(57)【要約】【課題】複数の圧電変位部を備えた超音波アクチュエータにおいて、高出力、高駆動効率を安定して得ることが可能な超音波アクチュエータ、及びその振動体の製造方法を提供する。【解決手段】電気信号により伸縮する複数の圧電変位部と、複数の圧電変位部を連結する連結部とを有し、圧電変位部の共振により励振される振動体と、振動体に加圧接触されて、振動体に対して相対運動を生じる移動体と、を備えた超音波アクチュエータにおいて、複数の圧電変位部と連結部は、同一の圧電基材から一体化して形成される。【選択図】図２
2008067539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号により伸縮する複数の圧電変位部と、複数の前記圧電変位部を連結する連結部とを有し、前記圧電変位部の共振により励振される振動体と、
前記振動体に加圧接触されて、前記振動体に対して相対運動を生じる移動体と、
を備えた超音波アクチュエータにおいて、
複数の前記圧電変位部と前記連結部は、同一の圧電基材から一体化して形成されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】
複数の前記圧電変位部は、積層型圧電素子、または単一の圧電セラミックであることを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項３】
複数の前記圧電変位部と前記連結部は、前記圧電基材から切削により、一体化して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項４】
複数の前記圧電変位部と前記連結部は、スクリーン印刷により、一体化して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項５】
複数の前記圧電変位部は、それぞれの一端が所定の角度をなして交差して配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項６】
複数の前記圧電変位部は、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動体は、２つの前記圧電変位部と、２つの前記圧電変位部に共通して設けられ、前記移動体に当接する当接部材と、を有し、
２つの前記圧電変位部は、それぞれに同じ位相で伸縮を行う同相モードと、互いに逆の位相で伸縮を行う逆相モードの２つの固有モードを励起することにより、前記当接部材に楕円軌道、または円軌道を描く様に振動させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項８】
電気信号により伸縮する複数の圧電変位部と、複数の前記圧電変位部を連結する連結部とを有し、前記圧電変位部の共振により励振される振動体と、
前記振動体に加圧接触されて、前記振動体に対して相対運動を生じる移動体と、
を備えた超音波アクチュエータにおける前記振動体の製造方法であって、
複数の前記圧電変位部と前記連結部を、同一の圧電基材から切削により一体化して形成する工程を有することを特徴とする振動体の製造方法。
【請求項９】
電気信号により伸縮する複数の圧電変位部と、複数の前記圧電変位部を連結する連結部とを有し、前記圧電変位部の共振により励振される振動体と、
前記振動体に加圧接触されて、前記振動体に対して相対運動を生じる移動体と、
を備えた超音波アクチュエータにおける前記振動体の製造方法であって、
複数の前記圧電変位部と前記連結部を、スクリーン印刷により一体化して形成する工程を有することを特徴とする振動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータに関し、特に振動体を移動体に加圧接触させて相対移動を発生させる超音波アクチュエータ、及びその振動体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な移動装置に超音波アクチュエータを用いることが試みられている。超音波アクチュエータは、通常、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子を備えた振動体に駆動信号を入力して振動体を伸縮運動させ、振動体の一部に楕円振動（円振動を含む）をさせることにより、振動体に加圧された状態で接触する移動体との間で摩擦力により相対運動を発生させるものである。
【０００３】
また、振動体としては、２つの圧電素子が略直角に交差して配置されたトラス型超音波アクチュエータ（例えば、特許文献１参照）や２つの圧電素子が平行に配置されたパラレル型超音波アクチュエータ（例えば、特許文献２参照）等が知られている。
【０００４】
ここで、従来の超音波アクチュエータにおける、振動体の概略について説明する。
【０００５】
