(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体を積層して構成した振動子であって、
前記振動子は前記複数の圧電体の積層方向に変位分布する縦振動もしくはねじり振動を励振し、
前記複数の圧電体の夫々の厚みは前記複数の圧電体により励振される前記振動子の振動の歪みが大きい位置ほど薄いことを特徴とする振動子。
【請求項２】
複数の圧電体を積層して構成した振動子であって、
前記振動子は前記複数の圧電体の積層方向と直交する方向に屈曲振動し、
前記複数の圧電体の夫々の厚みは前記屈曲振動の歪みが大きい位置ほど薄いことを特徴とする振動子。
【請求項３】
縦振動と屈曲振動を励振する振動子であって、縦振動を励振する圧電体と屈曲振動を励振する圧電体は前記屈曲振動の変位方向に積層され、前記屈曲振動を励振する圧電体の厚みは前記縦振動を励振する圧電体の厚みよりも薄いことを特徴とする振動子。
【請求項４】
前記屈曲振動を励振する圧電体は前記縦振動を励振する圧電体の両側を挟んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の振動子。
【請求項５】
屈曲変位する振動子であって、
前記振動子は複数の圧電体が前記屈曲変位の方向並びにこれと直交する方向に積層して構成されたものであり、
前記屈曲変位と直交する方向に積層された圧電体の、前記屈曲変位と直交する方向の厚みは前記屈曲変位の中立面側ほど厚いことを特徴とする振動子。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一つに記載の振動子を用いることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一つに記載の振動子により駆動されるローターもしくは移動体を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項８】
振動体と、
前記振動体に接合され第一の屈曲振動を励振する第一の圧電体と、
前記第一の圧電体の前記振動体と接合されていない側に接合され前記第一の圧電体よりも厚みの薄い第二の屈曲振動を励振する第二の圧電体と、
前記振動体により駆動されるローターと、
を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の振動子を用いることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項６〜請求項８のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用いることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータやバイモルフ型に代表され、時計、カメラ、プリンタ、記憶装置など用いられる圧電アクチュエータに係わり、特に、従来より出力を向上させた圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、交流電圧などの駆動信号を加えられた圧電体に発生する振動を、移動体を動かす動力として利用する圧電アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換効率が高いため、特にマイクロメカニクスの分野において注目されている。
【０００３】
ここで、圧電アクチュエータの従来例である圧電アクチュエータ１００について、図１３を用いて説明する。
【０００４】
まず、圧電アクチュエータ１００の構成について説明する。
圧電アクチュエータ１００は、図１３（Ａ）に示すように、金属からなる直方体の弾性板１０１と、弾性板１０１の一面に一体的に積層される圧電体１０２と、弾性板１０１の他面に積層される圧電体１０３と、により概略構成される。
ここで、圧電体１０２と圧電体１０３とは厚み方向に分極されている。また、その分極方向は、例えば弾性板１０１と接する面１０２ａと面１０３ａはそれぞれ−および＋であり、また、これらの反対側の面１０２ｂと１０３ｂとはそれぞれ＋および−である。すなわち、圧電体１０２，１０３は逆方向に分極されている。
また、面１０２ｂ，１０３ｂにはそれぞれほぼ全面を覆うように電極を設けられている。なお、面１０２ａ，１０３ａには、弾性板１０１が電極を兼ねる。
【０００５】
次に、圧電アクチュエータ１００の動作について説明する。
【０００６】
まず、図１３（Ａ）に示すように、面１０２ｂ，１０３ｂの電極を−極とし、弾性板１０１を＋極として、電圧を加える。
圧電体１０２は、面１０２ｂおよび面１０２ａの分極方向とは逆の方向に電圧を加えられるため、長手方向に伸長する。
圧電体１０３は、面１０３ａおよび面１０２ｂの分極方向と一致する方向に電圧を加えられるため、長手方向に収縮する。
この結果、圧電アクチュエータ１００は、図１３（Ｂ）の矢印Ｘに示す方向に湾曲して、移動体（図示省略）をこの湾曲方向に動かす駆動力を生じる。
【０００７】
また、面１０２ｂ，１０３ｂを＋極とし、面１０２ａ，１０３ａを−極として、電圧を加えると、矢印Ｘとは逆の方向に湾曲して、前記移動体を同図（Ｂ）とは逆の方向に動かす駆動力を生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電アクチュエータ１００は、弾性板１０１を挟んでそれぞれ１枚の圧電体１０２，１０３を一体的に積層したのみであるため、その出力、変位には上限があった。
また、圧電アクチュエータ１００の改良技術として、図１３（Ｃ）に示す、圧電体１０２，１０３の上にそれぞれ圧電体１０２，１０３と同一の構成を有する圧電体１０４および圧電体１０５を積層した圧電アクチュエータ１１０があったが、電圧の大きさ、つまり入力した電力の割にはその出力、変位は大きくはならなかった。また、条件によっては、圧電アクチュエータ１１０の出力、変位は圧電アクチュエータ１００の出力より小さくなる場合もあった。
【０００９】
ここで、本発明者は、前述した圧電アクチュエータ１１０の問題は、圧電体１０４の伸長量を、歪みの中立面を含む弾性板１０１より遠方にあるため、圧電体１０２の伸長量より大きくする必要があるにもかかわらず、圧電体１０２と同一の圧電体を用いて同一の伸長量としたこと、及び、圧電体１０５の収縮量を、弾性板１０１より遠方にあるため圧電体１０３の収縮量より大きくする必要があるにもかかわらず、圧電体１０３と同一の圧電体を用いて同一の伸長量としたことにあると考えた。
すなわち、圧電体１０４は圧電体１０２の伸長を妨げる結果となり、また、圧電体１０５は圧電体１０３の収縮を妨げる結果となっていた、ということである。
本発明は、前述した考えに基づいて設計された、複数の圧電体の駆動力を損なうことなく外部に伝達する圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決する手段は、
入力された駆動信号に従って歪んで駆動力を生じる圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子は厚さの異なる複数の圧電体が積層して形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータとする。
【００１１】
以上の解決手段にあって、圧電アクチュエータは、例えばバイモルフ型の圧電アクチュエータや、超音波モータである。
また、圧電体の材料に限定はない。
さらに、前記複数の圧電体の各々の厚さは、該圧電体の動作及び位置に応じて適宜調節される。基本的には、より大きく歪む必要のある圧電体はより薄くする。ここで、前記複数の圧電体は、すべてが異なる厚さであってもよいし、一部は同じ厚さとしてもよい。
【００１２】
この解決手段によれば、圧電体の厚さを該圧電体の動作及び位置に応じて適宜調節することにより、各圧電体は、他の圧電体の動作を妨げることなくすべて圧電アクチュエーターの動作に寄与する。従って、同一消費電力においては従来より出力は大きく、かつ、同一出力においては従来と比べて小型化するとともに消費電力を減少した、圧電アクチュエータを作製できる。
【００２５】
また、振動子により駆動されるローターもしくは移動体を有することを特徴とする圧電アクチュエータとする。
【００２６】
これによれば、効率の優れた圧電アクチュエータが実現できる。
【００２８】
この解決手段によれば、前記複数の圧電体に生じた駆動力は最も効率よく前記振動体に伝わるので、同一消費電力においては従来より出力は大きく、かつ、同一出力においては従来と比べて小型化するとともに消費電力を減少した、超音波モータを作製できる。
【００２９】
また、本発明の振動子もしくはこの振動子を用いた圧電アクチュエータを用いる圧電アクチュエータ付電子機器であることを特徴とする。
【００３０】
ここで、前記電子機器としては、例えば電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある
【００３１】
この解決手段によれば、従来の振動子や圧電アクチュエータと比べて小電力で出力が大きいので電子機器を小型化できるとともに省電力化が図れる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１２を参照して、本発明を適用した実施例を詳細に説明する。
【００３３】
＜第一の実施例＞
図１は、本発明の第一の実施例である、圧電アクチュエータ１の構成を示す断面図である。
【００３４】
まず、圧電アクチュエータ１の構成について説明する。
