JP6501487B2 - 超音波モータ及び超音波モータを用いた駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は超音波モータに関し、特に弾性体を板状としたリニア用の超音波モータに関する。また、本発明は超音波モータを用いた駆動装置に関し、前述の超音波モータを備えた駆動装置に関する。

従来、小型軽量、高速駆動、かつ、静音駆動を特徴とする超音波モータは撮像装置のレンズ鏡筒等に採用されていた。この中でもリニア駆動用の超音波モータとして以下のような超音波モータが特許文献１に開示されている。

図２０は、従来の超音波モータ６００の構成を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）及び（ｄ）は側面図、（ｅ）は底面図である。図２０において、振動板６０１は長方形の面を有し、振動板６０１の長方形状の面に２つの突起６０１ａ及び６０１ｂが設けられている。

長方形状を有し高周波振動する圧電素子６０２は、振動板６０１の突起６０１ａ及び６０１ｂと反対側の面に貼り付けられている。圧電素子６０２は突起６０２ａ及び６０２ｂの２箇所の領域が同方向に分極され、６０２ａがＡ相に、６０２ｂがＢ相に割り当てられている。分極されていない領域６０２ｃは、圧電素子６０２の裏面６０２ｄの全面電極から側面を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。

また、振動子保持部材（不図示）に対し、直接的、または、間接的に連結される連結部６０１ｃ及び６０１ｄは振動板６０１と同期して移動する。連結部６０１ｃ及び６０１ｄは振動板６０１の長方形状の面の短辺Ｄ２に設けられている。以上説明した通り、振動板６０１と圧電素子６０２によって、超音波モータ６００が構成されている。

図２０（ｅ）には振動板６０１と圧電素子６０２と突起６０１ａ及び６０１ｂが一体となった状態の長辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードの節及び腹が図示されている。また、図２０（ｅ）には短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの節及び腹が図示されている。更に、図２０（ｆ）は長辺Ｄ１方向の曲げ振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を示している。図２０（ｇ）は短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を示している。なお、図２０（ｆ）及び（ｇ）においては突起６０１ａ及び６０１ｂ、連結部６０１ｃ及び６０１ｄ、圧電素子６０２は省略されている。

図２０（ｅ）において、Ｘは短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの腹であり、Ｙ１及びＹ２は長辺Ｄ１方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節である。突起６０１ａ及び６０１ｂは短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの腹（図示Ｘ）の近傍であって、かつ、長辺Ｄ１方向の曲げ振動の２次の固有振動モードの節（図示Ｙ１及びＹ２）の近傍に形成されている。また、図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。

図２１はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図である。（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図２１（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は図２０（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）と対応しており、Ｐ１’からＰ４’へ向かって時間による振動の変化を示している。

また、図２１ａにおいては圧電素子６０２、連結部６０１ｃ及び６０１ｄは省略されている。ここで、（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図２１（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。この超音波モータ６００の駆動原理、及び、速度制御等の詳細については特許文献１に記載されている。

特開２０１２−１６１０７号公報

近年、超音波モータが搭載される電子機器の小型化、特にレンズ駆動装置の小型化の要求は更に高まっている。しかし、以下に説明する通り、従来の超音波モータは、装置の小型化に限界があった。

まず、従来の超音波モータを利用したリニア駆動装置の構成について説明する。図２２は従来の超音波モータを利用したリニア駆動装置７００の概略図である。図２２（ａ）は超音波モータの進行方向から見た図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２２において、超音波モータは振動板６０１、圧電素子６０２を備えている。また、図示されていない枠体に固定され、突起６０１ａ及び６０１ｂが当接し摩擦駆動する摩擦部材７０１、摩擦部材７０１の裏面に回転摺動するローラ７０２を備えている。

超音波モータは更に、振動板６０１を連結部６０１ｃ及び６０１ｄで支持し更にローラ７０２を連結する振動子を保持する保持部材７０３を備えている。また、下端が圧電素子６０２に作用し、上端が保持部材７０３に作用する加圧ばね７０４、被駆動体と連結する駆動伝達部７０５を備えている。加圧ばね７０４の加圧力により突起６０１ａ及び６０１ｂは摩擦部材７０１に圧接され、図２２（ｂ）において矢印Ｂのような円運動による駆動力によって、図示Ｘ方向に推進力を得る。

次に、従来の超音波モータを利用したリニア駆動装置を搭載したレンズ駆動装置の構成について説明する。図２３はレンズ駆動部の概略図であり、（ａ）は光軸方向の正面図、（ｂ）及び（ｃ）は枠体の一部を破断した側面図である。ここで、（ｃ）は（ｂ）に対して更に小型化されたレンズ駆動装置を示している。図２３において、レンズ駆動装置は枠体８０１、レンズ８０２、レンズホルダー８０３、レンズホルダー８０３を支持し光軸方向（図示Ｘ方向）に案内するガイド軸８０４及び８０５を備えている。（ｂ）においてリニア駆動装置７００は振動板６０１と摩擦部材７０１以外が省略されている。図示されていないマイコンからの移動命令に従い、リニア駆動装置７００が相当の距離を移動することにより、レンズホルダー８０３を図中左側の実線位置から図中右側の破線位置８０３’までの範囲で移動させることができる。

以上のように、リニア駆動装置及びレンズ駆動装置を小型化するに当たって障害となる振動板６０１の占有範囲は、レンズホルダー８０３の移動距離Ｌ１と振動板６０１の進行方向の寸法Ｌ２の和となる。従って、（ｂ）に示したレンズ駆動装置全体の小型化を図るためには、振動板の進行方向の寸法Ｌ２の短縮が課題となる。（ｃ）のような小型化されたレンズ駆動装置においては、振動板６０１の進行方向の寸法Ｌ２の短縮が、装置全体の小型化にとって、一層重要な課題となる。

しかし、従来の超音波モータにおいては、図２０に示すように進行方向に長い構成となっているため、進行方向の寸法Ｌ２の短縮には以下のような問題点がある。単純に全長を短縮するために全体を相似縮小すると、圧電素子の面積が小さくなり、圧電効果による変形が少なくなることから、振動振幅は減少してしまう。また、圧電素子と振動板の全体の寸法が小さくなり、共振周波数が高くなることからも、振動振幅は減少してしまう。

