(57)【要約】【課題】  超音波モータを長時間、共振駆動させた場合において、積層型圧電素子の外部電極が破断する。【解決手段】  圧電体と内部電極を交互に積層した圧電素子を備えたランジュバン型の２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定の角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された接触部材と、を備えた超音波モータであって、該圧電素子の側面には複数の四角形状或いは長方形状の外部電極が形成されており、該外部電極における４つの端部の対角線が交わる複数の点及び該圧電素子に形成された２本の円柱孔の軸が全て同一の仮想面上に含まれることがないこと。【選択図】  図６
2010200424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と内部電極を交互に積層した圧電素子を備えたランジュバン型の２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定の角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された接触部材と、を備えた超音波モータであって、該圧電素子の側面には複数の四角形状或いは長方形状の外部電極が形成されており、該外部電極における４つの端部の対角線が交わる複数の点及び該圧電素子に形成された２本の円柱孔の軸が全て同一の仮想面上に含まれることがないことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
圧電体と内部電極を交互に積層した圧電素子を備えたランジュバン型の２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定の角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された接触部材と、を備えた超音波モータであって、該圧電素子の側面には複数の四角形状或いは長方形状の外部電極が形成されており、２個の超音波振動子がなす２本の円柱孔の軸が全て含まれる仮想面（α面）と、該外部電極における４つの端部の対角線が交わる１つの点と該圧電素子に形成された円柱孔の軸の１本が含まれる仮想面（β面、ε面、γ面、ζ面のいずれか）がなす角度が４５〜１３５度であることを特徴とする超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関するもので、特に２つの超音波振動子を組み合わせた超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より超音波振動子を用いた超音波モータが提案されており、その中に図１で示される２つの超音波振動子を組み合わせた超音波モータ１０がある。この超音波モータ１０は２個の超音波振動子１１・１１´を所定の角度で保持する保持部材１２と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体１５と接して、その端部（Ｖ字型の開いている方）で超音波振動子１１・１１´と接続されたヘッド１３とを備えている。
【０００３】
超音波振動子１１・１１´は積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ、２３ａ´・２３ｂ´を備え、積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ、２３ａ´・２３ｂ´は中央に円柱状の孔があり、この孔にボルト２１を通した上で、ボルト２１の両端部のおねじとヘッド１３と金具２２のめねじを所定の力で締め付けている。積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ、２３ａ´・２３ｂ´の間に金属板２４ｃ、２４ｂ、２４ａ、２４ｃ´、２４ｂ´、２４ａ´が構成されている。積層型圧電素子の側面には外部電極が形成され（図では省略）、外部電極は内部電極と導通している。
【０００４】
超音波モータ１０は、超音波駆動子１１ａ、１１ｂに位相が９０度ずれた共振周波数電圧を印加すると（内部電極２４ｂ、２４ｂ´に電圧を印加すると）、ヘッド１３の当接部１３ａに楕円運動が生じる。そして、被駆動体１５の面に一定の力によりヘッド１３の当接部１３ａを押し当てると、ヘッド１３と被駆動体１５の摩擦力により被駆動体１５の接線方向に推力が生じ、そのために被駆動体１５が移動することになる（共振駆動している）。
