JPH10285958A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力エネルギ−が低減し、駆動効率が向上し
た振動アクチュエータを提供する。 【解決手段】 所定の回転軸回りに回転可能な回転部材
（２１）と、回転部材と接触可能な接触部を有する弾性
部材（１１）と、弾性部材の間に配置され、弾性部材に
回転軸回りの捩り振動及び回転軸方向の縦振動を励振す
ることにより、接触部に楕円運動を発生させる振動発生
源（１２、１３）とを備え、接触部が行う楕円運動の一
部を回転部材に伝達することにより、回転部材を回転さ
せる振動アクチュエータにおいて、弾性部材は、その剛
性を回転軸の方向に変化させるための溝部（１４ｄ、１
４ｅ、１４ｆ）を側面に有し、振動発生源は、溝部があ
る位置では、溝部より回転軸に近い位置でのみ振動する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性体を振動さ
せ、その振動運動の一部を伝達することで回転部材を回
転させる振動アクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の振動アクチュエータに
は、例えば、特開平８−１０３０８９号又は特開平８−
１４０３７７号に開示された振動アクチュエータがあ
る。図７は、特開平８−１４０３７７号に開示された振
動アクチュエータ（以下「従来の振動アクチュエータ」
という）を示す断面図、また、図８は、図７の振動アク
チュエータの固定子を示す斜面図である。

【０００３】図７に示すように、従来の振動アクチュエ
ータは、シャフト１０７に固定子１０１と移動子１０６
を取り付け、移動子１０６を固定子１０１に加圧接触さ
せる構成となっている。移動子１０６は、移動子母材１
０６−１と、移動子母材の固定子１０１と接触する面に
備えられ、固定子１０１と摺動する摺動材１０６−２と
からなる。また、固定子１０１は、図８に示すように、
厚肉の円筒部材を２分割して得られる弾性体１０２及び
１０３と、２種類の板状の圧電体１０４及び１０５とか
ら構成されている。固定子１０１は、圧電体１０４及び
１０５を弾性体１０２及び１０３の間に挟み込み、全体
としてほぼ円筒状の形状となるように組み立てられてい
る。

【０００４】ここで、圧電体１０４は、板厚方向に電圧
を印加すると、固定子１０１の中心軸Ａ１に沿って伸縮
変形を行う素子であり、一方、圧電体１０５は、同じよ
うに電圧を印加すると、中心軸Ａ１に沿ってせん断変形
をする素子である。従来の振動アクチュエータでは、圧
電体１０４及び１０５に所定の周波電圧を９０度の位相
差をもって印加し、固定子１０１に、中心軸Ａ１に沿う
方向の縦振動と、中心軸Ａ１を中心に捩る方向の捩り振
動とを励振する。この結果、固定子１０１の端面（以下
「駆動面」という）Ｄ１が楕円運動を行い、さらに、そ
の楕円運動の一部が移動子１０６に伝達されて、移動子
１０６が一定の方向に回転する。

【０００５】上記のように、従来の振動アクチュエータ
は、弾性体１０２及び１０３の分割面に圧電体を配置す
る構成を採用していた。この結果、従来の振動アクチュ
エータでは、大面積の板状の圧電体を使用し、高トルク
及び高回転数のアクチュエータを実現することが可能で
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の振動ア
クチュエータでは、移動子１０６の形状や材質によって
は、縦振動の共振周波数と捩り振動の共振周波数とが一
致しないために、振動アクチュエータの構造に制約があ
るなどの問題があった。

【０００７】そこで本願出願人は、さらに研究を進めた
ところ上記問題等を解決する振動アクチュエータを発明
し、これを例えば特願平７−２４１６２３号に開示して
いる。図９は、特願平７−２４１６２３号に開示された
振動アクチュエータ（以下、「先に開示した振動アクチ
ュエータ」という）を示す断面図である。

【０００８】図９にみられるように、先に開示した振動
アクチュエータは、固定子１０１に２つの周溝１０８及
び１０９を設けている点において、従来の振動アクチュ
エータと相違している。この周溝１０８及び１０９は、
固定子１０１の剛性を局部的に低下させるために設けら
れたものである。周溝１０８及び１０９が設けられてい
る位置は、固定子１０１に励振される２次の捩り振動の
節が存在する位置である。このような位置に設けられた
周溝１０８及び１０９は、捩り振動の共振周波数を低下
させるという効果を奏する。つまり、先に開示した振動
アクチュエータでは、固定子に周溝を設けることによ
り、移動子の形状や材質等に拘わらず捩り振動の共振周
波数を縦振動の共振周波数に一致させ、振動アクチュエ
ータを効率よく駆動させているのである。