圧電アクチュエータ１は、直方体の圧電体１１と、圧電体１１の上面に一体的に積層した直方体の圧電体１２と、圧電体１２の上面に一体的に積層した直方体の圧電体１３と、圧電体１１の下面に一体的に積層した直方体の圧電体１４と、圧電体１４の下面に一体的に積層した直方体の圧電体１５と、圧電体１５の下面に一体的に積層した直方体の圧電体１６と、により概略構成され、一端を固定端とし、他端を解放端とする。
【００３５】
ここで、圧電体１１と圧電体１２の界面には電極１７ａを、圧電体１２と圧電体１３の界面には電極１７ｂを、圧電体１３の電極１７ｂと対向する面には電極１７ｃを、圧電体１１と圧電体１４の界面（歪みの中立面）には電極１７ｄを、圧電体１４と圧電体１５の界面には電極１７ｅを、圧電体１５と圧電体１６の界面には電極１７ｆを、圧電体１６の電極１７ｆと対向する面には電極１７ｇを、それぞれ周縁部を除いた全面を覆うように設ける。
また、電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇは相互に導通しており、さらに、電極１７ｂ，１７ｄ，１７ｆは相互に導通している。
【００３６】
圧電体１１は、例えばチタン酸バリウムから作製され、分極方向は積層方向であり、その分極極性は、電極１７ａと接する面を＋に、電極１７ｄと接する面を−とする。
【００３７】
圧電体１２は、圧電体１１と同じ物質から構成され、その表面形状は、積層面は圧電体１１と同じであり、かつ、厚みは圧電体１１よりも薄い。また、分極方向は積層方向であり、その分極極性は、電極１７ａと接する面を＋に、電極１７ｂと接する面を−とする。
【００３８】
圧電体１３は、圧電体１１と同じ物質から構成され、その表面形状は、積層面は圧電体１２と同じであり、かつ、厚みは圧電体１２よりも薄い。また、分極方向は積層方向であり、その分極極性は、電極１７ｂと接する面を−に、電極１７ｃと接する面を＋とする。
【００３９】
圧電体１４は、圧電体１１とほぼ同じ形状であり、圧電体１１と同じ物質から構成される。また、分極方向は積層方向であり、その分極極性は、電極１７ｄと接する面を＋に、電極１７ｅと接する面を−とする。
【００４０】
圧電体１５は、圧電体１２とほぼ同じ形状であり、圧電体１１と同じ物質から構成される。また、分極方向は積層方向であり、その分極極性は、電極１７ｅと接する面を−に、電極１７ｆと接する面を＋とする。
【００４１】
圧電体１６は、圧電体１３とほぼ同じ形状であり、圧電体１１と同じ物質から構成される。また、分極方向は積層方向であり、その分極極性は、電極１７ｆと接する面を＋に、電極１７ｇと接する面を−とする。
【００４２】
次に、圧電アクチュエータ１の動作について説明する。
【００４３】
圧電アクチュエータ１に、電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇを＋極として、かつ、電極１７ｂ，１７ｄ，１７ｆを−極として電圧を加えた場合を考える。
【００４４】
圧電体１１は、＋に分極された面は電極１７ａ、すなわち＋極と接しており、−に分極された面は電極１７ｄ、すなわち−極と接しているため、長手方向に収縮する。
【００４５】
同様に、圧電体１２は、＋に分極された面は電極１７ａ、すなわち＋極と接しており、−に分極された面は電極１７ｂ、すなわち−極と接しているため、長手方向に収縮する。
ここで、圧電体１２は圧電体１１より薄いため、圧電体１１と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体１１よりも多く収縮する。
【００４６】
同様に、圧電体１３は、−に分極された面は電極１７ｂ、すなわち−極と接しており、＋に分極された面は電極１７ｃ、すなわち＋極と接しているため、長手方向に収縮する。
ここで、圧電体１３は圧電体１２より薄いため、圧電体１２と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体１２よりも多く収縮する。
【００４７】
また、圧電体１４は、＋に分極された面は電極１７ｄ、すなわち−極と接しており、−に分極された面は電極１７ｅ、すなわち＋極と接しているため、長手方向に伸長する。
【００４８】
同様に、圧電体１５は、＋に分極された面は電極１７ｅ、すなわち−極と接しており、−に分極された面は電極１７ｆ、すなわち＋極と接しているため、長手方向に伸長する。
ここで、圧電体１５は圧電体１４より薄いため、圧電体１４と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体１４よりも多く伸長する。
【００４９】
同様に、圧電体１６は、−に分極された面は電極１７ｆ、すなわち＋極と接しており、＋に分極された面は電極１７ｇ、すなわち−極と接しているため、長手方向に伸長する。
ここで、圧電体１６は圧電体１５より薄いため、圧電体１５と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体１５よりも多く伸長する。
【００５０】
この結果、圧電アクチュエータ１において、圧電体１１，１２，１３は、電極１７ｄを歪みの中立面として収縮し、圧電体１４，１５，１６は、電極１７ｄを歪みの中立面として伸長するため、図１に示す矢印Ｘ方向の駆動力が発生する。ここで、圧電体１１，１２，１３において、最も多く収縮する圧電体は、歪みの中立面である電極１７ｄから最も遠く位置する圧電体１３であり、また、最も少なく収縮する圧電体は、電極１７ｄの直上にある圧電体１１である。このため、圧電体１２は圧電体１１の収縮を妨げることなく圧電アクチュエータ１の駆動力を増大させ、圧電体１３も圧電体１１，１２の収縮を妨げることなく圧電アクチュエータ１の駆動力を増大させる。
同様に、圧電体１４，１５，１６において、最も多く伸長する圧電体は、電極１７ｄより最も遠く位置する圧電体１６であり、また、最も少なく伸長する圧電体は、電極１７ｄの直下にある圧電体１４である。このため、圧電体１５は圧電体１４の伸長を妨げることなく圧電アクチュエータ１の駆動力を増大させ、圧電体１６も圧電体１４，１５の伸長を妨げることなく圧電アクチュエータ１に駆動力の駆動力、変位を増大させる。
【００５１】
また、逆に、圧電アクチュエータ１の電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇを−極として、また、電極１７ｂ，１７ｄ，１７ｆを＋極として電圧を加えると、圧電体１１，１２，１３は、電極１７ｄを歪みの中立面として伸長し、圧電体１４，１５，１６は、電極１７ｄを歪みの中立面として収縮するため、矢印Ｘとは逆方向の駆動力を生じる。
ここで、圧電体１１，１２，１３において、最も多く伸長する圧電体は、電極１７ｄより最も遠く位置する圧電体１３であり、最も少なく伸長する圧電体は、電極１７ｄの直上にある圧電体１１である。このため、圧電体１２は圧電体１１の伸長を妨げることなく圧電アクチュエータ１の駆動力を増大させ、圧電体１３も圧電体１１，１２の伸長を妨げることなく圧電アクチュエータ１の駆動力、変位を増大させる。
同様に、圧電体１４，１５，１６において、最も多く収縮する圧電体は、電極１７ｄより最も遠く位置する圧電体１６であり、最も少なく収縮する圧電体は、電極１７ｄの直下にある圧電体１４である。このため、圧電体１５は圧電体１４の収縮を妨げることなく圧電アクチュエータ１の駆動力を増大させ、圧電体１６も圧電体１４，１５の収縮を妨げることなく圧電アクチュエータ１の駆動力、変位を増大させる。
【００５２】
以上より、本発明の実施例である圧電アクチュエータ１によれば、圧電体１１の表面に、圧電体１１より薄くて圧電体１１と同一の電圧にて同一の方向に伸長・収縮する圧電体１２と、圧電体１２より薄くて圧電体１１と同一の電圧にて同一の方向に伸長・収縮する圧電体１３を一体的に積層し、圧電体１１の裏面には圧電体１１と同一の電圧にて逆方向に収縮・伸長する圧電体１４と、圧電体１４より薄くて圧電体１４と同一の電圧にて同一の方向に収縮・伸長する圧電体１５と、圧電体１５より薄くて圧電体１４と同一の電圧にて同一の方向に収縮・伸長する圧電体１６を一体的に積層したので、圧電体１１，１２，１３，１４，１５，１６の各々の伸長・収縮は、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく、すべて駆動力に寄与する。
従って、圧電アクチュエータ１は、簡単な構造であり、かつ、従来より出力及び効率を増大させた圧電アクチュエータとなるので、同一出力においては、従来と比べて小型化できるとともに消費電力を減少できる。
圧電アクチュエータ１の製法としては、電極を有する個々の圧電体を重ね合わせ、焼成し一体化にすることが望ましい。これは、接着剤等で接合した場合に比べて接合面での振動のロスが小さくなるためである。
【００５３】
なお、本実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意の変形が可能である。
例えば、圧電体１１〜１６の材料としては、任意の圧電材料を用いることができる。
また、圧電体１１〜１６の厚さの最適比は一義的に決まるものではなく、圧電材料の電気機械結合係数や、圧電体１１〜１６の積層面の表面積など複数の因子により決まる。
さらに各圧電体の分極方向や電極の構造は本実施例に限られるものではなく、歪みの中立面を境にそれぞれ同一の方向に伸長あるいは収縮さえすれば、任意に変形してよい。
