JP6269223B2 - 圧電モーター - Google Patents

Description

本発明は、圧電モーターに関する。

圧電モーターは、高周波の交流電圧等の駆動電圧を機械的振動に変換する圧電素子と、圧電素子によって駆動される被駆動体とを有する駆動装置である。この圧電モーターの形態として、ローターや長手形状の部材を被駆動体とする圧電モーターが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。圧電モーターは、圧電素子の屈曲振動を、圧電素子を含む振動体から突出する凸部を介して伝達し、ローターを所定の方向に回転させるものである。

このような圧電モーターの用途として、近年、ロボットハンド（ロボット）の駆動手段としての用途が注目されている。ロボットハンドは、精密かつ正確な動作を必要とするため、ロボットハンドの駆動手段として用いられる圧電モーターでは、ローターの回転速度が安定していることが求められる。

特許文献１に記載の圧電モーターでは、振動体の各電極への通電パターンの選択により振動体の振動パターンを変更して、振動体の凸部の振動の方向を変え、これにより、ローターを正方向と逆方向（反時計回りと時計回り）のいずれの方向にも回転させることができるように構成されている。また、特許文献１に記載の圧電モーターでは、コイルバネにより振動体を長手形状の被駆動体に向けて付勢し、特許文献２に記載の圧電モーターでは、板バネにより振動体をローターに向けて付勢している。

特開２０１３−２３００１８号公報 特許３７１９０６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の圧電モーターでは、コイルバネにより振動体が長手形状の被駆動体に向けて付勢されているので、その振動体が不安定で、ガタツキがあり、このため、十分な振動特性が得られないという問題があった。

また、特許文献２に記載の圧電モーターでは、特許文献１のような駆動を行ってローターを正逆両方向に回転可能にした場合、圧電モーターを駆動していないときのブレーキ力として、ローターの正方向の回転に対するブレーキ力と、逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じてしまうという問題があった。

本発明の目的は、振動体を安定させることができ、十分な振動特性が得られ、また、被駆動体の正方向と逆方向の回転に対するブレーキ力に差が生じることを抑制することができきる圧電モーター提供することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

（適用例１）
本発明に係わる圧電モーターは、回転可能に設けられた被駆動体に当接する接触部と、前記接触部の前記被駆動体と反対側に設けられた圧電素子と、を有し、前記圧電素子に電圧を印加することにより振動して、前記被駆動体に力を加えることにより前記被駆動体を回転させる振動体と、
前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
基台と、
前記保持部と前記基台とを連結し、前記保持部を介して前記接触部を前記被駆動体に向けて付勢する１対の弾性体と、を備え、
前記弾性体の前記基台に固定されている第１部分と前記弾性体の前記保持部に固定されている第２部分とを結ぶ第１の直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分と前記被駆動体の回転中心とを結ぶ第２の直線に直交する第３の直線とのなす角度θ１が、５°以下であることを特徴とする。

これにより、振動体のガタツキ等を抑制し、振動体を安定させることができ、十分な振動特性が得られる。

また、圧電モーターを駆動していないときのブレーキ力として、被駆動体の正方向の回転に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制することができる。

（適用例２）
本発明に係わる圧電モーターでは、前記第１の直線と前記第３の直線とは、平行であることが好ましい。

これにより、被駆動体の正方向の回転に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制する効果を向上させることができる。

（適用例３）
本発明に係わる圧電モーターでは、前記被駆動体は、横断面形状が円形状であることが好ましい。
これにより、被駆動体を円滑に回転させることができる。

（適用例４）
本発明に係わる圧電モーターは、移動可能に設けられた被駆動体に当接する接触部と、前記接触部の前記被駆動体と反対側に設けられた圧電素子と、を有し、前記圧電素子に電圧を印加することにより振動して、前記被駆動体に力を加えることにより前記被駆動体を移動させる振動体と、
前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
基台と、
前記保持部と前記基台とを連結し、前記保持部を介して前記接触部を前記被駆動体に向けて付勢する１対の弾性体と、を備え、
前記弾性体の前記基台に固定されている第１部分と前記弾性体の前記保持部に固定されている第２部分とを結ぶ直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分の移動方向とのなす角度θ２が、５°以下であることを特徴とする。