【０００９】しかしながら、先に開示した振動アクチュ
エータでは、圧電体が単に弾性体の分割面全体に接合さ
れており、必ずしも圧電体による励振効率の良否の観点
からその配置の適正化が図られていない。一般に、圧電
体は、振動に関与する位置に配置すると弾性体を効率的
に励振する。反対に、振動の関与しない箇所に圧電体を
配置した場合には、圧電体に入力するエネルギ−が余計
に必要となるだけであり、弾性体の励振効率は向上しな
い。先に開示された振動アクチュエータでは、弾性体の
振動に関与しない箇所に圧電体が配置されている場合が
あり、このために、振動アクチュエータの駆動効率が向
上しないという問題点があった。

【００１０】本発明では、上記問題を解決することによ
り、入力エネルギ−が低減し、駆動効率が向上した振動
アクチュエータを提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、所定の回転軸回りに回転可
能な回転部材と、１又は２以上の部材からなり、前記回
転部材と接触可能な接触部を有する弾性部材と、１の部
材からなる前記弾性部材の内部又は２以上の部材からな
る前記弾性部材の間に配置され、前記弾性部材に前記回
転軸回りの捩り振動及び前記回転軸方向の縦振動を励振
することにより、前記接触部に楕円運動を発生させる振
動発生源とを備え、前記接触部が行う楕円運動の一部を
前記回転部材に伝達することにより、前記回転部材を回
転させる振動アクチュエータにおいて、前記弾性部材
は、その剛性を前記回転軸の方向に変化させるための溝
部を側面に有し、前記振動発生源は、前記溝部がある位
置では、前記溝部より前記回転軸に近い位置でのみ振動
することを特徴とする振動アクチュエータである。

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
振動アクチュエータにおいて、前記弾性部材は、前記振
動発生源を内部又は間に配置した状態で、前記回転軸を
中心軸とする略円柱又は略円筒であって側面に周溝のあ
る形状を有し、前記振動発生源は、前記周溝がある位置
では、前記周溝より前記弾性部材の内径側でのみ振動す
ることを特徴とする振動アクチュエータである。請求項
３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の振動ア
クチュエータにおいて、前記振動発生源は、前記溝部又
は周溝の形状に沿った凹部を設けられていることを特徴
とする振動アクチュエータである。

【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１又は請求
項２に記載の振動アクチュエータにおいて、前記振動発
生源は、前記溝部又は周溝の形状に沿って成形された圧
電素子であることを特徴とする振動アクチュエータであ
る。請求項５に係る発明は、請求項１又は請求項２に記
載の振動アクチュエータにおいて、前記振動発生源は、
励振用の電圧を印加すべき電極を表面に設けられた圧電
素子であり、前記電極は、前記溝部又は前記周溝がある
位置では、前記溝部より前記回転軸に近い位置又は前記
周溝より前記弾性部材の内径側にのみ設けられているこ
とを特徴とする振動アクチュエータである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
に係る駆動装置の実施形態について説明する。なお、以
下の説明は、振動アクチュエータとして、超音波振動域
を利用する超音波モータを例にとって行う。

【００１５】（第１実施形態）はじめに、本発明の第１
実施形態について説明する。図１は、本発明に係る超音
波モータの第１実施形態を示す断面図である。また、図
２は、図１に示す超音波モータの振動子、その振動子に
おける圧電体の配置、及び振動子に励振される振動モー
ドを示す説明図である。

【００１６】図１に示すように、本実施形態の超音波モ
ータは、主に振動子１１、移動子２１から構成されてい
る。移動子２１は、振動子１１から駆動力を得て固定軸
２０を回転軸として回転する厚肉の円環状部材である。
移動子２１は、移動子部材２１ａと、移動子部材２１ａ
の下面に備えられた摺動材２１ｂとから構成されてい
る。移動子部材２１ａは、ステンレス鋼、アルミニウム
合金等からなる部材である。また、移動子部材２１ａ
は、外周面に歯車２３を有する。歯車２３は、移動子２
１の回転出力を不図示の被駆動体の歯車に伝達するため
のものである。一方、摺動材２１ｂは、高分子材料等を
主成分とする部材であり、振動子１１の駆動面Ｄと接触
し摺動するための部材である。

【００１７】移動子２１は、ベアリング２２を介して固
定軸２０に取り付けられている。ベアリング２２は、移
動子２１の固定軸回りの回転を可能とするとともに、移
動子２１を固定軸２０の所定の位置に位置決めする位置
決め部材としての役割を果たすものである。

