(57)【要約】【課題】単相の交番電圧によって移動子を正逆方向に駆動することが可能であって、かつ高い駆動効率を得ることのできる超音波モータを提供する。【解決手段】超音波モータ１０における圧電セラミック正方形板１０１は、共振によるモード形状が第一コーナー部２３と第二コーナー部２４とで非対称である。圧電セラミック正方形板１０１の一方の主面３０に形成された分割電極４１ａ〜４１ｄのいずれかと他方の主面３５の共通アース電極１０２との間に交番電圧が印加されることにより、共振による最大変位を生じるコーナー部が、第一コーナー部２３または第二コーナー部２４に切り替えられる。そして、移動子１０７を正方向に駆動する摩擦要素１０３と、移動子１０７を逆方向に駆動する摩擦要素１０４が、第一コーナー部２３と第二コーナー部２４とにそれぞれ設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に分極され、第一コーナー部および第二コーナー部を少なくとも有する板状をなす圧電振動子を、交番電圧の印加により弾性的に共振させて、移動子を正方向および逆方向に駆動する超音波モータであって、
前記圧電振動子は前記共振によるモード形状が前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とで非対称であり、
前記圧電振動子は、一方の主面が複数の領域に分割されて駆動電極が前記領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面にアース電極が形成され、
前記複数より選択された前記駆動電極のいずれかと前記アース電極との間に前記交番電圧が印加されることにより、前記共振による最大変位を生じるコーナー部が前記第一コーナー部または前記第二コーナー部に切り替えられるとともに、
前記移動子を正方向に駆動する第一付勢部と、前記移動子を逆方向に駆動する第二付勢部が、前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記駆動電極が、前記交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、前記交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極とを含む請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記選択駆動電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記共通駆動電極がともに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の辺に平行な直線で４等分した前記領域に分割されて、前記共通駆動電極または前記選択駆動電極が前記領域にそれぞれ形成されている請求項２から４のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の二本の対角線で４個の前記領域に分割されて、隣り合う前記領域に前記共通駆動電極と前記選択駆動電極とが交互に配置されている請求項２から４のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記第一付勢部が、一の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第一コーナー部に設けられ、
前記第二付勢部が、他の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第二コーナー部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記圧電振動子が矩形状であって、互いに隣り合う前記第一コーナー部および前記第二コーナー部と、他の二つのコーナー部とを含み、
前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成され、
前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成されている
ことを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いて移動子を駆動する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、カメラのオートフォーカスや手ぶれ補正のためのレンズ駆動に小形の超音波モータが広く使用されている。また、磁界の影響を無くした、いわゆるＸＹステージと呼ばれる平面状の基盤の駆動にも、騒音が少なく電磁ノイズの発生が少ないことから、各種の超音波モータが使用されている。
そして、近年の超音波モータには、さらなる小型化のほか、正方向および逆方向への移動子の容易な切り替え駆動が要求されている。
【０００３】
下記特許文献１（特に図３を参照）には、厚さ方向に分極された圧電セラミック矩形板の一方の面を矩形配列状に４等分する電極が形成され、互いに対角の位置にある電極同士が電気的に接続されて駆動電極とされ、他方の面には全面電極が施された超音波モータが開示されている。
圧電セラミック矩形板は、長さ方向縦振動の１次共振モードの共振周波数と面内幅方向屈曲振動の２次共振モードの共振周波数をほぼ一致させる幅寸法と長さ寸法に選定されている。
【０００４】
この発明では、一方の駆動電極と共通アース電極との間に、共振周波数に等しい第１の正弦波電圧を印加し、他方の駆動電極と共通アース電極との間に、第１の正弦波電圧と９０度位相が異なる第２の正弦波電圧を印加する。そして、圧電セラミック矩形板の長さ方向の縦振動と幅方向の屈曲振動を同時に発生させ、その合成として圧電セラミック矩形板の両短辺の中央部分に楕円振動を発生させ、短辺の中央部に形成された突起部が押圧される移動子を圧電セラミック矩形板の短辺方向に移動させる。
駆動電圧およびの一方の駆動電圧の位相を１８０度変化させるか、あるいは、駆動電圧を印加する電極を切り替えることにより、突起部に発生する楕円振動の向きが逆転し、その結果、移動子の移動方向を逆向きにすることができる。
【０００５】
しかし、下記特許文献１に開示されている従来の超音波モータでは、楕円振動を利用して移動子に駆動力を加えているため、直交する二つの振動モードの共振周波数を高い精度で合わせる必要があり、精度の高い加工が必要になり、製造が難しいという問題がある。さらに、かかる従来の超音波モータの場合には、振動モードとして縦振動と横振動を利用しているため、共振周波数の温度特性が異なり、周囲温度の変化によりこれらの共振周波数に差が生じて超音波モータの特性が劣化するという問題がある。
【０００６】
また、下記特許文献２には、縦方向に展延する区画面によって矩形状の圧電プレートを２個の同一部分に分割し、その一方に非対称的な二次元定在波を発生させて、圧電プレートの長い端部面の中心に配置された摩擦要素によって移動子に運動エネルギーを伝達する超音波モータが記載されている。
かかる発明は、単相の正弦波を圧電プレートに印加して、一つの共振周波数を用いて駆動する方式であることから、周囲温度の変化により超音波モータの特性が劣化することがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−３６８８号公報
【特許文献２】特表２００７−５３８４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に記載の発明では、正方向と逆方向とに切り替え可能な駆動力を、区画面によって左右に分割された圧電プレートの非対称的な二次元定在波によって得るためには、摩擦要素を長辺の中心に配置することが必須となる。これは、同文献の図６に示すとおり、区画面の片側の分割部分（アクティブ側）のみに着目した場合にはその共振モードは単純な面の伸縮振動であるところ、区画面の反対側（パッシブ側）の分割部分の剛性を利用して、境界部分にあたる長辺の中心に、正方向と逆方向とに切り替え可能な駆動力を発生させているためである。したがって、上記発明では、パッシブ側の剛性による拘束力により、長辺の中心における変位量を大きく得ることはできず、摩擦要素のストロークを十分に確保することが困難であるため、移動子の駆動効率に問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の超音波モータの問題点に鑑みてなされたものであり、単相の交番電圧によって移動子を正逆方向に駆動することが可能であって、かつ高い駆動効率を得ることのできる超音波モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波モータは、厚さ方向に分極され、第一コーナー部および第二コーナー部を少なくとも有する板状をなす圧電振動子を、交番電圧の印加により弾性的に共振させて、移動子を正方向および逆方向に駆動する超音波モータであって、
前記圧電振動子は前記共振によるモード形状が前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とで非対称であり、
前記圧電振動子は、一方の主面が複数の領域に分割されて駆動電極が前記領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面にアース電極が形成され、
