(57)【要約】【課題】駆動対象物を高い精度で移動させ，位置決めすることができる超音波モータ素子および超音波モータ装置を提供する。【解決手段】超音波モータ素子１０は、矩形平板状の圧電体１１の一方の主面に長さ方向で２分割して設けられた第１，第２電極１３ａ，１３ｂと、他方の主面に幅方向で２分割して設けられた第３，第４電極１３ｃ，１３ｄを有する。第１，第２電極１３ａ，１３ｂに印加する電圧の位相を１８０度ずらし、第３，第４電極１３ｃ，１３ｄに印加する電圧の位相を１８０度ずらし、第１，第２電極１３ａ，１３ｂに印加する電圧と第３，第４電極１３ｃ，１３ｄに印加する電圧の位相を９０度ずらすことによって、長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向の曲げ１次共振振動を生じさせる。【選択図】図２Ｄ
2008236980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形形状を有し、その長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向の曲げ１次共振振動を生じる圧電素子を有することを特徴とする超音波モータ素子。
【請求項２】
前記圧電素子は、その長さ方向での伸縮振動の固有２次共振周波数とその幅方向での曲げ振動の固有１次共振周波数とが一致する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ素子。
【請求項３】
前記圧電素子は、その一方の主面に長さ方向で２分割して設けられた第１電極および第２電極と、他方の主面に幅方向で２分割して設けられた第３電極および第４電極を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波モータ素子。
【請求項４】
前記圧電素子は、長さ方向で２分割された第１電極および第２電極，第１圧電体，共通電極，第２圧電体，幅方向で２分割された第３電極および第４電極の順で積層された構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波モータ素子。
【請求項５】
前記圧電素子は、その一方の主面に長さ方向と幅方向とで２行２列に設けられた４つの駆動電極と、他方の主面に設けられた全面電極とを有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波モータ素子。
【請求項６】
矩形形状を有する圧電体と、前記圧電体の側面中央に設けられた摺動部材と、前記圧電体の一方の主面に長さ方向において２分割して設けられた第１電極および第２電極と、前記圧電体の他方の主面に幅方向において２分割して設けられた第３電極および第４電極と、前記第１，第２電極と前記第３，第４電極にそれぞれ位相が９０度ずれた駆動電圧を印加する電源部とを具備し、
前記電源部が前記第１，第２電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれており、かつ、前記第３，第４電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれていることによって、前記圧電体にその長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向での曲げ１次共振振動を生じさせることを特徴とする超音波モータ装置。
【請求項７】
矩形形状を有し、その長さ方向で２分割された第１電極および第２電極，第１圧電体，共通電極，第２圧電体，幅方向で２分割された第３電極および第４電極がこの順序で積層されてなる圧電素子部と、前記圧電素子部の側面中央に設けられた摺動部材と、前記第１，第２電極と前記第３，第４電極にそれぞれ位相が９０度ずれた駆動電圧を印加する電源部とを具備し、
前記電源部が前記第１，第２電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれており、かつ、前記第３，第４電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれていることによって、前記圧電素子部にその長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向での曲げ１次共振振動を生じさせることを特徴とする超音波モータ装置。
