Ａ相の外部電極１０１ＡとＤ相の外部電極１０１Ｄとの同極同士を短絡し、且つ、Ｂ相の外部電極１０１ＢとＣ相の外部電極１０１Ｃとの同極同士を短絡することで、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の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り、当該積層圧電素子４０の一側面のみへの配線で４相の外部電極を全て使用することが可能となる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る超音波モータについて説明する。説明の重複を避ける為、上述した第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。
【００７２】
図１１は、本発明の第２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１２は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータであって、第２ロータ機構部を除去した状態の上面図である。図１３は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し且つ積層圧電素子を取り外した状態の上面斜視図である。図１４は、本発明の第２実施形態に係る超音波モータの第２のロータ機構部を除去し（出力部材のみ図示）且つ積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
【００７３】
本第２実施形態に係る超音波モータと上述の第１実施形態に係る超音波モータとの主な相違点の一つは、積層圧電素子４０の保持及び位置決めの為の構成である。本第２実施形態に係る超音波モータでは、積層圧電素子４０の下端面（第１ロータ機構部１０−１対向する面）には接着等により位置決めピン４３−１が固定され、且つ、積層圧電素子４０の上端面（第２ロータ機構部１０−２対向する面）には接着等により位置決めピン４３−２が固定されている。
【００７４】
詳細には、前記位置決めピン４３−１は、積層圧電素子４０の下端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（第１ロータ機構部１０−１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例えば接着等により固定されている。同様に、前記位置決めピン４３−２は、積層圧電素子４０の上端面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（第２ロータ機構部１０−２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例えば接着等により固定されている。
【００７５】
一方、第１ロータ機構部１０−１の摺動板１４−１には前記位置決めピン４３−１が挿入されるピン挿入孔１４ｈ−１が形成され、且つ、第１ロータ機構部１０−１の出力部材１５−１には前記位置決めピン４３−１が挿入されるピン挿入孔１５ｈ−１が形成されている。これらピン挿入孔１４ｈ−１，１５ｈ−１が形成される位置は、各部材のうち第１ロータ機構部１０−１の回転軸に対応する位置である。
【００７６】
同様に、第２ロータ機構部１０−２の摺動板１４−２には前記位置決めピン４３−２が挿入されるピン挿入孔（不図示）が形成され、且つ、第２ロータ機構部１０−２の出力部材１５−２には前記位置決めピン４３−２が挿入されるピン挿入孔１５ｈ−２が形成されている。これらピン挿入孔（不図示）が形成される位置は、各部材のうち第２ロータ機構部１０−２の回転軸に対応する位置である。
【００７７】
そして、上述の位置決めピン４３−１，４３−２を、それぞれ対応するピン挿入孔に挿入するように第１ロータ機構部１０−１と第２ロータ機構部１０−２と積層圧電素子４０とを組み付けることで、第１ロータ機構部１０−１の回転軸と、第２ロータ機構部１０−２の回転軸と、積層圧電素子４０の捻れ軸（捻れ振動の軸）とが一致する。
【００７８】
ところで、本第２実施形態に係る超音波モータでは、駆動時に積層圧電素子４０が各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転方向と同方向に回転してしまわないように、ケース３１自体で積層圧電素子４０の回転規制を行う（第１実施形態に係る超音波モータにおける回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２を設けない）。
【００７９】
具体的には、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔと、第２板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔとの間の距離が、積層圧電素子４０の厚みよりも僅かに長くなるように（積層圧電素子４０の主平面と凸部３１Ｆ１ｔ，３１Ｆ２ｔとが必要十分な（積層圧電素子４０の振動を阻害しない程度の）隙間を保った状態となるように）、それら凸部３１Ｆ１ｔ’，３１Ｆ２ｔ’が設けられている。換言すれば、積層圧電素子４０は、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ’と、第２板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔ’とによって挟み込まれた状態でケース３１に保持されている。
【００８０】