【００１８】固定軸２０は、移動子２１が取り付けられ
ている位置より上側にねじ部２０ａを有し、このねじ部
２０ａには、ナットなどの調整部材２５がねじ止めされ
ている。また、調整部材２５と移動子２１との間には、
皿バネ、スプリングバネ又は板バネ等の加圧部材２４が
配置されている。加圧部材２４は、移動子２１を振動子
１１の方向へ加圧するための部材である。移動子２１
は、この加圧部材２４からの加圧力を受け、振動子１１
の駆動面Ｄに加圧接触する。一方、調整部材２５は、ね
じ止めされている位置を変化させることにより、加圧部
材２４を適度に圧縮し、移動子２１へ加わる加圧力を調
整するためのものである。

【００１９】振動子１１は、１次の縦振動と、２次の捩
り振動を行うことにより駆動面Ｄに楕円運動を発生させ
る部材である。図２に示すように、振動子１１は、電極
板１５又は２８等を２層からなる圧電体１２又は１３に
より挟んだものを、さらに弾性体１１ａ及び１１ｂとに
より挟み込んだ構成をしている。圧電体、電極板及び弾
性体は、互いに接着剤により接合されている。

【００２０】弾性体１１ａ及び１１ｂは、４つの大径部
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ及び１４Ｄと、３つの小径部１
４ａ、１４ｂ及び１４ｃ（周溝１４ｄ、１４ｅ、１４
ｆ）とを有する厚肉の円筒を縦に２分割して得られる半
円柱状の部材であり、鉄鋼、ステンレス鋼又はリン青銅
等の金属材料からなる。小径部１４ａ及び１４ｃは、振
動子１１に励振される２次の捩り振動の節部を含む位置
に、小径部１４ｂは、同じく振動子１１に励振される１
次の縦振動の節部を含む位置に、それぞれ形成されてい
る。このように、振動子１１を４つの大径部と３つの小
径部とを有する形状とするのは、振動子１１における１
次の縦振動の共振周波数と、２次の捩り振動の共振周波
数とをほぼ一致させるためである。

【００２１】図１に示すように、振動子１１は、大径部
１４Ａ及び１４Ｄのそれぞれに、圧電体１２及び１３の
積層方向に平行な貫通孔１６ａ及び１６ｂを有する。貫
通孔１６ａ及び１６ｂには、それぞれボルト１７ａ及び
１７ｂが挿入され、それぞれナット１８ａ及び１８ｂに
より固定されている。これにより、弾性体１１ａ及び１
１ｂは、圧電体１２及び圧電体１３を挟み込んだ状態で
一体に組まれている。

【００２２】また、振動子１１は、小径部１４ｂに貫通
孔３０を有する。貫通孔３０は、ピン３２を通すための
孔部である。ピン３２は、貫通孔３０と、固定軸２０に
設けられている貫通孔２０ｂとを貫通することにより、
振動子１１を固定軸２０に固定し、固定軸２０の主軸方
向に振動子１１を位置決めする部材である。さらに、振
動子１１と固定軸２０との間には、筒状部材３４が２つ
配置されている。筒状部材３４は、振動子１１と固定軸
２０との間隙を埋めることにより、固定軸２０に対し、
振動子１１を径方向に位置決めするための部材である。

【００２３】図２に示すように、圧電体１２は圧電定数
ｄ₁₅を利用しており、電極板１５により電圧を印加する
と、振動子１１の長手方向へのせん断変形を生じる。圧
電体１２は、図面手前側に２枚（１２ａ）と奥側に２枚
（１２ｂ）との計４枚がある。図面手前側の２枚（１２
ａ）は、同じ方向の電圧を印加した場合に、奥側の２枚
（１２ｂ）と反対方向のせん断変形をする。したがっ
て、圧電体１２ａと圧電体１２ｂとに同一方向の電圧を
同時に印加すると、圧電体１２ａと１２ｂから弾性体１
１ａ、１１ｂには、それを一定方向に捩る力が加わり
（弾性体１１ａ、１１ｂ中に記載した矢印参照）、弾性
体１１ａ、１１ｂに捩り変位が発生する。また、圧電体
１２ａ、１２ｂに周波電圧を印加すると、弾性体１１
ａ、１１ｂには、いわゆる捩り振動が発生する。

【００２４】一方、圧電体１３は、圧電定数ｄ₃₁を利用
しており、圧電体１２と同様に、図面手前側に２枚（１
３ａ）と奥側に２枚（１３ｂ）との計４枚がある。圧電
体１３ａと１３ｂとは、同じ方向の電圧を印加すると同
一方向に伸縮変形をする。よって、圧電体１３ａ及び１
３ｂは、周波電圧を印加されると、その電圧の方向と大
きさに対応して伸縮変形することで、弾性体１３ａ、１
３ｂに縦振動を励起する。