前記複数より選択された前記駆動電極のいずれかと前記アース電極との間に前記交番電圧が印加されることにより、前記共振による最大変位を生じるコーナー部が前記第一コーナー部または前記第二コーナー部に切り替えられるとともに、
前記移動子を正方向に駆動する第一付勢部と、前記移動子を逆方向に駆動する第二付勢部が、前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記駆動電極が、前記交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、前記交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極とを含んでもよい。
【００１２】
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記選択駆動電極がそれぞれ形成されていてもよい。
【００１３】
前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記共通駆動電極がともに形成されていてもよい。
【００１４】
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の辺に平行な直線で４等分した前記領域に分割されて、前記共通駆動電極または前記選択駆動電極が前記領域にそれぞれ形成されていてもよい。
【００１５】
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の二本の対角線で４個の前記領域に分割されて、隣り合う前記領域に前記共通駆動電極と前記選択駆動電極とが交互に配置されていてもよい。
【００１６】
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記第一付勢部が、一の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第一コーナー部に設けられ、
前記第二付勢部が、他の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第二コーナー部に設けられていてもよい。
【００１７】
また本発明の超音波モータにおいては、より具体的な実施の態様として、前記圧電振動子が矩形状であって、互いに隣り合う前記第一コーナー部および前記第二コーナー部と、他の二つのコーナー部とを含み、
前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成され、
前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域とは異なる領域に形成されていてもよい。
【００１８】
なお、本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の超音波モータは、駆動電極の選択によって、圧電振動子の共振による最大変位を生じるコーナー部が切り替えられるため、単相の交番電圧によって移動方向の正逆の切り替えができる。このため、温度変化による特性の劣化の問題のない超音波モータを提供することができる。
さらに、本発明の超音波モータでは、移動子を駆動する付勢部を、共振による最大変位が生じるコーナー部に設けていることから、付勢部のストロークが十分に確保されて高い駆動効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる超音波モータの構造を示す概略図である。
【図２】第一実施形態の圧電セラミック正方形板の構造図である。
【図３】圧電セラミック正方形板の４個の分割電極のうちの３個を電気的に接続した場合の、共通アース電極との間のインピーダンスの周波数特性に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図４】分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄと共通アース電極との間に、周波数ｆｒ１の正弦波電圧を印加した場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板の変位モード図である。
【図５】分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄと共通アース電極との間に、周波数がｆｒ２の正弦波電圧を印加した場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板の変位モード図である。
【図６】本発明の超音波モータの動作原理の説明図である。
【図７】本発明の第二実施形態にかかる超音波モータの構造を示す概略図である。
【図８】本発明の第三実施形態にかかる超音波モータの構造を示す概略図である。
【図９】第三実施形態の圧電セラミック正方形板の構造図である。
【図１０】圧電セラミック正方形板の４個の分割電極のうちの３個を電気的に接続した場合の、共通アース電極との間のインピーダンスの周波数特性に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと共通アース電極との間に、周波数ｆｒ３の正弦波電圧を印加した場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板の変位モード図である。
【図１２】分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄと共通アース電極との間に、周波数ｆｒ３の正弦波電圧を印加した場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板の変位モード図である。
【図１３】本発明の第四実施形態にかかる超音波モータの構造を示す概略図である。
【図１４】（ａ）は本発明の第五実施形態の超音波モータの構成を示す概略図であり、（ｂ）は圧電セラミック正方形板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる超音波モータ１０の構造を示す概略図である。
はじめに、本実施形態の超音波モータ１０の概要について説明する。
【００２２】
超音波モータ１０は、厚さ方向に分極され第一コーナー部２３および第二コーナー部２４を少なくとも有する板状をなす圧電振動子（圧電セラミック正方形板１０１）を、交番電圧の印加により弾性的に共振させて、移動子１０７を正方向および逆方向に駆動するものである。
圧電セラミック正方形板１０１は、共振によるモード形状が第一コーナー部２３と第二コーナー部２４とで非対称である。
圧電セラミック正方形板１０１の一方の主面（主面３０）は、複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割されて駆動電極（分割電極４１ａ〜４１ｄ）が各領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面（主面３５）にアース電極（共通アース電極１０２）が形成されている。
超音波モータ１０は、複数（領域Ａ〜Ｄの四つ）より選択された分割電極４１ａ〜４１ｄのいずれかと共通アース電極１０２との間に交番電圧が印加されることにより、共振による最大変位を生じるコーナー部が、第一コーナー部２３または第二コーナー部２４に切り替えられる。
そして、移動子１０７を正方向に駆動する第一付勢部（摩擦要素１０３）と、移動子を逆方向に駆動する第二付勢部（摩擦要素１０４）が、第一コーナー部２３と第二コーナー部２４とにそれぞれ設けられている。
【００２３】
なお、本実施形態において、コーナー部とは、圧電セラミック正方形板１０１の頂点を含む所定の広がりをもつ領域を意味する。
また、分割電極４１ａ〜４１ｄは、各領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの全面に形成されてもよく、またはそれぞれの一部領域に形成されてもよい。
また、本実施形態において、圧電セラミック正方形板１０１が領域に分割されているとは、圧電セラミック正方形板１０１がその主面３０に複数枚の電極を備えていることを意味するものであり、圧電セラミック正方形板１０１自体が明示的な区画表示を有していることを必ずしも要しない。
【００２４】
また、共振時の圧電セラミック正方形板１０１のモード形状が第一コーナー部２３と第二コーナー部２４とで非対称であるとは、圧電セラミック正方形板１０１に対して共振周波数の交番電圧を駆動電圧として印加した場合に、第一コーナー部２３と第二コーナー部２４に生じる変位量が互いに相違することをいう。
【００２５】
次に、本実施形態の超音波モータ１０について詳細に説明する。
圧電セラミック正方形板１０１は矩形状であり、さらに具体的には、その主面３０が正方形である。そして、互いに隣り合う第一コーナー部２３および第二コーナー部２４と、他の二つのコーナー部２１，２２とを含んでいる。
【００２６】
圧電セラミック正方形板１０１の主面３０は、辺３１〜３４に平行な直線で４等分した領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割されて、４個の駆動電極（分割電極４１ａ〜４１ｄ）が形成されている。