これにより、振動体のガタツキ等を抑制し、振動体を安定させることができ、十分な振動特性が得られる。

また、圧電モーターを駆動していないときのブレーキ力として、被駆動体の正方向の移動に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の移動に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制することができる。

（適用例５）
本発明に係わる圧電モーターでは、前記直線と前記移動方向とは、平行であることが好ましい。

これにより、被駆動体の正方向の移動に対するブレーキ力と、被駆動体の逆方向の移動に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制する効果を向上させることができる。

（適用例６）
本発明に係わる圧電モーターでは、前記被駆動体は、横断面形状が長手形状であることが好ましい。
これにより、被駆動体を円滑に移動させることができる。

（適用例７）
本発明に係わる圧電モーターでは、前記弾性体は、板バネであることが好ましい。

これにより、振動体のガタツキ等を抑制し、振動体を安定させる効果を向上させることができる。

（適用例８）
本発明に係わる圧電モーターでは、前記振動体は、前記接触部が前記被駆動体に対して接触および離間するような第１楕円軌跡を描くように振動する第１振動モードと、
前記接触部が前記第１楕円軌跡とは方向が逆であり、前記被駆動体に対して接触および離間するような第２楕円軌跡を描くように振動する第２振動モードとを、有することが好ましい。

これにより、圧電モーターを用いた装置における駆動パターンを増加させることができ、また、圧電モーターの用途を拡大することができる。

（適用例９）
前記被駆動体を有することが好ましい。

これにより、別途被駆動体を用意することなく、被駆動体付の圧電モーターを提供することができ、被駆動体を含む圧電モーターの組み付け作業を容易に行うことができる。

本発明の圧電モーターの第１実施形態を示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線での断面図である。 図１に示す圧電モーターの振動体の斜視図である。 図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。 図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。 図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。 図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。 図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。 本発明と異なる圧電モーターの停止時の状態を説明するための図である。 本発明の圧電モーターの第２実施形態を示す平面図である。

以下、本発明の圧電モーターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の圧電モーターの第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線での断面図である。図３は、図１に示す圧電モーターの振動体の斜視図である。図４は、図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図５は、図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図６は、図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図７は、図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図８は、図１に示す圧電モーターの動作を説明するための振動体の図である。図９は、本発明と異なる圧電モーターの停止時の状態を説明するための図である。

なお、以下では、説明の都合上、図２、図３中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。

また、図１〜図８には、互いに直交する３つの軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が図示されている。ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」という。また、ｘ軸とｙ軸で規定される平面を「ｚｙ平面」と言い、ｙ軸とｚ軸で規定される平面を「ｙｚ平面」と言い、ｚ軸とｘ軸で規定される平面を「ｘｚ平面」と言う。また、ｘ方向、ｘ方向およびｚ方向において、矢印先端側を「＋（正）側」、矢印基端側を「−（負）側」とする（第２実施形態の図１０も同様）。

また、図９では、すべての部材ではなく、説明に必要な部材を図示し、また、図９（ｂ）、図９（ｄ）では、理解を容易にするため、板バネの変形を極端に図示している。

――基本構成――
圧電モーター１は、電圧の印加により振動する振動体２を有する振動部１０と、回転可能な円盤状のローター（被駆動体）５と、振動部１０とローター５とを支持する支持体６とを有している。なお、ローター５は、換言すれば、横断面形状が円形状の被駆動体である。

圧電モーター１は、振動体２が振動することにより、ローター５に動力（駆動力）を伝達して回転（駆動）させる装置である。以下、圧電モーター１が有する各部について順次説明する。

――振動部１０――
振動部１０は、振動体２と、振動体２を振動可能に保持する保持部（保持機構）３と、基台４と、保持部３と基台４とを連結し、保持部３を介して振動体２の後述する凸部２６をローター５に向けて付勢する１対の板バネ（弾性体）７１、７２とを備えている。

――振動体２――
振動体２は、長方形の板状をなし、図２および図３の上側から４つの電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄと、板状の圧電素子２２と、凸部（接触部）２６および４つの連結部２７を有する振動板である補強板（シム）２３と、板状の圧電素子２４と、４つの電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄ（図３中、電極２５ａおよび２５ｂは、図示せず、各符号のみを括弧内に示す）とをこの順に積層して構成されている。なお、図２および図３では、厚さ方向を誇張して示している。

