(57)【要約】【課題】駆動効率を改善し、消費電力を低減した振動波モータ、ならびにそれを用いた駆動制御システムおよび光学機器を提供する。【解決手段】上記課題を解決するための本発明の振動波モータは、円環状の振動子と、円環状の移動体と、を備えた振動波モータであって、振動子は、前記移動体と接触する円環状の振動板と、圧電素子と、を有し、圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、駆動相電極が配設された振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、非駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率Ｓ１が、駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率Ｓ２より小さいことを特徴とする。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の振動子と、円環状の移動体と、を備えた振動波モータであって、
前記振動子は、前記移動体と接触する円環状の振動板と、圧電素子と、を有し、
前記圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、
前記駆動相電極が配設された前記振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、
前記非駆動領域における、前記振動板と前記移動体の接触面積率Ｓ１が、前記駆動領域における、前記振動板と前記移動体の接触面積率Ｓ２より小さいことを特徴とする振動波モータ。
【請求項２】
前記Ｓ１と前記Ｓ２の比であるＳ１／Ｓ２の値が、０．９７以下であることを特徴とする請求項１記載の振動波モータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動波モータと、該振動波モータに電気的に接続される駆動回路とを少なくとも有することを特徴とする駆動制御システム。
【請求項４】
前記駆動回路が前記振動子に７次の曲げ振動波を発生させる信号発生機構を有することを特徴とする請求項３に記載の駆動制御システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の駆動制御システムと、前記振動波モータに力学的に接続した光学部材と、を少なくとも有することを特徴とする光学機器。
【請求項６】
請求項１に記載の振動波モータと、
前記振動波モータにより駆動可能な被駆動体と、を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
円環状の振動子と、円環状の移動体と、を備えた振動波モータであって、
前記振動子は、前記移動体と接触する円環状の振動板と、圧電素子と、を有し、
前記圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、
前記駆動相電極が配設された前記振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、
前記非駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦力Ａが、前記駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦力Ｂより小さいことを特徴とする振動波モータ。
【請求項８】
円環状の振動子と、円環状の移動体と、を備えた振動波モータであって、
前記振動子は、前記移動体と接触する円環状の振動板と、圧電素子と、を有し、
前記圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、
前記駆動相電極が配設された前記振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、
前記非駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦係数αが、前記駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦係数βより小さいことを特徴とする振動波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波モータ、ならびにそれを用いた、駆動制御システムおよび光学機器に関する。
【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、該素子に接合した円環形状、楕円環形状、棒状等の弾性体に振動が励起されるように構成された振動子を有する。振動型アクチュエータは、当該振動子に励起された振動の駆動力を利用して、例えば、該振動子に加圧接触させた弾性体（移動体）と該振動子（静止体）とを相対移動させる振動波モータとして利用されている。
【０００３】
以下に、振動型アクチュエータの代表的な利用形態である、円環状の振動波モータの構造および駆動原理の概略を示す。なお、以下において「円環状」といったときは、当該物品または部材の形態は、模式的に、所定の厚みをもった円板が同心状に円形の貫通孔を有する形態とみなすことができるものとする。このとき、その円板の厚みに相当する当該円環状の物品または部材の寸法をその物品または部材の「厚み」といい、その円板の厚みを挟む両表面に相当する当該円環状の物品または部材の各表面を、それぞれ個別的に、あるいは包括的に、その物品または部材の「面」ということにする。
【０００４】
円環状の振動波モータは、円環状の振動子（ステータ）と、該振動子と円環の中心を実質的に同一の軸として、該振動子に対して加圧部材によって加圧接触させた円環状の移動体（ロータ）を備えている。振動子と加圧部材の間には、振動子の振動が加圧部材の不要な励振源とならないよう、フェルト等の振動減衰部材が設けられている。
【０００５】
該移動体は弾性体よりなり、その材質は金属が一般的である。該振動子は円環状の振動板とその一方の面上に設けられた円環状の圧電素子とを備えている。該振動板は弾性体よりなり、その材質は金属が一般的である。該圧電素子は、円環状の圧電セラミックスの一方の面上に、当該円環の円周方向に沿って複数の領域に分割された電極を有し、他方の面上に１つの共通電極を有している。圧電セラミックスの材質はチタン酸ジルコン酸鉛系材料が一般的である。
【０００６】
前記複数の領域に分割された電極は、駆動相電極を構成する少なくとも２つの領域と、振動検出用電極を構成する少なくとも１つの領域と、必要に応じて設けられる非駆動相電極を構成する領域とからなる。各駆動相電極には、それに接する前記円環状の圧電セラミックスの対応する領域に電界を印加するための電力を入力する配線が設けられ、その配線が駆動用の電気信号を出力する駆動回路と接続されている。また、振動検出用電極にも、配線が設けられており、後に説明するように、前記円環状の圧電セラミックスの対応する領域により検出される振動波の信号が駆動回路に出力される。
【０００７】
さて、前記円環状の圧電素子の面上の任意の位置を通る、当該円環と中心を共にする円を想定し、その円の円周をｎ等分した（ｎは自然数）１つの円弧の長さをλとして円周長をｎλで表すことにする。駆動相電極を構成する領域に対応する圧電セラミックスの領域に対しては、予め、その厚み方向に、円周方向に沿ってλ／２のピッチで交互に逆方向の電界を印加することにより、分極処理が施されている。そのため、その領域全体に対して、厚み方向に同じ向きの電界を印加したとき、圧電セラミックスの当該領域における伸縮極性は、λ／２のピッチで交互に反転することになる。駆動相電極がＡ相とＢ相の２つの領域で構成されている場合、これら２つの駆動相電極は円周方向にλ／４の奇数倍の距離を隔てて配置されている。通常、これらの２つの駆動相電極を隔てる２つの領域（間隔部）には、自発的に圧電振動を起こさないように、共通電極と短絡された非駆動相電極（Ｇ相）が設けられており、この領域の圧電セラミックスには電界が印加されないようになっている。また、この間隔部には、通常、後に述べるように振動検出用電極（Ｓ相）が設けられる。
【０００８】
このような２つの駆動相電極を持つ振動波モータの一方の駆動相電極のみに交番電圧を駆動用の電気信号として印加すると、波長λの第一の定在波が振動子の全周に亘って発生する。もう一方の駆動相電極のみに交番電圧を印加しても、同様に第二の定在波が生ずるが、波の位置は第一の定在波に対して円周方向にλ／４だけ回転移動したものとなる。他方、周波数が同じでかつ時間的位相差が例えばπ／２である２種類の交番電圧をそれぞれの駆動相電極に印加すると、両者の定在波の合成の結果として、振動子には全周に亘って円周方向に進行する曲げ振動（振幅が振動子の面に垂直な振動）の進行波（円環に沿った波数ｎ、波長λ）が発生する。
【０００９】