【００２７】
圧電セラミック正方形板１０１の主面３５に形成されたアース電極は、領域Ａ〜Ｄにそれぞれ対向して個別に形成されていてもよく、または領域Ａ〜Ｄのうち二つ以上にまたがって形成されていてもよい。本実施形態のアース電極は、圧電セラミック正方形板１０１の他の主面３５において四つの領域Ａ〜Ｄにまたがって設けられた共通アース電極１０２として形成されている。
そして、共通アース電極１０２は、圧電振動子（圧電セラミック正方形板１０１）の他方の主面３５の全面に形成されている。
【００２８】
移動子１０７を駆動するための付勢部（第一付勢部、第二付勢部）は、移動子１０７と係合してこれを駆動するものであれば特に限定されない。
付勢部は、圧電セラミック正方形板１０１の所定のコーナー部に対して、摩擦要素などの係合要素を取り付けて作製してもよい。この場合、摩擦要素の材料は特に限定されないが、アルミナなどのセラミック材料を一例として挙げることができる。または、コーナー部の側面を粗面化処理して付勢部を作製してもよい。すなわち、付勢部は、圧電セラミック正方形板１０１と別部材として作製してもよく、圧電セラミック正方形板１０１自体を加工して形成してもよい。
【００２９】
このほか、移動子１０７を粗面化処理するなどして移動子１０７の側に係合要素を設けてもよい。この場合は、圧電セラミック正方形板１０１の第一コーナー部２３および第二コーナー部２４を素地のまま付勢部として用いることができる。
すなわち、本実施形態において第一または第二付勢部が圧電セラミック正方形板１０１のコーナー部に設けられているとは、当該コーナー部に係合要素を設ける場合と、当該コーナー部を素地のまま付勢部として用いる場合とを含む。
【００３０】
本実施形態の付勢部は、アルミナ製の摩擦要素１０３および１０４を、圧電セラミック正方形板１０１のうち、同図に示す下側の第一コーナー部２３および第二コーナー部２４より対角線方向に突出して取り付けている。そして、摩擦要素１０３または１０４を切り替えて移動子１０７の摩擦表面に押圧することにより、移動子１０７を正方向または逆方向に駆動する。
【００３１】
移動子１０７は、ローラーなどの摺動機構１０８により、ベース１０９の上を自在に移動可能な状態で支持されている。
超音波モータ１０は、圧電セラミック正方形板１０１を支持する支持部（支持具１０５）をさらに備えている。本実施形態では、支持具１０５は圧電セラミック正方形板１０１の中央の円孔４２に取り付けられて、圧電セラミック正方形板１０１の主面３０の中心Ｇ（図２を参照）を空間に対して回転および並進不可能に剛固定している。
支持具１０５は、少なくとも圧電セラミック正方形板１０１と接触する外表面が、圧電セラミック正方形板１０１よりもヤング率の低い硬質ゴムなどの樹脂材料によって形成されている。これにより、交番電圧が印加されて圧電セラミック正方形板１０１が弾性的に共振した際に円孔４２の内径が拡大または縮小したとしても、圧電セラミック正方形板１０１の振動を抑制することなく、安定して圧電セラミック正方形板１０１を支持することができる。
【００３２】
そして、圧電セラミック正方形板１０１の中央部に設けられた支持具１０５は、弾性部材１０６を介してベース１０９に連結されている。摩擦要素１０３および１０４は、弾性部材１０６の付勢力をうけて移動子１０７の表面に当接し、または所定の押圧力で押し付けられて常時接触している。
【００３３】
スイッチＳＷ１は、駆動電圧を印加する電極を切り替える。スイッチＳＷ１のコモン端子Ｓ０は、常に発振器１１０の出力端子１１１に接続され、同時に分割電極４１ａおよび４１ｂに接続されている。ここで、分割電極４１ａおよび４１ｂは、圧電セラミック正方形板１０１上で電極パターンにより互いに電気的に接続されている。
また、端子Ｓ１は分割電極４１ｃと接続され、端子Ｓ２は分割電極４１ｄと接続されている。発振器１１０の電源は、内部抵抗Ｒ０、出力電圧Ｖ０の交番電圧であり、具体的には正弦波電圧である。かかる正弦波の周波数は、圧電セラミック正方形板１０１の共振周波数に設定されている。すなわち、本実施形態の超音波モータ１０は、発振器１１０により調整された周波数の正弦波電圧が印加される他励方式である。
この状態で、スイッチＳＷ１を端子Ｓ１側に倒すと、駆動電圧は分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃに印加される。一方、スイッチＳＷ１を端子Ｓ２側に倒すと、駆動電圧は分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｄに印加される。
【００３４】
すなわち、本実施形態の超音波モータ１０は、駆動電極（分割電極４１ａ〜４１ｄ）として、交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極と、を含んでいる。
本実施形態の超音波モータ１０では、分割電極４１ａ、４１ｂが共通駆動電極にあたり、分割電極４１ｃ、４１ｄが選択駆動電極にあたる。
【００３５】
そして、後述するように、本実施形態の超音波モータ１０では、駆動電圧を領域Ａ，Ｂ，Ｃ、すなわち分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃにＬ字状に印加することにより、圧電セラミック正方形板１０１は共振して、領域Ｄのコーナー部である第二コーナー部２４が最大変位を示す。また、駆動電圧を領域Ａ，Ｂ，Ｄ、すなわち分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｄにＬ字状に印加することにより、圧電セラミック正方形板１０１の共振モードは図１の左右方向に反転して、領域Ｃのコーナー部である第一コーナー部２３が最大変位を示す。
【００３６】
本実施形態では、第一コーナー部２３が形成された領域Ｃと、第二コーナー部２４が形成された領域Ｄに、選択駆動電極がそれぞれ形成されている。
すなわち、領域Ｃに形成された分割電極４１ｃと、領域Ｄに形成された分割電極４１ｄが、択一的に駆動電圧が印加される第一および第二選択駆動電極として用いられる。
【００３７】
また、本実施形態の超音波モータ１０では、第一付勢部（摩擦要素１０３）を駆動するのは第二選択駆動電極（分割電極４１ｄ）である。第二選択駆動電極は、第二コーナー部２４が形成された領域Ｄに形成されている。そして、第一選択駆動電極（分割電極４１ｃ）は、第一コーナー部２３が形成された領域Ｃに形成されている。
すなわち、本実施形態では、第一付勢部（摩擦要素１０３）を駆動する第二選択駆動電極（分割電極４１ｄ）は、第一コーナー部２３が形成された領域（領域Ｃ）とは異なる領域に形成されている。また、第二付勢部（摩擦要素１０４）を駆動する第一選択駆動電極（分割電極４１ｃ）は、第二コーナー部２４が形成された領域Ｄとは異なる領域に形成されている。
【００３８】
＜動作原理＞
以下、本実施形態の圧電セラミック正方形板１０１に正弦波電圧を印加した場合に生じる共振モードと、コーナー部２１〜２４の変位について詳説する。
【００３９】
図２は、本実施形態の超音波モータ１０に用いられる圧電セラミック正方形板１０１の模式的な構造図である。同図（ａ）は圧電セラミック正方形板１０１の平面図であり、同図（ｂ）は立面図である。同図（ｂ）に矢印で示すように、圧電セラミック正方形板１０１は厚さ方向に分極されている。
かかる圧電セラミック正方形板１０１を、辺に平行な直線で４等分した領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの一方の面に、４個の分割電極４１ａ〜４１ｄを形成し、他方の面に全面電極を形成して共通アース電極１０２としている。なお、図２では、便宜上、分割電極４１ａ〜４１ｄを互いに電気的に分離して図示しているが、図１に示したように分割電極４１ａと４１ｂとは互いに連結されていてもよい。
そして、４個の分割電極のうちの３個を駆動電極とし、残る１個の分割電極を開放電極として、共通アース電極１０２との間に所定の周波数の交流電圧を印加する。本実施形態は、圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇと、３個の駆動電極のうちの中央の分割電極が形成された領域のコーナー部とを結ぶ方向の変形量が、圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇとその他の頂点とを結ぶ方向の変形量と比較して格段に大きくなるという現象を利用したものである。
【００４０】
言い換えると、本実施形態は、圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇを通り、共通駆動電極（分割電極４１ａおよび４１ｂ）の全体を二等分する中心線ＣＬに関して、圧電セラミック正方形板１０１の共振時の変位モードが非対称になることを利用して移動子１０７を正逆方向に切り替え駆動するものである。
【００４１】
図３は、図２の圧電セラミック正方形板の４個の分割電極のうちの任意の３個を電気的に接続した場合の、共通アース電極１０２との間のインピーダンスの周波数特性に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。
