特許 7409658 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/16 20060101AFI20231226BHJP

【ＦＩ】

H02N2/16

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020101925

(22)【出願日】2020-06-11

(65)【公開番号】P2021197798

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-03-14

(73)【特許権者】

【識別番号】390010250

【氏名又は名称】株式会社新生工業

(74)【代理人】

【識別番号】110002354

【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高畠 大介

【審査官】三澤 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２９８７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０４５７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１４２４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０８６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１２７２９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０３－０１５２７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ ２／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の凸部及び第１の凹部が複数形成された第１の面と、第２の凸部及び第２の凹部が複数形成された前記第１の面と反対側の第２の面とを有する弾性体と、
圧電体と複数の電極とを有し、前記弾性体の前記第２の面に接合しており、各々の電極に位相の異なる電圧が印加されることで前記弾性体に進行性の振動波を生じさせるように構成された圧電素子と、
前記弾性体の前記第１の面に加圧接触しており、前記振動波によって前記弾性体に対して相対的に動くように構成された対向部材と
を備え、
前記第１の凹部の深さを第１の深さＨ１とし、
前記第２の凹部の深さを第２の深さＨ２とし、
前記第１の面と前記第２の面との間隔をＨとしたときに、
Ｈ１＞Ｈ２、かつ
Ｈ１＋Ｈ２＜Ｈ
である、
アクチュエータ。

【請求項2】

第１の凸部及び第１の凹部が複数形成された第１の面と、第２の凸部及び第２の凹部が複数形成された前記第１の面と反対側の第２の面とを有する弾性体と、
圧電体と複数の電極とを有し、前記弾性体の前記第２の面に接合しており、各々の電極に位相の異なる電圧が印加されることで前記弾性体に進行性の振動波を生じさせるように構成された圧電素子と、
前記弾性体の前記第１の面に加圧接触しており、前記振動波によって前記弾性体に対して相対的に動くように構成された対向部材と
を備え、
少なくとも前記圧電体の分極の向きが互いに異なる区分と区分との境界に対応する位置には、前記第２の凹部が設けられている、
アクチュエータ。

【請求項3】

第１の凸部及び第１の凹部が複数形成された第１の面と、第２の凸部及び第２の凹部が複数形成された前記第１の面と反対側の第２の面とを有する弾性体と、
圧電体と複数の電極とを有し、前記弾性体の前記第２の面に接合しており、各々の電極に位相の異なる電圧が印加されることで前記弾性体に進行性の振動波を生じさせるように構成された圧電素子と、
前記弾性体の前記第１の面に加圧接触しており、前記振動波によって前記弾性体に対して相対的に動くように構成された対向部材と
を備え、
前記第１の凹部の、前記第１の凸部を基準とした深さ、幅及びピッチは、概ね均一であり、
前記第２の凹部の、前記第２の凸部を基準とした深さ、幅又はピッチは、不均一である、
アクチュエータ。

【請求項4】

前記弾性体において、前記第１の凸部を基準とした前記第１の凹部の体積の合計である第１の体積は、前記第２の凸部を基準とした前記第２の凹部の体積の合計である第２の体積よりも大きい、請求項１～３の何れかに記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記第１の凹部の、前記第１の凸部を基準とした深さ、幅及びピッチは、概ね均一であり、
前記第２の凹部の、前記第２の凸部を基準とした深さ、幅及びピッチは、概ね均一である、
請求項１又は２に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記第１の凹部の深さを第１の深さＨ１とし、
前記第２の凹部の深さを第２の深さＨ２とし、
前記第１の面と前記第２の面との間隔をＨとしたときに、
Ｈ１＞Ｈ２、かつ
Ｈ１＋Ｈ２＜Ｈ
である、請求項２又は３に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

前記振動波の進行方向について、各々の前記第１の凹部の位置と、各々の前記第２の凹部の位置とはずれている、請求項１～６の何れかに記載のアクチュエータ。

【請求項8】

前記振動波の進行方向について、前記第２の凹部の少なくとも何れか一つの位置は、前記第１の凹部の位置と一致している、請求項１～６の何れかに記載のアクチュエータ。

【請求項9】

前記圧電体の分極の向きが互いに異なる区分と区分との境界の少なくとも何れか一か所に対応する位置には、前記第２の凹部が設けられている、請求項１～８の何れかに記載のアクチュエータ。