最初に、振動体の構成を図１４、図１８を用いて説明する。図１４は、従来のトラス型振動体１０、図１８は、従来のパラレル振動体１０の構成図である。
【０００６】
トラス型振動体１０、パラレル振動体１０は、いずれも図１４、図１８に示す様に、２つの圧電素子１５２，１５３、ベース部材１０５、チップ部材１０６等を備え、圧電素子１５２，１５３のそれぞれの一端にはチップ部材１０６が接着剤等により接合されている。一方、圧電素子１５２，１５３のそれぞれの他端はベース部材１０５が接着剤等により接合されている。
【０００７】
次に、この様な構成の振動体の固有モードについて図１５、図１９を用いて説明する。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、従来のトラス型振動体１０のそれぞれ同相モード、逆相モードによる変形の様子を示す図、図１９（ａ）、図１９（ｂ）は、従来のパラレル型振動体１０のそれぞれ同相モード、逆相モードによる変形の様子を示す図である。
【０００８】
同相モードは、２つの圧電素子１５２，１５３が同じ位相で伸縮するモードであり、図１５（ａ）、図１９（ａ）に示す様に、２つの圧電素子１５２，１５３が同じ方向に伸縮し、チップ部材１０６がそれぞれ矢印Ｐ，矢印Ｒ方向に振動する。また、逆相モードは、２つの圧電素子１５２，１５３が互いに逆の位相で伸縮するモードであり、図１５（ｂ）、図１９（ｂ）に示す様に、２つの圧電素子１５２，１５３が互いに反対方向に伸縮し、チップ部材１０６がそれぞれ矢印Ｑ、矢印Ｓ１，Ｓ２方向に振動する。
【０００９】
この様な同相モード、逆相モードを用いて、それぞれの共振周波数を所定の関係に設定し、２つの圧電素子１５２，１５３を共振駆動することにより、チップ部材１０６を楕円軌道（円軌道を含む）を描く様に移動、すなわち楕円振動（円振動を含む）をさせることができる。
【００１０】
尚、同相モード、逆相モードを用いてチップ部材に楕円振動をさせる駆動方法としては、位相差駆動、単相駆動の２つの駆動方法が知られている。
【００１１】
位相差駆動は、同相モード、逆相モードの共振周波数を略一致させて、共振周波数近傍の周波数で位相の異なる交流電圧を２つの圧電素子にそれぞれ印加することで、その電圧や位相差に応じて、形状、回転方向が決まる楕円振動が生成される。単相駆動は、同相モード、逆相モードの共振周波数を所定値ずらして、両共振周波数の間の周波数において、１つの圧電素子に単相の交流電圧を印加することで、楕円振動が生成される。その共振周波数の差と周波数によって楕円振動の形状が決まり、交流電圧を印加する圧電素子を切り替えることで楕円振動の回転方向を反転させることができる。
【００１２】
ところで、この様な構成の振動体においては、２つの圧電素子の位置誤差や特性差等の左右対称性の楕円軌道に対する感度が非常に高いものである。
【００１３】
同相モード、逆相モードは、２つの圧電素子の左右対称性が崩れると、共振Ｑが低下して振動振幅が減衰することにより楕円軌道が小さくなる。この為、超音波アクチュエータの出力低下（移動体の速度、推力の低下）や方向差が生じる。左右対称性が崩れる要因として、２つの圧電素子の位置の左右誤差や圧電素子単体の共振周波数の差等が挙げられ、いずれも前述の様に楕円軌道に対する誤差感度が高い。
【００１４】
図１３にトラス型振動体において、２つの圧電素子の位置の左右誤差、圧電素子間の特性差がある場合の楕円軌道を示した。図１３示す様に、２つの圧電素子の位置の左右誤差、圧電素子間の特性差がある場合、設計値に対して、楕円軌跡が小さくなることが確認できる。
【００１５】
また、２つの圧電素子の位置が左右対称であっても、設計値に対して内側や外側にずれた場合にも、同相モード、逆相モードの共振周波数が設計値からずれて、楕円軌道が変化する為、超音波アクチュエータの出力低下（移動体の速度、推力の低下）や個体ばらつきが生じる。
【００１６】
ここで、２つの圧電素子の位置が、設計値に対して内側や外側にずれた場合の共振周波数や楕円軌道の変化の様子を図１６、図１７、図２０、図２１を用いて説明する。図１６は、トラス型振動体における圧電素子の位置誤差と共振周波数の関係を示すグラフである。図１７は、トラス型振動体おける圧電素子の位置誤差による楕円軌道の変化の様子を示す図である。また、図２０は、パラレル型振動体における圧電素子の位置誤差と共振周波数の関係を示すグラフである。図２１は、パラレル型振動体おける圧電素子の位置誤差による楕円軌道の変化の様子を示す図である。
【００１７】