【００２５】捩り振動用の圧電体１２は、弾性体（１１
ａ、１１ｂ）に発生すべき捩り振動の節部を跨ぐ位置に
配置されている。また、縦振動用の圧電体１３は、弾性
体（１１ａ、１１ｂ）に発生すべき縦振動の節部を跨ぐ
位置に配置されている。このように、発生すべき振動の
節部に圧電体を配置するのは、これにより、弾性体１３
ａ、１３ｂに捩り振動及び縦振動を励起することが容易
となるからである。

【００２６】次に、図３を用いて本実施形態の圧電体１
２及び１３の形態についてさらに詳しく説明する。図３
は、本実施形態に係る超音波モータで使用する振動子の
分解斜視図である。なお、図の簡単のために、図３で
は、振動子１１を組み立てるためのボルト１７、貫通孔
１６等を省略している。また、以下の説明では、図３の
中で手前側にある圧電体及び電極板についてのみ説明を
し、同様の形態を有する図面奥側にある圧電体及び電極
板についての説明を省略する。

【００２７】図３に示されるように、２つの弾性体１１
ａ及び１１ｂの間には、４種類の電極板（１５、２８、
３６、３８）と、圧電体１２ａ及び１３ａとが配置され
ている。圧電体１２ａは、弾性体１１ａ又は１１ｂの分
割面に配置されたときに、周溝１４ｆとその形状が一致
する凹部１２_a4を設けられた、ほぼ長方形の板材であ
る。したがって、圧電体１２ａは、弾性体１１ａ及び１
１ｂの間に挟まれた状態において、小径部１４ｃから周
溝１４ｆへはみ出す部位を有さない。また、圧電体１２
ａは、電極板１５の方を向く面に２つの銀電極１２_a1及
び１２_a2を印刷されている。銀電極１２_a1は、圧電体１
２ａに励振用の駆動信号を印加するための電極である。
この銀電極１２_a1は、周溝１４ｆより内径側の領域に設
けられている。一方、銀電極１２_a2は、圧電体１２ａに
生じている振動を検出するための電極である。この銀電
極１２_a2は、銀電極１２_a1と重ならないように、主に銀
電極１２_a1より外周側に設けられている。

【００２８】２枚の圧電体１２ａの間に挟まれる電極板
１５は、圧電体１２ａに、励振用の駆動信号を印加する
ためのものであり、振動子１１が組み立てられた状態に
おいて、上記の銀電極１２_a1と接触する形状の電極板で
ある。また、電極１５は、小径部１４ｃに対応する部位
に突起部１５ａを有する。突起部１５ａは、振動子１１
が組み立てられたときに、振動子１１の外部まで延びる
部位である。突起部１５ａには、駆動信号を伝達するた
めのリード線（不図示）を接合される。

【００２９】一方、電極板３６は、振動子１１が組み立
てられた状態において銀電極１２_a2に接触する形状の電
極板である。振動する圧電体１２ａが圧電効果により発
生する電圧は、銀電極１２_a2及びこの電極板３６を介し
て外部へ伝達される。

【００３０】圧電体１２ａの弾性体１１ａ又は１１ｂと
接触する側の面には、銀電極１２_a3が設けられている。
銀電極１２_a3は、駆動用の信号を印加する銀電極１２_a1
と、振動検出用の銀電極１２_a2との双方に対向するよう
に設けられている。これは、銀電極１２_a3は、弾性体１
１ａ又は１１ｂと接触してグランドをとるためのもので
あるので、銀電極１２_a1及び１２_a2とで共通に利用で
き、わざわざ分離する必要がないからである。本実施形
態では、圧電体に上記のような構成の銀電極を設けるこ
とにより、電極板１５からの駆動信号が圧電体１２ａに
均一に伝わるようにしており、また、１枚の圧電体１２
ａに２つの機能を発揮させて、励振用の圧電体と振動検
出用の圧電体との２つの圧電材を用意する必要を回避し
ている。

【００３１】一方、圧電体１３ａは、その一つの辺に２
つの凹部１３_a4及び１３_a5を設けられたほぼ長方形の板
材である。凹部１３_a4及び１３_a5は、圧電体１３が弾性
体１１ａ又は１１ｂの分割面に設置されたときに、ちょ
うど周溝１４ｄ及び１４ｅとその形状が一致するように
形成されたものである。したがって、圧電体１３ａは、
弾性体１１ａ及び１１ｂの間に挟まれた状態において、
小径部１４ｂ又は１４ａから周溝１４ｄ又は１４ｅへは
み出す部位を有さない。また、圧電体１３ａは、電極板
２８の方を向く面に２つの銀電極１３_a1及び１３_a2を印
刷されている。銀電極１３_a1は、圧電体１３ａに励振用
の駆動信号を印加するための電極である。銀電極１３_a1
は、周溝１４ｅより内径側の領域に配置されている。一
方、銀電極１３_a2は、圧電体１３ａに生じている振動を
検出するための電極である。銀電極１３_a2は、銀電極１
３_a1と重ならないように、主に銀電極１３_a1より外周側
に設けられている。