図３から分かるように、インピーダンスが極小値を示す周波数が二つ現れている。共振周波数の低い方をｆｒ１、高い方をｆｒ２とする。
【００４２】
図４（ａ），（ｂ）は、分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄを駆動電極とし、共通アース電極１０２（図２を参照）との間に、周波数ｆｒ１の正弦波電圧を印加した場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板１０１の変形の状態を示す変位モード図である。同図（ａ）は最大伸び変形の状態を示し、同図（ｂ）は最大縮み変形の状態を示している。なお、図４各図に示す変位モード図では、変位量の大きい部位を濃色で示し、変位量の少ない部位を淡色で示している。
【００４３】
図４から分かるように、Ｌ字型に並ぶ３個の分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄのうちの中央の分割電極４１ｄが形成された領域Ｄ（図２を参照）の第二コーナー部２４の近傍の変形が、それ以外のコーナー部２１〜２３の近傍の変位に比べて際立って大きくなっている。
【００４４】
一方、図５（ａ），（ｂ）は、上記３個の分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄと共通アース電極１０２との間に印加する正弦波電圧の共振周波数を、高い方の周波数ｆｒ２とした場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板１０１の変形の状態を示す変位モード図である。同図（ａ）は最大伸び変形の状態を示し、同図（ｂ）は最大縮み変形の状態を示している。
図５から分かるように、この場合は、駆動電圧が印加されていない分割電極４１ｂの領域Ｂのコーナー部２２の近傍の変形が、それ以外のコーナー部２１，２３，２４の近傍の変位に比べて際立って大きくなっている。
【００４５】
つまり、４個の分割電極のうちの３個を電気的に接続し、共通アース電極１０２との間に、低い方の周波数ｆｒ１あるいは高い方の周波数ｆｒ２のいずれか一方の周波数の正弦波電圧を印加することにより、圧電セラミック正方形板１０１の一つのコーナー部の近傍に、その頂点と圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇとを結ぶ方向の大きな変形を生じさせることができる。
そして、本実施形態の圧電セラミック正方形板１０１の場合、周波数ｆｒ１の正弦波電圧を分割電極の３個および共通アース電極１０２に印加した場合、３個の駆動電極のうち中央の電極が形成された領域のコーナー部における変位が最大となることが分かる。
一方、周波数ｆｒ２の正弦波電圧を分割電極の３個および共通アース電極１０２に印加した場合には、正弦波電圧が印加されなかった領域のコーナー部、換言すると、３個の駆動電極のうち中央の電極が形成された領域に対して中心Ｇを挟んで反対側に位置する領域のコーナー部において、変位が最大となることが分かる。
【００４６】
ここで、中心Ｇを原点とし、領域ＡからＤをそれぞれＸＹ平面の第一から第四象限に配置した場合、本実施形態の圧電セラミック正方形板１０１はＸ軸およびＹ軸に関する鏡面対称性がある。したがって、図４を参照すると、分割電極４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄに周波数ｆｒ１の正弦波電圧を印加した場合には、変位モード図が左右反転する。すなわち、この場合、第一コーナー部２３における変位が、他のコーナー部２１，２２，２４における変位に比べて際立って大きくなる。
また、図５を参照すると、分割電極４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄに周波数ｆｒ２の正弦波電圧を印加した場合にも変位モード図が左右反転する。すなわち、この場合、コーナー部２１における変位が、他のコーナー部２２，２３，２４における変位に比べて際立って大きくなる。
【００４７】
なお、図４および図５の場合、駆動電圧が印加されていない分割電極には電圧が発生しているため、この電圧を帰還電圧として利用することにより、後述のように自励発振回路を構成することができる。
【００４８】
図６（ａ）から（ｄ）は、本実施形態の超音波モータ１０の動作原理の説明図である。
同図（ａ）および（ｂ）は、分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃを駆動電極とし、これらと裏面の共通アース電極１０２との間に、図３の周波数ｆｒ２の正弦波電圧を印加した場合の、圧電セラミック正方形板１０１の最大伸び変形（同図（ａ））と最大縮み変形（同図（ｂ））の状態を示すモード図である。
上述のように、周波数ｆｒ２の正弦波電圧を３個の分割電極に印加した場合、当該電圧が印加されていない分割電極が形成された領域のコーナー部において最大変位が生じる。この場合、分割電極４１ｄに当該電圧が印加されていないため、第二コーナー部２４における変位が最大になっている。
一方、同図（ｃ）および（ｄ）は、分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｄを駆動電極とし、これらと裏面の共通アース電極１０２との間に、周波数ｆｒ２の正弦波電圧を印加した場合の、圧電セラミック正方形板１０１の最大伸び変形（同図（ｃ））と最大縮み変形（同図（ｄ））の状態を示すモード図である。
この場合は、分割電極４１ｃに当該電圧が印加されていないため、第一コーナー部２３における変位が最大になっている。
【００４９】
そして、図６の場合、変位が最大となるコーナー部（第二コーナー部２４および第一コーナー部２３）に対して、左右方向に隣接する他のコーナー部（第一コーナー部２３および第二コーナー部２４）の近傍における変位は非常に小さい。
【００５０】
したがって、図６の場合、分割電極４１ｃおよび４１ｄを選択駆動電極とし、分割電極４１ａおよび４１ｂを共通駆動電極とした場合には、選択駆動電極の切り替えによって、最大変位するコーナー部をスイッチすることが可能である。
より具体的には、共通駆動電極（分割電極４１ａ，４１ｂ）には正弦波電圧を常時印加し、さらに第一選択駆動電極（分割電極４１ｃ）に通電した場合には、同図（ａ）および（ｂ）に示すように、電圧が無印加の分割電極４１ｄが形成された第二コーナー部２４を、圧電セラミック正方形板１０１のほぼ対角線上にて、中心Ｇに対して進退する方向に駆動することができる。
【００５１】
そして、同様に共通駆動電極（分割電極４１ａ，４１ｂ）には正弦波電圧を常時印加し、さらに第二選択駆動電極（分割電極４１ｄ）を選択して通電した場合には、同図（ｃ）および（ｄ）に示すように、電圧が無印加の分割電極４１ｃが形成された第一コーナー部２３を、圧電セラミック正方形板１０１のほぼ対角線上にて、中心Ｇに対して進退する方向に駆動することができる。
【００５２】
そして、かかる共通駆動電極および選択駆動電極の設定は、図１に示す本実施形態の超音波モータ１０と共通している。
したがって、第一コーナー部２３および第二コーナー部２４に対して摩擦要素１０３および１０４をそれぞれ形成して、これらを移動子１０７の表面に当接しておき、選択駆動電極のいずれか一方、および共通駆動電極に対して周波数ｆｒ２の正弦波電圧を印加することにより、摩擦要素１０３または１０４のいずれか一方が他方に卓越して斜め方向に進退する。
【００５３】
本実施形態の超音波モータ１０では、圧電セラミック正方形板１０１の共振により、摩擦要素１０３は支持具１０５と第一コーナー部２３とを結ぶ方向に振動し、摩擦要素１０４は支持具１０５と第二コーナー部２４とを結ぶ方向に振動する。
【００５４】
例えば、図６（ａ）および（ｂ）のように第二コーナー部２４が最大の変位量を示す圧電セラミック正方形板１０１の変位モードの場合、図６（ａ）のように圧電セラミック正方形板１０１が伸長している間は、摩擦要素１０４が図１の左下方向に突出して、移動子１０７の表面に対して左方向の摩擦力を与える。そして、図６（ｂ）のように圧電セラミック正方形板１０１が収縮している間は、摩擦要素１０４は移動子１０７の表面に対して非接触となるため、移動子１０７は慣性に従って左方向への運動を続ける。そして、圧電セラミック正方形板１０１が再び図６（ａ）のように伸長した場合、移動子１０７は摩擦要素１０４に押されてさらに左方向に移動する。
一方、スイッチＳＷ１を端子Ｓ１から端子Ｓ２に切り替えて、選択駆動電極を分割電極４１ｃから分割電極４１ｄに切り替えた場合、圧電セラミック正方形板１０１の変位モードは図６（ｃ）および（ｄ）となる。この場合、摩擦要素１０３が移動子１０７に対して図１の右方向に付勢力を与える。したがって、スイッチＳＷ１の操作によって、移動子１０７の正逆走行切り替えが可能な超音波モータ１０を得ることができる。
【００５５】
なお、圧電セラミック正方形板１０１は弾性部材１０６によってベース１０９に連結されている。したがって、移動子１０７を付勢する摩擦要素１０３または１０４の反力が圧電セラミック正方形板１０１に上方に負荷されたとしても、弾性部材１０６の弾性復元力により圧電セラミック正方形板１０１は基準位置に回復し、摩擦要素１０３または１０４と移動子１０７とが非接触になることはない。