図１６、図１７、図２０、図２１に示す様に、トラス型振動体、パラレル型振動体のいずれも、２つの圧電素子の位置誤差により、共振周波数が大きく変化し、楕円軌道が大きく変化することが確認できる。尚、図１６、図１７、図２０、図２１、及び図１３は、いずれもシミュレーションによるものである。また、図１６、図１７、図２０、図２１において、素子位置誤差は、２つの圧電素子が内側にｄ移動した場合を−ｄ、２つの圧電素子が外側にｄ移動した場合を＋ｄとする。また、図１７、図２１におけるＸ軸、Ｙ軸は、それぞれ図１４、図１８に示すＸ方向、Ｙ方向に相当する。また、図１７，図２１、及び図１３は、単相駆動における楕円軌道を示しているが、位相差駆動においても共振周波数のずれにより、同様に楕円軌道が大きく変化する。
【特許文献１】特開２００１−５４２９１号公報
【特許文献２】特許第３５２３４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
この様に、２つの圧電素子を備えた振動体においては、２つの圧電素子の位置誤差や特性差等を抑えて、左右対称性を高精度で確保することが重要である。
【００１９】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されている振動体においては、前述の様に、独立した２つの圧電素子をベース部材とチップ部材の間に接着剤等により結合して製造するものであるので、容易に左右対称性を高精度で確保することは困難なものと考えられる。すなわち、２つの圧電素子を用意し、ベース部材やチップ部材に対して相互位置を高精度に位置決めし、接着剤を用いて固定結合するものであるので、次の様な問題が懸念される。第１に、圧電素子単体の共振周波数は、通常、ロット間等で最大２０％程度のばらつきを持つものであり、組立て前に単体圧電素子の特性を全数測定し、特性の類似したものを選別して組み合わせる工程が必要な場合があり、工程の複雑化を招く恐れがある。第２に、振動体の組立てを行う際、２つの圧電素子の位置や傾きを決める為の組立て治具を用いるが、簡単な構成では、圧電素子の位置がずれ易く、高精度に位置決めを行う為には、精度の高い治具が必要となる。また、接着剤の硬化中や、搬送中に圧電素子がずれない様に保持する機構が必要となることから、組立て治具の複雑化、大型化等によるコスト増や生産性の低下を招く恐れがある。第３に、２つの圧電素子、ベース部材、チップ部材を三角形状や口の字型に連結する構成において、４箇所の接着層が存在し、この接着層により振動が減衰され、楕円軌道が小さくなり、出力が低下するという問題がある。第４に、圧電素子の位置誤差や特性差等の左右対称性は、圧電素子材料にＱ値の高い材料（高Ｑ材）を使用した場合に特に大きく影響する。高Ｑ材（例えば、ハード系のＰＺＴ）は、共振時の振動振幅の減衰が小さい為、大きな変位量が得られるとともに、共振時の発熱が低く、駆動効率が高いという利点がある。しかしながら、一方では周波数に対する特性変化が大きく（周波数特性が急峻）、同相駆動モード、逆相駆動モードの共振周波数の少しの変化に対しても楕円軌道が大きく変化する。また、２つの圧電素子素子の共振周波数の差も楕円軌跡に大きく影響し、超音波アクチュエータの出力ばらつきが非常に大きくなる。したがって、これらの影響を回避する為に、高Ｑ材を使用することができず、超音波アクチュエータの高出力化や高駆動効率化を阻害するといった問題等がある。
【００２０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、電気信号により伸縮する複数の圧電変位部を備え、該圧電変位部の共振により励振される振動体と、該振動体に加圧接触され、該振動体に対して相対運動を生じる移動体と、を有する超音波アクチュエータにおいて、装置の複雑化と高価格化を招くことなく、複数の圧電変位部の左右対称性を高精度で確保することにより、高出力、高駆動効率を安定して得ることが可能な超音波アクチュエータ、及びその振動体の製造方法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】
【００２１】
上記目的は、下記の１乃至９のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【００２２】
１．電気信号により伸縮する複数の圧電変位部と、複数の前記圧電変位部を連結する連結部とを有し、前記圧電変位部の共振により励振される振動体と、
前記振動体に加圧接触されて、前記振動体に対して相対運動を生じる移動体と、
を備えた超音波アクチュエータにおいて、
複数の前記圧電変位部と前記連結部は、同一の圧電基材から一体化して形成されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【００２３】
２．複数の前記圧電変位部は、積層型圧電素子、または単一の圧電セラミックであることを特徴とする前記１に記載の超音波アクチュエータ。
【００２４】
３．複数の前記圧電変位部と前記連結部は、前記圧電基材から切削により、一体化して形成されることを特徴とする前記１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【００２５】
