(57)【要約】【課題】単一の部材からなり、構造が単純で、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、該縦振動と該ねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、該楕円振動によりロータを回転させる超音波モータを提供することである。【解決手段】超音波モータ１０は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子１１と、該振動子１１の楕円振動発生面に接して振動子１１の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ１５と、を少なくとも備える。上記振動子１１は圧電素子単体から成り、その分極の方向が中心軸の方向を含む該振動子１１の側面の面内方向にほぼ有り、且つ、該中心軸の方向とのなす角度εが、０＜ε＜π／２を満たす。そして、上記振動子１１の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成して、上記楕円振動を形成する。【選択図】      図１
2010136503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、
上記振動子は圧電素子単体から成り、該圧電素子の分極の方向が上記中心軸の方向を含む該振動子の側面の面内方向にほぼ有り、且つ、該中心軸の方向とのなす角度εが、  
０＜ε＜π／２  
を満たすように設定されており、
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、上記回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動の共振周波数がほぼ一致するように、上記振動子の上記回転軸に直交する略長方形断面の短辺の長辺に対する比率をほぼ０．３とすることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、
上記振動子は圧電素子単体から成り、
上記圧電素子の分極の方向が上記中心軸の方向を含む上記振動子の側面の面内方向にほぼ有り、且つ上記中心軸の方向とのなす角度εが  
０＜ε＜π／２  
を満たすように設定されており、
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより、上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、上記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動の共振周波数がほぼ一致するように、上記振動子の上記回転軸に直交する略長方形断面の短辺の長辺に対する比率をほぼ０．６とすることを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項５】
上記分極が上記ねじれ３次共振振動の３筒所のうち少なくとも１箇所の節部を含む位置に形成されていることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項６】
上記分極が上記ねじれ２次共振振動の２箇所のうち少なくとも１箇所の節部を含む位置に形成されていることを特徴とする請求項３若しくは請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項７】
上記中心軸を含み、上記振動子の外側面と平行な面を境に少なくとも２つのグループに分割された内部電極と、上記振動子の外側面に設けられるもので上記内部電極と接続された複数の外部電極と、を有し、
上記分極は上記内部電極間に形成されており、上記複数の外部電極に交番電圧を印加することにより、上記楕円振動を励起して上記ロータを回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の超音波モータ。
【請求項８】
上記振動子は、上記中心軸を含み、該振動子の外側面と平行な面を境として、複数の第１の交差指内部電極パターンが形成された第１の圧電シートと、複数の第２の交差指内部電極パターンが形成された第２の圧電シートがそれぞれ複数枚積層されて構成されることを特徴とする請求項７に記載の超音波モータ。
【請求項９】
上記第１の圧電シートの複数の第１の交差指電極パターンの少なくとも１つ及び上記第２の圧電シートの複数の第２の交差指電極パターンの少なくとも１つは、駆動用交差指電極であることを特徴とする請求項８に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
上記第１の圧電シートの複数の第１の交差指電極パターンの少なくとも１つ及び上記第２の圧電シートの複数の第２の交差指電極パターンの少なくとも１つは、振動検出用交差指電極であることを特徴とする請求項８若しくは請求項９に記載の超音波モータ。
【請求項１１】
第１の右指内部電極パターンが形成された第１の圧電シートと、第２の左指電極パターンが形成された第２の圧電シートと、が交互に積層された第１の積層体と、
第３の右指内部電極パターンが形成された第３の圧電シートと、第４の左指電極パターンが形成された第４の圧電シートと、が交互に積層された第２の積層体と、
を更に具備し、
上記振動子は、上記中心軸を含み、該振動子の外側面と平行な面を境として、上記第１の積層体と第２の積層体が一体的に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の超音波モータ。
【請求項１２】
上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの内部電極から構成される複数の交差指電極パターンの少なくとも１つ、及び上記第３の圧電シート及び上記第４の圧電シートの内部電極から構成される複数の交差指電極パターンの少なくとも１つは、駆動用交差指電極であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波モータ。
【請求項１３】
上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの内部電極から構成される複数の交差指電極パターンの少なくとも１つ、及び上記第３の圧電シート及び上記第４の圧電シートの内部電極から構成される複数の交差指電極パターンの少なくとも１つは、振動検出用交差指電極であることを特徴とする請求項１１若しくは請求項１２に記載の超音波モータ。
【請求項１４】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、
上記振動子は交差指電極パターンが形成された圧電シートが複数枚積層されたものであって、
上記圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第１の節位置近傍には第１の駆動用交差指電極が設けられており、該交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度θが  
０＜θ＜π／２  
の条件で設けられ、
上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第２の節位置近傍には電気的に駆動用電極と並列接続された第２の駆動用交差指電極が設けられており、該交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度φが  
π／２＜φ＜π  
の条件で設けられ、
上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第３の節位置近傍には振動検出用交差指電極が設けられており、上記第２の駆動用交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度Ψが、０、π／２、π以外の条件で設けられており、
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と上記回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成することを特徴とする超音波モータ。
【請求項１５】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の上記楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、
上記振動子は駆動用交差指電極パターンが形成された第１の圧電シートが複数枚積層されたものであって、
上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第１の節位置近傍には第１の駆動用交差指電極が設けられており、該交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度θが  
０＜θ＜π／２  
の条件で設けられ、
上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第２の節位置近傍には振動検出用交差指電極が設けられており、該振動検出用交差指電極の指方向と該中心軸の方向とのなす角度Ψが、０、π／２、π以外の条件で設けられており、
上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と上記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成することを特徴とする超音波モータ。
【請求項１６】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備え、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成して成る超音波モータに於いて、
上記振動子は、駆動用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、
上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍に駆動用交差指電極の左指側が設けられており、上記左指内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θが  
０＜θ＜π／２  
の条件で設けられ、  