また、圧電体の積層枚数も中立面を境に同数である必要はなく、それぞれ複数でさえすればよい。特に、これらの積層数が３以上である場合は、すべての圧電体の厚さが異なる必要はなく、一部同じであっても、本発明の効果を得られる。また、例えば自由端に重りをつければ上記と逆の効果で出力信号が大きな加速度センサや力センサが実現できる。
【００５４】
＜第二の実施例＞
図２は、本発明の第二の実施例である、圧電アクチュエータ２の構成を示す断面図である。
【００５５】
まず、圧電アクチュエータ２の構成について説明する。
圧電アクチュエータ２は、一つの直方体を形成するように長手方向に一体的に並べられた６個の直方体の圧電体２１ａ，圧電体２１ｂ，圧電体２１ｃ，圧電体２１ｄ，圧電体２１ｅ，圧電体２１ｆと、長手方向の長さが圧電体２１の半分であり６個の圧電体２１ａ〜２１ｆの上面に一体的に積層した１２個の直方体の圧電体２２ａ，圧電体２２ｂ，圧電体２２ｃ，圧電体２２ｄ，圧電体２２ｅ，圧電体２２ｆ，圧電体２２ｇ，圧電体２２ｈ，圧電体２２ｉ，圧電体２２ｊ，圧電体２２ｋ，圧電体２２ｌと、圧電体２１ａ〜２１ｆと同一の形状をしており圧電体２１ａ〜２１ｆの下面に一体的に積層した６個の圧電体２３ａ，圧電体２３ｂ，圧電体２３ｃ，圧電体２３ｄ，圧電体２３ｅ，圧電体２３ｆと、圧電体２２ａ〜２２ｌと同一の形状をしており６個の圧電体２３ａ〜２３ｆの下面に一体的に積層した１２個の直方体の圧電体２４ａ，圧電体２４ｂ，圧電体２４ｃ，圧電体２４ｄ，圧電体２４ｅ，圧電体２４ｆ，圧電体２４ｇ，圧電体２４ｈ，圧電体２４ｉ，圧電体２４ｊ，圧電体２４ｋ，圧電体２４ｌと、により概略構成され、一端を固定端とし、他端を解放端とする。
また、本発明における歪みの中立面は、圧電体２１ａ〜２１ｆの下面とする。
【００５６】
圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌ，２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌは例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛から作製されており、また、これらの分極方向は長手方向である。さらに、各圧電体の積層方向における厚さは等しいものとする。
【００５７】
圧電体２１ａ，２１ｃ，２１ｅの分極極性は、前記固定端側を＋に、前記解放端側を−とし、圧電体２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの分極極性は、前記固定端側を−に、前記解放端側を＋とする。
【００５８】
また、圧電体２２ａ，２２ｂ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｉ，２２ｊの分極極性は、前記固定端側を＋に、前記解放端側を−とし、圧電体２２ｃ，２２ｄ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｋ，２２ｌの分極極性は、前記固定端側を−に、前記解放端側を＋とする。
【００５９】
また、圧電体２３ａ，２３ｃ，２３ｅの分極極性は、前記固定端側を−に、前記解放端側を＋とし、圧電体２３ｂ，２３ｄ，２３ｆの分極極性は、前記固定端側を＋に、前記解放端側を−とする。
【００６０】
また、圧電体２４ａ，２４ｂ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｉ，２４ｊの分極極性は、固定端側を−に、解放端側を＋とし、圧電体２４ｃ，２４ｄ，２４ｇ，２４ｈ，２４ｋ，２４ｌの分極極性は、固定端側を＋に、解放端側を−とする。
【００６１】
さらに、隣接する圧電体２１ａ〜２１ｆ間の各界面及び圧電体２２ｂと２２ｃ間の界面、圧電体２２ｄと２２ｅ間の界面、圧電体２２ｆと２２ｇ間の界面、圧電体２２ｈと２２ｉ間の界面、圧電体２２ｊと２２ｋ間の界面には、前記固定端側からそれぞれ、電極２５ａ，電極２５ｂ，電極２５ｃ，電極２５ｄ，電極２５ｅを、圧電体２３ａ〜２３ｆ間の各界面及び圧電体２４ｂと２４ｃ間の界面、圧電体２４ｄと２４ｅ間の界面、圧電体２４ｆと２４ｇ間の界面、圧電体２４ｈと２４ｉ間の界面、圧電体２４ｊと２４ｋ間の界面には、前記固定端側からそれぞれ電極２８ａ、電極２８ｂ、電極２８ｃ、電極２８ｄ、電極２８ｅを設ける。
【００６２】
さらに、圧電体２１ａ，２２ａの固定端面および圧電体２１ｆ，２２ｌの解放端面には、それぞれ電極２５ｆおよび電極２５ｇを設ける。
また、圧電体２３ａ、２４ａの固定端面及び圧電体２３ｆ、２４ｌの解放端面には、それぞれ電極２８ｆおよび電極２８ｇを設ける。
【００６３】
さらに、圧電体２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉ，２２ｋの解放端側の側面には電極２６ａ，電極２６ｃ，電極２６ｅ，電極２６ｇ，電極２６ｉ，電極２６ｋを、圧電体２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈ，２２ｊ，２２ｌの固定端側の側面には電極２６ｂ，電極２６ｄ，電極２６ｆ，電極２６ｈ，電極２６ｊ，電極２６ｌを、それぞれ設ける。
これら、電極２６ａ、電極２６ｃ、電極２６ｅ、電極２６ｇ、電極２６ｉ、電極２６ｋと電極２６ｂ、電極２６ｄ、電極２６ｆ、電極２６ｈ、電極２６ｊ、電極２６ｌとの間は、絶縁体により絶縁されている。
【００６４】
さらに、圧電体２４ａ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｇ，２４ｉ，２４ｋの解放端側の側面には電極２７ａ，電極２７ｃ，電極２７ｅ，電極２７ｇ，電極２７ｉ，電極２７ｋを、圧電体２４ｂ，２４ｄ，２４ｆ，２４ｈ，２４ｊ，２４ｌの固定端側の側面には電極２７ｂ，電極２７ｄ，電極２７ｆ，電極２７ｈ，電極２７ｊ，電極２７ｌを、それぞれ設ける。
これら、電極２７ａ、電極２７ｃ、電極２７ｅ、電極２７ｇ、電極２７ｉ、電極２７ｋと電極２７ｂ、電極２７ｄ、電極２７ｆ、電極２７ｈ、電極２７ｊ、電極２７ｌとの間は、絶縁体により絶縁されている。
【００６５】
ここで、電極２５ａ，２５ｃ，２５ｅ，２６ａ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｈ，２６ｉ，２６ｌ，２７ａ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｈ，２７ｉ，２７ｌは相互に導通しており、さらに、電極２５ｂ，２５ｄ，２５ｆ，２５ｇ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｊ，２６ｋ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｆ，２７ｇ，２７ｊ，２７ｋは相互に導通している。
導通方法は、例えば、各電極の一部のみを端面まで張り出し、圧電アクチュエータ２の側面に電極を塗ることで端面に張り出した電極を短絡することが考えられる。
【００６６】
次に、圧電アクチュエータ２の動作について説明する。
【００６７】
圧電アクチュエータ２に、電極２５ａ，２５ｃ，２５ｅ，２６ａ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｈ，２６ｉ，２６ｌ，２７ａ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｈ，２７ｉ，２７ｌ、２８ａ、２８ｃ、２８ｅを−極として、また、電極２５ｂ，２５ｄ，２５ｆ，２５ｇ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｊ，２６ｋ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｆ，２７ｇ，２７ｊ，２７ｋ、２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ、２８ｇを＋極として電圧を加えた場合を考える。
【００６８】
圧電体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆは、それぞれ、＋に分極された面は、電極２５ｆ，２５ｂ，２５ｄ，２５ｇ、すなわち＋極と接しており、−に分極された面は、電極２５ａ，２５ｃ，２５ｅ、すなわち−極と接しているため、長手方向に収縮する。
【００６９】
また、圧電体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉ，２２ｊ，２２ｋ，２２ｌは、それぞれ、＋に分極された面は、電極２５ｆ，２６ｂ，２６ｃ，２５ｂ，２５ｂ，２６ｆ，２６ｇ，２５ｄ，２５ｄ，２６ｊ，２６ｋ，２５ｇ、すなわち＋極と接しており、−に分極された面は、電極２６ａ，２５ａ，２５ａ，２６ｄ，２６ｅ，２５ｃ，２５ｃ，２６ｈ，２６ｉ，２５ｅ，２５ｅ，２６ｌ、すなわち−極と接しているため、長手方向に収縮する。
ここで、圧電体２２ａ〜２２ｌは、長手方向すなわち電圧の印加方向において圧電体２１ａ〜２１ｆの半分の長さであるため、同一の電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体２１ａ〜２１ｆのおおよそ２倍ほど収縮する。
【００７０】
また、圧電体２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆは、それぞれ、＋に分極された面は、電極２８ａ，２８ｃ，２８ｅ、すなわち−極と接しており、−に分極された面は、電極２８ｆ，２８ｂ，２８ｄ，２８ｇ、すなわち＋極と接しているため、長手方向に伸長する。