４．複数の前記圧電変位部と前記連結部は、スクリーン印刷により、一体化して形成されることを特徴とする前記１または２に記載の超音波アクチュエータ。
【００２６】
５．複数の前記圧電変位部は、それぞれの一端が所定の角度をなして交差して配置されることを特徴とする前記１乃至４のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
【００２７】
６．複数の前記圧電変位部は、互いに平行に配置されることを特徴とする前記１乃至４のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
【００２８】
７．前記振動体は、２つの前記圧電変位部と、２つの前記圧電変位部に共通して設けられ、前記移動体に当接する当接部材と、を有し、
２つの前記圧電変位部は、それぞれに同じ位相で伸縮を行う同相モードと、互いに逆の位相で伸縮を行う逆相モードの２つの固有モードを励起することにより、前記当接部材に楕円軌道、または円軌道を描く様に振動させることを特徴とする前記１乃至６のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
【００２９】
８．電気信号により伸縮する複数の圧電変位部と、複数の前記圧電変位部を連結する連結部とを有し、前記圧電変位部の共振により励振される振動体と、
前記振動体に加圧接触されて、前記振動体に対して相対運動を生じる移動体と、
を備えた超音波アクチュエータにおける前記振動体の製造方法であって、
複数の前記圧電変位部と前記連結部を、同一の圧電基材から切削により一体化して形成する工程を有することを特徴とする振動体の製造方法。
【００３０】
９．電気信号により伸縮する複数の圧電変位部と、複数の前記圧電変位部を連結する連結部とを有し、前記圧電変位部の共振により励振される振動体と、
前記振動体に加圧接触されて、前記振動体に対して相対運動を生じる移動体と、
を備えた超音波アクチュエータにおける前記振動体の製造方法であって、
複数の前記圧電変位部と前記連結部を、スクリーン印刷により一体化して形成する工程を有することを特徴とする振動体の製造方法。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複数の圧電変位部と連結部は、同一の圧電基材から一体化して形成される様にした。すなわち、複数の圧電変位部を一体化して形成することにより、複数の圧電変位部の位置誤差や特性差等の左右対称性を高精度で確保することができる様になる。したがって、超音波アクチュエータの性能ばらつきを抑えることができる。また、複数の圧電変位部にＱ値の高い圧電材料を使用することができる様になるので、高出力、高駆動効率を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下図面に基づいて、本発明に係る超音波アクチュエータの実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００３３】
〔実施形態１〕
最初に、実施形態１による超音波アクチュエータ１の構成を図１を用いて説明する。図１は、超音波アクチュエータ１の全体構成の概要を示す図である。
【００３４】
超音波アクチュエータ１は、図１に示す様に、パラレル型振動体１０、ガイド部材２０、加圧部材３０、移動体４０、及びローラ５０等を有し、電気−機械エネルギー変換素子である後述の圧電部材１０１を備えた振動体１０に駆動信号を入力して振動体１０を伸縮運動させ、振動体１０の一部を楕円軌道（円軌道を含む）を描く様に移動、すなわち楕円振動（円振動を含む）をさせることにより、振動体１０に加圧された状態で接触する移動体４０との間で摩擦力により相対運動を発生させるものである。
【００３５】
パラレル型振動体１０は、ガイド部材２０に沿って上下方向に移動可能に支持され、コイルばね等の加圧部材３０によって移動体４０に加圧接触される。移動体４０は、ローラ５０、または図示しないリニアガイド等に沿って左右方向に移動可能に支持されている。パラレル型振動体１０に楕円振動が励振されると、移動体４０が摩擦力により移動される。楕円振動の回転方向が時計方向であれば、移動体４０は右へ、反時計方向であれば左へ移動する。
【００３６】
尚、移動体４０は、板状あるいは棒状のステンレス等の金属材料で形成され、振動体１０との摩擦による磨耗を防ぐ為、窒化処理等の表面硬化処理が施されている。また、本実施形態１による超音波アクチュエータ１では、リニア駆動の例を示したが、移動体４０にロータ等の回転体を用いることで回転駆動を行うこともできる。
【００３７】
次に、パラレル型振動体１０の構成を図２を用いて説明する。図２は、パラレル型振動体１０の外観斜視図である。
【００３８】
