(57)【要約】【課題】駆動効率を向上することができる圧電モーターの制御装置、圧電モーターの制御方法、圧電モーター装置及び印刷装置を提供する。【解決手段】駆動手段３１０と、切換手段３３０と、制御手段３２０と、を具備し、駆動手段３１０は、縦振動励起領域と２組の屈曲振動励起領域とに設けられた電極６１〜６３に駆動信号を入力して駆動し、切換手段３３０は、振動励起領域と２組の屈曲振動励起領域とに設けられた電極６３の接続先を駆動手段３１０と制御手段３２０とに切り換えるものであり、制御手段３２０は、縦振動励起領域及び２組の屈曲振動励起領域に設けられた電極６３を最適出力決定時に駆動手段３１０から当該制御手段３２０に接続するように切換手段３３０を制御すると共に、最適出力決定後には、当該制御手段３２０に接続された電極６３を駆動手段３１０に接続するように切換手段を制御する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、
該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記振動部材が当接されて駆動する被駆動部と、を具備し、
前記圧電体層が、縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有する圧電モーターを制御する圧電モーターの制御装置であって、
駆動手段と、切換手段と、制御手段と、を具備し、
前記駆動手段は、前記縦振動励起領域と２組の前記屈曲振動励起領域とに設けられた電極に駆動信号を入力して駆動し、
前記切換手段は、前記縦振動励起領域と２組の前記屈曲振動励起領域とに設けられた何れかの電極の接続先を前記駆動手段と前記制御手段とに切り換えるものであり、
前記制御手段は、前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域に設けられた何れかの電極を最適出力決定時に前記駆動手段から当該制御手段に接続するように前記切換手段を制御すると共に、最適出力決定後には、当該制御手段に接続された前記電極を前記駆動手段に接続するように前記切換手段を制御することを特徴とする圧電モーターの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電極から検出した電圧に基づいて最適出力を決定し、前記駆動手段から最適出力を出力させるように制御することを特徴とする圧電モーターの制御装置。
【請求項３】
前記圧電素子の電極からの電圧を検出する外力検出手段をさらに具備し、前記制御手段が、前記電極と、前記制御手段、前記駆動手段及び前記外力検出手段との接続を切り替えるように前記切換手段を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の圧電モーターの制御装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記圧電モーターの一方の組の前記屈曲振動励起領域に設けられた電極と当該制御手段とを接続すると共に、他方の組の前記屈曲振動励起領域を駆動せず、前記縦振動励起領域に設けられた電極を前記駆動手段と接続するように前記切換手段を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電モーターの制御装置。
【請求項５】
前記制御手段が、前記圧電モーターの一方の組の前記屈曲振動励起領域に設けられた電極と当該制御手段とを接続すると共に、他方の組の前記屈曲振動励起領域を前記駆動手段と接続し、前記縦振動励起領域を駆動しないように前記切換手段を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電モーターの制御装置。
【請求項６】
圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、
該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記振動部材が当接されて駆動する被駆動部と、を具備し、
前記圧電体層が、縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有する圧電モーターを制御する圧電モーターの制御方法であって、
前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域のそれぞれに設けられた少なくとも１つの電極を駆動すると共に、駆動していない領域の電極を介して電圧を検出し、検出結果に基づいて圧電モーターを駆動する駆動信号の最適出力を決定した後、全ての領域に設けられた電極を介して前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域を駆動することを特徴とする圧電モーターの制御方法。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか一項に記載の制御装置と、圧電モーターと、を具備することを特徴とする圧電モーター装置。
【請求項８】
圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、
該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を備える圧電アクチュエーターと、
前記振動部材が当接されて駆動する被駆動部と、を具備し、
前記圧電体層が、縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有する圧電モーターと、
前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域のそれぞれに設けられた電極の全てに駆動信号を入力する駆動電極とする全駆動状態と、前記電極の少なくとも１つを駆動電極とすると共に当該駆動電極以外の何れかの電極を電圧を検出するための検出電極とする検出状態とに切り替え可能な切換手段と、を具備することを特徴とする圧電モーター装置。
【請求項９】
前記圧電体層の前記縦振動励起領域及び前記屈曲振動励起領域の一方の組と、前記屈曲振動励起領域の他方の組との分極方向が逆転していることを特徴とする請求項８記載の圧電モーター装置。
【請求項１０】
前記屈曲振動励起領域の一方の組の上面の面積が、他方の組の上面の面積よりも広いことを特徴とする請求項８又は９記載の圧電モーター装置。
【請求項１１】
前記圧電体層の短手方向において、前記屈曲振動励起領域に設けられた電極の短手方向の幅は、中心から前記屈曲励起領域に設けられた前記電極の端部までの距離よりも狭いことを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の圧電モーター装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１の何れか一項に記載の圧電モーター装置を具備することを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子によって被駆動部を駆動する圧電モーターの制御装置、圧電モーターの制御方法、圧電モーター装置及び印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電モーターは、圧電素子を具備する圧電アクチュエーターによって例えば、被駆動部である回転軸を回転駆動させるものである。ここで、圧電モーターに用いられる圧電アクチュエーターは、振動部材と、振動部材の一方面側に保持された圧電素子とを具備する。圧電アクチュエーターを構成する圧電素子は、圧電体層を２つの電極で挟持したものである。
【０００３】
ここで、圧電体層には、圧電素子に縦振動を励起する縦振動励起領域と、圧電素子に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
縦振動励起領域は、圧電体層の短手方向の中央側に設けられ、屈曲振動励起領域は、短手方向で縦振動励起領域を挟んだ対角となる位置に２組設けられている。そして、圧電アクチュエーターは、縦振動励起領域で縦方向に伸張・収縮を行うことで縦振動が行われる。また、圧電アクチュエーターは、２組の屈曲振動励起領域の一方を伸張、他方を収縮させる屈曲駆動と、これを逆転させて一方を収縮、他方を伸張させる屈曲駆動とを交互に繰り返すことで屈曲振動が行われる。そしてこれらの縦振動及び屈曲振動を交互に繰り返すことで、圧電素子の長手方向の端部が楕円軌道を描くように駆動される。
【０００５】
また、圧電素子に当該圧電素子を駆動するための駆動電極とは別に検出電極を設け、検出電極を介して圧電体層の変形による電圧変化から振動状態を検出するようにした圧電モーターが提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６７４８２号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８９５３号公報
【特許文献３】特開２００３−０７０２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２及び３のように、駆動電極とは別に検出電極を設けた圧電モーターでは、検出電極を設けた領域を駆動に寄与させることができず、出力が低下してしまうと共に、検出電極に接続する配線が必要で、配線数が増大し、配線の質量が圧電素子の振動を阻害する要因になる虞があるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２及び３においては、圧電素子の駆動に用いられていない駆動電極を検出電極に切り替えるものも開示されているが、特許文献２及び３の圧電素子は、駆動電極が４分割されたものであることから、そもそも圧電素子の駆動電極の一部しか駆動することができず、大きな出力を得ることができないという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、駆動効率を向上することができる圧電モーターの制御装置、圧電モーターの制御方法、圧電モーター装置及び印刷装置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】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、前記振動部材が当接されて駆動する被駆動部と、を具備し、前記圧電体層が、縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有する圧電モーターを制御する圧電モーターの制御装置であって、駆動手段と、切換手段と、制御手段と、を具備し、前記駆動手段は、前記縦振動励起領域と２組の前記屈曲振動励起領域とに設けられた電極に駆動信号を入力して駆動し、前記切換手段は、前記縦振動励起領域と２組の前記屈曲振動励起領域とに設けられた何れかの電極の接続先を前記駆動手段と前記制御手段とに切り換えるものであり、前記制御手段は、前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域に設けられた何れかの電極を最適出力決定時に前記駆動手段から当該制御手段に接続するように前記切換手段を制御すると共に、最適出力決定後には、当該制御手段に接続された前記電極を前記駆動手段に接続するように前記切換手段を制御することを特徴とする圧電モーターの制御装置にある。
【００１１】