【請求項８】
矩形形状を有する圧電体と、前記圧電体の側面中央に設けられた摺動部材と、前記圧電体の一方の主面に２行２列に設けられた４つの駆動電極と、前記圧電体の他方の主面全体に設けられた共通電極と、前記駆動電極と前記共通電極との間に駆動電圧を印加する電源部とを具備し、
前記４つの駆動領域は対角に位置する２つの駆動領域から構成される２組の駆動部に分けられており、
前記電源部が前記２組の駆動部の一方に属する２つの駆動電極にそれぞれ位相が１８０度ずれた伸縮振動を生じさせる電圧を印加し、他方に属する２つの駆動領域には電圧を印加しないことにより、前記圧電体にその長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向での曲げ１次共振振動を生じさせることを特徴とする超音波モータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータやＸ−Ｙステージ等に好適な、圧電素子を利用した超音波モータ素子および超音波モータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子をＬ１Ｂ２モードで駆動する超音波モータ素子が知られており、近時、Ｘ−Ｙステージやリニアモータ、回転ステージ、カメラのオートフォーカス機構等の駆動機構へ応用されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
図８に圧電素子９０でのＬ１Ｂ２モードの説明図を示す。Ｌ１Ｂ２モードは、図８上側に示す長さ方向での伸縮１次共振（Ｌ１）モードと、図８下側に示す幅方向での曲げ２次共振（Ｂ２）モードの重ね合わせ（縮退）によって、振動の腹の部分が楕円運動を行う振動をいう。
【０００４】
このＬ１Ｂ２モードで駆動する超音波モータ素子は、矩形圧電体の一方の主面に２行２列の電極部を形成して対角に位置する２個の電極部どうしをリード線で接続し、他方の主面にグランド（アース）電極を設け、圧電体の側面に駆動対称物に当接する摺動部材を設けた構造となっており、２組の電極部に位相を９０度ずらした電圧を印加して駆動する。
【０００５】
このような超音波モータ素子では、摺動部材と駆動対象物との間に作用する摩擦力を利用して駆動対象物を移動させるために、超音波モータ素子を保持して摺動部材を駆動対象物に一定の力で押し付ける与圧機構が必要となる。
【０００６】
しかし、Ｌ１Ｂ２モードを用いた超音波モータ素子の場合、Ｌ１モードでは超音波モータ素子の長さ方向中央の１点しか振動の節がないために、超音波モータ素子の保持が難しく、例えば、特許文献１では、超音波モータ素子の幅方向側面をバネで保持した上で、摺動部材を駆動対象物に押し付けている。
【０００７】
ところが、超音波モータ素子の幅方向側面をバネを用いて保持するということは、超音波モータ素子がその幅方向に多少なりとも動くことを意味しており、超音波モータ素子の幅方向とは駆動対象物を動かす力が作用する方向でもあることから、超音波モータがその幅方向で動くと摺動部材と駆動対象物との接点がずれてしまい、駆動対象物の高精度な移動、位置決めができなくなる。
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報（図１、段落［００２９］〜［００３１］等）
【特許文献２】特開２００６−１８７１１２号公報（図３、［００２８］〜［００３４］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、駆動対象物を高い精度で移動させ，位置決めすることができる超音波モータ素子および超音波モータ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】
【０００９】
