(57)【要約】【課題】  検知相電極とフェーズコンパレータの間の降圧回路を必要とすることなく、駆動用の入力電圧に対する検知用の出力電圧を小さくすることができる圧電素子、それを用いた振動波モーターを提供する。【解決手段】  圧電材料と、前記圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に設けられた共通電極と、圧電材料の第二の面に設けられた複数の駆動相電極、検知相電極、および非駆動相電極を有する圧電素子であって、前記複数の駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）と、  前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、前記非駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）の関係が、ｄ（２）＜０．９５ｄ（１）、  ０．９≦ｄ（３）／ｄ（２）≦１．１を満たす圧電素子。上記の圧電素子を用いた振動波モーター。【選択図】  図１
2014128114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一片の圧電材料と、前記圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に設けられた共通電極と、圧電材料の第二の面に設けられた複数の駆動相電極、検知相電極、および非駆動相電極を有する圧電素子であって、前記複数の駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）と、  前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、前記非駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）の関係が、ｄ（２）＜０．９５ｄ（１）、  ０．９≦ｄ（３）／ｄ（２）≦１．１を満たすことを特徴とする圧電素子。  
【請求項２】
前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）が前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）の０．７倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記圧電材料の鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電材料がチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記圧電材料が、下記一般式（１）
一般式（１）  （Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙＳｎｚ）Ｏ３（０．０２≦ｘ≦０．３０、０．０２０≦ｙ≦０．０９５、０≦ｚ≦０．０４であり、かつｙ≦ｘ）  で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電材料が、前記一般式（１）で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記ペロブスカイト型金属酸化物にＭｎが含有されており、前記Ｍｎの含有量が前記ペロブスカイト型金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電素子と、前記圧電素子の第一の面に設けられた振動板と、前記圧電素子の第二の面に設けられた電力の入出力配線を有することを特徴とする振動波モーター用ステーター。
【請求項８】
請求項７に記載の振動波モーター用ステーターを用いてなる振動波モーター。
【請求項９】
請求項８に記載の振動波モーターを用いてなる駆動制御システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の駆動制御システムを備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項１１】
請求項７に記載の振動波モーター用ステーターの製造方法であって、圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に共通電極を、前記圧電材料の第二の面に分極用電極を設けた後、電圧を印加して前記圧電材料を分極処理した圧電素子を得る工程（Ａ）と、前記分極用電極の一部を検知用電極および非駆動相電極とし、前記検知相電極の表面の一部および前記非駆動相電極の表面の一部に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）とを有することを特徴とする振動波モーター用ステーターの製造方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の振動波モーター用ステーターの製造方法であって、圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に共通電極を、前記圧電材料の第二の面に分極用電極を設けた後、電圧を印加して前記圧電材料を分極処理した圧電素子を得る工程（Ａ）と、前記分極用電極の一部を検知用電極および非駆動相電極とし、前記検知相電極の表面の一部または全部および前記非駆動相電極の表面の一部または全部に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）と、前記検知相電極および前記非駆動相電極と前記共通電極により挟まれている部分の圧電材料を再分極処理する工程（Ｃ）とを有することを特徴とする振動波モーター用ステーターの製造方法。
【請求項１３】
前記再分極処理工程（Ｃ）を前記検知相電極および前記非駆動相電極に対し同電位で行うことを特徴とする請求項１２に記載の振動波モーター用ステーターの製造方法。
【請求項１４】
前記脱分極温度Ｔｄが１００℃以上２００℃以下であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の振動波モーター用ステーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、振動波モーター用ステーター、振動波モーター、駆動制御システム、光学機器および振動波モーター用ステーターの製造方法に関するものである。特に、本発明は、電気−機械エネルギー変換素子により振動体に振動を励振し、その振動エネルギーを利用して駆動力を与える振動モーター等の振動型アクチュエータの駆動制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動型（振動波）アクチュエータは、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧等の電気信号を印加することにより、円環形状、長楕円形状、棒状等の弾性体に駆動振動が励起される振動子を有する。例えば、該振動子に加圧接触させた弾性体と該振動子とを相対移動させる振動波モーターとして利用することが提案されている。
【０００３】
以下に一例として、円環形状の振動波モーターの概略を示す。
【０００４】
円環形状の振動波モーターは、全周長がある長さλの整数倍であるような内径と外径を有する円環形状の圧電材料を有している。この圧電材料の片面に複数の電極を備え、反対面に前記圧電材料に共通となる共通電極を設けることで、圧電素子が形成される。
【０００５】
前記複数の電極は、２つの駆動相電極と、検知相電極と、非駆動相電極とから成る。各々の駆動相電極部の圧電材料にλ／２のピッチで交互に逆方向に電界を印加して分極処理が施される。そのため、同一方向の電界に対する圧電材料の伸縮極性はλ／２のピッチ毎に互いに逆となる。さらに、２つの駆動相電極は、λ／４の奇数倍の間隔を設けて配置されている。通常、この間隔部の圧電材料は自発的に圧電振動を起こさないように、非駆動相電極が設けられており、共通電極と短絡配線等でショートした状態となっている。
【０００６】
検知相電極は、圧電材料の振動状態を検知するための電極である。検知相電極部の圧電材料に生じた歪は、圧電材料の圧電定数に応じた電気信号に変換され、検知相電極に出力される。
【０００７】
この圧電素子に電力を入出力する配線を設け、さらに弾性体からなる振動板を貼り付けたものをステーターとする。ステーターの片方の駆動相電極に交番電圧を印加すれば、上記振動板には、波長λの定在波が該振動板の全周に亘って発生する。もう一方の駆動相のみに交番電圧を印加すれば、同様に定在波が生ずるが、その位置は前記定在波に対してλ／４だけ円周方向に回転移動させたものとなる。
【０００８】
このステーターの振動板と反対側の面に、ローターとして円環状弾性体を加圧接触させたものが、円環形状の振動波モーターとなる。
【０００９】
別の方式として、円環状の圧電材料の内側及び外側に電極や振動板を貼り付け、ローターを内側、もしくは外側に加圧接触させた状態で、圧電材料の伸縮振動によって、ローターを回転させて駆動出来る類の振動波モーターもある。
【００１０】
このような振動波モーターの各駆動相電極に、周波数が同じで且つ時間的位相差がπ／４の交番電圧を同時に印加すると、両者の定在波の合成の結果、振動板には周方向に進行する曲げ振動の進行波（波長λ）が発生する。
【００１１】
このとき、振動板のローター側の各点は一種の楕円運動をするため、ローターは振動板から円周方向の摩擦力を受けて回転する。その回転方向は、各駆動相電極に印加する交番電圧の位相差を正負に切換えることより、反転できる。
【００１２】
この振動波モーターに制御回路を接続することで、回転速度を制御可能な駆動制御システムを作製できる。この制御回路は、位相を比較してその結果に応じた電圧値を出力するフェーズコンパレータ―を有している。
【００１３】
振動波モーターを駆動したときに、検知相電極から出力される電気信号は、駆動相電極に印加した電気信号と共に、フェーズコンパレータに入力される。そして、フェーズコンパレータから出力された位相差情報により、共振状態からどの程度ずれているのかを知ることができる。この情報から駆動相電極に印加する電気信号を決定し、所望の進行波を発生させることで、ローターの回転速度を制御することが可能である。
【００１４】
しかし、検知相電極から出力された電圧値は、通常フェーズコンパレータ―の入力上限電圧値を上回る電圧値となる。そのために、例えば特許文献１に開示される振動波モーター制御システムは、検知相電極とフェーズコンパレータの間にはロジックレベルの電圧に低下させるための機構（降圧回路）を設けて電圧を低下させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開昭６２−８５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、近年電磁モーターを始めとする各種モーターに対しては、部品の低コスト化、省スペース化が求められている。そのため、振動波モーターにおいても、降圧回路のような構成部品を削減することが望まれている。
【００１７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、従来の様な検知相電極とフェーズコンパレータの間の降圧回路を必要とすることなく、駆動用の入力電圧に対する検知用の出力電圧を小さくすることができる圧電素子、それを用いた振動波モーター用ステーター、振動波モーターおよび振動波モーター駆動制御システム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】
【００１８】
前記課題を解決するための本発明の圧電素子は、一片の圧電材料と、前記圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に設けられた共通電極と、圧電材料の第二の面に設けられた複数の駆動相電極、検知相電極、および非駆動相電極を有する圧電素子であって、前記複数の駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）と、  前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、前記非駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）の関係が、ｄ（２）＜０．９５ｄ（１）、  ０．９≦ｄ（３）／ｄ（２）≦１．１を満たすことを特徴とする。