【００７１】
また、圧電体２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｇ，２４ｈ，２４ｉ，２４ｊ，２４ｋ，２４ｌは、それぞれ、＋に分極された面は、電極２７ａ，２８ａ，２８ａ，２７ｄ，２７ｅ，２８ｃ，２８ｃ，２７ｈ，２７ｉ，２５ｅ，２５ｅ，２７ｌ、すなわち−極と接しており、−に分極された面は、電極２８ｆ，２７ｂ，２７ｃ，２８ｂ，２８ｂ，２７ｆ，２７ｇ，２８ｄ，２８ｄ，２７ｊ，２７ｋ，２８ｇ、すなわち＋極と接しているため、長手方向に伸長する。
ここで、圧電体２４ａ〜２４ｌは、長手方向すなわち電圧の印加方向において圧電体２３ａ〜２３ｆの半分の長さであるため、同一の電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体２３ａ〜２３ｆのおおよそ２倍ほど伸長する。
【００７２】
この結果、圧電アクチュエータ２において、圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌは、圧電体２１ａ〜２１ｆの下面を歪みの中立面として収縮し、圧電体２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌは、圧電体２３ａ〜２３ｆの上面を歪みの中立面として伸長するため、図２に示す矢印Ｘ方向の駆動力を生じる。
ここで、圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌにおいて、圧電体２１ａ〜２１ｆの下面に対して、より遠く位置する圧電体２２ａ〜２２ｌの収縮量は圧電体２１ａ〜２１ｆの収縮量よりも多いため、圧電体２２ａ〜２２ｌは圧電体２１ａ〜２１ｆの収縮を妨げることなく圧電アクチュエータ２の駆動力、変位を増大させる。
同様に、圧電体２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌにおいて、圧電体２３ａ〜２３ｆの上面に対して、より遠く位置する圧電体２４ａ〜２４ｌの伸長量は圧電体２３ａ〜２３ｆの伸長量よりも多いため、圧電体２４ａ〜２４ｌは圧電体２３ａ〜２３ｆの伸長を妨げることなく圧電アクチュエータ２の駆動力、変位を増大させる。
【００７３】
また、逆に、圧電アクチュエータ２の電極２５ａ，２５ｃ，２５ｅ，２６ａ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｈ，２６ｉ，２６ｌ，２７ａ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｈ，２７ｉ，２７ｌを＋極として、また、電極２５ｂ，２５ｄ，２５ｆ，２５ｇ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｊ，２６ｋ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｆ，２７ｇ，２７ｊ，２７ｋを−極として電圧を加えると、圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌは、圧電体２１ａ〜２１ｆの下面を歪みの中立面として伸長し、圧電体２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌは、圧電体２３ａ〜２３ｆの上面を歪みの中立面として収縮するため、矢印Ｘとは逆方向の駆動力を生じる。
ここで、圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌにおいて、圧電体２１ａ〜２１ｆの下面に対して、より遠く位置する圧電体２２ａ〜２２ｌの伸長量は圧電体２１ａ〜２１ｆの伸長量よりも多いため、圧電体２２ａ〜２２ｌは圧電体２１ａ〜２１ｆの伸長を妨げることなく圧電アクチュエータ２の駆動力、変位を増大させる。
同様に、圧電体２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌにおいて、圧電体２３ａ〜２３ｆの上面に対して、より遠く位置する圧電体２４ａ〜２４ｌの収縮量は圧電体２３ａ〜２３ｆの収縮量よりも多いため、圧電体２４ａ〜２４ｌは圧電体２３ａ〜２３ｆの収縮を妨げることなく圧電アクチュエータ２の駆動力、変位を増大させる。
【００７４】
以上より、本発明の実施例である圧電アクチュエータ２によれば、長手方向に一体的に並べた６個の圧電体２１ａ〜２１ｆの上面に、長手方向の長さが圧電体２１ａ〜２１ｆの半分であり圧電体２１ａ〜２１ｆと同一の電圧にて同一の方向に伸長・収縮する１２個の圧電体２２ａ〜２２ｌを一体的に積層し、圧電体２１ａ〜２１ｆの下面には圧電体２１ａ〜２１ｆと同一の電圧にて逆方向に収縮・伸長する６個の圧電体２３ａ〜２３ｆと、長手方向の長さが圧電体２３ａ〜２３ｆの半分であり圧電体２３ａ〜２３ｆと同一の電圧にて同一の方向に収縮・伸長する１２個の圧電体２４ａ〜２４ｌを一体的に積層したので、圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌ，２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌの各々の伸長・収縮は、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく、すべて駆動力、変位に寄与する。
従って、圧電アクチュエータ２は、簡単な構成であり、かつ、従来より出力及び効率を増大させた圧電アクチュエータとなるので、同一出力においては、従来と比べて小型化できるとともに消費電力を減少できる。
【００７５】
なお、本実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意の変形が可能である。
例えば、圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌ，２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌの材料としては、任意の圧電材料を用いることができる。
また、圧電体２２ａ〜２２ｌの長手方向の長さは圧電体２１ａ〜２１ｆの半分である必要はなく、圧電体２１ａ〜２１ｆより短くさえあればよく、また、圧電体２１ａ〜２１ｆの長さあるいは圧電体２２ａ〜２２ｌの長さがすべて同じである必要はない。
同様に、圧電体２４ａ〜２４ｌの長手方向の長さは圧電体２３ａ〜２３ｆの半分である必要はなく、圧電体２３ａ〜２３ｆより短くさえあればよく、また、圧電体２３ａ〜２３ｆの長さあるいは圧電体２４ａ〜２４ｌの長さがすべて同じである必要はない。
また、これらの長さの最適比は一義的に決まるものではなく、圧電材料の電気機械結合係数や、各圧電体の積層面の表面積など複数の因子により決まる。
さらに、圧電体２１ａ〜２１ｆ，２２ａ〜２２ｌ，２３ａ〜２３ｆ，２４ａ〜２４ｌの厚さをすべて等しくする必要はなく、圧電体２２ａ〜２２ｌの厚さを圧電体２１ａ〜２１ｆより薄くしたり、また、圧電体２４ａ〜２４ｌの厚さを圧電体２３ａ〜２３ｆより薄くしてもよい。
また、各圧電体の分極方向や電極の構造は本実施例に限られるものではなく、歪みの中立面を境にそれぞれ同一の方向に伸長あるいは収縮さえすれば、任意に変形してよい。例えば、個々の圧電体の両端面に電極を設けると共に、界面の電極は接する圧電体の共通電極としてもよい。
また、圧電体の積層枚数も中立面を境に同数である必要はなく、それぞれ複数でさえすればよい。特に、これらの積層数が３以上である場合は、すべての積層位置によって圧電体の長手方向の長さを変える必要はなく、一部同じであっても、本発明の効果を得られる。
また、例えば自由端に重りをつければ上記と逆の効果で出力信号が大きな加速度センサや力センサが実現できる。
【００７６】
＜第三の実施例＞
図３は、本発明の第三の実施例である超音波モータ３の構造および動作を説明する概略図であり、同図（Ａ）は超音波モータ３の正面概略図を、同図（Ｂ）は超音波モータ３の積層構造を示す概略図であり、同図（Ｃ）は超音波モータ３の動作を説明する概略図である。
【００７７】
まず、超音波モータ３の構造について説明する。
図３（Ｂ）に示すように、超音波モータ３は、円板状の圧電体３１と、圧電体３１の上に一体的に積層した円板状の圧電体３２と、圧電体３２の上に一体的に積層された振動体３３と、により概略構成されており、振動体３３の上に接するローター３４を、軸３６を中心として動かす。
すなわち、超音波モータ３は、従来の回転型超音波モータの圧電体に相当する圧電体３２の下面に、圧電体３２より薄い圧電体３１を一体的に積層した構造である。
ここで、圧電体３１と圧電体３２の厚さの和を、振動体３３の厚さに等しくする。このため、圧電体３２と振動体３３の界面が、本発明における歪みの中立面となる。
【００７８】
圧電体３１は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛から作製され、中心角３０゜であり相互に隣接する２個の扇形の領域３１ａ，３１ａと，中心角３０゜であり相互に隣接する２個の扇形の領域３１ｂ，３１ｂを、交互に計６組ずつ配置した構造をとる。
ここで、領域３１ａおよび領域３１ｂは、厚み方向に、互いに逆極性に分極されている。
なお、圧電体３１の中心には軸３６をはめ込む為の孔を設ける。
【００７９】