【請求項10】

前記弾性体と前記圧電素子との接合に、熱硬化性接着剤又はロウ付けが用いられている、請求項１～９の何れかに記載のアクチュエータ。

【請求項11】

前記第１の凹部は、前記第１の凸部の頂部をつなぐ面において、前記振動波の進行方向に対して垂直な方向に設けられた断面形状が長方形の溝であり、
前記第２の凹部は、前記第２の凸部の頂部をつなぐ面において、前記振動波の進行方向に対して垂直な方向に設けられた断面形状が長方形の溝である、
請求項１～１０の何れかに記載のアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動型のアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

超音波モータなどとも呼ばれる振動型のアクチュエータが知られている。振動型のアクチュエータは、例えば、圧電素子と弾性体とが接合した振動子と、振動子に加圧接触した移動体とを備える。振動型のアクチュエータの一形態として、振動子及び移動体が円環形状をしたアクチュエータが知られている。このような円環形状の振動型のアクチュエータは、次のように動作する。圧電素子により弾性体に振動が励起される。この振動は、円環形状の弾性体において円周方向に進行する進行波を形成する。この振動により振動子に加圧接触した移動体が進行波の進行方向と逆向きに円周方向に回転する。例えば、特許文献１にもこのような円環形状のアクチュエータに関する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１０８６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

振動型のアクチュエータにおいて、動作の高効率化が求められている。本発明は、高効率に動作するアクチュエ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】

【0005】

本発明の一態様によれば、アクチュエータは、第１の凸部及び第１の凹部が複数形成された第１の面と、第２の凸部及び第２の凹部が複数形成された前記第１の面と反対側の第２の面とを有する弾性体と、圧電体と複数の電極とを有し、前記弾性体の前記第２の面に接合しており、各々の電極に位相の異なる電圧が印加されることで前記弾性体に進行性の振動波を生じさせるように構成された圧電素子と、前記弾性体の前記第１の面に加圧接触しており、前記振動波によって前記弾性体に対して相対的に動くように構成された対向部材とを備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、高効率に動作するアクチュエータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態に係る超音波モータの構成例の概略を示す部分切断斜視図である。

【図2】図２は、ステータ及びロータの接触部近傍の円周方向に沿った縦断面の一例を模式的に示す図である。

【図3】図３は、分極用電極と駆動電極との構成の一例を示す平面図である。

【図4】図４は、変形例に係るロータの構成例の概略を示す図である。

【図5】図５は、変形例に係るステータとロータとの構成例の概略を示す直径方向に沿った縦断面の一例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［超音波モータの構成の概略］
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、振動型アクチュエータの一形態である回転型の超音波モータに関する。図１は、本実施形態に係る超音波モータ１の構成例の概略を示す図である。図１は、超音波モータ１の構造が見えるように、各部が切断された状態を示している。

【0009】

超音波モータ１は、板状のベース２の上に構築されている。超音波モータ１の要部は、ベース２の上に設けられたカバー８の内部に収容されている。図１においては、説明のため、カバー８は奥側半分だけが示されている。また、図１においては、後述するステータ３、ロータ４、ベアリング６、皿バネ７などは、説明のため、手前側が切欠かれた状態で奥側の部分だけが示されている。これら部材の概形は、いずれも略円盤形状である。ベース２とカバー８とで囲まれた空間には、以下の構成が設けられている。

【0010】

ベース２の上には、円環板形状のステータ３が固定されている。ステータ３の中心部には、ベース２と垂直に、シャフト５が設けられている。シャフト５は、カバー８に固定されたベアリング６に回転可能に支持されている。シャフト５の長手軸に対して垂直方向に大きな負荷がかかる場合や超音波モータ１が高出力の場合には、安定化のために、ベース２に固定されてシャフト５を回転可能に支持する更なるベアリングが設けられてもよい。シャフト５に対して、円環板形状のロータ４が固定されている。ロータ４の外環部分には、接触部４１が設けられている。ロータ４は、加圧部材としての例えば皿バネ７によってステータ３の方向に押し付けられており、接触部４１は、ステータ３の上側の第１の面２１に対して加圧接触している。