【００１９】
前記課題を解決するための本発明の振動波モーター用ステーターは、上記圧電素子の第一の面に設けられた振動板と、上記圧電素子の第二の面に設けられた電力の入出力配線を有することを特徴とする。
【００２０】
前記課題を解決するための本発明の振動波モーターは、上記の振動波モーター用ステーターを用いてなる振動波モーターである。
【００２１】
前記課題を解決するための本発明の駆動制御システムは、上記の振動波モーターを用いてなる駆動制御システムである。
【００２２】
前記課題を解決するための本発明の光学機器は、上記の駆動制御システムを備えたことを特徴とする。
【００２３】
前記課題を解決するための本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法は、圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に共通電極を、前記圧電材料の第二の面に分極用電極を設けた後、電圧を印加して前記圧電材料を分極処理した圧電素子を得る工程（Ａ）と、前記分極用電極の一部を検知用電極および非駆動相電極とし、前記検知相電極の表面の一部および前記非駆動相電極の表面の一部に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）とを有することを特徴とする。
【００２４】
前記課題を解決するための本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法は、圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に共通電極を、前記圧電材料の第二の面に分極用電極を設けた後、電圧を印加して前記圧電材料を分極処理した圧電素子を得る工程（Ａ）と、前記分極用電極の一部を検知用電極および非駆動相電極とし、前記検知相電極の表面の一部または全部および前記非駆動相電極の表面の一部または全部に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）と、前記検知相電極および前記非駆動相電極と前記共通電極により挟まれている部分の圧電材料を再分極処理する工程（Ｃ）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来の様な検知相電極とフェーズコンパレータの間の降圧回路を必要とすることなく、駆動用の入力電圧に対する検知用の出力電圧を小さくすることができる圧電素子、それを用いた振動波モーター用ステーター、振動波モーターおよび振動波モーター駆動制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の圧電素子の一実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の振動波モーター用ステーターの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の振動波モーターの構成を示す概略図である。
【図４】本発明の駆動制御システムの一実施形態を示す回路の概略図である。
【図５】本発明の光学機器の一実施態様を示す概略図である。
【図６】本発明の光学機器の一実施態様を示す概略図である。
【図７】本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す工程図である。
【図８】本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す概略図である。
【図９】本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。尚、本発明を実施するための形態として以下では円環型振動波モーターについて記載するが、本発明はこれに限らず積層型、棒状型の振動波モーター等でも適用可能である。
【００２８】
本発明の圧電素子は、一片の圧電材料と、前記圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に設けられた共通電極と、圧電材料の第二の面に設けられた複数の駆動相電極、検知相電極、および非駆動相電極を有する圧電素子であって、前記複数の駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）と、  前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、前記非駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）の関係が、ｄ（２）＜０．９５ｄ（１）、  ０．９≦ｄ（３）／ｄ（２）≦１．１を満たすことを特徴とする。
【００２９】
図１は、本発明の圧電素子の一実施態様を示す概略図である。図１（ａ）は本発明の圧電素子の概略平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＢ−Ｂ線の位置の圧電素子の断面図である。
【００３０】
図１（ａ）において、本発明の圧電素子２０は、圧電材料１と、前記圧電材料１を挟んで前記圧電材料の第一の面１１に設けられた共通電極２と、前記圧電材料の第二の面１２に設けられた駆動相電極３，４と、検知相電極８および非駆動相電極５を有する。圧電材料１は、例えば厚み０．５ｍｍで略均一な円環形状の一片の圧電材料である。駆動相電極３、４は、夫々第一の駆動相（これをＡ相という）に設けられた駆動相電極３および第二の駆動相（Ｂ相）に設けられた駆動相電極４であり、各駆動相電極の間にはλ／４の奇数倍の間隔が一つ以上設けられており、その間隔部には検知相電極もしくは非駆動相電極が設けられている。検知相電極８は検知相に設けられた検知相電極であり、非駆動相電極５は自発的な圧電振動を起こさない非駆動相に設けられた非駆動相電極である。検知相とは、共通電極２と検知相電極８に挟まれた部分であり、非駆動相とは共通電極２と非駆動相電極５に挟まれた部分である。
【００３１】
共通電極２は円環形状に配置されている（図１（ｃ））。ここで、一片の圧電材料１とは、同じ組成の原料から同時に焼成して作られた組成が均一かつ繋ぎ目の無いセラミックス状の圧電材料を意味する。  駆動相電極３，４、検知相電極８は圧電材料１の同一平面（第二の面）上に設けられている。また、圧電材料１の反対面（第一の面）には、前記駆動相電極３，４、検知相電極８に対する共通の共通電極２（接地電極）が設けられている。
【００３２】
Ａ相及びＢ相の駆動相の圧電材料はλ／２のピッチで交互に逆方向に電界を印加して分極処理が施されている。そのため、同一方向の電界に対する圧電材料の伸縮極性は、λ／２のピッチ毎に互いに逆となる。また、Ａ相とＢ相の駆動相電極は、λ／４の奇数倍の間隔を設けて配置されている。伸縮極性とは、電界の方向に対する圧電材料の面内もしくは面外方向の応力および歪の符号（＋、−）を表す。
【００３３】
検知相電極８は、圧電材料１の第二の面上で、前記駆動相電極以外の場所に、例えば円周方向にλの整数倍以外の長さで設けられていて、例えばλ／４で設けられている。非駆動相電極５は、圧電材料１の第二の面上で、前記駆動相電極および前記検知相電極以外の場所に、例えば円周方向にλ／４の長さで設けられている。
【００３４】
前記複数の駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）と、  前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、前記非駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）の関係は、ｄ（２）＜０．９５ｄ（１）、  ０．９≦ｄ（３）／ｄ（２）≦１．１を満たす。すなわち、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）は、駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）より小さい。さらに、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）は、およそ１０％以下の差である。
【００３５】
検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分とは、検知相電極８と共通電極２の２つの電極面に垂直な線と前記圧電材料が交わる領域の事を指す。ただし、検知相電極８と共通電極２が並行で無い場合は、検知相電極８と検知相電極８を共通電極２に射影した面の２つの電極面に垂直な線と前記圧電材料が交わる領域の事を指す。以下、「挟まれた部分」と説明するときは、このような意味として使用する。非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分、駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分についても同義である。
【００３６】
セラミックスは一般的に細かい結晶の集まりで、１つ１つの結晶は正の電荷を持つ原子と負の電荷を持つ原子から構成されている。セラミックスの多くはこの正の電荷と負の電荷のつりあいが取れた状態になっている。しかし、誘電体セラミックスのなかには、強誘電体と言って、自然状態でも、結晶中の正負の電荷のつりあいが取れておらず、電荷の偏り  （自発分極）  を生じているものがある。
【００３７】
焼成後の強誘電体セラミックスは、この自発分極の向きがバラバラで、セラミックス全体としては、見かけ上、電荷の偏りがないように見る。しかし、これに高い電圧を加えると、自発分極の向きが一様の方向にそろい、電圧を取り除いても元に戻らなくなる。このように自発分極の向きをそろえることを一般に分極処理という。また、分極処理が施された強誘電体セラミックスは外部から電圧を加えると、セラミックス内部の正負それぞれの電荷の中心が外部電荷と引き合ったり、しりぞけ合ったりして、セラミックス本体が伸びたり縮んだりする（逆圧電効果）。本発明の一片の圧電材料とは、このように分極処理を施すことで逆圧電効果が生じるセラミックス材料のことを指し、少なくとも一片の圧電材料の一部が分極処理されているセラミックス材料を指す。
【００３８】
ところで、圧電材料に対し、分極処理がなされなかった場合は、逆圧電効果は生じない。また、分極処理が不十分である場合は、十分に分極処理がなされた場合と比較して逆圧電効果が小さくなる。さらに、圧電材料を圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で加熱処理を施した場合、逆圧電効果は著しく低下する。また、脱分極温度Ｔｄ以下の温度であっても、脱分極温度付近の温度であれば逆圧電効果は加熱処理を施していない場合と比較して低下がみられる場合がある。このように、仮に全く同じ圧電材料であったとしても、分極処理条件、加熱処理条件等により、圧電材料の逆圧電効果の大きさは変化する。
【００３９】
さらに、逆圧電効果は一片の圧電材料１の一部であっても、例えば検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分、駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分、上記に該当しない部分により逆圧電効果の大きさが変化する場合がある。これは、一片の圧電材料の分極処理条件、加熱処理条件等が部分的に変化することにより生じる。
【００４０】
つまり、本発明の圧電材料の圧電定数とはこのような一片の圧電材料のある一部の圧電定数を指す。例えば、前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数とは、一片の圧電材料１のうち、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分の圧電定数を指す。
【００４１】
ところで、たとえ前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分であっても、
