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【発明の名称】 圧電モータ
【発明者】 【氏名】高橋 博
【氏名】西村 修
【氏名】秋葉 敏克
【課題】無効トルクの最小化、可動範囲の向上及び装置全体の小型化を図ることができる圧電モータを提供する。

【解決手段】被駆動体１０５にそれぞれ接し互いに離間して設置され、被駆動体１０５を駆動させる複数の圧電ユニット１０２，１０３，１０４と、被駆動体１０５を非接触状態で磁気吸引することにより、複数の圧電ユニット１０２，１０３，１０４のそれぞれに予圧力を付与する磁石１０９とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、前記被駆動体を安定に保持すると共に回転２自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、
前記被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、前記複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、
前記複数の圧電ユニットのそれぞれは、
振動方向が前記基台と略水平方向となり且つ前記被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第１の圧電素子と、
前記第1の圧電素子の振動方向と略直角に交差するように前記基台に対して略垂直方向に配設された第2の圧電素子と、
前記被駆動体と接し、前記第１及び第２の圧電素子を連結し、前記第１及び第２の圧電素子の合成振動により前記被駆動体の駆動平面を動作平面として前記被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、
前記磁石の予圧力が前記第1及び第2の圧電素子に付与されることを特徴とする圧電モータ。
【請求項２】
基台と、
球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、前記被駆動体を安定に保持すると共に回転３自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、
前記被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、前記複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、
前記複数の圧電ユニットのそれぞれは、
それぞれの中立軸線が交点を有し、振動方向が前記基台と略水平方向となり且つ前記被駆動体の駆動方向とそれぞれ斜交するように設置された第1及び第2の圧電素子と、
前記第１及び第2の圧電素子の振動方向と略直角に交差するように前記基台に対して略垂直方向に配設された第3の圧電素子と、
前記被駆動体と接し、前記第１〜第３の圧電素子を連結し、前記第１〜第３の圧電素子の合成振動により前記被駆動体の駆動平面を動作平面として前記被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、
前記磁石の予圧力が前記第1〜第3の圧電素子に付与されることを特徴とする圧電モータ。
【請求項３】
前記磁石が、前記複数の圧電ユニットのそれぞれの位置を直線で結んで形成される多角形状の領域内に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電モータ。
【請求項４】
前記磁石を複数有し、該複数の磁石が前記圧電ユニットのそれぞれの設置位置近傍にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電モータ。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ユニットを用いて被駆動体を駆動させる圧電モータ及び圧電モータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視カメラ等の指向方向制御やロボットの関節部などに代表される多自由度回転駆動制御系の分野では、単一軸駆動モータを直列多段に積み上げた構成の駆動機構或いはモータシステムが広く用いられている。また、小型高精度化の観点では、ジンバル機構やジョイント機構による支持系と、別途配設された電磁モータ等による駆動系から構成された多自由度型駆動機構或いは多自由度型モータシステムが採用される場合がある。しかしながら、ジンバル機構やジョイント機構を基本構造とした従来の駆動機構或いはモータシステムでは、構造が複雑化するため小型化に限界があり、必ずしも満足したものではなかった。状況を鑑み、近年では圧電素子を用いた球面モータの研究開発が注目されている。特に、圧電ユニットを用いて被駆動体である球体を摩擦力により駆動する圧電モータは、次世代の小型高精度球面モータとして期待されている。
【０００３】
圧電素子を用いた圧電モータとしては、特許文献１に記載された「ボールジョイントの角度変更装置」が知られている。このボールジョイントの角度変更装置は、ボールジョイントの球体を収納している球体収納部材内に所定配列により配設された３個の振動子（圧電ユニット）の各先端部が、球体に当接されている。また、この当接状態を維持するため、この球体は、同じく球体収納部材内に所定配列により配設された複数個のバネ部材により、振動子方向に付勢された構成とされている。この状態でこれらの振動子の各結合部が所望の所定方向に回転されるので、ボールジョイントの球体が所望の方向に回転される。それにより、ボールジョイントの角度が所定方向に変更される。この振動子（圧電ユニット）は先端部が結合されて一体化されている３個の振動素子（圧電素子）から構成されており、正三角錐の頂点を中心とする３本の稜の位置に振動素子（圧電素子）が配置されている。
