JP2008099549A - 圧電モータ - Google Patents

Abstract

【課題】長さ方向と屈曲方向の振動の合成により楕円運動が発生する圧電モータに関する。
【解決手段】圧電モータは、印加される電源により第１の振動モードと第２の振動モードを同時に発生させる圧電体と、前記圧電体の一側に陥没し形成された凹部に湾入し固定され、前記圧電体において発生した振動により楕円運動をする摩擦部材とを含み、摩擦部材の付着が共振周波数に及ぼす影響を最少化することを特徴とする。これにより、圧電モータの駆動効率が増大し、摩擦部材の付着強度が改善される上、摩擦部材の固定位置が一定であるため、付着位置の変化による共振周波数の変化を防ぐことができるという効果を得ることができる。
【選択図】図８ａ

Description

本発明は、圧電モータ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｔｏｒ）に関するもので、より詳細には長さ方向と屈曲方向の振動の合成により楕円運動が発生する圧電モータに関するものである。

最近、電磁気モータに代わる新しいモータとして圧電体を用いた圧電モータ（圧電超音波モータ）が注目を浴びている。圧電モータは、微細振幅の高周波振動を圧電振動体に発生させ、圧電振動体に付着された摩擦部材とスライダー（またはロータ）の接触摩擦を通じ、このような微細振動を伝達することによりスライダー（またはロータ）の微細運動を可能にする。このような圧電モータは従来の電磁気モータに比べ、小型化が可能で、分解能が高く、かつ、騒音が少ない上、ノイズの発生が少ない等の様々な利点がある。

図１は、従来の技術による圧電モータの構造を示す概略図である。

図１に図示されたように、通常の圧電モータは、圧電体１０と圧電体１０の一側に付着した摩擦部材３０からなっている。

このとき、圧電体１０は、セラミックス等からなる多数の圧電素子が積層し形成され、圧電素子の面には圧電体を複数個の振動部に区分するように内部電極が形成される。このような内部電極のパターンは圧電体１０において発生する振動形態、振動方向、摩擦部材が装着される数、及び位置などを考慮し、圧電素子の表面に多様な形態で形成されることができる。また、圧電体には、対角線方向に位置した二つの振動部１１、１４と１２、１３に同じ位相の交番電圧を印加するために、内部電極を連結するワイヤまたは外部電極２１、２２が具備される。そして、圧電体１０の一側の表面には、圧電体１０において発生した振動を外部に伝達するためにセラミックス材料または超硬合金（ｈａｒｄ ｍｅｔａｌ）等からなる摩擦部材３０が付着される。

一例として、図１を参照すると、圧電体１０は四つの振動部１１、１２、１３、１４に分割され、ワイヤまたは外部電極２１、２２を通じ、対角線方向に位置した二つの振動部１１、１４と１２、１３に同じ位相の交番電圧を印加するようになる。

このように電源が印加されると、圧電体１０は２種類のモードの振動が発生するようになる。一例として、圧電体１０の長さ方向に伸縮変形する伸縮振動モードと圧電体１０の厚さ方向に屈曲変形する屈曲振動モードが発生する。

このような２種類のモードの振動が同時に発生しながら、摩擦部材３０には楕円運動が発生するようになり、このような摩擦部材３０の楕円運動はスライダーまたはロータに伝達され、スライダーの直線運動またはロータの回転運動が可能になる。

このような従来の圧電モータの場合、摩擦部材が圧電体に付着するとき引き起こる質量の変化が圧電モータの駆動周波数に影響を及ぼすため、圧電モータの電気的駆動及び制御が困難であるという問題点がある。

一方、圧電体の大きさが減少することによって共振周波数は増加し、例えば、５ｍｍ長さの圧電体に対して共振周波数は３００ｋＨｚ以上になる。このような高周波数の場合、摩擦部材の表面に加わる加速度は２０００００ｍｍ／ｓ２以上になる。圧電体の表面に摩擦部材が付着する場合、このような加速度は圧電体に付着した摩擦部材を離脱（剥離）させることができるという問題点がある。これを防ぐために摩擦部材に接着剤の塗布量を増加させる方案があるが、このような場合、接着剤の塗布量によって共振周波数が大きく変化されることができるという問題点がある。