曲げ振動の進行波（以下単に「曲げ振動波」ということがある）が発生すると、振動子を構成する振動板の面上の各点は楕円運動をするため、この面に接する移動体は振動板から円周方向の摩擦力（駆動力）を受けて、進行波とは逆の方向に回転をする。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の正負を切換えることより、反転できる。また、回転速度は、各駆動相電極に印加する交番電圧の周波数や振幅、位相差を変えることにより、制御できる。
【００１０】
進行波の波数ｎは、振動波モータに要求される出力、圧電素子の直径や幅、駆動相電極に交番電圧を印加するための駆動回路の制約、ならびに「鳴き」と呼ばれる駆動時の雑音の一要因となる振動波モータの構成部材や周辺部材の固有振動数等を考慮して決定される。前記間隔部は自発的に圧電振動を起こさない領域であるため、通常はできるだけ小さくなるように設計されるが、波数ｎが小さくなるにつれて、前記間隔部の圧電素子全周に占める割合が大きくなる。
【００１１】
振動子の共振周波数よりも高い周波数で交番電圧を駆動相電極に印加すると回転動作を開始し、前記周波数を前記共振周波数に近づけることで、振動子の振動振幅が増大し、回転が加速する。このように振動波モータは、共振周波数よりも高い周波数領域から共振周波数に向かって周波数を掃引することで、所望の回転速度による駆動を行うことが一般的である。
【００１２】
発生した曲げ振動波は、前記間隔部に設けられた振動検出用電極により検出することができる。すなわち、振動検出用電極と接する圧電セラミックスに生じた変形（振動）の歪は、その大きさに応じた電気信号に変換され、該振動検出用電極を通して駆動回路に出力されることでフィードバック制御に用いられる。
【００１３】
特許文献１には、円環状の振動板の径方向に一定幅のスリットを複数設けることで、振動子の曲げ剛性を小さくし、変位を大きくするとともに、曲げ振動を効率よく励振し、振動子の機械的損失を小さくすることで、振動波モータの出力を大きくし、効率を改善する技術が開示されている。
【００１４】
また特許文献２では、振動検出用電極を、振動板のスリットの深さや幅の変化に伴って前記振動板の剛性が変化する部分の中心に配置したり、あるいは振動検出用電極を前記振動板の剛性が変化する部分を避けて配置したりすることで、駆動相電極（Ａ相あるいはＢ相）に印加する交番電圧と振動検出用電極で検出されるＳ相電圧の位相差が回転方向によってずれることを抑制し、共振周波数を正確に検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開昭６３−２４０３８２公報
【特許文献２】特開平０３−２３０７７１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記円環状の振動波モータにおいて前記進行波を発生させる時、前記駆動相電極が配設されている振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域とすると、非駆動領域付近において、所望の円周方向に進行する進行波に対して逆進する進行波が発生し、駆動力が低減することから、理想的な駆動効率が得られず、消費電力を過大にしていた。本発明は、この様な課題を解決するために成されたものであり、駆動効率を改善し、消費電力を低減した振動波モータ、ならびにそれを用いた駆動制御システムおよび光学機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の振動波モータは、円環状の振動子と、円環状の移動体と、を備えた振動波モータであって、前記振動子は、前記移動体と接触する円環状の振動板と、圧電素子と、を有し、前記圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、前記駆動相電極が配設された前記振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、前記非駆動領域における、前記振動板と前記移動体の接触面積率Ｓ１が、前記駆動領域における、前記振動板と前記移動体の接触面積率Ｓ２より小さいことを特徴とする。
【００１８】
また、上記課題を解決するための本発明の振動波モータは、前記Ｓ１と前記Ｓ２の比であるＳ１／Ｓ２の値が、０．９７以下である前記の振動波モータであることを特徴とする。
【００１９】
また、上記課題を解決するための本発明の駆動制御システムは、前記の振動波モータと、前記振動波モータに電気的に接続された駆動回路とを少なくとも有することを特徴とする。
【００２０】
また、上記課題を解決するための本発明の駆動制御システムは、前記駆動制御システムにおいて、前記駆動回路が前記振動子に７次の曲げ振動波を発生させる信号発生機構を有することを特徴とする。
【００２１】
また、上記課題を解決するための本発明の光学機器は、前記駆動制御システムと前記振動波モータに力学的に接続した光学部材とを少なくとも有することを特徴とする。
また、上記課題を解決するための本発明の装置は、前記振動波モータと、前記振動波モータにより駆動可能な被駆動体と、を有することを特徴とする。
また、上記課題を解決するための本発明の振動波モータは、円環状の振動子と、円環状の移動体と、を備えた振動波モータであって、前記振動子は、前記移動体と接する円環状の振動板と、圧電素子と、を有し、前記圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、前記駆動相電極が配設された前記振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、前記非駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦力Ａが、前記駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦力Ｂより小さいことを特徴とする。
また、上記課題を解決するための本発明の振動波モータは、円環状の振動子と、円環状の移動体と、を備えた振動波モータであって、前記振動子は、前記移動体と接する円環状の振動板と、圧電素子と、を有し、前記圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、前記駆動相電極が配設された前記振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、前記非駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦係数αが、前記駆動領域における、前記振動板が前記移動体と接触する部分の摩擦係数βより小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、前記非駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率Ｓ１を、前記駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率Ｓ２より小さくすることで、駆動効率を改善し、かつ消費電力を低減した振動波モータ、ならびにそれを用いた駆動制御システムおよび光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の振動波モータの一実施形態の全体構成を示す概略図である。
【図２−１】本発明の振動波モータの各種実施形態の細部の構成を側方から見た模式的部分側面図である。
【図２−２】従来の振動波モータの一実施形態の細部の構成を側方から見た模式的部分側面図である。
【図３】本発明の圧電セラミックスの一実施形態の分極用電極およびつなぎ電極の配置を示す図である。
【図４】本発明の振動波モータに用いられる円環状の圧電素子における円周長と、振動波の波長の関係を示す概略図である。
【図５】本発明の振動波モータに用いられる円環状の圧電素子における分極用電極の配置と、各電極部における圧電セラミックスの極性を示す概略図である。
【図６】本発明の駆動制御システムの一実施形態を示す模式図である。
【図７】本発明の光学機器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。
【図８】本発明の光学機器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。
【図９】本発明の振動波モータに用いられる圧電素子の作製方法の一例を示す概略工程図である。
【図１０】従来の振動波モータおよび振動子として比較例に用いた、従来の円環状の振動板の作製方法の一例を示す概略工程図である。
【図１１】加圧部材の作製方法の一例を示す概略工程図である。
【図１２】実施例３と比較例の駆動試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の振動波モータならびに駆動制御システムおよび光学機器の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の種々な形で実施することができる。
【００２５】
（振動波モータ）