この振動体２は、電圧の印加により圧電素子２２および２４が変形することにより振動して、凸部２６を介してローター５に動力を伝達して、ローター５を回転させる。

圧電素子２２および２４は、それぞれ、長方形状をなし、補強板２３の両面にそれぞれ固着されている。

これらの圧電素子２２および２４は、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長または収縮し、電圧の印加を中止することにより、元の形状に戻る。

圧電素子２２および２４の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。

この圧電素子２２の上面には、この上面を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄが設置されている。同様に、圧電素子２４の下面には、この下面を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄが設置されている。

なお、電極２１ａと電極２５ａ、電極２１ｂと電極２５ｂ、電極２１ｃと電極２５ｃ、および、電極２１ｄと電極２５ｄが、それぞれ、振動体２の厚さ方向に対向して配置されている。

図３に示すように、一方の対角線上の電極２１ａおよび２１ｃと、これらの裏側に位置する電極２５ａおよび２５ｃとは、すべて電気的に接続されている。同様に、他方の対角線上の電極２１ｂおよび２１ｄと、これらの裏側に位置する電極２５ｂおよび２５ｄとは、すべて電気的に接続されている。

補強板２３は、振動体２全体を補強する機能を有しており、振動体２が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板２３の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。

この補強板２３は、圧電素子２２および２４よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体２を高い効率で振動させることができる。

また、補強板２３は、接地（グランド電位に接続）されており、圧電素子２２および２４に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子２２には、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄのうちの所定の電極と、補強板２３とによって電圧が印加され、圧電素子２４には、電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄのうちの所定の電極と、補強板２３とによって電圧が印加される。

なお、補強板２３を圧電素子２２および２４に対する共通電極として用いずに、例えば、補強板２３と圧電素子２２との間および補強板２３と圧電素子２４との間に、それぞれ圧電素子２２および圧電素子２４に対する共通電極をさらに設けてもよい。

また、補強板２３の長手方向の一端部（ローター５側の端部）には、凸部２６が一体的に形成されている。換言すれば、圧電素子２２、２４は、それぞれ、凸部２６のローター５と反対側に設けられている。

凸部２６は、振動体２の幅方向中央に位置しており、その先端が平面視で半円状をなしている。なお、凸部２６の形状や位置は、これに限定されないことは、言うまでもない。

この凸部２６は、振動体２が振動することによりローター５に当接したり、ローター５から離間したりする。

また、補強板２３の４箇所には、それぞれ、振動体２を振動可能に、補強板２３を保持部３に連結する連結部２７が一体的に形成されている。各連結部２７は、補強板２３の図１中右側の２箇所と、左側の２箇所とに、互いに線対称となるように配置されている。

――保持部――
保持部３は、振動体２の振動を阻害しないように構成され、振動体２を振動可能に保持している。この保持部３は、互いに離間するように配置された１対の支柱３１、３２と、支柱３１の上側の端部と支柱３２の下側の端部とを連結する連結部３３とを有している。

振動体２は、支柱３１と支柱３２との間に配置され、図１中左側の２つの連結部２７がそれぞれネジ１１５、１１７で支柱３１に固定され、図１中右側の２つの連結部２７がそれぞれネジ１１６、１１８で支柱３２に固定されている。

保持部３の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料、各種セラミック材料等を用いることができる。

――基台――
基台４は、振動体２を保持した保持部３を１対の板バネ７１、７２を介して支持し、支持体６に固定されている。基台４の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしている。

１対の板バネ７１、７２は、互いに離間しており、保持部３の全体を挟んだ状態で、その保持部３と基台４とを連結している。この場合、板バネ７１の一方（図１中左側）の端部である第１部分７１１が、基台４の上側の端部にネジ１１１で固定され、板バネ７１の他方（図１中右側）の端部である第２部分７１２が、保持部３の支柱３１の上側の端部にネジ１１２で固定されている。同様に、板バネ７２の一方（図１中左側）の端部である第１部分７２１が、基台４の下側の端部にネジ１１３で固定され、板バネ７２の他方（図１中右側）の端部である第２部分７２２が、保持部３の支柱３２の下側の端部にネジ１１４で固定されている。