また、摩擦部材を圧電体の表面に付着する場合には、摩擦部材の装着位置が一定にならなくなり、圧電体の共振周波数に大きな変化が発生する可能性があるという問題点がある。

本発明は、前記のような従来の問題点を解消するためのもので、摩擦部材の付着が共振周波数に及ぼす影響を最少化できる圧電モータを提供することを目的とする。

また、本発明は、摩擦部材の付着強度を上げることができる圧電モータを提供することを目的とする。

そして、本発明は、摩擦部材の付着位置を一定にでき、摩擦部材の付着位置の変化によって共振周波数に及ぼす影響を最少化できる圧電モータを提供することを目的とする。

また、本発明は、圧電モータの効率を改善することができる圧電モータを提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するための一側面として、本発明は、印加される電源により第１の振動モードと第２の振動モードを同時に発生させる圧電体と、前記圧電体の一側に陥没し形成された凹部に一部分が湾入し固定され、前記圧電体において発生した振動により楕円運動をする摩擦部材とを含む圧電モータを提供する。

好ましくは、前記摩擦部材の厚さをｗ、前記摩擦部材が前記凹部に湾入された深さをｘとする場合、湾入比率（ｘ／ｗ）に関して以下の条件数式を満足することができる。
［条件数式］０．１≦ｘ／ｗ≦０．５

また、好ましくは、前記圧電体の凹部は、前記圧電体に複数個形成され、前記摩擦部材は、前記夫々の凹部に湾入し固定されることができる。

好ましくは、前記摩擦部材は円形の断面または角形の断面を有することができ、前記圧電体から外部に突出した部分が曲面を含むこともできる。

また、好ましくは、前記第１振動モードは前記圧電体の長さ方向に発生する伸縮振動モードで、前記第２振動モードは前記圧電体の厚さ方向に発生する屈曲振動モードであることができる。

以上のように、本発明によると、摩擦部材を圧電体の凹部に湾入させ固定することにより、摩擦部材の付着が共振周波数に及ぼす影響を最少化できるという効果を得ることができる。

また、本発明によると、摩擦部材が付着されても伸縮モードと屈曲モードの共振周波数が近接された状態を保持するため、圧電モータの駆動効率が増大するという効果がある。

そして、本発明によると、摩擦部材が圧電体と接触する面積が広いため、摩擦部材の付着強度が改善される上、摩擦部材を圧電体の凹部に位置させることにより摩擦部材の固定位置が一定であるため、付着位置の変化による共振周波数の変化を防ぐことができるという効果を得ることができる。

本発明は、特定の実施例に関して図示し説明したが、当業界で通常の知識を有する者であれば、添付の特許範囲に記載の本発明の思想及び領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができる。

以下、本発明の実施例について添付の図面に従い、より詳細に説明する。

図２は、一般的な圧電モータの構造を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図で、図３は一般的な圧電モータの周波数とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を図示したグラフで、図４は一般的な圧電モータの周波数に対する位相を図示したグラフである。

また、図５は本実施例による圧電モータの構造を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は結合状態の斜視図、（ｃ）は正面図で、図６は本実施例による圧電モータの周波数とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を図示したグラフで、図７は本実施例による圧電モータの周波数に対する位相を図示したグラフである。

そして、図８は本実施例による圧電モータの構造を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）、（ｄ）は他の実施例の正面図で、図９は摩擦部材を付着していない状態で、圧電モータの夫々の振動モードに対する周波数を示すグラフで、図１０は摩擦部材を付着していない状態で、圧電モータの夫々の振動モードの形態を示す概略図で、図１１は摩擦部材の湾入比率による圧電モータの夫々の振動モードに対する周波数を示すグラフで、図１２は摩擦部材の湾入比率が０.２である場合の圧電モータの夫々の振動モードの形態を示す概略図で、図１３は摩擦部材の湾入比率が０である場合、即ち、摩擦部材が圧電体の表面に付着されるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示す概略図で、図１４は摩擦部材の湾入比率が０.８である場合の圧電モータの夫々の振動モードの形態を示す概略図である。