さらにその一部のみを脱分極温度Ｔｄ以上の温度で加熱処理する等の処理を施すことにより、圧電材料の逆圧電効果の大きさは部分的に変化する。しかし、本発明の圧電材料の圧電定数とは、一片の圧電材料のある一部の圧電定数を指し、例えば、前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数とは、一片の圧電材料１のうち、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分全体の圧電定数を指す。非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分、各駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分についても同義である。ただし、各駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分については、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分全体、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分全体と比較して大きいため、各駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分のうち、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分全体、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分全体と同程度の面積となる部分を評価することが好ましい。具体的には、各駆動相電極のほぼ中央部であって、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分全体、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分全体と同程度の面積となる部分を評価することが各駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分を代表することになり最も好ましい。
【００４２】
本発明の圧電材料の圧電定数を測定する場合は、円環形状の一片の圧電材料１を振動板７から剥がして、一片の圧電材料のある一部を切り取り、ベルリンコート法により評価することが好ましい。具体的には、前記複数の駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）を評価する場合は、各駆動相電極のほぼ中央部であって、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分全体、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分全体と同程度の面積となる部分を切り取り、ベルリンコート法により評価することが好ましい。また、前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）を評価する場合は、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分全体を切り取り、ベルリンコート法により評価することが好ましい。さらに、前記非駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）を評価する場合は、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分全体を切り取り、ベルリンコート法により評価することが好ましい。
【００４３】
ベルリンコート法で評価できる圧電定数は正圧電効果によるｄ３３定数である。一般に、たわみ振動を利用した円環形状の振動波モーターの場合、圧電定数ｄは電極間に単位電界を与えた場合に電界と垂直な面へ生じる歪量（逆圧電効果）を指し、ｄ３１やｄ３２定数で評価する。また、縦振動やせん断振動を利用した円環形状の振動波モーターや積層型振動波モーター、棒状振動波モーター等の場合、圧電定数ｄは電極間に単位電界を与えた場合に電界方向に生じる歪量（逆圧電効果）を指し、ｄ３３やｄ１５定数で評価する。
【００４４】
しかし、本発明では前記複数の駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）と、  前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、前記非駆動相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄを比較できればよい。このため、前述の方法でｄ３３定数の絶対値を評価することにより、それぞれの電極間に挟まれた部分の圧電定数を比較することができる。
【００４５】
前記圧電素子２０は、前記圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）（以降、ｄ（２）の絶対値とも記す。）が、前記圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）（以降、ｄ（１）の絶対値とも記す。）より小さいことにより、前記圧電素子２０を駆動したときに、検知相電極から出力される電圧値は、駆動相電極に入力した電圧値よりも小さくできる。
【００４６】
前記圧電素子２０は、ｄ（２）の絶対値が、前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）（以降、ｄ（３）の絶対値とも記す。）と比較しおよそ１０％以下の差であれば、円環形状における周方向全領域で分極による歪または応力の変化を小さくすることができる。このため、割れやヒビなどの不良を生じやすい圧電素子２０の歩留まりを改善するとともに、振動板７と接着する際生じやすい割れやヒビ、もしくは接着不良等を改善することができる。ここで、例えば図１（ａ）に示すように、非駆動相電極５が複数存在する場合は、少なくとも一つの非駆動相電極５が検知相電極８と上述の関係を満たしていればよい。複数の非駆動相電極５のうち、好ましくは検知相電極８と近い位置にある非駆動相電極５、さらに好ましくは検知相電極８と隣接する非駆動相電極５が上述の関係を満たしていればよい。上記関係を満たす非駆動相電極５と検知相電極８が隣接することにより、圧電材料の振動状態を検知する際の検知相から出力される電圧に対するノイズの影響を減らすことができる。
【００４７】
圧電材料（２）の圧電定数のｄ（２）の絶対値が、圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）の０．７倍以下であることが好ましい。さらには、前記ｄ（２）の絶対値は、前記ｄ（１）の絶対値の０．０１倍以上０．７倍以下、より好ましくはｄ（１）の絶対値の０．０４倍以上０．４倍以下である。
【００４８】
圧電材料（２）のｄ（２）の絶対値を前記圧電材料（１）のｄ（１）の絶対値の０．７倍以下にすることで、前記圧電素子２０を駆動したときに検知相電極から出力される電圧値を０．５倍以下に低減することが期待できる。また、ｄ（２）の絶対値を前記ｄ（１）の絶対値の０．０１倍以上にすることで、検知相から出力される電圧に対するノイズの影響を減らすことができる。さらにｄ（２）の絶対値を前記ｄ（１）の絶対値の０．０４倍以上とすることで、圧電素子２０の割れやヒビなどの不良、振動板７と接着する際の前述の各不良、振動波モーターにおける進行波の乱れをさらに改善することができる。ｄ（２）の絶対値は０より大きく、好ましくは１ｐＣ／Ｎ以上であることで検知相として機能する。
【００４９】
本発明の圧電素子２０は、圧電材料１の鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることを特徴とする。
【００５０】
圧電材料１は鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることが好ましい。従来の圧電素子２０において、圧電材料はそのほとんどがジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスである。このため、例えば圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりした際、圧電材料中の鉛成分が土壌に溶け出し生態系に害を成す可能性が指摘されている。しかし、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であれば、例えば圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりしても、圧電材料１中の鉛成分が環境に悪影響を及ぼす可能性は低い。
【００５１】
圧電材料１の鉛の含有量は、例えば蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析により定量された圧電材料１の総重量に対する鉛の含有量によって評価することができる。
【００５２】
前記圧電材料がチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする。
【００５３】
本発明の圧電材料１はチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることが好ましい。鉛成分を含まない圧電セラミックスの中で、チタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスは圧電定数の絶対値ｄが大きい。従って、同じ歪量を得るために必要な電圧が小さくできる。このため、本発明の圧電材料１は、環境面も考慮し、チタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることが好ましい。
【００５４】
なお、本明細書中においてセラミックスとは、基本成分が金属酸化物であり、熱処理によって焼き固められた結晶粒子の凝集体（バルク体とも言う）、いわゆる多結晶を表す。焼結後に加工されたものも含まれる。
【００５５】
前記圧電材料１は下記一般式（１）
一般式（１）  （Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙＳｎｚ）Ｏ３（０．０２≦ｘ≦０．３０、０．０２０≦ｙ≦０．０９５、０≦ｚ≦０．０４であり、かつｙ≦ｘ）で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることが好ましい。
【００５６】
チタン酸バリウムを主成分とする圧電材料１は、強誘電結晶相から別の強誘電結晶相へ相転移する温度（Ｔｒ）を有する。
【００５７】
ここで、強誘電結晶相とは、強誘電材料で、かつ、結晶格子と呼ばれる７種類の晶系のうち、三斜晶（ｔｒｉｃｌｉｎｉｃ）、単斜晶（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）、斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）、六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）、三方晶（ｔｒｉｇｏｎａｌ）もしくは菱面体晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）、正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）の６つの晶系のいずれかに属する結晶相のことを指す。
【００５８】
相転移温度Ｔｒは、例えば微小交流電界を用いて測定温度を変えながら圧電素子２０の誘電率を測定し、誘電率が極大を示す温度から求めることができる。また、Ｘ線回折やラマン分光を用いて測定温度を変えながら、圧電素子２０もしくは圧電材料１の結晶相が変化する温度から求めることもできる。一般に、強誘電体は、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度（昇温時の相転移温度）に若干の温度差が生じるが、本発明の相転移温度Ｔｒは第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度、つまり
降温時の相転移温度である。
【００５９】