本発明の振動波モータは、円環状の振動子と前記振動子に対して加圧接触するように配設された円環状の移動体とを備えた振動波モータであって、前記振動子は、円環状の振動板と、前記振動板の第一の面上に設けられた円環状の圧電素子よりなり、前記振動板は前記第一の面とは反対側の第二の面で前記移動体と接触しており、前記圧電素子は、複数の駆動相電極を有しており、前記駆動相電極が配設された前記振動子の領域を駆動領域、その他の振動子の領域を非駆動領域としたときに、前記非駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率Ｓ１が、前記駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率Ｓ２より小さいことを特徴とする。
【００２６】
（円環状）
本発明において、円環状とは、上述したように、模式的に、所定の厚みをもった円板が同心状に円形の貫通孔を有するものとみなし得る形状をいう。その円板および貫通孔の外周形状は、理想的には真円形であるが、模式的に円形とみなし得る限り、楕円形、長円形なども含む。円形が真円形でない場合の半径や直径は同面積の真円を仮定して決定する。円環の一部が欠けた形状、円環の一部が切れた形状、または円環の一部が突出した形状のような略円環状も、実質的に円環状とみなし得る限り、本発明の円環状に含める。従って、製造上のばらつきにより、僅かに変形した略円環状も、やはり実質的に円環状とみなし得る限り、本発明の円環状に含める。略円環状の場合の半径や直径は、その欠陥部や異常部を補った真円を仮定して決定する。
【００２７】
（図１）
本発明の振動波モータの一実施形態の全体構成を側方から見た側面概略図を図１（ａ）に、複数の電極（パターン電極）が設けられた側から見た斜視概略図を図１（ｂ）に示す。ただし、いずれの図においても、振動減衰部材と加圧部材の表示を省略して透視したものとして図示している。また、ここでいう側方とは当該円環から半径方向に離れた位置のことである。
【００２８】
本発明の振動波モータは、円環状の振動子１と前記振動子１に対して加圧接触するように配設された円環状の移動体２とを備えた振動波モータであって、前記振動子１は、円環状の振動板３と、前記振動板３の第一の面３１上に設けられた円環状の圧電素子５よりなり、前記振動板３は前記第一の面３１とは反対側の第二の面３２で前記移動体２と接触しており、前記圧電素子５は、複数の駆動相電極６を有しており、前記駆動相電極６が配設された前記振動子１の領域を駆動領域７、その他の振動子１の領域を非駆動領域８としたときに、前記非駆動領域８の第二の面３２における、振動板３と移動体２の接触面積率Ｓ１が、前記駆動領域７の第二の面３２における、振動板と移動体の接触面積率Ｓ２より小さいことを特徴とする。
【００２９】
（振動子）
振動子１は、図１（ａ）に示すように、円環状の振動板３と、振動板３の第一の面３１上に設けられた円環状の圧電素子５よりなり、振動板３の第二の面３２で移動体２と接触している。
【００３０】
前記振動板３と前記移動体２は、円環の中心を実質的に同一の軸（回転軸１０）として、前記振動板３の前記第二の面３２に移動体２が加圧接触している。前記非駆動領域８の第二の面３２における、振動板３と移動体２の接触面積率Ｓ１が、前記駆動領域７の第二の面３２における、振動板３と移動体２の接触面積率Ｓ２より小さくなっていることで、前記所望の円周方向と逆進する進行波の移動体２への伝達が低減する。その結果、駆動効率を改善し、消費電力を低減することができる。
また、駆動効率を改善するその他の方法の一例としては、非駆動領域における摩擦力を低減させる方法がある。非駆動領域における、振動板３が移動体２と接触する部分の摩擦力Ａを、駆動領域における、振動板３が移動体２と接触する部分の摩擦力Ｂより小さくすることで、前記所望の円周方向に逆進する方向に発生した進行波の前記移動体２への伝達が低減する。その結果、駆動効率を改善し、消費電力を低減することができる。
非駆動領域における摩擦力を低減させる方法は、いかなる方法でも良い。一例としては、非駆動領域における、振動板３が移動体２と接触する部分の摩擦係数αを、駆動領域における、振動板３が移動体２と接触する部分の摩擦係数βより小さくする方法がある。
逆進する方向に発生した進行波の前記移動体２への伝達を低減させて駆動効率を改善させる方法は、接触面積率Ｓ１を接触面積Ｓ２よりも小さくする方法だけでも良いし、摩擦力Ａを摩擦力Ｂより小さくする方法だけを用いても良い。また、摩擦係数αを摩擦係数βより小さくする方法だけを用いても良い。また、これらを組み合わせた方法を用いても良い。
【００３１】
前記振動板３は、第二の面３２にスリットや窪み等を複数設けると、振動子の曲げ剛性が低減し、曲げ振動時の変位が大きくなるため、好ましい。接触面積率の調整手段は、前記スリットや窪みに限らず、実質的に接触面積率が変更できる手段であればいかなる手法でも良い。
【００３２】
振動板３の第一の面３１は、平面であると、圧電素子５の伸縮にともなった振動の伝達が良好になるため、好ましい。振動板３の円環の中心と、圧電素子５の円環の中心が一致していると、振動の伝達が良好になるため好ましい。
【００３３】
振動板３の第一の面３１上に圧電素子５を設ける手段は限定されないが、振動の伝達を阻害しないように直接密着させるか、高弾性の素材（図示を省略）を介在させて密着させることが好ましい。例えば、エポキシ系樹脂が接着層として好適に用いられる。
【００３４】
前記振動板３の外周が単純形状ではなく、測定箇所によって複数の外径を有する場合は、最大の外径を２Ｒとする。
【００３５】
円環状の圧電素子５は、図１（ｂ）に示すように、円環状の一片の圧電セラミックス１１と、圧電セラミックス１１の振動板３と対向する側の面上に設けられた共通電極１２と、共通電極１２が設けられた面とは反対側の面上に設けられた複数の駆動相電極６、非駆動相電極１３、および振動検出用電極１４を有している。
【００３６】
前記圧電素子５は、前記複数の駆動相電極６に位相が異なる交番電圧を印加することで、前記振動板３の第二の面３２に進行波を発生させる。この結果として、前記第二の面３２に加圧接触している円環状の移動体２が、前記円環の中心（回転軸１０）を軸として相対移動（回転）する。
【００３７】
（接触面積率）
本発明において、接触面積率とは、前記振動板３の第二の面３２において、スリットや窪み等を設けない場合に前記移動体２と接触する面積を１とした時の、当該面積１に対するスリットや窪み等を設けたときに接触する面積の割合である。一般的に前記駆動領域は駆動源であるため、前記非駆動領域よりも長い円周にわたって設けられる。前記波数ｎにも依存して前記駆動領域と前記非駆動領域の円周長の比率は変化するため、駆動領域、非駆動領域のそれぞれについて接触面積率を求める。
【００３８】
前記のように、非駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率をＳ１、駆動領域における、振動板と移動体の接触面積率をＳ２とするときに、Ｓ１をＳ２よりも小さくすることによって、前記のように逆進する進行波の発生を抑制し、駆動効率を改善し、消費電力を低減することができる。この効果を発現させる上ではＳ１がＳ２よりもある程度小さくする方が良く、Ｓ１／Ｓ２が０．９７以下であることが好ましい。一方、後述するように、Ｓ１を小さくする場合に、前記非駆動領域８の剛性が下がったり、振動板３と移動体２の接触状態に加圧の偏りが発生したり、振動板３と移動体２の接触面積の低下による摩擦駆動力の低下が発生することがあり、振動波モータの駆動に支障をきたす場合がある。振動子１や移動体２の材質、内外径、加圧部材９の加圧の均一性、進行波の次数、駆動電圧等の状況に応じて、支障をきたすＳ１／Ｓ２の値は異なるが、多くの場合において、Ｓ１／Ｓ２は０．８０以上である場合が好ましい。
【００３９】
振動板３と移動体２の接触面積は、接触している状態では厳密に計測することは困難であるが、例えば、感圧紙等を振動板３と移動体２の間に挟むことで、計測することができる。接触していない状態においては、レーザー顕微鏡等を用いて、振動板３の第二の面３２の面積を計測することも可能である。実測が困難な場合は、設計寸法を元に、実加工時の仕上がり寸法とのズレを加味して算出すれば良い。
【００４０】
（突起部と溝部）
本発明の振動波モータの一実施形態の細部の構成を側方から見た模式的部分側面図を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示す。また、比較用として、従来の振動波モータの一実施形態の細部の構成を側方から見た模式的部分側面図を図２（ｅ）に示す。
【００４１】