上記第２の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に駆動用交差指電極の右指側が設けられており、該右指側の内部電極の長手方向と上記回転軸の方向とのなす角度が該左指側の内部電極と同じ角度で設けられており、
上記第１の圧電シートの駆動用内部電極と上記第２の圧電シートの駆動用内部電極とで実質的に一対の交差指電極を形成して成り、
上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの駆動用内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、上記第１の圧電シートの駆動用内部電極の延出部及び上記第２の圧電シートの駆動用内部電極の延出部は、それぞれ異なる外部電極に接続されて成ることを特徴とする超音波モータ。
【請求項１７】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備え、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成して成る超音波モータに於いて、
上記振動子は、駆動用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、
上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍には駆動用交差指電極の左指側が設けられており、上記左指側の内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θが  
０＜θ＜π／２  
の条件で設けられ、
上記第２の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に駆動用交差指電極の右指側が設けられており、該右指側の内部電極の長手方向と上記回転軸の方向とのなす角度が該左指側の内部電極と同じ角度で設けられており、
上記第１の圧電シートの駆動用内部電極と上記第２の圧電シートの駆動用内部電極とで実質的に一対の交差指電極を形成してなり、
上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、上記第１の圧電シートの駆動用内部電極の延出部及び上記第２の圧電シートの駆動用内部電極の延出部は、それぞれ異なる外部電極に接続されてなることを特徴とする超音波モータ。
【請求項１８】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備え、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成して成る超音波モータに於いて、
上記振動子は、振動検出用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、
上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍に振動検出用交差指電極の左指側が設けられており、該左指側の内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θが  
０＜θ＜π／２  
の条件で設けられ、
上記第２の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に振動検出用交差指電極の右指側が設けられており、該右指側の内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度が該左指側の内部電極と同じ角度で設けられており、
上記第１の圧電シートの振動検出用内部電極と上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極とで実質的に一対の振動検出用交差指電極を形成してなり、
上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、上記第１の圧電シートの駆動用電極の延出部及び上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極の延出部は、それぞれ異なる外部電極に接続されて成ることを特徴とする超音波モータ。
【請求項１９】
中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と該振動子の楕円振動発生面に接し該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータとから少なくとも成り、該振動子の該回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより該楕円振動を形成してなる超音波モータに於いて、
上記振動子は振動検出用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、上記第１の圧電シートにあっては上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍には振動検出用交差指電極の左指側が設けられており、該左指内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θ が以下の様な条件で設けられており  
０＜θ＜π／２  
上記第２の圧電シートにあっては上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に振動検出用交差指電極の右指側が設けられており、該右指内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度が該左指内部電極と同じ角度で設けられており、第１の圧電シートの振動検出用内部電極と第２の圧電シートの振動検出用内部電極とで実質的に一対の振動検出用交差指電極を形成して成り、上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、第１の圧電シートの駆動用電極の延出部及び第２の圧電シートの振動検出用内部電極の延出部は更にそれぞれ別々の外部電極に接続されて成ることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２０】
上記外部電極を上記振動子の一側面にのみ設けたことを特徴とする請求項７乃至１９の何れか１項に記載の超音波モータ。
【請求項２１】
上記振動子の略中央部で固定された振動子ホルダと、
上記振動子ホルダにより保持されたシャフトと、
上記シャフトに対し回転自在に保持された上記ロータを上記振動子に押圧するばねと、
を更に具備することを特徴とする請求項１、２、５、１４、１６、１８の何れか１項に記載の超音波モータ。
【請求項２２】
上記振動子の上記回転軸に一致する部分に設けられた貫通穴と、
上記貫通穴の略中央部に固定されたシャフトと、
上記シャフトに対し回転自在に保持された上記ロータを上記振動子に押圧するばねと、
を更に具備することを特徴とする請求項３、４、６、１５、１７、１９の何れか１項に記載の超音波モータ。
【請求項２３】
中心軸に直交する断面に於いて、該中心軸を通る長方形状の短辺若しくは長辺に平行な仮想の中央線に対し、上記振動子の配置が実質的に対称であることを特徴とする請求項１乃至２２の何れか１項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、超音波振動を駆動力源として被駆動体を駆動する超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、下記特許文献１の図１には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に複数枚の圧電素子が挿入された構成となっている。また、該圧電素子の正電極は２分割されており、ここでは、それぞれＡ相、Ｂ相と称するものとする。
【０００３】
ここで、Ａ相とＢ相に同位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子に縦振動を発生させることができる。また、Ａ相とＢ相に逆位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子にねじれ振動を発生させることができる。尚、振動子の溝位置を調整して縦振動の共振周波数と、ねじれ振動の共振周波数を、ほぼ一致するようにしておく。そして、Ａ相とＢ相にπ／２位相の異なる交番電圧を印加すると、縦振動とねじれ振動が同時に発生し、棒状弾性体上面に楕円振動を発生させることができる。棒状弾性体上面にロータを押圧することにより、ロータを時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転させることができる。
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された超音波モータは、その図１に示されるように、圧電素子と弾性体が必要になる、弾性体を斜めにカットしなければならない、弾性体の一部に溝部を設けなければならない、等の課題があった。それ故、全体として振動子の構成が非常に複雑となるという課題を有していた。
【０００５】
したがって本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、更には低電圧で駆動することができ、縦振動とねじれ振動を容易に励起することのできる、該縦振動と該ねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、該楕円振動によりロータを回転させる超音波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、上記振動子は圧電素子単体から成り、該圧電素子の分極の方向が上記中心軸の方向を含む該振動子の側面の面内方向にほぼ有り、且つ、該中心軸の方向とのなす角度εが、０＜ε＜π／２を満たすように設定されており、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより、上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、上記振動子は圧電素子単体から成り、上記圧電素子の分極の方向が上記中心軸の方向を含む上記振動子の側面の面内方向にほぼ有り、且つ上記中心軸の方向とのなす角度εが０＜ε＜π／２を満たすように設定されており、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより、上記楕円振動を形成して上記ロータを回転させることを特徴とする。