かかる態様では、駆動に用いる駆動電極を駆動状態を検出する検出電極として用いることで、最適出力検出後に検出電極を駆動電極に切り替えて、圧電モーターを最適出力で効率良く、且つ全ての電極を用いて圧電体層の略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【００１２】
ここで、前記制御手段は、前記電極から検出した電圧に基づいて最適出力を決定し、前記駆動手段から最適出力を出力させるように制御することが好ましい。これによれば、圧電モーターを最適出力で駆動することができる。
【００１３】
また、前記圧電素子の電極からの電圧を検出する外力検出手段をさらに具備し、前記制御手段が、前記電極と、前記制御手段、前記駆動手段及び前記外力検出手段との接続を切り替えるように前記切換手段を制御することが好ましい。これによれば、検出電極を新たに設ける必要なく、外力検出を行うことができる。
【００１４】
また、前記制御手段が、前記圧電モーターの一方の組の前記屈曲振動励起領域に設けられた電極と当該制御手段とを接続すると共に、他方の組の前記屈曲振動励起領域を駆動せず、前記縦振動励起領域に設けられた電極を前記駆動手段と接続するように前記切換手段を制御することが好ましい。これによれば、縦振動の最適出力を検出して縦振動に最適な出力を決定することができる。
【００１５】
また、前記制御手段が、前記圧電モーターの一方の組の前記屈曲振動励起領域に設けられた電極と当該制御手段とを接続すると共に、他方の組の前記屈曲振動励起領域を前記駆動手段と接続し、前記縦振動励起領域を駆動しないように前記切換手段を制御することが好ましい。これによれば、屈曲振動の最適出力を検出して屈曲振動に最適な出力を決定することができる。
【００１６】
さらに、本発明の他の態様は、圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、前記振動部材が当接されて駆動する被駆動部と、を具備し、前記圧電体層が、縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有する圧電モーターを制御する圧電モーターの制御方法であって、前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域のそれぞれに設けられた少なくとも１つの電極を駆動すると共に、駆動していない領域の電極を介して電圧を検出し、検出結果に基づいて圧電モーターを駆動する駆動信号の最適出力を決定した後、全ての領域に設けられた電極を介して前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域を駆動することを特徴とする圧電モーターの制御方法にある。
【００１７】
かかる態様では、駆動に用いる駆動電極を駆動状態を検出する検出電極として用いることで、最適出力検出後に検出電極を駆動電極に切り替えて、圧電モーターを最適出力で効率良く、且つ全ての電極を用いて圧電体層の略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【００１８】
また、本発明の他の態様は、上記態様の制御装置と、圧電モーターと、を具備することを特徴とする圧電モーター装置にある。
かかる態様では、高効率で高出力が可能な圧電モーター装置を実現できる。
【００１９】
さらに、本発明の他の態様は、圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を備える圧電アクチュエーターと、前記振動部材が当接されて駆動する被駆動部と、を具備し、前記圧電体層が、縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有する圧電モーターと、前記縦振動励起領域及び２組の前記屈曲振動励起領域のそれぞれに設けられた電極の全てに駆動信号を入力する駆動電極とする全駆動状態と、前記電極の少なくとも１つを駆動電極とすると共に当該駆動電極以外の何れかの電極を電圧を検出するための検出電極とする検出状態とに切り替え可能な切換手段と、を具備することを特徴とする圧電モーター装置にある。
【００２０】
かかる態様では、駆動に用いる駆動電極を駆動状態を検出する検出電極として用いることで、最適出力検出後に検出電極を駆動電極に切り替えて、圧電モーターを最適出力で効率良く、且つ全ての電極を用いて圧電体層の略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【００２１】
ここで、前記圧電体層の前記縦振動励起領域及び前記屈曲振動励起領域の一方の組と、前記屈曲振動励起領域の他方の組との分極方向が逆転していることが好ましい。これによれば、一方の電極を５個等に分割する必要が無く、全ての屈曲振動励起領域に同一の電界を印加することができる。したがって、電極同士を接続する配線や外部からの配線を接続する数を減少させることができる。このため、電極に接続する配線数の増大によって圧電素子の振動が阻害されることがなく、圧電素子の変位特性を向上することができる。また、電極に接続する配線数を減少させて、配線接続時の熱や圧力などによる圧電素子の振動特性の変化を抑制し、均一な特性の圧電素子を得ることができる。さらに、配線の接続数を減らすことで、コストを低減することができる。
【００２２】
ここで、前記屈曲振動励起領域の一方の組の上面の面積が、他方の組の上面の面積よりも広いことが好ましい。これによれば、電極から電圧を検出する際に励起された電荷が打ち消し合うのを低減して、電極から電圧の検出を確実に行うことができる。
【００２３】
また、前記圧電体層の短手方向において、前記屈曲振動励起領域に設けられた電極の短手方向の幅は、中心から前記屈曲励起領域に設けられた前記電極の端部までの距離よりも狭いことが好ましい。これによれば、伸長及び収縮する領域が互いに拘束し合うのを抑制することができるため、低い駆動電流で圧電モーターの十分な出力を得ることができる。
【００２４】
さらに、本発明の他の態様は、上記圧電モーター装置を具備することを特徴とする印刷装置にある。
かかる態様では、低電流で高出力な圧電モーターを有する印刷装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る圧電モーターの平面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電モーターの断面図である。
【図４】実施形態１に係る圧電モーターの概略構成図である。
【図５】実施形態１に係る圧電モーターの駆動波形を示す図である。
【図６】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【図７】実施形態１に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。
【図８】実施形態１に係る圧電モーターの制御方法を示すフローチャートである。
【図９】実施形態２に係る圧電モーターの制御方法を示す概略図である。
【図１０】実施形態３に係る圧電モーターの制御方法を示す概略図である。
【図１１】実施形態４に係る圧電モーターの分解斜視図である。
【図１２】実施形態４に係る圧電モーターの平面図である。
【図１３】実施形態４に係る圧電モーターの断面図である。
【図１４】実施形態４に係る圧電アクチュエーターの要部平面図である。
【図１５】実施形態４に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。
【図１６】実施形態５に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。
【図１７】実施形態６に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。
【図１８】実施形態７に係る圧電アクチュエーターの要部平面図である。
【図１９】実施形態７に係る圧電アクチュエーターの要部平面図である。
【図２０】他の実施形態に係る圧電アクチュエーターの要部平面図である。
【図２１】一実施形態に係る印刷装置の概略斜視図である。
【図２２】一実施形態に係る印刷装置の要部拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図であり、図２は、圧電モーターの平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′線断面図である。
【００２７】
図示するように、本実施形態の圧電モーター１を構成する圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０と、振動部材２０の両面にそれぞれ接着された圧電素子３０とを具備する。
【００２８】
振動部材２０の両面にそれぞれ設けられた圧電素子３０は、圧電体層４０と、圧電体層４０の振動部材２０側に設けられた第１電極５０と、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられた第２電極６０と、を有する。
【００２９】
圧電体層４０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層４０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。もちろん、本実施形態の圧電体層４０は、上記した材料に限定されるものではないが、優れた電気機械変換作用を有する圧電体層４０として、鉛を含有するものが挙げられる。
【００３０】
第１電極５０は、圧電体層４０の振動部材２０側の面に亘って連続して設けられて、圧電素子３０の共通電極となっている。
【００３１】
第２電極６０は、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられており、溝部７０によって互いに電気的に隔離されて面内方向で複数に分割されている。
【００３２】
第２電極６０を分割する溝部７０は、圧電素子３０の幅（短手方向）をほぼ三等分するように形成された第１溝部７１と、第１溝部７１によって分割された３つの電極のうち短手方向両側の電極を長手方向でほぼ二等分するように形成された第２溝部７２とからなる。第２電極６０は、これら第１溝部７１及び第２溝部７２からなる溝部７０によって、短手方向中央部に長手方向に亘って設けられた縦振動用電極部６１と、この縦振動用電極部６１の短手方向両側に、縦振動用電極部６１を挟んで対角となるように配置されて対をなす２組の第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３との合計５つに分割されている。ここで、圧電素子３０は、第２電極６０の縦振動用電極部６１が設けられた領域が、圧電素子３０の長手方向の縦振動を励起する縦振動励起領域４１となっている。これに対して、縦振動励起領域４１の短手方向両側の第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３が設けられた領域が、それぞれ圧電素子３０の短手方向に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域４２、４３となっている。このため、第２電極６０は、分割されて各領域を個別に駆動するための個別電極として機能する。
【００３３】