図１および図２に示すように、移動体２と接触する振動板３の第二の面３２は、円環状の前記振動板３の中心（回転軸１０；図１（ａ）参照）から放射状に伸びる断面Ｕ字形の溝部３４を複数本有する。ここでいう「断面Ｕ字形」とは、当該振動板３の第二の面３２に対して、実質的に垂直な両壁面と実質的に水平な底面を有する断面形状をいう。ただし、底面と各壁面とが丸く滑らかに接続している所謂Ｕ字形状のみならず、底面と各壁面とが直角に角をなして接続している所謂矩形状や、それらの中間的形状、あるいはそれらからの多少の変形など、所謂Ｕ字形状に準ずる形状であって「断面Ｕ字形」とみなし得るものを広く含む。本発明において、溝部３４の幅とは、振動板３の第二の面３２における、振動板の径方向の中心間の幅のことを指す。溝部３４の深さは、駆動時の電圧や周波数、振動子の剛性や、加圧の程度に応じて、振動波モータの駆動に支障をきたさず、前記のように、曲げ振動時の変位が大きくなるように設定すればよい。溝部の深さは、振動板の厚さに対して５％以上、５０％以下が好ましい。
【００４２】
隣接する２つの溝部３４の間はそれらを隔てる隔壁部を構成する。隔壁部の上面は、前記振動板３の第二の面３２に相当し、各溝部の深さを定義する際の基準面ともなるものであるが、凹部である溝部３４に対しては凸部とみなせるため、これを「突起部」ということにする。すなわち、移動体２は、突起部３３の上面との摩擦による駆動力で、加圧接触している当該振動子１に対して相対移動するということができる。以下においては、説明の都合上、原則として、溝部３４間の領域を「隔壁部」ではなく「突起部」ということにする。本発明において、突起部上面の幅とは、前記振動板３の第二の面３２における、振動板の径方向の中心間の幅のことを指す。また、本発明において、突起部の高さとは、前記振動板３の第二の面３２を基準面とし、前記振動板３の第一の面３１方向を高さが低くなる方向とし、基準面の高さ０からの距離を「−（マイナス）」で示す。
図２（ｅ）に示すように、従来の振動波モータの振動板３には、移動体２と接触する側に、同一形状の複数の溝部３４および同一形状の突起部３３が形成されていた。
【００４３】
本発明は、前記非駆動領域における、振動板３と移動体２の接触面積率Ｓ１が、前記駆動領域における、振動板３と移動体２の接触面積率Ｓ２より小さいことが特徴である。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、前記Ｓ１を前記Ｓ２より小さくするための１つの形態として、非駆動領域８における前記溝部３４の幅を、駆動領域７における溝部３４の幅よりも大きくする場合が考えられる。こうすることによって、駆動領域７と非駆動領域８で前記突起部３３の上面の幅が同じであったとしても、非駆動領域８における前記接触面積率Ｓ１を、駆動領域７における前記接触面積率Ｓ２より小さくすることができる。非駆動領域８において、前記突起部３３は必ずしも設ける必要は無く、この場合、非駆動領域８の全領域が前記溝部３４となり、前記接触面積率Ｓ１は０となる。したがって、非駆動領域８における前記溝部３４の幅は、駆動領域７における前記溝部３４の幅よりも大きく、非駆動領域８の領域幅以下であれば良い。ただし、非駆動領域８における前記溝部３４の幅や、非駆動領域８に占める前記溝部３４の割合を大きくしたときに、当該非駆動領域８の剛性が下がったり、振動板３と移動体２の接触状態に加圧の偏りが発生したり、振動板３と移動体２の接触面積の低下による摩擦駆動力の低下が発生することがあり、振動波モータの駆動に支障をきたす場合があるため、振動子１や移動体２の材質、内外径、加圧部材９の加圧の均一性、進行波の次数、駆動電圧等の状況に応じて、非駆動領域８に占める前記溝部３４の幅や数、および割合を調整する。
【００４５】
図２（ｂ）に示すように、前記Ｓ１をＳ２より小さくするための別の形態として、非駆動領域８における、前記突起部３３の上面の幅を、駆動領域７における、前記突起部３３の上面の幅よりも小さくする場合が考えられる。こうすることによって、駆動領域７と非駆動領域８で前記溝部３４の幅が同じであったとしても、非駆動領域８における前記接触面積率Ｓ１を、駆動領域７における前記接触面積率Ｓ２より小さくすることができる。この形態においても、非駆動領域８において、前記突起部３３は必ずしも設ける必要は無いため、言い換えれば、突起部３３の上面の幅は０であっても良く、非駆動領域８における前記突起部３３の上面の幅は、駆動領域７における前記突起部３３の上面の幅よりも小さければ良い。この形態においても、前記のように、当該非駆動領域８の剛性が下がったり、振動板３と移動体２の接触状態に加圧の偏りが発生したり、振動板３と移動体２の接触面積の低下による摩擦駆動力の低下が発生することがあり、振動波モータの駆動に支障をきたす場合がある。そのため、振動子１や移動体２の材質、加圧部材９の加圧の均一性等の状況に応じて、非駆動領域８における前記突起部３３の上面の幅や、前記突起部３３の数、非駆動領域８に占める前記突起部３３の接触割合を調整する。
【００４６】
図２（ｃ）に示すように、前記Ｓ１をＳ２より小さくするための別の形態として、非駆動領域８における前記突起部３３の上面の高さを低くして、移動体２と接触する突起部３３の数を、駆動領域７において接触する数よりも低減する場合が考えられる。前記上面の高さは、駆動時においても移動体２と接触しない程度に低くする必要があり、振動子１や移動体２の材質、駆動時の振動子１の振動振幅等の状況に応じて調整する必要があるが、駆動領域７における前記突起部３３の移動体２と接触する方向の最大振動振幅の１０倍以上高さを低くすることが好ましい。この形態においても、前記のように、当該非駆動領域８の剛性が下がったり、振動板３と移動体２の接触状態に加圧の偏りが発生したり、振動板３と移動体２の接触面積の低下による摩擦駆動力の低下が発生することがあり、振動波モータの駆動に支障をきたす場合がある。そのため、振動子１や移動体２の材質、加圧部材９の加圧の均一性等の状況に応じて、非駆動領域８における前記突起部３３の上面の高さを調整する。実際には、加圧接触状態における振動振幅を計測することは容易ではなく、一方で前記最大振動振幅は数μｍ程度と見込まれる場合が多い。このため、振動波モータの駆動に支障を生じない限りにおいては、非駆動領域８における前記突起部３３の上面の高さを１００μｍ以上低くしても良い。前記のような振動波モータの駆動に支障が生じない限りにおいては、溝部の底部と同じ高さ、つまり、突起部が無い状態まで低くしても良い。
【００４７】
これらの形態を互いに組み合わせても本発明の特徴は実現可能であり、圧電素子５や振動板３の材質や直径、使用する進行波の波数、振動板３の突起部３３の数等に応じて、最も駆動効率が改善できる形態を選定すれば良い。
【００４８】
例えば、振動板３の円周長が短く、且つ前記λを非常に小さく設計する場合は、前記間隔部の領域幅λ／４を非常に小さく取らざるを得なくなる場合がある。この場合、非駆動領域８における、振動板３と移動体２の接触面積率Ｓ１を、駆動領域７における、振動板３と移動体２の接触面積率Ｓ２より小さくする上で、図２（ｄ）のように、当該非駆動領域８全体を溝部３４とし、突起部３３を設けない形態も考えられる。この場合も本発明の特徴を実現する１つの形態であり、突起部３３は必ずしも必要でなく、前記非駆動領域における前記接触面積率Ｓ１は０であっても良い。
【００４９】
（移動体）
円環状の移動体２は同じく円環状の振動板３の第二の面３２に加圧部材９によって加圧接触させられているため、振動子１との接触面に発生する振動がもたらす駆動力の伝達が良好となり、回転する。移動体２の振動子１との接触面は平面状であることが好ましい。移動体２の材質は弾性体であることが好ましく、その素材は金属であることが好ましい。例えば、アルミニウムが移動体２の素材として好適に用いられる。アルミニウムの表面をアルマイト（陽極酸化）処理しても良い。移動体２が前記振動板３の第二の面３２と接触する部位を、例えば梁状とする等、バネ性を有する構造としても良い。また、移動体２の振動子１との接触面をある幅を持ったレール状とするのも、接触面での摩擦駆動力を向上する上で好ましい形態の一つである。
【００５０】
（圧電セラミックス）
本発明において、一片の圧電セラミックス１１とは、金属元素を有する原料粉末を焼成して得られる、組成が均一かつ繋ぎ目の無い塊（バルク体）であって、室温における圧電定数ｄ３１の絶対値が１０ｐｍ／Ｖまたは圧電定数ｄ３３が３０ｐＣ／Ｎ以上のセラミックスを意味している。
【００５１】
圧電セラミックスの圧電定数は、当該セラミックスの密度ならびに共振周波数および反共振周波数の測定結果から、電子情報技術産業協会規格（ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−４５０１）に基づいて、計算により求めることができる。以下、この方法を共振−反共振法と呼ぶ。密度は、例えば、アルキメデス法により測定できる。共振周波数および反共振周波数は、例えば、該セラミックスに一対の電極を設けた後に、インピーダンスアナライザを用いて測定できる。
【００５２】