パラレル型振動体１０は、図２に示す様に、圧電部材１０１、ベース部材１０５、チップ部材１０６等を備え、圧電部材１０１の一端には、本発明における当接部材に該当するチップ部材１０６が接着剤等により接合されている。一方、圧電部材１０１の他端はベース部材１０５が接着剤等により接合されている。尚、接着剤には、接着強度が高く、剛性の高いエポキシ系接着剤を用いる。
【００３９】
圧電部材１０１は、圧電変位部１０２，１０３、及び連結部１０４から構成され、２つの圧電変位部１０２、１０３は、連結部１０４を介して平行に配置され、コの字型に一体化して形成されている。
【００４０】
圧電部材１０１は、ＰＺＴ等の圧電特性を示す後述の圧電基材１００から形成され、コの字型の平行部分が、変位を行う圧電変位部１０２，１０３で、２つの圧電変位部１０２，１０３を連結する部分が連結部１０４である。圧電変位部１０２，１０３は、本発明における積層型圧電素子に該当し、厚さ数１０μｍの圧電セラミックス薄板（以下圧電薄板）と銀や銀パラジウム等からなる内部電極層が交互にＹ方向に積層された構成で、内部電極が１層毎に接続される様に圧電変位部１０２，１０３のそれぞれの前面に外部電極１０７が形成されている。尚、図２中、圧電変位部１０２，１０３のそれぞれの背面にも前面の外部電極１０７には接続されない内部電極に接続される外部電極１０７が形成されている。
【００４１】
また、外部電極１０７には、図示しないリード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）が接続され、駆動回路と接続される。外部電極１０７間に電圧を印加することで、それぞれの圧電薄膜がＹ方向に伸び（縮み）、圧電変位部１０２，１０３がＹ方向に変位する。
【００４２】
連結部１０４は、圧電変位部１０２，１０３と同じＰＺＴ材料であるが、電極は形成されないので、連結部１０４自体は変位しない。
【００４３】
チップ部材１０６は、圧電部材１０１の共振により励振され、先端部１０６ａが楕円振動を行う。移動体４０は、先端部１０６ａに加圧接触され、先端部１０６ａの振動周期と同じ周期の繰り返し摩擦力が移動体４０と先端部１０６ａとの間に発生する。この繰り返し摩擦力が駆動力となり、移動体４０を移動させることができる。
【００４４】
チップ部材１０６の材料には、磨耗を防ぐ為、硬度の高い、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、あるいは超硬合金等を用いる。また、ベース部材１０５には、製造し易く減衰の小さいステンレス等の金属材料を用いる。
【００４５】
また、この様な構成の圧電部材１０１において、前述の単層駆動を行なう為に、同相モード、逆相モードの共振周波数が所定の差となる様に、圧電変位部１０２，１０３の長さ、断面形状、間隔等が調整されている。
【００４６】
同相モードは、圧電変位部１０２，１０３が同じ位相で伸縮し、先端部１０６ａがＹ方向に振動する。逆相モードは、圧電変位部１０２，１０３が逆の位相で伸縮することにより、連結部１０４とチップ部材１０６がＸＹ平面で自転運動を行い、その結果、先端部１０６ａはＸ方向に振動する。そして、２つのモードのそれぞれの共振周波数の間の周波数の交流電圧を一方の圧電変位部１０２（１０３）に印加することで、２つのモードは位相がずれて励起され、先端部１０６ａには、Ｙ方向の振動とＸ方向の振動が合成された楕円振動が生成される。また、交流電圧を印加する圧電変位部１０２（１０３）を切り替えることで、楕円の回転方向が逆回転となる。
【００４７】
この様に、本発明に係る超音波アクチュエータ１においては、圧電部材１０１は、後述の同一の圧電基材１００から切削により一体的に形成されるので、加工精度により２つの圧電変位部１０２，１０３の位置が決まり、非常に高精度に製造することができる。また、圧電変位部１０２，１０３間に共振周波数等の特性差が生じ難くなる。これにより、２つの圧電変位部１０２，１０３の左右対称性を高精度で確保することができる様になる。
【００４８】
したがって、振動体１０の個体ばらつきを低減でき、設計値に近い高い出力を得ることができる。また、Ｑ値の高い圧電材料を使用することが可能となるので、大きな楕円振動が得られ、超音波アクチュエータ１の出力、駆動効率を向上させることができる。
【００４９】
また、従来の超音波アクチュエータに比べて、振動体１０の組立て治具を簡略化することができる。また、従来の超音波アクチュエータの様に、組立て前の圧電素子の選別、組合せ工程が不要となる。
【００５０】
さらには、２つの圧電変位部１０２、１０３が一体化して形成されているので、２つの圧電変位部の連結構造の中で接着層を従来に比べ２箇所分無くすことができるので、振動の減衰を抑え、出力を向上させることができる。
【００５１】
尚、本実施形態１による超音波アクチュエータ１においては、図２に示した様に、圧電部材１０１の連結部１０４はチップ部材１０６と接合される配置にしたが、図３に示す様に、圧電部材１０１の上下を逆に配置し、連結部１０４はベース材部材１０５と接合される様にしてもよい。