【００３２】２枚の圧電体１３ａに挟まれる電極板２８
は、圧電体１３ａに励振用の駆動信号を印加するための
ものであり、振動子１１が組み立てられた状態において
銀電極１３_a1と接触する形状を有する電極板である。電
極板２８は、小径部１４ｂに対応する部位に突起部２８
ｂを有する。突起部２８ｂは、振動子１１が組み立てら
れた状態において、振動子１１の外部まで延び、駆動信
号伝達のためのリード線が接合される部位である。

【００３３】一方、電極板３８は、振動子１１が組み立
てられた状態において銀電極１３_a2に接触する形状の電
極板であり、振動する圧電体１３ａに発生する電圧を振
動子１１の外部まで導くものである。なお、圧電体１３
ａの弾性体１１ａ又は１１ｂの方を向いた面には、１つ
の銀電極１３_a3が設けられている。この銀電極１３
_a3は、圧電体１２ａにおいて説明した銀電極１２_a3と実
質的に同じ機能、効果を奏する電極である。よって、こ
こでは、重複する説明を省略する。

【００３４】ダミー電極４０及び４２は、圧電体１２ａ
の間又は圧電体１３ａの間であって電極板１５、２８等
が存在しない位置に配置される部材である。ダミー電極
は、積層された圧電体１２ａ又は圧電体１３ａの間隙を
埋め、圧電体等を接着した部位において振動子１１の機
械的強度が低下するのを防止している。

【００３５】次に、本実施形態の超音波モータの動作に
ついて図４を用いて説明する。図４は、振動子１１の動
作を模式的に示す説明図である。図中ωは、駆動周波数
をｆとしたときの角周波数（ω＝２πｆ）を表す。縦振
動用圧電体１３と捩り振動用圧電体１２とに、互いに９
０°の位相差のある駆動信号を入力すると、弾性体１１
に発生する縦振動及び捩り振動の位相は９０°相違し、
振動子１１の駆動面Ｄには、これらの振動を合成した楕
円運動が生じる。

【００３６】具体的には、まず、時間ｔ＝０の時点で、
捩り振動の変位は、左側に最大であり、縦振動の変位は
零である。この状態では、移動子２１は加圧部材２４に
よって振動子１１の駆動面Ｄに接触している。この状態
から、ｔ＝０〜（４／４）×（π／ω）までは、捩り振
動が左側の最大から右側の最大まで変位する。一方、縦
振動は、零から上側の最大に変位し、再び零に戻る。し
たがって、振動子１１の駆動面Ｄは、移動子２１を押し
ながら右方向に回転し、移動子２１は駆動される。

【００３７】次に、ｔ＝（４／４）×（π／ω）〜（８
／４）×（π／ω）までは、捩り振動が右側の最大から
左側の最大まで変位する。一方、縦振動は、零から下側
の最大へ変位し再び零に戻る。このときに、移動子２１
は、加圧部材２４により加圧されていても、加圧部材２
４の固有振動数が超音波振動域より低いために、固定子
の縮みに追従できない。したがって、振動子１１の駆動
面Ｄは、移動子２１から離れながら左方向に回転子、移
動子２１は駆動されない。このように、本実施形態で
は、圧電体１３と圧電体１２とに位相差が９０°の駆動
信号を入力すると、駆動面Ｄに楕円運動が生じ、さらに
駆動面Ｄの楕円運動の一部が移動子２１に伝達されるの
で、移動子２１が一定の方向に回転運動を行う。