そして、板バネ７１、７２は、それぞれ、弾性変形し、振動体２を保持している保持部３をローター５に向けて付勢している。すなわち、板バネ７１、７２は、それぞれ、保持部３を介して振動体２の凸部２６をローター５に向けて付勢している。これにより、振動体２によるローター５への動力伝達を効率良く行うことができる。

また、板バネ７１、７２の形状は、それぞれ特に限定されないが、本実施形態では、Ｓ字状をなしている。なお、板バネ７１、７２は、それぞれ、外力が付与されていない自然状態で平板状をなし、取り付けられて弾性変形した状態でＳ字状をなすようなものでもよく、また、外力が付与されていない自然状態でもＳ字状をなすようなものでもよい。

また、板バネ７１と板バネ７２とは、互いの長さが等しく設定されている。また、板バネ７１と板バネ７２とは、互いに平行に配置されている。すなわち、板バネ７１の第１部分７１１と第２部分７１２とを結ぶ直線（第１の直線）９１と、板バネ７２の第１部分７２１と第２部分７２２とを結ぶ直線（第１の直線）９４とが平行である。

また、図２に示すように、板バネ７１の振動体２の凸部２６と対面する位置に、凸部２６よりも大きい貫通孔７１３が設けられており、凸部２６が楕円運動を行っても、凸部２６が板バネ７１と干渉しないようになっている。

このように、１対の板バネ７１、７２を用いることにより、圧電モーター１の幅方向（振動体２の屈曲方向）の寸法を小さくすることができ、これにより、圧電モーター１を小型化することができる。また、振動体２のガタツキ等を抑制し、振動体２を安定させることができ、十分な振動特性が得られる。

――ローター――
このような構成の振動部１０のＸ軸方向前方には、ローター５が配置されている。

ローター５は、支持体６に立設された棒状の軸部５１を回転中心として、正方向（時計回り）およびその逆方向である負方向（反時計回り）に回転可能に保持されている。

そして、このようなローター５の外周面５２に、振動体２が振動することによって、凸部２６が繰り返し当接する。
以上、圧電モーター１の基本的な構成について説明した。

――駆動――
次に、圧電モーター１の動作について説明する。

圧電モーター１は、一定周期で振動体に２に正電圧を印加することで、凸部２６が楕円軌道を描くように振動体２を振動させ、この振動によってローター５を回転する。以下、凸部２６が楕円軌道を描く理由を図４〜図８に基づいて説明する。

――凸部の動き――
圧電素子２２および２４は、前述したように、正電圧の印加と解除とを繰り返す（一定の周期で正電荷が印加される）ことで、その長手方向に伸長する動作と元の形状に戻る動作（伸張している状態から収縮する動作）とを繰り返す。そのため、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄに一定周期で通電し、これら電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄと、補強板２３との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子２２および２４は収縮および伸長を繰り返す。

これらの伸長および収縮に伴って、振動体２全体は、ＸＹ平面内で、図４（ａ）（ｂ）に示すような伸縮振動（縦振動）をする。

また、電圧を印加する周波数を変化させていくと、ある特定の周波数となったときに伸縮量が急に大きくなり、一種の共振現象が発生する。伸縮振動で共振が発生する周波数（共振周波数）は、振動体２の物性と、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）等の諸条件によって決定される。

一方、電極２１ａ、２１ｃ、２５ａおよび２５ｃに一定周期で通電し、これら電極２１ａ、２１ｃ、２５ａおよび２５ｃと、補強板２３との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子２２の電極２１ａおよび２１ｃに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ａおよび２５ｃに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。

これに対して、電極２１ｂ、２１ｄ、２５ｂおよび２５ｄは通電されていないため、圧電素子２２の電極２１ｂおよび２１ｄに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ｂおよび２５ｄに対応する部分とは、伸縮したり伸長したりはしない。

このような伸長および伸縮に伴って、振動体２全体は、ＸＹ平面内で、図５（ａ）（ｂ）に示すような屈曲振動をする。

また、電極２１ｂ、２１ｄ、２５ｂおよび２５ｄに一定周期で通電し、これら電極２１ｂ、２１ｄ、２５ｂおよび２５ｄ、補強板２３との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子２２の電極２１ｂおよび２１ｄに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ｂおよび２５ｄに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。