【０００８】
更に本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、上記振動子は交差指電極パターンが形成された圧電シートが複数枚積層されたものであって、上記圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第１の節位置近傍には第１の駆動用交差指電極が設けられており、該交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度θが０＜θ＜π／２の条件で設けられ、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第２の節位置近傍には電気的に駆動用電極と並列接続された第２の駆動用交差指電極が設けられており、該交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度φがπ／２＜φ＜πの条件で設けられ、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第３の節位置近傍には振動検出用交差指雷極が設けられており、上記第２の駆動用交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度Ψが、０、π／２、π以外の条件で設けられており、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と上記回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の上記楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータに於いて、上記振動子は駆動用交差指電極パターンが形成された第１の圧電シートが複数枚積層されたものであって、上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第１の節位置近傍には第１の駆動用交差指電極が設けられており、該交差指電極の指方向と上記中心軸の方向とのなす角度θが０＜θ＜π／２の条件で設けられ、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の第２の節位置近傍には振動検出用交差指電極が設けられており、該振動検出用交差指電極の指方向と該中心軸の方向とのなす角度Ψが、０、π／２、π以外の条件で設けられており、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と上記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備え、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成して成る超音波モータに於いて、上記振動子は、駆動用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍に駆動用交差指電極の左指側が設けられており、上記左指内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θが０＜θ＜π／２の条件で設けられ、上記第２の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に駆動用交差指電極の右指側が設けられており、該右指側の内部電極の長手方向と上記回転軸の方向とのなす角度が該左指側の内部電極と同じ角度で設けられており、上記第１の圧電シートの駆動用内部電極と上記第２の圧電シートの駆動用内部電極とで実質的に一対の交差指電極を形成して成り、上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの駆動用内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、上記第１の圧電シートの駆動用内部電極の延出部及び上記第２の圧電シートの駆動用内部電極の延出部は、それぞれ異なる外部電極に接続されて成ることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備え、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成して成る超音波モータに於いて、上記振動子は、駆動用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍には駆動用交差指電極の左指側が設けられており、上記左指側の内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θが０＜θ＜π／２の条件で設けられ、上記第２の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に駆動用交差指電極の右指側が設けられており、該右指側の内部電極の長手方向と上記回転軸の方向とのなす角度が該左指側の内部電極と同じ角度で設けられており、上記第１の圧電シートの駆動用内部電極と上記第２の圧電シートの駆動用内部電極とで実質的に一対の交差指電極を形成してなり、上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、上記第１の圧電シートの駆動用内部電極の延出部及び上記第２の圧電シートの駆動用内部電極の延出部は、それぞれ異なる外部電極に接続されてなることを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と、該振動子の楕円振動発生面に接して、該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備え、上記振動子の上記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動を合成することにより上記楕円振動を形成して成る超音波モータに於いて、上記振動子は、振動検出用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、上記第１の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍に振動検出用交差指電極の左指側が設けられており、該左指側の内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θが０＜θ＜π／２の条件で設けられ、上記第２の圧電シートにあっては、上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に振動検出用交差指電極の右指側が設けられており、該右指側の内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度が該左指側の内部電極と同じ角度で設けられており、上記第１の圧電シートの振動検出用内部電極と上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極とで実質的に一対の振動検出用交差指電極を形成してなり、上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、上記第１の圧電シートの駆動用電極の延出部及び上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極の延出部は、それぞれ異なる外部電極に接続されて成ることを特徴とする。
【００１３】
更に本発明は、中心軸に垂直な断面が長方形状の長さ比率を有する振動子と該振動子の楕円振動発生面に接し該振動子の該楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータとから少なくとも成り、該振動子の該回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と該回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動を合成することにより該楕円振動を形成してなる超音波モータに於いて、上記振動子は振動検出用内部電極パターンが形成された第１の圧電シート及び第２の圧電シートが交互に複数枚積層されたものであって、上記第１の圧電シートにあっては上記回転軸に平行な面のねじれ振動の少なくとも１つの節位置近傍には振動検出用交差指電極の左指側が設けられており、該左指内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度θ が以下の様な条件で設けられており０＜θ＜π／２上記第２の圧電シートにあっては上記回転軸に平行な面のねじれ振動の該節位置近傍に振動検出用交差指電極の右指側が設けられており、該右指内部電極の長手方向と該回転軸の方向とのなす角度が該左指内部電極と同じ角度で設けられており、第１の圧電シートの振動検出用内部電極と第２の圧電シートの振動検出用内部電極とで実質的に一対の振動検出用交差指電極を形成して成り、上記第１の圧電シート及び上記第２の圧電シートの振動検出用内部電極の一部は各圧電シートの端部まで延出され、それぞれの外部電極に導通すると共に、積層方向の略中央部を境として、第１の圧電シートの駆動用電極の延出部及び第２の圧電シートの振動検出用内部電極の延出部は更にそれぞれ別々の外部電極に接続されて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、更には低電圧で駆動することができ、縦振動とねじれ振動を容易に励起することのできる、該縦振動と該ねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、該楕円振動によりロータを回転させる超音波モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
(第１の実施形態)