図５及び図８に図示されたように、本実施例による圧電モータ１００は、印加される電源によって第１の振動モードと第２の振動モードを同時に発生させる圧電体１１０と、前記圧電体１１０の一側に陥没し形成された凹部１１１に一部分が湾入し固定され、前記圧電体１１０において発生した振動により楕円運動をする摩擦部材１３０を含んで構成される。

このような圧電体１１０は、多数の圧電素子を積層し形成され、圧電素子の表面に内部電極のパターンを適切に設定し、第１の振動モードと第２の振動モード、例えば、圧電体１１０の長さ方向に発生する伸縮振動モードと圧電体１１０の厚さ方向に発生する屈曲振動モードを発生させるようになる。しかし、このような第１及び第２の振動モードは、これに限定されるものではなく、摩擦部材１３０に楕円振動を発生させることができるのであれば、特に制限されない。一方、このような圧電体１１０の内部電極、外部電極及び積層構造は多様な方式で広く知られているため、これに対する詳細な説明は省略する。

本実施例は、圧電体１１０の一側に形成された凹部１１１に摩擦部材１３０を湾入させ固定することで、摩擦部材１３０の付着が圧電体１１０または圧電モータ１００の共振周波数に及ぼす影響を最少化することを特徴とする。

先ず、図２乃至図４を参照して、圧電体１１０ａの一面に摩擦部材１３０ａが付着された一般的な圧電モータにおいて摩擦部材１３０ａの付着が圧電体１１０ａの共振周波数に及ぼす影響について説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に図示されたように、一般的な圧電モータ１００ａは、多数の圧電素子を積層し形成された圧電体１１０ａと前記圧電体１１０ａの一側１１５ａに付着された摩擦部材１３０ａからなる。

図３は、摩擦部材１３０ａを圧電体１００ａに付着する前と圧電体１００ａの表面に付着した後の周波数とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を示し、図４は、摩擦部材１３０ａを圧電体１００ａに付着する前と圧電体１００ａの表面に付着した後の位相（ｐｈａｓｅ）とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を示している。

図３及び図４において、Ａ'と表示されたグラフは、摩擦部材１３０ａを圧電体１１０ａに付着する前の圧電体１１０ａの振動の特性を示し、Ｂ'と表示されたグラフは、摩擦部材１３０ａを圧電体１１０ａに付着した後の圧電体１１０ａの振動の特性を示している。

図３及び図４を参照すると、摩擦部材１３０ａを圧電体１１０ａに付着する前Ａ'には長さ方向の伸縮振動モードが３２６ｋＨｚ周辺で共振周波数を有し、３３４ｋＨｚ周辺で反共振周波数（ａｎｔｉ-ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有し、厚さ方向の屈曲振動モードが３３２ｋＨｚ周辺で反共振周波数を有し、３３３ｋＨｚ周辺で共振周波数を有することを確認することができる。即ち、摩擦部材１３０ａを圧電体１１０ａに付着する前Ａ'には、第２の振動モードである屈曲振動モードが第１の振動モードである長さ方向の伸縮振動モードの共振周波数と反共振周波数の間に位置するようになる。

しかし、摩擦部材１３０ａを圧電体１１０ａの表面に付着した後Ｂ'には、長さ方向の伸縮振動モードが３１４ｋＨｚ周辺で共振周波数を有し、３１８ｋＨｚ周辺で反共振周波数を有し、厚さ方向の屈曲振動モードが２９９ｋＨｚ周辺で共振周波数を有し、３０１ｋＨｚ周辺で反共振周波数を有することを確認することができる。即ち、摩擦部材１３０ａを圧電体１１０ａに付着した後Ｂ'には第２振動モードである屈曲振動モードが第１の振動モードである長さ方向の伸縮振動モードの共振周波数と反共振周波数の間から外れた地点に位置するようになる。