セラミックスは一般的に微細な結晶の集まり（多結晶とも言う）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、強誘電体と呼ばれ、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。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える。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セラミックス１１は、このような分極処理が施されたことで逆圧電効果が生じるセラミックスであり、少なくとも一片の圧電セラミックス１１の一部の領域が分極処理されている。
【００５３】
（圧電セラミックスにおける鉛の含有量）
圧電セラミックス１１は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満、すなわち非鉛系の圧電セラミックスであることが好ましい。
【００５４】
従来の圧電セラミックスはそのほとんどがチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする。そのため、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、従来の圧電セラミックス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、本発明の圧電セラミックス１１のように鉛の含有量が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、圧電セラミックス１１に含まれる鉛成分が環境に及ぼす影響は無視できるレベルとなる。圧電セラミックス１１に含まれる鉛の含有量は、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セラミックス１１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。
【００５５】
（ペロブスカイト型金属酸化物）
鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である圧電セラミックス１１の主成分としては、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物（ペロブスカイト型金属酸化物）が好適である。
【００５６】
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。Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３で表記されているが、元素量の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、ペロブスカイト型金属酸化物と言える。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。
【００５７】
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。Ａ元素、Ｂ元素、Ｏ元素がそれぞれ単位格子の対称位置から僅かに座標シフトすると、ペロブスカイト型構造の単位格子が歪み、正方晶、菱面体晶、斜方晶といった結晶系となる。
【００５８】
Ａサイトイオン、Ｂサイトイオンの取りうる価数の組み合わせは、Ａ＋Ｂ５＋Ｏ２−３、Ａ２＋Ｂ４＋Ｏ２−３、Ａ３＋Ｂ３＋Ｏ２−３、およびこれらを組み合わせた固溶体がある。前記の価数は同じサイトに位置する複数のイオンの平均価数であっても良い。
【００５９】
（共通電極）
共通電極１２は、図１（ｂ）に示すように、円環状の一片の圧電セラミックス１１の振動板３と対向する側の面、すなわち振動板３に接触する面または上に述べた接着層に接触する面に設けられている。共通電極１２は圧電セラミックス１１の面に相似して円環状に配置されている。共通電極１２は、非駆動相電極１３と導通していると、駆動相電極６のみで駆動電圧を印加できるようになるため、好ましい。例えば、共通電極１２と非駆動相電極１３の両方に接するように配線を設けることで、両者を導通させることができる。あるいは、導電性を有する振動板３を介して、共通電極１２と非駆動相電極１３を導通させるように配線を設けても良い。
そのような配線は、例えば銀等の金属ペーストを塗布し、乾燥または焼き付けることで形成可能である。
【００６０】
（駆動相電極）
各々の駆動相電極６は、図３に示すように、複数の分極用電極６１と前記複数の分極用電極６１を電気的に接続したつなぎ電極６２よりなる。駆動相電極６と非駆動相電極１３と振動検出用電極１４は、各々が駆動時に独立した電位を有することができるように互いに導通していないことが好ましい。
【００６１】
図４は、本発明の振動波モータに用いられる円環状の圧電素子５における円周長と、振動波の波長の関係を示す概略図である。図４においては説明の便宜上、電極の記載を省略している。図中の円環は圧電素子５を示しているが、圧電セラミックス１１の形状と実質、同一である。円環の面上で任意の位置を指定し、圧電素子５の円環形状と中心を同一として前記任意の位置を通過する円の直径を２Ｒａｒｂ（単位ｍｍ）とすると、前記円の円周長は２πＲａｒｂとなる。この円周長２πＲａｒｂをｎλとする。本発明におけるλとは、本発明の振動波モータを構成する振動子１の円周方向にｎ次（波数ｎ）の曲げ振動の進行波を発生させるときの波長である。上で指定した任意の位置によってλの値は異なるが、駆動相電極６、非駆動相電極１３、および振動検出用電極１４の形状と大きさを設計するためにこのようなパラメータλを仮定する。以後、円周方向の長さについては、特に記載が無くても、圧電素子５の面上の任意の位置を通過する円を仮定して考える。
【００６２】
図５（ａ）および５（ｂ）は、本発明の振動波モータに用いられる円環状の圧電素子５における分極用電極６１の配置と、各電極部における圧電セラミックス１１の極性を示す概略図であり、円環状の圧電素子５を複数の電極を設けた側から見たものである。ただし、図５（ａ）および５（ｂ）では、説明の便宜上、つなぎ電極６２の表示を省略している。なお、図５（ａ）および５（ｂ）の極性の組み合わせは一例であって、本発明を何ら限定するものではない。
【００６３】
駆動相電極６と接する部分の圧電セラミックス１１は、駆動相電極６に対して略垂直な方向に残留分極を有している。残留分極を有している領域は、分極用電極６１と共通電極１２に狭持された領域における圧電セラミックス１１の一部であっても全部であっても構わないが、振動波モータの駆動時の発生力を高める観点では、分極用電極６１と共通電極１２に狭持された全部の領域が残留分極を有していることが好ましい。本発明では、残留分極を有している領域を分極部と称する。残留分極とは圧電セラミックス１１に電圧を印加していないときに圧電セラミックス１１に残留している分極のことを指す。圧電セラミックス１１は、分極処理を施すことで、自発分極の方向が電圧印加方向に揃い、残留分極を有するようになる。圧電セラミックス１１が残留分極を有しているか否かは、圧電素子５を狭持する電極間に電界を印加し、印加電界Ｅと分極量Ｐ（Ｐ−Ｅヒステリシス曲線）を測定することにより、特定することができる。
【００６４】
各駆動相電極６は複数の分極用電極６１を有しており、それに対応して、分極用電極６１と接する圧電セラミックス１１の部分、すなわち分極部も同数ある。複数の分極部および分極用電極６１は、図５（ａ）および５（ｂ）に示すように、未分極部を挟んで円周に沿って配置されている。分極部の極性は円周に沿って配置された順に見て交互に反転している。図５（ａ）および５（ｂ）において、分極用電極６１の内側に記載された「＋」および「−」の記号は、残留分極の方向、すなわち極性を示している。本明細書においては、圧電素子５の作製工程における分極処理において正の電圧を印加した電極部に「＋」の記号を記載しているので、「＋」電極部分のみで圧電定数ｄ３３を測定すると負の値が検出される。同様に「−」電極部分では正の圧電定数ｄ３３が検出される。他方、図５（ｂ）において「０」の記号が表示されている電極部分または電極が設けられていない未分極部のみでは、室温における圧電定数ｄ３３はゼロまたはごく小さな値、例えば５ｐＣ／Ｎ以下しか検出されない。図５（ａ）および５（ｂ）で例示した圧電素子５においては、圧電セラミックスは紙面に対して下向きに残留分極を有する領域と上向きに残留分極を有する領域を有する。領域によって残留分極の極性が異なることを確認する方法としては、圧電定数を測定して検出された値の正負で判断する方法やＰ−Ｅヒステリシス曲線における抗電界の原点からのシフト方向が逆であることを確かめる方法が挙げられる。
【００６５】
各分極部の大きさは、実質的に等しい、すなわち、複数の分極用電極６１（異なる駆動相電極６の分極用電極６１も含む）は、円周方向に互いに同等な長さを有することが好ましい。また、各分極部（各分極用電極６１）は、投影面積で考えて差が２％未満であることが好ましい。
【００６６】