先ず、図１乃至図７を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波モータを示す外観斜視図である。図２は摩擦接触部材を接着した状態の積層圧電素子を示したもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は上面図である。また、図３は積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は（ａ）のα方向から見た透視図、（ｄ）は積層圧電素子１１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｅ）は積層圧電素子１１を（ａ）のδ方向から見た図、（ｆ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｇ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｈ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図、（ｉ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図である。
【００１８】
この超音波モータ１０は、振動子を構成する積層圧電素子（振動子）１１と、摩擦接触部材１２ａ及び１２ｂと、外部電極１３と、ロータ１５と、ベアリング１６と、ばね１７と、ばね保持リング１８と、振動子ホルダ２０と、シャフト固定リング２１と、シャフト２２と、から構成されている。
【００１９】
尚、本第１の実施形態を含む以下の全ての実施形態に於いて、振動子１１は圧電素子が複数積層されて構成されている。
【００２０】
摩擦接触部材１２ａ及び１２ｂは、積層圧電素子１１の長手方向と直交する面に接着されてロータ１５と接触するようになっている。但し、この摩擦接触部材１２ａ及び１２ｂは、必ずしも必要なものではない。外部電極１３は、図１及び図２（ａ）では、図面の左側面には４箇所と、図には示されないが右側面にも４箇所設けられている。
【００２１】
上記ロータ１５は、角柱形状の振動子１１と該振動子１１の頂面に押圧されて回転する。ベアリング１６は、シャフト２２が固定されたベアリング内輪と、ロータ１５の内周に固定されたベアリング外輪とで構成される。ばね１７は、上記ベアリング内輪に押圧力を加えるための弾性部材である。ばね保持リング１８は、ばね１７の収縮量を制御するためのものである。
【００２２】
振動子ホルダ２０は、振動子１１のほぼ中央部に固定されてシャフト２２を保持するためのものである。この中央部とは、後述するように、振動子１１の縦１次振動の節部とねじれ３次振動の中央の節部と幾何学的にほぼ一致している。この振動子ホルダ２０はアルマイト処理が施されたアルミ材料、若しくは絶縁処理が施された金属材料から成るものであって、一体として形成されている。振動子ホルダ２０の下部は、振動子１１をその側面側より挟み込むように、コの字形状をなしており、上面は中央に貫通穴が形成された平板状となっている。この貫通穴から、一部にねじ山を有するシャフト２２が挿入される。
【００２３】
また、シャフト固定リング２１は、上記シャフト２２を振動子ホルダ２０に固定するためのものである。シャフト２２は、上述したように、ベアリング１６、ばね保持リング１８、シャフト固定リング２１内に挿入される。ベアリング１６の外周には、ロータ１５が回転自在に固定される。また、ばね保持リング１８とベアリング１６の間には、ばね１７が挿入されており、ロータ１５と振動子１１間に適切な押圧カが働くように、ばね保持リング１８を回転させて調整している。この調整後は、ばね保持リング１８は接着剤を用いてシャフト２２に固定される。
【００２４】
次に、第１の実施形態に於ける超音波モータ１０の積層圧電素子１１の内部電極構成について説明する。
【００２５】
本積層圧電素子１１は、所定の内部電極パターンが形成されたチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと記す）等の薄い圧電シートが積層されて構成されたものである。
【００２６】
図３（ａ）は、本積層圧電素子１１を上方から見た図であって、４方向の側面を矢印でそれぞれ、α、β、γ、δとして記すものとする。図３（ｂ）は圧電シート及び内部電極パターンの例を示している。
【００２７】
圧電シートは、それぞれ厚さ１０μｍから１００μｍ程度のＰＺＴ材料から成り、圧電シート１（以下、圧電シート（１）と記す）２５ａには内部電極パターン１（以下、内部電極パターン（１）と記す）２６ａ、圧電シート２（以下、圧電シート（２）と記す）２５ｂには内部電極パターン２（以下、内部電極パターン（２）と記す）２６ｂが、それぞれ印刷されている。圧電シート（１）２５ａには、図示されるように、内部電極パターン（１）２６ａとして、交差指内部電極が３箇所に印刷されている。
【００２８】
交差指内部電極の材質は、例えば銀パラジウム合金で構成され、その幅は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲に設定され、間の絶縁幅も０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲に設定される。また、厚みは、例えば２〜３μｍである。
【００２９】
ここで、交差指電極とは、＋相の電極と−相の電極とが、交互に組み合わされて配置されているような電極を指すものとする。そして、交差指電極は、図３（ｂ）では図面の見やすさから二対の交差指電極構成としているが、その面内でできるだけ大きな面積となるようにするため、実際には、図４に示されるように、その面内の一面に形成されるように、更に多くの対の交差指電極構成としても良い。また、本発明に於いては、交差指電極は、積層圧電素子の内部に設けられているため交差指内部電極と称するものとする。
【００３０】
交差指電極は、図３（ｂ）に於いて、高さ方向（破線で示される）と交差指内部電極の指の方向との成す角が、図の上部の交差指電極（第１の交差指電極）では、  
０＜θ＜π／２  
とする。分極方向εは、図の破線で示されるように、交差指電極の指の方向と直交する方向であるから、  
０＜｜ε｜＜π／２  
である。
【００３１】
また、図の上から２番目の交差指電極（第２の交差指電極）の成す角は、図に示されるように、φであり、  
π／２＜φ＜π  
となっている。
【００３２】
また、この第２の交差指電極は第１の交差指電極と電気的に並列に接続されていて、その一部は圧電シートの端部にまで延出されている。これらの交差指電極は、駆動用交差指電極として機能する。尚、θとφの角度は、逆の範囲に設定されていても良い。
【００３３】
図の上から３番目の交差指電極（第３の交差指電極）の成す角は、図に示されるように、ψであり、０、π／２、π以外の値とするが、本実施形態では、  
０＜ψ＜π／２  
としている。この第３の交差指電極は、振動検出電極としての機能を有する。
【００３４】
内部電極パターン（２）２６ａが印刷されたｎ枚の圧電シート（１）２５ａが積層され、その後に、同様にｎ枚の内部電極パターン（２）２６ｂが印刷された圧電シート（２）２５ｂが積層される。圧電シート（２）２５ｂと圧電シート（１）２５ａとの差異は、図３（ｂ）に示されるように、端部に延出される電極の位置である。交差指電極そのものの構成や位置は全く同じである。そして、最後に、圧電シート（２）２５ｂに、電極の印刷されていない圧電シート３（以下、圧電シート（３）と記す）２５ｃが積層される。
【００３５】
よって、積層圧電素子１１の全体の積層枚数は、２ｎ＋１となり、奇数枚となる。
【００３６】
図３（ｃ）は、本積層圧電素子１１を正面から見た図である。
【００３７】
後述するように、本実施形態では、ねじれ３次振動と縦１次振動が用いられる。上部交差指電極の中央部は、ねじれ３次振動の上部節位置３５2 近傍に設けられ、中央部交差指電極の中央部は、ねじれ３次振動の中央部節位置近傍で且つ縦１次振動の節位置３５1 近傍に設けられ、下部交差指電極の中央部はねじれ３次振動の下部節位置３５3 近傍に設けられる。
【００３８】
図３（ｄ）、（ｆ）は、本振動子１１を図３（ａ）のγ方向から見た図である。図３（ｂ）に於いて、内部電極パターン（１）２６ａの上部交差指電極及び中央部交差指電極２７ａ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２９ａ1 が形成されている。この内部電極露出部２９ａ1 が、外部電極Ａ＋相１３ａ1 と接合している。同様に、図３（ｂ）に於いて、内部電極パターン（２）２６ｂの上部交差指電極及び中央部交差指電極２７ｂ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２９ｂ1 が形成されている。この内部電極露出部２９ｂ1 が外部電極Ｂ＋相１３ｂ1 と接合している。
【００３９】
また、内部電極パターン（１）２６ａの下部交差指電極２８ａ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部３０ａ1 が形成されている。この内部電極露出部３０ａ1 が、外部電極Ｃ＋相１３Ｃ1 と接合している。更に、内部電極パターン（２）２６ｂの下部交差指電極２８ｂ1 が左方向に端部まで延出されて、内部電極露出部３０ｂ1 が形成されている。この内部電極露出部３０ｂ1 が、外部電極Ｄ＋相１３ｄ1 と接合している。
【００４０】
図３（ｅ）、（ｇ）は、本振動子１１を図３（ａ）のδ方向から見た図である。図３（ｂ）に於いて、内部電極パターン（１）２６ａの上部交差指電極及び中央部交差指電極２７ａ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２９ａ2 が形成されている。この内部電極露出部２９ａ2 が、外部電極Ａ−相１３ａ2 と接合している。同様に、図３（ｂ）に於いて、内部電極パターン（２）２６ｂの上部交差指電極及び中央部交差指電極２７ｂ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部２９ｂ2 が形成されている。この内部電極露出部２９ｂ2 が外部電極Ｂ−相１３ｂ2 と接合している。
【００４１】
また、内部電極パターン（１）２６ａの下部交差指電極２８ａ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部３０ａ2 が形成されている。この内部電極露出部３０ａ2 が、外部電極Ｃ−相１３Ｃ2 と接合している。更に、内部電極パターン（２）２６ｂの下部交差指電極２８ｂ2 が右方向に端部まで延出されて、内部電極露出部３０ｂ2 が形成されている。この内部電極露出部３０ｂ2 が、外部電極Ｄ−相１３ｄ2 と接合している。
【００４２】