一般に、圧電定数は、相転移温度Ｔｒを極大に非常に大きくなる。従って、相転移温度Ｔｒ付近では温度変化に伴う圧電定数の変化が大きく、同じ入力電圧に対する歪量が変化する。温度変化に対する歪量を安定させる観点で、このような圧電材料１を本発明の圧電素子２０として用いると、温度変化に対して安定した振動性能を有する圧電素子を提供することができる。
【００６０】
相転移温度Ｔｒは０℃以上３５℃以下に存在しないことが好ましく、より好ましくは−５℃以上５０℃以下に存在しないことである。
【００６１】
相転移温度Ｔｒが０℃以上３５℃以下に存在しないことで、例えば５℃の温度変化があったときに、同じ入力電圧に対する歪量の変動を２０％以下に抑制することが期待出来る。また、相転移温度Ｔｒが−５℃以上５０℃以下に存在しないことで、例えば５℃の温度変化があったときに、同じ入力電圧に対する歪量の変動を１０％以下に抑制することが期待出来る。
【００６２】
本発明において、ペロブスカイト型金属酸化物とは、岩波理化学辞典  第５版（岩波書店  １９９８年２月２０日発行）に記載されているような、理想的には立方晶構造であるペロブスカイト構造（ペロフスカイト構造とも言う）を持つ金属酸化物を指す。ペロブスカイト構造を持つ金属酸化物は一般にＡＢＯ３の化学式で表現される。ペロブスカイト型金属酸化物において、元素Ａ、Ｂは各々イオンの形でＡサイト、Ｂサイトと呼ばれる単位格子の特定の位置を占める。例えば、立方晶系の単位格子であれば、Ａ元素は立方体の頂点、Ｂ元素は体心に位置する。Ｏ元素は酸素の陰イオンとして立方体の面心位置を占める。
【００６３】
前記一般式（１）で表わされる金属酸化物は、Ａサイトに位置する金属元素がＢａとＣａ、Ｂサイトに位置する金属元素がＴｉ、ＺｒおよびＳｎであることを意味する。ただし、一部のＢａとＣａがＢサイトに位置してもよい。同様に、一部のＴｉとＺｒがＡサイトに位置してもよい。しかし、圧電特性が低下するという観点で、ＳｎがＡサイトに位置することは好ましくない。
【００６４】
一般式（１）における、Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３であるが、モル比が若干ずれた場合（例えば、１．００対２．９４〜１．００対３．０６）でも、金属酸化物がペロブスカイト構造を主相としていれば、本発明の範囲に含まれる。
【００６５】
金属酸化物がペロブスカイト構造であることは、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。
【００６６】
一般式（１）において、ＡサイトにおけるＣａのモル比を示すｘは、０．０２≦ｘ≦０．３０の範囲である。ｘが０．０２より小さいと誘電損失（ｔａｎδ）が増加する。誘電損失が増えると、圧電素子２０に電圧を印加して駆動させた際に発生する発熱が増え、駆動効率が低下する恐れがある。一方で、ｘが０．３０より大きいと圧電特性が充分でなくなる恐れがある。
【００６７】
一般式（１）において、ＢサイトにおけるＺｒのモル比を示すｙは、０．０２０≦ｙ≦０．０９５の範囲である。ｙが０．０２０より小さいと、圧電特性が充分でなくなる。一方、ｙが０．０９５より大きいとキュリー温度（Ｔｃ）が８５℃未満と低くなり、高温において圧電特性が消失する恐れがある。
【００６８】
一般式（１）において、ＢサイトにおけるＳｎのモル比を示すｚは、０≦ｚ≦０．０４の範囲である。前記範囲の０．０４モル以下のＳｎがＢサイトに含まれると、誘電損失が特に減少する。一方で、ｚが０．０４０より大きいと結晶粒が大きくなり、素子として駆動した際の発熱が大きくなる恐れがある。
【００６９】
本明細書において、キュリー温度とは、強誘電性が消失する温度をいう。その特定方法は、測定温度を変えながら強誘電性が消失する温度を直接測定する方法に加えて、微小交流電界を用いて測定温度を変えながら誘電率を測定し誘電率が極大を示す温度から求める方法がある。
【００７０】
一般式（１）において、Ｃａのモル比ｘとＺｒのモル比ｙはｙ≦ｘの範囲である。ｙ＞ｘであると、誘電損失が増加したり、絶縁性が充分でなくなったりする。また、これまで示したｘとｙの範囲を同時に満たすと、相転移温度Ｔｒを室温付近から実用温度未満に移動させることが可能となり、広い温度領域において安定に圧電素子２０を駆動させることが可能となる。
【００７１】
また、一般式（１）において、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量Ａ１とＢサイトにおけるＴｉ、ＺｒおよびＳｎのモル量Ｂ１との比を示すＡ１／Ｂ１は、１．００≦Ａ１／Ｂ１≦１．０１の範囲であることが好ましい。Ａ１／Ｂ１が１．００より小さいと異常粒成長が生じ易くなり、圧電材料１の機械的強度が低下してしまう。一方で、Ａ１／Ｂ１が１．０１より大きくなると粒成長に必要な温度が高くなり過ぎ、一般的な焼成炉では密度が充分に大きくならなかったり、圧電材料１内にポアや欠陥が多数存在してしまったりする。
【００７２】
本発明の圧電材料１の組成を測定する手段は特に限定されない。手段としては、Ｘ線蛍光分析、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。いずれの手段においても、圧電材料１に含まれる各元素の重量比および組成比を算出できる。
【００７３】
本発明の圧電材料１は、前記一般式（１）で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記金属酸化物にＭｎが含有されており、前記Ｍｎの含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることが好ましい。
【００７４】
前記範囲のＭｎを含有すると、絶縁性および機械的品質係数Ｑｍが向上する。
【００７５】
ここで、機械的品質係数Ｑｍとは、圧電素子を振動子として評価した際に振動による弾性損失を表す係数であり、機械的品質係数の大きさは、インピーダンス測定における共振曲線の鋭さとして観察される。つまり圧電素子の共振の鋭さを表す定数である。機械的品質係数Ｑｍが大きいと、共振周波数付近で圧電素子の歪量がより大きくなり、効果的に圧電素子を振動させることができる。
【００７６】
ここで、Ｍｎの含有量を示す金属換算とは、圧電材料１から蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などにより測定されたＢａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＳｎおよびＭｎの各金属の含有量から、一般式（１）で表わされる金属酸化物を構成する元素を酸化物換算し、その総重量を１００としたときに対するＭｎ重量との比によって求められた値を表す。
【００７７】
Ｍｎの含有量が０．０２重量部未満であると、圧電素子２０の駆動に必要な分極処理の効果が充分でなくなる。一方、Ｍｎの含有量が０．４０重量部より大きくなると、圧電特性が充分でなくなることや、圧電特性に寄与しない六方晶構造の結晶が発現するので好ましくない。
【００７８】
ここで、ＭｎはＢサイトに固溶することが好ましい。Ｂサイトに固溶された場合、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量Ａ２とＢサイトにおけるＴｉ、Ｚｒ、ＳｎおよびＭｎのモル量Ａ２の比をＡ２／Ｂ２とすると、好ましいＡ２／Ｂ２の範囲は０．９９３≦Ａ２／Ｂ２≦０．９９８である。Ａ２／Ｂ２がこれらの範囲にある圧電素子２０は、圧電素子２０の長さ方向に伸縮振動が大きく、また、機械的品質係数が高いため、振動性能に優れ、かつ、耐久性に優れた圧電素子２０を得ることができる。
【００７９】
さらに、Ｍｎの価数は４＋であることが好ましい。Ｍｎの価数は一般に４＋、２＋、３＋を取ることができる。結晶中に伝導電子が存在する場合（例えば結晶中に酸素欠陥が存在する場合や、Ａサイトをドナー元素が占有した場合等）、Ｍｎの価数が４＋から３＋または２＋などへと低くなることで伝導電子をトラップし、絶縁抵抗を向上させることができるからである。イオン半径の観点からも、Ｍｎの価数が４＋であるとＢサイトの主成分であるＴｉを容易に置換できるので好ましい。
【００８０】
一方でＭｎの価数が２＋など、４＋よりも低い場合、Ｍｎはアクセプタとなる。アクセプタとしてＭｎがペロブスカイト構造結晶中に存在すると、結晶中にホールが生成されるか、結晶中に酸素空孔が形成される。
【００８１】
加えた多数のＭｎの価数が２＋や３＋であると、酸素空孔の導入だけではホールが補償しきれなくなり、絶縁抵抗が低下する。よってＭｎの大部分は４＋であることが好ましい。ただし、ごくわずかのＭｎは４＋よりも低い価数となり、アクセプタとしてペロブスカイト構造のＢサイトを占有し、酸素空孔を形成してもかまわない。価数が２＋あるいは３＋であるＭｎと酸素空孔が欠陥双極子を形成し、圧電素子２０の絶縁性と機械的品質係数Ｑｍを向上させることができるからである。
【００８２】
本発明の一実施形態に係る圧電素子２０における圧電材料１は、前記一般式（１）およびＭｎ以外の成分（以下、副成分）を特性が変動しない範囲で含んでいてもよい。副成分は、一般式（１）で表現される金属酸化物１００重量部に対してその合計が１．２重量部以下であることが好ましい。副成分が１．２重量部を超えると、圧電材料１の圧電特性や絶縁特性が低下する恐れがある。また、副成分のうち前記Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｍｎ以外の金属元素の含有量は、圧電材料１に対して酸化物換算で１．０重量部以下、または金属換算で０．９重量部以下であることが好ましい。本発明の金属元素とはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｂのような半金属元素も含む。副成分のうち前記Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｍｎ以外の金属元素の含有量が、圧電材料１に対して酸化物換算で１．０重量部、または金属換算で０．９重量部を超えると、圧電材料１の圧電特性や絶縁特性が著しく低下する恐れがある。副成分のうち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ元素の合計は、圧電材料１に対して金属換算で０．５重量部以下であることが好ましい。副成分のうち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ元素の合計が、圧電材料１に対して金属換算で０．５重量部を超えると、焼結が不十分となる恐れがある。副成分のうち、Ｙ、Ｖ元素の合計は、圧電材料１に対して金属換算で０．２重量部以下であることが好ましい。副成分のうち、Ｙ、Ｖ元素の合計が圧電材料１に対して金属換算で０．２重量部を超えると、分極処理が困難になる恐れがある。
【００８３】
副成分の例として、ＳｉやＣｕといった焼結助剤が挙げられる。また、ＢａおよびＣａの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＳｒは、本発明の圧電材料に含んでいてもよい。同じく、Ｔｉの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＮｂと、Ｚｒの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＨｆは、本発明の圧電材料１に含んでいてもよい。
【００８４】
副成分の重量部を測定する手段は特に限定されない。手段としては、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。
【００８５】
本発明の振動波モーター用ステーターは、第一の面に共通電極を、第二の面に複数の駆動相電極、検知相電極、および非駆動相電極を有する上記の圧電素子と、前記圧電素子の第一の面に設けられた振動板と、前記圧電素子の第二の面に設けられた電力の入出力配線を有することを特徴とする。
【００８６】
図２は、本発明の振動波モーター用ステーターの構成を示す概略図であり、図２（ａ）は振動波モーター用ステーターの概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＣ−Ｃ線の位置の振動波モーター用ステーターの断面図である。
【００８７】
図２（ｂ）に示すように、本発明の振動波モーター用ステーター３０は、圧電素子２０の一方の面には共通電極２を介して弾性体よりなる振動板７が設けられ、他方の面には電力の入出力配線９が設けられている。