より詳しくいえば、各分極用電極６１の形状は扇形であり、円周方向の長さは未分極部を無視すると理想的にはλ／２である。実際は、隣接した領域が互いに極性の異なる分極状態を作り出す時の短絡を防止する目的で、各分極用電極６１の間には未分極部が存在する。その場合は、未分極部の円周方向の中心を起点にとって、隣接する分極用電極６１を超えた次の未分極部の中心までをλ／２とすることが理想的である。ただし、２％未満程度の長さの誤差は許容される。また、振動波モータの駆動時に発生する駆動力を高める観点では、未分極部の体積は可能な限り小さいことが好ましい。分極用電極６１に挟まれた未分極部はつなぎ電極６２とは接している。
【００６７】
各駆動相電極６の円周方向の長さは、駆動相電極が２つの場合は、理想的には（ｎ−１）λ／２である。実際は、隣接する非駆動相電極１３または振動検出用電極１４との短絡を避けるための電極の無い隙間が存在するために（ｎ−１）λ／２より僅かに小さくなっていてもよい。例えば、実際は（ｎ−１）λ／２より１〜２．５％程度小さくすることが多い。
【００６８】
圧電素子５の面上の任意の位置を通る円の円周長はｎλであるので、駆動相電極６が２つの場合、２つの駆動相電極６を除いた円周長の残分は電極間の隙間を無視するとλである。これを１つ以上の非駆動相電極１３と１つ以上の振動検出用電極１４とで分け合う。このとき、２つの駆動相電極６は、円周方向にλ／４の奇数倍の距離を隔てて配置されなくてはならないのであるから、円周方向の長さがそれぞれλ／４および３λ／４である２つの間隔部により円周方向に離隔されなくてはならない。また、非駆動相電極１３と振動検出用電極１４はいずれも２つの間隔部に設けなくてはならない。このようにすることで、２つの駆動相電極６の部分に発生する定在波の位相、例えば節の位置が互いにλ／４だけずれ、円環状の圧電素子５は、振動子１の円周方向に曲げ振動波を形成することができる。つなぎ電極６２を介して、各分極用電極６１に同時に電圧を印加すると、交互に配置された互いに極性の異なる分極部が、逆圧電効果によって一方は厚み方向に伸びて他方は縮むためである。
【００６９】
すなわち、本発明の振動波モータの一方の駆動相（Ａ相）電極６と共通電極１２とで挟まれた部分のみに、振動子１の固有振動数となる周波数をもつ交番電圧を印加すると、振動板３の表面には円周方向に沿った全周にわたって波長λの定在波が発生する。また、もう一方の駆動相（Ｂ相）電極６と共通電極１２で挟まれた部分のみに同様の交番電圧を印加すると、同様の定在波が発生する。ただし、それぞれの定在波の節の位置は振動板３の円周方向に沿ってλ／４のずれを有する。
【００７０】
そして、振動波モータとして駆動するときには、本発明の振動波モータの２つの駆動相（Ａ相およびＢ相）電極６の部分に対し、振動子１の固有振動数となる周波数をもつ交番電圧を、周波数が同一でかつ時間的位相差が例えばπ／２となるように印加する。そうすると、上記２つの定在波の合成により、振動板３には、円周方向に進行する波長λかつｎ次の進行波が発生するのである。
【００７１】
（振動検出用電極）
振動検出用電極１４は、振動子１の振動状態を検出して、その振動状態の情報を外部、例えば駆動回路にフィードバックする目的で設けられている。振動検出用電極１４と接する部分の圧電セラミックス１１には分極処理が施されている。そのため、振動波モータを駆動させると、振動子１の歪みの大きさに応じた電圧が振動検出用電極１４の部分で発生して、検出信号として外部に出力される。
【００７２】
（非駆動相電極）
非駆動相電極１３のうち少なくとも１つ以上は、共通電極１２と導通していると非駆動相電極１３をグランド電極として使用することが可能となるため好ましい。導通を得るための好ましい形態および手法は、上に述べたとおりである。駆動相電極６、グランド電極としての非駆動相電極１３、振動検出用電極１４がいずれも円環状の圧電素子５の一方の面（共通電極１２の反対面）に設けられていることで、振動波モータ外部の駆動回路との電気信号（駆動信号、検知信号）のやりとりが容易となる。例えば、フレキシブルプリント基板やリジッドフレキシブル基板による駆動信号、検出信号のやりとりが可能となる。
【００７３】
振動波モータと駆動回路の電気的接続にフレキシブルプリント基板を用いる場合、フレキシブルプリント基板は、円環状の圧電素子５の一方の面（共通電極１２が設けられた面とは反対側の面）で、各駆動相電極６の一部、非駆動相電極１３および振動検出用電極１４と接するように配置される。フレキシブルプリント基板やリジッドフレキシブル基板は寸法精度も高く、冶具等を用いることで位置決めも容易である。フレキシブルプリント基板等の接続には、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）および異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を熱圧着することで導通不良の軽減やプロセス速度が向上するため、量産性の点で好ましい。フレキシブルプリント基板等の接続に熱圧着を用いる場合、圧電セラミックス１１の脱分極温度より低い温度を選択することが好ましい。
【００７４】
非駆動相電極１３と接する部分の圧電セラミックス１１は、残留分極を有していても、有していなくても良い。ただし、非駆動相電極１３と接する部分の圧電セラミックス１１が残留分極を有している場合は、当該の非駆動相電極１３と共通電極１２とが導通していることが好ましい。
【００７５】
（電極の特性、素材、形成方法）
分極用電極６１、非駆動相電極１３、振動検出用電極１４、つなぎ電極６２は、抵抗値が１０Ω未満、好ましくは１Ω未満の層状あるいは膜状の導電体からなる。電極の抵抗値は、例えば回路計（電気テスター）で測定することで評価できる。各電極の厚みは５ｎｍから２０μｍ程度である。その材質は特に限定されず、圧電素子に通常用いられているものであればよい。
【００７６】
電極の材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの化合物を挙げることができる。前記電極は、これらのうちの１種からなるものであっても、あるいはこれらの２種以上を積層してなるものであってもよい。また、圧電素子に配置された各電極が、それぞれ異なる材料であっても良い。これらのうち、本発明に用いる電極としては、ＡｇペーストやＡｇの焼きつけ電極、Ａｕ／Ｔｉのスパッタリング電極などが、抵抗値が小さいため好ましい。
【００７７】
（駆動制御システム）
次に、本発明の駆動制御システムを説明する。図６は、本発明の駆動制御システムの一実施形態を示す模式図である。駆動制御システムは、本発明の振動波モータと、前記振動波モータに電気的に接続された駆動回路を少なくとも有する。駆動回路は、本発明の振動波モータにｎ次の曲げ振動波を発生させ、回転駆動させるための電気信号を発する信号発生機構を内蔵する。
【００７８】
駆動回路は、周波数が同じで、かつ、時間的位相差が例えばπ／２の交番電圧を振動波モータの各駆動相電極６（Ａ相およびＢ相）に同時に印加する。その結果、Ａ相およびＢ相で発生する定在波が合成されて、図１（ａ）に示す振動板３の第二の面３２に周方向に進行するｎ次の曲げ振動波（波長λ）が発生する。
【００７９】
このとき、図２に示す振動板３の突起部３３上の各点は楕円運動をするため、移動体２は振動板３から円周方向の摩擦力を受けて回転する。ｎ次の曲げ振動波が発生すると、振動検出用電極１４は該電極と接する部分の圧電セラミックス１１の振動の振幅に応じた検出信号を発生し、配線を通じて該信号を駆動回路に出力する。駆動回路は、前記検出信号と、駆動相電極６に入力した駆動信号の位相を比較して、共振状態からのずれを把握する。この情報から駆動相電極６に入力する駆動信号の周波数を再度決定することにより、振動波モータのフィードバック制御が可能となる。
【００８０】
（振動波モータを備えた光学機器）
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、本発明の振動波モータを用いた駆動制御システムと前記振動波モータに力学的に接続した光学部材とを少なくとも有することを特徴とする。本明細書において「力学的に接続」とは一方の部材の座標変動、体積変化、形状変化によって生じた力が他方の部材に伝わるように直接的に接触している状態、または、第三の部材を介して接触している状態を指している。
【００８１】
図７（ａ）および７（ｂ）は、本発明の光学機器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８は本発明の光学機器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。なお、７０１は前群レンズである。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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７３３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。
【００８６】