【００５６】
また、摩擦要素１０３または１０４が圧電セラミック正方形板１０１の最大変位により駆動されるに際し、仮に他方の摩擦要素が移動子１０７に接触したとしても、当該他方の摩擦要素の変位はきわめて小さいため、移動子１０７の所望の送り力に影響を及ぼすことはない。
具体的には、図６（ａ）の場合、最大変位を示す第二コーナー部２４に対して、第一コーナー部２３の変位量は僅かである。また、第一コーナー部２３の変位方向は移動子１０７の送り方向（この場合、図中左方）に対してほぼ直交しており、送り方向に対する逆方向には摩擦力を与えない。したがって、第一コーナー部２３が移動子１０７の送り力に悪影響を及ぼすことはない。
【００５７】
上記本実施形態の超音波モータ１０の作用効果について説明する。
本実施形態の超音波モータ１０によれば、駆動電極の選択によって、圧電セラミック正方形板１０１の共振による最大変位を生じるコーナー部２１〜２４が切り替えられる。このため、単相の交番電圧によって移動子１０７の移動方向の正逆の切り替えができ、温度変化等による超音波モータ１０の特性の劣化の問題がない。
また、本実施形態の超音波モータ１０では、移動子１０７を駆動する摩擦要素１０３または１０４を、共振による最大変位が生じる第一コーナー部２３または第二コーナー部２４に設けている。これにより、移動子１０７の高い駆動効率を得ることができる。
また、本実施形態の超音波モータ１０は、圧電セラミック正方形板１０１が矩形状であることにより、簡単に精度の高い機械加工が可能である。
【００５８】
また、本実施形態の超音波モータ１０では、駆動電極として、交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極と、を含んでいる。これにより、圧電セラミック正方形板１０１の主面３０には、約３／４の面積に対して交番電圧を印加することができるため、摩擦要素１０３または１０４について大きな変位量を得ることができる。
また、本実施形態のように圧電セラミック正方形板１０１が正方形の場合、対向する辺の中点同士を結ぶ線分で区画された四分の一領域のうちの二つを選択電極として電圧印加または開放を切り替え、他の二つを共通電極とすることにより、電圧印加領域の面積と開放領域の面積とが適切にバランスして、きわめて効率的に摩擦要素１０３，１０４を駆動することができる。
【００５９】
また、本実施形態の超音波モータ１０では、四つのコーナー部のうちの三つを含む領域に対して交番電圧を印加する。そして、駆動される付勢部の設けられていない領域の分割電極に交番電圧を印加して当該付勢部を駆動する。したがって、上記三つのコーナー部の周辺における圧電セラミック正方形板１０１の歪みが合成されて付勢部が変位するため、大きな変位量を得ることができる。
【００６０】
また本実施形態の超音波モータ１０では、圧電セラミック正方形板１０１の共振により、摩擦要素１０３または１０４は圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇと第一コーナー部２３または摩擦要素１０４とを結ぶ方向に振動する。これにより、摩擦要素１０３または１０４から移動子１０７に与えられる付勢力は、移動子１０７に対する面直方向の押圧力と、面内方向の押し出し力がバランスする。したがって、移動子１０７との摩擦力により駆動力を得る摩擦要素１０３または１０４において好適な駆動効率を実現ことができる。
【００６１】
＜第二実施形態＞
図７は、本発明の超音波モータ１０の他の実施形態の構造を示す概略図である。
同図において、スイッチＳＷ２は２回路４接点の駆動電圧を印加する電極を切り替えるためのものであり、第１回路Ｃ１のコモン端子Ｓ００は、常に帰還発振器（アンプ）１１２の出力端子１１３に接続され、同時に分割電極４１ｃ、４１ｄに接続されている。ここで、分割電極４１ｃ、４１ｄは圧電セラミック正方形板１０１上で電極パターンにより接続されている。
なお、分割電極４１ａおよび４１ｂは、互いに絶縁されている。
【００６２】
端子Ｓ０１は分割電極４１ｂと接続され、端子Ｓ０２は分割電極４１ａと接続されている。また、帰還発振器１１２の入力端子１１４は、スイッチＳＷ２の第２回路Ｃ２のコモン端子Ｓ１０に接続されている。
端子Ｓ１１は、分割電極４１ａとアース端子１１５との間に接続された抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の中間に設けられている。端子Ｓ１２は、分割電極４１ｂとアース端子１１６との間に接続された抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の中間に設けられている。
帰還発振器１１２の発振周波数は、図３における低い方の周波数ｆｒ１に設定されている。
ここで、抵抗Ｒ１１とＲ１２の直列抵抗、および抵抗Ｒ２１とＲ２２の直列抵抗の値は、駆動電圧が印加されない分割電極が実効的に開放となるような高い抵抗値とする。なお、分圧抵抗Ｒ１２およびＲ２２の値は、帰還発振器１１２に適切な電圧が帰還されるように適宜選択可能である。
【００６３】
この状態で、スイッチＳＷ２を上側に倒すと、駆動電圧は分割電極４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄに印加される。したがって、上述のように、３個の駆動電極の中央にあたる領域Ｃのコーナー部（第一コーナー部２３）において最大変位が生じる。よって、第一コーナー部２３に装着された摩擦要素１０３により、移動子１０７が突き出され、移動子１０７は右向きに移動する。
一方、スイッチＳＷ２を下側に倒すと、駆動電圧は分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄに印加されるため、第二コーナー部２４の近傍が変形するため、第二コーナー部２４に装着された摩擦要素１０４により移動子１０７が突き出され、移動子１０７は左向きに移動する。
【００６４】
すなわち、本実施形態の超音波モータ１０は、第一コーナー部２３および第二コーナー部２４に共通駆動電極が形成されており、分割電極４１ｃおよび４１ｄが共通駆動電極となっている。また、分割電極４１ａおよび４１ｂが選択駆動電極となる。
そして、本実施形態の超音波モータ１０によっても、スイッチＳＷ２を切り替えるだけで、移動子１０７を正逆方向に移動させるように切り替えることができる。
【００６５】
ここで、交番電圧（正弦波電圧）が印加されない選択駆動電極（分割電極４１ｃまたは４１ｄ）は開放される。そして、開放された選択駆動電極を、自励発振回路用の帰還電極としている。
これにより、機械的負荷状態の変化や周囲温度の変化により共振周波数が変化した場合でも自動的にその共振周波数を追尾するため、安定な駆動回路を構成することができる。
【００６６】
＜第三実施形態＞
図８は、本実施形態にかかる超音波モータ１０の構造を示す概略図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、領域Ａ〜Ｄの分割形状および分割電極の形状が第一実施形態と相違している。
すなわち、本実施形態の超音波モータ１０は、圧電振動子（圧電セラミック正方形板１０１）の一方の主面３０が、二本の対角線で４個の領域Ａ〜Ｄに分割されて、隣り合う領域に共通駆動電極（分割電極４１ａ，４１ｃ）と選択駆動電極（分割電極４１ｂ，４１ｄ）とが交互に配置されている。
【００６７】
以下、本実施形態の超音波モータ１０について詳細に説明する。
圧電セラミック正方形板１０１の一の主面３０は正方形であり、互いに隣り合う第一コーナー部２３および第二コーナー部２４と、他の二つのコーナー部２１，２２とを含んでいる。
【００６８】
本実施形態の領域Ａ〜Ｄは、圧電セラミック正方形板１０１の辺３１〜３４を底辺とし圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇを頂点とする、略直角二等辺三角形状をなしている。
領域Ａ〜Ｄは互いに略同一形状をなし、それぞれのほぼ全面に分割電極４１ａ〜４１ｄが形成されている。
圧電セラミック正方形板１０１の他の主面３５には、共通アース電極１０２が全面に形成されている。
【００６９】
圧電セラミック正方形板１０１のコーナー部２１〜２４には、互いに隣り合う二つの分割電極４１ａ〜４１ｄの底角同士が近接して、かつ離間して配置されている。
【００７０】
本実施形態の超音波モータ１０は、中心Ｇを挟んで対向する一対の分割電極４１ａおよび４１ｃを共通駆動電極とし、他の一対の分割電極４１ｂおよび４１ｄを選択駆動電極とする。
すなわち、選択駆動電極の一つ（分割電極４１ｂまたは４１ｄ）ならびに共通駆動電極（分割電極４１ａおよび４１ｃ）と、共通アース電極１０２との間に所定の周波数の交番電圧が印加される。
共通駆動電極（分割電極４１ａおよび４１ｃ）は、互いに電気的に接続されている。
そして、スイッチＳＷ１の操作によって、交番電圧が印加される選択駆動電極が分割電極４１ｂまたは４１ｄに切り替えられる。
【００７１】
摩擦要素１０３および１０４は、共通駆動電極である分割電極４１ｃの両側に設けられている。より具体的には、分割電極４１ｃが形成された領域Ｃを構成する辺３３の両側にあたる第一コーナー部２３および第二コーナー部２４に、摩擦要素１０３および１０４は設けられている。