【０００５】
ここで、超音波モータ１０を長時間、共振駆動させると、この積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ、２３ａ´・２３ｂ´の金属板２４ｃ、２４ｂ、２４ａ、２４ｃ´、２４ｂ´、２４ａ´と導通している外部電極が破断し、積層型圧電素子が壊れる確率が高いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７８２９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、超音波モータを長時間、共振駆動させた場合において、積層型圧電素子の外部電極が破断することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、圧電体と内部電極を交互に積層した圧電素子を備えたランジュバン型の２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定の角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された接触部材と、を備えた超音波モータであって、該圧電素子の側面には複数の四角形状或いは長方形状の外部電極が形成されており、該外部電極における４つの端部の対角線が交わる複数の点及び該圧電素子に形成された２本の円柱孔の軸が全て同一の仮想面上に含まれることがないことを特徴とする。
【０００９】
好適には、圧電体と内部電極を交互に積層した圧電素子を備えたランジュバン型の２個の超音波振動子と、前記２個の超音波振動子を所定の角度で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体と接し、その端部で前記２個の超音波振動子と接続された接触部材と、を備えた超音波モータであって、該圧電素子の側面には複数の四角形状或いは長方形状の外部電極が形成されており、２個の超音波振動子がなす２本の円柱孔の軸が全て含まれる仮想面（α面）と、該外部電極における４つの端部の対角線が交わる１つの点と該圧電素子に形成された円柱孔の軸の１本が含まれる仮想面（β面、ε面、γ面、ζ面のいずれか）がなす角度が４５〜１３５度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、超音波モータを長時間、共振駆動したとしても外部電極が破断することを防止することができ、超音波モータの耐久性及び品質の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】超音波モータの概略構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る積層型圧電素子の外観図および断面図である。
【図３】本発明に係る積層型圧電素子の側面に形成する外部電極の一例を示す概略図である。
【図４】従来例にて外部電極が破断している場合における外部電極の配置位置を示す超音波モータの概略図である。
【図５】従来例の外部電極の配置である超音波モータの概略図である。
【図６】本発明の外部電極の配置を変更した超音波モータの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は従来から使用されている超音波モータ１０の概略構造を示す断面図である。この超音波モータ１０は、本発明においても変更することなく使用するので、ここでは改めて超音波モータ１０の全体構造についてより詳細に説明する。
【００１３】
超音波モータ１０は、ランジュバン型の構造を有する２個の超音波振動子１１・１１´と、超音波振動子１１・１１´を９０度の角度で保持する保持部材１２と、被駆動体１５に接する略Ｖ字型の形状を有するヘッド１３を有している。保持部材１２には予圧機構１４が取り付けられ、予圧機構１４は所定の力にてヘッド１３を被駆動体１５に押し当てている。
【００１４】