【０００４】
また、圧電ユニットを用いた圧電モータの他の従来例としては、特許文献２に記載された「撮像装置」が知られている。この撮像装置において、撮像ユニットは略球体であり、撮像光学系の部分を除き、その外周面は凸球面で構成されている。また、撮像ユニットの内部には、撮像光学系、ＣＣＤ等の撮像素子が設けられている。撮像ユニットの筐体（球体）は、例えば磁性材料で形成されており、その凸球面部分は環状磁石からなる保持部材に吸着されている。保持部材は、撮像装置本体に固定されている。結果的に、撮像ユニットは保持部材の磁力により撮像装置本体に旋回可能に保持される。環状の保持部材の中央の開口部分の中央には、駆動機構が設けられている。駆動機構は、２次元圧電アクチュエータとそのほぼ中央部に設けられた摩擦部材等で構成されている。摩擦部材は、撮像ユニットの凸球面に当接し、２次元圧電アクチュエータの各腕の伸縮に伴って移動し、撮像ユニットを旋回させるように構成されている。
【０００５】
特許文献１に記載された「ボールジョイントの角度変更装置」や特許文献２に記載された「撮像装置」によれば、ジンバル機構やジョイント機構の複雑さを解消し、小型で多自由度の駆動機構が実現できる。
【０００６】
この種の圧電モータは摩擦駆動のため、被駆動体に圧電ユニットを押し付けて使用する必要がある。ところが、特許文献１においては、複数個のバネ部材を用いて予圧力を付与する構成となっており、バネ部材からなる予圧部及びその周辺部には球体を回転自在に支持するためのガイド部も実際には必要となる。これら予圧部及びガイド部はモータの大型化と共に、可動範囲の縮小、摩擦による駆動負荷の増大（無効トルクの増大）を招いていた。また、球体と振動子及び複数個のバネ部材が全て球体収納部材内に配設されているため、装置全体として更に大型化する課題があった。
【０００７】
また、特許文献２においては、撮像ユニットの凸球面部分を環状磁石からなる保持部材で吸着することで撮像ユニットを回転自在に支持するためのガイド部を構成していることから、ガイド部の摩擦による駆動負荷が大幅に増加（無効トルクの大幅な増加）するため、この摩擦による駆動負荷に打ち勝つだけの駆動力を駆動機構が発生しなければならず、結果的に装置全体として大型化する課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０６５４２７号公報（図８）
【特許文献２】特開２０００−１６５７３８号公報（図９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、無効トルクの最小化、可動範囲の向上及び装置全体の小型化を図ることができる圧電モータ及び圧電モータシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の一態様によれば、（イ）基台と、（ロ）球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、被駆動体を安定に保持すると共に回転２自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、（ハ）被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、複数の圧電ユニットのそれぞれは、振動方向が基台と略水平方向となり且つ被駆動体の駆動方向と斜交するように設置された第１の圧電素子と、第１の圧電素子の振動方向と略直角に交差するように基台に対して略垂直方向に配設された第２の圧電素子と、被駆動体と接し、第１及び第２の圧電素子を連結し、第１及び第２の圧電素子の合成振動により被駆動体の駆動平面を動作平面として被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、磁石の予圧力が第１及び第２の圧電素子に付与される圧電モータが提供される。本願発明の他の態様によれば、（イ）基台と、（ロ）球状の被駆動体にそれぞれ接し互いに離間して設置され、被駆動体を安定に保持すると共に回転３自由度方向に駆動させる複数の圧電ユニットと、（ハ）被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、複数の圧電ユニットのそれぞれに予圧力を付与する磁石とを備え、複数の圧電ユニットのそれぞれは、それぞれの中立軸線が交点を有し、振動方向が基台と略水平方向となり且つ被駆動体の駆動方向とそれぞれ斜交するように設置された第１及び第２の圧電素子と、第１及び第２の圧電素子の振動方向と略直角に交差するように基台に対して略垂直方向に配設された第３の圧電素子と、被駆動体と接し、第１〜第３の圧電素子を連結し、第１〜第３の圧電素子の合成振動により被駆動体の駆動平面を動作平面として被駆動体を駆動させる駆動部とを備え、磁石の予圧力が第１〜第３の圧電素子に付与される圧電モータが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、無効トルクの最小化、可動範囲の向上及び装置全体の小型化を図ることができる圧電モータ及び圧電モータシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧電モータシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る圧電モータの上面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの視線変更動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る視線変更カメラモジュールの視線変更動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態の変形例に係る圧電モータの構成を示す上面図である。