そして、第３板状部材３１Ｆ３には、図１２に示すように積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ３ｔが設けられておる。この凸部３１Ｆ３ｔに対して積層圧電素子４０が突き当たることで（当て付けられることで）、積層圧電素子４０の移動規制が成される。また、この凸部３１Ｆ３ｔによって、各ロータ機構部１０−１，１０−２と当該第３板状部材３１Ｆ３との間に、各ロータ機構部１０−１，１０−２が回転可能な程度の距離が保たれる。この凸部３１Ｆ３ｔは、積層圧電素子４０に対して、その捻り振動の節位置近傍で接触するように設けられている。
【００８１】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する超音波モータを提供することができる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る超音波モータについて説明する。説明の重複を避ける為、上述した第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。
【００８２】
図１５は、本発明の第３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１６は、本発明の第３実施形態に係る超音波モータであって、第１ロータ機構部及び積層圧電素子を取り外した状態の分解斜視図である。
本第２実施形態に係る超音波モータと上述の第１実施形態に係る超音波モータとの主な相違点は、積層圧電素子４０の保持及び位置決めの為の構成、並びに積層圧電素子４０の配線構成である。
【００８３】
本第３実施形態に係る超音波モータでは、駆動時に積層圧電素子４０が各ロータ機構部１０−１，１０−２の回転方向と同方向に回転してしまわないように、ケース３１自体で積層圧電素子４０の回転規制を行う（第１実施形態に係る超音波モータにおける回転規制部材４０ｔ１，４０ｔ２を設けない）と共に、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を利用して給電並びに当該積層圧電素子４０の回転規制及び位置決めを行う。
【００８４】
具体的には、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔと、第２板状部材３１Ｆ２の凸部３１Ｆ２ｔとの間の距離が、積層圧電素子４０の厚みよりも僅かに長くなるように（積層圧電素子４０の主平面と凸部３１Ｆ１ｔ’，３１Ｆ２ｔ’とが必要十分な（積層圧電素子４０の振動を阻害しない程度の）隙間を保った状態となるように）、それら凸部３１Ｆ１ｔ’，３１Ｆ２ｔ’が設けられている。換言すれば、積層圧電素子４０は、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ’と、第２板状部材３１Ｆ２ｔ’とによって挟み込まれた状態でケース３１に保持されている。
【００８５】
そして、第３板状部材３１Ｆ３には、図１２に示すように積層圧電素子４０に向かって凸の凸部３１Ｆ３ｔが設けられている。この凸部３１Ｆ３ｔに対して積層圧電素子４０が突き当たることで（当て付けられることで）、積層圧電素子４０の移動規制が成される。また、この凸部３１Ｆ３ｔによって、各ロータ機構部１０−１，１０−２と当該第３板状部材３１Ｆ３との間に、各ロータ機構部１０−１，１０−２が回転可能な程度の距離が保たれる。この凸部３１Ｆ３ｔは、積層圧電素子４０に対して、その捻り振動の節位置近傍で接触するように設けられている。
【００８６】
ところで、ＦＰＣ７０は、所謂フレキシブルプリント基板であり、本第３実施形態に係る超音波モータでは積層圧電素子４０に給電する為の配線を構成している。このＦＰＣ７０には、その厚み方向に貫通している貫通孔７０ｈが所定の位置に形成されている。この貫通孔７０ｈは、積層圧電素子４０の位置決め及びケース３１への固定に利用される。
【００８７】
すなわち、図１６に示すように、ＦＰＣ７０の一端を積層圧電素子４０の所定位置に対して固定した状態で、前記貫通孔７０ｈに、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ´に設けられた挿入突起部３１ｈｔを挿入するように、積層圧電素子４０をケース３１の側面開口部位側から配設する。
【００８８】
ここで、第１板状部材３１Ｆ１の凸部３１Ｆ１ｔ´において挿入突起部３１ｈｔが設けられる位置、及び前記ＦＰＣ７０において貫通孔７０ｈが設けられる位置は、挿入突起部３１ｈｔを貫通孔７０ｈに挿入するように積層圧電素子４０をケース３１内に配設したときに、当該積層圧電素子４０が予め定められた最適な位置に収まるような位置である。
【００８９】
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する上に、次のような効果を奏する超音波モータを提供することができる。
ＦＰＣ７０を利用することで配線を簡略化し、且つ、当該ＦＰＣ７０を利用して、積層圧電素子４０の位置規制（回転規制、すなわち各ロータ機構部１０−１，１０−２との接触面に対して平行な方向における規制）を行う。これにより、積層圧電素子４０の位置決めの為に当該積層圧電素子４０に接着固定する部材が不要となり、積層圧電素子４０の振動阻害要因を減少させることができる。つまり、モータ性能が向上する。また、接着工程が不要となることで、組立工数も削減される。
【００９０】
以上、第１実施形態乃至第３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。