【0011】

後に詳述するように、ステータ３は、例えば金属材料で形成された弾性体１１に圧電素子１５が固定されたものである。ステータ３は、圧電素子１５に高周波電圧が印加されると、圧電素子１５の伸縮によって弾性体１１に撓み振動が生じ、弾性体１１には円周方向に沿って進行波が発生するように構成されている。弾性体１１の第１の面２１には、ロータ４の接触部４１が加圧接触しているので、ロータ４は、発生した進行波と反対方向に回転する。ロータ４が回転すると、ロータ４に固定されたシャフト５がその軸周りに回転する。超音波モータ１では、シャフト５が出力軸とされており、シャフト５の回転がモータの回転として取り出される。

【0012】

［ステータ及びロータの構成］
ステータ３及びロータ４の構成について、図２を参照してさらに詳しく説明する。図２は、ステータ３及びロータ４の接触部４１の一部分の円周方向に沿った縦断面の一例を模式的に示す図である。図２では、各部の構成を模式的に示しており、寸法比などは実際と異なる。

【0013】

図２に示すように、ステータ３は、弾性体１１と圧電素子１５とを有する。弾性体１１の一方の主面に圧電素子１５が接合されており、弾性体１１の他方の主面にロータ４の接触部４１が押し付けられている。弾性体１１の主面のうち、接触部４１が加圧接触している側の面を第１の面２１と称し、圧電素子１５が接合されている側の面を第２の面２２と称することにする。

【0014】

圧電素子１５は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）といった圧電体１２の両面に電極が設けられた構成を有する。電極の一方は、分極用電極１３となっており、電極の他方は、駆動電極１４となっている。圧電素子１５の分極用電極１３側の面と弾性体１１の第２の面２２とが接合され、圧電素子１５と弾性体１１とが接合されている。

【0015】

図３（ａ）は、分極用電極１３の構成の一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は、駆動電極１４の構成の一例を示す平面図である。この例は、ステータ３に円周方向に９波の進行波が生じる場合、すなわち、円周方向に４０°周期の波が生じ、この波が進行波となる場合の例である。

【0016】

図３（ａ）に示すように、分極用電極１３は、円周方向に並ぶ１８個の電極１３Ａを含む。分極用電極１３は、円周方向に、２０°間隔で８個の電極が並び、１０°の電極を挟んで、さらに２０°間隔で８個の電極が並び、３０°の電極を挟んで上述の８個の電極に連なるように、並んでいる。各々の電極１３Ａの間には、隙間２８が設けられている。圧電体１２は、各々の電極が設けられている位置に対応して円周方向に１８個の区分に分けられている。図３（ａ）に「＋」及び「－」で示すように、圧電体１２は、製造時に分極用電極１３を用いて分極処理が行われることで、隣り合う区分が交互に厚み方向に逆向きとなるように分極されている。１０°の電極の部分や３０°の電極の部分は、グランド電極やフィードバック電極として用いられる場合がある。図３に示すのは、１０°の電極の部分をフィードバック電極に用い、３０°の電極の部分をグランド電極に用いた例である。１０°の電極の部分の分極は、「＋」の向きでも「－」の向きでもよい。３０°の電極の部分は、グランド電極のため、分極の有無はどちらでもよい。ここでは、円周方向に９波の進行波が生じる場合であり、進行波の波長をλとしたときに、２０°、１０°及び３０°は、それぞれ、１／２λ、１／４λ及び３／４λに相当する。波数及び電極の角度などは適宜に変更され得る。

【0017】

図３（ｂ）に示すように、駆動電極１４は、圧電体１２を挟んで分極用電極１３の３０°の電極の反対側に設けられたグランド電極１４Ｇと、分極用電極１３の１０°の電極の反対側に設けられたフィードバック電極１４Ｆと、グランド電極１４Ｇとフィードバック電極１４Ｆとの間にそれぞれ設けられたＡ相電極１４Ａ及びＢ相電極１４Ｂとを有する。グランド電極１４Ｇは、図示されていないが、引廻し電極又はスルーホールによって弾性体１１と導通している。