即ち、摩擦部材１３０ａを圧電体１１０ａの表面に付着した場合には、第２の屈曲振動モードが摩擦部材１３０ａの質量による影響を相対的に多く受け、第２の屈曲振動モードの減少量が第１の伸縮振動モードよりはるかに大きくなる。これにより第２屈曲振動モードの周波数は、第１の伸縮振動モードの共振周波数より小さくなる。

このような場合には、摩擦部材１３０ａの付着による質量効果が圧電モータ１００ａの駆動周波数に大きく影響を与え、振動の特性に大きな変化をもたらすため、圧電モータを効果的に駆動し、制御することが困難になる。

さらに、第１の伸縮振動モードの共振周波数と第２の屈曲振動モードの共振周波数との間隔が離れることにより、圧電体１１０ａの振動効率が大きく低下し、圧電モータ１００ａの駆動効率が低下する。

しかし、本実施例のように、圧電体の凹部に摩擦部材を湾入させ固定する場合には、摩擦部材の付着が共振周波数に及ぼす影響を最少化させることができる。

図５乃至図７を参照して、本実施例の圧電モータ１００において摩擦部材１３０の付着が圧電体１１０の共振周波数に及ぼす影響について説明する。

図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に図示されたように、本実施例による圧電モータ１００は多数の圧電素子を積層し形成され、一側１１５に陥没し形成された凹部１１１を具備する圧電体１１０と、前記凹部１１１に湾入し固定される摩擦部材１３０とを含んで構成される。

このような摩擦部材１３０は、内部電極のパターンによる圧電体１１０の振動の特性によって圧電体１１０に複数個付着されることができるが、本明細書では、一つの摩擦部材１３０が設けられた場合について説明する。

図６は、摩擦部材１３０を圧電体１００に付着する前と圧電体１００の凹部１１１に湾入させ固定した後の周波数とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を示し、図７は、摩擦部材１３０を圧電体１００に付着する前と圧電体１００の凹部１１１に湾入させ固定した後の位相（ｐｈａｓｅ）とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を示している。

図６及び図７において、Ａと表示されたグラフは、摩擦部材１３０を凹部１１１が形成された圧電体１１０に付着する前の圧電体１１０の振動の特性を示し、Ｂと表示されたグラフは、摩擦部材１３０を圧電体１００の凹部１１１に湾入させ固定した後の圧電体１１０の振動の特性を示している。

図６及び図７を参照すると、摩擦部材１３０を凹部１１１が形成された圧電体１１０に付着する前Ａには、長さ方向の伸縮振動モードが３３３ｋＨｚ周辺で共振周波数を有し、３３８ｋＨｚ周辺で反共振周波数（ａｎｔｉ-ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有し、厚さ方向の屈曲振動モードが３３５ｋＨｚ周辺で反共振周波数を有し、３３６ｋＨｚ周辺で共振周波数を有することを確認することができる。即ち、摩擦部材１３０を凹部１１１が形成された圧電体１１０に付着する前Ａには第２の振動モードである屈曲振動モードが第１の振動モードである長さ方向の伸縮振動モードの共振周波数と反共振周波数の間に位置するようになる。

そして、摩擦部材１３０を圧電体１１０の凹部１１１に湾入させて固定した後Ｂには、長さ方向の伸縮振動モードが３１７ｋＨｚ周辺で共振周波数を有し、３２４ｋＨｚ周辺で反共振周波数（ａｎｔｉ-ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有し、厚さ方向の屈曲振動モードが３１９ｋＨｚ周辺で反共振周波数を有し、３２１ｋＨｚ周辺で共振周波数を有することを確認することができる。即ち、摩擦部材１３０を圧電体１１０の凹部１１１に湾入させ固定した後Ｂにも第２の振動モードである屈曲振動モードが第１の振動モードである長さ方向の伸縮振動モードの共振周波数と反共振周波数の間に位置するようになる。