このような圧電素子３０は、第１電極５０側が振動部材２０に接合されている。ここで、振動部材２０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属や樹脂材料で形成された板状部材からなる。本実施形態では、振動部材２０を導電性を有するステンレス鋼で形成し、２つの圧電素子３０の第１電極５０同士は、振動部材２０を介して電気的に導通している。ちなみに、第１電極５０と振動部材２０とを絶縁性の接着剤で接着したとしても、第１電極５０と振動部材２０とを互いに押圧した状態で接着することで両者を互いに電気的に導通することができる。すなわち、本実施形態の振動部材２０は、２つの圧電素子３０の第１電極５０同士を導通させる共通電極としても機能する。
【００３４】
また、図１に示すように、振動部材２０は、上述のように圧電素子３０の第１電極５０側と同じ表面形状を有すると共に、長手方向の一端部側に圧電素子３０よりも突出するように延設された当接部２１を有する。また、振動部材２０の圧電素子３０の長手方向中央部には、圧電素子３０の短手方向両側に向かって延設された一対の腕部２２を有する。この腕部２２には、厚さ方向に貫通する貫通孔２３が設けられており、貫通孔２３を挿通させたねじ部材８６を介して詳しくは後述する保持部材８１に固定される。すなわち、圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０の腕部２２が保持部材８１に固定されることで、圧電素子３０は保持部材８１に対して腕部２２を基点として縦振動及び屈曲振動が可能となるように保持される。
【００３５】
なお、圧電アクチュエーター１０に搭載された圧電素子３０の各電極（第１電極５０及び第２電極６０）には、圧電素子３０を駆動するための配線が接続されている。
【００３６】
図３に示すように、第１電極５０は振動部材２０に電気的に接続されているため、図２に示すように、共通配線９０は振動部材２０を介して第１電極５０に電気的に接続される。
【００３７】
また、第２電極６０を構成する縦振動用電極部６１と、第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３とには、図２に示すように、それぞれ縦振動用個別配線９１と、２本の屈曲振動用個別配線９２、９３との合計３本の個別配線が接続されている。具体的には、共通配線９０は、圧電アクチュエーター１０の振動部材２０の腕部２２に接続されている。これにより、共通配線９０は、振動部材２０を介して第１電極５０に電気的に接続されている。
【００３８】
また、縦振動用個別配線９１は、第２電極６０の縦振動用電極部６１の長手方向中央部に接続されている。また、２本の屈曲振動用個別配線９２、９３は、第２電極６０の第１屈曲振動用電極部６２の長手方向中央部に接続されている。そして、縦振動用電極部６１を挟んで設けられた４つの屈曲振動用電極部は、対角に配置された電極同士を２本の導通配線９４で接続することで、対角で組をなす２組の第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３が構成される。この２本の導通配線９４は、たすき掛けするように配置されている。なお、縦振動用個別配線９１及び屈曲振動用個別配線９２、９３は、それぞれ圧電素子３０の縦振動及び屈曲振動における基点となる長手方向の中央部に接続されることで、個別配線９１、９２、９３の断線や個別配線９１、９２、９３による圧電素子３０への変位の阻害を抑制している。
【００３９】
ちなみに、本実施形態では、振動部材２０の両面に圧電素子３０が設けられているため、振動部材２０の両面の圧電素子３０の各第２電極６０に個別配線９１、９２、９３をそれぞれ接続するようにしてもよく、また、振動部材２０の両面の圧電素子３０の縦振動用電極部６１同士と、屈曲振動用電極部６２（６３）同士とを別の配線等で互いに電気的に接続するようにして、個別配線９１、９２、９３の数を減少させるようにしてもよい。
【００４０】
一方、圧電モーター１には、装置本体２に軸を中心として回転自在となる被駆動部である回転軸３が設けられている。そして、この回転軸３に圧電アクチュエーター１０の楕円軌道を描くように回転駆動される当接部２１を当接させることで、回転軸３は回転（駆動）される。本実施形態では、圧電アクチュエーター１０の当接部２１が楕円軌道を描く回転方向が、回転軸３の回転方向となるように、当接部２１が回転軸３の周方向の表面に当接するようにした。もちろん、当接部２１が、回転軸３の端面に当接するようにしてもよい。
【００４１】
また、圧電モーター１には、圧電アクチュエーター１０を回転軸３方向に向かって所定の圧力で押圧する付勢手段８０が設けられている。
【００４２】
付勢手段８０は、圧電アクチュエーター１０を保持する保持部材８１と、保持部材８１に一端が固定されたコイルばね等のばね部材８２と、ばね部材８２の他端に当接すると共に装置本体２に固定された支持ピン８３とを具備する。
【００４３】
保持部材８１は、圧電アクチュエーター１０の腕部２２が固定される一対の固定部８４と、固定部８４の間に一体的に設けられて装置本体２に対してスライド移動可能に支持されるスライド部８５とを具備する。固定部８４には、腕部２２の貫通孔２３に対応して、ねじ部材８６が螺合される雌ねじ部８７が形成されている。この雌ねじ部８７に腕部２２の貫通孔２３を挿通したねじ部材８６を螺合させることで、圧電アクチュエーター１０は保持部材８１に保持される。
【００４４】
スライド部８５には、厚さ方向に貫通し、且つスライド方向に延設された長孔である２つのスライド孔８８が設けられている。そして、各スライド孔８８に挿通されて装置本体２に固定されたスライドピン８９によってスライド部８５は装置本体２に対してスライド移動可能に支持されている。
【００４５】
ばね部材８２は、コイルばねからなり、固定部８４に一端が固定されると共に、装置本体２に固定された支持ピン８３の側面に他端が当接するように配置されている。また、ばね部材８２は、スライド部８５のスライド方向に沿って配置されている。このような、ばね部材８２は、圧電アクチュエーター１０を装置本体２に対して回転軸３に向かって付勢する。
【００４６】
なお、本実施形態では、ばね部材８２としてコイルばねを用いたが、ばね部材８２は特にこれに限定されず、例えば、板ばね等を用いるようにしてもよい。
【００４７】
このような付勢手段８０によって、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向（縦振動方向）が回転軸３の軸中心となるように、所定の圧力で回転軸３に押圧される。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向になるように配置され、回転軸３の径方向に向かってスライド移動可能に設けられている。したがって、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向となるように押圧される。
【００４８】
そして、上述のように、付勢手段８０によって圧電アクチュエーター１０の当接部２１を回転軸３に押圧しながら、圧電素子３０に縦振動及び屈曲振動を交互に行わせて当接部２１を楕円軌道を描くように回転駆動することで、回転軸３を回転駆動することができる。
【００４９】
ここで、本実施形態の圧電モーター１を具備する圧電モーター装置について図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は、圧電モーター装置の概略構成を示す図であり、図５は、駆動信号を示す駆動波形である。
【００５０】
図４に示すように、本実施形態の圧電モーター装置Ｉは、上述した圧電モーター１と、制御装置３００と、を具備する。
【００５１】
制御装置３００は、駆動波形を生成して圧電モーター１を駆動する駆動手段３１０と、制御手段３２０と、圧電モーター１の何れかの電極の接続先を駆動手段３１０と制御手段３２０とに切り替える切換手段３３０と、を具備する。
【００５２】
駆動手段３１０は、駆動信号生成回路３１１と、位相調整回路３１２と、位相反転回路３１３と、縦振動用電極部６１、第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３にそれぞれ接続された増幅回路３１４と、を具備する。
【００５３】
駆動信号生成回路３１１は、特定の周波数の正弦交流電圧を生成すると共に、制御手段３２０からの指令によって出力する周波数を変更可能なものである。本実施形態では、駆動信号生成回路３１１として、入力される電圧によって周波数を変更できる電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator：ＶＣＯ）を用いた。この駆動信号生成回路３１１からの出力は、増幅回路によって電力増幅されて圧電素子３０に駆動信号として入力される。もちろん、駆動信号生成回路３１１は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に限定されず、デジタル回路等であってもよい。なお、本実施形態の駆動信号を示す駆動波形は、共通電極である第１電極５０を基準電位（本実施形態では０Ｖ）として、個別電極である第２電極６０に印加されるものである。
【００５４】
具体的には、本実施形態では、駆動信号生成回路３１１からの出力は、図５に示すように、圧電素子３０の縦振動用電極部６１に基準となる駆動信号４００として印加される。また、駆動信号生成回路３１１からの出力は、位相調整回路３１２に入力される。位相調整回路３１２は、駆動信号生成回路３１１から出力された駆動信号４００の位相を調整する機能を有する。位相調整回路３１２は、圧電アクチュエーター１０に縦振動を行わせる基準となる駆動信号４００に対し、例えば、図５に示すように、位相が９０度遅れた屈曲振動を行わせる駆動信号４０１を生成する。位相調整回路３１２によって生成された駆動信号４０１は、例えば、圧電素子３０の第１屈曲振動用電極部６２に印加される。
【００５５】
また、位相調整回路３１２によって位相が調整された駆動信号４０１は、位相反転回路３１３に入力される。位相反転回路３１３は、例えば、インバーター回路等で構成され、位相調整回路３１２から出力された駆動信号４０１に対して位相が１８０度反転した駆動信号４０２を生成する。位相反転回路３１３によって生成された駆動信号４０２は、第２屈曲振動用電極部６３に印加される。
【００５６】
すなわち、基本的には、圧電素子３０の縦振動用電極部６１には、基準となる駆動信号４００が印加され、第１屈曲振動用電極部６２には、基準となる駆動信号４００に対して９０度位相を遅らせた駆動信号４０１が印加される。また、圧電素子３０の第２屈曲振動用電極部６３には、第１屈曲振動用電極部６２に印加される駆動信号４０１に対して１８０度反転した駆動信号４０２が印加される。
【００５７】
ここで、このような制御装置３００によって駆動される圧電アクチュエーター１０の基本動作について説明する。なお、図６及び図７は、圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【００５８】
制御装置３００から出力された駆動信号４００が圧電素子３０の縦振動用電極部６１に供給されると、図６（ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１０は振動部材２０の面方向において、縦振動励起領域４１が縦方向（長手方向）に伸張・収縮して、長手方向に縦振動する。
【００５９】