この結果、図２１に図示した（ii）の進行方向の振幅が減少するため、推進力が低下することが予想される。更に、図２１に図示した（i）の垂直方向の振幅が減少する結果、スライダの表面粗さに対して（i）の垂直方向の振幅が不足してしまい、推進力が得られないという問題点が生じることも予想される。従って、従来の超音波モータにおける、進行方向の寸法Ｌ２の短縮には限界があった。

以上説明した通り、駆動装置を小型化するためには、超音波モータの進行方向の寸法を短縮しなければならないが、従来の超音波モータの構成では推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮することが困難であった。
そこで、本発明の目的は、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することである。

上記の課題を解決するために、本発明の超音波モータは、長方形の面を有する振動板と、前記振動板に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、前記振動板または前記圧電素子に設けられた突起と、を有し、前記振動板と前記圧電素子と前記突起が一体となった状態のねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に平行または直交する方向の曲げ振動の固有振動モードであり、前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられており、前記ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致するまたは隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであり、前記突起は、前記曲げ振動の１次の固有振動モードの節及び腹のうち、節より腹の近くに位置することを特徴としている。

上記の手段により、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。

本発明に係る実施例１の超音波モータの構成の説明のための図である。 本発明に係る実施例１の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例１の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例１のリニア駆動装置の構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例１のレンズ駆動装置の構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例１の超音波モータの別の構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例１の超音波モータの別の構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例２の超音波モータの構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例２の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例３の超音波モータの構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例３の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例３の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例４の超音波モータの構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例４の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例５の超音波モータの構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例５の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 本発明に係る実施例５の超音波モータの別の構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例６の超音波モータの構成を説明するための図である。 本発明に係る実施例６の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 従来の超音波モータの構成を説明するための図である。 従来の超音波モータの速度制御を説明するための図である。 従来のリニア駆動装置の構成を説明するための図である。 従来のレンズ駆動装置の構成を説明するための図である。

以下、本発明に係る各実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。図面において同一部分は同一符号で示している。

（実施例１）
以下、本発明を実施するための実施例１について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実施例１の超音波モータの構成を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）及び（ｄ）は側面図、（ｅ）は底面図である。図１において、長方形の面を有する振動板１には、振動板１の長方形の面に設けられた２つの突起１ａ及び１ｂが設けられている。突起１ａ及び１ｂは絞り加工により振動板１と一体成型、または別部品を振動板１に接着して形成される。

振動板１の突起１ａ及び１ｂと反対側の面には高周波振動する圧電素子２が貼り付けられている。圧電素子２は２つの領域２ａ及び２ｂが同方向に分極され、このうち２ａがＡ相に、２ｂがＢ相に割り当てられている。分極されていない領域２ｃは、圧電素子２の裏面２ｄの全面電極から側面を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。なお、分極されていない領域２ｃの位置は、圧電素子２の裏面２ｄの全面電極から側面を経由して導通できれば、任意に配置できるため、図示以外の配置も可能である。連結部１ｃ及び１ｄは振動板１と同期して移動する図示されていない後述の保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結され、振動板１の長方形の面の短辺Ｄ２に設けられている。

連結部１ｃ及び１ｄは振動板１と圧電素子２の振動において変位が少ない部分に設けられ、かつ、十分に剛性が弱いので、振動を阻害しにくい形状となっている。従って、連結部１ｃ及び１ｄは振動板１と圧電素子２の振動にほとんど影響を与えない。以上の振動板１と圧電素子２と突起１ａ及び１ｂによって、超音波モータ１０が構成されている。

図１（ｅ）に振動板１と圧電素子２と突起１ａ及び１ｂが一体となった状態の長辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードと短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。また、図１（ｆ）は長辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を、図１（ｇ）は長辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を示している。更に、図１（ｈ）は短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を示している。なお、図１の（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）において突起１ａ及び１ｂ、連結部１ｃ及び１ｄ、圧電素子２は省略されている。

図１（ｅ）において、Ｍａ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸となる節を示している。Ｍａ２はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と平行な腹を示している。Ｍｂ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節を示している。Ｍｂ２及びＭｂ３はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の腹を示している。

Ｎａ１は曲げ振動の１次の固有振動モードの節を示している。Ｎａ２は曲げ振動の１次の固有振動モードの腹を示している。また、図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。

以下、実施例１の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードが、ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これは、長辺Ｄ１方向と短辺Ｄ２方向の寸法、振動板１と圧電素子２の厚さ、振動板１と圧電素子２の剛性等の各設計値が適切な値に設定されているためである。なお、これら各設計値の適切な値の組合せは一通りではなく、さまざまな組合せを設定することができる。

第２の特徴は、図１（ｅ）に示すように、突起１ａ及び１ｂがねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ２に近い位置に設けられていることである。

第３の特徴は、図１（ｅ）に示すように、突起１ａ及び１ｂは曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、節Ｎａ１より腹Ｎａ２に近い位置に設けられていることである。

図２は、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、従来例の図２１に相当する図である。図２（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図２（ｂ）は図１の（ｂ）に対応した正面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。Ｐ１’からＰ４’は、時間による振動の変化を示している。また、圧電素子２、連結部１ｃ及び１ｄは省略されている。ここで、図２（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図２の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。

Ａ相とＢ相に同符号の電圧が印加されている時（図２（ａ）に示すＰ２及びＰ４）から所定の機械的応答遅れ時間の後に、Ａ相とＢ相が同様に伸縮し、曲げ振動の１次の固有振動モードの振幅が最大となる（図２（ｃ）に示す（i））。逆にＡ相とＢ相に異符号の電圧が印加されている時（図２（ａ）に示すＰ１及びＰ３）から所定の機械的応答遅れ時間の後に、Ａ相とＢ相が逆方向に伸縮し、ねじり振動の２次の固有振動モードの振幅が最大となる（図２（ｃ）に示す（ii））。

この結果、突起先端に図示のような円運動が発生するので、図２に示すＸ方向に推進力を得ることができる。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図２と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推進力を得ることができる。

図３はＡ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図である。図３（ａ）〜（ｄ）の意味は図２と同様である。図示の通り、図２と比べて、Ａ相とＢ相に異符号の電圧が印加されている時間がほとんどないので、ねじり振動の２次の固有振動モードの振幅が非常に小さくなる（図３（ｃ）に示す（ii））。この結果、突起先端に図示のような縦長の楕円運動が発生するので、図示Ｘ方向に非常に低速で移動することができる。