【0018】

超音波モータ１の動作時に、Ａ相電極１４Ａとグランド電極１４Ｇ（弾性体１１）との間及びＢ相電極１４Ｂとグランド電極１４Ｇ（弾性体１１）との間に高周波電圧が印加されると、圧電体１２の隣り合う区分は、互いに逆向きに分極されているため、一方は伸び、他方は縮む。これによって、圧電素子１５に接合されている弾性体１１には、撓み波が生じる。ここで、Ａ相電極１４ＡとＢ相電極１４Ｂとは空間的に１／４波長分ずれているので、Ａ相電極１４ＡとＢ相電極１４Ｂとに、ｓｉｎ波及びｃｏｓ波といったように位相が９０°異なる駆動信号が印加されることで、発生する波が相互に干渉して弾性体１１には進行波が生じる。なお、フィードバック電極１４Ｆは、ステータ３の振動による起電力を取得するために用いられ、これによってステータ３の特性変化が検出され、検出結果は超音波モータ１の回転数を設定された値に追従させるために用いられる場合がある。

【0019】

ここでは、圧電体１２が連続体である例を示すが、これに限らない。分極用電極１３が分割されていることに合わせて、圧電体１２も分割されていてもよい。

【0020】

図２に戻って説明を続ける。弾性体１１の第１の面２１には、円環形状の弾性体１１の半径方向、すなわち、振動波の進行方向に対して垂直な方向に伸びる第１の凸部２３と、同様に弾性体１１の半径方向に伸びる第１の凹部２４とが、円周方向に繰り返し設けられている。このように、弾性体１１の第１の面２１は、円周方向に第１の凸部２３と第１の凹部２４とが交互に設けられた凹凸形状を有している。すなわち、第１の面２１は、櫛歯形状を有している。

【0021】

第１の面２１の形状が上述のような凹凸形状を有することで、接触部４１と接する第１の凸部２３の頂部の変位が大きくなる。このことは、超音波モータ１の動作の効率が向上することに貢献する。

【0022】

弾性体１１の第２の面２２には、円環形状の弾性体１１の半径方向、すなわち、振動波の進行方向に対して垂直な方向に伸びる第２の凸部２５と、同様に弾性体１１の半径方向に伸びる第２の凹部２６とが、円周方向に繰り返し設けられている。このように、弾性体１１の第２の面２２は、円周方向に第２の凸部２５と第２の凹部２６とが交互に設けられた凹凸形状を有している。

【0023】

第２の面２２の形状が上述のような凹凸形状を有することで、圧電素子１５の伸縮により、弾性体１１が振動しやすくなる。すなわち、圧電素子１５から弾性体１１へのエネルギーの入力の効率がよくなる。このことは、超音波モータ１の動作の効率が向上することに貢献する。

【0024】

本実施形態では、第１の凸部２３の頂部と第２の凸部２５の頂部とは、互いに平行な平面になっており、第１の凹部２４及び第２の凹部２６は、ステータ３の円周方向の断面の形状が長方形である溝となっている。断面形状が長方形の溝は、例えばフライス盤を用いて容易に設計通りに形成することができる。したがって、本実施形態の弾性体１１は、例えば、第１の面２１と第２の面２２とが互いに平行な円環形状の平板を用いて、第１の面２１に溝を設けることで第１の凹部２４を形成し、第２の面２２に溝を設けることで第２の凹部２６を形成することで、作製することができる。

【0025】

溝の断面形状は、長方形に限らず、三角形やＵ字型であってもよい。なお、第１の凹部２４及び第２の凹部２６といった溝を形成していると考えるのではなく、第１の凸部２３及び第２の凸部２５といった山を形成していると考えても、技術的意義は同様である。例えば、弾性体１１は、一体として形成されていてもよいし、複数に分割して形成されたものが接合されて形成されてもよい。

【0026】

［第１の凹部及び第２の凹部の構成の詳細］
本実施形態では、第１の凹部２４の、第１の凸部２３を基準とした深さ、幅及びピッチは、均一であり、第２の凹部２６の、第２の凸部２５を基準とした深さ、幅及びピッチは、均一である。ここで、均一とは、実質的に均一であることを意味し、厳密に均一であることのみならず、概ね均一であることをも含む。これら深さ、幅及びピッチを均一にすることで、超音波モータ１の設計も製造も容易となる。しかしながら、これに限らず、これらは、不均一であってもよい。すなわち、複数ある第１の凹部２４の各々は、深さ又は幅が互いに異なってもよいし、それらの間隔が場所によって異なってもよい。また、複数ある第２の凹部２６の各々は、深さ又は幅が互いに異なってもよいし、それらの間隔が場所によって異なってもよい。これら不均一な場所があることで振動系の共振のピークを減衰させたり分散させたりする調節ができるので、可聴域の耳障りな音を低減させることなどができる。