【００７２】
本実施形態の移動子１０７、摺動機構１０８、ベース１０９、支持具１０５、弾性部材１０６および発振器１１０を含む回路構成は第一実施形態と共通である。
【００７３】
本実施形態の圧電セラミック正方形板１０１に正弦波電圧を印加した場合に生じる共振モードと、コーナー部２１〜２４の変位について詳説する。
【００７４】
図９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の超音波モータ１０に用いられる圧電セラミック正方形板１０１の模式的な構造図である。同図（ａ）は圧電セラミック正方形板１０１の平面図であり、同図（ｂ）はそのＩＩ−ＩＩ断面図である。同図（ｂ）に矢印で示すように、圧電セラミック正方形板１０１は厚さ方向に分極されている。
かかる圧電セラミック正方形板１０１の一の主面３０を二本の対角線で４等分した略直角二等辺三角形状の領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに、４個の分割電極４１ａ〜４１ｄを形成し、他方の主面３５に全面電極を形成して共通アース電極１０２としている。
そして、４個の分割電極のうちの３個を駆動電極とし、残る１個の分割電極を開放電極として、共通アース電極１０２との間に所定の周波数の交流電圧を印加する。
【００７５】
本実施形態は、圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇを通り、共通駆動電極（分割電極４１ａおよび４１ｃ）をそれぞれ二等分する中心線ＣＬに関して、圧電セラミック正方形板１０１の共振時の変位モードが非対称になることを利用して移動子１０７を正逆方向に切り替え駆動するものである。
【００７６】
図１０は、図９の圧電セラミック正方形板の４個の分割電極４１ａ〜４１ｄのうちの任意の３個を電気的に接続した場合の、共通アース電極１０２との間のインピーダンスの周波数特性に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。
４個の分割電極４１ａ〜４１ｄのうち、いずれの３個を選択しても、３個の分割電極はコ字状に並ぶこととなる。
【００７７】
図１０から分かるように、圧電セラミック正方形板１０１のインピーダンスが極小値を示す周波数が２００ｋＨｚの近傍（具体的には、２０４ｋＨｚおよび２０６ｋＨｚ）に二つ現れている。共振周波数の低い方をｆｒ３、高い方をｆｒ４とする。
【００７８】
図１１（ａ），（ｂ）は、分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃを駆動電極とし、共通アース電極１０２（図２を参照）との間に、周波数ｆｒ３の正弦波電圧を印加した場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板１０１の変形の状態を示す変位モード図である。同図（ａ）は最大伸び変形の状態を示し、同図（ｂ）は最大縮み変形の状態を示している。なお、図１１各図に示す変位モード図では、変位量の大きい部位を濃色で示し、変位量の少ない部位を淡色で示している。
【００７９】
図１１に示すように、コ字状に並ぶ３個の分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃのうち中央の分割電極４１ｂが形成された領域Ｂ（図９を参照）を構成する辺３２の両端のコーナー部２２および２３の変位量が、それ以外のコーナー部２１および２４の近傍の変位量に比べて際立って大きくなっている。
なお、コーナー部２２と２３の変位量は互いに略等しく、コーナー部２１と２４の変位量も互いに略等しい。
また、圧電セラミック正方形板１０１の変位モード形状は、同図において上下対称である。言い換えると、圧電セラミック正方形板１０１は、中心線ＣＬ（図９を参照）に直交する中心線（領域ＢおよびＤを各二等分する中心線）に関して鏡面対称に共振する。
【００８０】
図１２（ａ），（ｂ）は、上記３個の分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄを駆動電極とし、共通アース電極１０２との間に、周波数ｆｒ３の正弦波電圧を印加した場合のＦＥＭ解析により得られた圧電セラミック正方形板１０１の変形の状態を示す変位モード図である。同図（ａ）は最大伸び変形の状態を示し、同図（ｂ）は最大縮み変形の状態を示している。
【００８１】
図１２から分かるように、この場合も、コ字状（逆コ字状）に並ぶ３個の分割電極４１ａ、４１ｄおよび４１ｃのうち中央の分割電極４１ｄが形成された領域Ｄ（図９を参照）を構成する辺３４の両端のコーナー部２１および２４の変位量が、それ以外のコーナー部２２および２３の近傍の変位量に比べて際立って大きくなっている。
なお、圧電セラミック正方形板１０１の変位モード形状は同図において上下対称である。よって、コーナー部２２と２３の変位量は互いに略等しく、コーナー部２１と２４の変位量も互いに略等しい。
【００８２】
図１１および１２より、分割電極４１ａおよび４１ｃを共通駆動電極として正弦波電圧を常時印加しつつ、分割電極４１ｂと４１ｄを選択駆動電極として択一的に切り替えて正弦波電圧を印加することにより、圧電セラミック正方形板１０１のモード形状が中心線ＣＬ（図９を参照）に関して反転することが分かる。
これにより、圧電セラミック正方形板１０１の最大変位を示すコーナー部は、コーナー部２２および２３、またはコーナー部２１および２４に切り替えられる。
【００８３】
そして、本実施形態の圧電セラミック正方形板１０１の場合、図８に示すように、コーナー部２２または２３の一方または両方に一の摩擦要素１０３を設け、コーナー部２１または２４の一方または両方に他の摩擦要素１０４を設けている。これにより、駆動電圧を印加する選択駆動電極（分割電極４１ｂまたは４１ｄ）の選択によって、移動子１０７を正逆方向に切り替え駆動することができる。
【００８４】
なお、本実施形態の超音波モータ１０に関しては、上記態様に代えて、圧電セラミック正方形板１０１に対して周波数ｆｒ４の正弦波電圧（図１０を参照）を印加してもよい。
この場合、共通駆動電極（分割電極４１ａおよび４１ｃ）と、選択駆動電極（分割電極４１ｂまたは４１ｄ）の一方に対して正弦波電圧を印加すると、共振時の変位は、開放（電圧無印加）された選択駆動電極を挟む両側のコーナー部において最大となることが明らかとなっている。具体的には、周波数ｆｒ４の正弦波電圧を分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃに印加した場合にはコーナー部２１および２４の近傍に最大変位が生じ、同じく分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄに印加した場合にはコーナー部２２および２３の近傍に最大変位が生じる。
したがって、周波数ｆｒ４の正弦波電圧を駆動電圧に用いた場合にも、本実施形態の超音波モータ１０によれば移動子１０７を正逆方向に切り替えて駆動することができる。
【００８５】
＜第四実施形態＞
図１３は、本発明の超音波モータ１０の他の実施形態の構造を示す概略図である。本実施形態の超音波モータ１０は、帰還発信回路を有する第二実施形態の超音波モータ１０に対して第三実施形態の圧電セラミック正方形板１０１を適用したものである。
【００８６】
帰還発振器１１２、抵抗Ｒ１１〜Ｒ２２、スイッチＳＷ２、アース端子１１５および１１６は、図７に示す第二実施形態の超音波モータ１０と共通である。
第１回路Ｃ１のコモン端子Ｓ００は、常に帰還発振器（アンプ）１１２の出力端子１１３に接続され、同時に分割電極４１ａに接続されている。ここで、分割電極４１ａと４１ｃとは、圧電セラミック正方形板１０１上で電極パターンにより電気的に接続されている。
【００８７】
端子Ｓ０１は分割電極４１ｂと接続され、端子Ｓ０２は分割電極４１ｄと接続されている。また、帰還発振器１１２の入力端子１１４は、スイッチＳＷ２の第２回路Ｃ２のコモン端子Ｓ１０に接続されている。
端子Ｓ１１は、分割電極４１ｄとアース端子１１５との間に接続された抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の中間に設けられている。端子Ｓ１２は、分割電極４１ｂとアース端子１１６との間に接続された抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の中間に設けられている。
本実施形態の帰還発振器１１２の発振周波数は、図１０における低い方の周波数ｆｒ３に設定されている。
【００８８】
この状態で、スイッチＳＷ２を上側に倒すと、駆動電圧は分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃに印加される。したがって、図１１に示したように、３個の駆動電極の中央にあたる領域Ｂのコーナー部（第一コーナー部２３）において最大変位が生じる。よって、第一コーナー部２３に装着された摩擦要素１０３により、移動子１０７が突き出され、移動子１０７は右向きに移動する。