超音波振動子１１は、両端がネジ切りされたボルト２１と、ボルト２１の両端部のネジ溝（おねじ）に螺合する金具２２の袋ナット（めねじ）と、ボルト２１を通すことができる２枚のリング状の積層型圧電素子２３ａ・２３ｂおよびリング状の金属板２４ａ・２４ｂとを有している。超音波振動子１１´は、超音波振動子１１と同様に、ボルト２１´と、金具２２´の袋ナット（めねじ）と、２枚のリング状の積層型圧電素子２３ａ´・２３ｂ´と、リング状の金属板２４ａ´・２４ｂ´とを有している。ここで、積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ、２３ａ´・２３ｂ´は複数の圧電セラミックスと内部電極により積層方向へ交互に挟まれた構造を有している。この内部電極は積層型圧電素子の側面に形成された外部電極と電気的に接続されている。外部電極の形状は限定されるものではなく、三角形形状でも円形形状でも支障がないが、一般的には四角形（正方形を含む）の形状が使用されている。ボルト２１・２１´はリング状の積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ、２３ａ´・２３ｂ´における孔に挿通されるが、ボルト２１・２１´と電気的に接続されないように、積層型圧電素子の内部電極は積層型圧電素子の内孔側には露出していない。
【００１５】
保持部材１２にはボルト２１・２１´を通すための孔部が設けられている。ヘッド１３は被駆動体１５に接する当接部１３ａと、超音波振動子１１・１１´と連結される連結部１３ｃ・１３ｃ´と、当接部１３ａと連結部１３ｃ・１３ｃ´とを連結するネック部１３ｂ・１３ｂ´から構成されており、連結部１３ｃ・１３ｃ´にはそれぞれ、ボルト２１・２１´のネジに螺合するネジ穴が形成されている。
【００１６】
積層型圧電素子２３ａ・２３ｂは金具２２の袋ナット（めねじ）とヘッド１３の連結部１３ｃ（めねじ）が、両端部がおねじのボルト２１を介して所定の力で締め付けられ、これによってランジュバン型の超音波振動子１１が得られる。同様に、積層型圧電素子２３ａ´・２３ｂ´は金具２２´の袋ナット（めねじ）とヘッド１３の連結部１３ｃ´（めねじ）が、両端部がおねじのボルト２１´を介して所定の力で締め付けられ、これによってランジュバン型の超音波振動子１１´が得られる。
【００１７】
このように、超音波モータ１０においては、ヘッド１３の連結部１３ｃは超音波振動子１１の構成要素でもあり、同様に連結部１３ｃ´は超音波振動子１１´の構成要素でもある。つまり、ヘッド１３は被駆動体１５に推力を与えるだけでなく、積層型圧電素子２３ａ、２３ｂ、２３ａ´、２３ｂ´を締め付けることにてランジュバン型振動子を構成する部材としての役割を担う。
【００１８】
ヘッド１３には、アルミ合金が好適に用いられる。この場合、連結部１３ｃ・１３ｃ´にボルト２１・２１´と連結するためのネジ溝を形成することが容易である。又、ヘッド１３における当接部１３ａの表面に窒化珪素等の耐摩耗性に優れるセラミックスを接着することが好ましい。積層型圧電素子２３ａ・２３ａ´のヘッド１３側の端面は接地電極となり、よってヘッド１３は接地電位に保持される。
【００１９】
ボルト２１・２１´と金具２２・２２´の袋ナット（めねじ）と、保持部材１２にも金属材料が用いられるので、ボルト２１・２１´を介してヘッド１３と金具２２・２２´の袋ナット（めねじ）が導通し、金具２２・２２´の袋ナット（めねじ）と保持部材１２は接地しているので、これら全ての部材が接地電位に保持される。よって、保持部材１２と接触している金属板２４ｃ・２４ｃ´が接地電極として用いられるようになる。
【００２０】
予圧機構１４は、エアーシリンダや油圧シリンダ、スプリングコイル等が使用される。
【００２１】
金属板２４ｂ・２４ｂ´にそれぞれリード線（図１に図示なし）が取り付けられ、これらリード線にて駆動電圧を印加し、積層型圧電素子２３ａ・２３ｂを同時に駆動する。例えば、超音波振動子１１を構成する積層型圧電素子２３ａ・２３ｂをＶ＝Ｖ０ｓｉｎ２πｆｔ（ｆ：共振周波数）で伸縮させ、且つ、超音波振動子１１ｂを構成する積層型圧電素子２３ａ´・２３ｂ´をＶ＝Ｖ０ｃｏｓ２πｆｔ（ｆ：共振周波数）で伸張させることにより、ヘッド１３の当接部１３ａに楕円運動を生じさせることができ、被駆動体１５と当接部１３ａの間の摩擦力を利用して、被駆動体１５を移動させることができる。
【００２２】
次に本発明に係る積層型圧電素子の外観図および断面図を図２に示す。図２で示す積層型圧電素子は図１でのリング状の積層型圧電素子２３ａ、２３ｂ、２３ａ´、２３ｂ´に該当する。図２（ａ）が本発明に係る積層型圧電素子の外観図であり、上面電極１、下面電極２、外部電極３、そしてリング状の積層型圧電素子の中央にて上面から下面に貫通している円柱状の孔である円柱孔５が空いている。そして、図２（ｂ）が本発明に係る積層型圧電素子の断面図であり、上面電極１と積層型圧電素子の側面に形成された外部電極３、及び内部電極４（圧電体と内部電極が交互に積層されている中で、下層面から奇数枚目の全ての内部電極が該当する）が電気的に接続されている。そして、下面電極２と積層型圧電素子の側面に形成された外部電極３´及び内部電極４´（圧電体と内部電極が交互に積層されている中で、下層面から偶数枚目の全ての内部電極が該当する）が電気的に接続されている。円柱孔５を構成する上での中心軸（円柱孔５の側面から同一距離に位置する中心軸）を円柱孔の軸６と定義した。