【0027】

また、図２に示す例は、第１の凹部２４と第２の凹部２６との数が一致している例であるがこれに限らない。第１の凹部２４と第２の凹部２６との数は異なっていてもよい。特に、後述の通り、第１の凹部２４の合計体積が第２の凹部２６の合計体積よりも大きい方が好ましいので、第２の凹部２６の数は、第１の凹部２４の数より少なくてもよい。

【0028】

また、本実施形態では、第１の凹部２４と第２の凹部２６とについて次のような関係がある。
〈第１の凹部及び第２の凹部の体積〉
第１の凸部２３の頂部の面を基準とした第１の凹部２４の体積の合計、すなわち、第１の凹部２４の溝部分の体積の合計を、第１の体積とする。第２の凸部２５の頂部の面を基準とした第２の凹部２６の体積の合計、すなわち、第２の凹部２６の溝部分の体積の合計を、第２の体積とする。このとき、第１の体積は、第２の体積よりも大きい。このような構成により、弾性体１１は、おおよそ第１の面２１側で低弾性となり、第２の面２２側で高弾性となり、弾性体１１内で弾性が不均一となる。

【0029】

本実施形態では、複数ある第１の凹部２４の何れもが同じ形状を有しているので、第１の体積は、１個の第１の凹部２４の体積に第１の凹部２４の個数を乗じた値となる。しかしながらこれに限らず、第１の凹部２４の各々は異なる形状及び体積を有していてもよい。同様に、本実施形態では、複数ある第２の凹部２６の何れもが同じ形状を有しているので、第２の体積は、１個の第２の凹部２６の体積に第２の凹部２６の個数を乗じた値となる。しかしながらこれに限らず、第２の凹部２６の各々が異なる形状及び体積を有していてもよい。本実施形態では、１個の第１の凹部２４の体積は、１個の第２の凹部２６の体積よりも大きい。

【0030】

弾性体１１に円周方向に進行する振動波が生じているときの、弾性体１１の撓み振動について考える。この撓み振動では、ある位置における弾性体１１の厚さ方向に着目すると、第１の面２１側と第２の面２２側とのうち一方が縮み他方が伸びる。すなわち、第１の面２１側が縮んでいるとき、第２の面２２側が伸びる。また、第１の面２１側が伸びているとき、第２の面２２側が縮む。第１の面２１と第２の面２２との間には、伸縮しない中立面が存在する。

【0031】

上述の第１の体積と第２の体積とが等しいとき、中立面は第１の面２１と第２の面２２との中間に位置すると考えられる。本実施形態のように第１の体積が第２の体積よりも大きいとき、中立面は第１の面２１と第２の面２２との中間よりも第２の面２２側に位置すると考えられる。逆に、第２の体積が第１の体積よりも大きいとき、中立面は第１の面２１と第２の面２２との中間よりも第１の面２１側に位置すると考えられる。

【0032】

図２では、中立面６１の位置を模式的に示し、また、第１の面２１側の変位量と第２の面２２側の変位量とを矢印によって模式的に示している。この図に示すように、本実施形態では、中立面６１が第２の面２２側に偏っているため、第２の面２２側の変位よりも第１の面２１側の変位が大きくなっている。ロータ４の接触部４１は第１の面２１に接触しているので、例えば中立面６１が第１の面２１と第２の面２２との中間にある場合よりも、本実施形態では接触部４１の大きな変位が得られる。

【0033】

本実施形態では、ロータ４の接触部４１と接触する第１の面２１の変位が大きくなるように、第１の面２１に第１の凹部２４が設けられている。また、圧電素子１５から弾性体１１にエネルギーが入りやすいように、すなわち、圧電素子１５の伸縮によって弾性体１１が撓みやすいように、第２の面２２に第２の凹部２６が設けられている。一方で、第２の凹部２６を設けることで第１の面２１の変位が小さくなりすぎないように、第１の体積は第２の体積よりも大きくなっている。