【００５２】
次に、この様な構成の圧電部材１０１の製造方法について、図４を用いて説明する。図４（ａ）乃至（ｄ）は、圧電部材１０１の製造工程を示す図である。
【００５３】
圧電基材１００は、図４（ａ）に示す様に、矩形の圧電薄板１００ａと内部電極層１００ｂが交互に積層され、焼結された圧電ブロックである。
【００５４】
積層最上層１００ｃは、連結部１０４となる為、圧電変位部１０２，１０３の層より厚い約１〜数ｍｍ程度の層が形成されている。
【００５５】
次に、この様な圧電基材１００を、図４（ｂ）に示す様に線Ｌ１１，Ｌ１２に沿って、例えば、ダイサーによりカットし、図４（ｃ）に示す様なコの字型の長尺状の圧電基材１００´に切り出す。
【００５６】
次に、圧電基材１００´を、図４（ｃ）に示す様に線Ｌ１３に沿って、圧電部材１０１の厚さ毎にダイシングを行い、図４（ｄ）に示す様に圧電部材１０１を得る。その後、図示しない外部電極の印刷工程や、分極工程が行われる。
【００５７】
この様に、圧電変位部１０２，１０３の位置関係は、機械の加工精度のみで決まる為、非常に正確な形状が得られる。また、２つの圧電変位部１０２，１０３は、１対として同一の圧電基材１００から切り出される為、特性が略同一になる。
【００５８】
尚、図４（ａ）に示す圧電基材１００に、シート状のチップ部材１０６を貼り付けておき、圧電部材１０１と同時に切り出してもよい。これにより、振動体１０の組立て時の接着作業が軽減される。
【００５９】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２による超音波アクチュエータ１について説明する。尚、その要部構成は、前述した実施形態１による超音波アクチュエータ１と略同様なので詳細な説明は省略し、第１の実施形態と構成の異なる圧電部材１０１の圧電変位部１０２，１０３について図５を用いて説明する。図５は、実施形態２によるパラレル型振動体１０の外観斜視図である。
【００６０】
実施形態１による圧電変位部１０２，１０３は、前述の様に、圧電薄板１００ａと内部電極層１００ｂが交互にＹ方向に積層されいるが、実施形態２による圧電変位部１０２，１０３は、図５に示す様に、圧電薄板１００ａと内部電極層１００ｂが交互にＺ方向に積層されている。
【００６１】
したがって、変位の取り出し方向はＹ方向（３１方向）となり、実施形態１による圧電変位部１０２，１０３に比べると単位電圧当たりの変位量は低下するが、次の様なメリットがある。
【００６２】
すなわち、圧電変位部１０２，１０３は、積層方向の張力に弱いので、実施形態１による圧電変位部１０２，１０３に比べて変位方向の強度が増し、大きな変位量を得ることができる。また、後述する製造方法が簡略化される。
【００６３】
次に、圧電変位部１０２，１０３の内部電極構造を図６を用いて説明する。図６は、実施形態２によるパラレル型振動体の内部電極構成図である。
【００６４】
圧電変位部１０２，１０３には、図６（ａ）、（ｂ）に示す電極構成が交互にＺ方向に積層されている。外部電極１０７は、２極が同一面に形成される為、各層において、片方の外部電極１０７と絶縁される様な内部電極形状となっている。
【００６５】
次に、この様な構成の圧電部材１０１の製造方法について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、圧電基材１００の平面図、図７（ｂ）は、圧電基材１００の側面図である。
【００６６】
圧電基材１００は、実施形態１による圧電基材１００と同様に、矩形の圧電薄板１００ａと内部電極層１００ｂが交互に積層され、焼結された圧電ブロックである。
【００６７】
次に、この様な圧電基材１００を、図７（ａ）に示す様に線Ｌ２１，Ｌ２２，及びＬ２３に沿って圧電部材１０１の形状に、例えば、ダイサーによりカットし、圧電部材１０１を得る。その後、外部電極の印刷工程や、分極工程が行われる。実施形態１による製造方法に比べて、切り出し工程が少ないので、製造工程が簡略化され、製造コストを低減させることができる。
【００６８】
〔実施形態３〕
次に、実施形態３による超音波アクチュエータ１について説明する。尚、その要部構成は、前述した実施形態１，２による超音波アクチュエータ１と略同様なので詳細な説明は省略し、第１、第２の実施形態と構成の異なる圧電部材１０１の圧電変位部１０２，１０３について図８を用いて説明する。図８は、実施形態３によるトラス型振動体１０の外観斜視図である。
【００６９】
トラス型振動体１０は、実施形態１，２によるパラレル型振動体１０と同様に、図８に示す様に、圧電部材１０１、ベース部材１０５、チップ部材１０６等を備え、圧電部材１０１の一端にはチップ部材１０６が接着剤等により接合されている。一方、圧電部材１０１の他端はベース部材１０５が接着剤等により接合されている。尚、接着剤には、接着強度が高く、剛性の高いエポキシ系接着剤を用いる。