圧電体３２は、圧電体３１と同じ圧電材料から、圧電体３１と同一径に、かつ、圧電体３１より厚く作製され、中心角３０゜であり相互に隣接する２個の扇形の領域３２ａ，３２ａと，中心角３０゜であり相互に隣接する２個の扇形の領域３２ｂ，３２ｂを、交互に計６組ずつ配置した構造をとる。
ここで、領域３２ａは領域３１ａと、また、領域３２ｂは領域３１ｂと、それぞれすべて重なっている。
さらに、領域３２ａおよび領域３２ｂは、厚み方向に、それぞれ領域３１ａまたは領域３１ｂとは逆極性に分極される。
なお、圧電体３２の中心には軸３６をはめ込む為の孔を設ける。
【００８０】
また、６個づつある、領域３１ａと領域３２ａの界面と、領域３１ｂと領域３２ｂの界面には、該領域３１ａと該領域３２ａとに導通する電極３５ａまたは電極３５ｂを、交互に、それぞれほぼ全域に設ける。
ここで、６個ある電極３５ａ，３５ａ・・・はすべて導通しており、また、６個ある電極３５ｂ，３５ｂ・・・はすべて導通している。
さらに、圧電体３１の下面には電極３５ｃを圧電体３１のほぼ全面を覆うように設け、また、圧電体３２の上面には電極３５ｄを圧電体３２のほぼ全面を覆うように設ける。ここで、電極３５ｃと電極３５ｄとは接地している。
【００８１】
振動体３３は、圧電体３１および圧電体３２と同一系の円板状の弾性体であり、中心には軸３６を受け入れるための孔を有する。
また、振動体３３の、隣接する領域３２ａ，３２ａの境目の略中央部に対応する箇所および隣接する領域３２ｂ，３２ｂの境目の略中央部に対応する箇所には、ローター３４に当接する突起３３ａを、計６個設ける。
【００８２】
次に、超音波モータ３の動作について説明する。
【００８３】
まず、超音波モータ３の電極３５ａ，３５ａ・・・に、駆動信号としての正弦振動する交流電圧を入力した場合を考える。
【００８４】
すなわち、電極３５ａ，３５ａ・・・が−の電位である時は、６個づつある領域３１ａおよび領域３２ａのうち、電極３５ａと接している３個の領域３１ａおよび３個の領域３２ａは、＋に分極されている面に−の電位を加えられるため、厚さ方向に伸長する。ここで、領域３１ａは、領域３２ａと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ａより薄いため、領域３２ａよりも多く伸長して、領域３２ａの伸長を妨げない。
また、６個づつある領域３１ｂおよび領域３２ｂのうち、電極３５ａと接している３個の領域３１ｂおよび３個の領域３２ｂは、−に分極されている面に−の電位を加えられるため、厚さ方向に収縮する。ここで、領域３１ｂは、領域３２ｂと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ｂより薄いため、領域３２ｂよりも多く収縮して、領域３２ｂの収縮を妨げない。
従って、電極３５ａ，３５ａ・・・の電位が−方向に大きくなる場合は、図３（Ｃ）（１）線で示すように、領域３２ａ，３２ａの間に設けられた突起３３ａが、領域３１ａの伸長と領域３２ａの伸長との相互作用によって、従来の回転型超音波モータよりも大きく同図（Ｃ）矢印方向に傾きつつ、従来の回転型超音波モータよりも強くローター３４に押しつけられるので、ローター３４は従来の回転型超音波モータよりも大きな力で同図（Ｃ）矢印方向に動かす。
【００８５】
逆に、電極３５ａ，３５ａ・・・が＋の電位である時は、６個づつある領域３１ａおよび領域３２ａのうち、電極３５ａと接している３個の領域３１ａおよび３個の領域３２ａは、＋に分極されている面に＋の電位を加えられるため、厚さ方向に収縮する。ここで、領域３１ａは、領域３２ａと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ａより薄いため、領域３２ａよりも多く収縮して、領域３２ａの収縮を妨げない。
また、６個づつある領域３１ｂおよび領域３２ｂのうち、電極３５ａと接している３個の領域３１ｂおよび３個の領域３２ｂは、−に分極されている面に＋の電位を加えられるため、厚さ方向に伸長する。ここで、領域３１ｂは、領域３２ｂと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ｂより薄いため、領域３２ｂよりも多く伸長して、領域３２ｂの伸長を妨げない。
従って、電極３５ａ，３５ａ・・・の電位が＋方向に大きくなる場合は、図３（Ｃ）（２）線で示すように、領域３２ｂ，３２ｂの間に設けられた突起３３ａが、領域３１ｂの伸長と領域３２ｂの伸長との相互作用によって、従来の回転型超音波モータよりも大きく同図（Ｃ）矢印方向に傾きつつ、従来の回転型超音波モータよりも強くローター３４に押しつけられるので、ローター３４は従来の回転型超音波モータよりも大きな力で同図（Ｃ）矢印方向に動かす。
【００８６】
この結果、超音波モータ３は、ローター３４を、図３（Ｃ）の矢印に示す方向に、従来の回転型超音波モータよりも大きな力でなめらかに動かす。
【００８７】
逆に、超音波モータ３の電極３５ｂ，３５ｂ・・・に、駆動信号としての正弦振動する電圧を入力した場合を考える。
【００８８】
電極３５ｂ，３５ｂ・・・が−の電位である時は、６個づつある領域３１ａおよび領域３２ａのうち、電極３５ｂと接している３個の領域３１ａおよび３個の領域３２ａは、＋に分極されている面に−の電位を加えられるため、厚さ方向に伸長する。ここで、領域３１ａは、領域３２ａと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ａより薄いため、領域３２ａよりも多く伸長して、領域３２ａの伸長を妨げない。
また、６個づつある領域３１ｂおよび領域３２ｂのうち、電極３５ｂと接している３個の領域３１ｂおよび３個の領域３２ｂは、−に分極されている面に−の電位を加えられるため、厚さ方向に収縮する。ここで、領域３１ｂは、領域３２ｂと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ｂより薄いため、領域３２ｂよりも多く収縮して、領域３２ｂの収縮を妨げない。
従って、電極３５ｂ，３５ｂ・・・の電位が−方向に大きくなる場合は、図３（Ｄ）（１）線で示すように、領域３２ａ，３２ａの間に設けられた突起３３ａが、領域３１ａの伸長と領域３２ａの伸長との相互作用によって、従来の回転型超音波モータよりも大きく同図（Ｄ）矢印方向、すなわち同図（Ｃ）とは逆の方向に傾きつつ、従来の回転型超音波モータよりも強くローター３４に押しつけられるので、ローター３４は従来の回転型超音波モータよりも大きな力で同図（Ｄ）矢印方向に動かす。
【００８９】
逆に、電極３５ｂ，３５ｂ・・・が＋の電位である時は、６個づつある領域３１ａおよび領域３２ａのうち、電極３５ｂと接している３個の領域３１ａおよび３個の領域３２ａは、＋に分極されている面に＋の電位を加えられるため、厚さ方向に収縮する。ここで、領域３１ａは、領域３２ａと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ａより薄いため、領域３２ａよりも多く収縮して、領域３２ａの収縮を妨げない。
また、６個づつある領域３１ｂおよび領域３２ｂのうち、電極３５ｂと接している３個の領域３１ｂおよび３個の領域３２ｂは、−に分極されている面に＋の電位を加えられるため、厚さ方向に伸長する。ここで、領域３１ｂは、領域３２ｂと同じ電圧を加えられるにもかかわらず、領域３２ｂより薄いため、領域３２ｂよりも多く伸長して、領域３２ｂの伸長を妨げない。
従って、電極３５ｂ，３５ｂ・・・の電位が＋方向に大きくなる場合は、図３（Ｄ）（２）線で示すように、領域３２ｂ，３２ｂの間に設けられた突起３３ａが、領域３１ｂの伸長と領域３２ｂの伸長との相互作用によって、従来の回転型超音波モータよりも大きく同図（Ｄ）矢印方向に傾きつつ、従来の回転型超音波モータよりも強くローター３４に押しつけられるので、ローター３４は従来の回転型超音波モータよりも大きな力で同図（Ｄ）矢印方向に動かす。
【００９０】
この結果、超音波モータ３は、ローター３４を、図３（Ｄ）の矢印に示す方向に、従来の回転型超音波モータよりも大きな力でなめらかに動かす。
【００９１】
以上より、本発明の実施例である超音波モータ３によれば、従来の回転型超音波モータの圧電体に相当する圧電体３２の下面に、圧電体３２より薄い圧電体３１を、圧電体３２と同一の駆動信号により同一方向に動作をするように積層したので、圧電体３１は圧電体３２よりも大きく伸長・収縮して、超音波モータ３の出力を増大させる。また、超音波モータの消費電流は圧電素子の容量が大きいほど大きくなるが、歪みの寄与率が小さい部分の圧電素子の厚みを厚く、することで消費電流を低減し効率を向上することができる。
従って、超音波モータ３は、従来の回転型超音波モータと同一の動作を、より大きな力で行うため、同一出力においては、従来の回転型超音波モータと比べて小型化できるとともに消費電力を減少できる。
【００９２】
さらに、圧電体３１の厚さと圧電体３２の厚さの和を、振動体３３の厚さに等しくして、圧電体３２と振動体３３の界面を歪みの中立面としたので、圧電体３１，３２に生じた伸長・収縮による駆動力は振動体３３に最も効率よく伝わる。
【００９３】
なお、本実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意の変形が可能である。
例えば、圧電体３１，３２の材料としては、任意の圧電材料を用いることができる。
また、圧電体３１，３２の厚さの最適比は一義的に決まるものではなく、圧電材料の電気機械結合係数や、各圧電体の積層面の表面積など複数の因子により決まる。