このように、電極パターンが仮想の中央線で切った断面を境にして同等の振動特性をもたらす設計であれば、図３（ｆ）、（ｇ）に示されるように、外部電極の位置が異なる位置に配置されていても、振動特性は変更されないので実質的に対称である。
【００４３】
次に、本積層圧電素子１１の作成方法について説明する。
【００４４】
焼成前の圧電シート（１）２５ａに内部電極パターン（１）２６ａが印刷されたものが複数枚、同様に、圧電シート（２）２５ｂに内部電極パターン（２）２６ｂが印刷されたものが複数枚用意される。そして、先ず、圧電シート（１）２５ａがｎ枚積層された後、圧電シート（２）２５ｂがｎ枚積層され、更に内部電極の印刷されていない圧電シート（３）２５ｃが１枚積層される。その後、プレスされて、所定の大きさにカットされた後、所定の温度で焼成が行われる。その後、外部電極１３ａ1 、１３ａ2 、１３ｂ1 、１３ｂ2 、１３ｃ1 、１３ｃ2 、１３ｄ1 、１３ｄ2 が、所定の位置に印刷、焼付けされる。
【００４５】
尚、外部電極は上述した例に限られるものではない。上述した例では、内部電極露出部２９ａ1 、２９ａ2 、２９ｂ1 、２９ｂ2 、３０ａ1 、３０ａ2 、３０ｂ1 、３０ｂ2 に、対してほぼ同じ幅の外部電極１３ａ1 、１３ａ2 、１３ｂ1 、１３ｂ2 、１３ｃ1 、１３ｃ2 、１３ｄ1 、１３ｄ2 が設けられている。しかしながら、例えば、図３（ｈ）、（ｉ）に示されるように、積層圧電素子１１の短辺方向の全てに渡って設けられるものであっても良い。
【００４６】
図３（ｈ）は本振動子１１を図３（ａ）のγ方向から見た図、図３（ｉ）は本振動子１１を図３（ａ）のδ方向から見た図である。
【００４７】
すなわち、内部電極露出部２９ａ1 、２９ａ2 、２９ｂ1 、２９ｂ2 、３０ａ1 、３０ａ2 、３０ｂ1 、３０ｂ2 に、対して、当該内部電極露出部を含む外部電極１３ａ3 、１３ａ4 、１３ｂ3 、１３ｂ4 、１３ｃ3 、１３ｃ4 、１３ｄ3 、１３ｄ4 が接合されるように設けられている。
【００４８】
次に、分極について、図５を参照して説明する。
【００４９】
図５は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ′線に沿って示した分極方向を含み、且つ、側面に垂直な断面図である。
【００５０】
図５に於いて、矢印Ｐで示される分極ベクトルは、片側の極（＋）から中央部で多少の膨らみをもって、もう片方の極（−）に向かって分極が形成されている。尚、このべクトルは、電場のベクトルとも一致している。また、隣接する内部電極間は例えば３００μｍであり、＋極と−極との間（圧電シートの厚さ方向）は例えば１００μｍである。
【００５１】
次に、本振動子１１の動作について説明する。
【００５２】
図６（ａ）に示されるように、振動子１１の形状を直方体形状で、それぞれの辺ａ、ｂ、ｃの各寸法を適切な値とすることで、縦１次振動モードの共振周波数とねじれ２次振動モード、若しくはねじれ３次振動モードの、共振周波数をほぼ一致させるようにしている。
【００５３】
尚、図６（ｂ）はねじれ１次振動モード、図６（ｃ）は縦１次振動モード、図６（ｄ）はねじれ２次振動モード、図６（ｅ）はねじれ３次振動モードの振動状態を概略的に示した図である。また、実線が振動前の振動子１１の形状を示しており、破線が振動後の振動子１１の形状を示している。そして、図中、３５1 、３５2 、３５3 、３５4 、３５5 は振動子１１の振動の節に相当する位置であり、３５4 、３５5 はねじれ２次振動の上部節位置、ねじれ２次振動の下部節位置である。
【００５４】
ここで、直方体の各辺ａ、ｂ、ｃを定義する。いま、辺ｃの方向を、縦１次振動モードの振動の方向、且つ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、辺ｃと直交する方向を辺ａの方向、辺ｂの方向とする。ここで、辺ｃに沿って、辺ｃと平行な軸線に垂直な長方形状の各断面の長さ比率をａ＜ｂ＜ｃとすると共に、ａを短辺と称し、ｂを長辺と称するものとして、以下に説明する。
【００５５】
図７は、辺ｃを一定として、横軸が短辺の長さ／長辺の長さ（ａ／ｂ）であるような種々の矩形比率に於ける各モードの共振周波数を表した図である。同図からわかるように、ａ／ｂを変化させた場合には、縦１次振動モードの共振周波数はａ／ｂに依存せず、ほぼ一定の値をとる。しかしながら、ねじれ振動の共振周波数は、ａ／ｂ値が１に近付けば近付くほど単調に大きくなっていく。ねじれ１次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂがどのような値をとっても、縦１次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。
【００５６】
しかしながら、ねじれ２次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．６近傍の時に一致することが明らかである。また、ねじれ３次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．３近傍の時に一致することが明らかである。したがって、本実施形態では、振動子１１の各寸法を、ａ／ｂがほぼ０．３となるように設定する。
【００５７】
尚、本実施形態に於いて、振動子１１の各辺ａ×ｂ×ｃの寸法は、例えば１０×３×２０ｍｍである。
【００５８】
図３（ｂ）に示されるように、圧電シート（１）の最外層である第１層と圧電シート（２）の最後に積層された最外層の圧電シート（２）を用いて、本振動子１１の駆動方法について説明する。
【００５９】
最初に、駆動用交差指電極を用いた振動子１１の動作について説明する。
【００６０】
先ず、Ａ相（Ａ＋相、Ａ−相）に、縦１次振動若しくはねじれ３次振動の共振周波数に対応した交番電圧が印加される。図３（ｂ）には、その際に逆圧電効果により上部交差指電極近傍に発生する力がベクトルで表示されている。
【００６１】
図３（ｂ）に示される力Ｆは交番力であり、その力をベクトル分解するとＦ１とＦ２となる。力Ｆ１は、図からも明らかなように、縦振動を励起させる力となる。また、力Ｆ２は、図から明らかなように、ねじれ３次振動を発生させるカとなる。
【００６２】
次に、Ｂ相（Ｂ＋相、Ｂ−相）にも、Ａ相と同じ周波数の交番電圧が印加される。図３（ｂ）には、その際に最外側面の位置する圧電シート（２）２５ｂの上部交差指電極近傍に発生する力がベクトルで表示されている。
【００６３】
図３（ｂ）に示される力Ｆ′は交番力であり、その力をベクトル分解するとＦ１′とＦ２′となる。力Ｆ１′は、図からも明らかなように縦振動を励起させる力となる。また、力Ｆ２′は、図から明らかなように、ねじれ３次振動を発生させるカとなる。
【００６４】
次に、Ａ相、Ｂ相に同時に同位相の上記周波数の交番電圧を印加した際の発生するカのみを考える。この場合、図３（ｂ）に示されるように、力Ｆ２とＦ２′は互いにキャンセルし合い、ねじれ３次振動は発生せず、縦１次振動のみ発生することになる。
【００６５】
更に、Ａ相、Ｂ相に、同時に逆位相（位相差π）の上記周波数の交番電圧を印加すると、力Ｆ１とＦ１′は互いにキャンセルし合い、縦１次振動は発生せず、ねじれ３次振動のみ発生することになる。
【００６６】
次に、Ａ相、Ｂ相に、同時に位相が０とπの間の位相差を与えた場合を考える。この場合には、縦１次振動とねじれ３次振動が同時に起こり、それらの振動が合成された振動となる。この時は、図２に示されるように、振動子１１の摩擦接触部材１２ａ、１２ｂの接着位置にロータ１５を回転させるような向きに、時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）の楕円振動が形成される。振動子１１の摩擦接触部材１２ａ、１２ｂの位置に楕円振動が発生していると、押圧されているロータ１５はシャフト２２を回転軸（または中心軸）として、その楕円振動の回転の向きに従って、時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）の向きに回転動作を行うことになる。
【００６７】
尚、残りの一対の中央部の駆動用交差指電極については、ねじれの向きが逆になるので、交差指電極の方向は鈍角になるように設定されている。駆動原理については、同様であるので説明は省略する。
【００６８】
次に、図３（ｂ）に示される下部の振動検出用交差指電極の動作について説明する。
【００６９】
縦１次振動やねじれ３次振動が発生すると、圧電効果により、交差指電極面には電荷が発生する。その電荷は、Ｃ相（Ｃ＋相、Ｃ−相間）の電圧、若しくはＤ相（Ｄ＋相、Ｄ−相間）の電圧となって観測される。駆動用交差指電極での動作では、上述した逆圧電効果により駆動電圧により力が発生しているが、それとは全く逆に、機械的歪みにより電荷若しくは電圧が発生する。
【００７０】
よって、縦１次振動のみが発生している場合は、Ｃ相とＤ相を並列順接続（Ｃ＋相とＤ＋相を結線し、Ｃ−相とＤ−相を結線：並列順接続相と定義する）して、その間に発生している電圧は縦１次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかしながら、Ｃ相とＤ相を並列逆接続（Ｃ＋相とＤ−相を結線し、Ｃ−相とＤ＋相を結線：並列逆接続相と定義する）した場合は、信号は出力されない。
【００７１】
一方、ねじれ３次振動のみが発生している場合は、Ｃ相とＤ相を並列逆接続（Ｃ＋相とＤ−相を結線し、Ｃ−相とＤ＋相を結線）して、その間に発生している電圧はねじれ３次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。しかしながら、Ｃ相とＤ相を並列順接続（Ｃ＋相とＤ＋相を結線し、Ｃ−相とＤ−相を結線）した場合は、信号は出力されない。
【００７２】
したがって、Ｃ相とＤ相の結線を選択することにより、縦１次振動若しくはねじれ３次振動を独立に検出することが可能である。
【００７３】
次に、このような振動検出相（Ｃ相、Ｄ相）を用いてモータを駆動する方法について説明する。
【００７４】
駆動相であるＡ相若しくはＢ相の信号の位相と、振動検出相（例えば、Ｃ相とＤ相を並列逆接続したもの）の位相の位相差は、ねじれ３次振動の共振周波数動作時に所定の値Ωをとることが知られている。よって、この場合には、駆動相と検出相の位相差を常にΩになるように周波数を調整し駆動することで、モータ自身の発熱による温度上昇や周囲環境温度の変化による共振周波数変化や負荷変動による共振周波数変化があった場合でも、常にねじれ３次の共振周波数近傍で駆動できる。したがって、常に最適な周波数で、効率良く駆動することができる。これは、縦１次共振周波数近傍で駆動する場合も、同様の考え方で可能である。