【００３８】以上説明したように、本実施形態では、弾
性体が有する小径部の形状に沿って、圧電体に凹部を設
けることとしている。これにより、圧電体は、弾性体よ
りはみ出し、直接弾性体を励振できない部位を有するこ
とがなく、かかる部位に起因して超音波モータの駆動効
率が低下することはない。また、本実施形態では、圧電
体に駆動用の信号を印加するための銀電極を、弾性体が
有する周溝より内径側の領域に設けることとしている。
つまり、本実施形態では、圧電体のうち、弾性体の励振
にあまり寄与しない領域には銀電極が設けられず、その
ような領域は励振されない。ここで、駆動部（反共振
点）での超音波アクチュエータの入力電流は、固定子の
等価回路のインピーダンスを考えた場合（「超音波モー
タ入門」見城、指田著、１９９１年、Ｐ８１参照）、以
下の近似式で求められる。 入力電流 Ｉ＝Ｖ・Ｒ・Ｃｄ２・ω２ Ｃｄ： 圧電体の静電容量 Ｖ： 印加電圧 Ｒ： 振動子の抵抗成分 ω： 周波電圧の角速度 上記の式において、静電容量Ｃｄは銀電極の面積に比例
する値であることから、振動にはあまり寄与していない
箇所から銀電極を排除すれば、圧電体の静電容量が減少
し、圧電体への入力電流が抑制されることが分かる。し
たがって、本実施形態の超音波モータは、従来より少な
い入力電流で駆動可能であり、超音波モータの駆動効率
が向上している。

【００３９】（第１実施形態の変形例）次に第１実施形
態の変形例について説明する。図５は、本発明に係る超
音波モータの振動子であって、図３に示すのとは異なる
ものの斜視図である。図５に示す振動子は、捩り振動用
の圧電体と縦振動用の圧電体の配置が異なる点において
図３に示した振動子１１と相違する。つまり、第１実施
形態では、駆動面Ｄに近い方に圧電定数ｄ₁₅を利用した
捩り振動用の圧電体１２を、駆動面Ｄから遠い方に圧電
定数ｄ₃₁を利用した縦振動用の圧電体１３を配置してい
るが、本変形例では、駆動面Ｄに近い方に圧電定数ｄ₃₁
を利用する圧電体１３を縦振動励振用に、駆動面Ｄから
遠い方に圧電定数ｄ₁₅を利用する圧電体１２を捩り振動
励振用に配置している。その他の構成は、図３に示す振
動子１１と同一である。よって、その他の構成要素につ
いては、図３と同一の符号を付し、重複する説明を省略
する。

【００４０】本発明に係る超音波モータは、振動子に励
振される捩り振動の節部の位置又はその近傍に捩り振動
用の圧電体が配置されていれば動作する。そして、第１
実施形態では、振動子に２次の捩り振動を励振するの
で、その捩り振動が有する２つの節部のいずれか一方の
位置に捩り振動用圧電体が配置されれば足りる。したが
って、捩り振動用の圧電体は、第１実施形態のように駆
動面Ｄに近い方の節部の位置に配置されることであって
もよく、また、本変形例のように、駆動面Ｄから遠い方
の節部の位置に配置されることであってもよい。

【００４１】（第２実施形態）次に、本発明に係る超音
波モータの第２実施形態について説明する。本実施形態
は、振動子の構成が異なる点においてのみ第１実施形態
と異なっている。そこで、以下では本実施形態で使用す
る振動子の構成についてのみ説明し、第１実施形態と重
複する超音波モータのその他の構成については説明を省
略する。図６は、本実施形態に係る超音波モータの振動
子を示す分解斜視図である。図６において、第１実施形
態の振動子と実質的に同一の作用・効果を奏する部位に
ついては、同一の符号を付している。また、２つの弾性
体の間に配置された圧電体等は、振動子５０の中心軸を
基準に、図面手前側と奥側に実質的に同一のものが各々
１群ずつ配置されている。よって、図３における説明と
同様に、以下では、図面手前側の圧電体等についてのみ
説明し、図面奥側のものについての説明を省略する。

【００４２】第１実施形態において、圧電体１２及び１
３は、弾性体の小径部１４ａ、１４ｂ及び１４ｃの形状
に合うようにその一部に凹部を形成されていた。また、
張り合わせられる圧電体の間に間隙が生じることを防止
する観点から、ダミー電極４０及び４２が使用されてい
た。これに対し、本実施形態では、捩り振動用の圧電体
５２及び縦振動用の圧電体５３として、凹部が形成され
ていない、ほぼ長方形の圧電体を用いることとしてい
る。圧電体５２及び５３は、ともに２層からなり、それ
ぞれの層ごとに同一平面上に配置されている。また、駆
動面Ｄに近い方に配置されている圧電体５２は、圧電定
数ｄ₁₅の大きい捩り振動励振用の圧電体であり、また、
駆動面Ｄから遠い方に配置されている圧電体５３は、圧
電定数ｄ₃₁の大きい縦振動励振用の圧電体である。