【００２３】
図３は本発明に係る積層型圧電素子の側面に形成する外部電極の一例を示す概略図である。この積層型圧電素子２３ａは、図１での積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ・２３ａ´・２３ｂ´に該当する。又、外部電極３は図２における外部電極３および外部電極３´に該当する。この外部電極３は圧電体（具体的に図示していないが、図３にて内部電極４が紙面の上から下に複数形成されているが、内部電極４と内部電極４の間に圧電体が構成されている）、内部電極４が交互に積層されたリング状の積層型圧電素子２３ａの側面に形成されている。外部電極３は圧電素子の側面に複数形成されていても良いし、２つでも問題はない。又、外部電極３は四角形の形状で記載しているが、特に形状に規定はなく、丸形でも三角形でも良い。ここでは四角形（長方形）の形状にて説明する。ここで、外部電極３はＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点に囲まれており、外部電極３の上辺Ｃ−Ｄ及び下辺Ａ−Ｂが積層型圧電素子の複数の内部電極４と平行である（実際は製造時の伸縮により若干の歪が生じるが、ばらつきを平均値にて補正して直線化したものである）。積層型圧電素子２３ａの上面は外部電極３の上辺Ｃ−Ｄと一部で重なっているが、図３には記載されていないものの、この積層型圧電素子２３ａの上面には電極が形成されている。従って、積層型圧電素子２３ａの上面に形成される図示されない電極と側面に形成される外部電極３は導通している。そして、外部電極３の上辺Ｃ−Ｄの中点がＦ点、下辺Ａ−Ｂの中点がＥ点とする。ここで、外部電極３の４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わる点をＧ点とする。
【００２４】
まず、図１で示されるランジュバン型の構造を有する２個の超音波振動子からなる超音波モータ１０は如何なる構成、条件において共振振動による積層型圧電素子の外部電極破断を発生させるのかを検証した。図４は従来例にて外部電極が破断している場合における外部電極の配置位置を示す超音波モータの概略図である。積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ・２３ａ´・２３ｂ´はそれぞれ側面に２つの外部電極３・３´を形成している。又、一方の超音波振動子１１には金属板を挟んで連結している２つの積層型圧電素子２３ａ・２３ｂが備えられている。そして、超音波振動子１１が備えるリング状の積層型圧電素子２３ａ・２３ｂの中央にて上面から下面に貫通している円柱状の孔である円柱孔５（図示していないが、図２の構成が積層型圧電素子２３ａ・２３ｂに該当する）の中心となる軸が、円柱孔の軸６である。他方の超音波振動子１１´も超音波振動子１１と同じ構成であり、金属板を挟んで連結している２つの積層型圧電素子２３ａ´・２３ｂ´が備えられている。そして、超音波振動子１１´が備えるリング状の積層型圧電素子２３ａ´・２３ｂ´の中央にて上面から下面に貫通している円柱状の孔である円柱孔５（図示していないが、図２の構成が積層型圧電素子２３ａ´・２３ｂ´に該当する）の中心となる軸が、円柱孔の軸６´（図２、図３に記載されている円柱孔の軸６は円柱孔の軸６´に置き換えることができる）である。ここで、外部電極が破断した超音波モータ１０では、超音波振動子１１・１１´における外部電極３および３´の配置は以下のようになった。図３の外部電極３（外部電極３´も同じ）の４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点と積層型圧電素子２３ａに形成された円柱孔の軸６が同一の仮想面上に含まれる（仮想面を想定した場合に、一つの面上に含まれる）関係にあることが共通点として判明した。尚、超音波振動子１１・１１´には各２個の積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ・２３ａ´・２３ｂ´が備えられているが、積層型圧電素子の１個でも外部電極３（外部電極３´も同じ）の４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点と積層型圧電素子２３ａに形成された円柱孔の軸６が同一の仮想面上に含まれる（仮想面を想定した場合に、一つの面上に含まれる）関係にあると外部電極が破断している。