【００７５】
このように、第１の実施形態によれば、積層圧電素子単体で振動子を構成することができ、形状も直方体と言う単純な形状のモータとなる。更に、本実施形態では積層構造を有しているので、低電圧駆動が可能である。また、従来の縦・ねじれモータでは、ねじれ振動の周波数調整を行うための溝部が必須であったが、本実施形態ではそれが必要なくなる。加えて、振動検出電極も設けられているので、常に最適な周波数での駆動が可能である。
【００７６】
更に、本実施形態の振動子は、回転軸に垂直な断面が所定の比率を有する直方体形状であり、よって通常良く用いられている圧電素子の積層技術を用いて積層型の圧電素子の作成を容易に行うことができる。
【００７７】
（第１の変形例）
次に本発明の第１の実施形態に於ける第１の変形例について説明する。
【００７８】
図８は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に於ける積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）の積層圧電素子１１を左方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の積層圧電素子１１を右方向から見た図である。
【００７９】
これは図８（ａ）に示されるように、上述した第１の実施形態で内部電極パターン（１）２６ａと内部電極パターン（２）２６ｂとの電極パターン形状を、上部交差指電極及び中央部交差指電極３７ａ1 、３７ａ2 と、上部交差指電極及び中央部交差指電極３７ｂ1 、３７ｂ2 、更には下部交差指電極３８ａ1 、３８ａ2 と下部交差指電極３８ｂ1 、３８ｂ2 とで、全く同一にしたものである。この場合は、図８（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、外部電極を丁度半分の位置で二等分して、外部電極４０ａ1 、４０ａ2 、４０ｂ1 、４０ｂ2 、４０ｃ1 、４０ｃ2 、４０ｄ1 、４０ｄ2 が形成されている。
【００８０】
この第１の変形例によれば、内部電極パターンが１種類で済むという効果がある。
【００８１】
（第２の変形例）
次に本発明の第１の実施形態に於ける第２の変形例について説明する。
【００８２】
図９は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に於ける積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）の積層圧電素子１１を底面側から見た図である。
【００８３】
この第２の変形例は、上述した第１の実施形態の、例えば１つの圧電シートに着目したとき、三対の交差指電極の全てを駆動電極とした場合の構成例である。
【００８４】
これら三対の交差指電極４２ａ1 、４２ａ2 、及び４２ｂ1 、４２ｂ2 は電気的に並列に接続され、上部交差指電極の長手方向と成す角は順番に鋭角、鈍角、鋭角とする。この理由は、図６に示されるように、３次ねじれ振動のねじれの向きが、上から順に正（逆）、逆（正）、正（逆）の順になっているからである。
【００８５】
更に、本第２の変形例では、内部電極の端部への引き出し位置を、図９（ａ）の下部にのみ設けたことに対応して、外部電極４３ａ1 、４３ａ2 、４３ｂ1 、４３ｂ2 は、図９（ｂ）に示されるように、振動子１１の下面にのみ設けられている。
【００８６】
本第２の変形例によれば、内部電極が全て駆動用電極として用いられるので、パワーの大きいモータを実現することができる。また、外部電極が底面にのみ設けられているので、例えば、図示されないフレキシブル基板を接続する場合も、１つの面だけでよいので構成が簡単になるという利点がある。
【００８７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００８８】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子の構成を示した分解斜視図である。
【００８９】
この第２の実施形態に於いては、上述した第１の実施形態とは、振動子の構成のみ異なっている。したがって、ここでは振動子の構成について説明し、その他の超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第１の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略する。
【００９０】
尚、本実施形態に於いても、振動子の各辺ａ×ｂ×ｃの寸法は、例えば１０×３×２０ｍｍである。
【００９１】
図１０に於いて、圧電シート（１）２５ａの内部電極パターンは交差指電極の右指のみが印刷されたものとなっている。これを交差指右指電極と称するものとする。交差指右指電極は、図示されるように、図の上から上部交差指右指電極及び中央部交差指右指霞極４５ａ1 、下部交差指右指電極４６ａ1 とする。これら交差指右指電極の中心位置は、ほぼねじれ３次振動の節位置（詳細は後述する）に対応するようにされている。また、上部交差指右指電極の傾きは、上述した第１の実施形態と同様に設定される。中央部交差指右指電極の傾きも、上述した第１の実施形態と同様に設定される。
【００９２】
上部交差指右指電極と中央部交差指右指電極４５ａ1 は駆動内部電極として働き、図示されるように、電極で連結され、その一部が端部にまで導出されている。更に、その下には下部交差指右指電極４６ａ1 が、図示のようにレイアウトされて、その成す角度も上述した第１の実施形態と同様とする。この下部交差指右指電極４６ａ1 は振動検出電極として働き、その一部は圧電シートの端部まで導出されている。
【００９３】
一方、圧電シート（２）２５ｂの内部電極パターンは、交差指電極の左指のみが印刷されたものとなっている。これを交差指左指電極と称するものとする。圧電シート（２）２５ｂの交差指左指電極は、本振動子１１を正面から透視した場合に、圧電シート（１）２５ａの交差指右指電極と一対の交差指電極を形成するように位置決めされて印刷される。
【００９４】
交差指左指電極は、図示されるように、図の上から上部交差指左指電極及び中央部交差指左指電極４５ａ2 、下部交差指左指電極４６ａ2 とする。これら交差指左指電極の中心位置は、ほぼねじれ３次振動の節位置に対応するようにされている。
【００９５】
本実施形態では、上部交差指左指電極及び中央部交差指左指電極４５ａ2 は、駆動内部電極として働き、図示されるように、電極で連結され、その一部が端部にまで導出されている。更に、その下には下部交差指左指電極４６ａ2 が、図示のようにレイアウトされて、振動検出電極として働き、その一部は圧電シート（２）２５ｂの端部まで導出されている。
【００９６】
これら圧電シート（１）２５ａと圧電シート（２）２５ｂは交互に積層され、ｎ（偶数）枚積層後、次に圧電シート４（以下、圧電シート（４）と記す）２５ｄと圧電シート５（以下、圧電シート（５）と記す）２５ｅが交互にｎ枚積層され、最後に、最上部には電極パターンが施されていない圧電シート（３）２５ｃが積層される。
【００９７】
尚、圧電シート（４）２５ｄと圧電シート（５）２５ｅとは、端部への引き出し位置が異なるのみで、電極パターンは同じである。
【００９８】
その後、外部電極が形成されるが、上述した第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００９９】
また、本積層圧電素子１１の制作法についても、上述した第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
図１１は、本第２の実施形態による積層圧電素子内部の分極の様子を示すために、交差指電極の指の方向と直交する方向と積層方向を含む断面を示した図である。
【０１０１】
片方の極からξの方向に分極が形成される。分極ベクトルは中央で多少の膨らみをもち、他極に向かう。尚、このベクトルは電場のべクトルとも一致している。更に、この傾きξは、できるだけ小さくすることで、より電気機械変換効率の高い振動子となる。
【０１０２】
この第２の実施形態に於いて、積層圧電素子、超音波モータを駆動相により駆動する方法、及び振動検出から振動を検出して最適な駆動周波数でモータを駆動する方法とも、上述した第１の実施形態と同様であるので、ここではその動作に関する説明を省略する。
【０１０３】
このように第２の実施形態によれば、上述した第２の実施形態と同様な効果を有しているが、更に、以下のような効果を有している。
【０１０４】
すなわち、上述した第１の実施形態では、同じ層内に正極と負極の電極が存在するので、積層時にその電極厚みが多少でも厚い場所があると、プレス時にその部分が変形し、電極間が接近、最悪の場合は電極間がショートして、高電圧により分極操作が不可能になる可能性があったが、本第２の実施形態では同一層内には同一極性の電極しか存在しないため、そのような不具合をなくすことができる。
【０１０５】
（第３の実施形態）
次に、図１２乃至図１４を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１０６】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る超音波モータの外観斜視図、図１３は摩擦接触部材を接着した状態の振動子の外観斜視図、図１４は第３の実施形態に於ける積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は積層圧電素子１１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｄ）は積層圧電素子１１を（ａ）のδ方向から見た図である。
【０１０７】
この超音波モータ５０は、積層圧電素子（振動子）５１と、該振動子５１の長手方向と直交する面に接着された摩擦接触部材５３ａ及び５３ｂと、上記振動子５１の長手方向に形成された後述する貫通穴５２に挿通されるシャフト５６と、上記摩擦接触部材５３ａ及び５３ｂと接触して駆動されるロータ５７、ベアリング５８、ばね５９、ばね保持リング６０とから構成される。
【０１０８】