また、制御装置３００から出力された互いに位相が反転する２つの屈曲振動用の駆動信号４０１、４０２が、圧電素子３０の第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３にそれぞれ供給されると、屈曲振動励起領域４２、４３が伸張・収縮して、圧電アクチュエーター１０は屈曲駆動する。具体的には、圧電素子３０の短手方向で対角となる一方の組の屈曲振動励起領域４２を伸張させると同時に対角となる他方の一対の屈曲振動励起領域４３を収縮させる。これにより、図６（ｂ）に示すように圧電素子３０をＳ字状に変形させる。また、伸張していた屈曲振動励起領域４２を収縮させると同時に収縮していた屈曲振動励起領域４３を伸張させることで、図６（ｃ）に示すように、圧電素子３０を逆Ｓ字状に屈曲させる。この図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す屈曲変形を交互に繰り返させることで、圧電アクチュエーター１０はＳ字状及び逆Ｓ字状を交互に繰り返す屈曲振動する。
【００６０】
そして、上述のように、縦振動用電極部６１に印加する駆動信号４００に対して、屈曲振動用の駆動信号４０１、４０２は、位相が９０度遅れているため、圧電アクチュエーター１０の長手方向一端部に設けられた当接部２１は、図７に示すように、楕円軌道を描くように回転駆動する。具体的には、圧電素子３０に、縦方向（長手方向）の伸張、Ｓ字状の屈曲、縦方向の収縮、逆Ｓ字状の屈曲の変形を順次繰り返し行わせることで、当接部２１を振動部材２０の面内において時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。
【００６１】
また、圧電素子３０に変形を行わせる際に、屈曲の順番を入れ替えることで、当接部２１を振動部材２０の面内において反時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。すなわち、縦振動用の駆動信号４００に対して、屈曲振動用の駆動波形の位相を９０度進めるようにすればよい。これは、例えば、制御手段３２０から位相調整回路３１２に制御信号を出力し、制御手段３２０からの制御信号により位相調整回路３１２が屈曲振動用の駆動信号として縦振動用の駆動信号４００の位相を９０度進めたものを生成するようにすればよい。このように、屈曲振動の駆動信号を、縦振動用の駆動信号４００に対して＋９０度または−９０度位相をずらすことにより、当接部２１が描く楕円軌道の方向を正逆反転させることができる。これにより回転軸３の回転方向を制御することができる。なお、位相調整回路３１２による位相のズレを調整することで、当接部２１の軌道を真円軌道にすることも、楕円軌道にすることもできるため、位相調整回路３１２による位相の調整は、±９０度に限定されるものではない。
【００６２】
また、本実施形態では、振動部材２０の両面にそれぞれ圧電素子３０が設けられているが、２つの圧電素子３０の各縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２、４３は、圧電アクチュエーター１０を一方の圧電素子３０の第２電極６０側から平面視した際に重なるように配置されており、平面視した際に重なる領域において同じ方向の伸張・収縮を行わせることで、振動部材２０は面内方向に変形する。
【００６３】
制御装置３００を構成する切換手段３３０は、圧電モーター１の何れかの電極６１〜６３の接続先を、駆動手段３１０と制御手段３２０とに切り換えるものであり、例えば、スイッチやスイッチング素子等からなる。本実施形態では、切換手段３３０として、第２屈曲振動用電極部６３を駆動手段３１０と制御手段３２０とに切り替え可能に接続するスイッチ３３１を設けた。
【００６４】
ここで、切換手段３３０が第２屈曲振動用電極部６３を制御手段３２０に接続すると、第２屈曲振動用電極部６３には駆動信号４０２等が入力されることがなく、第２屈曲振動用電極部６３は、縦振動励起領域４１の縦振動と一方の屈曲振動励起領域４２の屈曲振動とを行った際の変形によって、他方の屈曲振動励起領域４３が変形されて、変形エネルギーを電気エネルギーに変換したものを制御手段３２０に供給する。
【００６５】
また、切換手段３３０が第２屈曲振動用電極部６３を駆動手段３１０に接続すると、第２屈曲振動用電極部６３には駆動信号４０２が入力される。
【００６６】
一方、制御手段３２０は、切換手段３３０を制御して、縦振動用電極部６１、第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３の何れかの電極（本実施形態では、第２屈曲振動用電極部６３）の接続先を制御手段３２０と駆動手段３１０とに切り替えるように切換手段３３０を制御するものである。
【００６７】
制御手段３２０は、本実施形態では、検出回路３２１と、駆動信号制御回路３２２と、を具備する。
【００６８】
検出回路３２１は、第２屈曲振動用電極部６３から入力された電圧（励起電圧波形）から振動状態をデータとして出力するものである。本実施形態では、検出回路３２１は、一定時間内に検出された電圧値（励起電圧波形）をメモリーし、一定時間内の電圧値の中で最大となるものを検出して最大電圧データとして駆動信号制御回路３２２に出力するようにした。
【００６９】
なお、検出回路３２１は、最大電圧を検出するものに限定されず、例えば、駆動手段３１０が生成した駆動信号４００の駆動波形に対して、第２屈曲振動用電極部６３から入力された励起電圧波形の位相差を検出して、位相差をデータとして出力するようにしてもよい。もちろん、最大電圧データと位相差データとの両方を出力するようにしてもよい。
【００７０】
駆動信号制御回路３２２は、検出回路３２１から出力された最大電圧データを受け取り、駆動手段３１０が圧電モーター１を最適出力で駆動しているか判定する。ここで、圧電モーター１から最大出力を得るためには、圧電モーター１を共振周波数で駆動するのが好ましい。しかしながら、圧電モーター１の共振周波数は、圧電モーター１の加工精度や、使用時の熱、当接部２１や回転軸３の摩耗等によって変動するものである。駆動信号制御回路３２２は、検出回路３２１が検出した最大電圧から圧電モーター１が最適出力（共振周波数）で駆動しているか判断するものである。ちなみに、駆動信号制御回路３２２が、駆動手段３１０が最適出力で駆動しているか判断するためには、駆動手段３１０から初期信号として、所定の周波数の駆動信号４００を出力させて最大電圧を検出し、その後、駆動信号の周波数を変化させて、初期信号に対して変化させた駆動信号で検出した最大電圧が増大したか、減少したか比較することで判断することができる。検出回路３２１が検出した最大電圧が増大した場合には、駆動信号制御回路３２２は、駆動手段３１０から出力される駆動信号の周波数をさらに同じ方向に変化させる。また、検出回路３２１が検出した最大電圧が減少した場合には、元の駆動信号を最適出力とするか、または、駆動手段３１０から出力される駆動信号の周波数を前回とは反対方向に変化させるようにすればよい。
【００７１】
また、駆動信号制御回路３２２は、所定のタイミングで、第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段３１０と制御手段３２０とに切り替えるように切換手段３３０を制御する。ここで、駆動信号制御回路３２２が第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段３１０から制御手段３２０に切り換えるタイミングは、例えば、圧電モーター１の駆動初めや、圧電モーター１を駆動している最中の一定期間毎などである。また、駆動信号制御回路３２２が第２屈曲振動用電極部６３の接続先を制御手段３２０から駆動手段３１０に切り換えるタイミングは、駆動信号制御回路３２２が、駆動手段３１０が圧電モーター１を最適出力で駆動していると判断した場合である。
【００７２】
ここで、このような制御装置３００による圧電モーター１の制御方法について説明する。なお、図８は、本発明の制御方法を示すフローチャートである。
【００７３】
まず、ステップＳ１で、駆動信号制御回路３２２が切換手段３３０を制御することによって、駆動手段３１０に接続された第２屈曲振動用電極部６３を制御手段３２０に接続する。
【００７４】
次に、ステップＳ２で、駆動手段３１０から所定の周波数である駆動信号（初期信号）を出力させて、圧電モーター１を駆動する。駆動手段３１０による駆動の開始・停止や、出力される駆動信号の周波数は、制御手段３２０の駆動信号制御回路３２２からの信号によって制御することができる。また、圧電モーター１の駆動は、本実施形態では、第２屈曲振動用電極部６３が制御手段３２０に接続されているため、駆動手段３１０に接続された縦振動用電極部６１と第１屈曲振動用電極部６２とを介してそれぞれ縦振動励起領域４１と屈曲振動励起領域４２とが駆動される。このときの圧電アクチュエーター１０の駆動は、縦振動と屈曲振動とが合成された駆動となるため、当接部２１は楕円軌道を描くように回転されて、回転軸３は回転される。
【００７５】
このとき、駆動していない屈曲振動励起領域４３は、縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２の駆動によって変形されて、第２屈曲振動用電極部６３から電圧（励起電圧波形）が出力される。そして、検出回路３２１が第２屈曲振動用電極部６３から入力された電圧（励起電圧波形）から最大電圧を検出し、駆動信号制御回路３２２に最大電圧データとして出力する（ステップＳ３）。
【００７６】
次に、ステップＳ４で、駆動信号制御回路３２２が、検出回路３２１からの最大電圧データが最適出力によって駆動（共振周波数による駆動）されたものであるか判断する（ステップＳ４）。
【００７７】
駆動信号制御回路３２２が、圧電モーター１を駆動した駆動信号４００が最適出力ではないと判断した場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ５で、駆動信号制御回路３２２が駆動信号生成回路３１１を制御することにより、駆動信号生成回路３１１から出力される駆動信号４００の周波数を変更する。その後は、変更された周波数の駆動信号４００で、ステップＳ２からステップＳ４を繰り返し行う。
【００７８】
また、ステップＳ４で、駆動信号制御回路３２２が、圧電モーター１を駆動した駆動信号４００が最適出力だと判断した場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ６で、駆動信号制御回路３２２は、切換手段３３０を制御して、第２屈曲振動用電極部６３の接続先を制御手段３２０から駆動手段３１０に切り替える。これにより、圧電モーターの全ての電極に最適出力となった駆動信号４００が入力されて、圧電モーター１を効率よく、且つ圧電体層４０の略全面を用いた高出力で駆動することができる（全駆動状態）。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態の圧電モーター装置Ｉでは、圧電モーター１の２つの電極（縦振動用電極部６１及び第１屈曲振動用電極部６２）に駆動信号を入力して駆動し、駆動に用いる電極（第２屈曲振動用電極部６３）を駆動することなく、検出電極として駆動状態を検出することで、駆動信号が最適出力か判別して最適出力となるように調整する。そして、最適出力決定後には、検出電極（第２屈曲振動用電極部６３）の接続先を駆動手段３１０に切り換えることで、全ての電極６１〜６３に駆動信号を供給して、全駆動状態とするため、圧電モーター１を最適出力で効率良く、且つ電極６１〜６３の全てを用いて圧電体層４０の略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【００８０】