さらに、各圧電体の分極方向や電極の構造は本実施例に限られるものではなく、積層した複数の圧電体が同一方向に伸長あるいは収縮さえすれば、任意に変形してよい。
また、圧電体の積層枚数も２枚である必要はなく、複数かつ厚さの和が振動体の厚さに等しければよい。特に、圧電体の積層数が３以上である場合は、すべての積層位置によって圧電体の厚さを変える必要はなく、一部同じであっても本発明の効果を得ることができる。
【００９４】
＜第四の実施例＞
以下、図４および図５を用いて、本発明の第四の実施例である、超音波モータ４について説明する。
図４は、超音波モータ４の構成を説明する概略図であり、図５は、超音波モータ４の動作を説明する概略図である。
【００９５】
まず、超音波モータ４の構成について、図４を用いて説明する。
図４（Ａ）に示すように、超音波モータ４は、円板状の圧電体４１と、圧電体４１の上に積層した円板状の圧電体４２と、圧電体４２の上に積層した円板状の圧電体４３と、圧電体４１の下に積層した円板状の圧電体４４と、圧電体４４の下に積層した円板状の圧電体４５と、圧電体４５の下に積層した円板状の圧電体４６と、圧電体４３の上に積層した圧電体４７と、圧電体４６の下に積層した圧電体４８と、圧電体４７の上に一体的に積層した振動体４９と、圧電体４８の下に一体的に積層した振動体４０と、により概略構成され、詳細を後述する動作により、非動作時には振動体４９のわずかに上に位置するローター４ａ（図５に記載）を回転させる。
ここで、圧電体４１〜４８はすべて一体的に積層されており、半径はすべて等しい。また、圧電体４１〜４６は、積層方向への伸長・収縮、すなわち縦振動を生じさせるための圧電体であり、圧電体４７，４８は円周方向にねじり振動を生じさせるための圧電体である。
【００９６】
圧電体４１は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛から作製され、厚み方向に分極されており、また、分極極性は、上面を＋とし、下面を−とする。
【００９７】
圧電体４２，４３は、圧電体４１と同じ材料から作製され、その厚みは、圧電体４２は圧電体４１より厚く、また、圧電体４３は圧電体４２より厚い。
また、圧電体４２，４３は、共に厚み方向に分極されている。また、圧電体４３の分極極性は圧電体４１の分極極性と同じであるが、圧電体４２の分極極性は圧電体４１の分極極性とは逆に、上面を−とし、下面を＋とする。
【００９８】
圧電体４４，４５，４６は、圧電体４１と同じ材料から作製され、その厚みは、それぞれ、圧電体４１，４２，４３に等しい。
また、圧電体４４，４５，４６はそれぞれ、厚み方向に分極されている。また、圧電体４４，４６の分極極性は圧電体４２の分極極性と同じであり、圧電体４５の分極極性は圧電体４１の分極極性と同じである。
【００９９】
圧電体４７，４８は、圧電体４１と同じ材料から作製され、図４（Ｂ）に示すように、例えば中心角９０゜である４個の扇形の領域４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａまたは領域４８ａ，４８ａ，４８ａ，４８ａに、それぞれ等分割されている。
領域４７ａ，４８ａの分極方向は円周方向であり、その分極極性は、図４（Ｂ）の矢印に示すように、上から見て反時計回りに＋から−である。
【０１００】
また、圧電体４１の上面には、圧電体４１の上面と圧電体４２の下面の双方に同一の電圧を加える電極４１ｂが、ほぼ全面を覆うように設けられる。
同様に、圧電体４２の上面には、圧電体４２の上面と圧電体４３の下面の双方に同一の電圧を加える電極４２ｂが、ほぼ全面を覆うように設けられる。
同様に、圧電体４３の上面には、圧電体４３の上面にのみ電圧を加える電極４３ｂが、ほぼ全面を覆うように設けられる。
また、圧電体４１の下面には、圧電体４１の下面と圧電体４４の上面の双方に同一の電圧を加える電極４１ｃが、ほぼ全面を覆うように設けられる。
同様に、圧電体４４の下面には、圧電体４４の下面と圧電体４５の上面の双方に同一の電圧を加える電極４４ｂが、ほぼ全面を覆うように設けられている。
同様に、圧電体４５の下面には、圧電体４５の下面と圧電体４６の上面の双方に同一の電圧を加える電極４５ｂが、ほぼ全面を覆うように設けられる。
同様に、圧電体４６の下面には、圧電体４６の下面にのみ電圧を加える電極４６ｂが、ほぼ全面を覆うように設けられる。
さらに、圧電体４７の上面，下面と、圧電体４８の上面，下面には、それぞれ、電極４７ｂ，電極４７ｃと、電極４８ｂ，電極４８ｃとが、ほぼ全面を覆うように設けられる。
さらに、電極４１ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４６ｂは互いに導通しており、また、電極４１ｃ，４２ｂ，４５ｂは互いに導通している。
また、電極４７ｂ，４８ｃは互いに導通しており、電極４７ｃ，４８ｂも互いに導通している。
【０１０１】
次に、超音波モータ４の動作について、図５を用いて説明する。
【０１０２】
まず、電極４１ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４６ｂに、電極４１ｃ，４２ｂ，４５ｂを接地した基準電極として、駆動信号としての交流電圧を加え、さらに、電極４７ｂ，４８ｃに、電極４７ｃ，４８ｂを接地した基準電極として、電極４１ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４６ｂに加えられる交流電圧から位相が９０゜遅れた交流電圧を加えた場合を考える。
【０１０３】
電極４１ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４６ｂの電位が−の時を考える。
【０１０４】
圧電体４１は、＋に分極された面は電極４１ｂにより−の電位を加えられ、−に分極された面は電極４１ｃにより接地しているため、厚み方向に伸長する。
同様に、圧電体４２，４３，４４，４５，４６は、＋に分極された面はそれぞれ電極４１ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４４ｂ，４６ｂにより−の電位を加えられ、−に分極された面はそれぞれ電極４２ｂ，４１ｃ，４５ｂにより接地しているため、すべて厚み方向に伸長する。
ここで、圧電体の厚みは目的の振動モードの歪みが大きくなる場所ほど薄くなるようにしている。圧電体４２，４５は圧電体４１，４４より厚いので、圧電体４１，４４と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体４１，４４より伸長量は少ない。同様に、圧電体４３，４６は圧電体４２，４５より厚いので、圧電体４２，４５と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体４２，４５より伸長量は少ない。
【０１０５】
また、圧電体４７，４８は、圧電体４２〜４６から９０゜遅れて、上面は下面に対して＋の電位となるため、＋に分極された側面の上方は収縮し、−に分極された側面の上方は伸長する。従って、圧電体４７の上面は、圧電体４２〜４６の伸長から９０゜遅れて反時計周りにねじれる。
【０１０６】
従って、超音波モータ４は、圧電体４１〜４６に加えられる電圧が−方向に大きくなるにつれて、図５（１）〜（２）に示すように、上に伸長すると共に、時計回り方向へのねじれから復帰して、さらに反時計回り方向にねじれるため、ローター４ａを圧接するとともに反時計回りに動かす。
ここで、厚さの異なる圧電体４１〜４６を一体的に積層したので、従来よりも多く伸長し、従って、より大きな力でローター４ａを反時計回りに動かす。
また、圧電体４１〜４６に加えられる電圧が他の位相の場合は、圧電体４１〜４６は収縮するためにローター４ａには当接せず、従って、図５（３）〜（４）に示すようにローター４ａを動かさない。
そして、図５（１）の状態に戻って、同じ動作を繰り返す。
【０１０７】
逆に、電極４１ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４６ｂの電位が＋の時を考える。
【０１０８】
圧電体４１は、＋に分極された面は電極４１ｂにより＋の電位を加えられ、−に分極された面は電極４１ｃにより接地しているため、厚み方向に収縮する。
同様に、圧電体４２，４３，４４，４５，４６は、＋に分極された面はそれぞれ電極４１ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４４ｂ，４６ｂにより＋の電位を加えられ、−に分極された面はそれぞれ電極４２ｂ，４１ｃ，４５ｂにより接地しているため、すべて厚み方向に収縮する。
ここで、圧電素子の厚みは目的の振動モードの歪みが大きくなる場所ほど薄くしている。圧電体４２，４５は圧電体４１，４４より厚いので、圧電体４１，４４と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体４１，４４より収縮量は少ない。同様に、圧電体４３，４６は圧電体４２，４５より厚いので、圧電体４２，４５と同じ電圧を加えられるにもかかわらず、圧電体４２，４５より収縮量は少ない。
【０１０９】
また、圧電体４７，４８は、圧電体４２〜４６から９０゜遅れて、上面は下面に対して−の電位となるため、＋に分極された側面の上方は伸長し、−に分極された側面の上方は収縮する。従って、圧電体４７の上面は、圧電体４２〜４６の伸長から９０゜遅れて時計周りにねじれる。
【０１１０】