上記振動子５１の長手方向（図の上下方向）の中央部には、シャフト５６を挿通させるための貫通穴５２が設けられている。シャフト５６はほぼ円柱形状で、振動子５１の貫通穴５２のほぼ中央部で接着剤を用いて固定されている（図示せず）。上記シャフト５６は、中央部のみが、他の部分比べて僅かに径が大きく形成されている。そして、このシャフト５６は、振動子５１の貫通穴５２の中央部でのみ、振動子５１と接触固定されており、その他のシャフト部位は貫通穴５２内部の壁面とは接触していない。
【０１０９】
振動子５１の一方の端面（ロータ５７が配される側の面）には、摩擦接触部材５３ａ及び５３ｂが接着されている。これらの摩擦接触部材５３ａ及び５３ｂは直方体形状に構成されるもので、振動子５１の一方の端面で、且つ楕円振動が発生している２箇所の部位に、それぞれ接着されている。
【０１１０】
ロータ５７は、アルミナセラミクスから構成されるもので、その中央部にはベアリング５８が嵌め込まれている。したがって、ロータ５７は、振動子５１の摩擦接触部材５３ａ、５３ｂに対し押圧力がかかった状態で載置されている。ばね５９は、ばね保持リング６０を回転していくことにより圧縮され、これにより、ロータ５７と振動子５１の摩擦接触部材５３ａ、５３ｂ間に適切な押圧がかかるようになっている。尚、ばね５９は、ベアリング５８の内側にのみ接触する構造となっている。
【０１１１】
また、図示されないが、シャフト５６の一部にはねじが形成されており、同じくねじが形成されているばね保持リング６０と螺合して結合されている。
【０１１２】
振動子５１の側面には、図１２及び図１３に示されるように４箇所に外部電極５４が設けられているが、それと対向する面にも図示されないが４箇所に外部電極が設けられている。
【０１１３】
尚、本第３の実施形態に於いて、振動子５１の各辺ａ×ｂ×ｃの寸法は、例えば１０×６×２０ｍｍである。
【０１１４】
次に、本第３の実施形態に於ける積層圧電素子（振動子）５１の構成について説明する。
【０１１５】
図１４（ａ）は、本積層圧電素子５１を上方から見た図であって、４方向の側面を矢印でそれぞれ、α、β、γ、δとして記すものとする。図１４（ｂ）は圧電シート及び内部電極パターンの例を示している。
【０１１６】
本振動子５１は、所定の内部電極パターンが形成されたｎ枚の薄い圧電シート１（以下、圧電シート（１）と記す）６１と、該圧電シート（１）６１と同じ構成のｎ−１枚の薄い圧電シート２（以下、圧電シート（２）と記す）６２が、貫通穴５２が形成された１枚の圧電シート３（以下、圧電シート（３）と記す）６３の両側に積層され、更に圧電シート６２の外側に内部電極パターが形成されていない薄い圧電シート４（以下、圧電シート（４）と記す）６４が積層されて構成されている。
【０１１７】
以下、上述した第１の実施形態と異なる点について説明する。
【０１１８】
圧電シート（１）６１、圧電シート（２）６２には、図１４（ｂ）に示されるように、内部電極パターンとして、交差指電極がそれぞれ２箇所に印刷されている。尚、図１４（ｂ）では、図面の見やすさから二対の交差指電極構成としているが、その面内でできるだけ大きな面積となるようにするため、実際には、図４に示されるように、その面内の一面に形成されるように、更に多くの対の交差指電極構成としても良い。
【０１１９】
交差指電極６５ａ1 及び６５ａ2 、６５ｂ1 及び６５ｂ2 は、図１４（ｂ）の高さ方向（破線で示す）と交差指電極の指の方向との成す角が、図の上部の交差指電極では、  
０＜θ＜π／２  
とする。分極方向は、図に破線で示されるように、交差指電極の指の方向と直交する方向であるから  
０＜｜ε｜＜π／２  
である。この上部交差指電極は駆動電極として働く。
【０１２０】
図の上から２番目の交差指電極６６ａ1 及び６６ａ2 、６６ｂ1 及び６６ｂ2 の成す角は、図示されるように、φであり、０、π／２、π以外の値とするが、本実施形態では、  
π／２＜φ＜３π／２  
としている。この２番目の交差指電極６６ａ1 及び６６ａ2 、６６ｂ1 及び６６ｂ2 は、振動検出電極としての機能を有する。
【０１２１】
ｎ枚の圧電シート（１）６１が積層され、その後に、少し厚めで中央に貫通穴５２が設けられた内部電極が印刷された圧電シート（３）６３が積層され、その後（ｎ−１）枚の圧電シート（２）６２が積層される。最後に、電極の印刷されていない圧電シート（４）６４が積層される。よって、全体の積層枚数は２ｎ＋１枚となり、奇数枚となる。
【０１２２】
尚、中央部に厚めの圧電シート（圧電シート（３）６３）を用意した理由は、中央長さ方向に貫通穴５２を設けるためである。
【０１２３】
後述するように、本第３の実施形態では、ねじれ２次振動と縦１次振動が用いられる。上部交差指電極の中央部はねじれ２次振動の上部節位置近傍に設けられ、下部交差指電極の中央部はねじれ２次振動の下部節位置近傍に設けられる。
【０１２４】
図１４（ｃ）は、本振動子５１を図１４（ａ）のγ方向から見た図である。
【０１２５】
内部電極パターンの上部交差指電極の左指電極６５ａ1 がＡ＋相の外部電極６７ａ1 と接合している。同様に、内部電極パターンの上部交差指電極の左指電極６５ｂ1 がＢ＋相の外部電極６７ｂ1 と接合している。また、内部電極パターンの下部交差指電極の左指電極６６ａ1 はＣ＋相の外部電極６８ａ1 と接合している。また、内部電極パターンの下部交差指電極の左指電極６６ｂ1 はＤ＋相の外部電極６８ｂ1 と接合している。
【０１２６】
図１４（ｄ）は、本振動子５１を図１４（ａ）のδ方向から見た図である。
【０１２７】
内部電極パターンの上部交差指電極の右指電極６５ａ2 がＡ−相の外部電極６７ａ2 と接合している。同様に、内部電極パターンの上部交差指電極の右指電極６５ｂ2 がＢ−相の外部電極６７ｂ2 と接合している。また、内部電極パターンの下部交差指電極の右指電極６６ａ2 はＣ−相の外部電極６８ａ2 と接合している。また、内部電極パターンの下部交差指電極の右指電極６６ｂ2 はＤ−相の外部電極６８ｂ2 と接合している。
【０１２８】
尚、第３の実施形態に於ける積層圧電素子の作成方法については、上述した第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２９】
次に、本積層圧電素子５１の動作について説明する。
【０１３０】
図６（ａ）に示されるような直方体形状の各辺ａ、ｂ、ｃの寸法を適切な値とすることで、本第３の実施形態では、縦１次振動モードとねじれ２次振動モードを利用する。したがって、ａ／ｂの値は０．６近傍に設定され、例えばａ×ｂ×ｃの寸法を１０×６×２０ｍｍとする。
【０１３１】
図１４（ｂ）に示されるように、圧電シート（１）６１の最外層である第１層と、圧電シート（２）６２の最後に積層された最外層の圧電シート（２）６２を用いて、本振動子５１の駆動方法について説明する。
【０１３２】
最初に、駆動用交差指電極を用いた振動子５１の動作について説明する。
【０１３３】
図１４（ｃ）及び（ｄ）に示されるＡ相（Ａ＋相、Ａ−相）の外部電極６７ａ1 、６７ａ2 に、縦１次振動若しくはねじれ２次振動の共振周波数に対応した交番電圧が印加される。図１４（ｂ）に示される圧電シート（１）６１には、その際に逆圧電効果により上部交差指電極近傍に発生する力がベクトルで表示されている。
【０１３４】
図１４（ｂ）に示される力Ｆは交番力であり、その力Ｆをベクトル分解するとＦ１とＦ２となる。力Ｆ１は、図からも明らかなように、縦振動を励起させる力となる。また、力Ｆ２は、図から明らかなように、ねじれ２次振動を発生させるカとなる。
【０１３５】
次に、図１４（ｃ）及び（ｄ）に示されるＢ相（Ｂ＋相、Ｂ−相）の外部電極６７ｂ1 、６７ｂ2 にも、同じ周波数の交番電圧が印加される。図１４（ｂ）には、その際にもう一方の最外側面の位置する圧電シート（２）６２の上部交差指電極近傍に発生する力がベクトルで表示されている。
【０１３６】
図１４（ｂ）に示される力Ｆ′は交番力であり、その力Ｆ′をベクトル分解するとＦ１′とＦ２′となる。力Ｆ１′は、図からも明らかなように、縦振動を励起させる力となる。また、力Ｆ２′は、図から明らかなように、ねじれ２次振動を発生させる力となる。
【０１３７】
次に、Ａ相、Ｂ相に、同時に同位相の上記周波数の交番電圧が印加された際に発生する力のみを考えた場合、図１４（ｂ）を見て考えると、力Ｆ２とＦ２′は、互いにキャンセルし合い、ねじれ２次振動は発生せず、縦１次振動のみ発生することになる。また、Ａ相、Ｂ相に同時に逆位相（位相差π）の上記周波数の交番電圧が印加されると、力Ｆ１とＦ１′は、互いにキャンセルし合い、縦１次振動は発生せず、ねじれ２次振動のみ発生することになる。
【０１３８】
次に、Ａ相、Ｂ相に同時に位相が０とπの間の位相差が与えられた場合を考える。この場合には、縦１次振動とねじれ２次振動が同時に起こり、それらの振動が合成された振動となる。この時は、図１３に示されたように、振動子５１の摩擦接触部材５３ａ、５３ｂの接着位置にロータ５７を回転させるような向きに、時計方向若しくは反時計方向の楕円振動が形成される。振動子５１の摩擦接触部材５３ａ、５３ｂの位置に楕円振動が発生していると、押圧されているロータ５７は、その楕円振動の回転の向きに従って、時計方向若しくは反時計方向の向きに回転動作を行うことになる。
【０１３９】
次に、図１４（ｂ）に示される下部の振動検出用交差指電極の動作について説明する。
【０１４０】
縦１次振動やねじれ２次振動が発生すると、圧電効果により交差指電極面には電荷が発生する。その電荷は、Ｃ相（Ｃ＋，Ｃ−間）の電圧若しくはＤ相（Ｄ＋，Ｄ−間）の電圧となって観測される。駆動用交差指電極での動作では、上述した逆圧電効果によって駆動電圧により力が発生していたのであるが、それとは全く逆に、機械的歪により電荷若しくは電圧が発生する。よって、縦１次振動のみが発生している場合は、Ｃ相とＤ相を並列順接続（Ｃ＋相とＤ＋相を結線し、Ｃ−相とＤ−相を結線）して、その間に発生している電圧は縦１次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。この場合、Ｃ相とＤ相を並列逆接続（Ｃ＋相とＤ−相を結線し、Ｃ−相とＤ＋相を結線）した場合は、信号は得られない。
【０１４１】
一方、ねじれ２次振動のみが発生している場合は、Ｃ相とＤ相を並列逆接続（Ｃ＋相とＤ−相を結線し、Ｃ−相とＤ＋相を結線）して、その間に発生している電圧はねじれ２次振動の大きさ、位相に比例した信号が得られる。この場合、Ｃ相とＤ相を並列順接続（Ｃ＋相とＤ＋相を結線し、Ｃ−相とＤ−相を結線）した場合は信号は得られない。
【０１４２】