【図８】本発明の実施の形態の変形例に係る圧電モータの構成を示す上面図（図７のＢ−Ｂ断面図）である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例に係る圧電モータの構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る圧電モータシステムは、図１に示すように、被駆動体１０５を駆動する圧電モータ１００と、圧電モータ１００の動作を制御する制御部２００を備える。圧電モータ１００は、図１及び図２に示すように、略環状の基台１０１と、基台１０１に設置され、被駆動体１０５を直動或いは回転自在に支持する複数（第１〜第３）の圧電ユニット（２自由度圧電ユニット）１０２，１０３，１０４と、基台１０１に設置され、被駆動体１０５を非接触状態で磁気吸引することにより第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４のそれぞれに予圧力を付与する磁石１０９とを備える。
【００１５】
磁石１０９は、例えば環状であり、Ｚ軸上に被駆動体１０５と所定の隙間ｗを持って配設されている。磁石１０９は、被駆動体１０５を非接触状態で磁気吸引し、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４に予圧力を付与する。磁石１０９としては、単体の電磁石、或いは永久磁石と電磁石との組み合わせが使用可能である。
【００１６】
第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４は、被駆動体１０５を安定に保持するに必要な所定の配列を持って設けられており、図２に示す例ではＺ軸を中心として周方向に１２０度で等配されている。
【００１７】
第１の圧電ユニット１０２は、振動方向が基台１０１と略水平方向となり且つ被駆動体１０５の駆動方向と斜交するように設置された第１の圧電素子１０２ａと、第１の圧電素子１０２ａの振動方向と略直角に交差するように基台１０１に対して略垂直方向に配設された第２の圧電素子１０２ｂと、第１及び第２の圧電素子１０２ａ，１０２ｂを連結し、被駆動体１０５と接触点Ｐ１で接触し、それらの合成振動が摩擦を介して被駆動体１０５に駆動力を伝達するための駆動部１０６とを備える。
【００１８】
第２の圧電ユニット１０３は、振動方向が基台１０１と略水平方向となり且つ被駆動体１０５の駆動方向と斜交するように設置された第１の圧電素子１０３ａと、第１の圧電素子１０３ａの振動方向と略直角に交差するように基台１０１に対して略垂直方向に配設された第２の圧電素子１０３ｂと、第１及び第２の圧電素子１０３ａ，１０３ｂを連結し、被駆動体１０５と接触点Ｐ２で接触し、それらの合成振動が摩擦を介して被駆動体１０５に駆動力を伝達するための駆動部１０７とを備える。
【００１９】
第３の圧電ユニット１０４は、振動方向が基台１０１と略水平方向となり且つ被駆動体１０５の駆動方向と斜交するように設置された第１の圧電素子１０４ａと、第１の圧電素子１０４ａの振動方向と略直角に交差するように基台１０１に対して略垂直方向に配設された第２の圧電素子１０４ｂと、第１及び第２の圧電素子１０４ａ，１０４ｂを連結し、被駆動体１０５と接触点Ｐ３で接触し、それらの合成振動が摩擦を介して被駆動体１０５に駆動力を伝達するための駆動部１０８とを備える。
【００２０】
第１及び第２の圧電素子１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂのそれぞれは、圧電セラミックス、電歪セラミックス、高分子圧電体、又はそれらの組み合わせやそれらの積層体が使用可能である。
【００２１】
被駆動体１０５は、例えば球状であり、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４との接触点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で支持されて、位置が一意的に定まる。一方、被駆動体１０５の姿勢については幾何図形的には回転自在に支持されているが、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４との接触点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３における摩擦力でその回転運動は拘束されており、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４の動作が停止している。第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４と被駆動体１０５との間の摩擦力を超える大きな外力が働かない限り、被駆動体１０５の姿勢はその状態を保持されている。
【００２２】
制御部２００は、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４の被駆動体１０５に対する予圧力を調整するための電磁石吸引力制御系である。制御部２００は、圧電モータ１００の取り付け面２０２に設置された姿勢角センサ２０１と、操作部２０３と、操作部２０３に接続された駆動波形生成部２０４と、駆動波形生成部２０４にそれぞれ接続されたアンプ２０５，２０６，２０７と、姿勢角センサ２０１及び駆動波形生成部２０４のそれぞれに接続された予圧設定部２０８と、予圧設定部２０８に接続された電磁石アンプ２０９を備える。
【００２３】