【００８８】
また、図２（ａ）に示すように、振動波モーター用ステーター３０には、駆動相電極３，４に電力を供給するための電気配線と、非駆動相電極５を通して共通電極２と接続される電気配線と、検知相電極８から出力される電気信号を伝達するための電気配線を備えた入出力配線９が各電極相に接続されている。
【００８９】
図２（ａ）に示すように、非駆動相電極５は、共通電極２と振動板７と同電位となるよう、短絡配線１０によって電気的に接続（ショート）されている。このため、例えば異方性導電フィルムを用いて、それぞれの電極に対する配線数を備えた入出力配線９を上から貼り付けた場合、少なくとも一本の配線と共通電極２は、非駆動相電極５を介してショートされている。また、すべての非駆動相電極５は、共通電極２とショートされているため、自発的に圧電振動を起こさない。
【００９０】
この振動波モーター用ステーター３０において、Ａ相に設けられた駆動相電極３に交番電圧を印加することにより励起される定在波振動をＡ相定在波と呼ぶ。Ｂ相に設けられた駆動相電極４に同じ周波数の交番電圧を印加することにより励起される定在波振動をＢ相定在波と呼ぶ。同振幅のＡ相定在波とＢ相定在波を同時に発生させ、その時間的位相差も９０゜とすることにより両定在波の合成結果として進行性振動波が励起される。
【００９１】
ところで、振動波モーター用ステーター３０において、周方向に進行する曲げ振動の進行波は、例えば波長λ以外の振動の重畳や、場所による進行波の最大振幅の差により乱れる場合がある。しかし、前記圧電素子２０は、ｄ（２）の絶対値が、前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）（以降、ｄ（３）の絶対値とも記す。）と比較しおよそ１０％以下の差であれば、上述の進行波の乱れを小さくすることができる。
【００９２】
本発明の振動波モーターは、振動波モーター用ステーターを用いてなることを特徴とする。
【００９３】
図３は、本発明の振動波モーターの構成を示す概略図である。図３（ａ）は振動波モーターの概略平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＤ−Ｄ線の位置の振動波モーターの断面図である。
【００９４】
本発明の振動波モーター４０は、図３（ｂ）に示すように、前記振動波モーター用ステーター３０の振動板７の面にローター６が設けられている。例えば、円環形状の弾性体からなるローター６が、入出力配線９とは反対の面に、振動板７の面に加圧接触されている。振動波モーター用ステーター３０に進行波が励起されると、振動板７の圧電素子２０と反対面上の各点は一種の楕円運動をする。よって、ローターは振動板７から円周方向の摩擦力を受け、回転駆動される。その回転方向は、駆動相電極３，４に印加する交番電圧の位相差を正負に切換えることより、反転できる。
【００９５】
ところで、振動波モーター４０において、入力電圧に対する振動波モーターの回転数はばらつきをもつ。しかし、前記圧電素子２０は、ｄ（２）の絶対値が、前記圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）（以降、ｄ（３）の絶対値とも記す。）と比較しおよそ１０％以下の差であれば、振動波モーター用ステーター３０が励起する進行波の乱れが小さくなり、入力電圧に対する振動波モーターの回転数ばらつきを抑えることができる。
【００９６】
本発明の駆動制御システムは、振動波モーターを用いてなることを特徴とする。
【００９７】
図４は、本発明の駆動制御システムの一実施形態を示す回路の概略図である。
【００９８】
図４は駆動制御システムの簡易制御回路図である。図４中の振動波モーターは、図３に示す振動波モーターと同様に、Ａは振動波モーターの圧電素子２０のＡ相電極、ＢはＢ相電極、Ｓは検知相電極、Ｇは共通電極２であって、電力の入出力配線９にそれぞれ電気的に独立して接続されている。
【００９９】
図４において、ＣＰＵから出力された電気信号は、駆動回路を通して、Ａ相とＢ相にπ／２だけ位相がずれて入力される。この時、Ｂ相に入力される電気信号は、同時に降圧回路を介して、位相検知回路に入力される。そして、振動波モーターに進行波が励起されると、検知相電極と共通電極に挟まれた部分の圧電材料も振動し、検知相電極から電気信号が出力される。本発明によると出力された電気信号は、降圧回路を介することなく直接位相検知回路に入力される。この２つの電気信号は、位相検知回路内のフェーズコンパレータに入力され、２つの電気信号の位相差に応じた電気信号が位相検知回路からＣＰＵに出
力される。さらにこの時、振動波モーターの回転数を光学的に測定するエンコーダーから出力された電気信号がＣＰＵに出力される。本発明によると、従来必要だった検知相電極とフェーズコンパレータの間の降圧回路を廃除することができる。
【０１００】
振動波モーターの回転速度と駆動命令信号（不図示）によって指定された回転速度との差と、位相検知回路からの電気信号を元に、あらかじめ設定されたロジックに基づいて、再度ＣＰＵから駆動回路に電気信号が出力されることにより、フィードバック制御を行う。
【０１０１】
次に、本発明の光学機器について説明する。本発明の光学機器は、駆動部に前記本発明の駆動制御システムを備えたことを特徴とする。
【０１０２】
図５は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の主要断面図である。また、図６は本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の分解斜視図である。カメラとの着脱マウント７１１には、固定筒７１２と、直進案内筒７１３、前群鏡筒７１４が固定されている。これらは交換レンズ鏡筒の固定部材である。
【０１０３】
直進案内筒７１３には、フォーカスレンズ７０２用の光軸方向の直進案内溝７１３ａが形成されている。フォーカスレンズ７０２を保持した後群鏡筒７１６には、径方向外方に突出するカムローラ７１７ａ、７１７ｂが軸ビス７１８により固定されており、このカムローラ７１７ａがこの直進案内溝７１３ａに嵌まっている。
【０１０４】
直進案内筒７１３の内周には、カム環７１５が回動自在に嵌まっている。直進案内筒７１３とカム環７１５とは、カム環７１５に固定されたローラ７１９が、直進案内筒７１３の周溝７１３ｂに嵌まることで、光軸方向への相対移動が規制されている。このカム環７１５には、フォーカスレンズ７０２用のカム溝７１５ａが形成されていて、カム溝７１５ａには、前述のカムローラ７１７ｂが同時に嵌まっている。
【０１０５】
固定筒７１２の外周側にはボールレース７２７により固定筒７１２に対して定位置回転可能に保持された回転伝達環７２０が配置されている。回転伝達環７２０には、回転伝達環７２０から放射状に延びた軸７２０ｆにコロ７２２が回転自由に保持されており、このコロ７２２の径大部７２２ａがマニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面７２４ｂと接触している。またコロ７２２の径小部７２２ｂは接合部材７２９と接触している。コロ７２２は回転伝達環７２０の外周に等間隔に６つ配置されており、それぞれのコロが上記の関係で構成されている。
【０１０６】
マニュアルフォーカス環７２４の内径部には低摩擦シート（ワッシャ部材）７３３が配置され、この低摩擦シートが固定筒７１２のマウント側端面７１２ａとマニュアルフォーカス環７２４の前側端面７２４ａとの間に挟持されている。また、低摩擦シート７３３の外径面はリング状とされマニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃと径嵌合しており、更にマニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃは固定筒７１２の外径部７１２ｂと径嵌合している。低摩擦シート７３３は、マニュアルフォーカス環７２４が固定筒７１２に対して光軸周りに相対回転する構成の回転環機構における摩擦を軽減する役割を果たす。
【０１０７】
なお、コロ７２２の径大部７２２ａとマニュアルフォーカス環のマウント側端面７２４ａとは、波ワッシャ７２６が振動波モーター７２５をレンズ前方に押圧する力により、加圧力が付与された状態で接触している。また同じく、波ワッシャ７２６が振動波モーター７２５をレンズ前方に押圧する力により、コロ７２２の径小部７２２ｂと接合部材７２９の間も適度な加圧力が付与された状態で接触している。波ワッシャ７２６は、固定筒７１２に対してバヨネット結合したワッシャ７３２によりマウント方向への移動を規制されており、波ワッシャ７２６が発生するバネ力（付勢力）は、振動波モーター７２５、更にはコロ７２２に伝わり、マニュアルフォーカス環７２４が固定筒７１２の突き当て面７１２ａを押し付け力ともなる。つまり、マニュアルフォーカス環７２４は、低摩擦シート７３３を介して固定筒７１２のマウント側端面７１２ａに押し付けられた状態で組み込まれている。
【０１０８】
従って、図４に示した制御ＣＰＵにより振動波モーター７２５が固定筒７１２に対して回転駆動されると、接合部材７２９がコロ７２２の径小部７２２ｂと摩擦接触しているため、コロ７２２が軸７２０ｆ中心周りに回転する。コロ７２２が軸７２０ｆ回りに回転すると、結果として環状部材７２０が光軸周りに回転する（オートフォーカス動作）。
【０１０９】
また、不図示のマニュアル操作入力部からマニュアルフォーカス環７２４に光軸周りの回転力が与えられると、マニュアルフォーカス環７２４の後ろ端面７２４ｂがコロ７２２の径大部７２２ａと加圧接触しているため、摩擦力によりコロ７２２が軸７２０ｆ周りに回転する。コロ７２２の径大部７２２ａが軸７２０ｆ周りに回転すると、回転伝達環７２０が光軸周りに回転する。このとき振動波モーター７２５は、ローター７２５ｃと振動板７２５ｂの摩擦保持力により回転しないようになっている（マニュアルフォーカス動作）。
【０１１０】
回転伝達環７２０には、フォーカスキー７２８が２つ互いに対向する位置に取り付けられており、フォーカスキー７２８がカム環７１５の先端に設けられた切り欠き部７１５ｂと嵌合している。従って、オートフォーカス動作或いはマニュアルフォーカス動作が行われて、回転伝達環７２０が光軸周りに回転させられると、その回転力がフォーカスキー７２８を介してカム環７１５に伝達される。カム環が光軸周りに回転させられると、カムローラ７１７ａと直進案内溝７１３ａにより回転規制された後群鏡筒７１６が、カムローラ７１７ｂによってカム環７１５のカム溝７１５ａに沿って進退する。これにより、フォーカスレンズ７０２が駆動され、フォーカス動作が行われる。
【０１１１】
ここで本発明の光学機器として、一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒について説明したが、コンパクトカメラ、電子スチルカメラ等、カメラの種類を問わず、駆動部に振動波モーター、または駆動制御システムを有する光学機器に適用することができる。
【０１１２】
次に、本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法について説明する。
【０１１３】
本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法は、圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に共通電極を、前記圧電材料の第二の面に分極用電極を設けた後、電圧を印加して前記圧電材料を分極処理した圧電素子を得る工程（Ａ）と、前記分極用電極の一部を検知用電極および非駆動相電極とし、前記検知相電極の表面の一部および前記非駆動相電極の表面の一部に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）とを有することを特徴とする。  
【０１１４】
また、本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法は、圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に共通電極を、前記圧電材料の第二の面に分極用電極を設けた後、電圧を印加して前記圧電材料を分極処理した圧電素子を得る工程（Ａ）と、前記分極用電極の一部を検知用電極および非駆動相電極とし、前記検知相電極の表面の一部または全部および前記非駆動相電極の表面の一部または全部に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）と、前記検知相電極および前記非駆動相電極と前記共通電極により挟まれている部分の圧電材料を再分極処理する工程（Ｃ）とを有することを特徴とする。