即ち、摩擦部材１３０を圧電体１１０の凹部１１１に湾入させ固定した場合には、摩擦部材１３０の質量が第１の伸縮振動モードと第２の屈曲振動モードに同時に類似な程度の影響を及ぼすため、第２の振動モードである屈曲振動モードが第１の振動モードである長さ方向の伸縮振動モードの共振周波数と反共振周波数の間に位置するようになる。

従って、摩擦部材１３０の付着前後に圧電体１１０または圧電モータ１００の振動特性が一定に保持されるため、圧電モータを効果的に駆動し制御できるという利点がある。さらに、第１の伸縮振動モードの共振周波数と第２の屈曲振動モードの共振周波数の間隔が隣接した状態を保持するため、圧電体１１０の振動効率が保持され、圧電モータ１００の駆動効率が図２の場合より著しく増加するようになる。

また、摩擦部材１３０と圧電体１１０が接触する面積が広いことにより摩擦部材１３０の付着強度が大きく改善される上、摩擦部材１３０を圧電体１１０の凹部１１１に位置させることにより摩擦部材１３０の固定位置が一定であるため、付着位置の変化による共振周波数の変化を防ぐことができるという利点がある。

次に、図８乃至図１４を参照して、摩擦部材１３０が圧電体１１０の凹部１１１に挿入される深さ、即ち、摩擦部材１３０の湾入比率が共振周波数に及ぼす影響について説明する。

図８（ａ）乃至図８（ｄ）を参照すると、摩擦部材１３０の厚さをｗ、摩擦部材１３０が凹部１１１に湾入された深さをｘとする場合、本発明の一実施例による圧電モータ１００は湾入比率（ｘ／ｗ）に関して以下の条件数式を満足することが好ましい。
［条件数式］０.１≦ｘ／ｗ≦０.５

先ず、図９及び図１０を参照して、摩擦部材１３０が圧電体１１０に装着される前の圧電体１１０の周波数の特性について説明する。

以下のデータは有限要素解析プログラムであるＡＴＩＬＡを使用して得たものである。

図９において、ＬＲ（◆）は第１の振動モードである伸縮振動モードの共振周波数、ＬＡ（●）は第１の振動モードである伸縮振動モードの反共振周波数、ＦＲ（◇）は第２の振動モードである屈曲振動モードの反共振周波数、ＦＡ（○）は第２の振動モードである屈曲振動モードの反共振周波数を示す。

また、図１０において、（ａ）は伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態、（ｂ）は屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態、（ｃ）は屈曲振動モードの反共振周波数（ａｎｔｉ-ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）における振動モードの形態、（ｄ）は伸縮振動モードの反共振周波数における振動モードの形態を示す。

図９に図示されたように、摩擦部材１３０が圧電体１１０に装着される前には第２の振動モードである屈曲振動モードの共振周波数［ＦＲ（◇）］と反共振周波数［ＦＡ（○）］が第１の振動モードである伸縮振動モードの共振周波数［ＬＲ（◆）］と反共振周波数［ＬＡ（●）］の間に位置するようになる。

しかし、図１１乃至図１４を参照すると、摩擦部材１３０が圧電体１１０に装着された後の圧電体１１０の周波数特性は湾入比率（ｘ／ｗ）によって大きく変化することが分かる。

図９と同様に、図１１において、ＬＲ（◆）は第１の振動モードである伸縮振動モードの共振周波数、ＬＡ（●）は第１の振動モードである伸縮振動モードの反共振周波数、ＦＲ（◇）は第２の振動モードである屈曲振動モードの反共振周波数、ＦＡ（○）は第２の振動モードである屈曲振動モードの反共振周波数を示す。

また、図１２は摩擦部材の湾入比率が０.２である場合の圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、（ａ）は伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態、（ｂ）は屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態、（ｃ）は屈曲振動モードの反共振周波数（ａｎｔｉ-ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）における振動モードの形態、（ｄ）は伸縮振動モードの反共振周波数における振動モードの形態を図示している。

そして、図１３は湾入比率（ｘ／ｗ）が０である場合、即ち、摩擦部材１３０が圧電体１１０の一側の表面に付着された場合に、圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、（ａ）は屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態、（ｂ）は伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態を示している。