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】
【００９１】
１０−１…第１ロータ機構部、 １０−２…第２ロータ機構部、 １２ｃ−１…凸部、 １４−１，１４−２…摺動板、 １４ｈ−１…ピン挿入孔、 １５−１，１５−２…出力部材、 １５ａ−１，１５ａ−２…出力軸、 １５ｂ−１，１５ｂ−２…出力基部、 １５ｈ−１…ピン挿入孔、 １７…バネ、 １９…固定円板、 １９ｃ…凸部、 ２１…固定板、 ２１ｈ…貫通孔、 ２１、２７…固定板、 ２１ｃ１…第１円筒部、 ２１ｂ…板部、 ２１ｃ２…第２円筒部、 ２１ｓｈ…螺子孔、 ２７…固定板、 ２７ｈ…貫通孔、 ２７ｃ…円筒部、 ２７Ｈ…貫通孔、 ２７ｂ…板部、 ２７ｓｈ…螺子孔、 ３１…ケース、 ３１Ｆ１，３１Ｆ２，３１Ｆ３…板状部材、 ３１Ｆ１ｓ，３１Ｆ２ｓ…溝部、 ３１Ｆ１ｔ，３１Ｆ２ｔ…凸部、 ３１ｔ…ピン部材、 ３１ｓｈ…螺子孔、 ３１…フレーム、 ３１ｈ…螺子孔、 ３１Ｆ３ｔ…凸部、 ３１ｈｔ…挿入突起部、 ４０…積層圧電素子、 ４０ｔ１，４０ｔ２…回転規制部材、 ４１−１，４１−２…摩擦接触子、 ４３−１，４３−２…ピン、 ７０…ＦＰＣ、 ７０ｈ…貫通孔、 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、前記中心軸に平行な方向における両端面に楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される一方端面に設けられた第１摩擦接触子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される他方端面に設けられた第２摩擦接触子と、
前記第１摩擦接触子に対して当接し、前記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第１被駆動体と、
前記第２摩擦接触子に対して当接し、前記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第２被駆動体と、
前記中心軸に対して平行な方向への付勢力を有し、前記第１摩擦接触子を介して前記第１被駆動体と前記振動子とを圧接させると共に、前記第２摩擦接触子を介して前記第２被駆動体と前記振動子とを圧接させる押圧部と、
前記第１被駆動体と前記第２被駆動体と前記押圧部と共に前記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】
前記振動体が前記中心軸方向に垂直な面内で前記フレームに対して相対移動することを規制する為の回転規制部材と、
前記第１被駆動体と前記第２被駆動体とを前記フレームに対して位置決めする位置決め部材と、
を含む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被駆動体を、前記中心軸方向における前記フレームの一方端部に対して固定する第１固定部と、
前記第２被駆動体を、前記中心軸方向における前記フレームの他方端部に対して固定する第２固定部と、
を含み、
前記押圧部は、前記第１固定部と前記第２固定部との間に配設され、前記第２固定部と前記第２被駆動体とによって前記中心軸方向に圧縮された状態で挟持されて所定の付勢力を生じ、該付勢力によって、前記第２被駆動体を前記中心軸方向に沿って前記第１固定部に向かって押圧することで、前記第１摩擦接触子を介して前記第１被駆動体と前記振動子とを圧接させると共に、前記第２摩擦接触子を介して前記第２被駆動体と前記振動子とを圧接させる
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被駆動体と前記第２被駆動体とは、同軸で回転駆動される
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５】
前記回転規制部材は、
前記押圧部による押圧方向を長手方向とする、前記フレームに形成された長孔形状のスリットと、
前記フレームの前記スリットに挿入され、前記スリットと係合することで、前記押圧方向に垂直な面内における前記振動子の移動を規制する、前記振動体に設けられた回転規制凸部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記回転規制凸部は、前記振動子のうち前記捻れ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５に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記回転規制部材は、前記振動体のうち前記捻れ振動の節位置近傍に当て付けられた突起部であり、
前記位置決め部材は、
前記第１被駆動体のうち前記中心軸に対応する位置に前記中心軸方向に形成された第１孔部と、
前記第２被駆動体のうち前記中心軸に対応する位置に前記中心軸方向に形成された第２孔部と、
前記振動体のうち前記第１被駆動体に対向する面に設けられ、前記第１孔部に挿入される第１位置決め突起部と、
前記振動体のうち前記第２被駆動体に対向する面に設けられ、前記第２孔部に挿入される第２位置決め突起部と、
を備え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８】
前記振動体には、前記振動体に給電する為のフレキシブルプリント基板が固定されて設けられており、
前記フレームは、前記フレキシブルプリント基板を当該フレームに対して固定する為の係合部を備えており、