本発明に係る超音波モータ素子は、矩形形状を有し、その長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向の曲げ１次共振振動を生じる圧電素子を有することを特徴とする。ここで、圧電素子は、その長さ方向での伸縮振動の固有２次共振周波数とその幅方向での曲げ振動の固有１次共振周波数とが一致する形状であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る第１の超音波モータ装置は、矩形形状を有する圧電体と、前記圧電体の側面中央に設けられた摺動部材と、前記圧電体の一方の主面に長さ方向において２分割して設けられた第１電極および第２電極と、前記圧電体の他方の主面に幅方向において２分割して設けられた第３電極および第４電極と、前記第１，第２電極と前記第３，第４電極にそれぞれ位相が９０度ずれた駆動電圧を印加する電源部とを具備し、前記電源部が前記第１，第２電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれており、かつ、前記第３，第４電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれていることによって、前記圧電体にその長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向での曲げ１次共振振動を生じさせることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る第２の超音波モータ装置は、矩形形状を有し、その長さ方向で２分割された第１電極および第２電極，第１圧電体，共通電極，第２圧電体，幅方向で２分割された第３電極および第４電極がこの順序で積層されてなる圧電素子部と、前記圧電素子部の側面中央に設けられた摺動部材と、前記第１，第２電極と前記第３，第４電極にそれぞれ位相が９０度ずれた駆動電圧を印加する電源部とを具備し、前記電源部が前記第１，第２電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれており、かつ、前記第３，第４電極にそれぞれ印加する駆動電圧は位相が１８０度ずれていることによって、前記圧電素子部にその長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向での曲げ１次共振振動を生じさせることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る第３の超音波モータ装置は、矩形形状を有する圧電体と、前記圧電体の側面中央に設けられた摺動部材と、前記圧電体の一方の主面に２行２列に設けられた４つの駆動電極と、前記圧電体の他方の主面全体に設けられた共通電極と、前記駆動電極と前記共通電極との間に駆動電圧を印加する電源部とを具備し、前記４つの駆動領域は対角に位置する２つの駆動領域から構成される２組の駆動部に分けられており、前記電源部が前記２組の駆動部の一方に属する２つの駆動電極にそれぞれ位相が１８０度ずれた伸縮振動を生じさせる電圧を印加し、他方に属する２つの駆動領域には電圧を印加しないことにより、前記圧電体にその長さ方向の伸縮２次共振振動とその幅方向での曲げ１次共振振動を生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の超音波モータ素子および超音波モータ装置によれば、超音波モータ素子の制御に悪影響を与える位置変動、すなわち超音波モータ素子を駆動することによって超音波モータ素子自体に生じる位置変動、を超音波モータ素子を強固に保持することによって抑制することができるので、駆動対象物を高い精度で移動させ、位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１に超音波モータ装置の構成を示す。この超音波モータ装置は、超音波モータ素子１０の駆動によりスライダ６０をＸ方向で移動させるものであり、Ｘ方向に延在するガイド６２と、このガイド６２にＸ方向でスライド自在に取り付けられたスライダ６０と、超音波モータ素子１０からの押圧に対してスライダ６０を支持するベアリング６４と、超音波モータ素子１０と、超音波モータ素子１０に取り付けられ、スライダ６０に摺接するヘッド１２と、超音波モータ素子１０を保持する保持部材１４と、ヘッド１２をスライダ６０に押し付けるように保持部材１４に力を加える押圧機構１６と、を備えている。
【００１６】
なお、図１に示されるように、超音波モータ素子１０の長さ方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向とした三次元直交座標を定めることとする。
【００１７】
ヘッド１２としては耐摩耗性材料（例えば、ステンレス等の合金材料、炭化珪素等のセラミックス材料）が好適に用いられ、エポキシ樹脂等により超音波モータ素子１０の側面に取り付けられている。保持部材１４は超音波モータ素子１０の長さ方向端面を保持しており、押圧機構１６は保持部材１４がＸ方向で実質的に揺動させることなく、保持部材１４をスライダ６０側に押圧している。