また、図１４は摩擦部材の湾入比率が０.８である場合の圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、（ａ）は伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態、（ｂ）は伸縮振動モードの反共振周波数における振動モードの形態、（ｃ）は屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態を図示している。

先ず、図１１と図１３を参照すると、湾入比率（ｘ／ｗ）が約０.１より小さい場合には、第２の屈曲振動モードの共振周波数［ＦＲ（◇）］及び反共振周波数［ＦＡ（○）］が第１の伸縮振動モードの共振周波数［ＬＲ（◆）］及び反共振周波数［ＬＡ（●）］より小さくなり、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が期待できず、振動効率が低下する。

また、図１１と図１４を参照すると、湾入比率（ｘ／ｗ）が約０.５より大きい場合には、第２の屈曲振動モードの共振周波数［ＦＲ（◇）］及び反共振周波数［ＦＡ（○）］が第１の伸縮振動モードの共振周波数［ＬＲ（◆）］及び反共振周波数［ＬＡ（●）］より大きくなり、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が期待できず、振動効率が低下する。

しかし、図１１と図１２を参照すると、湾入比率（ｘ／ｗ）が約０.１乃至０.５の間の範囲にある場合には、第２の屈曲振動モードの共振周波数［ＦＲ（◇）］及び反共振周波数［ＦＡ（○）］が第１の伸縮振動モードの共振周波数［ＬＲ（◆）］及び反共振周波数［ＬＡ（●）］の間の範囲に位置するようになるため、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が発生するようになり、これにより振動効率が大きく向上する。

即ち、圧電体１１０及び摩擦部材１３０の材質の特性と大きさによって僅かな差異があることがあるが、湾入比率（ｘ／ｗ）が約０.１乃至０.５の間にある場合には、摩擦部材１３０の質量による影響が、第１の伸縮振動モードと第２の屈曲振動モードの振動の変化に類似な程度に及ぶため、伸縮振動モードの共振周波数と反共振周波数の間に屈曲振動モードの共振周波数と反共振周波数が位置し、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が発生して振動効率が極大化し、圧電モータ１００の駆動を容易に制御できる。

また、摩擦部材１３０の付着による摩擦部材１３０の質量による影響が第１の伸縮振動モードと第２の屈曲振動モードの振動の変化に類似な程度に及ぶという点で、凹部１１１が圧電体１１０に複数個形成され、摩擦部材１３０が夫々の凹部１１１に湾入し固定される場合にも、湾入比率（ｘ／ｗ）が約０.１乃至０.５の間にある場合、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が保持されることができ、振動効率の極大化が可能である。

しかし、湾入比率（ｘ／ｗ）が０.１より小さい場合には、第２の屈曲振動モードが摩擦部材１３０の質量による影響を相対的に多く受け、第２の屈曲振動モードの減少量が第１の伸縮振動モードよりはるかに大きくなり、これによって第２の屈曲振動モードの周波数は第１の伸縮振動モードの共振周波数及び反共振周波数より小さくなり、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が期待できず、振動効率が低下するという問題点がある。

そして、湾入比率（ｘ／ｗ）が０.５より大きい場合には、第１の伸縮振動モードが摩擦部材１３０の質量による影響を相対的に多く受け、第１の伸縮振動モードの減少量が第２の屈曲振動モードの場合よりはるかに大きくなり、これによって第２の屈曲振動モードの周波数は第１の伸縮振動モードの共振周波数及び反共振周波数より大きくなり、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が期待できず、振動効率が低下するという問題点がある。

即ち、湾入比率（ｘ／ｗ）が０.１より小さい場合及び０.５より大きい場合には、摩擦部材１３０の付着による質量効果が圧電モータ１００の駆動周波数に大きな影響を及ぼすようになり、振動の特性に大きな変化をもたらすため、圧電モータを効果的に駆動し制御するのが困難になるという問題点がある。

図８を参照して、摩擦部材１３０の形状について説明する。

図８（ａ）、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に図示されたように、摩擦部材１３０の形状は特に制限されない。即ち、摩擦部材１３０は図８（ａ）に図示されたように、角形の断面を有することもでき、図８（ｃ）に図示されたように、円形の断面を有することもできる。