【００４３】圧電体５２（圧電体５３）は、後述する電
極板５６等の方を向く面に、銀電極５２_a1（銀電極５３
_a1）と、銀電極５２_a2（銀電極５３_a2）との２種類の電
極を設けられている。銀電極５２_a1（５３_a1）は、圧電
体５２（５３）に励振用の周波電圧を印加するための電
極である。銀電極５２_a1（５３_a1）は、第１実施形態の
ように圧電体の内側、すなわち小径部１４ｃ等の径より
内径側に配置されている。また、銀電極５２_a2（５
３_a1）は、圧電体５２（５３）に生じている振動を検出
するための電極であり、上記銀電極５２_a1（５３_a1）の
外周側に配置されている。

【００４４】圧電体５２（５３）は、弾性体１１ａ又は
１１ｂに接触する面のほぼ全面に銀電極５２_a3（５
３_a3）を設けられている。銀電極５２_a3（５３_a3）は、
弾性体１１ａ又は１１ｂと接触して接地される電極であ
り、銀電極５２_a1及び５２_a2（銀電極５３_a1及び５
３_a2）の双方と対向するように配置されている。

【００４５】電極板５６（電極板６４）は、銀電極５２
_a1（５３_a1）に周波電圧を印加するための電極板であ
り、２枚の圧電体５２（５３）の間に配置されたとき
に、銀電極５２_a1（５３_a1）とのみ接触する形状を有す
る。したがって、電極板５６（６４）に周波電圧を印加
した場合には、２枚の圧電体５２（５３）が同時に励振
される。また、電極板５６（６４）は、振動子１１の外
周面から外へ延びる突起部５８（６６）を備えている。
突起部５８（６６）は、周波電圧印加のためのリード線
と接続される部位である。

【００４６】電極板６０（６８）は、銀電極５２_a2（５
３_a2）に発生する電圧を外部へ導くための電極板であ
り、圧電体５２（５３）の間に配置されたときに、銀電
極５２_a2（５３_a2）とのみ接触する形状を有する。つま
り、電極板６０（６８）は、２枚の圧電体５２（５３）
に発生した振動を検出するための共通の電極となってい
る。電極板６０（６８）は、振動子１１から外側へ延び
る突起部６２（７０）を備えている。突起部６２（７
０）は、リード線を接続するための部位であり、検出さ
れた電圧信号は、突起部６２（７０）を介して外部へ伝
達される。

【００４７】以上説明したように、本実施形態では、捩
り振動用、縦振動用双方の圧電体を単純な長方形の形状
としている。したがって、本実施形態では、第１実施形
態と比較して、圧電体の製造がより容易となっている。
また、圧電体を凹部のない単純な四角形形状としたこと
から、励振用の電極板５６（６４）と振動検出用の電極
板６０（６８）とでそのほぼ全面を覆うことができ、第
１実施形態のようにダミー電極を用いる必要がない。し
たがって、本実施形態では、ダミー電極を用いない分だ
け部品点数を削減できるという利益がある。さらに、ダ
ミー電極が排除されたことより、電極板間の間隙が少な
く、その分だけ、２枚の圧電体５２（又は５３）の間の
間隙が第１実施形態よりも減少している。この間隙は、
振動子１１のＱ値低下の原因であるから、間隙に減少に
より、Ｑ値は第１実施形態のそれより増大し、振動子の
振動振幅は増大する。この結果、本実施形態の超音波モ
ータでは、第１実施形態のものより駆動力及び駆動効率
が向上している。

【００４８】（その他の実施形態）なお、本発明は、上
記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態
は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された
技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効
果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技
術的範囲に包含される。

【００４９】１） 第１及び第２実施形態では、弾性体
に捩り振動又は縦振動を励振する振動発生源として圧電
体を用いている場合を例に説明したが、これは、本発明
において使用可能な振動発生源の種類を何ら制限する意
味のものではない。振動発生源は、弾性体に所定の振動
を与えることができるものであればよく、他の種類又は
形態の素子であってもよい。したがって、振動発生源
は、磁気エネルギー又は熱エネルギー等を機械的変位に
変換することで弾性体を励振する素子であってもよい。 ２） 第１及び第２実施形態では、弾性体に１次の縦振
動と２次のねじり振動とを励振する場合について説明し
たが、これは弾性体に励振すべき振動モードを何ら制限
する意味ではなく、弾性体にｍ次の縦振動とｎ次の捩り
振動とを励振する超音波モータ（ｍ及びｎは自然数）に
対しても、本発明は有効な効果を奏する。 ３） 第１及び第２実施形態では、励振用の圧電体と振
動検出用の圧電体とを１部材により実現する場合を例に
説明したが、これは、それぞれを別部材とすることであ
ってよい。励振用の圧電体体と振動検出用の圧電体とを
別部材とした場合であっても、超音波モータの駆動効率
を向上させるという本発明の課題は、同様に解決され
る。