実施例１の超音波モータ１０と従来の超音波モータ６００について、図２と図２１を参照して比較すると、従来の超音波モータ６００では長辺Ｄ１方向（図２１において矢印Ｘ方向）に進行している。これ対して、実施例１では短辺Ｄ２方向（図２において矢印Ｘ方向）に進行できるため、超音波モータ１０の進行方向の寸法を短縮することができる。

ここで、図１と図２０を比較すると、実施例１の圧電素子は従来の超音波モータの圧電素子と同等の面積となっている。この結果、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータとほぼ同等の振幅（図２における（i）及び（ii））が得られるため、ほぼ同等の推進力を得ることができる。

以上説明した通り、実施例１の超音波モータ１０は、従来の超音波モータと圧電素子の面積が同等である。従って、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向（図２において矢印Ｘ方向）に進行できる。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。

なお、実施例１において、ねじり振動の固有振動モードはねじり振動の２次の固有振動モード、曲げ振動の固有振動モードは曲げ振動の１次の固有振動モードの例を示したが、その他の高次の振動モードであっても同様の効果を有する。

また本実施例１においては、突起１ａ及び１ｂが２つ設けられ、突起１ａ及び１ｂがねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸と直交する方向の節（Ｍｂ１）を２個はさんでいる例を示した。しかしながら、高次の振動モードを利用する場合は、任意の２個の突起が、ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸と直交する方向の節をはさんでいない、または、偶数個はさんでいるように配置することによって、同様の効果を有する。

図４は、本実施例１の超音波モータ１０を利用したリニア駆動装置１００の概略図である。図４（ａ）は超音波モータの進行方向から見た図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４において、超音波モータ１０は、振動板１及び圧電素子２を備えている摩擦部材３は、振動板１と接触し振動板１の高周波振動によって、振動板１が相対移動する。摩擦部材３に対して振動板１が振動板１の長方形の面のねじり中心軸と直交する方向である短辺方向に相対移動することができる。

超音波モータ１０は、振動板１と同期して移動する振動子（不図示）を保持する保持部材４を備えている。保持部材４は支持部４ａにおいて振動板１を連結部１ｃ及び１ｄで支持し、支持部４ｂにおいて摩擦部材３の裏面に回転摺動するローラ１０１を回転自由に軸支している。加圧ばね１０２は、その下端が圧電素子２に作用し、上端が部分４ｃにおいて保持部材４に作用する。駆動伝達部１０３は保持部材４と後述の図示されていない被駆動体とを連結する。

加圧ばね１０２の加圧力により突起１ａ及び１ｂは摩擦部材３に圧接され、前述の通り図２及び図３の矢印のような円運動による駆動力によって、保持部材４が図示Ｘ方向に推進力を得る。なお、ローラ１０１は駆動の際の摺動抵抗を軽減するために設けられているものであって、転動ボールのような機構でもよい。また、摺動抵抗が許容されるのであれば、直接すべり摩擦で摺動させてもよい。このような構成により、図４のリニア駆動装置１００は、超音波モータ１０を振動板１の長方形の面のねじり中心軸と直交する方向である短辺方向を駆動方向として利用している。

以上説明した通り、実施例１の超音波モータ１０は、従来の超音波モータと圧電素子の面積が同等で、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向に進行できる。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータ１０を用いることによって、リニア駆動装置１００の小型化を達成することができる。

図５は、本発明に係る実施例１の超音波モータを利用したリニア駆動装置１００を搭載したレンズ駆動装置のレンズ駆動部の概略図を示したものであり、（ａ）は光軸方向の正面図、（ｂ）及び（ｃ）は枠体の一部を破断した側面図である。ここで、図５（ｃ）は図５（ｂ）に対して更に小型化されたレンズ駆動装置を示している。図５において、レンズ駆動装置は、駆動伝達部１０３、摩擦部材３、枠体２０１、レンズ２０２、レンズホルダー２０３、レンズホルダー２０３を支持し光軸方向（図示Ｘ方向）に案内するガイド軸２０４及び２０５を備えている。なお、図５（ｂ）においてリニア駆動装置１００は振動板１、摩擦部材３以外の部材が省略されている。

振動板１は枠体２０１に固定された摩擦部材３に沿って移動し、これと同期して保持部材４が移動する。レンズホルダー２０３は駆動伝達部１０３によって、保持部材４と連結された被駆動体であり、保持部材４と同期して移動する。

図示されていないマイコンからの移動命令に従い、保持部材４が図５においてＸ方向に所定の距離を移動することにより、レンズホルダー２０３を実線位置から破線位置２０３’までの範囲で移動させることができる。このような構成により、図５のレンズ駆動装置は、超音波モータ１０を振動板１の長方形の面のねじり中心軸と直交する方向である短辺方向を駆動方向として利用している。

以上説明した通り、実施例１の超音波モータは、従来の超音波モータと圧電素子の面積が同等で、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向に進行できる。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、レンズ駆動装置の小型化を達成することができる。

なお、本実施例１では振動板１が固定された摩擦部材３に沿って移動する例を説明したが、摩擦部材３が固定された振動板１に沿って移動する構成であっても、小型化の効果は低減するが、同様の作用を実現することができる。

また、実施例１では突起１ａ及び１ｂを振動板１に設ける例を説明したが、図６に示すように突起１ａ’及び１ｂ’を圧電素子２側に接着によって、貼り付けても、同様の効果を有する。

実施例１では連結部１ｃ及び１ｄを振動板１のねじり中心軸と直交する短辺Ｄ２に設ける例を説明したが、図７に示すように連結部１ｃ’及び１ｄ’をねじり中心軸と平行な長辺Ｄ１に設けても、小型化の効果は低減するが、同様の作用を実現することができる。更に、連結部１ｃ’及び１ｄ’は、振動板１と圧電素子２の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板１や圧電素子２のいずれの部分に設けても、同様の作用を実現することができる。

（実施例２）
以下、本発明を実施するための実施例２について図面を参照して説明する。図８は、実施例２の超音波モータ２０の構成を説明するための図であって、それぞれの図の意味は実施例１を示す図１と同様である。図８において、超音波モータ２０は、振動板１１、圧電素子１２、連結部１１ｃ及び１１ｄを備え、実施例１を示す図１と同様の構成となっている。

また、圧電素子１２は、実施例１の図１に示した領域と同様に分極されている。異なる点は、実施例１では２つの突起１ａ及び１ｂを設けたのに対し、実施例２では単一の突起１１ａが設けられている点である。以上の振動板１１と圧電素子１２と突起１１ａによって、超音波モータ２０が構成されている。図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。