姿勢角センサ２０１は、圧電モータ１００の姿勢を計測し、姿勢情報Ｓ１を予圧設定部２０８へ伝達する。操作部２０３は、圧電モータ１００の駆動条件等を設定し、操作信号Ｃ１を駆動波形生成部２０４へ伝達する。駆動波形生成部２０４は、操作部２０３からの操作信号Ｃ１に基づき、第１及び第２の圧電素子１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂに印加するための電圧波形（駆動信号）を生成する。アンプ２０５，２０６，２０７は、駆動波形生成部２０４からの駆動信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６に基づき、第１及び第２の圧電素子１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂに所定の駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６を印加する。
【００２４】
予圧設定部２０８は、駆動波形生成部２０４からの印加電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６の最大値（駆動信号）Ｅ０と、姿勢角センサ２０１からの姿勢情報Ｓ１を入力し、印加電圧の最大値Ｅ０と姿勢情報Ｓ１の情報に基づいて、予め定められた予圧値を参照又は所定の算出式を用いて予圧値Ｍ１を設定する。ここでは、印加電圧の最大値Ｅ０と姿勢情報Ｓ１の両方の情報を用いて予圧値Ｍ１を設定するように構成しているが、使用環境や使用状況及び要求精度等の観点から、印加電圧の最大値Ｅ０と姿勢情報Ｓ１の内いずれか一方の情報のみを用いて予圧値Ｍ１を設定しても構わない。電磁石アンプ２０９は、予圧設定部２０８にて設定された予圧値Ｍ１を入力し、予圧値Ｍ１に対応した磁気吸引力を発生するため、環状磁石１０９のコイル１０９ａに印加するための電流Ａ１を励磁する。
【００２５】
圧電モータ１００を作動し、被駆動体１０５の姿勢を変更する場合は、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４のそれぞれの第１及び第２の圧電素子１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂにアンプ２０５，２０６，２０７を用いて所定の駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６を印加し、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４の駆動部１０６，１０７，１０８は、公知の駆動方法に従う運動、例えば、楕円運動や急速変形運動を付与することによって、被駆動体１０５の姿勢を任意の２自由度方向に回転駆動する。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態に係る圧電モータ１００を備える圧電モータシステムによれば、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４によって被駆動体１０５を回転自在に支持すると共に、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４の合成振動の組み合せによって被駆動体１０５を任意の２自由度方向に回転駆動させ、且つ環状磁石１０９が被駆動体１０５を非接触状態で磁気吸引して第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４に予圧力を付与する構成としているので、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４との接触点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３以外の摩擦接触部を排除でき、他の構成部位での摩擦による駆動負荷が原理的に発生しない。その結果、無効トルクを最小化できるので、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４の大幅な小型化が期待できる。
【００２７】
また、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４と磁石１０９が被駆動体１０５の下方（片側半球部近傍）に集中配置され、且つ磁石１０９が第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４のそれぞれの位置を直線で結んで形成される多角形状（三角形状）の領域内に配設された構成としているので、装置全体の小型化と共に、可動範囲の大幅な向上を実現可能となる。このような小型化と多自由度駆動が可能な特長を生かして監視カメラ等の指向方向制御やロボットの関節部としての利用が期待できる。
【００２８】
また、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４は、リング状に圧電素子を貼り付けてあるリング型振動子に比較して、振動変位（厚さ）は大きいが、発生力（面積）は小さい。発生力が小さいと、予圧力を大きくできず、初期予圧力に対して圧電モータ１００の姿勢変化等に起因して生じる変動分の割合が大きくなる。圧電モータ１００は摩擦駆動のため、この予圧力変動の割合が大きいと、駆動特性の安定性が損なわれる場合がある。本発明の実施の形態においては、圧電モータ１００の姿勢や圧電ユニット印加電圧の最大値に応じて電磁石１０９の吸引力を制御し、圧電モータ１００の姿勢や第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４の駆動状態の変化に応じて予圧力（電磁石１０９の磁気吸引力）を能動的に調整するように構成しているので、圧電モータ１００の姿勢や第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４の駆動状態が変動した状況にあっても、駆動特性の安定性向上を実現可能となる。
【００２９】
（第１の変形例）