【００７０】
圧電部材１０１は、圧電変位部１０２，１０３、及び連結部１０４から構成され、２つの圧電変位部１０２、１０３は、連結部１０４を介して略９０度に配置され、くの字型に一体化して形成されている。
【００７１】
圧電変位部１０２，１０３は、実施形態２による圧電変位部１０２，１０３と同様に、圧電薄板１００ａと内部電極層１００ｂが交互にＺ方向に積層されている。内部電極構造は、図９に示す様に、実施形態２による電極構造と略同様なので説明は省略する。
【００７２】
また、外部電極１０７には、図示しないリード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）が接続され、駆動回路と接続される。外部電極１０７間に電圧を印加することで、それぞれの圧電薄膜がＺ方向に伸び（縮み）、圧電変位部１０２，１０３が長手方向に変位する。
【００７３】
また、この様な構成の圧電部材１０１において、前述の同相モード、逆相モードの共振周波数が所定の差となる様に、圧電変位部１０２，１０３の長さ、断面形状、チップ部材１０６に対する位置等が調整されている。
【００７４】
同相モードは、圧電変位部１０２，１０３が同じ位相で伸縮し、チップ部材１０６がＹ方向に振動する。逆相モードは、圧電変位部１０２，１０３が逆の位相で伸縮することにより、チップ部材１０６がＸ方向に振動する。そして、２つのモードのそれぞれの共振周波数の間の周波数の交流電圧を一方の圧電変位部１０２（１０３）に印加することで、２つのモードは位相がずれて励起され、チップ部材１０６には、Ｙ方向の振動とＸ方向の振動が合成された楕円振動が生成される。また、交流電圧を印加する圧電変位部１０２（１０３）を切り替えることで、楕円の回転方向が逆回転となる。
【００７５】
この様に、実施形態３による超音波アクチュエータ１においても、前述の実施形態１，２による超音波アクチュエータ１と同様に、圧電部材１０１は、同一の圧電基材１００から切削により一体的に形成されるので、加工精度により２つの圧電変位部１０２，１０３の位置が決まり、非常に高精度に製造することができる。また、圧電変位部１０２，１０３間に共振周波数等の特性差が生じ難くなる。これにより、２つの圧電変位部１０２，１０３の左右対称性を高精度で確保することができる様になる。
【００７６】
尚、前述の図１７，２１で示した楕円軌道からわかるように、トラス型振動体は、横方向（Ｘ方向）の振幅が大きく、パラレル型振動体は、縦方向（Ｙ方向）の振幅が大きい。楕円軌道形状と駆動性能との関係は、横方向の振動振幅が、移動体の速度に、縦方向の振動振幅が、移動体の推力に効く為、トラス型振動体は高速型の出力、パラレル型振動体は高推力型の出力が得られる。
【００７７】
次に、この様な構成の圧電部材１０１の製造方法を、図１０に示す。圧電部材１０１の製造方法は、図１０（ａ）に示す様に、実施形態２による圧電部材１０１の製造方法と同じであり、圧電基材１００を、圧電部材１０１の形状に、例えば、ダイサーによりカットし、圧電部材１０１を得る。その後、外部電極の印刷工程や、分極工程が行われる。
【００７８】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は前述の実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、適宜変更、改良が可能であることは勿論である。
【００７９】
例えば、実施形態２，３による圧電部材１０１は、前述の様に、圧電薄板１００ａと内部電極層１００ｂが交互に積層された積層構造を有するものであるが、図１１に示す様に、単一の圧電セラミックスであってもよい。図１１は実施形態２の別例によるパラレル型振動体１０の外観斜視図である。
【００８０】
圧電部材１０１は、単一の圧電セラミックスで前面、背面の両面に外部電極１０７が設けられ、厚み方向（Ｚ方向）に分極されている。製造方法は、図１１に示す様な形状に成型後、焼成する。あるいは、積層の場合と同様に、焼成された圧電基材１００（圧電ブロック）から切り出してもよい。この様に圧電部材１０１を単一の圧電セラミックス構造にした場合、駆動電圧は高くなるが、製造が容易で、製造コストを低減させることができる。
【００８１】
また、切削によらず圧電部材１０１を一体的に形成する様にしてもよい。図１２に実施形態１による圧電部材１０１を、例えば、スクリーン印刷により形成する製造方法を示した。図１２（ａ）乃至（ｃ）の順に圧電薄板１００ａ、内部電極層１００ｂを断面形状で交互に印刷し、全層印刷終了後、焼成を行い、最後に基材１００ｄから取り外し圧電部材１０１を得る。前述の実施形態１乃至３に比べて、形状自由度が大きいというメリットがある。したがって、実施形態２による圧電部材１０１の場合では、圧電変位部１０２，１０３の両端を連結した構成なども可能であり、強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態１による全体構成図である。