図８（ｅ）には振動板１１と圧電素子１２と突起１１ａが一体となった状態の長辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードと短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。それぞれの節及び腹は実施例１の図１に示したものと同様である。

以下、本実施例２の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。
第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードとねじり中心軸Ｍａ１に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの共振周波数が一致するまたは隣り合っていることである。これについては実施例１の場合と同様である。

第２の特徴は、図８（ｅ）に示すように、突起１１ａはねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。

第３の特徴は、図８（ｅ）に示すように、突起１１ａは曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、節Ｎａ１より腹Ｎａ２に近い位置に設けられていることである。

図９はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例１の図２に相当する図である。図９（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図９（ｂ）は図８の（ｂ）に対応した正面図、図９（ｃ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。Ｐ１’からＰ４’は、時間による振動の変化を示している。また、圧電素子１２、連結部１１ｃ及び１１ｄは省略されている。ここで、図９（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図９（ｂ）及び（ｃ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。振動の振幅は誇張して描かれている。

Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起１１ａの先端に図９に示すような円運動が発生する。これにより、図示Ｘ方向に推進力を得ることができることは、実施例１の場合と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図９と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推進力を得ることができることも、実施例１の場合と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加することによって、突起１１ａの先端に図３に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例１の場合と同様である。

以上説明した通り、実施例２の超音波モータ２０は、従来の超音波モータと圧電素子の面積が同等で、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向（図９において矢印Ｘ方向）に進行できる。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。

なお、実施例２の超音波モータを利用して実施例１の図４や図５に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。

また、実施例１と同様に、振動板１１を固定側にしてもよい。更に、突起１１ａを圧電素子２に接着によって貼り付けてもよい。また、連結部１１ｃ及び１１ｄを振動板１１のねじり中心軸と平行な長辺Ｄ１に設けてもよい。更に、連結部１１ｃ及び１１ｄは、振動板１１と圧電素子１２の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板１１や圧電素子１２のいずれの部分に設けても、同様の効果を実現することができることも、実施例１の場合と同様である。

なお、実施例２においては、ねじり振動の固有振動モードはねじり振動の２次の固有振動モード、曲げ振動の固有振動モードは曲げ振動の１次の固有振動モードの例を示した。しかしながら、その他の高次の振動モードであっても同様の効果を有することも、実施例１の場合と同様である。

（実施例３）
以下、本発明を実施するための実施例３について説明する。図１０は、実施例３の超音波モータ３０の構成を説明するための図であって、それぞれの図の意味は実施例１の図１と同様である。図１０において、超音波モータ３０は、振動板２１、圧電素子２２、連結部２１ｃ及び２１ｄを備え、実施例１の図１と同様の構成となっている。

また、圧電素子２２は実施例１の図１に示した領域と同様に分極されている。振動板２１と圧電素子２２と突起２１ａ及び２１ｂによって、超音波モータ３０が構成されている。図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。

図１０（ｅ）には振動板２１と圧電素子２２と突起２１ａ及び２１ｂが一体となった状態の長辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードと短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。それぞれの節及び腹は実施例１の図１に示したものと同様である。

以下、実施例３の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードとねじり中心軸Ｍａ１に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの共振周波数が一致する又は隣り合っていることである。これについては実施例１の場合と同様である。

第２の特徴は、図１０（ｅ）に示すように、突起２１ａ及び２１ｂがねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。

第３の特徴は、図１０（ｅ）に示すように、突起２１ａ及び２１ｂが曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、腹Ｎａ２より節Ｎａ１に近い位置に設けられていることである。

図１１は、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例１の図２に相当する図である。図１１（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図１１（ｃ）は図１０（ｂ）に対応した正面図、図１１（ｂ）は図１１（ｃ）のＡ−Ａ断面図、図１１（ｄ）は背面図である。Ｐ１’からＰ４’は、時間による振動の変化を示している。また、圧電素子２２、連結部２１ｃ及び２１ｄは省略されている。ここで、図１１（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図１１（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。

Ａ相とＢ相に同符号の電圧が印加されている時（図１１（ａ）に示すＰ２及びＰ４）に、Ａ相とＢ相が同様に伸縮し、曲げ振動の１次の固有振動モードの振幅が最大となる（図１１（ｂ）に示す（ii））。逆にＡ相とＢ相に異符号の電圧が印加されている時（図１１（ａ）に示すＰ１及びＰ３）に、Ａ相とＢ相が逆方向に伸縮し、ねじり振動の２次の固有振動モードの振幅が最大となる（図１１（ｂ）に示す（i））。この結果、突起２１ａ及び２１ｂの先端に図示のような円運動が発生するので、図１１に示すＸ方向に推進力を得ることができる。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図１１と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推進力を得ることができる。

図１２はＡ相に対してＢ相の位相を約＋１８０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図である。図１２（ａ）〜（ｄ）の意味は図１１と同様である。図示の通り、図１１と比べて、Ａ相とＢ相に同符号の電圧が印加されている時間がほとんどないので、曲げ振動の１次の固有振動モードの振幅が非常に小さくなる（図１２（ｂ）に示す（ii））。この結果、突起２１ａ及び２１ｂの先端に図示のような縦長の楕円運動が発生するので、図１２（ｂ）に示すＸ方向に非常に低速で移動することができる。

以上説明した通り、実施例３の超音波モータ３０は、従来の超音波モータと圧電素子の面積が同等である。従って、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向（図１１において矢印Ｘ方向）に進行できる。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。

なお、本実施例３の超音波モータ３０を利用して実施例１の図４や図５に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。

また、振動板２１を固定側にしてもよいこと、突起を圧電素子２２に接着によって、貼り付けてもよいこと、連結部２１ｃ及び２１ｄを振動板２１のねじり中心軸と平行な長辺Ｄ１に設けてもよいことは実施例１の場合と同様である。更に、連結部２１ｃ及び２１ｄは、振動板２１と圧電素子２２の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板２１や圧電素子２２のいずれの部分に設けても、同様の効果を実現することができることも、実施例１の場合と同様である。

なお、実施例３においては、ねじり振動の固有振動モードはねじり振動の２次の固有振動モード、曲げ振動の固有振動モードは曲げ振動の１次の固有振動モードの例を示した。しかしながら、その他の高次の振動モードであっても同様の効果を有することも、実施例１の場合と同様である。