【０１１５】
図７は、本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す工程図である。
【０１１６】
まず、本発明の圧電素子に用いられる圧電材料の製造方法について説明する。
【０１１７】
所望の組成に調整した原料粉末に、必要に応じて分散剤、バインダー、可塑剤等と水、もしくは有機溶媒を加えて混合し、高密度の焼結体にするのに必要な圧力でプレス成形して成形体を作製する。ここでプレス成形のみで必要な圧力が得られない場合はＣＩＰ（冷間等方圧プレス：Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）などにより所望の圧力を加えても良い。また、プレス成形せずに最初からＣＩＰ等で成形体インゴットを作製しても良い。また、スラリーの状態で、ドクターブレード法やダイコート法などの手法によりフィルムなどの支持体上に所定の厚みに塗工し，乾燥させてグリーンシート成形体を作製
してもよい。
【０１１８】
次に、成形体を焼成してセラミックス焼結体状の圧電材料を作製する。焼成条件は所望の圧電材料に最適な方法を選択すればよく、出来るだけ密度は高く、均一な大きさの粒成長をさせることが好ましい。なお、必要であれば焼成前に成形体を所望の形状に加工しても構わない。
【０１１９】
次に、圧電素子の製造方法について説明する。圧電材料を挟んで前記圧電材料の第一の面に共通電極を、前記圧電材料の第二の面に分極用電極を設けた後、電圧を印加して前記圧電材料を分極処理した圧電素子を得る工程（Ａ）を行う。
【０１２０】
上記の方法で作製したセラミックス焼結体状の圧電材料を、所望の寸法に研削加工して、図７（ａ）に示すような円環形状の一片の圧電材料１を作製する。その後、図７（ｂ）に示すように、銀ペーストの焼き付けやＡｕスパッタリング、Ａｕめっき等により、圧電材料１の一方の面に分極用電極３３を、その反対面には共通電極２を一面に形成して圧電素子２０を得る。
【０１２１】
分極用電極中の個々の電極は、振動を励起する効率の観点で、圧電材料表面に対して、出来るだけ広くとることが好ましい。ただし、電極間の距離は分極中に電極間で放電しない範囲で出来るだけ短いことが好ましい。
【０１２２】
次に、圧電素子２０を分極処理する。処理温度はキュリー温度Ｔｃもしくは脱分極温度Ｔｄ以下が好ましい。処理時間は５分から１０時間が好ましい。処理雰囲気は、空気中もしくはシリコーンオイル等の不燃性のオイル中が好ましい。処理電圧は、０．５から５．０ｋＶ／ｍｍの電界を印加する。
【０１２３】
脱分極温度とは、分極処理をして充分時間が経過した後に、室温からある温度Ｔｄ（℃）まで上げ、再度室温まで下げたときに圧電定数が温度を上げる前の圧電定数に比べて減少している温度を指す。本明細書においては温度を上げる前の圧電定数の９５％以下となる温度を脱分極温度Ｔｄと呼ぶ。
【０１２４】
図７（ｃ）に示すように、隣り合う電極で電界方向は逆の一定電界を印加して分極処理を行うと、同一方向の電界に対する伸縮極性がλ／２のピッチ毎に互いに逆となる。
【０１２５】
分極処理を行うと内部の応力や歪の分布が変化することがある。従って、非駆動相電極にも同様の温度、電界を印加しないと、円環形状における周方向全領域で分極による歪または応力の変化を発生させることができずに、非駆動相領域で撓みや歪みを発生して振動板７と接着する際に割れやヒビ、もしくは接着不良等が起こる。そのため、図７（ｃ）に示すように、非駆動相に対しても同様に分極処理をすることが望ましい。
【０１２６】
分極処理は、振動板７の貼り付けの前に行う事が好ましいが、貼り付けの後に行っても良い。
【０１２７】
次に、振動波モーター用ステーターの製造方法について説明する。圧電素子２０に振動板７を貼り付けた後、前記分極用電極の一部を検知用電極および非駆動相電極とし、前記検知相電極の表面の一部および前記非駆動相電極の表面の一部に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）を行う。
【０１２８】
圧電素子２０に振動板７を貼り付ける工程は、分極処理された圧電素子２０の共通電極２表面側に、圧電材料１と同様の内径、外径を有する円環形状の弾性体をエポキシ系接着剤等で熱圧着する。接着温度は圧電材料１のキュリー温度Ｔｃもしくは脱分極温度Ｔｄ未満であることが好ましい。接着温度が圧電材料１のＴｃまたはＴｄ以上であると、圧電素子２０の駆動相の圧電定数の絶対値ｄ（１）が小さくなる恐れがある。
【０１２９】
図７（ｄ）に示すように、分極用電極のうち、検知相電極と非駆動相電極以外の部分の接続により駆動相電極３，４を作製する工程は、分極用電極のうち、λ／２ピッチで形成された隣接する電極間を導電ペースト等で接続することでショートし、Ａ相電極３、Ｂ相電極４を作製する。Ａ相電極３とＢ相電極４は、各々駆動相電極３，４として働く。検知相電極８は分極用電極のうちＡ相電極３とＢ相電極４に相当する電極の間のλ／４、もしくは３λ／４の領域の電極のうちいずれか一つを選べば良い。その他の電極は非駆動相電極５となる。
【０１３０】
図２（ａ）に示すような共通電極２と非駆動相電極５とを接続するための短絡配線１０には導電ペースト等を用いることができる。隣接する電極間をショートする工程、短絡配線１０にて共通電極２と非駆動相電極５とをショートする工程において、導電ペースト等を熱処理する場合、熱処理温度は圧電材料１のキュリー温度もしくは脱分極温度未満であることが好ましい。熱処理温度が圧電材料１のＴｃまたはＴｄ以上であると、圧電素子２０の駆動相の圧電定数の絶対値ｄ（１）が小さくなる恐れがある。上記２つの工程の熱処理は同時に行う事が好ましいが、別々に行っても良い。
【０１３１】
さらに、図２（ａ）に示す様に、この圧電材料１の駆動相電極３，４および非駆動相電極５、検知相電極８それぞれに電力の入出力が出来るように位置決めし、電力の入出力配線９を接続する。入出力配線には、一般にフレキシブルケーブルとして販売されているものが使用できる。接続には、エポキシ系接着剤等を用いて熱圧着することも可能であるが、好ましくは導電性を有する異方性導電ペースト（ＡＣＰ）を熱圧着することで導通不良を軽減することができる。さらに好ましくは異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を熱圧着することでプロセス速度は向上するため、量産性の点で好ましい。
【０１３２】
本発明の振動波モーター用ステーターは、この熱圧着を圧電材料１の脱分極温度Ｔｄ以上で行うことで、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料１の圧電定数を減少させる事ができる。この時、駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた領域の圧電材料１の圧電定数の絶対値ｄ（１）よりも、検知相電極８と共通電極２に挟まれた領域の圧電材料１の圧電定数の絶対値ｄ（２）が小さくなる。また、より好ましくはキュリー温度Ｔｃ以上で熱圧着することで、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料１の圧電定数をさらに減少、もしくは消失させることができる。
【０１３３】
図８は、本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す概略図である。図８（ａ）は振動波モーター用ステーターの概略平面図であり、図８（ｂ）は分極処理した圧電素子２０の伸縮極性を（＋、−）で表した図であり、さらに、図８（ｃ）は、図８（ｂ）上にＡＣＰやＡＣＦで入出力配線９を接続する際の熱圧着領域５０の位置を模式的に表した概略図である。  同様に、図９は、本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す概略図である。図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図８（ｃ）と同様、図８（ｂ）上にＡＣＰやＡＣＦで入出力配線９を接続する際の熱圧着領域５０の位置を模式的に表した概略図であり、図８（ｃ）以外の方法で製造可能である熱圧着領域５０の位置を模式的に表した概略図である。
【０１３４】
図８、図９に示す通り、熱圧着領域５０の位置を駆動相電極３，４および非駆動相電極５、検知相電極８それぞれの一部分とすることで、各電極と電力の入出力配線９を接続する工程（Ｂ）を行うことが可能になると同時に、熱圧着領域５０直下の圧電材料１の圧電定数のみを減少、もしくは消失させることができる。このような部分的な熱圧着を行うことで、駆動相電極３，４および非駆動相電極５、検知相電極８の熱圧着領域５０以外の部分の直下の圧電材料１の圧電定数は分極処理後の圧電定数を保つことが可能である。
【０１３５】
前述のように、本発明の圧電材料の圧電定数とは、一片の圧電材料のある一部の圧電定数を指し、例えば、前記検知相電極と前記共通電極に挟まれた部分の前記圧電材料（２）の圧電定数とは、一片の圧電材料１のうち、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分全体の圧電定数を指す。非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分、各駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分についても同義である。つまり、本発明のｄ（１）の絶対値、ｄ（２）の絶対値、ｄ（３）の絶対値は、このような部分的な熱圧着を行うことにより、その圧電定数を制御することも可能である。ところで、図８、図９においては、熱圧着領域５０の位置を模式的に表したが、それ以外の位置関係でも良く、また、入出力配線９の一部のみを熱圧着し、入出力配線９の残り部分は熱圧着を行わない、もしくは入出力配線９の残り部分は圧力のみを加えるなどの製造方法であっても良い。
【０１３６】
以上のような工程により、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料１の圧電定数を下げることで、検知相電極８から出力される電気信号の電圧値をフェーズコンパレータに設定されている上限電圧値以下に調整することが出来る。
【０１３７】
ただし、このような工程により圧電定数を下げる方法は、圧電材料１が有する脱分極温度Ｔｄ、もしくはキュリー温度Ｔｃと入出力配線９の接続に必要な温度との関係によっては、所望の圧電定数まで下げることが出来ない場合や圧電定数を下げすぎて、検知相から出力される電気信号が小さすぎる場合がある。従って、入出力配線９の接続に必要な温度Ｔｆ（例えば１８０℃）によって、検知相と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料１の圧電定数を所望の値まで下げるためには、圧電材料１の脱分極温度Ｔｄは少なくともＴｆ以下であることが好ましい。
【０１３８】
一方、圧電材料の脱分極温度Ｔｄが、例えば入出力配線の接続に必要な温度Ｔｆよりもかなり低い温度（例えば、Ｔｄ＝Ｔｆ−１００）である場合は、入出力配線９の熱電導によって、Ａ相、Ｂ相部分の圧電材料の一部の温度も上昇し、圧電定数が急激に減少する。従って、圧電材料１の脱分極温度ＴｄはＴｆ−１００℃以上Ｔｆ以下が好ましい。さらに好ましくは、脱分極温度Ｔｄが１００℃以上２００℃以下である。
【０１３９】
本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法は、図８、図９に示す通り、熱圧着領域５０の位置を駆動相電極３，４および非駆動相電極５、検知相電極８それぞれの一部とすることで、各電極と電力の入出力配線９を接続する工程（Ｂ）を行うことが可能になると同時に、熱圧着領域５０直下の圧電材料１の圧電定数のみを減少、もしくは消失させることができる。しかし、各電極と電力の入出力配線９を接続する工程（Ｂ）は、非駆動相電極５、検知相電極８の一部ではなく全部であっても良い。その場合、工程（Ｂ）に続き、非駆動相電極５、検知相電極８を再分極処理する工程（Ｃ）を行う。工程（Ｂ）の後に再分極処理を行うことで、圧電材料１の非駆動相電極５、検知相電極８の圧電材料の圧電定数を調整することが出来る。