【００２５】
そこで、積層型圧電素子の側面に形成される外部電極の配置と外部電極の破断との関係を検証するために駆動試験を実施した。以下にて実施した駆動試験について説明する。駆動試験に使用する超音波モータとしては図１で示されるランジュバン型の構造を有する２個の超音波振動子からなる超音波モータ１０である。ここで、積層型圧電素子は圧電体の積層数が７層、外径２０ｍｍΦ、円柱孔の径が１１ｍｍΦ、厚さ４．５ｍｍのものを用いた。そして、積層型圧電素子の内部電極はＡｇ−Ｐｄ電極を用い、積層型圧電素子の側面の外部電極、上面電極、下面電極はＡｇ電極を用いた。
【００２６】
図５は従来例の外部電極の配置である超音波モータの概略図である。超音波モータの基本構成は図１と同じである。図５（ａ）は従来例である超音波モータの概略図を示している。超音波モータ１０の２つの超音波振動子１１・１１´には夫々の超音波振動子１１・１１´に２個の積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ・２３ａ´・２３ｂ´が直列に並んで構成されている。積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ・２３ａ´・２３ｂ´の側面には外部電極３・３´が夫々で各２つ構成されている。又、図５（ｂ）は従来例である超音波モータでの超音波振動子１１を図５（ａ）で示すＬ側から、超音波振動子１１´をＲ側から同時に見た場合の円柱孔の軸６と円柱孔の軸６´の配置を示した概略図である。ここでは、円柱孔の軸６と円柱孔の軸６´を何れも含む仮想面をα面と定義する。図５（ｃ）は、従来例で２個の超音波振動子１１・１１´における積層型圧電素子の側面に形成される外部電極３での４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点と、外部電極３´の４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点がα面に含まれる場合を示している。言い換えると図５（ｃ）は超音波振動子１１・１１´の全ての外部電極３・３´における４つの端部の対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点がα面に含まれていることを示している。ここで、図５（ｃ）の外部電極の配置からなる超音波モータ１０にて４００ｍｍのストロークを有するセラミックス製ステージを加速度３Ｇ、速度１．５ｍ／ｓｅｃにて往復運動させる連続駆動試験を駆動距離換算で３００ｋｍ動作させた。連続駆動試験は５個の超音波モータにて行った。この試験では４個の超音波モータにて積層型圧電素子の側面に形成される外部電極が破断していた。この結果は前記で記載している従来例にて積層型圧電素子の側面に形成される外部電極が破断していたものを検証した際と同じ結果となった。
【００２７】
図６は本発明の外部電極の配置を変更した超音波モータの一例を示す概略図である。図６（ａ）は本発明である超音波モータの概略図を示している。図６（ａ）の超音波モータは積層型圧電素子の側面に形成する外部電極の配置を除けば、図５（ａ）と同じ構成である。図６（ｂ）は本発明の超音波モータでの超音波振動子１１を図６（ａ）で示すＬ側から、超音波振動子１１´をＲ側から同時に見た場合の円柱孔の軸６と円柱孔の軸６´の配置を示した概略図である。ここでは、図５（ｂ）にて定義したように円柱孔の軸６と円柱孔の軸６´を何れも含む仮想面をα面としている。図６（ｃ）は本発明にて積層型圧電素子の側面に形成する外部電極３の配置を変更した際の概略図を示している。ここで、Ｌ側の超音波振動子１１が備える圧電素子２３ａにおける外部電極３での４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点と、円柱孔の軸６が含まれる仮想面をβ面とする。そして、α面とβ面が交差してなす角度をθとする。又、Ｌ側の超音波振動子１１が備える圧電素子２３ａにおける外部電極３´での４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点と、円柱孔の軸６が全て含まれる仮想面をε面とする。そして、α面とε面が交差してなす角度をφとする。一方、Ｒ側の超音波振動子１１´が備える圧電素子２３ａ´における外部電極３での４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点と、円柱孔の軸６´が全て含まれる仮想面をγ面とする。