従って、超音波モータ４は、圧電体４１〜４６に加えられる電圧が−方向に大きくなるにつれて、図示しないが、上に伸長すると共に、反時計回り方向へのねじれから復帰して、さらに時計回り方向にねじれるため、ローター４ａを圧接するとともに時計回りに動かす。
ここで、厚さの異なる圧電体４１〜４６を一体的に積層したので、従来よりも多く伸長し、従って、より大きな力でローター４ａを時計回りに動かす。
また、圧電体４１〜４６に加えられる電圧が他の位相の場合は、圧電体４１〜４６は収縮するためにローター４ａには当接せず、従って、ローター４ａを動かさない。
【０１１１】
以上より、本発明の実施例である超音波モータ４によれば、縦振動用の圧電体４１〜４６を一体的に積層し、さらに、その上下に、圧電体４１〜４６とは別個の駆動信号を入力されるねじり振動用の圧電体４７，４８を一体的に積層したので、駆動信号を調節することにより、圧電体４１〜４６が伸長しているときにのみ、すなわち圧電体４７，４８が一方向にねじれるときにのみ、超音波モータ４はローター４ａに圧接する。また、圧電体４１〜４６の厚さをそれぞれ歪み分布に応じて変えている。従って、超音波モータ４は従来よりも省電力で大きな力でローター４ａを所定方向に回転させる。
また、圧電体４１〜４６の厚さと、圧電体４７，４８の厚さの比を適宜調節することにより、縦振動とねじれ振動の強さの比を最適値に調節できる。
【０１１２】
なお、本実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意の変形が可能である。
例えば、圧電体４１〜４８の材料としては、任意の圧電材料を用いることができる。
また、圧電体４１〜４６の厚さの最適比は一義的に決まるものではなく、振動モードや圧電材料の電気機械結合係数や、圧電体４１〜４６の積層面の表面積など複数の因子により決まる。
【０１１３】
さらに、縦振動用の圧電体とねじり振動用の圧電体の積層方法や積層方向も、本実施例に限定されない。
例えば、図６（Ａ）に示すように、圧電体４７と同様の分極構造を有するねじり振動用の圧電体５１と圧電体５２とを積層し、さらに、圧電体５１，５２の両端面に圧電体４１と同様の分極構造を有する縦振動用の圧電体５３と圧電体５４とを積層した超音波モータ５においても、同様の効果を得る。ここで縦振動もねじり振動も例えば1次の振動モードの場合、中央部から両端に遠ざかるに従い歪みも小さくなる。そこで中央には位置されたねじり振動用の圧電体よりも外側に配置された縦振動用の圧電体の厚みを薄くすることで両方の振動のバランスは保たれる。
さらに、図６（Ｂ）に示すように、圧電体４１と同様の分極構造を有する縦振動用の圧電体６１の上に、圧電体６１より厚い縦振動用の圧電体６２と、圧電体６２より厚い縦振動用の圧電体６３と、を積層し、さらに圧電体６１の下に、圧電体４７と同様の分極構造を有するねじれ振動用の圧電体６４と、圧電体６４より厚いねじれ振動用の圧電体６５と、圧電体６５より厚いねじれ振動用の圧電体６６と、を積層した超音波モータ６においても、同様の効果を得る。
また、ここでは縦、ねじりとも１次モードを使用したがその限りではなく、高次モードを使用しても良いし、両方の振動モードの次数を合わせる必要も無い。ただその場合にも歪み分布に応じて圧電素子の厚みを変えさえすれば上記と同様の効果が得られる。
【０１１４】
＜第五の実施例＞
以下、図７および図８を用いて、本発明の第五の実施例である、超音波モータ７について説明する。
図７は、本発明の第五の実施例である、超音波モータ７の構成を説明する概略図であり、図８は超音波モータ７の動作を説明する概略図である。
【０１１５】
まず、超音波モータ７の構成について説明する。
超音波モータ７は、図７（Ａ）に示すように、円板状の圧電体７１と、圧電体７１の上に積層した円板状の圧電体７２と、圧電体７２の上に積層した円板状の圧電体７３と、圧電体７１の下に積層した円板状の圧電体７４と、圧電体７４の下に積層した円板状の圧電体７５と、圧電体７５の下に積層した円板状の圧電体７６と、圧電体７３の上に一体的に積層した振動体７７と、圧電体７６の下に一体的に積層した振動体７８と、により概略構成され、詳細を後述する動作により、振動体７８のわずかに上に位置するローター７９を回転させる。
ここで、圧電体７１〜７６はすべて一体的に積層されており、半径はすべて等しい。また、本発明における歪みの中立面は、圧電体７１と圧電体７４との界面である。
【０１１６】
圧電体７１は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛より作製される。また、圧電体７１は、図７（Ｃ）の平面図に示すように、２つの半円に分割されており、それぞれ逆極性に、厚み方向に分極されている。
【０１１７】
圧電体７２は、圧電体７１と同じ材料から、圧電体７１より厚く作製される。また、圧電体７２は圧電体７１と同方向に２つの半円に分割されており、それぞれ圧電体７１とは逆極性に分極されている。
また、圧電体７３は、圧電体７１と同じ材料から、圧電体７２より厚く作製される。また、圧電体７３は圧電体７１と同方向に２つの半円に分割されており、それぞれ圧電体７１と同極性に分極されている。
【０１１８】
圧電体７４は、圧電体７１と同じ材料から、圧電体７１と同じ厚さに作製される。また、圧電体７４は、図７（Ｄ）の平面図に示すように、２つの半円に分割されており、それぞれ逆方向に、厚み方向に分極されている。また、圧電体７４の分割方向は、圧電体７１の分割方向と直角に交わる方向である。
【０１１９】
圧電体７５は、圧電体７１と同じ材料から、圧電体７２と同じ厚さに作製される。また、圧電体７５は圧電体７４と同方向に２つの半円に分割されており、それぞれ圧電体７４とは逆極性に分極されている。
また、圧電体７６は、圧電体７１と同じ材料から、圧電体７３と同じ厚さに作製される。また、圧電体７６は圧電体７４と同方向に２つの半円に分割されており、それぞれ圧電体７４と同極性に分極されている。
【０１２０】
また、圧電体７１の上面には、圧電体７１の上面と圧電体７２の下面の双方に同一の電圧を加える電極７１ａを、ほぼ全面を覆うように設ける。
同様に、圧電体７２の上面には、圧電体７２の上面と圧電体７３の下面の双方に同一の電圧を加える電極７２ａを、ほぼ全面を覆うように設ける。
また、圧電体７３の上面には、圧電体７３の上面に電圧を加える電極７３ａを、ほぼ全面を覆うように設ける。
さらに、圧電体７１の下面には、圧電体７１の下面に電圧を加える電極７１ｂを、ほぼ全面を覆うように設ける。
【０１２１】
また、圧電体７４の上面には、圧電体７４の上面に電圧を加える電極７４ａを、ほぼ全面を覆うように設ける。
さらに、圧電体７４の下面には、圧電体７４の下面と圧電体７５の上面の双方に同一の電圧を加える電極７４ｂを、ほぼ全面を覆うように設ける。
同様に、圧電体７５の下面には、圧電体７５の下面と圧電体７６の上面の双方に同一の電圧を加える電極７５ａを、ほぼ全面を覆うように設ける。
さらに、圧電体７６の下面には、圧電体７６の下面に電圧を加える電極７６ａを、ほぼ全面を覆うように設ける。
なお、電極７１ａ，７３ａは互いに導通しており、電極７１ｂ，７２ａも互いに導通している。
同様に、電極７４ａ，７５ａは互いに導通しており、電極７４ｂ，７６ａも互いに導通している。
これら信号印加用の電極としてはフレキシブル基板や金属板等何ら制限はない。
また、圧電体、電極、振動体の接合としては接着あるいは中心に穴を空けボルトとナット等で締め付け固定する構造等が挙げられる。
【０１２２】
次に、超音波モータ７の動作について説明する。
【０１２３】
まず、電極７１ａ，７３ａに、電極７１ｂ，７２ａを基準電極として、駆動信号としての交流電圧を加え、さらに、電極７４ａ，７５ａに、電極７４ｂ，７６ａを基準として、電極７１ａ，７３ａに加えられる交流電圧から位相を９０゜進ませた交流電圧を加えた場合を考える。
【０１２４】
電極７１ａ，７３ａへ加えられる電圧が−に大きくなる時は、圧電体７１，７２，７３の図７（Ｃ）における左側半分は、＋に分極されている面に電極７１ａ，７３ａにより−の電圧を加えられるため、厚み方向に伸長し、また、右側半分は、−に分極されている面に−の電圧を加えられるため、厚み方向に収縮する。
また、電極７４ａ，７５ａに加えられる電圧は−から０に近づくため、圧電体７４，７５，７６の歪みは小さくなる。
従って、超音波モータ７は、図７（Ｂ）および図８（Ｂ）に示すように、全体として左側が伸長して右側が収縮するとともに、手前側及び奥側の歪みは減少するため、ロータ７９を図８（Ｂ）の矢印に示す方向に回転させる。
ここで、圧電体７１，７２，７３は、この順番に厚いので、目的の振動モードにおける歪みが大きい部分にある圧電素子ほど、それが発生する歪みが大きくなるので他の圧電体の伸長・収縮を妨げずに、超音波モータ７の歪み量、すなわち駆動力を増大させるとともに駆動への寄与率が小さい部分の圧電素子の厚みが厚い為、容量を小さくでき消費電流も小さくできる。
【０１２５】
また、電極７１ａ，７３ａへ加えられる電圧が−から０に近づく時は、圧電体７１，７２，７３の歪みは小さくなる。
この時、電極７４ａ，７５ａに加えられる電圧は＋に大きくなる。従って、圧電体７４，７５，７６の図７（Ｄ）における上半分は、＋に分極されている面に電極７４ａ，７５ａにより＋の電圧を加えられるため、厚み方向に収縮し、また、下半分は、−に分極されている面に＋の電圧を加えられるため、厚み方向に伸長する。
このため、超音波モータ７は、図８（Ｃ）に示すように、全体として手前側が伸長して奥側が収縮するとともに、右側及び左側の歪みは減少するため、ロータ７９を図８（Ｂ）の矢印に示す方向に回転させる。