前記フレキシブルプリント基板は、前記振動体が前記フレーム内部における所定位置に位置したときに前記フレームの前記係合部と係合する被係合部を備える
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、前記中心軸に平行な方向における両端面に楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される一方端面に設けられた第１摩擦接触子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される他方端面に設けられた第２摩擦接触子と、
前記第１摩擦接触子に対して当接し、前記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第１被駆動体と、
前記第２摩擦接触子に対して当接し、前記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第２被駆動体と、
前記中心軸に対して平行な方向への付勢力を有し、前記第１摩擦接触子を介して前記第１被駆動体と前記振動子とを圧接させると共に、前記第２摩擦接触子を介して前記第２被駆動体と前記振動子とを圧接させる押圧部と、
前記第１被駆動体と前記第２被駆動体と前記押圧部と共に前記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】
前記振動体が前記中心軸方向に垂直な面内で前記フレームに対して相対移動することを規制する為の回転規制部材と、
前記第１被駆動体と前記第２被駆動体とを前記フレームに対して位置決めする位置決め部材と、
を含む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被駆動体を、前記中心軸方向における前記フレームの一方端部に対して固定する第１固定部と、
前記第２被駆動体を、前記中心軸方向における前記フレームの他方端部に対して固定する第２固定部と、
を含み、
前記押圧部は、前記第１固定部と前記第２固定部との間に配設され、前記第２固定部と前記第２被駆動体とによって前記中心軸方向に圧縮された状態で挟持されて所定の付勢力を生じ、該付勢力によって、前記第２被駆動体を前記中心軸方向に沿って前記第１固定部に向かって押圧することで、前記第１摩擦接触子を介して前記第１被駆動体と前記振動子とを圧接させると共に、前記第２摩擦接触子を介して前記第２被駆動体と前記振動子とを圧接させる
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被駆動体と前記第２被駆動体とは、同軸で回転駆動される
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５】
前記回転規制部材は、
前記押圧部による押圧方向を長手方向とする、前記フレームに形成された長孔形状のスリットと、
前記フレームの前記スリットに挿入され、前記スリットと係合することで、前記押圧方向に垂直な面内における前記振動子の移動を規制する、前記振動体に設けられた回転規制凸部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記回転規制凸部は、前記振動子のうち前記捻れ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５に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記回転規制部材は、前記振動体のうち前記捻れ振動の節位置近傍に当て付けられた突起部であり、
前記位置決め部材は、
前記第１被駆動体のうち前記中心軸に対応する位置に前記中心軸方向に形成された第１孔部と、
前記第２被駆動体のうち前記中心軸に対応する位置に前記中心軸方向に形成された第２孔部と、
前記振動体のうち前記第１被駆動体に対向する面に設けられ、前記第１孔部に挿入される第１位置決め突起部と、
前記振動体のうち前記第２被駆動体に対向する面に設けられ、前記第２孔部に挿入される第２位置決め突起部と、
を備え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８】
前記振動体には、前記振動体に給電する為のフレキシブルプリント基板が固定されて設けられており、
前記フレームは、前記フレキシブルプリント基板を当該フレームに対して固定する為の係合部を備えており、
前記フレキシブルプリント基板は、前記振動体が前記フレーム内部における所定位置に位置したときに前記フレームの前記係合部と係合する被係合部を備える
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６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２２７９９５（Ｐ２０１２−２２７９９５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０９８９（Ｐ２０１１−９０９８９）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【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１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【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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