【００５０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項１又
は請求項２に係る発明によれば、振動発生源は、溝部が
ある位置では、溝部より回転軸に近い位置でのみ振動す
るので、溝部より外周側における、弾性部材の励振に寄
与をしない振動のために、エネルギーを消費することが
なく、振動アクチュエータの駆動効率を向上させること
ができる。請求項３に係る発明によれば、振動発生源の
形状を適切に形成することにより、弾性部材の励振に寄
与しない振動発生源の振動を防止し、振動アクチュエー
タの駆動効率を向上させることができる。請求項４に係
る発明によれば、振動発生源として圧電素子を用いるこ
ととしているので、コンパクトで出力トルクの大きな振
動アクチュエータを実現することが可能である。請求項
５に係る発明によれば、振動発生源として圧電素子を用
い、圧電素子に電圧を印加するための電極を溝部より回
転軸に近い位置又は周溝より弾性部材の内径側にのみ設
けることとしたので、簡単な構造であり、製造が容易な
振動発生源により振動アクチュエータの駆動効率を向上
させることが可能となっている

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの第１実施形態を示
す断面図である。

【図２】図１に示す超音波モータを構成する振動子、そ
の振動子における圧電体の配置、及び振動子に励振され
る振動モードを示す説明図である。

【図３】本発明に係る超音波モータの振動子の分解斜視
図である。

【図４】本発明に係る超音波モータの振動子の動作を示
す説明図である。

【図５】本発明に係る超音波モータの振動子であって、
図３に示すのとは異なるものの斜視図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る超音波モータの振
動子を示す分解斜視図である。

【図７】特開平８−１４０３７７号に開示された振動ア
クチュエータを示す断面図である。

【図８】特開平８−１４０３７７号に開示された振動ア
クチュエータの固定子を示す斜面図である。

【図９】特願平８−２３３７６７号に開示された振動ア
クチュエータを示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 超音波モータ １１ 振動子 １１ａ、１１ｂ 弾性部材 １２ 圧電体 １２_a1、１２_a2、１２_a3 銀電極 １２ａ４ 凹部 １３ 圧電体 １３_a1、１３_a2、１３_a3 銀電極 １３_a4、１３_a5 凹部 １４ａ〜ｃ 小径部 １４Ａ〜Ｄ 大径部 １５、２８、３６、３８ 電極板 ２１ 移動子 ４０、４２ ダミー電極 ５０ 振動子 ５２ 圧電体 ５２_a1、５２_a2、５２_a3 銀電極 ５３ 圧電体 ５３_a1、５３_a2、５３_a3 銀電極 ５６、６０、６４、６８ 電極板 Ｄ 駆動面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の回転軸回りに回転可能な回転部材
   と、 １又は２以上の部材からなり、前記回転部材と接触可能
   な接触部を有する弾性部材と、 １の部材からなる前記弾性部材の内部又は２以上の部材
   からなる前記弾性部材の間に配置され、前記弾性部材に
   前記回転軸回りの捩り振動及び前記回転軸方向の縦振動
   を励振することにより、前記接触部に楕円運動を発生さ
   せる振動発生源と、 を備え、 前記接触部が行う楕円運動の一部を前記回転部材に伝達
   することにより、前記回転部材を回転させる振動アクチ
   ュエータにおいて、 前記弾性部材は、その剛性を前記回転軸の方向に変化さ
   せるための溝部を側面に有し、 前記振動発生源は、前記溝部がある位置では、前記溝部
   より前記回転軸に近い位置でのみ振動することを特徴と
   する振動アクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の振動アクチュエータに
   おいて、 前記弾性部材は、前記振動発生源を内部又は間に配置し
   た状態で、前記回転軸を中心軸とする略円柱又は略円筒
   であって側面に周溝のある形状を有し、 前記振動発生源は、前記周溝がある位置では、前記周溝
   より前記弾性部材の内径側でのみ振動することを特徴と
   する振動アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の振動アク
   チュエータにおいて、 前記振動発生源は、前記溝部又は周溝の形状に沿った凹
   部を設けられていることを特徴とする振動アクチュエー
   タ。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載の振動アク
   チュエータにおいて、 前記振動発生源は、前記溝部又は周溝の形状に沿って成
   形された圧電素子であることを特徴とする振動アクチュ
   エータ。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２に記載の振動アク
   チュエータにおいて、 前記振動発生源は、励振用の電圧を印加すべき電極を表
   面に設けられた圧電素子であり、 前記電極は、前記溝部又は前記周溝がある位置では、前
   記溝部より前記回転軸に近い位置又は前記周溝より前記
   弾性部材の内径側にのみ設けられていることを特徴とす
   る振動アクチュエータ。