本発明の実施の形態の第１の変形例として、圧電モータ１００にカメラモジュールを搭載してなる視線変更カメラモジュールの構成を説明する。図３及び図４に示すように、視線変更カメラモジュール１５０は、圧電モータ１００と、被駆動体１５１と、被駆動体１５１の内側中央部近傍に埋め込まれたカメラモジュール１２０を備える。
【００３０】
カメラモジュール１２０は、被駆動体１５１内部に固定して配置される。被駆動体１５１は、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４から駆動力が伝達される外周面が球面形状に加工されている。なお、視線変更カメラモジュール１５０は、撮影した画像を回転処理するための画像処理手段を必要に応じて備えている。
【００３１】
圧電モータ１００を作動させ被駆動体１５１を回転駆動すると、カメラモジュール１２０の視線方向を任意の２自由度方向に変更することができる。例えば、図４では垂直方向（上方）を向いていたカメラモジュール１２０の視線方向Ｄ１を、図５及び図６に示すような水平方向（横方向）の視線方向Ｄ２に変更することができる。
【００３２】
また、図１及び図２に示した圧電モータ１００と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分については重複した説明を省略する。
【００３３】
本発明の実施の形態の第１の変形例に係る視線変更カメラモジュール１５０によれば、第１〜第３の圧電ユニット１０２，１０３，１０４と環状磁石１０９が、カメラモジュール１２０を搭載した被駆動体１５１の下方（片側半球部近傍）に集中配置された構成としているので、装置全体の小型化を実現しつつ、周囲３６０度（全方位と呼ぶ）の画像が撮影できる。
【００３４】
（第２の変形例）
本発明の実施の形態の第２の変形例に係る圧電モータ３００は、図７及び図８に示すように、被駆動体１０５と、略環状の基台３０１と、この基台３０１に設置され、Ｚ’軸を中心として周方向に１２０度で等配された第１〜第３の圧電ユニット（３自由度圧電ユニット）３０２，３０３，３０４と、Ｚ’軸上に被駆動体１０５と所定の隙間ｗを持って配設された環状磁石１０９を備える。
【００３５】
環状磁石１０９は、被駆動体１０５を非接触状態で磁気吸引することにより、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４に予圧力を付与する。
【００３６】
第１の圧電ユニット３０２において、第１〜第３の圧電素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃの中立軸線が互いに略直角に交差し交点を有するように配設されている。第１及び第２の圧電素子３０２ａ，３０２ｂはそれらの振動方向が基台３０１に略水平方向となるように設けられている。第３の圧電素子３０２ｃはその振動方向が基台３０１に略垂直方向となるように設けられている。駆動部３０６は、第１〜第３の圧電素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃを連結し、それらの合成振動が接触点Ｐ４での摩擦を介して被駆動体１０５に駆動力を伝達する。
【００３７】
第２の圧電ユニット３０３において、第１の圧電素子３０３ａ、第２の圧電素子３０３ｂ及び第３の圧電素子（図示せず）の中立軸線が互いに略直角に交差するように配設されている。第１及び第２の圧電素子３０３ａ，３０３ｂはそれらの振動方向が基台３０１に略水平方向となるように設けられている。第３の圧電素子（図示せず）はその振動方向が基台３０１に略垂直方向となるように設けられている。駆動部３０７は、第１の圧電素子３０３ａ、第２の圧電素子３０３ｂ及び第３の圧電素子（図示せず）を連結し、それらの合成振動が摩擦を接触点Ｐ５での介して被駆動体１０５に駆動力を伝達する。
【００３８】
第３の圧電ユニット３０４において、第１〜第３の圧電素子３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃの中立軸線が互いに略直角に交差するように配設されている。第１及び第２の圧電素子３０４ａ，３０４ｂはそれらの振動方向が基台３０１に略水平方向となるように設けられている。第３の圧電素子３０４ｃはその振動方向が基台３０１に略垂直方向となるように設けられている。駆動部３０８は、第１〜第３の圧電素子３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃを連結し、それらの合成振動が接触点Ｐ６での摩擦を介して被駆動体１０５に駆動力を伝達する。
【００３９】
被駆動体１０５は、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４との接触点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６で支持されて位置が一意的に定まる。一方、被駆動体１０５の姿勢については幾何図形的には回転自在に支持されているが、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４との接触点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６における摩擦力でその回転運動は拘束されており、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４の動作が停止していると共に、被駆動体１０５との間の摩擦力を超える大きな外力が働かない限り、被駆動体１０５の姿勢はその状態を保持されている。
【００４０】
圧電モータ３００を作動し、被駆動体１０５の姿勢を変更する場合は、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４の第１〜第３の圧電素子３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃに図示を省略したアンプを用いて所定の電圧を印加し、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４の駆動部３０６，３０７，３０８に公知の駆動方法に従う運動、例えば、楕円運動や急速変形運動を付与することによって、被駆動体１０５の姿勢を任意の３自由度方向に回転駆動するものである。