そして、α面とγ面が交差してなす角度をδとする。又、Ｒ側の超音波振動子１１´が備える圧電素子２３ａ´における外部電極３´での４つの端部（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点）にて対角線上に位置するＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点を夫々結んだ対角線（Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｃ）が交わるＧ点と、円柱孔の軸６´が全て含まれる仮想面をζ面とする。そして、α面とζ面が交差してなす角度をΨとする。
【００２８】
次に図６（ｃ）のようにα面に対して、外部電極３・３´の配置を変更して積層型圧電素子の側面に形成される外部電極３・３´の配置と外部電極の破断の関係を検討した。まず外部電極３・３´の配置が異なる積層型圧電素子を作製した。積層型圧電素子２３ａはθ、φ、δ、Ψを夫々５〜３５５度の範囲で５度刻みとし、夫々の角度の組み合わせを変えた条件にて作製した。尚、積層型圧電素子２３ａと積層型圧電素子２３ａ´におけるθ、φ、δ、Ψは角度が同じ範囲であり、積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ・２３ａ´・２３ｂ´は同じ構成（図２の構成）であるので積層型圧電素子２３ａの外部電極３・３´の配置を変更したものとして、θ、φの角度を変更した組み合わせ毎に各２０個作製した。そして、積層型圧電素子２３ａ・２３ｂ・２３ａ´・２３ｂ´で夫々θ、φ、δ、Ψの角度が異なる組み合わせ毎にて駆動試験を行い、外部電極の配置と電極破断の関係を試験した。ここでは、図５（ｃ）の超音波モータでの駆動試験と同様に、図６（ｃ）の外部電極の配置からなる超音波モータ１０にて４００ｍｍのストロークを有するセラミックス製ステージを加速度３Ｇ、速度１．５ｍ／ｓｅｃにて往復運動させる連続駆動試験を駆動距離換算で３００ｋｍ動作させた。α面に対する角度Θ、γ、δ、Ψが夫々５〜１０度及び３５０〜３５５度では４個の積層型圧電素子の外部電極が破断した。そして、角度Θ、γ、δ、Ψが夫々１５〜４０度及び３２０〜３４５度まででは１〜２個の積層型圧電素子の外部電極が破断した。それに対して回転角度Θ、γ、δ、Ψが夫々４５〜１３５度では外部電極は破断しなかった。
【００２９】
尚、これまで本発明に係る積層型圧電素子の側面に形成される外部電極３は図３で示した長方形の形状にて説明してきたが、外部電極３は長方形に限らない。但し、長方形以外の四角形においても４つの端部の対角線通しを結んだ交点が、図５（ｂ）にて定義した仮想面であるα面から離れていることが外部電極を破断させないために必要なことである。
【００３０】
以上のことから本発明のように、２個の超音波振動子に備えられる複数の四角形状或いは長方形状の外部電極が形成される圧電素子において、該外部電極における４つの端部の対角線が交わる複数の点及び該圧電素子に形成された２本の円柱孔の軸が全て同一の仮想面上に含まれることがないことにて超音波モータの積層型圧電素子の外部電極が破断することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
長時間駆動において積層型圧電素子の外部電極の破断及び亀裂が発生しない特徴を有する本発明の超音波モータを用いることにより、高速駆動で高信頼性が求められる半導体製造装置、検査装置等の用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  上面電極
２  下面電極
３・３´  外部電極
４・４´  内部電極
５  円柱孔
６  円柱孔の軸
１０  超音波モータ
１１ａ・１１ｂ  超音波振動子
１２  保持部材
１３  ヘッド
１３ａ・１３ａ´  当接部
１３ｂ・１３ｂ´  ネック部
１３ｃ・１３ｃ´  連結部
１４  予圧機構
１５  被駆動体
２１  ボルト
２２・２２´  金具
２３ａ・２３ａ´  積層型圧電素子
２３ｂ・２３ｂ´  積層型圧電素子
２４ａ・２４ａ´  金属板
２４ｂ・２４ｂ´  金属板
２４ｃ・２４ｃ´  金属板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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