一方、スイッチＳＷ２を下側に倒すと、駆動電圧は分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄに印加される。したがって、図１２に示したように、領域Ｄのコーナー部（第二コーナー部２４）の近傍において最大変位が生じる。よって、第二コーナー部２４に装着された摩擦要素１０４により、移動子１０７が突き出され、移動子１０７は左向きに移動する。
【００８９】
すなわち、本実施形態の超音波モータ１０によっても、スイッチＳＷ２を切り替えるだけで、移動子１０７を正逆方向に移動させるように切り替えることができる。
ここで、交番電圧（正弦波電圧）が印加されない選択駆動電極（分割電極４１ｂまたは４１ｄ）は開放される。そして、開放された選択駆動電極を、自励発振回路用の帰還電極としている。
【００９０】
＜第五実施形態＞
上記第三および第四実施形態の超音波モータ１０では、共振する圧電セラミック正方形板１０１の二つのコーナー部において同時に最大変位が生じる。具体的には、分割電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃに対して周波数ｆｒ３の交番電圧を印加した場合には、図１１に示すようにコーナー部２２と２３において等しく最大変位が生じる。また、分割電極４１ａ、４１ｃおよび４１ｄに対して周波数ｆｒ３の交番電圧を印加した場合には、図１２に示すようにコーナー部２１と２４において等しく最大変位が生じる。
本実施形態の超音波モータ１０は、コーナー部２１〜２４の二つを同時に用いて移動子１０７を駆動するものである。
【００９１】
本実施形態の超音波モータ１０は、第一付勢部が、一の選択駆動電極（分割電極４１ｂ）を挟む二つの第一コーナー部（コーナー部２２、２３）に設けられ、第二付勢部が、他の選択駆動電極（分割電極４１ｄ）を挟む二つの第二コーナー部（コーナー部２１、２４）に設けられている。
【００９２】
すなわち、本実施形態の超音波モータ１０では、分割電極４１ｂが形成された領域Ｂを構成する辺３２の両側のコーナー部２２、２３を、移動子１０７を正方向に駆動する第一付勢部として用いる。そして、分割電極４１ｄが形成された領域Ｄを構成する辺３４の両側のコーナー部２１、２４を、移動子１０７を逆方向に駆動する第二付勢部として用いる。
【００９３】
図１４（ａ）は本実施形態の超音波モータ１０の構成を示す概略図であり、同図（ｂ）は圧電セラミック正方形板１０１の平面図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、圧電セラミック正方形板１０１に生ずる２箇所の共振変形を利用して構成したリニアガイド型の構造を備える。同図では、圧電セラミック正方形板１０１に駆動電圧を印加するための駆動回路は図示を省略している。
【００９４】
本実施形態の超音波モータ１０では、図９と同様、圧電セラミック正方形板１０１の領域Ａ〜Ｄは正方形状の主面３０を二本の対角線で４分割してなる直角二等辺三角形状をなしている。領域ＡとＣに共通電極としての分割電極４１ａ、４１ｃが形成され、領域ＢとＤに選択駆動電極としての分割電極４１ｂ、４１ｄが形成されている。
【００９５】
また、本実施形態の超音波モータ１０においては、第一選択駆動電極（分割電極４１ｂ）と第二選択駆動電極（分割電極４１ｄ）は主面３０の中心線ＣＬに関して鏡面対称に配置されている。また、共通駆動電極（分割電極４１ａ、４１ｃ）は、中心線ＣＬによってそれぞれ二等分されている。
【００９６】
そして、第一または第二選択駆動電極の一方および共通駆動電極と、共通アース電極１０２（図９を参照）との間に周波数ｆｒ３（図１０を参照）の正弦波電圧を印加すると、圧電セラミック正方形板１０１は共振する。モード形状は、図１１および図１２に示したように、コーナー部２２および２３、またはコーナー部２１および２４が、同時に最大変位を示す。具体的には、第一選択駆動電極（分割電極４１ｂ）を駆動電極として選択した場合は、コーナー部２２および２３が最大変位を示す。また、第二選択駆動電極（分割電極４１ｄ）を駆動電極として選択した場合は、コーナー部２１および２４が最大変位を示す。
【００９７】
ここで、圧電セラミック正方形板１０１の変位モード形状は図１４（ｂ）において上下対称である。したがって、圧電セラミック正方形板１０１に対して移動子１０７を上下対称に配置、言い換えると領域Ａと領域Ｃにそれぞれ対向させて移動子１０７を配置することにより、二箇所のコーナー部による駆動力によって移動子１０７を駆動することができる。
【００９８】
したがって、本実施形態の超音波モータ１０によれば、二つの移動子１０７を個別に領域Ａと領域Ｃに対向配置することで、当該二つの移動子１０７を同時に駆動することができる。また、図１４（ａ）に示すように、本実施形態の超音波モータ１０では、領域Ａと領域Ｃを挟んで圧電セラミック正方形板１０１を収容する一つの移動子１０７を駆動してもよい。
【００９９】
移動子１０７は、基板１２１と、基板１２１に立設されて圧電セラミック正方形板１０１を挟持する一対の平行な立板１２２、１２３とを備えている。すなわち、図１４（ａ）に示すように、移動子１０７は上方開口した、断面コ字状の部材である。
また、移動子１０７には、対向する立板１２２、１２３の内側に、弾性板１２４と、さらにその内側に摩擦板１２５が被着されている。摩擦板１２５同士の対向間隔は、圧電セラミック正方形板１０１の辺３１と辺３３の距離よりも僅かに小さい。
すなわち、圧電セラミック正方形板１０１は、対向する摩擦板１２５によって所定の押圧力にて挟持される。
【０１００】
基板１２１には、中央部に長円形の孔１２６が貫通して形成されている。孔１２６の長径方向は、対向する摩擦板１２５の延在方向と一致している。以下、孔１２６の長径方向を移動子１０７の長手方向といい、対向する摩擦板１２５の間隔方向を移動子１０７の幅方向という。
【０１０１】
圧電セラミック正方形板１０１の支持具１０５は棒状をなし、圧電セラミック正方形板１０１の中心Ｇを通り、圧電セラミック正方形板１０１の面直方向の下方に突出して孔１２６に挿通されている。支持具１０５は孔１２６に対して実質的に長手方向にのみ摺動可能である。
【０１０２】
ベースガイド１３０は、移動子１０７を長手方向に摺動可能に保持するレール部材である。移動子１０７の基板１２１は、ベースガイド１３０の凹溝１３１に対して長手方向に摺動可能に嵌合している。
圧電セラミック正方形板１０１の支持具１０５の下端は、凹溝１３１の底面１３２に固定されている。
【０１０３】
かかる圧電セラミック正方形板１０１の第一選択駆動電極（分割電極４１ｂ）と共通駆動電極（分割電極４１ａ，４１ｃ）とに対して、駆動電圧として周波数ｆｒ３の交番電圧を印加すると、コーナー部２２と２３は図１１に図示のように共振して摩擦板１２５を正方向に駆動する。
また、第二選択駆動電極（分割電極４１ｄ）と共通駆動電極（分割電極４１ａ，４１ｃ）とに対して、駆動電圧として周波数ｆｒ３の交番電圧を印加すると、コーナー部２１と２４は図１２に図示のように共振して摩擦板１２５を逆方向に駆動する。
【０１０４】
ここで、移動子１０７に装着された弾性板１２４は、摩擦板１２５を圧電セラミック正方形板１０１に常に押し付ける構成となっているため、圧電セラミック正方形板１０１のコーナー部２１〜２４（付勢部）とは所定の摩擦力にて係合している。
そして、駆動電圧の印加によって生じたコーナー部２２と２３、または２１と２４（付勢部）の弾性変形によって、移動子１０７は長手方向に摩擦力をうけてベースガイド１３０上を駆動される。
また、駆動電圧を印加する第一または第二選択駆動電極（分割電極４１ｂ、４１ｄ）の選択を切り替えることにより、付勢部の振動方向は長手方向に反転し、移動子１０７の送り方向が正逆に切り替えられる。
【０１０５】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
上記実施形態では、四つの領域ＡからＤに分割した圧電セラミック正方形板１０１に対して、三つの領域に対して交番電圧を印加している。ただし、本発明はこれに限られない。
すなわち、例えば、四つの領域ＡからＤのうち、一つの領域のみに対して交番電圧を印加することによっても、圧電セラミック正方形板１０１に関して、共振によるモード形状を第一コーナー部２３と第二コーナー部２４とで非対称とすることができる。より具体的には、第一コーナー部２３を含む領域Ｃの分割電極４１ｃのみに対して交番電圧を印加した場合には、第一コーナー部２３またはコーナー部２１における変位を最大化し、他のコーナー部における変位を抑制することが可能である。
したがって、駆動電極（選択駆動電極）を４１ｃから４１ｄに切り替えて交番電圧を印加することにより、かかる態様によっても摩擦要素１０３，１０４の正逆方向の切り替えが可能である。
【０１０６】
換言すると、本発明においては、第一付勢部（摩擦要素１０３）を駆動する一の選択駆動電極（分割電極４１ｃ）を、第一コーナー部２３を含む領域Ｃに形成し、第二付勢部（摩擦要素１０４）を駆動する他の選択駆動電極（分割電極４１ｄ）を、第二コーナー部２４を含む領域Ｄに形成してもよい。
【０１０７】