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７２４ｂとは、波ワッシャ７２６が振動波モータ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いる。波ワッシャ７２６が発生するバネ力（付勢力）は、振動波モータ７２５、更にはコロ７２２に伝わり、マニュアルフォーカス環７２４を固定筒７１２のマウント側端面７１２ａに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。
【００８７】
従って、不図示の制御部により振動波モータ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、結果として回転伝達環７２０が光軸周りに回転する（オートフォーカス動作）。
【００８８】
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以下の作用が生じる。すなわち、マニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面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７２５は、ロータ７２５ｃとステータ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）。
【００８９】
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７１５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。すなわち、光学部材であるフォーカスレンズ７０２は、振動波モータ７２５との力学的な接続によって位置が変化する。
【００９０】
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、カメラ付き携帯情報端末等、カメラの種類を問わず、駆動部に振動波モータを有する光学機器に適用することができる。
【実施例】
【００９１】
以下に実施例を挙げて、本発明の振動波モータ、駆動制御システムおよび光学機器をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００９２】
（円環状の一片の圧電セラミックスの作製例）
鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である円環状の一片の圧電セラミックスをチタン酸バリウム系材料として、以下のように作製した。
【００９３】
原料粉としていずれも平均粒子径が３００ｎｍ以下でペロブスカイト型構造を有するチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムを用いて、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒが
（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３ 
の組成になるように秤量した。ＡサイトとＢサイトのモル比を調整するために炭酸バリウムおよび酸化チタンを用いた。前記組成
（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３ 
の１００重量部に対して、Ｍｎの含有量が金属換算で０．１４重量部となるように四酸化三マンガン（Ｍｎ３Ｏ４）を加えた。同様にＢｉの含有量が金属換算で０．１８重量部となるように酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を加えた。
【００９４】
これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間、乾式混合して混合粉を得た。得られた混合粉を造粒するために、混合粉の全量に対して３重量部となるＰＶＡバインダーを、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、造粒粉を得た。
【００９５】
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。円盤状の成形に用いた金型の大きさは、目的物である円盤状の圧電セラミックスの外径、内径、厚みに対して、それぞれ２ｍｍ、２ｍｍ、０．５ｍｍのマージンを持たせた。
【００９６】
得られた成形体を電気炉に入れ、１３４０℃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。次に、焼結体を所望の外径、内径、厚みを有する円環形状にそれぞれ研削加工して、外径７６．９ｍｍ、内径６７．２ｍｍ、厚み０．５ｍｍの円環状の一片の圧電セラミックスを得た。
【００９７】
得られた圧電セラミックスの組成をＩＣＰ発光分光分析により評価した。その結果、上記方法によって作製した圧電セラミックスの鉛の含有量は、いずれも１ｐｐｍ未満であった。また、ＩＣＰ発光分光分析とＸ線回折測定の結果を合わせると、圧電セラミックスの組成は
（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３
の組成で表すことができるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＭｎを０．１４重量部、Ｂｉを０．１８重量部含有した組成であることが分かった。
【００９８】
（圧電素子の作製例）
図９（ａ）〜９（ｅ）は、本発明の振動波モータに用いられる圧電素子の作製方法の一例を示す概略工程図である。
先に記したように、進行波の波数ｎは、振動波モータに要求される出力、圧電素子の直径や幅、駆動相電極に交番電圧を印加するための駆動回路の制約、ならびに「鳴き」と呼ばれる駆動時の雑音の一要因となる振動波モータの構成部材や周辺部材の固有振動数等を考慮して決定される。本作製例では、７次の曲げ振動の進行波を発生させる圧電素子を例として示すが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【００９９】
まず、図９（ａ）に示す円環状の圧電セラミックス１１に、銀ペーストのスクリーン印刷によって、一方の面には図９（ｃ）に示すように共通電極１２を形成し、もう一方の面には図９（ｂ）に示すように、１２箇所の分極用電極６１、３箇所の非駆動相電極１３、および１箇所の振動検出用電極１４を形成した。この時、図９（ｂ）に示す各電極の隣り合う電極間距離は０．５ｍｍとした。
【０１００】
次に、共通電極１２と、分極用電極６１、非駆動相電極１３、および振動検出用電極１４の間に、圧電素子の伸縮極性が図５（ａ）に示すようになるように、直流電源を用いて空気中で分極処理を行った。電圧は１．０ｋＶ／ｍｍの電界がかかる大きさとし、温度および電圧印加時間はそれぞれ１００℃、６０分とした。また、電圧は降温中４０℃になるまで印加した。
【０１０１】
次に、図９（ｄ）に示すように、分極用電極６１を繋ぐため、銀ペーストによってつなぎ電極６２を形成し、両種の電極を合わせて２箇所の駆動相電極６とすることで圧電素子５を得た。銀ペーストの乾燥は圧電セラミックス１１の脱分極温度より十分低い温度で行った。駆動相電極６の抵抗値を回路計（電気テスター）で測定した。テスターの一方は振動検出用電極１４に最も近い分極用電極６１の部分の表面に、もう一方は駆動相電極６のうち円環形状の周方向に最も離れた分極用電極６１の部分の表面に接触させた。その結果、駆動相電極６の抵抗値は０．６Ωであった。
【０１０２】
次に、図９（ｅ）に示すように、圧電素子５の２箇所の駆動相電極６と２箇所の非駆動相電極１３と振動検出用電極１４とをまたぐ領域に、湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて室温プロセスでフレキシブルプリント基板１５を圧着した。フレキシブルプリント基板１５は、前記電極群への給電および検出信号の取り出しを目的に設けられる部材で、電気配線１５１、絶縁性のベースフィルム１５２、外部の駆動回路と接続するためのコネクタ部（不図示）を有する。
【０１０３】
（従来の振動板の作製例）
表１に、本発明の振動波モータの振動子として下記実施例１、２および３に用いた振動板と、従来の振動波モータの振動子として下記比較例に用いた従来の振動板について、上記溝部の幅ならびに上記突起部の幅および高さを示す。
【０１０４】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、従来の振動波モータの振動子として比較例に用いた、従来の円環状の振動板の作製方法の一例を示す概略工程図である。
【０１０５】
比較例に用いる振動板を作製するために、図１０（ａ）に示すような円環状の金属板３ａを準備した。金属板３ａは、ＪＩＳ規格の磁性ステレンス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２により形成されている。ＳＵＳ４２０Ｊ２はマルテンサイト系のステンレス鋼であり、鋼を７０質量％以上、クロムを１２〜１４質量％含有する合金である。円環状の金属板３ａの外径、内径および厚みは、外径２Ｒが７７．０ｍｍ、内径が６７．１ｍｍ、厚み５．０ｍｍとした。