【００１８】
超音波モータ素子１０を、−Ｙ方向側から見た構造を図２Ａ（側面図）に、−Ｘ側から見た構造を図２Ｂ（第１端面図）に、＋Ｘ側から見た構造を図２Ｃ（第２端面図）にそれぞれ示す。図２Ｂ，２Ｃではヘッド１２の図示を略している。
【００１９】
超音波モータ素子１０は、圧電材料からなる矩形平板状の圧電体と導電性材料からなる薄膜状の電極とが交互に積層された構造を有している。圧電材料には、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックスが好適に用いられる。導電性材料は、超音波モータの製造方法に応じて適宜選択されるが、例えば、圧電セラミックスからなる圧電体と電極とを同時焼成により形成する場合には、銀／パラジウム電極等が好適に用いられる。
【００２０】
超音波モータ素子１０の電極構造を図２Ｄに示す。ここでは、超音波モータ素子１０を各層に分解し、圧電体１１とその上に位置する電極とを重ね合わせて示しており、これらを明確に分けるために、電極部分にはドットにより塗りつぶしている（以下、図６，図７Ｂも同様とする）。
【００２１】
超音波モータ素子１０は、圧電体１１が、第１内部電極１３ａと第２内部電極１３ｂを有する第１電極層と、第３内部電極１３ｃと第４内部電極１３ｄを有する第２電極層とによって挟まれた構成が、積層方向で反復形成された構造を有している。
【００２２】
第１電極層を構成する第１内部電極１３ａと第２内部電極１３ｂは、圧電体１１の長さ方向において２分割形成されており、第１内部電極１３ａと第２内部電極１３ｂはそれぞれその一部が超音波モータ素子１０の側面（ヘッド１２が設けられている側面の対向面）に露出する形状を有している。そして、第１内部電極１３ａの露出部分を接続するための第１外部電極１５ａと、第２内部電極１３ｂの露出部分を接続するための第２外部電極１５ｂがそれぞれ、超音波モータ素子１０の側面に設けられている。
【００２３】
第２電極層を構成する第３内部電極１３ｃと第４内部電極１３ｄは、圧電体１１の幅方向において２分割形成されており、第３内部電極１３ｃと第４内部電極１３ｄはそれぞれその一部が超音波モータ素子１０の端面に露出する形状を有している。そして、第３内部電極１３ｃの露出部分を接続するための第３外部電極１５ｃが超音波モータ素子１０の一方の端面に、第４内部電極１３ｄの露出部分を接続するための第４外部電極１５ｄが超音波モータ素子１０の他方の端面に、それぞれ設けられている。
【００２４】
第１，第２外部電極１５ａ，１５ｂは第１電源１８ａに接続されており、第３，第４外部電極１５ｃ，１５ｄは第２電源１８ｂに接続されている。後述するように、第１電源１８ａは位相が１８０度ずれた駆動電圧をそれぞれ第１，第２外部電極１５ａ，１５ｂを通して第１，第２内部電極１３ａ，１３ｂに印加し、第２電源１８ｂは位相が１８０度ずれた駆動電圧をそれぞれ第３，第４外部電極１５ｃ，１５ｄを通して第３，第４内部電極１３ｃ，１３ｄに印加し、第１電源１８ａから出力される電圧と第２電源１８ｂから出力される電圧とは、位相が９０度ずれている。
【００２５】
圧電体１１は、第１，第２内部電極１３ａ，１３ｂを高電位とし、第３，第４内部電極１３ｃ，１３ｄをグランド電極として、分極処理されている。
【００２６】
なお、第１，第２外部電極１５ａ，１５ｂは、第３，第４内部電極１３ｃ，１３ｄを示した圧電体１１での図示を省略し、第３，第４外部電極１５ｃ，１５ｄは、第１，第２内部電極１３ａ，１３ｂを示した圧電体１１での図示を省略している。また、第３外部電極１５ｃと第４外部電極１５ｄを異なる端面に設けた構成としたが、これらが同じ端面に形成されるように第３内部電極１３ｃと第４内部電極１３ｄの形状を設定してもよい。さらに、超音波モータ素子１０において、その積層方向（Ｚ方向）の最上層と最下層のそれぞれの圧電体１１は、後述する駆動形態から明らかなように、圧電不活性な層であって電極保護や保持部材１４への装着を容易ならしめるためのものであり、必ずしも必要なものではない。
【００２７】
続いて、超音波モータ素子１０の駆動方法と駆動形態について説明する。図３は超音波モータ素子１０の駆動領域を示す模式図である。超音波モータ素子１０の駆動領域は、Ｚ方向から見える超音波モータ素子１０の主面をその長さ方向と幅方向で２行２列となるように、領域α，β，γ，δの４つに分けられる。