（実施例４）
以下、本発明を実施するための実施例４について説明する。図１３は、実施例４の超音波モータ４０の構成を説明するための図であって、それぞれの図の意味は実施例３の図１０と同様である。図１３において、超音波モータ４０は、振動板３１、圧電素子３２、連結部３１ｃ及び３１ｄを備え、実施例３の図１０と同様の構成となっている。

また、圧電素子３２は実施例３の図１０に示した領域と同様に分極されている。異なる点は、実施例３では突起が２１ａ及び２１ｂの２つであったのに対し、実施例４では４つの突起３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１及び３１ｂ２が設けられている点である。以上の振動板３１と圧電素子３２と突起３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１及び３１ｂ２によって、超音波モータ４０が構成されている。また、図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。

図１３（ｅ）では振動板３１と圧電素子３２と突起３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１及び３１ｂ２が一体となっている。この状態の長辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードと短辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。それぞれの節及び腹は実施例１の図１に示したものと同様である。

以下、実施例４の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。
第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードとねじり中心軸Ｍａ１に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードの共振周波数が一致する、または隣り合っていることである。これについては実施例１の場合と同様である。

第２の特徴は、図１３（ｅ）に示すように、突起３１ａ１〜３１ｂ２がねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ２に近い位置に設けられていることである。

第３の特徴は、図１３（ｅ）に示すように、突起３１ａ１〜３１ｂ２が曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、腹Ｎａ２より節Ｎａ１に近い位置に設けられていることである。

図１４は、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例３の図１１に相当する図である。図１４（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図１４（ｃ）は図１３（ｂ）に対応した正面図、図１４（ｂ）は図１４（ｃ）のＡ−Ａ断面図、図１４（ｄ）は背面図である。

Ｐ１’からＰ４’は、時間による振動の変化を示している。また、圧電素子３２、連結部３１ｃ及び３１ｄは省略されている。ここで、図１４（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図１４（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。

Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起３１ａ１〜３１ｂ２の先端に図１４に示すような円運動が発生するので、図１４においてＸ方向に推進力を得ることができることは、実施例３の場合と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図１４と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推進力を得ることができることも、実施例３の場合と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋１８０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起３１ａ１〜３１ｂ２の先端に図１２に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例３の場合と同様である。

以上説明した通り、実施例４の超音波モータ４０は、従来の超音波モータと圧電素子の面積が同等で、前述の１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向（図１４において矢印Ｘ方向）に進行できる。この結果、推進力を損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。

なお、実施例４の超音波モータ４０を利用して実施例１の図４や図５に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。

また、振動板３１を固定側にしてもよいこと、突起３１ａ１〜３１ｂ２を圧電素子３２に接着によって、貼り付けてもよいこと、連結部３１ｃ及び３１ｄを振動板３１のねじり中心軸と平行な長辺Ｄ１に設けてもよいことは実施例１の場合と同様である。更に、連結部は、振動板３１と圧電素子３２の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板３１や圧電素子３２のいずれの部分に設けても、同様の効果を実現することができることも、実施例１の場合と同様である。

なお、実施例４においては、ねじり振動の固有振動モードはねじり振動の２次の固有振動モード、曲げ振動の固有振動モードは曲げ振動の１次の固有振動モードの例を示した。しかしながら、その他の高次の振動モードであっても同様の効果を有することも、実施例１の場合と同様である。

また、実施例４においては、２つ以上、ここでは４つの突起３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１及び３１ｂ２が設けられている。３１ａ１及び３１ｂ１、突起３１ａ２及び３１ｂ２がそれぞれねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸と直交する方向の節（Ｍｂ１）を２個はさんでいる。かつ、突起３１ａ１及び３１ａ２、突起３１ｂ１及び３１ｂ２がそれぞれねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸と直交する方向の節を２個はさんでいない。高次の振動モードを利用する場合は、任意の２個の突起が、ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸と直交する方向の節をはさんでいない、または、偶数個はさんでいるように配置することによって、同様の効果を有する。

（実施例５）
以下、本発明を実施するための実施例５について説明する。
図１５は、超音波モータ５０の構成を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）及び（ｄ）は側面図、（ｅ）は底面図である。図１５において、超音波モータ５０は、長方形の面を有する振動板４１、振動板４１の長方形の面に設けられた１つの突起４１ａを備えている。突起４１ａは絞り加工により振動板４１と一体成型してもよいし、別部品を振動板４１に接着してもよい。

圧電素子４２及び４３は振動板４１の突起４１ａと反対側の面に貼り付けられ、高周波振動する。圧電素子４２及び４３は、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの４つの領域が同方向に分極され、このうち４２ａ及び４３ａがＡ相に、４２ｂ及び４３ｂがＢ相に割り当てられている。分極されていない領域４２ｃ及び４３ｃは、圧電素子４２及び４３の裏面４２ｄ及び４３ｄの全面電極から側面を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。なお、分極されていない領域４２ｃ及び４３ｃの位置は、圧電素子４２の裏面４２ｄ及び４３ｄの全面電極から側面を経由して導通できれば、任意に配置できる。

図１５（ｂ）に示すように振動板４１に設けられた連結部４１ｃ及び４１ｄは、振動板４１と同期して移動する実施例１と同様の保持部材（不図示）に対し、直接的、または、間接的に連結されている。連結部４１ｃ及び４１ｄは、振動板４１と圧電素子４２及び４３の振動において変位が少ない部分に設けられ、かつ、十分に剛性が弱いので、振動を阻害しにくい形状となっている。従って、連結部４１ｃ及び４１ｄは振動板４１と圧電素子４２及び４３の振動にほとんど影響を与えない。以上の振動板４１と圧電素子４２及び４３と突起４１ａによって、超音波モータ５０が構成されている。

図１５（ｅ）は、振動板４１と圧電素子４２及び４３と突起４１ａが一体となった状態の辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードと辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹を一点鎖線で示している。また、図１５（ｆ）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を、図１５（ｇ）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を示している。また、図１５（ｈ）は辺Ｄ２方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図をそれぞれ示している。