しかし、摩擦部材１３０がスライダーまたはロータと接触して楕円振動を伝達するという点で、前記摩擦部材１３０は圧電体１１０から外部に突出した部部が曲面を含むことが好ましい。

即ち、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に図示されたように、円形または楕円形の断面を有するか、外側に突出した部分が半円形または楕円形の断面を有することが好ましい。

上記実施形態において、圧電体１１０の凹部１１１と、摩擦部材１３０における圧電体１１０に対向する部分とは対応する形状を有しており、摩擦部材１３０の当該部分が凹部１３０に嵌め合わされる。これにより、簡便な固定方法で、摩擦部材１３０が圧電体１１０に対してぶれることを抑えることができる。

従来の技術による圧電モータの構造を示す概略図である。 一般的な圧電モータの構造を示す斜視図である。 一般的な圧電モータの構造を示す正面図である。 一般的な圧電モータの周波数とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を図示したグラフである。 一般的な圧電モータの周波数に対する位相を図示したグラフである。 本実施例による圧電モータの構造を示す分解斜視図である。 本実施例による圧電モータの構造を示す結合状態の斜視図である。 本実施例による圧電モータの構造を示す正面図である。 本実施例による圧電モータの周波数とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）との関係を図示したグラフである。 本実施例による圧電モータの周波数に対する位相を図示したグラフである。 本実施例による圧電モータの構造を示す正面図である。 本実施例による圧電モータの構造を示す斜視図である。 他の実施例の正面図である。 他の実施例の正面図である。 摩擦部材を付着していない状態で、圧電モータの夫々の振動モードに対する周波数を示すグラフである。 摩擦部材を付着していない状態で、圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材を付着していない状態で、圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材を付着していない状態で、圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、屈曲振動モードの反共振周波数（ａｎｔｉ-ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）における振動モードの形態である。 摩擦部材を付着していない状態で、圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、伸縮振動モードの反共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率による圧電モータの夫々の振動モードに対する周波数を示すグラフである。 摩擦部材の湾入比率が０.２であるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０.２であるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０.２であるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、屈曲振動モードの反共振周波数（ａｎｔｉ-ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０.２であるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、伸縮振動モードの反共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０であるとき、即ち、摩擦部材が圧電体の表面に付着するときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０であるとき、即ち、摩擦部材が圧電体の表面に付着するときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０.８であるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、伸縮振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０.８であるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、伸縮振動モードの反共振周波数における振動モードの形態である。 摩擦部材の湾入比率が０.８であるときの圧電モータの夫々の振動モードの形態を示したもので、屈曲振動モードの共振周波数における振動モードの形態である。

符号の説明

１００ 圧電モータ
１１０ 圧電体
１１１ 凹部
１３０ 摩擦部材

Claims (6)

1. 印加される電源により第１の振動モードと第２の振動モードを同時に発生させる圧電体と、
   前記圧電体の一側に陥没し形成された凹部に一部分が湾入し固定されて、前記圧電体において発生した振動により楕円運動をする摩擦部材と、
   を含む圧電モータ。
2. 前記摩擦部材の厚さをｗ、前記摩擦部材が前記凹部に湾入した深さをｘとする場合、湾入比率（ｘ／ｗ）に関して、以下の条件数式を満足することを特徴とする請求項１に記載の圧電モータ。
   ［条件数式］０．１≦ｘ／ｗ≦０．５
3. 前記圧電体の凹部は、前記圧電体に複数個形成され、
   前記摩擦部材は、前記夫々の凹部に湾入し固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電モータ。
4. 前記摩擦部材は、円形の断面または角形の断面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電モータ。
5. 前記摩擦部材は、前記圧電体から外部に突出した部分が曲面を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電モータ。
6. 前記第１の振動モードは、前記圧電体の長さ方向に発生する伸縮振動モードで、前記第２の振動モードは、前記圧電体の厚さ方向に発生する屈曲振動モードであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電モータ。

Images