これに対して、電極２１ａ、２１ｃ、２５ａおよび２５ｃは通電されていないため、圧電素子２２の電極２１ａおよび２１ｃに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ａおよび２５ｃに対応する部分とは、伸縮したり伸長したりはしない。

このような伸長および伸縮に伴って、振動体２全体は、ＸＹ平面内で、図６（ａ）（ｂ）に示すような屈曲振動をする。

なお、図５および図６に示す屈曲振動についても、振動体２の物性と、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）等の諸条件によって決まる共振周波数が存在する。

上述したとおり、図４に示す伸縮振動の共振周波数も、図５または図６に示す屈曲振動の共振周波数も、振動体２の物性や、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）等によって決定される。したがって、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）を適切に選んでやれば共振周波数を一致または互いに接近させることができる。そして、そのような振動体２に対して、図５または図６に示すような屈曲振動の形態の電圧を共振周波数で印加すると、図５または図６に示す屈曲振動が生じると同時に、図４に示す伸縮振動も誘起される。

その結果、図５に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体２は、図７に示すように、凸部２６が矢印ＤＬ１（図面上で時計回り）の楕円軌道（第１楕円軌道）を描くよう振動する。このような振動を第１振動モードという。

一方、図６に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体２は、図８に示すように、凸部２６が矢印ＤＲ２（図面上で反時計回り）の楕円軌道（第２楕円軌道）を描くよう振動する。このような振動を第２振動モードという。

なお、以上の説明では振動体２に正電圧を印加するものとして説明したが、圧電素子２２および２４は、負電圧を印加することによっても変形する。したがって、振動体２に負電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良いし、正電圧と負電圧とを繰り返すような交番電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良い。

また、上述した説明では、共振周波数の電圧を印加するものとして説明したが、共振周波数を含んだ波形の電圧を印加すれば十分であり、例えばパルス状の電圧であっても構わない。

――ローターの動き――
振動体２は、このような第１振動モードまたは第２振動モードを利用して、ローター５を回転させる。

具体的には、図７に示すように、第１振動モードで振動体２を振動させると、振動体２は、凸部２６が矢印ＤＬ１の楕円軌道を描くよう振動するので、ローター５は、凸部２６から受ける摩擦力によって図７中矢印ＳＲで示すように反時計回りに回転する。

一方、図８に示すように、第２振動モードで振動体２を振動させると、振動体２は、図８に示すように、凸部２６が矢印ＤＲ２の楕円軌道を描くよう振動するので、ローター５は、凸部２６から受ける摩擦力によって図８中矢印ＳＬで示すように時計回りに回転する。

このようにしてローター５は、振動体２の振動によって時計回りまたは反時計回りに回転する。

このような圧電モーター１では、補強板２３（圧電素子２２、２４）の厚さ方向から見たとき、すなわち、ローター５の回転中心軸５４の方向から見たとき、板バネ７１の第１部分７１１と第２部分７１２とを結ぶ直線（第１の直線）９１および板バネ７２の第１部分７２１と第２部分７２２とを結ぶ直線（第１の直線）９４と、ローター５の凸部２６との当接部分（接点）５３とローター５の回転中心５０とを結ぶ直線（第２の直線）９２に直交する直線（第３の直線）９３とのなす角度θ１が、５°以下に設定されている。この角度θ１は、３°以下であることが好ましく、１°以下であることがより好ましく、０°であること、すなわち、直線９１と直線９３とが平行であることがさらに好ましい。なお、前記角度θ１が５°以下とは、その角度θ１が０°の場合、すなわち、直線９１と直線９３とが平行の場合も含まれる。

角度θ１が前記上限値よりも大きいと、圧電モーター１を駆動していないときのブレーキ力として、ローター５の正方向の回転に対するブレーキ力と、ローター５の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じてしまう。以下、その理由を説明する。

図９（ａ）に示すように、圧電モーター１が停止し、凸部２６とローター５との間の摩擦力によりブレーキがかかっているとき、ローター５に対し、そのローター５を矢印１２１の方向に回転させる外力が加わると、ローター５から凸部２６に矢印１２２の方向の力が加わり、これにより、振動体２を保持している保持部３に矢印１２２の方向の力が加わる。これにより、板バネ７１は、図９（ｂ）に示すように、屈曲する方向に弾性変形し、これによって、板バネ７１の付勢力が減少し、ローター５を矢印１２１の方向に回転させることを阻止するブレーキ力が減少する。なお、板バネ７２についても同様である。