【００２８】
領域αは第１内部電極１３ａと第３内部電極１３ｃとがＺ方向で重なる領域であり、領域βは第２内部電極１３ｂと第３内部電極１３ｃとがＺ方向で重なる領域であり、領域γは第２内部電極１３ｂと第４内部電極１３ｄとがＺ方向で重なる領域であり、領域δは第１内部電極１３ａと第４内部電極１３ｄとがＺ方向で重なる領域である。
【００２９】
図４Ａに第１〜第４外部電極１５ａ〜１５ｄに印加する電圧波形、すなわち、第１〜第４内部電極１３ａ〜１３ｄに印加する電圧波形を示す。この電圧には、ｓｉｎ波（ｃｏｓ波）が、通常、用いられ、その周期をＴとしている。
【００３０】
第１内部電極１３ａに印加する電圧Ｖ１３ａと第２内部電極１３ｂに印加する電圧Ｖ１３ｂは位相が１８０度ずれている。第３内部電極１３ｃに印加する電圧Ｖ１３ｃと第４内部電極１３ｄに印加する電圧Ｖ１３ｄは位相が１８０度ずれている。そして、第１内部電極１３ａに印加する電圧Ｖ１３ａは第３内部電極１３ｃに印加する電圧Ｖ１３ｃと位相が９０度ずれており、第２内部電極１３ｂに印加する電圧Ｖ１３ｂは第４内部電極１３ｄに印加する電圧Ｖ１３ｄと位相が９０度ずれている。
【００３１】
なお、結局、第１内部電極１３ａに印加する電圧Ｖ１３ａは第４内部電極１３ｄに印加する電圧Ｖ１３ｄとも位相が９０度ずれており、第２内部電極１３ｂに印加する電圧Ｖ１３ｂは第３内部電極１３ｃに印加する電圧Ｖ１３ｃとも位相が９０度ずれている。
【００３２】
このような電圧の印加によって、圧電体１１においてそれぞれ領域α，β，γ，δに属する部分にかかる電圧波形を図４Ｂに示す。前述したように、領域αは第１内部電極１３ａと第３内部電極１３ｃとがＺ方向で重なる領域であるのでその差、“Ｖ１３ａ−Ｖ１３ｃ”が実際の印加電圧となる。同様にして、領域βでの印加電圧は“Ｖ１３ｂ−Ｖ１３ｃ”となり、領域γでは“Ｖ１３ｂ−Ｖ１３ｄ”となり、領域δでは“Ｖ１３ａ−Ｖ１３ｄ”となる。なお、図４Ａ，４Ｂの縦軸（電圧軸）は同じ縮尺ではない。
【００３３】
図５は図４Ｂに示した印加電圧による超音波モータ素子１０の変形（振動）形態を模式的に示したものであり、ヘッド１２の取り付け位置を黒点Ｐで示している。
【００３４】
時間Ｔ／４の時点では、圧電体１１において領域α，δに属する部分には順電圧が掛かるので領域α，δは伸張するが、逆に、圧電体１１において領域β，γに属する部分には逆電圧が掛かるので領域β，γは収縮する。そのためヘッド１２の位置Ｐは、超音波モータ素子１０の長さ方向中央から＋Ｘ側にずれている。このように、超音波モータ素子１０には、長さは殆ど変化しないが、その中心がずれるような長さ方向での伸縮変位が生じる。
【００３５】
時間Ｔ／２の時点では、圧電体１１において領域γ，δに属する部分には順電圧が掛かるので領域γ，δは伸張するが、逆に圧電体１１において領域α，βに属する部分には逆電圧が掛かるので領域α，βは収縮する。そのため超音波モータ素子１０には幅方向の曲げ変位が生じるために、ヘッド１２の位置Ｐは、長さ方向中央部において＋Ｙ側にずれた位置へと動く。
【００３６】
時間３Ｔ／４の時点では、圧電体１１において領域β，γに属する部分には順電圧が掛かるので領域β，γは伸張するが、逆に圧電体１１において領域α，δに属する部分には逆電圧が掛かるので領域α，δは収縮する。そのため超音波モータ素子１０には、長さは殆ど変化しないが、その中心がずれるような長さ方向での伸縮変位が生じるので、ヘッド１２の位置Ｐは、Ｙ方向での変位が実質的にゼロとなり、超音波モータ素子１０の長さ方向中央から−Ｘ側にずれた位置へと動く。
【００３７】
時間Ｔの時点では、圧電体１１において領域α，βに属する部分には順電圧が掛かるので領域α，βは伸張するが、逆に圧電体１１において領域γ，δに属する部分には逆電圧が掛かるので領域γ，δは収縮する。そのため超音波モータ素子１０には、そのため超音波モータ素子１０には幅方向の曲げ変位がＴ／２時とは反対向きに生じるために、ヘッド１２の位置Ｐは、長さ方向中央部において−Ｙ側にずれた位置へと動く。そして時間５Ｔ／４では再びＴ／４の状態に戻る。
【００３８】
このように超音波モータ素子１０に、長さ方向の伸縮２次共振振動（Ｌ２モード）と幅方向の曲げ１次共振振動（Ｂ１モード）とを生じさせることによって、ヘッド１２は反時計回りの楕円軌跡を描き、これによりヘッド１２とスライダ６０との間に作用する摩擦力を利用して、スライダを−Ｘ側へ移動させることができる。また、例えば、第１，第２内部電極１３ａ，１３ｂに印加する電圧は変更することなく、第３，第４内部電極１３ｃ，１３ｄに印加する電圧の位相を反転させると、スライダ６０を＋Ｘ側へと移動させることができる。