【０１４０】
再分極処理を行うときの温度は、振動板接着部の接着剤や入出力配線９の接続部がはがれない範囲に設定することが望ましく、例えば６０℃以下で行うことが望ましい。さらに好ましくは、室温（２５℃）で行うことで接着剤に与える影響をほとんど与えずに分極処理を行うことが出来る。また、再分極処理を行うときの電界は、入出力配線９等の配線間で放電しない範囲に設定することが望ましい。
【０１４１】
図１０は、本発明の振動波モーター用ステーターの製造方法の一例を示す概略図である。図１０（ａ）は振動波モーター用ステーターの概略平面図であり、図１０（ｂ）は入出力配線９を接続する工程（Ｂ）にて非駆動相電極５、検知相電極８の全部をキュリー温度Ｔｃ以上で熱圧着し、熱圧着領域５０直下の圧電材料１の圧電定数を消失させた状態を模式的に表した図である。ここで、図中の（＋、−）は分極処理した圧電素子２０の伸縮極性を表しており、（０）は圧電定数が消失していることを表す。ところで、非駆動相電極５は図中上部に（−）の伸縮極性を有している部分も含まれる。しかし、本発明においては、複数の非駆動相電極５のうち、少なくとも一つの非駆動相電極５に対し、工程（Ｂ）を行えば良い。
【０１４２】
図１０（ｃ）は非駆動相電極５、検知相電極８を再分極処理する工程（Ｃ）を行った状態を模式的に表した図である。再分極処理は非駆動相電極５、検知相電極８に対し同電位、つまり、再分極処理した非駆動相電極５、検知相電極８の伸縮極性がすべて＋もしくは−になるように行うことが好ましい。すべて同電位で分極処理を行う場合、入出力配線９内の各配線を同電位とすることができるため、仮に入出力配線９から電力を供給し再分極処理を行った場合、入出力配線９内の各配線間で放電しない。このため、より大きな電界で再分極処理を行うことができる。この再分極処理は入出力配線９を通して駆動相電極３，４に対して行っても良い。
【０１４３】
圧電素子２０に振動板７を貼り付ける工程、分極用電極の接続により駆動相電極３，４を作製する工程、共通電極２と非駆動相電極５とを短絡配線１０で接続する工程は、前記工程（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に対し、前記順番で行う必要は無い。駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた領域の圧電材料１の圧電定数よりも、検知相電極８と共通電極２に挟まれた領域の圧電材料１の圧電定数が小さければよい。その限りにおいて、前記工程（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順番のみが必須である。
【０１４４】
例えば、再分極処理をする工程（Ｃ）を行う場合、分極用電極の接続による駆動相電極３，４を作製する工程、共通電極２と非駆動相電極５とを短絡配線１０で接続する工程は、再分極処理をする工程（Ｃ）より後に行うことにより、入出力配線９内の各配線を同電位として各分極用電極３３に対し再分極処理を行うことができる。なお、再分極処理をする工程（Ｃ）を行う場合、圧電材料の脱分極温度Ｔｄ以上の温度で電力の入出力配線を接続する工程（Ｂ）は、検知相電極８の表面の一部であっても全部であってもよく、また、非駆動相電極５の表面の一部であっても全部であってもよい。
【０１４５】
このような一連の製造工程を経て本発明の振動波モーター用ステーター３０を得る。次に、振動波モーター用ステーター３０に、ローター６として振動波モーター用ステーター３０と同様の内径、外径を有する円環形状の弾性体を加圧接触させて振動波モーター４０を得る。最後に、前記入出力配線９にフェーズコンパレータ―を含む駆動制御回路に接続することで、振動波モーターの駆動制御システムを作製することができる。
【０１４６】
以上、本発明の圧電素子、振動波モーター用ステーター、振動波モーター、駆動制御システムの最適な製造方法について説明したが、本発明の本発明の圧電素子、振動波モーター用ステーター、振動波モーター、駆動制御システム、光学機器を実施する限りにおいて、上記説明とは異なる方法により製造されても良い。例えば、検知相電極８と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（２）の圧電定数の絶対値ｄ（２）と、非駆動相電極５と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（３）の圧電定数の絶対値ｄ（３）を、駆動相電極３，４と共通電極２に挟まれた部分の圧電材料（１）の圧電定数の絶対値ｄ（１）より小さくする手段として、各分極用電極３３に印加する電界を任意に調整しても良いし、何らかの手段で熱を与えることで実現しても良い。
【実施例】
【０１４７】
次に、実施例を挙げて本発明の振動波モーターを具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。なお、実施例は、図面に基づいて、図面中の符号を用いて説明する。
【０１４８】
（実施例１）
まず、圧電材料の作製方法について説明する。
【０１４９】
原料となる平均粒径１００ｎｍのチタン酸バリウム（堺化学工業製：ＢＴ−０１）、平均粒径３００ｎｍのチタン酸カルシウム（堺化学工業製：ＣＴ−０３）、平均粒径３００ｎｍのジルコン酸カルシウム（堺化学工業製：ＣＺ−０３）をモル比で８１．３対１２．７対６．０になるように秤量した。
【０１５０】
次に、これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してＭｎ重量が金属換算で０．２６重量部となる酢酸マンガン（ＩＩ）と混合粉に対して３重量部となるＰＶＡバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させた。
【０１５１】
次に、得られた造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。この成形体は冷間等方加圧成型機を用いて、更に加圧しても構わない。
【０１５２】
得られた成形体を電気炉に入れ、１３８０℃の最高温度で５時間保持し、合計２４時間かけて大気雰囲気で焼結した。
【０１５３】
次に、蛍光Ｘ線分析により圧電材料の組成を評価した。その結果、（Ｂａ０．８１３Ｃａ０．１８７）（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．２６重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。
【０１５４】
次に、焼結した圧電材料１を円環形状にそれぞれ研削加工し、両面に銀ペーストをスクリーン印刷によって共通電極２および分極用電極をパターン形成した。この時、分極用電極の隣り合う電極間距離は０．５ｍｍとした。
【０１５５】
次に、厚み０．５ｍｍで略均一な円環形状の圧電材料１に１ｋＶ／ｍｍの大きさの電界がかかるように、直流電源を用いて空気中で分極処理を行った。雰囲気温度は１００℃、印加電界は１ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は１００℃で１８０分とした。
【０１５６】
円環形状の圧電素子２０を参照用に１つ抜き取り、Ａ相電極の中央部付近にある分極用電極３３に相当する位置から、長さがλ／４相当、幅が分極用電極幅相当のアスペクト比の直方体を切り抜いた。この直方体状圧電材料の誘電率変化を、恒温槽中で温度を上昇させながら誘電率の変化を測定することで、誘電率が極大となる温度Ｔｃを測定した。その結果、Ｔｃ＝１０５℃であった。また、同様に切り抜いた別の直方体状の圧電材料をホットプレート上で１０分加熱保持した圧電素子を、ベルリンコート法を用いた圧電定数測定装置ｄ３３メーター（アルファ株式会社）により、室温にてｄ３３定数の測定を行った。この評価を加熱保持の温度を５℃刻みで順次上昇させながら繰り返し、圧電定数が当初の９５％以下となる脱分極温度Ｔｄを評価した。その結果、Ｔｄ＝９０℃であった。
【０１５７】
次に、圧電素子２０を、エポキシ系接着剤にてＳＵＳ製の振動板７に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ未満で熱圧着した。さらに、分極用電極のうち、λ／２ピッチで形成された隣接する電極間を導電ペーストを用いたスクリーン印刷によって接続してＡ相電極３、Ｂ相電極４を形成した後、共通電極２とすべての非駆動相電極５とを導電ペーストからなる短絡配線１０で接続した。導電ペーストは圧電材料の脱分極温度Ｔｄ未満で熱処理を行った。
【０１５８】
次に、図８に示す様に、振動波モーター用ステーター３０とフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて１８０℃にて熱圧着した。熱圧着領域５０は図８（ｃ）に示すとおりである。以上のように作製した振動波モーター用ステーター３０にローター６を加圧接触させて振動波モーター４０を作製し、さらに入出力配線９を駆動制御回路と接続することで、振動波モーター制御システムを作製した。
【０１５９】
以上のように作製した振動波モーター制御システムを用いて、ローターの負荷を１５０ｇ・ｃｍ、最高回転数を１００ｒｐｍとなるように駆動した結果、入力した電圧に対して、検知相から出力された電圧は０．４倍以下であった。
【０１６０】
この振動波モーター用ステーター３０をアセトン中、超音波洗浄機中で１昼夜浸し、ＳＵＳ製の振動板７と入力配線９から円環状の圧電素子２０を剥した。次に、圧電素子２０のＡ相電極の中央部付近にある分極用電極３３に相当する位置、検知相電極８、非駆動相電極５から、長さがλ／４相当、幅が分極用電極幅相当のアスペクト比の直方体を切り抜き、それぞれ駆動相電極用、検知相電極用、非駆動相電極用の評価用圧電素子とした。これらの評価用圧電素子をベルリンコート法で室温にてｄ３３定数の測定を行った。その結果、検知相電極用評価用圧電素子の圧電定数の絶対値は駆動相電極用評価用圧電素子の圧電定数の絶対値の０．６倍であった。また、検知相電極用評価用圧電素子の圧電定数の絶対値と非駆動相電極用評価用圧電素子の圧電定数の絶対値との差は３％であった。
【０１６１】
（実施例２）
本実施例では、（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）（Ｔｉ０．９４１Ｚｒ０．０５９）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．３６重量部含有されている圧電材料１を作製し、その他の工程は実施例１と同様の方法で振動波モーター制御システムを作製した。ただし、振動波モーター用ステーター３０とフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を接続するための熱圧着領域５０は図９（ａ）に示すとおりである。
【０１６２】
蛍光Ｘ線分析により圧電材料の組成を評価し結果、（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）（Ｔｉ０．９４１Ｚｒ０．０５９）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．３６重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。
【０１６３】
（実施例３）
本実施例では、（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）（Ｔｉ０．９３８Ｚｒ０．０５４Ｓｎ０．００８）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．２６重量部含有されている圧電材料１を作製し、その他の工程は実施例１と同様の方法で振動波モーター制御システムを作製した。なお、Ｓｎの原料には固相法で作成した平均粒径３００ｎｍのスズ酸カルシウムを用いた。ただし、振動波モーター用ステーター３０とフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を接続するための熱圧着領域５０は図９（ｄ）に示すとおりである。
【０１６４】