なお、図１５（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）において突起４１ａ、連結部４１ｃ及び４１ｄ、圧電素子４２及び４３は省略されている。図１５（ｅ）において、Ｍａ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸となる節を示している。Ｍａ２はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と平行な腹を示している。Ｍｂ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節を示している。Ｍｂ２はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の腹を示している。Ｎａ１は曲げ振動の１次の固有振動モードの節を示している。Ｎａ２は曲げ振動の１次の固有振動モードの腹を示している。また、図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。

以下、実施例５の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。
第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これは辺Ｄ１方向と辺Ｄ２方向の寸法、振動板４１の内部の圧電素子４２及び４３で覆われていない部分４４の幅Ｗ、振動板４１と圧電素子４２及び４３の厚さ、振動板４１と圧電素子４２及び４３の剛性等の各設計値が適切な値に設定されているためである。なお、これら各設計値の適切な値の組合せは一通りではなく、さまざまな組合せを設定することができる。

ここで、実施例５と実施例１の辺Ｄ１の寸法を比較すると、実施例５の辺Ｄ１寸法が小さくなっている。単純に辺Ｄ１寸法を小さくしただけであれば、辺Ｄ１方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数が高くなり、前述の第１の特徴を満たさない。しかし、実施例５においては、振動板４１の内部に圧電素子４２及び４３で覆われていない部分４４を有しており、図１５（ｆ）のようなねじれ変形に対する剛性が低下している。この結果、従来の超音波モータに対して辺Ｄ１方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数がほぼ同等となり、第１の特徴を満たすことができる。

第２の特徴は、図１５（ｅ）に示すように、突起４１ａはねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。

第３の特徴は、図１５（ｅ）に示すように、突起４１ａは曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、節Ｎａ１より腹Ｎａ２に近い位置に設けられていることである。

図１６はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例１の図２に相当する図である。図１６（ａ）は、圧電素子４２及び４３のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図１６（ｂ）は図１５の（ｂ）と対応した正面図、図１６（ｃ）は図１６（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。Ｐ１’からＰ４’は、時間による振動の変化を示している。また、圧電素子４２及び４３、連結部４１ｃ及び４１ｄは省略されている。ここで、図１６（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図１６（ｂ）及び（ｃ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。

Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起４１ａの先端に図１６に示すような円運動が発生するので、図１６に示すＸ方向に推進力を得ることができることは、実施例１の場合と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図１６と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推進力を得ることができることも、実施例１の場合と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加することによって、突起４１ａの先端に図３に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例１の場合と同様である。

実施例５の超音波モータ５０と従来の超音波モータ６００について、図１６と図２１を比較すると、従来の超音波モータでは長辺Ｄ１方向（図２１において矢印Ｘ方向）に進行している。これ対して、本実施例５では辺Ｄ２方向（図１６において矢印Ｘ方向）に進行できるため、超音波モータの進行方向の寸法を短縮することができる。ここで、図１５と図２０を比較すると、実施例５の圧電素子４２及び４３は従来の超音波モータの圧電素子より面積が小さくなっている。しかし、本実施例５の超音波モータ５０は、振動板４１の内部に圧電素子４２及び４３で覆われていない部分４４を有しており、図１５（ｆ）のようなねじれ変形に対する剛性が低下している。この結果、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して辺Ｄ１方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数がほぼ同等となる。そして、従来の超音波モータに近い振幅（図１６における（i）、（ii））が得られるため、従来の超音波モータに近い推進力を得ることができる。

以上説明した通り、本実施例５の超音波モータは、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して共振周波数がほぼ同等となる。そして、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向（図１６において矢印Ｘ方向）に進行できる。この結果、推進力を大きく損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。

なお、実施例５の超音波モータ５０を利用して実施例１の図４や図５に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。

また、振動板４１を固定側にしてもよいこと、連結部４１ｃ及び４１ｄを振動板４１のねじり中心軸と平行な辺Ｄ１に設けてもよいことは実施例１の場合と同様である。更に、連結部４１ｃ及び４１ｄは、振動板４１と圧電素子４２及び４３の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板４１や圧電素子４２及び４３のいずれの部分に設けても、同様の効果を実現することができることも、実施例１の場合と同様である。

なお、実施例５では、圧電素子を４２と４３の２つに分割して、振動板４１の内部に圧電素子４２及び４３で覆われていない部分４４を設け、図１５（ｆ）のようなねじれ変形に対する剛性を低下させている。しかしながら、振動板４１の内部に圧電素子４２及び４３で覆われていない部分４４を設ければ、同様の効果は得られる。図１７はその一例であって、圧電素子４２’は分割することなく、内部に幅Ｗの長穴４５を設けることで、図１５（ｆ）のようなねじれ変形に対する剛性を低下させている。また、長穴４５は１つに限定されるわけではなく、複数設けてもよい。

なお、実施例５においては、ねじり振動の固有振動モードはねじり振動の２次の固有振動モード、曲げ振動の固有振動モードは曲げ振動の１次の固有振動モードの例を示した。しかしながら、その他の高次の振動モードであっても同様の効果を有することも、実施例１の場合と同様である。

（実施例６）
以下、本発明を実施するための実施例６について説明する。
図１８は、実施例６の超音波モータ６０の構成を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）及び（ｄ）は側面図、（ｅ）は底面図である。図１８において、超音波モータ６０は、長方形の面を有する振動板５１、振動板５１の長方形の面に設けられた１つの突起５１ａを備えている。突起５１ａは絞り加工等により振動板４１と一体成型してもよいし、別部材を振動板５１に接着してもよい。

振動板５１の突起５１ａと反対側の面には、高周波振動する２つの圧電素子５２及び５３が貼り付けられている。圧電素子５２及び５３は５２ａ及び５３ｂの２つの領域が同方向に分極され、このうち５２ａがＡ相に、５３ｂがＢ相に割り当てられている。分極されていない領域５２ｃ及び５３ｃは、圧電素子５２及び５３の裏面５２ｄ及び５３ｄの全面電極から側面を経由して導通されたグランドとして使用する電極である。なお、分極されていない領域５２ｃ及び５３ｃの位置は、圧電素子５２の裏面５２ｄ及び５３ｄの全面電極から側面を経由して導通できれば、任意に配置できる。

実施例１と同様の振動子を保持する保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結される連結部５１ｃ及び５１ｄは、振動板５１の図示の部分に設けられ、振動板５１と同期して移動する。連結部５１ｃ及び５１ｄは、後述の通り、振動板５１と圧電素子５２及び５３の振動において変位が少ない部分に設けられているので、振動を阻害しにくい形状となっている。従って、連結部５１ｃ及び５１ｄは振動板５１と圧電素子５２及び５３の振動にほとんど影響を与えない。以上の振動板５１と圧電素子５２及び５３と突起５１ａによって、超音波モータ６０が構成されている。