したがって、Ｃ相とＤ相の結線を選択することにより、縦１次振動若しくはねじれ２次振動を独立して検出することが可能である。
【０１４３】
以下、このような振動検出相（Ｃ相、Ｄ相）を用いてモータを駆動する方法について説明する。
【０１４４】
駆動相であるＡ相若しくはＢ相の信号の位相と、振動検出相（例えば、Ｃ相とＤ相を並列逆接続したもの）の位相の位相差は、ねじれ２次振動の共振周波動作時に所定の値Ωをとることが知られている。よって、この場合には、駆動相と検出相の位相差を常にΩになるように周波数を調整して駆動することで、モータ自身の発熱による温度上昇や周囲環境温度の変化による共振周波数変化や負荷変動による共振周波数変化があった場合でも、常にねじれ２次の共振周波数近傍で駆動することができるので、常に最適な周波数で効率良く駆動することができる。これは、縦１次共振周波数近傍で駆動する場合も、同様の考え方で可能である。
【０１４５】
このように、第３の実施形態によれば、上述した第１及び第２の実施形態に加えて、第１及び第２の実施形態で必要であった振動子ホルダが不要となり、部品点数が減ると共に、振動子ホルダが占有していた空間に自由度が生じる。
【０１４６】
（第１の変形例）
図１５は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例による積層圧電素子７１の構成を示すもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は積層圧電素子７１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｄ）は積層圧電素子７１を（ａ）のδ方向から見た図である。
【０１４７】
この第３の実施形態の第１の変形例では、上述した第３の実施形態のような、厚みのある圧電シート（３）は用いられず、複数枚の圧電シート（１）６１と１枚の圧電シート（４）６４が積層されて構成される。そして、全ての圧電シートが積層された後に、中央部にシャフト５６を挿通させるための貫通穴５２が形成される。
【０１４８】
これにより、内部電極の一部は貫通穴５２により除去されるが、この内部電極の一部が除去された圧電シートの内部電極の露出部と外部電極とは、接続しないようにする。すなわち、図１５（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、Ａ＋相の外部電極６７ａ1 とＢ＋相の外部電極６７ｂ1 の間、Ｃ＋相の外部電極６８ａ1 とＤ＋相の外部電極６８ｂ1 の間、同様に、Ａ−相の外部電極６７ａ2 とＢ−相の外部電極６７ｂ2 の間、Ｃ−相の外部電極６８ａ2 とＤ−相の外部電極６８ｂ2 の間は、上述した内部電極の一部が除去された圧電シートの部分であるため、間隙が設けられている。
【０１４９】
このように、第３の実施形態の第１の変形例によれば、第２の実施形態と同じように、交差指電極を２種類の圧電シートで構成することが可能である。この場合には、同様に、同一平面には同極性の電極しか存在しないので、電極間のショートといった問題は生じない。
【０１５０】
（第２の変形例）
更に、第３の実施形態の第２の変形例としては、図示されないが、上述した第１の実施形態の第２の変形例と同様に、交差指電極の全てを駆動用交差指電極として利用することができる。
【０１５１】
このように構成すれば、パワーの大きい超音波モータを実現することができる。
【０１５２】
尚、上述した実施形態に於いて、上記の各辺ａ×ｂ×ｃ（中心軸方向の長さ）の寸法はあくまで好適な例であって、適用しようとする機器や使用用途に応じて次のように適宜変更し得る。例えば、作製完了後の超音波モータに関する矩形比率ａ／ｂは、図７に示したように、縦１次共振振動とねじれ２次（または３次）共振振動の各共振周波数が一致して同一の値を示す所定比率（図では交差点に相当する矩形比率）が最も好ましく、その近傍範囲（例えば±０．０２以内）に相当するような各共振周波数がほぼ一致する矩形比率に於いてもほぼ同等に使用できる。また、各共振周波数が一致する所定の矩形比率に対する有効範囲（例えば±０．０５以内）の何れかであれば、上述したような本発明の作用効果を享受し得る。
【０１５３】
尚、回転軸方向の長さ（辺ｃ：２０ｍｍ）については、縦方向とねじれ方向に沿って振動し、これら振動を発生させるための電極を配置できるだけの長ささえ有していればよい。したがって、辺ｃの長さを他の長さ（辺ａ及び辺ｂ）に対し所定の比率に設定する必要が無いだけでなく、従来必要であったような溝を介した振動調整用の長さ部分も不要であるので、設計自由度が大きく、且つ簡単で小型な超音波モータを提供できるという利点がある。また、このような３方向の寸法比率ａ／ｂ、ａ／ｃ（またはｂ／ｃ）は、目的に応じて、種々相似の比率で拡大または縮小すれば、任意の寸法の超音波モータを提供でき、これにより大小多様な対象への適用が可能である。
【０１５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【０１５５】
更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波モータを示す外観斜視図である。
【図２】図１の超音波モータ１０に於いて摩擦接触部材を接着した状態の積層圧電素子を示したもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は上面図である。
【図３】積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は（ａ）のα方向から見た透視図、（ｄ）は積層圧電素子１１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｅ）は積層圧電素子１１を（ａ）のδ方向から見た図、（ｆ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｇ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた状態を示した図、（ｈ）は（ｄ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図、（ｉ）は（ｅ）の積層圧電素子に外部電極が取付けられた他の例を示した図である。
【図４】振動子表面に形成された交差指電極の配置例を示した図である。
【図５】図３（ｂ）のＢ−Ｂ′線に沿って示した分極方向を含み、且つ、側面に垂直な断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の超音波モータ１０に使用される振動子１１の固有周波数の一致に関して説明するための図である。
【図７】図６の振動子１１の辺ｃを一定として、横軸が短辺の長さ／長辺の長さ（ａ／ｂ）であるような種々の矩形比率に於ける各モードの共振周波数を表した図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第１の変形例に於ける積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）の積層圧電素子１１を左方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の積層圧電素子１１を右方向から見た図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に於ける積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）の積層圧電素子１１を底面側から見た図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子の構成を示した分解斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による積層圧電素子内部の分極の様子を示すために、交差指電極の指の方向と直交する方向と積層方向を含む断面を示した図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る超音波モータの外観斜視図である。
【図１３】図１２の超音波モータに於いて摩擦接触部材を接着した状態の振動子の外観斜視図である。
【図１４】第３の実施形態に於ける積層圧電素子１１の構成を示したもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は積層圧電素子１１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｄ）は積層圧電素子１１を（ａ）のδ方向から見た図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態の第１の変形例による積層圧電素子７１の構成を示すもので、（ａ）は上面から見た平面図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は積層圧電素子７１を（ａ）のγ方向から見た図、（ｄ）は積層圧電素子７１を（ａ）のδ方向から見た図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１０、５０…超音波モータ、１１積層圧電素子（振動子）、１２ａ、１２ｂ…摩擦接触部材、１３、１３ａ1 、１３ａ2 、１３ｂ1 、１３ｂ2 、１３ｃ1 、１３ｃ2 、１３ｄ1 、１３ｄ2 …外部電極、１５…ロータ、１６…ベアリング、１７…ばね、１８…ばね保持リング、２０…振動子ホルダ、２１…シャフト固定リング、２２…シャフト、２５ａ…圧電シート１（圧電シート（１））、２５ｂ…圧電シート２（圧電シート（２））、２５ｃ…圧電シート３（圧電シート（３））、２６ａ…内部電極パターン１（内部電極パターン（１））、２６ｂ…内部電極パターン２（内部電極パターン（２））、２７ａ1 、２７ａ2 、２７ｂ1 、２７ｂ2 …上部交差指電極及び中央部交差指電極、２８ａ1 、２８ａ2 、２８ｂ1 、２８ｂ2 …下部交差指電極、２９ａ1 、２９ａ2 、２９ｂ1 、２９ｂ2 、３０ａ1 、３０ａ2 、３０ｂ1 、３０ｂ2 …内部電極露出部、３５1 …ねじれ３次振動の中央部節位置近傍で且つ縦１次振動の節位置、３５2 …上部節位置、３５3 …ねじれ３次振動の下部節位置。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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