なお、本実施形態では、圧電モーター１と、圧電モーター１を駆動制御する制御装置２００とで構成される圧電モーター装置Ｉについて例示したが、圧電モーター装置Ｉとしては、特にこれに限定されず、例えば、圧電モーター１に切換手段３３０のみを設けた圧電モーター装置としてもよい。
【００８１】
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８２】
図９に示すように圧電モーター装置Ｉは、圧電モーター１と、制御装置３００Ａとを具備する。
【００８３】
制御装置３００Ａは、駆動手段３１０と、制御手段３２０と、切換手段３３０Ａとを具備する。
【００８４】
切換手段３３０Ａは、圧電モーター１の第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段３１０と制御手段３２０とに切り替えるスイッチ３３１と、駆動手段３１０と第１屈曲振動用電極部６２とを接続又は切断するスイッチ３３２とを具備する。
【００８５】
スイッチ３３２は、スイッチ３３１が第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段から制御手段３２０に切り替えると同時に第１屈曲振動用電極部６２と駆動手段３１０との接続を切断する。また、スイッチ３３２は、第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段３１０に戻すと同時に第１屈曲振動用電極部６２を駆動手段３１０と接続する。
【００８６】
このような切換手段３３０Ａによる接続先の切り換えは、上述した実施形態１と同様に駆動信号制御回路３２２によって所定のタイミングで行われる。
【００８７】
このような制御装置３００では、切換手段３３０Ａによって、第２屈曲振動用電極部６３の駆動手段３１０との接続を、制御手段３２０との接続に切り換えると同時に、駆動手段３１０と第１屈曲振動用電極部６２との接続が切断されるため、最適出力か判別する際に、圧電モーター１の縦振動用電極部６１のみが駆動手段３１０に接続される。したがって、圧電モーター１は縦振動励起領域４１のみが駆動して縦振動のみを行う。そして、第２屈曲振動用電極部６３は、縦振動のみによって変形された屈曲振動励起領域４３の電圧変化を検出して検出回路３２１に出力するため、駆動信号制御回路３２２は、圧電モーター１の縦振動が最適出力で駆動されているか判別することができる。
【００８８】
また、駆動信号制御回路３２２が圧電モーター１の縦振動が最適出力の駆動信号で駆動されたと判断した後は、駆動信号制御回路３２２は、切換手段３３０Ａを制御することによって、全ての電極６１〜６３を駆動手段３１０に接続し、全駆動を行わせる。
【００８９】
これにより、圧電モーター１を最適出力で効率良く、且つ電極６１〜６３の全てを用いて圧電体層４０の略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【００９０】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９１】
図１０に示すように圧電モーター装置Ｉは、圧電モーター１と、制御装置３００Ｂと、を具備する。
【００９２】
制御装置３００Ｂは、駆動手段３１０と、制御手段３２０と、切換手段３３０Ｂとを具備する。
【００９３】
切換手段３３０Ｂは、圧電モーター１の第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段３１０と制御手段３２０とに切り替えるスイッチ３３１と、駆動手段３１０と縦振動用電極部６１とを接続又は切断するスイッチ３３３とを具備する。
【００９４】
スイッチ３３３は、スイッチ３３１が第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段から制御手段に切り替えると同時に縦振動用電極部６１と駆動手段３１０との接続を切断する。また、スイッチ３３３は、第２屈曲振動用電極部６３の接続先を駆動手段３１０に戻すと同時に縦振動用電極部６１を駆動手段３１０と接続する。
【００９５】
このような切換手段３３０Ｂによる接続の切り換えは、上述した実施形態１と同様に駆動信号制御回路３２２によって所定のタイミングで行われる。
【００９６】
このような制御装置３００Ｂでは、切換手段３３０Ｂによって、第２屈曲振動用電極部６３の駆動手段３１０との接続を、制御手段３２０との接続に切り換えると同時に、駆動手段３１０と縦振動用電極部６１との接続が切断されるため、圧電モーター１は、第１屈曲振動用電極部６２のみが駆動手段３１０に接続される。したがって、圧電モーター１は一方の屈曲振動励起領域４２のみが駆動して屈曲振動のみを行う。そして、第２屈曲振動用電極部６３は、屈曲振動のみによって変形された屈曲振動励起領域４３の電圧変化を検出して検出回路に出力するため、駆動信号制御回路３２２は、圧電モーター１の屈曲振動が最適出力で駆動されているか判別することができる。
【００９７】
また、駆動信号制御回路３２２が圧電モーター１の縦振動が最適出力の駆動信号で駆動されたと判断した後は、駆動信号制御回路３２２は、切換手段３３０Ｂを制御することによって、全ての電極６１〜６３を駆動手段３１０に接続し、全駆動を行わせる。
【００９８】
これにより、圧電モーター１を最適出力で効率良く、且つ電極６１〜６３の全てを用いて圧電体層４０の略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【００９９】
（実施形態４）
図１１は、本発明の実施形態４に係る圧電モーターの分解斜視図であり、図１２は、圧電モーターの平面図であり、図１３は、図２のＢ−Ｂ′線断面図であり、図１４は、圧電アクチュエーターの要部平面図である。
【０１００】
図示するように、実施形態４の圧電モーター１Ａを構成する圧電アクチュエーター１０Ａは、振動部材２０と、振動部材２０の両面にそれぞれ接着された圧電素子３０Ａとを具備する。
【０１０１】
振動部材２０の両面にそれぞれ設けられた圧電素子３０Ａは、圧電体層４０Ａと、圧電体層４０Ａの振動部材２０側に設けられた第１電極５０Ａと、圧電体層４０Ａの第１電極５０Ａとは反対側に設けられた第２電極６０Ａと、を有する。
【０１０２】
圧電体層４０Ａは、上述した実施形態１と同様に電気機械変換作用を示す圧電材料からなる。
【０１０３】
圧電体層４０Ａは、第２電極６０Ａが設けられた面内において、圧電素子３０に縦振動を励起する縦振動励起領域４１と、圧電素子３０Ａに屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域４２、４３とに分割されている。
【０１０４】
具体的には、圧電体層４０は、図１４（ａ）に示すように、短手方向（振動部材２０の当接部２１が設けられた方向とは交差する方向）にほぼ三等分された中央部に縦振動励起領域４１が設けられている。また、圧電素子３０Ａの短手方向における縦振動励起領域４１の両側には、長手方向に２分割されて対角となる領域が一対となる２組（すなわち２対）の屈曲振動励起領域４２、４３が設けられている。
【０１０５】
このような圧電体層４０Ａは、縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２、４３の一方の組と、屈曲振動励起領域４２、４３の他方の組とは、分極方向が逆転するように設けられている。本実施形態では、縦振動励起領域４１及び一方の組の屈曲振動励起領域４２を第２電極６０Ａ側が正極性（＋）で第１電極５０Ａ側が負極性（−）となるように分極すると共に、他方の組の屈曲振動励起領域４３を第２電極６０Ａ側が負極性（−）で第１電極５０Ａ側が正極性（＋）となるように分極した。また、屈曲振動励起領域４２、４３の分極方向は、それぞれ図に示したものと逆であってもよい。
【０１０６】
圧電体層４０Ａの分極処理の方法は、特に限定されないが、本実施形態では、第１電極５０Ａを分極方向が異なる領域で分離し、第１電極５０Ａの分離した領域に順次、互いに逆方向となる電圧を印加することで圧電体層４０Ａの分極処理を行うようにした。
【０１０７】
第１電極５０Ａは、図１４（ｂ）に示すように、分極方向が同じ縦振動励起領域４１及び一方の組の屈曲振動励起領域４２に相対向して設けられた第１分極用電極部５１と、分極方向が逆転する他方の組の屈曲振動励起領域４３に相対向して設けられた第２分極用電極部５２とが分極用溝部５３によって隔離されて面内方向で分割されている。
【０１０８】
また、第１電極５０Ａは、図１３に示すように、振動部材２０に固定される。このとき、振動部材２０を導電性材料で形成することで、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とは、振動部材２０を介して電気的に導通される。ちなみに、第１電極５０Ａと振動部材２０とを絶縁性の接着剤で接着したとしても、第１電極５０Ａと振動部材２０とを互いに押圧した状態で接着することで、２つの第１分極用電極部５１及び第２分極用電極部５２を互いに電気的に導通させることができる。したがって、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とは、面内方向で分極用溝部５３によって物理的に分割されているが、振動部材２０を介して電気的に導通されたものである。すなわち、本実施形態の振動部材２０は、２つの圧電素子３０Ａの第１電極５０Ａ同士を電気的に導通させる共通電極としても機能する。
【０１０９】
このような第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とを利用して、上述したように圧電体層４０Ａの分極処理が行われる。すなわち、振動部材２０に接合する前の圧電素子３０Ａを分極処理する際に、例えば、第１分極用電極部５１と第２電極６０Ａとの間に一方向となる電圧を印加して分極処理を行った後、第２分極用電極部５２と第２電極６０Ａとの間に、反対方向の電圧を印加して分極処理を行うことで、圧電体層４０Ａに分極方向の異なる２つの領域を容易に形成することができる。
【０１１０】
なお、本実施形態では、第１電極５０Ａとして、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とによって圧電体層４０Ａの分極処理を行った後、第１分極用電極部５１及び第２分極用電極部５２を除去して新たに分割されていない第１電極を形成するようにしてもよい。
【０１１１】