一方、図９（ｃ）に示すように、圧電モーター１が停止し、凸部２６とローター５との間の摩擦力によりブレーキがかかっているとき、ローター５に対し、そのローター５を矢印１２３の方向に回転させる外力が加わると、ローター５から凸部２６に矢印１２４の方向の力が加わり、これにより、振動体２を保持している保持部３に矢印１２４の方向の力が加わる。これにより、板バネ７１は、図９（ｄ）に示すように、伸長する方向に弾性変形し、これによって、板バネ７１の付勢力が増大し、ローター５を矢印１２３の方向に回転させることを阻止するブレーキ力が増大する。なお、板バネ７２についても同様である。

このようにして、ローター５の正方向の回転に対するブレーキ力と、ローター５の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じる。

但し、圧電モーター１では、角度θ１を前記のように設定するので、圧電モーター１を駆動していないときのブレーキ力として、ローター５の正方向の回転に対するブレーキ力と、ローター５の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制することができる。

また、本実施形態では、板バネ７１、７２による振動体２の押圧方向（付勢方向）９５と、直線９１、９４とは、直交しておらず、所定角度傾斜している。

以上説明したように、この圧電モーター１では、板バネ７１、７２を用いているので、振動体２のガタツキ等を抑制し、振動体２を安定させることができ、十分な振動特性が得られる。

また、圧電モーター１を駆動していないときのブレーキ力として、ローター５の正方向の回転に対するブレーキ力と、ローター５の逆方向の回転に対するブレーキ力とに差が生じることを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の圧電モーターの第２実施形態を示す平面図である。

以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図１０に示すように、第２実施形態の圧電モーター１は、被駆動体として、ローター５に代えて、横断面形状が長手形状の被駆動体、すなわち、スライダー８を備えている。

スライダー８は、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしており、その長手方向（軸方向）に移動可能に設置されている。圧電モーター１は、振動体２が振動することにより、スライダー８に動力（駆動力）を伝達して移動（駆動）させる装置である。

このスライダー８には、２つのローラー８０ａ、８０ｂと、スライダー８の移動を規制する２つの凸部（移動規制手段）８３ａ、８３ｂが設けられている。

２つのローラー８０ａ、８０ｂ同士は、所定距離離間して、図１０中左右方向に並設されている。そして、２つのローラー８０ａ、８０ｂは、それぞれ、スライダー８の一方（図１０中上側）の面に、スライダー８と平行な姿勢で、正逆両方向に回転可能に中心に位置する軸８１ａ、８１ｂで支持されている。

また、ローラー８０ａ、８０ｂの周面（外周面）には、それぞれ、溝８２ａ、８２ｂが外周に沿って形成されている。そして、これらローラー８０ａの溝８２ａ内およびローラー８０ｂの溝８２ｂ内に、それぞれ、スライダー８が配設されている（位置している）。

また、凸部８３ａは、８スライダーのローラー８０ａよりも図１０中左側の端部に位置し、凸部８３ｂは、スライダー８のローラー８０ｂよりも図１０中右側の端部に位置している。

なお、凸部の位置や数は、これに限らず、例えば、２つのローラー８０ａ、８０ｂの間に配置してもよく、また、凸部の数は、１つであってもよい。また、ローラーの数もこれに限定されない。

この圧電モーター１では、前述した第１実施形態と同様に、補強板２３（圧電素子２２、２４）の厚さ方向から見たとき、直線９１および９４と、スライダー８の凸部２６との当接部分８４（接点）の移動方向９６とのなす角度θ２が、５°以下に設定されている。これにより、圧電モーター１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、角度θ２は、第１実施形態における角度θ１と同様に設定することが好ましい。この場合、第１実施形態のθ１をθ２と読み替え、第１実施形態の直線９３を移動方向９６と読み替えればよい。

以上、本発明の圧電モーターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、前記実施形態では、被駆動体は、圧電モーターの構成要素であるが、本発明では、これに限定されず、被駆動体は、圧電モーターの構成要素に含まれていなくてもよい。