図１８（ｅ）に振動板５１と圧電素子５２及び５３と突起５１ａが一体となった状態の辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードと辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードそれぞれの節及び腹が一点鎖線で図示されている。また、図１８（ｆ）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図を、図１８（ｇ）は辺Ｄ１方向のねじり振動の２次の固有振動モードを矢印ｄ２方向から見た図を示している。

更に、図１８（ｈ）は辺Ｄ１方向の曲げ振動の１次の固有振動モードを矢印ｄ１方向から見た図をそれぞれ示している。なお、図１８（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）においては突起５１ａ、連結部５１ｃ及び５１ｄ、圧電素子５２及び５３は省略されている。図１８（ｅ）において、Ｍａ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸となる節を示している。Ｍａ２はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と平行な腹を示している。Ｍｂ１はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節を示している。Ｍｂ２、Ｍｂ３はねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の腹を示している。Ｎａ１は曲げ振動の１次の固有振動モードの節を示している。Ｎａ２は曲げ振動の１次の固有振動モードの腹を示している。また、図示されていない給電手段により、Ａ相とＢ相に位相差を自在に変化させた交流電圧を印加することによって、超音波振動を発生させることができる。

ここで、連結部５１ｃ及び５１ｄが設けられている部分は、ねじり振動の２次の固有振動モードの節であるＭａ１及びＭｂ１と、曲げ振動の１次の固有振動モードの節であるＮａ１の交点の近傍である。この結果、振動板５１と圧電素子５２及び５３の振動において変位が少ない部分に設けられているので、振動を阻害しにくい形状となっている。従って、連結部５１ｃ及び５１ｄは振動板５１と圧電素子５２及び５３の振動にほとんど影響を与えない。なお、ねじり振動の２次の固有振動モードの節であるＭａ１及びＭｂ１と、曲げ振動の１次の固有振動モードの節であるＮａ１の近傍であれば、図１８の位置に限定されることはない。更に、振動板５１と圧電素子５２及び５３の振動において変位が少ない部分に設けられていればよいので振動の節の位置に限定されることもない。

以下、実施例６の固有振動モードと突起の配置に関する３つの特徴を説明する。
第１の特徴は、ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードが、ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１に平行な方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであることである。これは辺Ｄ１方向と辺Ｄ２方向の寸法、振動板５１の内部の圧電素子５２及び５３で覆われていない部分５４の幅Ｗ、振動板５１と圧電素子５２及び５３の厚さ、振動板５１と圧電素子５２及び５３の剛性等の各設計値が適切な値に設定されているためである。

なお、これら各設計値の適切な値の組合せは一通りではなく、さまざまな組合せを設定することができる。ここで、実施例６と実施例１の辺Ｄ１の寸法を比較すると、本実施例６の辺Ｄ１の寸法が小さくなっている。単純に辺Ｄ１の寸法を小さくしただけであれば、辺Ｄ１方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数が高くなり、前述の第１の特徴を満たさない。しかし、実施例６においては、振動板５１の内部に圧電素子５２及び５３で覆われていない部分５４を有しており、図１８（ｆ）のようなねじれ変形に対する剛性が低下している。この結果、従来の超音波モータに対して辺Ｄ１方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数がほぼ同等となり、第１の特徴を満たすことができる。

第２の特徴は、図１８（ｅ）に示すように、突起５１ａがねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸Ｍａ１と直交する方向の節Ｍｂ１並びに腹Ｍｂ２及びＭｂ３のうち、節Ｍｂ１より腹Ｍｂ３に近い位置に設けられていることである。

第３の特徴は、図１８（ｅ）に示すように、突起５１ａが曲げ振動の１次の固有振動モードの節Ｎａ１及び腹Ｎａ２のうち、節Ｎａ１より腹Ｎａ２に近い位置に設けられていることである。

図１９はＡ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加した場合の振動の状態を示す図であって、実施例１の図２に相当する図である。（ａ）は、圧電素子のＡ相とＢ相に印加される交流電圧の変化を示し、図１９（ｂ）は図１８の（ｂ）と対応した正面図、図１９（ｃ）は図１９（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。Ｐ１’からＰ４’は、時間による振動の変化を示している。また、圧電素子５２及び５３、連結部５１ｃ及び５１ｄは省略されている。ここで、図１９（ａ）に示す電気的な交流電圧の変化Ｐ１〜Ｐ４に対して、図１９（ｂ）及び（ｃ）に示す機械的な振動の変化Ｐ１’〜Ｐ４’は所定の機械的応答遅れ時間を有している。また、振動の振幅は誇張して描かれている。

Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°遅らせて交流電圧を印加することによって、突起５１ａの先端に図１９に示すような円運動が発生するので、図１９においてＸ方向に推進力を得ることができることは、実施例１の場合と同様である。また、Ａ相に対してＢ相の位相を約＋９０°進めて交流電圧を印加した場合は図１９と反対方向の円運動が発生するので逆方向の推進力を得ることができることも、実施例１の場合と同様である。更に、Ａ相に対してＢ相をほぼ位相差なく交流電圧を印加することによって、突起５１ａの先端に図３に示すような縦長の楕円運動を発生させ、非常に低速で移動することができることも、実施例１の場合と同様である。

実施例６の超音波モータ６０と従来の超音波モータ６００について、図１９と図２１を比較すると、従来の超音波モータでは長辺Ｄ１方向（図２１において矢印Ｘ方向）に進行している。これ対して、実施例６では辺Ｄ２方向（図１９において矢印Ｘ方向）に進行できるため、超音波モータの進行方向の寸法を短縮することができる。

ここで、図１８と図２０を比較すると、実施例６の圧電素子５２及び５３は従来の超音波モータの圧電素子より面積は小さくなっている。しかし、実施例６の超音波モータ６０は、振動板５１の内部に圧電素子５２及び５３で覆われていない部分５４を有しており、図１８（ｆ）のようなねじれ変形に対する剛性が低下している。この結果、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して辺Ｄ１方向のねじれ振動の２次の固有振動モードの共振周波数がほぼ同等となる。そして、従来の超音波モータに近い振幅（図１６（ｃ）における（i）及び（ii））が得られるため、従来の超音波モータに近い推進力を得ることができる。