蛍光Ｘ線分析により圧電材料の組成を評価し結果、（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）（Ｔｉ０．９３８Ｚｒ０．０５４Ｓｎ０．００８）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．２６重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＳｎおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。
【０１６５】
（実施例４）
本実施例では、ＢａＴｉＯ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．１２重量部含有されている圧電材料１を作製し、その他の工程は実施例１と同様の方法で振動波モーター制御システムを作製した。ただし、焼成条件は空気雰囲気中１３４０℃で５時間焼成した。振動波モーター用ステーター３０とフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を接続するための熱圧着領域５０は図９（ｃ）に示すとおりである。
【０１６６】
（実施例５）
本実施例では、実施例３と同様の原料から同様の方法にて  円環形状の圧電素子２０を作製し、分極処理を行った後、圧電素子２０を、エポキシ系接着剤にてＳＵＳ製の振動板７に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ未満で熱圧着した。
【０１６７】
次に、圧電素子２０に振動板７を熱圧着した部材に、フレキシブルケーブルからなる入出力配線９を、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて１８０℃にて熱圧着した。熱圧着領域５０は図１０（ｂ）に示すとおりである。次に、フレキシブルケーブルからなる入出力配線９を通して、室温にて０．５ｋＶ／ｍｍの電界を１０分印加し、フレキシブルケーブルからなる入力配線９と接続された電極に対し再分極処理を行った。再分極処理は図１０（ｃ）に示す通り各電極の伸縮極性がすべて（−）となるように行った。
【０１６８】
さらに、分極用電極のうち、λ／２ピッチで形成された隣接する電極間を導電ペーストを用いたスクリーン印刷によって接続してＡ相電極３、Ｂ相電極４を形成した後、共通電極２とすべての非駆動相電極５とを導電ペーストからなる短絡配線１０で接続した。導電ペーストは圧電材料の脱分極温度Ｔｄ未満で熱処理を行った。以上のように作製した振動波モーター用ステーター３０にローター６を加圧接触させて振動波モーター４０を作製し、さらに入出力配線９を駆動制御回路と接続することで、振動波モーター制御システムを作製した。
【０１６９】
（実施例６）
本実施例では、原料となるＫ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５を所望の組成比のペロブスカイト型焼結体（Ｋ、Ｎａ）（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３が得られるよう圧電材料１を作製し、その他の工程は実施例５と同様の方法で振動波モーター制御システムを作製した。ただし、焼成条件は空気雰囲気中１３００℃で３時間焼成した。再分極処理はフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を通して、６０℃にて０．５ｋＶ／ｍｍの電界を３０分印加した。再分極処理は図１０（ｃ）に示す通り各電極の伸縮極性がすべて（−）となるように行った。
【０１７０】
（比較例１）
本比較例における圧電材料１としては市販のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて円環形状の圧電材料１を作製した。
【０１７１】
円環形状の圧電材料１に０．６ｋＶ／ｍｍの大きさの電界がかかるように、直流電源を用いて空気中で分極処理を行った。電圧印加時間は２２０℃で３０分とした。
【０１７２】
円環形状の圧電素子２０を参照用に１つ抜き取り、Ａ相電極の中央部付近にある分極用電極３３に相当する位置から、長さがλ／４相当、幅が分極用電極幅相当のアスペクト比の直方体を切り抜いた。この直方体状圧電材料の誘電率変化を、恒温槽中で温度を上昇させながら誘電率の変化を測定することで、誘電率が極大となる温度Ｔｃを測定した。その結果、Ｔｃ＝３１０℃であった。また、同様に切り抜いた別の直方体状の圧電材料をホットプレート上で１０分加熱保持した圧電素子を、ベルリンコート法で室温にてｄ３３定数の測定を行った。この評価を温度５℃刻みで順次上昇させながら繰り返し、脱分極温度Ｔｄを評価した。その結果、Ｔｄ＝２５０℃であった。
【０１７３】
次に、圧電素子２０を、エポキシ系接着剤にてＳＵＳ製の振動板７に圧電材料の脱分極温度Ｔｄ未満で熱圧着した。さらに、分極用電極のうち、λ／２ピッチで形成された隣接する電極間を、導電ペーストを用いたスクリーン印刷によって接続してＡ相電極３、Ｂ相電極４を形成した後、共通電極２とすべての非駆動相電極５とを導電ペーストからなる短絡配線１０で接続した。導電ペーストは圧電材料の脱分極温度Ｔｄ未満で熱処理を行った。
【０１７４】
次に、図８に示す様に、振動波モーター用ステーター３０とフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて１８０℃にて圧着した。熱圧着領域５０は図８（ｃ）に示すとおりである。以上のように作製した振動波モーター用ステーター３０にローター６を加圧接触させて振動波モーター４０を作製し、さらに入出力配線９を駆動制御回路と接続することで、振動波モーター制御システムを作製した。
【０１７５】
以上のように作製した振動波モーター制御システムを用いて、ローターの負荷を１５０ｇ・ｃｍ、最高回転数を１００ｒｐｍとなるように、駆動した結果、入力した電圧に対して、検知相から出力された電圧は０．８倍であった。例えば出力電圧は７０から１２０Ｖであり、位相検知回路でフェーズコンパレータから位相差情報が出力されないという不具合が起きた。
【０１７６】
この振動波モーター用ステーター３０をアセトン中、超音波洗浄機中で１昼夜浸し、ＳＵＳ製の振動板７と入力配線９から円環状の圧電素子２０を剥した。次に、圧電素子２０のＡ相電極の中央部付近にある分極用電極３３に相当する位置、検知相電極８、非駆動相電極５から、長さがλ／４相当、幅が分極用電極幅相当のアスペクト比の直方体を切り抜き、それぞれ駆動相電極用、検知相電極用、非駆動相電極用の評価用圧電素子とした。これらの評価用圧電素子をベルリンコート法で室温にてｄ３３定数の測定を行った。その結果、検知相電極用評価用圧電素子の圧電定数の絶対値は駆動相電極用評価用圧電素子の圧電定数の絶対値の１．０倍であった。
【０１７７】
（比較例２）
本比較例では、実施例３と同様の原料から同様の方法にて圧電材料１を作製し、その他の工程は実施例１と同様の方法で振動波モーター制御システムを作製した。ただし、振動波モーター用ステーター３０とフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を接続するための熱圧着領域５０は図１０（ｂ）に示すとおりであり、熱圧着時間は実施例３の１／５とした。
【０１７８】
以上のように作製した振動波モーター制御システムを用いて、ローターの負荷を１５０ｇ・ｃｍ、最高回転数を１００ｒｐｍとなるように駆動した結果、最高回転数を１００ｒｐｍに制御することができなかった。入力した電圧に対して、検知相から出力された電圧は０．００１倍であったが、検知相電極用評価用圧電素子の圧電定数の絶対値は０．５ｐＣ／Ｎであった。
【０１７９】
（比較例３）
本比較例では、実施例３と同様の方法で振動波モーター制御システムを作製した。ただし、振動波モーター用ステーター３０とフレキシブルケーブルからなる入出力配線９を接続するための熱圧着を行った後、フレキシブルケーブル上より２つの非駆動相電極５部分全体を１２０℃で２０秒間加熱した。
【０１８０】
以上のように作製した振動波モーター制御システムを用いて、ローターの負荷を１５０ｇ・ｃｍ、最高回転数を１００ｒｐｍとなるように駆動した結果、入力電圧に対する振動波モーターの回転数ばらつきのために、最高回転数を１００ｒｐｍに制御する事が困難であった。また、圧電素子２０を振動板７に熱圧着する際に、割れやヒビ、接着不良が多数生じた。
【０１８１】
下記の表１に実施例および比較例の結果を示す。
【０１８２】
【表１】
2014128114.tif 000003
【０１８３】
（注）材料は下記の化合物を示す。
【０１８４】
（Ｉ）ＢＣＴＺ−Ｍｎ＝（Ｂａ０．８１３Ｃａ０．１８７）（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３  ＋Ｍｎ０．２６重量部
（ＩＩ）ＢＣＴＺ−Ｍｎ＝（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）（Ｔｉ０．９４１Ｚｒ０．０５９）Ｏ３＋Ｍｎ０．３６重量部
ＢＣＴＺＳ−Ｍｎ＝（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）（Ｔｉ０．９３８Ｚｒ０．０５４Ｓｎ０．００８）Ｏ３＋Ｍｎ０．２６重量部
ＢＴＯ−Ｍｎ＝ＢａＴｉＯ３＋Ｍｎ０．１２重量部
ＫＮＮＴ＝（Ｋ、Ｎａ）（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３
ＰＺＴ＝Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３
また、ローターの負荷を１５０ｇ・ｃｍ、最高回転数を１００ｒｐｍとなるようにしたときの実施例１、２、３、および５、および比較例１の入力電圧は、実施例４、および比較例３に比べて０．８倍以下と駆動効率が良好であった。ただし、前述したように比較例１は出力電圧も入力電圧の０．８倍と大きく、駆動効率の改善はみられなかった。
【０１８５】
また、実施例４の相転移温度Ｔｒは０℃以上３５℃以下に存在したが、実施例１，２，３，および５の相転移温度Ｔｒは−５℃以上５０℃以下に存在しなかった。実施例１，２，３，および５で使用した圧電材料１と振動波モーター制御システムにおいては、雰囲気温度の変化が５℃以上あっても、ローターの負荷が１５０ｇ・ｃｍ、最高回転数が１００ｒｐｍとなる入力電圧は±１０％以内の変動に抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
本発明の圧電素子、振動波モーター用ステーター、振動波モーター、駆動制御システムは、入力電圧に対して出力電圧を小さくできるので、円環型振動波モーターの他に、積層型振動波モーターや棒状振動波モーター等の各種共振デバイスにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１８７】
１  圧電材料
２  共通電極
３  駆動相電極（Ａ相電極）
４  駆動相電極（Ｂ相電極）
５  非駆動相電極
６  、７２５ｃ  ローター
７、７２５ｂ  振動板
８  検知相電極
９  入出力配線
１０  短絡配線
１１  第一の面
１２  第二の面
２０  圧電素子
３０  振動波モーター用ステーター
３３  分極用電極
４０、７２５  振動波モーター
５０  熱圧着領域
７０１  全群レンズ
７０２  後群レンズ（フォーカスレンズ）
７１１  着脱マウント
７１２  固定筒
７１３  直進ガイド筒
７１４  前群鏡筒
７１５  カム環
７１６  後群鏡筒
７１７  カムローラ
７１８  軸ビス
７１９  ローラ
７２０  回転伝達環
７２２  コロ
７２４  マニュアルフォーカス環
７２６  波ワッシャ
７２７  ボールレース
７２８  フォーカスキー
７２９  接合部材
７３２  ワッシャ
７３３  低摩擦シート
【図１】
2014128114.tif 000004
【図２】
2014128114.tif 000005
【図３】
2014128114.tif 000006
【図４】
2014128114.tif 000007
【図５】
2014128114.tif 000008
【図６】
2014128114.tif 000009
【図７】
2014128114.tif 000010
【図８】
2014128114.tif 000011
【図９】
2014128114.tif 000012
【図１０】
2014128114.tif 000013