【００３９】
図５から明らかなように、超音波モータ素子１０がＬ２モードで振動している状態では実質的に長さは変化せず、また、Ｂ１モードで振動している状態において端面(長さ方向端）を固定しても、超音波モータ素子１０の中央部の動きに支障はないために、超音波モータ素子１０の端面を保持部材１４により固定して保持しても、超音波モータ素子１０は、Ｌ２Ｂ１モードで振動することができる。こうして、超音波モータ素子１０がＸ方向でぶれることなく保持されるので、スライダ６０に対する摺動位置が一定となるため、スライダ６０の移動速度制御、位置決め制御を高く維持することができる。
【００４０】
ところで、上記説明から明らかなように、超音波モータ素子１０では、第１内部電極１３ａと第２内部電極１３ｂを有する第１電極層／圧電体１１／第３内部電極１３ｃと第４内部電極１３ｄを有する第２電極層、からなるユニットがＬ２Ｂ１モードの振動を生じさせる最小単位である。つまり、このような単板構造であっても、Ｌ２Ｂ１モードの振動を生じさせることができ、超音波モータ素子は積層構造であることが必須とされる訳ではない。
【００４１】
超音波モータ素子１０は、このようなＬ２モードの振動の固有２次共振周波数と、Ｂ１モードの振動の固有１次共振周波数とが一致する形状とすることが好ましい。例えば、長さ３０ｍｍ×幅２２ｍｍ×厚み３ｍｍ、とされる。
【００４２】
次に、上述した超音波モータ素子１０の変形例について、図６を参照しながら説明する。この図６は先に示した図２Ｄと同様の形態で描かれている。すなわち、図６に示した構成要素による構築される超音波モータ素子では、第１内部電極１３ａと第２内部電極１３ｂを有する第１電極層／第１圧電体１１ａ／共通電極１３ｅ／第２圧電体１１ｂ／第３内部電極１３ｃと第４内部電極１３ｄを有する第２電極層、がＬ２Ｂ１モードの共振振動を生じさせるユニットとなる。図６では１ユニットのみを描いているが、複数ユニットが積層された構造であってもよい。
【００４３】
超音波モータ素子１０では電極層が介在する位置に、第１電極層と第２電極層とが交互に配置されていたが、ここでは、全面電極であってアース接続される共通電極１３ｅが第１電極層と第２電極層との間に位置するようにして、積層構造が形成されている。
【００４４】
そのため、第１電極層と共通電極１３ｅに挟まれている第１圧電体１１ａがＬ２モードでの共振振動を生じる部分となり、第２電極層と共通電極１３ｅに挟まれている第２圧電体１１ｂがＢ１モードでの共振振動を生じる部分となる。このように、Ｌ２モード振動部とＢ１モード振動部とが分かれている点が、先に説明した超音波モータ素子１０とは異なる。なお、第１圧電体１１ａと第２圧電体１１ｂは説明の便宜上の区別であり、共に、圧電材料からなる部分であることに変わりはない。
【００４５】
図７Ａにさらに別の超音波モータ素子２０の概略側面図を、図７Ｂに超音波モータ素子２０の電極構造を図２Ｄと同様にして示し、図７Ｃに超音波モータ素子２０の駆動電圧波形を示す。
【００４６】
超音波モータ素子２０は、圧電体層２１（圧電体１１と同じ）が、長さ方向と幅方向に２行２列に分けて設けられた４つの内部電極２３ａ〜２３ｄと、全面電極たるグランド電極２３ｅとで挟まれて構成されるユニットが、Ｌ２Ｂ１モードの振動を生じさせる最小単位となる。
【００４７】
内部電極２３ａは側面に露出する形状を有しており、内部電極２３ａどうしが外部電極２４ａにより接続される。内部電極２３ｂも側面に露出する形状を有しており、内部電極２３ｂどうしが外部電極２４ｂにより接続される。内部電極２３ｃは端面に露出する形状としており、内部電極２３ｃどうしが外部電極２４ｃにより接続される。内部電極２３ｄも端面に露出する形状となっており、内部電極２３ｄどうしが外部電極２４ｄにより接続される。グランド電極２３ｅは側面に露出する形状を有しており、グランド電極２３ｅどうしが外部電極２４ｅにより接続される。
【００４８】