また、例えば上記実施形態では、圧電振動子として、単一板状の圧電セラミック板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限られない。圧電振動子を、圧電セラミック層と電極層とが交互に積層された積層型圧電セラミック板とし、１層おきの電極層を例えば図２に示すように四つの分割電極とし、他の１層おきの電極層を共通アース電極１０２としてもよい。そして、同じ領域に積層された分割電極同士を電気的に層間接続するとよい。これにより、単一板状の圧電振動子を用いる場合に比して、より低い駆動電圧で同様の効果が得られる。
【０１０８】
また、上記実施形態では圧電振動子の形状が正方形板の場合を例示的に説明したが、本発明はこれに限られない。矩形状の圧電振動子を用いる場合、主面の形状は長方形、菱形、平行四辺形または等脚台形などでもよい。また、圧電振動子は、付勢部が設けられるコーナー部を除いては、他のコーナー部が設けられていることは必須ではなく円弧状などの曲線状でもよい。
【０１０９】
また、圧電振動子を複数の領域に分割するにあたり、各領域の面積は均等であっても、または互いに相違してもよい。また、各領域は、必ずしも一つ以上のコーナー部を内包していなくてもよい。例えば、矩形状の圧電振動子を用いる場合、各コーナー部を含む四つの領域に加えて、支持具１０５が形成される中心近傍に他の領域を設けてもよい。また、各領域の形状に関しても、上記実施形態のように矩形状であることは一例であり、三角形や六角形、もしくは曲線を含む形状、またはこれらの組み合わせでもよく、複数の領域の形状が互いに相違してもよい。
そして、二個の付勢部材が圧電振動子の一の辺の両側に設けられている場合には、各領域の形状は、当該一の辺の垂直二等分線に関して対称形状にするとよい。
【０１１０】
さらに、図１、７、８および１３に示した駆動回路は、単なる実施例であり、デジタル信号処理回路等の種々の回路構成により同様の機能を満足させることが可能である。
【０１１１】
また、上記実施形態では、移動子１０７の駆動方向については直線状の進退駆動を例示したが、本発明はこれに限られない。移動子１０７の曲面部に対して付勢部を係合させることで、移動子１０７を回転駆動することも可能である。
また、移動子１０７を駆動するにあたり、複数個の付勢部によって同時に駆動してもよく、または複数個の超音波モータ１０によってこれを駆動してもよい。
【０１１２】
本発明の上記実施形態およびその変形例は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）厚さ方向に分極され、第一コーナー部および第二コーナー部を少なくとも有する板状をなす圧電振動子を、交番電圧の印加により弾性的に共振させて、移動子を正方向および逆方向に駆動する超音波モータであって、前記圧電振動子は前記共振によるモード形状が前記第一コーナー部と第二コーナー部とで非対称であり、前記圧電振動子は、一方の主面が複数の領域に分割されて駆動電極が前記領域にそれぞれ個別に形成され、他方の主面にアース電極が形成され、前記複数より選択された前記駆動電極のいずれかと前記アース電極との間に前記交番電圧が印加されることにより、前記共振による最大変位を生じるコーナー部が前記第一コーナー部または前記第二コーナー部に切り替えられるとともに、前記移動子を正方向に駆動する第一付勢部と、前記移動子を逆方向に駆動する第二付勢部が、前記第一コーナー部と前記第二コーナー部とにそれぞれ設けられていることを特徴とする超音波モータ；
（２）前記駆動電極が、前記交番電圧が常時印加される共通駆動電極と、前記交番電圧が選択的に印加される選択駆動電極とを含む上記の超音波モータ；
（３）前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記選択駆動電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする上記の超音波モータ；
（４）前記第一コーナー部が形成された領域と、前記第二コーナー部が形成された領域に、前記共通駆動電極がともに形成されていることを特徴とする上記の超音波モータ；
（５）前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の辺に平行な直線で４等分した領域に分割されて、前記共通駆動電極または前記選択駆動電極が前記領域にそれぞれ形成されている上記の超音波モータ；
（６）前記一方の主面が、矩形状の前記圧電振動子の二本の対角線で４個の前記領域に分割されて、隣り合う前記領域に前記共通駆動電極と前記選択駆動電極とが交互に配置されている上記の超音波モータ；
（７）前記第一付勢部が、一の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第一コーナー部に設けられ、前記第二付勢部が、他の前記選択駆動電極を挟む二つの前記第二コーナー部に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ；
（８）前記圧電振動子が矩形状であって、互いに隣り合う前記第一コーナー部および前記第二コーナー部と、他の二つのコーナー部とを含み、前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部以外のコーナー部に形成され、前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部以外のコーナー部に形成されていることを特徴とする上記の超音波モータ；
（９）互いに隣り合う前記第一コーナー部および前記第二コーナー部と、他のコーナー部とを含み、前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部以外のコーナー部が形成された領域に設けられ、前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部以外のコーナー部が形成された領域に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ；
（１０）前記アース電極が、前記圧電振動子の他方の主面の全面に形成されている上記の超音波モータ；
（１１）前記圧電振動子を支持する支持部をさらに備えるとともに、前記圧電振動子の共振により、前記第一付勢部が、前記支持部と前記第一コーナー部とを結ぶ方向に振動し、前記第二付勢部が、前記支持部と前記第二コーナー部とを結ぶ方向に振動することを特徴とする上記の超音波モータ；
（１２）前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域に設けられ、前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ；
（１３）前記第一付勢部を駆動する一の前記選択駆動電極が、前記第二コーナー部が形成された領域に設けられ、
前記第二付勢部を駆動する他の前記選択駆動電極が、前記第一コーナー部が形成された領域に設けられていることを特徴とする上記の超音波モータ；
（１４）前記交番電圧が印加されない前記選択駆動電極が開放されている上記の超音波モータ；
（１５）開放された前記選択駆動電極を、自励発振回路用の帰還電極としたことを特徴とする上記の超音波モータ。
【符号の説明】
【０１１３】
１０    超音波モータ
２１〜２４    コーナー部
３０    主面
３１〜３４    辺
３５    主面
４１ａ〜４１ｄ    分割電極
４２    円孔
１０１    圧電セラミック正方形板
１０２    共通アース電極
１０３、１０４    摩擦要素
１０５    支持具
１０６    弾性部材
１０７    移動子
１０８    摺動機構
１０９    ベース
１１０    発振器
１１１    出力端子
１１２    帰還発振器（アンプ）
１１３    出力端子
１１４    入力端子
１１５、１１６    アース端子
１２１    基板
１２２、１２３    立板
１２４    弾性板
１２５    摩擦板
１２６    孔
１３０    ベースガイド
１３１    凹溝
１３２    底面
Ａ〜Ｄ    領域
Ｃ１    第１回路
Ｃ２    第２回路
ＣＬ    中心線
Ｇ    中心
Ｒ０    内部抵抗
Ｒ１１〜Ｒ２２    抵抗
Ｓ０、Ｓ００、Ｓ１０    コモン端子
Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ１１、Ｓ１２    端子
ＳＷ１、ＳＷ２    スイッチ
【図１】
2010158143.tif 000003
【図２】
2010158143.tif 000004
【図３】
2010158143.tif 000005
【図４】
2010158143.tif 000006
【図５】
2010158143.tif 000007
【図６】
2010158143.tif 000008
【図７】
2010158143.tif 000009
【図８】
2010158143.tif 000010
【図９】
2010158143.tif 000011
【図１０】
2010158143.tif 000012
【図１１】
2010158143.tif 000013
【図１２】
2010158143.tif 000014
【図１３】
2010158143.tif 000015
【図１４】
2010158143.tif 000016