【００４１】
なお、図１及び図２に示した圧電モータ１００と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分については重複した説明を省略する。
【００４２】
このように、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る圧電モータ３００によれば、３組（第１〜第３）の圧電ユニット３０２，３０３，３０４によって被駆動体１０５を回転自在に支持すると共に、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４の合成振動の組み合せによって被駆動体１０５を任意の３自由度方向に回転駆動させ、且つ環状磁石１０９が被駆動体１０５を非接触状態で磁気吸引して第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４に予圧力を付与する構成としているので、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４との接触点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６以外の摩擦接触部を排除でき、他の構成部位での摩擦による駆動負荷が原理的に発生しない。その結果、無効トルクを最小化できるので、第１〜第３の圧電ユニット３０２，３０３，３０４の大幅な小型化が期待できる。
【００４３】
なお、第１の変形例に係る視線変更カメラモジュール１５０では２自由度圧電ユニットの圧電モータ１００を用いて構成したが、第２の変形例に係る３自由度圧電ユニットの圧電モータ３００を用いて構成しても良い。視線変更カメラモジュール１５０では、画像の回転処理を行う画像処理手段を必要に応じて使用することとしていたが、圧電モータ３００を用いて視線変更カメラモジュールを構成することにより、３自由度の回転駆動の特長を生かし、圧電モータ１００では実現できなかった画像の傾き補正を実現できるので、画像処理手段が不要となる。更に、画像処理を不要としたため、搭載したカメラモジュール１２０で撮影された画像は、周囲３６０度（全方位と呼ぶ）のリアルタイム性の高い安定した画像が撮影できる。
【００４４】
（その他の実施の形態）
本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４５】
例えば、３組の２自由度（交差型）圧電ユニット又は３自由度（トラス型）圧電ユニットを組み合わせた場合を説明したが、組み合わせる圧電ユニットの数は特に限定されない。例えば図９に示すように、４組の２自由度圧電ユニット４０２，４０３，４０４，４０５を組み合わせているように、４組以上の圧電素子を組み合わせても良い。
【００４６】
また、被駆動体１０５としては図１に示すように球体を回転させる一例を説明したが、特に限定されない。例えば、被駆動体１０５として平板を用いて、直動させても良い。
【００４７】
また、図１に示した磁石１０９の代わりに、複数の磁石が圧電ユニット１０２，１０３、１０４のそれぞれの設置位置近傍にそれぞれ配設されていても良い。
【００４８】
また、図１に示した磁石１０９及び圧電ユニット１０２，１０３，１０４は、被駆動体１０５の下方に配置したが、取り付ける環境に応じて、被駆動体の上方に配置しても良い。
【００４９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲はの説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１００，３００…圧電モータ
１０１，３０１…基台
１０２，１０３，１０４，３０２，３０３，３０４…圧電ユニット
１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０４ａ，３０４ｂ…圧電素子
１０５，１５１…被駆動体（球体）
１０６，１０７，１０８，３０６，３０７，３０８…駆動部
１０９…環状電磁石
１０９ａ…コイル
１２０…カメラモジュール
１５０…視線変更カメラモジュール
２００…圧電モータシステム
２０１…姿勢角センサ
２０２…取り付け面
２０３…操作部
２０４…駆動波形生成部
２０５，２０６，２０７…アンプ
２０８…予圧設定部
２０９…電磁石アンプ

特許の図
【出願人】 【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】 平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和

【識別番号】１００１００７１２
【弁理士】
【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

【識別番号】１０００９５５００
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和

【識別番号】１００１０１２４７
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一

【識別番号】１０００９８３２７
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
【公開番号】 特開２００９−２４７２１１（Ｐ２００９−２４７２１１Ａ）
【公開日】 平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願番号】 特願２００９−１７５２６９（Ｐ２００９−１７５２６９）