【0034】

〈第１の凹部及び第２の凹部の深さ〉
第１の凸部２３の頂部を基準とした第１の凹部２４の深さを第１の深さＨ１とし、第２の凸部２５の頂部を基準とした第２の凹部２６の深さを第２の深さＨ２とし、第１の面２１と第２の面２２との間隔を高さＨとする。このとき、図２に示す本実施形態の場合のように、
Ｈ１＞Ｈ２、かつ
Ｈ１＋Ｈ２＜Ｈ
が成り立つことが好ましい。

【0035】

このようにすることで、上述のように、第１の体積を第２の体積よりも大きくしている。さらに、第１の凹部２４の溝の底部と第２の凹部２６の溝の底部との間に十分な厚さの弾性部材が存在することで、弾性体１１の強度も確保される。

【0036】

〈第１の凹部及び第２の凹部の幅〉
第１の凹部２４又は第２の凹部２６は、体積が同じであれば、幅が大きいよりも深さが深い方が、第１の凸部２３又は第２の凸部２５が振動しやすくなるので好ましい。したがって、幅が広い溝が少数あるよりも、幅が狭い溝が多数ある方が好ましい。

【0037】

〈第１の凹部及び第２の凹部の位置〉
本実施形態のように、振動波の進行方向、すなわち、弾性体１１の円周方向について、第１の凹部２４の位置と第２の凹部２６の位置とはずれており、第１の凹部２４と第２の凹部２６とが弾性体１１の厚さ方向に向き合って配置されることが少ないことが好ましい。このようなずれた配置にすることで、弾性体１１の強度が確保される。

【0038】

しかしながら、これに限らない。円周方向の進行波の数と圧電素子１５の分極用電極１３の数との間には関連がある。分極用電極１３の隙間２８に弾性体１１の第２の凹部２６が設けられるとき、設計のしやすさや凹部の加工の割り振りのしやすさから、第１の凹部２４の数は第２の凹部２６の整数倍になることが多くなる。ここで、第１の凹部２４の位置と第２の凹部２６の位置とは、それらの一部又は全部が互いに向き合って配置されていてもよい。

【0039】

また、本実施形態のように、第２の凹部２６は、分極用電極１３の隣り合う電極の間の隙間２８に対応する位置に設けられていることが好ましい。上述のとおり、分極用電極１３によって圧電体１２は分極させられており、隙間に対応する位置は、互いに逆向きに分極された区分と区分との境界位置に対応する。隙間２８は、電極１３Ａ間の絶縁のために必要である。隙間２８を設けていることで、隙間２８に対応する位置では、圧電体１２は分極していない。したがって、駆動電極１４に電圧を印加しても、隙間２８に対応する位置では、圧電体１２は、撓み波を発生させるようには機能しない。そこで、本実施形態では、弾性体１１の撓みやすさを実現するために設ける第２の凹部２６を、この隙間２８に対応した位置に設けている。これにより、第２の凹部２６の存在で弾性体１１が失われることによる弾性体１１の伸縮の損失を小さくすることができる。

【0040】

隙間２８は複数あり、複数ある第２の凹部２６の少なくとも一つが何れかの隙間２８に対応した位置に設けられていれば、上述の効果が得られる。また、複数の第２の凹部２６を設ける場合に、複数ある隙間２８の全てに対応して第２の凹部２６を設けることで、第２の凹部２６の数を増やしても、弾性体１１の伸縮の損失を最小化することができる。

【0041】

なお、第２の凹部２６の数は、隙間２８の数よりも多くてもよい。この場合、第２の凹部２６は、隙間２８に対応する位置以外にも設けられる。第２の凹部２６の数は、隙間２８の数よりも少なくてもよい。この場合には、全ての隙間２８に第２の凹部２６が対応して設けられていなくてもよい。