また、前記実施形態では、被駆動体として、ローターと、スライダーとを例に挙げて説明したが、本発明では、被駆動体は、これに限定されない。回転可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記円形に限定されず、例えば、２０角形等の多角形等が挙げられる。また、移動可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記一方向に長い四角形に限定されず、例えば、湾曲した棒状等が挙げられる。また、被駆動体は、剛体であってもよく、また、可撓性を有していてもよい。

また、本発明の圧電モーターの用途は、特に限定されず、本発明の圧電モーターは、例えば、各種ロボットの関節の駆動、ハンド等の各種のエンドエフェクターの駆動等、各種の装置の所定の部位の駆動に用いることができる。

１…圧電モーター
１０…振動部
２…振動体
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…電極
２２、２４…圧電素子
２３…補強板
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…電極
２６…凸部
２７…連結部
３…保持部
３１、３２…支柱
３３…連結部
４…基台
５…ローター
５０…回転中心
５１…軸部
５２…外周面
５３…当接部分
５４…回転中心軸
６…支持体
７１、７２…板バネ
７１１、７２１…第１部分
７１２、７２２…第２部分
７１３…貫通孔
８…スライダー
８０ａ、８０ｂ…ローラー
８１ａ、８１ｂ…軸
８２ａ、８２ｂ…溝
８３ａ、８３ｂ…凸部
８４…当接部分
９１〜９４…直線
９５…押圧方向
９６…移動方向
１１１〜１１８…ネジ
１２１〜１２４…矢印

Claims (9)

1. 回転可能に設けられた被駆動体に当接する接触部と、前記接触部の前記被駆動体と反対側に設けられた圧電素子と、を有し、前記圧電素子に電圧を印加することにより振動して、前記被駆動体に力を加えることにより前記被駆動体を回転させる振動体と、
   前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
   基台と、
   前記保持部と前記基台とを連結し、前記保持部を介して前記接触部を前記被駆動体に向けて付勢する１対の弾性体と、を備え、
   前記弾性体の前記基台に固定されている第１部分と前記弾性体の前記保持部に固定されている第２部分とを結ぶ第１の直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分と前記被駆動体の回転中心とを結ぶ第２の直線に直交する第３の直線とのなす角度θ１が、５°以下であり、
   前記振動体は、長方形の板状をなし、前記接触部は、前記振動体の長手方向の一端部に配置されており、
   前記１対の弾性体は、前記振動体の長手方向の一端側と他端側とに配置されていることを特徴とする圧電モーター。
2. 前記第１の直線と前記第３の直線とは、平行である請求項１に記載の圧電モーター。
3. 前記被駆動体は、横断面形状が円形状である請求項１または２に記載の圧電モーター。
4. 移動可能に設けられた被駆動体に当接する接触部と、前記接触部の前記被駆動体と反対側に設けられた圧電素子と、を有し、前記圧電素子に電圧を印加することにより振動して、前記被駆動体に力を加えることにより前記被駆動体を移動させる振動体と、
   前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
   基台と、
   前記保持部と前記基台とを連結し、前記保持部を介して前記接触部を前記被駆動体に向けて付勢する１対の弾性体と、を備え、
   前記弾性体の前記基台に固定されている第１部分と前記弾性体の前記保持部に固定されている第２部分とを結ぶ直線と、前記被駆動体の前記接触部との当接部分の移動方向とのなす角度θ２が、５°以下であり、
   前記振動体は、長方形の板状をなし、前記接触部は、前記振動体の長手方向の一端部に配置されており、
   前記１対の弾性体は、前記振動体の長手方向の一端側と他端側とに配置されていることを特徴とする圧電モーター。
5. 前記直線と前記移動方向とは、平行である請求項４に記載の圧電モーター。
6. 前記被駆動体は、横断面形状が長手形状である請求項４または５に記載の圧電モーター。
7. 前記弾性体は、板バネである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電モーター。
8. 前記振動体は、前記接触部が前記被駆動体に対して接触および離間するような第１楕円軌跡を描くように振動する第１振動モードと、
   前記接触部が前記第１楕円軌跡とは方向が逆であり、前記被駆動体に対して接触および離間するような第２楕円軌跡を描くように振動する第２振動モードとを、有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電モーター。
9. 前記被駆動体を有する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧電モーター。

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