第２電極６０Ａは、圧電体層４０Ａの第１電極５０Ａとは反対側に設けられたものであり、図１４（ｃ）に示すように、面内の圧電素子３０Ａの短手方向において、圧電体層４０Ａの縦振動励起領域４１と、縦振動励起領域４１の両側に設けられた屈曲振動励起領域４２、４３とを隔離して分割する溝部７０Ａを有する。溝部７０Ａは、圧電素子３０の短手方向において、圧電体層４０Ａの縦振動励起領域４１と、縦振動励起領域４１の両側に設けられたそれぞれの屈曲振動励起領域４２、４３との境界に沿って設けられている。これにより、第２電極６０Ａは、圧電体層４０Ａの縦振動励起領域４１に対応して設けられた縦振動用電極部６１Ａと、縦振動励起領域４１の短手方向両側に設けられ屈曲振動励起領域４２、４３とに設けられた第１屈曲振動用電極部６２Ａ及び第２屈曲振動用電極部６３Ａとの３つの電極部６１Ａ〜６３Ａで構成されている。第１屈曲振動用電極部６２Ａは、縦振動励起領域４１の短手方向の一方側に設けられて、屈曲振動励起領域４２を構成する２つの領域の一方４２Ａと、屈曲振動励起領域４３を構成する２つの領域の一方４３Ａとに跨って設けられている。また、第２屈曲振動用電極部６３Ａは、縦振動励起領域４１の短手方向の他方側に設けられて、屈曲振動励起領域４２を構成する２つの領域の他方４２Ｂと、屈曲振動励起領域４３を構成する２つの領域の他方４３Ｂとに跨って設けられている。また、縦振動用電極部６１Ａの短手方向両側にそれぞれ設けられた第１屈曲振動用電極部６２Ａ及び第２屈曲振動用電極部６３Ａは、縦振動用電極部６１Ａの長手方向両端部において互いに連続するように設けられている。すなわち、第１屈曲振動用電極部６２Ａ及び第２屈曲振動用電極部６３Ａは、面内で物理的及び電気的に連続して設けられている。したがって、上述した溝部７０Ａは、第２電極６０Ａの表面に矩形状に設けられ、矩形状に設けられた溝部７０Ａの内側に縦振動用電極部６１Ａが画成されていると共に溝部７０Ａの外側に第１屈曲振動用電極部６２Ａ及び第２屈曲振動用電極部６３Ａが一体的に画成されている。
【０１１２】
ちなみに、圧電素子３０Ａの長手方向の両端部は、圧電素子３０Ａの振動にほとんど寄与しない不活性領域であるため、縦振動用電極部６１Ａの長手方向両端部で、第１屈曲振動用電極部６２Ａ及び第２屈曲振動用電極部６３Ａが互いに連続するように設けても、圧電素子３０Ａの振動特性が低下することはない。
【０１１３】
このような構成の第２電極６０Ａでは、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａが連続しているため、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａには同一の駆動信号（例えば、図５に示す駆動信号４０１）が印加される。これにより、圧電体層４０Ａの２組の屈曲振動励起領域４２、４３には同じ方向の電圧（電界）が同じタイミングで印加される。しかしながら、一方の組の屈曲振動励起領域４２と他方の組の屈曲振動励起領域４３とは、分極方向が逆転しているため、２組の屈曲振動励起領域４２、４３の変形も同様に反転する。すなわち、２組の屈曲振動励起領域４２、４３に同一方向の電界が印加されても、一方の組の屈曲振動励起領域４２は伸張変形し、他方の組の屈曲振動励起領域４３は収縮変形する。また、印加する電界の方向を逆転させると、２組の屈曲振動励起領域４２、４３の伸張・収縮が反転する。すなわち、一方の屈曲振動励起領域４２は収縮し、他方の屈曲振動励起領域４３は伸張する。
【０１１４】
このように、圧電体層４０Ａの縦振動励起領域４１を挟んで対角に位置して対をなす２組の屈曲振動励起領域４２、４３をそれぞれ伸張又は収縮させることで、圧電素子３０をＳ字状及び逆Ｓ字状に屈曲させることができる。
【０１１５】
また、圧電アクチュエーター１０Ａに搭載された圧電素子３０Ａの各電極（第１電極５０Ａ及び第２電極６０Ａ）には、圧電素子３０Ａを駆動するための配線が接続されている。
【０１１６】
図１３に示すように、第１電極５０Ａは、振動部材２０に電気的に接続されているため、図１２に示すように、振動部材２０を介して共通配線９０が接続される。
【０１１７】
また、第２電極６０Ａを構成する縦振動用電極部６１Ａと、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａとには、図１２に示すように、それぞれ縦振動用個別配線９１と、屈曲振動用個別配線９２との２本の個別配線が接続されている。具体的には、共通配線９０は、圧電アクチュエーター１０Ａの振動部材２０の腕部２２に接続されている。これにより、共通配線９０は、振動部材２０を介して第１電極５０に電気的に接続されている。
【０１１８】
また、縦振動用個別配線９１は、第２電極６０Ａの縦振動用電極部６１Ａの長手方向中央部に接続されている。また、屈曲振動用個別配線９２は、第２電極６０Ａの第１屈曲振動用電極部６２Ａの長手方向中央部に接続されている。なお、縦振動用個別配線９１及び屈曲振動用個別配線９２は、それぞれ圧電素子３０Ａの縦振動及び屈曲振動における基点となる長手方向の中央部に接続されることで、個別配線９１、９２の断線や個別配線９１、９２による圧電素子３０Ａへの変位の阻害を抑制している。
【０１１９】
なお、本実施形態では、振動部材２０の両面に圧電素子３０Ａが設けられているため、圧電素子３０Ａの各第２電極６０Ａにそれぞれ個別配線９１、９２を接続するようにしてもよく、また、２つの圧電素子３０Ａの縦振動用電極部６１同士と、屈曲振動用電極部６２（６３）同士とを配線等で互いに接続するようにしてもよい。
【０１２０】
このように、圧電素子３０Ａの第２電極６０Ａを溝部７０Ａによって隔離する数を減らすことで、１つの圧電素子３０Ａの第２電極６０Ａに２本の個別配線９１、９２を接続するだけで、圧電素子３０Ａを駆動することができる。これに対して、実施形態１の分極方向が面内で同一の圧電体層４０を用いた圧電素子３０の場合、１つの圧電素子３０の第２電極６０は、１つの縦振動用電極部６１と２組の第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３との合計５つに分割される。このような実施形態１の５分割された第２電極６０を有する圧電素子３０では、対角となる第１屈曲振動用電極部６２同士及び第２屈曲振動用電極部６３同士を接続する２本の導通配線９４をたすき掛けするように２本接続し、さらに縦振動用電極部６１に個別配線９１を１本、対角をなす２組の屈曲振動用電極部６２、６３にそれぞれ個別配線９２、９３を１本ずつの合計５本の接続が必要となる。このように、実施形態１の５つに分割された第２電極６０を有する圧電素子３０には、複数本の配線９０〜９４が接続されるため、配線９１〜９４の質量によって圧電素子３０の振動を阻害して変位特性が低下してしまう。また、実施形態１では、複数の配線９０〜９４を接続するための接続箇所が多く、接続時の加熱や加圧などの影響によって圧電素子３０の圧電特性が変化し、均一な特性の圧電素子３０を得ることができない。本実施形態では、圧電素子３０Ａに接続される配線９１、９２の数を減らすことができるため、配線９１、９２の質量による圧電素子３０Ａの変位低下を抑制することができると共に、配線９１、９２を接続する際の加熱や加圧による圧電素子３０Ａへの悪影響を抑制して、均一な圧電特性を有する圧電素子３０Ａを得ることができる。
【０１２１】
また、実施形態１の第２電極６０を５分割した圧電アクチュエーター１０では、圧電素子３０の短手方向において縦振動用電極部６１を挟んで相対向する領域の第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３を導通させることができないが、本実施形態では、縦振動用電極部６１Ａを挟んだ両側の屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａに同一の駆動波形を供給することができるため、縦振動用電極部６１Ａの長手方向両端部で２つの屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを互いに導通することができる。これによっても接続する配線、すなわち、たすき掛けする導通配線９４が不要となる。
【０１２２】
さらに、本実施形態では、縦振動用電極部６１Ａの両側で第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを互いに連続させるようにしたが、特にこれに限定されず、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａにそれぞれ個別配線を接続するようにしてもよい。この場合、外部からの配線は実施形態１の５分割された第２電極６０と同じ数の３本となるが、従来とは異なり、たすき掛けする２本の導通配線９４が不要になるため、上述した効果を奏することができる。
【０１２３】
ここで、本実施形態の圧電モーター１Ａを具備する圧電モーター装置について図１５を参照して説明する。なお、図１５は、圧電モーター装置の概略構成を示す図である。
【０１２４】
図１５に示すように、圧電モーター装置Ｉは、圧電モーター１Ａと、制御装置３００Ｃと、を具備する。
【０１２５】
また、制御装置３００Ｃは、駆動手段３１０Ａと、制御手段３２０と、切換手段３３０と、を具備する。
【０１２６】
駆動手段３１０Ａは、駆動信号生成回路３１１と、位相調整回路３１２と、２つの増幅回路３１４とを具備する。すなわち、本実施形態の駆動手段３１０Ａは、実施形態１の駆動手段３１０に設けられていた位相反転回路３１３が設けられておらず、また、増幅回路３１４の数も２つとなっているものである。
【０１２７】
駆動手段３１０Ａの駆動信号生成回路３１１は、基本となる駆動信号４００（図５参照）を生成し、位相調整回路３１２が基本となる駆動信号４００の位相を例えば、±９０度ずらした駆動信号４０１（図５参照）を生成する。そして、駆動信号生成回路３１１が生成した基本となる駆動信号４００は、増幅回路３１４によって増幅されて縦振動用電極部６１Ａに供給される。また、位相をずらした駆動信号４０１は、増幅回路３１４によって増幅されて第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａに供給される。
【０１２８】
また、切換手段３３０は、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａの接続先を駆動手段３１０Ａと制御手段３２０とに切り換える。なお、切換手段３３０による接続先の切り換えは、上述した実施形態１と同様に、駆動信号制御回路３２２の制御によって所定のタイミングで行われる。
【０１２９】
なお、本実施形態では、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａが制御手段３２０に接続されるため、駆動手段３１０Ａは縦振動用電極部６１Ａのみに駆動信号４００を供給し、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａからは縦振動によって励起された電圧（励起電圧波形）のみが取得される。
【０１３０】
ここで、切換手段３３０によって接続先を切り換えるタイミングは、上述した実施形態１と同様に、駆動手段３１０Ａの駆動信号が最適出力となる前までは、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを制御手段３２０に接続し、駆動信号制御回路３２２が駆動手段３１０Ａから最適出力が出力されるように調整した後は、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを駆動手段３１０Ａに接続する。
【０１３１】
このような制御装置３００Ｃでは、切換手段３３０によって、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａの駆動手段３１０Ａとの接続を、制御手段３２０との接続に切り換えるため、最適出力か判別する際に圧電モーター１Ａの縦振動用電極部６１Ａのみが駆動手段３１０Ａに接続される。したがって、圧電モーター１Ａは縦振動励起領域４１のみが駆動して縦振動のみを行う。そして、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａは、縦振動のみによって変形された屈曲振動励起領域４２、４３の電圧変化を検出して検出回路３２１に出力するため、駆動信号制御回路３２２は、圧電モーター１Ａの縦振動が最適出力で駆動されているか判別することができる。