【表１】
2019216589.tif 000003
【０１０６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、円環状の金属板３ａの片方の面（第二の面３２）に、幅１．０ｍｍ、深さ１．８５ｍｍの直方体状の溝部３４を、該円環状の金属板３ａの中心から間隔が均等になるように放射状に機械的に９０箇所削って形成した（溝切り）。各溝部３４の壁面は溝切りをしていない金属板３ａの第一の面３１から見て垂直となるようにした。各溝部３４の溝底部は図１０（ｃ）に示すような中心が最も深い傾斜形状となった。溝切り後の金属板３ａにバレル処理、ラップ研磨、無電解ニッケルメッキ処理を施すことで比較例の振動子１に用いる振動板３とした。
【０１０７】
振動板３の溝部３４は第二の面３２側から見て、１．０ｍｍ幅の直方体状に形成したので、突起部３３は円環の外径側で幅が広くなる扇形状となった。
【０１０８】
（本発明の振動板の作製例１：溝部幅大）
下記実施例１に用いる振動板を作成するために、比較例と同様の方法で金属板３ａを準備した。
次に、該円環状の金属板３ａの片方の面（第二の面３２）に、表１に示したように、前記非駆動領域８における前記溝部３４の幅のみを比較例と変えて、溝部を形成した。各溝部３４の溝底部は図１０（ｃ）と同様に、中心が最も深い傾斜形状となった。尚、非駆動領域８と駆動領域７の境界部分については、隣り合う突起部３３が駆動時に干渉しないよう、溝部の幅を調整した。溝切り後の金属板３ａにバレル処理、ラップ研磨、無電解ニッケルメッキ処理を施すことで実施例１の振動子１に用いる振動板３とした。
【０１０９】
（本発明の振動板の作製例２：突起部幅小）
実施例２に用いる振動板を作成するために、比較例と同様の方法で金属板３ａを準備した。
次に、円環状の金属板３ａの片方の面（第二の面３２）に、表１に示したように、前記非駆動領域８における前記突起部３３の幅のみを比較例と変えて、溝部３４を形成した。各溝部の溝底部は図１０（ｃ）と同様に、中心が最も深い傾斜形状となった。尚、非駆動領域８と駆動領域７の境界部分については、隣り合う突起部３３が駆動時に干渉しないよう、溝部３４の幅を調整した。溝切り後の金属板３ａにバレル処理、ラップ研磨、無電解ニッケルメッキ処理を施すことで実施例２の振動子１に用いる振動板３とした。
【０１１０】
（本発明の振動板の作製例３：突起部高さ低）
下記実施例３に用いる振動板を作成するために、比較例と同様の方法で金属板３ａを準備した。
次に、図２を参照して上述したように、２箇所の非駆動相電極１３と、それに挟まれた１箇所の振動検出用電極１４で構成された前記非駆動領域８の端に当たる、前記突起部３３の１箇所の高さのみを表１に示したように比較例と変え、円環状の金属板３ａの片方の面（第二の面３２）に溝部３４を形成した。各溝部の溝底部は図１０（ｃ）と同様に、中心が最も深い傾斜形状となった。溝切り後の金属板３ａにバレル処理、ラップ研磨、無電解ニッケルメッキ処理を施すことで実施例３の振動子１に用いる振動板３とした。
【０１１１】
（振動子の作製例）
前記作製例に示した圧電素子と、前記本発明の振動板、および前記従来の振動板の作製例に示した振動板を組み合わせて振動子を作製した。
次に、図１（ａ）に示すように、振動板３の第一の面３１に圧電素子５を湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて室温プロセスで圧着し、図１（ｂ）に示す振動板３と３箇所の非駆動相電極１３とを銀ペーストからなる短絡配線（不図示）で接続し、振動子１を作製した。銀ペーストの乾燥は圧電セラミックス１１の脱分極温度より十分低い温度で行った。
【０１１２】
（振動減衰部材の作製例）
本発明、および従来の振動波モータに使用する振動減衰部材を作製するために、円環状のフェルト（東レ（株）製、製品名：ＧＳフェルト）を準備した。
振動減衰部材の外径、内径および厚みは、外径が７１．２ｍｍ、内径が６７．２ｍｍ、厚みが１ｍｍとした。
作製した振動減衰部材４を、図２に示すように、振動子１の圧電素子５側の面に、湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。
【０１１３】
（加圧部材の作製例）
本発明の振動波モータに用いる加圧部材を作製するために、円環状のＳＵＳ板を２つと、その間に挟むように波ワッシャを準備した。円環状のＳＵＳ板の外径、内径および厚みは、外径が７１．２ｍｍ、内径が６７．２ｍｍ、厚みが１ｍｍとした。また、円環状の板バネの外径は７１．２ｍｍ、内径は６７．２ｍｍとし、１０Ｎでたわみ量が０．５ｍｍの硬さのものを用意した。
【０１１４】
次に、図１１に示すように、プレス加工を行ったＳＵＳ板９１、円環状の板バネ９２、円環状のＳＵＳ板９１の順に重ねて、加圧部材９を得た。
作製した加圧部材９を、図２に示すように、前記振動減衰部材４の片面に湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。
【０１１５】
（移動体の作製例）
本発明の振動波モータおよび比較用の振動波モータに用いるために、外径が７７．０ｍｍ、内径が６７．１ｍｍ、厚み５ｍｍの円環状の移動体を作製した。
移動体の材質にはアルミニウム金属を用いて、ブロック削り出しによって形状を整えた後、表面をアルマイト処理した。
【０１１６】
（振動波モータの作製実施例および比較例）
図１（ａ）および図２に示すように、移動体２、振動子１、振動減衰部材４、加圧部材９の順に重ねて、振動子１の第二の面３２に移動体２を加圧部材９により加圧接触させて本発明の実施例１〜３の振動波モータを作製した。同様に、比較例の振動波モータを作製した。いすれの振動波モータにおいても、加圧力は１．５ｋｇｆとした。
【０１１７】
（駆動制御システムの作製実施例および比較例）
次に、図９（ｅ）に示すように、フレキシブルプリント基板１５のコネクタ部を利用して、本発明の振動波モータにおける駆動相電極６、共通電極１２と短絡している非駆動相電極１３および振動検出用電極１４と外部の駆動回路を電気的に接続し、図６に示すような構成の本発明の駆動制御システムを作製した。外部の駆動回路は、振動波モータを駆動するための制御機構および制御機構の指示によって７次の曲げ振動波を発生させるための交番電圧を出力する信号発生機構を有している。
同様に、比較用の駆動制御システムを作製し、本発明の駆動制御システムおよび比較用の駆動制御システムの駆動試験を実施した。
振幅が７０Ｖの交番電圧を駆動相電極６のＡ相とＢ相（図３参照）に印加した。周波数は２９ｋＨｚから２６ｋＨｚまで、９０秒でスイープし、Ａ相とＢ相にはいずれの駆動制御システムにおいても時間的位相差π／２で印加されるようにした。
【０１１８】
図１２に実施例３と比較例の駆動試験の結果を示す。横軸は振動波モータの回転数、左の縦軸は消費電力、右の縦軸は比較例に対する実施例３の消費電力の増減率を示している。回転数５０ｒｐｍまでの領域において、比較例に対し、同じ回転数で実施例３の方が、消費電力が低減している。実施例３の構造とすることで、所望の円周方向と逆進する進行波の発生が抑制され、逆進行波の移動体２への伝達が低減する。その結果、駆動効率が改善していることが分かる。
【０１１９】
表２に実施例１、２、および３と、回転数１０ｒｐｍにおける、比較例に対する消費電力の低減率を示す。すべての実施例において、比較例に対して消費電力が低減している。実施例１、２、および３の構造とすることで、所望の円周方向と逆進する進行波の発生が抑制され、逆進行波が移動体２への伝達が低減する。その結果、駆動効率が改善していることが分かる。
【表２】
2019216589.tif 000004
【０１２０】
（光学機器の作製実施例）
本発明の振動波モータを用いた駆動制御システムにより、図７（ａ）および７（ｂ）ならびに図８に示される光学機器を作製し、交番電圧の印加に応じたオートフォーカス動作を確認した。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明によれば、従来よりも駆動効率が改善され、かつ消費電力が低減された振動波モータと、それを用いた駆動制御システムおよび光学機器、ならびに当該振動波モータと、それにより駆動可能な被駆動体とを有する装置が提供される。
【符号の説明】
【０１２２】
１  振動子
２  移動体
３  振動板
３１  第一の面
３２  第二の面
５  圧電素子
６  駆動相電極
７  駆動領域
８  非駆動領域
【図１】
2019216589.tif 000005
【図２−１】
2019216589.tif 000006
【図２−２】
2019216589.tif 000007
【図３】
2019216589.tif 000008
【図４】
2019216589.tif 000009
【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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