【図２】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態１によるパラレル型振動体の外観斜視図である。
【図３】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態１の別例によるパラレル型振動体の外観斜視図である。
【図４】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態１によるパラレル型振動体の製造工程を示す図である。
【図５】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態２によるパラレル型振動体の外観斜視図である。
【図６】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態２によるパラレル型振動体の内部電極構成図である。
【図７】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態２によるパラレル型振動体の製造工程を示す図である。
【図８】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態３によるトラス型振動体の外観斜視図である。
【図９】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態３によるトラス型振動体の内部電極構成図である。
【図１０】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態３によるトラス型振動体の製造工程を示す図である。
【図１１】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態２の別例によるパラレル型振動体の外観斜視図である。
【図１２】本発明に係る超音波アクチュエータの実施形態１の別例によるパラレル型振動体の製造工程を示す図である。
【図１３】従来のトラス型振動体における圧電素子位置の左右誤差、圧電素子間の特性差による楕円軌道の変化の様子を示す図である。
【図１４】従来のトラス型振動体の構成図である。
【図１５】従来のトラス型振動体の固有モードによる変形の様子を示す図である。
【図１６】従来のトラス型振動体における圧電素子の位置誤差と共振周波数の関係を示すグラフである。
【図１７】従来のトラス型振動体おける圧電素子の位置誤差による楕円軌道の変化の様子を示す図である。
【図１８】従来のパラレル型振動体の構成図である。
【図１９】従来のパラレル型振動体の固有モードによる変形の様子を示す図である。
【図２０】従来のパラレル型振動体における圧電素子の位置誤差と共振周波数の関係を示すグラフである。
【図２１】従来のパラレル型振動体おける圧電素子の位置誤差による楕円軌道の変化の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  超音波アクチュエータ
１０  振動体
１００  圧電基材
１０１  圧電部材
１０２，１０３  圧電変位部
１０４  連結部
１０５  ベース部材
１０６  チップ部材
１０７  外部電極
１５２，１５３  圧電素子
２０  ガイド部材
３０  加圧部材
４０  移動体
５０  ローラ
【図１】
2008067539.tif 000003
【図２】
2008067539.tif 000004
【図３】
2008067539.tif 000005
【図４】
2008067539.tif 000006
【図５】
2008067539.tif 000007
【図６】
2008067539.tif 000008
【図７】
2008067539.tif 000009
【図８】
2008067539.tif 000010
【図９】
2008067539.tif 000011
【図１０】
2008067539.tif 000012
【図１１】
2008067539.tif 000013
【図１２】
2008067539.tif 000014
【図１３】
2008067539.tif 000015
【図１４】
2008067539.tif 000016
【図１５】
2008067539.tif 000017
【図１６】
2008067539.tif 000018
【図１７】
2008067539.tif 000019
【図１８】
2008067539.tif 000020
【図１９】
2008067539.tif 000021
【図２０】
2008067539.tif 000022
【図２１】
2008067539.tif 000023