【０１３２】
また、駆動信号制御回路３２２が圧電モーター１Ａの縦振動が最適出力の駆動信号で駆動されたと判断した後は、駆動信号制御回路３２２は、切換手段３３０を制御することによって、全ての電極６１Ａ〜６３Ａを駆動手段３１０Ａに接続し、全駆動を行わせる。
【０１３３】
これにより、圧電モーター１Ａを最適出力で効率良く、且つ電極６１Ａ〜６３Ａの全てを用いて圧電体層４０Ａの略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【０１３４】
（実施形態５）
図１６は、本発明の実施形態５に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。なお、上述した実施形４と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１３５】
図１６に示すように、本実施形態の圧電モーター装置Ｉは、実施形態４と同様の圧電モーター１Ａと、制御装置３００Ｄとを具備する。
【０１３６】
制御装置３００Ｄは、駆動手段３１０Ａ、制御手段３２０、切換手段３３０Ｃ及び外力検出手段３４０を具備する。
【０１３７】
外力検出手段３４０は、圧電モーター１Ａの非駆動時に圧電モーター１Ａの何れかの電極６１Ａ〜６３Ａの電圧を検出するものであり、本実施形態では、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａに接続されて第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａから出力された電圧を検出する測定器等の外力検出回路３４１を具備する。
【０１３８】
ここで、圧電モーター１Ａが駆動していない状態で、回転軸３を回転させると、圧電モーター１Ａの当接部２１が回転軸３の周方向に移動されて、圧電アクチュエーター１０Ａが屈曲される。これにより、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａから変形エネルギーを電気エネルギーに変換した電圧が外力検出回路３４１（外力検出手段３４０）に入力される。そして、電圧を測定する外力検出回路３４１が電圧を検知することで、回転軸３が圧電アクチュエーター１０Ａ以外の外力によって回転されたことを検出することができる。また、外力検出回路３４１が検出する電圧の大きさによって回転軸３の圧力（外力の大きさ）を検出することもできる。
【０１３９】
切換手段３３０Ｃは、圧電モーター１Ａの何れかの電極６１Ａ〜６３Ａの接続先を駆動手段３１０Ａ、制御手段３２０又は外力検出手段３４０に切り換えるものであり、本実施形態では、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａに接続されたスイッチ３３４を有する。スイッチ３３４の切り換えるタイミングや接続先等の制御は、上述した実施形態１と同様に、駆動信号制御回路３２２によって行われる。
【０１４０】
具体的には、圧電モーター１Ａを駆動していない状態では、切換手段３３０Ｃは、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを外力検出手段３４０に接続する。
【０１４１】
圧電モーター１Ａが駆動されると、切換手段３３０Ｃは、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを制御手段３２０（検出回路３２１）に接続する。これにより、駆動信号の最適化が図られ、駆動信号が最適化されたら、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａは駆動手段３１０Ａに接続される。
【０１４２】
もちろん、上述した実施形態１と同様に、圧電モーター１Ａの駆動中に一定の間隔で、切換手段３３０Ｃが第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａの接続先を駆動手段３１０Ａから制御手段３２０に切り替えて、駆動信号の最適化を図るようにしてもよい。
【０１４３】
（実施形態６）
図１７は、本発明の実施形態６に係る圧電モーター装置の概略構成を示す図である。なお、上述した実施形態４と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１４４】
図１７に示すように、本実施形態の圧電モーター装置Ｉは、圧電モーター１Ａと、制御装置３００Ｅと、を具備する。
【０１４５】
また、制御装置３００Ｅは、駆動手段３１０Ａ、制御手段３２０及び切換手段３３０Ｄを有する。
【０１４６】
切換手段３３０Ｄは、本実施形態では、圧電素子３０Ａの縦振動用電極部６１Ａの接続先を駆動手段３１０Ａと制御手段３２０とに切り換えるスイッチ３３５を有する。すなわち、本実施形態では、駆動状態を検出する際に、圧電アクチュエーター１０Ａの第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを駆動すると共に、縦振動用電極部６１Ａから電圧を検出する。これにより、圧電アクチュエーター１０Ａの屈曲振動の状態を把握して、屈曲振動の駆動信号を最適出力とすることができる。
【０１４７】
ちなみに、縦振動用電極部６１Ａを駆動して、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを検出に用いると、縦振動用電極部６１Ａのみの駆動により、回転軸３が外力によって容易に回転してしまう。このため、圧電モーター１Ａの停止時に回転軸３の位置を固定しておきたい場合などには回転軸３を固定する手段が必要となってしまうが、本実施形態のように屈曲振動のみを行わせることで、回転軸３が外力によって容易に回転することがないため、回転軸３を固定する手段が不要となる。
【０１４８】
このような制御装置３００Ｅでは、切換手段３３０Ｄによって、縦振動用電極部６１Ａの駆動手段３１０Ａとの接続を、制御手段３２０との接続に切り換えるため、最適出力か判別する際に圧電モーター１Ａの第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａのみが駆動手段３１０Ａに接続される。したがって、圧電モーター１Ａは第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａのみが駆動して屈曲振動のみを行う。そして、縦振動用電極部６１Ａは、屈曲振動のみによって変形された縦振動励起領域４１の電圧変化を検出して検出回路３２１に出力するため、駆動信号制御回路３２２は、圧電モーター１Ａの屈曲振動が最適出力で駆動されているか判別することができる。
【０１４９】
また、駆動信号制御回路３２２が圧電モーター１Ａの屈曲振動が最適出力の駆動信号で駆動されたと判断した後は、駆動信号制御回路３２２は、切換手段３３０Ｄを制御することによって、全ての電極６１Ａ〜６３Ａを駆動手段３１０Ａに接続し、全駆動を行わせる。
【０１５０】
これにより、圧電モーター１Ａを最適出力で効率良く、且つ電極６１Ａ〜６３Ａの全てを用いて圧電体層４０Ａの略全面を用いた高出力駆動を実現できる。
【０１５１】
（実施形態７）
上述した実施形態５では、縦振動用電極部６１Ａに駆動信号を供給して縦振動を行わせて、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａによって縦振動を検出している。しかしながら、図１４（ａ）に示す例では、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａは、第２電極６０Ａ側がプラスとなる分極の屈曲振動励起領域４２Ａ、４２Ｂと、第２電極６０Ａ側がマイナスとなる分極の屈曲振動励起領域４３Ａ、４３Ｂで励起されて発生した電荷を検出するが、圧電アクチュエーター１０Ａ（圧電素子３０Ａ）の形状が、振動変形の中心線Ｘ、Ｙ（図１８参照）を中心として対称となる形状（分極面積）となっているため、分極が反転するそれぞれの領域において収縮と伸長とが同程度行われる。これにより、励起されて発生した電荷は互いに打ち消し合ってしまい正確な電圧を検出することができない虞がある。
【０１５２】
このため、圧電素子３０の電極の位置・面積、分極反転の境界位置を、振動変位の中心線Ｘ、Ｙに対して偏らせることで、励起される電荷の大きさに差を生じさせて電圧の検出を確実に行なうことができる。このような例を図１８〜図１９に示す。なお、図１８〜図１９は、本発明の実施形態７に係る圧電モーターを示す要部平面図である。なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【０１５３】
図１８（ａ）に示すように、圧電素子３０Ｂは、圧電体層４０Ａ、第１電極５０Ａ及び第２電極６０Ｂを具備する。第２電極６０Ｂは、縦振動用電極部６１Ｂと、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｂ、６３Ｂとを有し、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｂ、６３Ｂは、縦振動用電極部６１Ｂの長手方向一端部側（当接部２１とは反対側）でのみ連続させて、当接部２１側では縦振動用電極部６１Ｂによって分割されている。このような構成では、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｂ、６３Ｂによって検出される互いに反転する分極面積が振動変位の中心線Ｙを中心として非対称となるため、中心線Ｙの両側で励起される符号が互いに反転する電荷の大きさに差が生じて、電圧を確実に検出することができる。
【０１５４】
また、図１８（ｂ）に示すように、圧電素子３０Ｃは、圧電体層４０Ｂ、第１電極５０Ａ及び第２電極６０Ａを具備する。圧電体層４０Ｂは、振動変位の中心線Ｘに対して、屈曲振動励起領域４２Ａと４３Ａとの境界が当接部２１とは反対側に移動され、屈曲振動励起領域４２Ｂと４３Ｂとの境界を当接部２１側に移動されている。これにより、振動変位の中心線Ｙを中心として左右の互いに反転する分極の圧電体層４０Ｂの面積が非対称となり、各領域で励起される電荷の大きさ（絶対値）に差を生じさせて、電圧を確実に検出することができる。
【０１５５】
また、図１８（ｃ）に示すように、圧電素子３０Ｄは、圧電体層４０Ａ、第１電極５０Ａ及び第２電極６０Ｃを具備する。第２電極６０Ｃは、縦振動用電極部６１Ａと、第１屈曲振動用電極部６２Ｃと、第２屈曲振動用電極部６３Ｃとを有する。第１屈曲振動用電極部６２Ｃの短手方向における幅を、第２屈曲振動用電極部６３Ｃの幅よりも狭くする。これにより、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｃ及び６３Ｃに対応する互いに反転する分極の圧電体層４０Ｂの面積が非対称となり、各領域で励起される電荷の大きさ（絶対値）に差を生じさせて、電圧を確実に検出することができる。
【０１５６】
さらに、上述した実施形態６においても同様であり、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａを駆動し、縦振動用電極部６１Ａの電圧を検出しようとすると、縦振動用電極部６１Ａが設けられた縦振動励起領域４１は、両側の第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａによって伸長・収縮する面積が同じとなり、励起されて発生した電荷が互いに打ち消しあってしまう。例えば、第１屈曲振動用電極部６２の設けられた屈曲振動励起領域４２が圧縮し、第２屈曲振動用電極部６３の設けられた屈曲振動励起領域４３が伸長した場合、縦振動励起領域４１は、隣接する屈曲振動励起領域４２、４３によって収縮及び伸長される。したがって、発生する電荷は互いに打ち消しあってしまう。