【0042】

［その他］
弾性体１１と圧電素子１５との接合に、熱硬化性接着剤が用いられてもよい。熱硬化性接着剤が用いられるとき、ステータ３の製造において、熱硬化性接着剤を介して弾性体１１と圧電素子１５とが重ね合わされた後、これらは加熱される。弾性体１１の熱膨張係数と圧電素子１５の熱膨張係数とは異なる。加熱による変形は、圧電素子１５よりも弾性体１１の方が大きいので、加熱により接着剤が硬化した後、ステータ３を冷却すると歪みが生じることになる。本実施形態では、弾性体１１の接合面である第２の面２２に第２の凹部２６が設けられていることで、弾性体１１の変形がある程度吸収されるので、熱膨張係数の差による歪みが小さくなる。その結果、圧電体１２が割れることが防止されたり、接着後の歪みを除去するための加工時間が短縮されて製造効率が向上したりする。また、本実施形態によれば、圧電体１２に時々発生する製造工程で発見が難しいマイクロクラックの発生率が大幅に低減するため、超音波モータ１の信頼性や寿命が向上する。弾性体１１と圧電素子１５との接合に、ロウ付け等が用いられても同様である。

【0043】

上述の実施形態では、図４（ａ）に示すように、ロータ４は、中心部に孔４３を有する円板状の支持体４２の外環部分に接触部４１が設けられた形状を有している。しかしながらこれに限らない。例えば、ロータ４は、円板状の支持体４２及び外環部分の接触部４１の一部が切欠かれたようなプロペラのような形状を有していてもよい。例えば、図４（ｂ）に示すように、ロータ４ａは、円板状の支持体４２及び外環部分の接触部４１の四方が切欠かれた形状であってもよい。すなわち、ロータ４ａは、中心部に孔４３ａを有する十字状の支持体４２ａとその端部に設けられた接触部４１ａとを有する形状を有していてもよい。また、例えば、図４（ｃ）に示すように、ロータ４ｂは、中央部に孔４３ｂを有する棒状の支持体４２ｂとその端部に設けられた接触部４１ａとを有する形状を有していてもよい。また、例えば、図４（ｄ）に示すように、ロータ４ｃは、孔４３ｃから片側に伸びる棒状の支持体４２ｃとその端部に設けられた接触部４１ｃとを有する形状を有していてもよい。その他、ロータ４は、種々の形状を取り得る。

【0044】

また、接触部４１の形状も種々に変更され得る。一例を図５に示す。図５は、ステータ３ｄとロータ４ｄとの直径に沿った縦断面を示す図である。図５に示すように、ロータ４ｄは、その外環部分で、ステータ３ｄの圧電素子１５ｄが設けられている弾性体１１ｄをまたぐように構成されている。すなわち、ロータ４ｄは、中心部に孔４３ｄを有する円板状の支持体４２ｄの外環部分に、弾性体１１ｄの第１の面２１ｄに接触する接触部４１ｄを有している。さらに、接触部４１ｄの外周側と内周側に、弾性体１１ｄの側面に沿って設けられた垂下部４４ｄが設けられている。また、このような例においても、ロータ４ｄの支持体４２ｄ、接触部４１ｄ及び垂下部４４ｄは、図４を参照して説明したように、プロペラのような形状に変更されてもよい。

【0045】

なお、上述の実施形態では、弾性体１１及び圧電素子１５を有するステータ３がベース２及びカバー８に対して固定されており、ロータ４がベース２及びカバー８に対して回転する例を挙げて説明したがこれに限らない。弾性体１１及び圧電素子１５を有する振動子が、ステータとして備えられるのではなく、ベース２及びカバー８に対して回転してもよい。すなわち、上述のステータ３とロータ４とは、互いに相対的に動くように構成されていればよい。言い換えると、ロータ４は、弾性体１１及び圧電素子１５を有する振動子の弾性体１１に対して、加圧接触している接触部材であり、対向している対向部材として機能すればよい。

【0046】

また、上述の実施形態では、超音波モータ１が円環形状をしている例を挙げて説明したが、アクチュエータの形状はこれに限らない。例えば、アクチュエータは、楕円形状、直線形状など、他の形状を有していてもよい。

【0047】

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0048】

１ 超音波モータ
２ ベース
３ ステータ
４ ロータ
５ シャフト
６ ベアリング
７ 皿バネ
８ カバー
１１ 弾性体
１２ 圧電体
１３ 分極用電極
１４ 駆動電極
１５ 圧電素子
２１ 第１の面
２２ 第２の面
２３ 第１の凸部
２４ 第１の凹部
２５ 第２の凸部
２６ 第２の凹部
２８ 隙間
４１ 接触部
６１ 中立面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】