以上説明した通り、実施例６の超音波モータ６０は、前述の第１の特徴で説明した各設計値を適切な値に設定することによって、従来の超音波モータに対して共振周波数がほぼ同等となる。そして、ねじり中心軸と直交する方向である短辺方向（図１９において矢印Ｘ方向）に進行できる。この結果、推進力を大きく損なうことなく超音波モータの進行方向の寸法を短縮し、この超音波モータを用いることによって、駆動装置の小型化を達成することができる。

なお、本実施例６の超音波モータ６０を利用して実施例１の図４や図５に示すような構成を取ることによって、リニア駆動装置やレンズ駆動装置においても同様の効果を得ることができる。

また、振動板５１を固定側にしてもよいこと、連結部５１ｃ及び５１ｄを辺Ｄ１または辺Ｄ２に設けてもよいことは実施例１の場合と同様である。更に、連結部５１ｃ及び５１ｄは、振動板５１と圧電素子５２及び５３の振動にほとんど影響を与えないという条件を満たせば、振動板５１や圧電素子５２及び５３のいずれの部分に設けても、同様の効果を実現することができることも、実施例１の場合と同様である。

なお、本実施例６では、圧電素子を５２と５３の２つに分割して、振動板５１の内部に圧電素子５２及び５３で覆われていない部分５４を設け、図１８（ｆ）のようなねじれ変形に対する剛性を低下させている。しかし、圧電素子は一体であっても図１７のように振動板の内部に圧電素子で覆われていない部分５４を設ければ、同様の効果が得られることは、実施例５の場合と同様である。

なお、実施例６においては、ねじり振動の固有振動モードはねじり振動の２次の固有振動モード、曲げ振動の固有振動モードは曲げ振動の１次の固有振動モードの例を示した。しかしながら、その他の高次の振動モードであっても同様の効果を有することも、実施例１の場合と同様である。各実施例において突起は２個以上設けることも可能である。

本発明は、小型軽量かつ広い駆動速度レンジが要求される電子機器、特にレンズ駆動装置等に利用可能である。

１、１１、２１、３１、４１、５１ 振動板
２、１２、２２、３２、４２、４３、５２、５３ 圧電素子
１ａ、１ｂ、１１ａ、２１ａ、２１ｂ 突起
３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、４１ａ、５１ａ 突起
Ｍｂ１ 節
Ｍｂ２、Ｍｂ３ 腹

Claims (14)

1. 長方形の面を有する振動板と、
   前記振動板に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、
   前記振動板または前記圧電素子に設けられた突起と、
   を有し、
   前記振動板と前記圧電素子と前記突起が一体となった状態のねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に平行または直交する方向の曲げ振動の固有振動モードであり、
   前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられており、
   前記ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致するまたは隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであり、
   前記突起は、前記曲げ振動の１次の固有振動モードの節及び腹のうち、節より腹の近くに位置することを特徴とする超音波モータ。
2. 長方形の面を有する振動板と、
   前記振動板に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、
   前記振動板または前記圧電素子に設けられた突起と、
   を有し、
   前記振動板と前記圧電素子と前記突起が一体となった状態のねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に平行または直交する方向の曲げ振動の固有振動モードであり、
   前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられており、
   前記ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致するまたは隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸に直交する方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであり、
   前記突起は、前記曲げ振動の１次の固有振動モードの節及び腹のうち、腹より節の近くに位置することを特徴とする超音波モータ。
3. 長方形の面を有する振動板と、
   前記振動板に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、
   前記振動板または前記圧電素子に設けられた突起と、
   を有し、
   前記振動板と前記圧電素子と前記突起が一体となった状態のねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に平行または直交する方向の曲げ振動の固有振動モードであり、
   前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられており、
   前記振動板と同期して移動する振動子を保持する保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結される連結部が前記振動板の長方形の面の前記ねじり中心軸に直交する辺に設けられていることを特徴とする超音波モータ。
4. 長方形の面を有する振動板と、
   前記振動板に貼り付けられ、高周波振動する圧電素子と、
   前記振動板または前記圧電素子に設けられた突起と、
   を有し、
   前記振動板と前記圧電素子と前記突起が一体となった状態のねじり振動の固有振動モードの共振周波数に一致する、または隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸に平行または直交する方向の曲げ振動の固有振動モードであり、前記ねじり振動の固有振動モードの前記ねじり中心軸と直交する方向の節及び腹のうち、節より腹に近い位置に前記突起が設けられており、
   前記振動板と同期して移動する振動子を保持する保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結される連結部が前記振動板の長方形の面の前記ねじり中心軸に平行な辺に設けられていることを特徴とする超音波モータ。
5. 前記突起が２個以上設けられており、任意の２個の前記突起が、前記ねじり振動の固有振動モードのねじり中心軸と直交する方向の節をはさんでいない、または、偶数個はさんでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
6. 前記ねじり振動の固有振動モードは、ねじり振動の２次の固有振動モードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波モータ。
7. 前記曲げ振動の固有振動モードは、曲げ振動の１次の固有振動モードであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波モータ。
8. 前記ねじり振動の２次の固有振動モードの共振周波数に一致するまたは隣り合う共振周波数となる固有振動モードは、前記ねじり振動の２次の固有振動モードのねじり中心軸に平行な方向の曲げ振動の１次の固有振動モードであり、
   前記突起は、前記曲げ振動の１次の固有振動モードの節及び腹のうち、節より腹に近い位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の超音波モータ。
9. 前記突起が
   前記振動板の長方形の面に設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超音波モータ。
10. 前記振動板の内部に、前記圧電素子で覆われていない部分を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超音波モータ。
11. 前記振動板と同期して移動する前記保持部材に対し、直接的、または、間接的に連結される連結部が前記振動板の内部の前記圧電素子で覆われていない部分に設けられている
    ことを特徴とする請求項３または４に記載の超音波モータ。
12. 前記振動板と接触し前記振動板の高周波振動によって、前記振動板が相対移動する摩擦部材を有し、
    前記摩擦部材に対して前記振動板が前記振動板の長方形の面の前記ねじり中心軸に直交する方向に相対移動する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の超音波モータ。
13. 摩擦部材が固定された前記振動板に沿って移動する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の超音波モータ。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の超音波モータを前記振動板の長方形の面の前記ねじり中心軸に直交する方向を駆動方向として利用した駆動装置。

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