【０１５７】
このため、実施形態６の構成の圧電モーター装置Ｉであっても、圧電素子３０の電極の位置・面積、分極反転の境界位置を、振動変位の中心線に対して偏らせることで、発生する電荷に差を生じさせて検出することができる。
【０１５８】
図１９に示すように、圧電素子３０Ｅは、圧電体層４０Ａ、第１電極５０Ａ及び第２電極６０Ｄを具備する。第２電極６０Ｄは、縦振動用電極部６１Ｃと、第１及び第２の屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａとを有する。縦振動用電極部６１Ｃは長手方向の振動変位の中心線Ｘよりも当接部２１側が第１屈曲振動用電極部６２Ａ側（図中下側）に移動され、中心線Ｘよりも当接部２１とは反対側が第１屈曲振動用電極部６２Ａ（図中上側）に移動されている。これにより、例えば、第１屈曲振動用電極部６２Ａの設けられた屈曲振動励起領域４２を圧縮し、第２屈曲振動用電極部６３Ａの設けられた屈曲振動励起領域４３を伸長すると、縦振動励起領域４１の屈曲振動励起領域４２側に隣接する領域で、屈曲振動励起領域４３に隣接する側に比べて多くの電荷が発生し、電荷が打ち消し合うことがなく、電圧の検出を行うことができる。
【０１５９】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は、上述したものに限定されるものではない。
【０１６０】
例えば、上述した実施形態１〜７では、振動部材２０の当接部２１が、回転軸３の外周面に当接されるようにしたが、特にこれに限定されず、当接部２１が、回転軸３の軸方向の端面に当接するようにしてもよい。
【０１６１】
また、上述した実施形態４〜７では、分極を反転させた圧電体層４０Ａを用いた圧電素子３０Ａを具備する圧電モーター１Ａについて説明したが、圧電モーター１Ａの構成は、上述したものに限定されるものではない。ここで、実施形態４の圧電素子３０Ａの変形例について図２０に示す。なお、図２０は、他の実施形態に係る圧電モーターの要部平面図である。
【０１６２】
図２０（ａ）に示すように、圧電素子３０Ｆの第２電極６０Ｅは、圧電体層４０Ａの短手方向において、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄの幅Ｗ１は、圧電素子３０Ｆの振動変位の中心線Ｘから第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄまでの距離Ｗ２よりも狭くなるように、縦振動用電極部６１Ｃ、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄ及び溝部７０Ｂの幅を設定している。ちなみに、本実施形態では、縦振動用電極部６１Ｃは、その幅を実施形態４の縦振動用電極部６１Ｃよりも幅広としている。また、縦振動用電極部６１Ｃを幅広とするに伴って縦振動励起領域４１の幅も同じ分だけ広げている。ここで、第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄは、圧電素子３０Ｆの中心線Ｘからの位置に応じて、変位量に大小の差がある。そして、上述した図１４に示すように、屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａの幅が、圧電素子３０の中心線Ｘから第１及び第２屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａまでの距離Ｗ２よりも広いと、縦振動用電極部６１Ａを挟んで対向する屈曲振動用電極部６２Ａ、６３Ａが設けられた駆動する励起領域同士が互いに拘束し、所望の変形を得ることができない。このため、圧電素子３０Ｆの外周側に屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄを設け、この幅を規定することで、２組の屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄが設けられた励起領域同士が互いに拘束する拘束力を減少させることができると共に、圧電素子３０Ｆの外周側の変形しやすい領域で変形させることができる。したがって、屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄを低い駆動電流で駆動しても、圧電モーター１Ａとして十分な出力を得ることができる。
【０１６３】
また、図２０（ｂ）に示すように、圧電素子３０Ｇの第２電極６０Ｆは、実施形態４と同じ幅の縦振動用電極部６１Ａと、図２０（ａ）に示すものと同じ幅の屈曲振動用電極部６２Ｄ、６３Ｄとを有する。すなわち、溝部７０Ｃの幅を溝部７０Ｂよりも広くした。このような場合であっても、縦振動用電極部６１Ａを低い駆動電流で駆動することができる。
【０１６４】
また、上述した各実施形態では、被駆動部として回転軸３を例示したが、圧電アクチュエーター１０、１０Ａの当接により駆動されるものであれば、被駆動部としては、特にこれに限定されず、例えば、ワイヤーや棒状部材等であってもよい。
【０１６５】
さらに、上述した実施形態の圧電モーター装置Ｉは、印刷装置の一例であるインクジェット式記録装置の駆動手段として用いることができる。ここで、実施形態１の圧電モーター装置Ｉを用いたインクジェット式記録装置の一例を図２１及図２２に示す。なお、図２１は、一実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図であり、図２２は、要部を拡大した平面図である。
【０１６６】
図２１に示すインクジェット式記録装置１００において、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッド１０１を有する記録ヘッドユニット１０２は、インク供給手段を構成するカートリッジ１０３が着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４は、記録装置本体１０５に取り付けられたキャリッジ軸１０６に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１０２は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【０１６７】
そして、駆動モーター１０７の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト１０８を介してキャリッジ１０４に伝達されることで、記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４はキャリッジ軸１０６に沿って移動される。一方、記録装置本体１０５にはキャリッジ軸１０６に沿ってプラテン１０９が設けられており、給紙手段１１０によって給紙された紙等の被噴射媒体である記録シートＳがプラテン１０９に巻き掛けられて搬送される。記録シートＳは、プラテン１０９上でインクジェット式記録ヘッド１０１から吐出されたインクによって印刷される。そしてプラテン１０９上で印刷された記録シートＳは、プラテン１０９の給紙手段１１０とは反対側に設けられた排紙手段１２０によって排紙される。
【０１６８】
図２２に示すように、給紙手段１１０は、給紙ローラー１１１と従動ローラー１１２とで構成されている。給紙ローラー１１１には、その端部に上述した圧電モーター１の回転軸３が固定されており、圧電アクチュエーター１０の駆動によって回転駆動される。また、給紙ローラー１１１には、同軸上に第１歯車１１３が設けられている。
【０１６９】
排紙手段１２０は、排紙ローラー１２１と従動ローラー１２２とで構成されている。排紙ローラー１２１には同軸上に第２歯車１２３が設けられている。そして、給紙ローラー１１１の第１歯車１１３が、この第１歯車１１３に噛み合う第３歯車１３０、第３歯車１３０に噛み合う第４歯車１３１、第４歯車に噛み合う第５歯車１３２を介して排紙ローラー１２１の第２歯車１２３に噛み合うことで、給紙ローラー１１１を回転駆動する圧電モーター１の駆動力が、排紙ローラー１２１に伝達される。
【０１７０】
なお、図２０及び図２１に示す例では、圧電モーター１によって、給紙手段１１０及び排紙手段１２０を回転駆動するものであるが、例えば、上述した実施形態の圧電モーター１を、キャリッジ１０４を移動させる駆動モーター１０７の代わりに用いることも可能である。もちろん、その他の駆動系、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０１にインクを供給するポンプ等に圧電モーター１を用いることもできる。また、本実施形態では、上述した実施形態１の圧電モーター１を用いたが、特にこれに限定されず、例えば、上述した実施形態２の圧電モーター１Ａを用いるようにしてもよい。
【０１７１】
また、圧電モーター１を制御する制御装置３００は、本実施形態では、装置本体内に内蔵されているが、制御装置３００は、インクジェット式記録装置の外部に設けるようにしてもよい。
【０１７２】
なお、本発明は、広く液体噴射装置全般を対象としたものであり、圧電モーターは、上述したインクジェット式記録装置以外の液体噴射装置等の印刷装置に搭載することが可能である。その他の液体噴射装置としては、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射装置、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射装置等が挙げられる。もちろん、印刷装置としては、液体を噴射する液体噴射装置に限定されるものではなく、例えば、レーザープリンター、熱転写プリンター等にも本発明を適用することができる。
【０１７３】
また、本発明は、広く圧電モーター装置全般を対象としたものであり、上述した液体噴射装置以外の小型デバイスに利用することが可能である。圧電モーター装置を利用できる小型デバイスとしては、時計、医療用ポンプ、カメラ、産業用や義手などのロボット等が挙げられる。
【０１７４】
さらに、上述した実施形態では、圧電モーター１、１Ａと、制御装置３００〜３００Ｅとによって圧電モーター装置Ｉを構成したが、特にこれに限定されず、圧電モーター装置として、圧電モーター１、１Ａと、切換手段３３０〜３３０Ｅとを設け、圧電モーター装置に切換手段３３０〜３３０Ｅ以外で構成される制御装置を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１７５】
１、１Ａ  圧電モーター、  ３  回転軸、  １０、１０Ａ  圧電アクチュエーター、  ２０  振動部材、  ３０〜３０Ｇ  圧電素子、  ４０〜４０Ｂ  圧電体層、  ５０、５０Ａ  第１電極、  ６０〜６０Ｆ  第２電極、  ７０〜７０Ｃ  溝部、  ８０  付勢手段、  １００  記録装置、  ３００〜３００Ｅ  制御部、  ３１０、３１０Ａ  駆動手段、  ３２０  制御手段３２０〜３３０Ｄ  切換手段
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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