図７Ａに示した状態においては、グランド電極２３ｅをグランド（アース）接続しており、電源２６からスイッチ２８により外部電極２４ｂ，２４ｄを介して、内部電極２３ｂ，２３ｄに駆動電圧が印加される。駆動電圧はそのまま、圧電体層２１において内部電極２３ｂ，２３ｄと全面電極たるグランド電極２３ｅとの部分に印加される電圧となる。超音波モータ素子２０では、対角に位置する駆動電極２３ｂ，２３ｄが１組の駆動部となり、駆動電極２３ａ，２３ｃが他の１組の駆動部となる。
【００４９】
超音波モータ素子２０の駆動においては、図７Ｃに示されるように、駆動電圧の位相を１８０度ずらす。図７Ｃと図４Ｂとを対比すると明らかなように、図４Ｂに示される領域βと領域δに印加される電圧とは位相が１８０度ずれており、この電圧パターンは図７Ｃに示される駆動電圧パターンと一致する。そのため、内部電極２３ａ，２３ｃに電圧を印加していなくとも、対角に位置する２つの領域に振動が生じることにおって、超音波モータ素子２０全体の共振振動として、Ｌ２Ｂ１モードの振動が励起される。
【００５０】
スイッチ２８を切り替えると、図７Ｃに示されるように、外部電極２４ａ，２４ｃを介して、内部電極２３ａ，２３ｃに駆動電圧が印加される。スイッチ２８は、スライダ６０の進行方向を逆転させる際に操作する。
【００５１】
さらに、内部電極２３ａ〜２３ｄにそれぞれ、図４Ｂに示される領域α〜δに掛かる電圧パターンと同じ駆動電圧を印加すれば、さらに大きなＬ２Ｂ１モードの振動を励起することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではないことはいうまでもない。例えば、内部電極構造として数種の形態について説明したが、これらの限られるものではなく、Ｌ２Ｂ１モードの振動を生じさせることができる限り、その電極構造および電源による駆動電圧の出力形態に制限はない。
【００５３】
例えば、直線的な動きを行うスライダ６０を取り上げた形態について説明したが、駆動対象物はこれに限られるものではなく、例えば、超音波モータ素子１０等をそのヘッド１２を回転自在に保持された円板の外周面等に押し当てて駆動することにより、この円板を回転させることができる。
【００５４】
なお、本発明に係る超音波モータ素子は、従来公知の圧電素子の製造方法を用いて製造することができる。例えば、圧電セラミックスの単板から構成される超音波モータ素子は、所定形状の圧電セラミックス（焼結体）に、銀ペースト等を用いて電極を印刷し、焼き付けし、分極し、必要に応じてリード線等を取り付けることにより作製することができる。また積層構造のものは、好ましくは、セラミックス粉末をシート成形してなるグリーンシートを作製し、これに電極パターンを印刷し、積層、熱圧着、脱脂、焼成する一体焼結法を用いて積層体を作製した後、外部電極を銀ペーストの塗布、焼成により形成し、分極することにより、製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】超音波モータ装置の概略構成を示す平面図。
【図２Ａ】超音波モータ素子の側面図。
【図２Ｂ】超音波モータ素子の第１端面図。
【図２Ｃ】超音波モータ素子の第２端面図。
【図２Ｄ】超音波モータ素子の電極構造を示す図。
【図３】超音波モータ素子の駆動領域を示す模式図。
【図４Ａ】超音波モータ素子の駆動電圧波形を示す図。
【図４Ｂ】超音波モータ素子の各駆動領域に印加される電圧波形を示す図。
【図５】超音波モータ素子に生ずるＬ１Ｂ２モードの振動変位を示す図。
【図６】別の超音波モータ素子の構成要素を示す図。
【図７Ａ】さらに別の超音波モータ素子の構造を示す側面図。
【図７Ｂ】図７Ａの超音波モータ素子の電極構造を示す図。
【図７Ｃ】図７Ａの超音波モータ素子の駆動電圧波形を示す図。
【図８】Ｌ１Ｂ２共振モードの説明図。
【符号の説明】
【００５６】
１０…超音波モータ素子、１１・１１ａ・１１ｂ…圧電体層、１２…ヘッド、１３ａ…第１内部電極、１３ｂ…第２内部電極、１３ｃ…第３内部電極、１３ｄ…第４内部電極、１３ｅ…共通電極、１４…保持部材、１５ａ…第１外部電極、１５ｂ…第２外部電極、１５ｃ…第３外部電極、１５ｄ…第４外部電極、１６…押圧機構、１８ａ…第１電源、１８ｂ…第２電源、２３ａ〜２３ｄ…内部電極、２３ｅ…グランド電極、２４ａ〜２４ｅ…外部電極、２６…電源、２８…スイッチ、６０…スライダ、６２…ガイド、６４…ベアリング、９０…圧電素子。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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