ここで、圧電体７４，７５，７６は、この順番に厚いので、目的の振動モードにおける歪みが大きい部分にある圧電素子ほど、それが発生する歪みが大きくなるので他の圧電体の伸長・収縮を妨げずに、超音波モータ７の歪み量、すなわち駆動力を増大させるとともに駆動への寄与率が小さい部分の圧電素子の厚みが厚い為、容量を小さくでき消費電流も小さくできる。
【０１２６】
また、電極７１ａ，７３ａへ加えられる電圧が＋に大きくなる時は、圧電体７１，７２，７３の図７（Ｃ）における左側半分は、＋に分極されている面に電極７１ａ，７３ａにより＋の電圧を加えられるため、厚み方向に収縮し、また、右側半分は、−に分極されている面に＋の電圧を加えられるため、厚み方向に伸長する。
また、電極７４ａ，７５ａに加えられる電圧は＋から０に近づくため、圧電体７４，７５，７６の歪みは小さくなる。
従って、超音波モータ７は、図８（Ｄ）に示すように、全体として左側が収縮して右側が伸長するとともに、手前側及び奥側の歪みは減少するため、ロータ７９を図８（Ｂ）の矢印に示す方向に回転させる。
ここで、圧電体７１，７２，７３は、この順番に厚いので、  目的の振動モードにおける歪みが大きい部分にある圧電素子ほど、それが発生する歪みが大きくなるので他の圧電体の伸長・収縮を妨げずに、超音波モータ７の歪み量、すなわち駆動力を増大させるとともに駆動への寄与率が小さい部分の圧電素子の厚みが厚い為、容量を小さくでき消費電流も小さくできる。
【０１２７】
さらに、電極７１ａ，７３ａへ加えられる電圧が＋から０に近づく時は、圧電体７１，７２，７３の歪みは小さくなる。
この時、電極７４ａ，７５ａに加えられる電圧は−に大きくなる。従って、圧電体７４，７５，７６の図７（Ｄ）における上半分は、＋に分極されている面に電極７４ａ，７５ａにより−の電圧を加えられるため、厚み方向に伸長し、また、下半分は、−に分極されている面に−の電圧を加えられるため、厚み方向に収縮する。
このため、超音波モータ７は、図８（Ａ）に示すように、全体として手前側が収縮して奥側が伸長するとともに、右側及び左側の歪みは減少するため、ロータ７９を図８（Ｂ）の矢印に示す方向に回転させる。
ここで、圧電体７４，７５，７６は、この順番に厚いので、目的の振動モードにおける歪みが大きい部分にある圧電素子ほど、それが発生する歪みが大きくなるので他の圧電体の伸長・収縮を妨げずに、超音波モータ７の歪み量、すなわち駆動力を増大させるとともに駆動への寄与率が小さい部分の圧電素子の厚みが厚い為、容量を小さくでき消費電流も小さくできる。
【０１２８】
すなわち、超音波モータ７は、図８に示すように、左側，手前側，右側，奥側の順に伸長するので、ローター７９を時計回りに回転させる。
【０１２９】
逆に、さらに、電極７４ａ，７５ａに、電極７４ｂ，７６ａを基準として、電極７１ａ，７３ａに加えられる交流電圧から位相を９０゜遅らせた交流電圧を加えた場合は、図８とは逆に、左側，奥側，右側，手前側の順に伸長するので、ロータ７９を反時計回りに回転させる。
ここで、圧電体７１，７２，７３および圧電体７４，７５，７６は、この順番に厚いので、目的の振動モードにおける歪みが大きい部分にある圧電素子ほど、それが発生する歪みが大きくなるので他の圧電体の伸長・収縮を妨げずに、超音波モータ７の歪み量、すなわち駆動力を増大させるとともに駆動への寄与率が小さい部分の圧電素子の厚みが厚い為、容量を小さくでき消費電流も小さくでき、効率が向上する。
【０１３０】
以上より、本発明の実施例である超音波モータ７によれば、駆動力源としての圧電体７１の上に圧電体７１より厚い圧電体７２と、圧電体７２より厚い７３を一体的に積層し、かつ、圧電体７１の下に圧電体７１と同じ厚さの圧電体７４と、圧電体７２と同じ厚さの圧電体７５と、圧電体７３と同じ厚さの圧電体７６と、を一体的に積層したので、圧電体７１〜７６は、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく超音波モータ７の歪み量を増大させる。従って超音波モータ７の駆動力は増大するとともに駆動への寄与率が小さい部分の圧電素子の厚みが厚い為、容量を小さくでき消費電流も小さくできる。
【００１３１】
なお、本実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意の変形が可能である。
例えば、圧電体７１〜７６の材料としては、任意の圧電材料を用いることができる。
また、圧電体７１〜７６の厚さの最適比は一義的に決まるものではなく、圧電材料の電気機械結合係数や、圧電体７１〜７６の積層面の表面積など複数の因子により決まる。
さらに、圧電体７１〜７６の積層方法や積層方向も、本実施例に限定されず、例えば圧電体７１〜７３の分極構造を圧電体７１の分極構造に統一し、かつ、圧電体７４〜７６の分極構造を圧電体７４の分極構造に統一しても同様の効果を得る。電極構造についても何ら制限はなく、例えば積層にした圧電体を一体的に焼結する構造の場合、入力する信号に対して目的の振動を励振するように分極時に用いた各層の電極を例えば圧電素子の内周や外周で短絡したり、スルーフォールによって短絡することが可能である。
また、ここでは曲げの１次モードを使用したがその限りではなく、高次モードを使用しても良い。ただその場合にも歪み分布に応じて圧電素子の厚みを変えさえすれば上記と同様の効果が得られる。
【００１３２】
＜第五の実施の形態の変形例＞
図９は、超音波モータ７の変形例である、超音波モータ７ａの構成を説明する概略図である。
超音波モータ７ａは、一体的に積層した圧電体７２，７２の下に、圧電体７４，７４を一体的に積層し、さらにその下に、自励発振あるいは他励駆動制御に用いる信号を検出する圧電体７９を一体的に積層した構造をとる。
【０１３３】
圧電体７９は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛から、圧電体７２および圧電体７４より薄く作製され、上面を＋に、下面を−に、厚み方向に分極処理されている。
また、圧電体７９には、超音波モータ７ａの歪み状態を電気信号として検出する電極を、例えば９０゜ごとに計４つ設ける。
【０１３４】
上述した構成を有する超音波モータ７ａにおいて、圧電体７９は圧電体７２に比べ、歪みの小さい部分に設けられているが、圧電体７２，７４より薄いので、圧電体７２，７４に発生した駆動力源としての歪みを妨げることなく、より高い検出力を発揮する。
また、圧電体７２，７４に振動検出用の電極を設ける必要はなくなり、圧電体７２，７４の全体を駆動力源として用いるので、従来より大きな駆動力を得る。
特に、超音波モータ７ａを高出力の超音波モータとする場合は、超音波モータ７ａの強度を確保するために、圧電体７２，７４を厚くしなければならないが、圧電体７２，７４とは別個の振動検出用の圧電体７９を設けたため、超音波モータ７ａの振動検出能力は低下しない。
【０１３５】
なお、本発明は本実施例に限られるものではなく、任意の方式の超音波モータを含む圧電アクチュエータにおいて、駆動用の圧電体より薄い振動検出用の圧電体を、駆動用の圧電体と別個に設けることにより、同様の効果を得られる。
【０１３６】
＜第六の実施例＞
以下、図１０および図１１を用いて、本発明の第六の実施例である超音波モータ８について、詳細に説明する。
図１０は、超音波モータ８の構成を説明する概略図であり、図１１は超音波モータ８の動作を説明する概略図である。
【０１３７】
まず、超音波モータ８の構成について説明する。
超音波モータ８は、一体的に積層した４枚の直方体の圧電体８１，８１，８１，８１と、圧電体８１，８１，８１，８１の上に一体的に積層した３枚の直方体の圧電体８２，圧電体８３，圧電体８４と、圧電体８１，８１，８１，８１の下に一体的に積層した３枚の直方体の圧電体８５，圧電体８６，圧電体８７と、により概略構成される。
ここで、圧電体８１，８１，８１，８１は縦振動を生じる圧電体であり、圧電体８２〜８７は曲げ振動を生じる圧電体である。すなわち、超音波モータ８は、縦振動と曲げ振動の合成により、端面及び側面に生じる楕円振動により移動体を動かす超音波モータである。
なお、圧電体８１〜８７の表面形状はすべて同じである。
さらに、本発明における歪みの中立面は、上から２枚目の圧電体８１の下面となる。
【０１３８】
圧電体８１は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛から作製され、図１０（Ｃ）の平面図に示すように、厚み方向に、例えば上面が＋となるように分極する。
また、圧電体８１の上面には電極８１ａを、下面には電極８１ｂを、それぞれ設ける。
【０１３９】
圧電体８２は、圧電体８１と同じ材料から作製される。また、圧電体８２は、図１０（Ｂ）の平面図に示すように、２つの長方形の分極領域を有しており、それぞれ逆極性に、例えば同図左側を上面が＋に、右側を上面が−となるように、厚み方向に分極する。また、前記２つの分極領域の上面には電極８２ａ，電極８２ａを、下面には一つの連続した電極８２ｂを、それぞれ設ける。
【０１４０】
圧電体８３は、圧電体８１と同じ材料から、圧電体８２より薄く作製される。
さらに、圧電体８４は、圧電体８１と同じ材料から、圧電体８３より薄く作製される。
また、圧電体８３，８４の分極構造は圧電体８２の分極構造と同じである。さらに、圧電体８２と同様に、それぞれの分極領域の上面には電極８３ａ，８３ａ、電極８４ａ，８４ａを、下面には一つの連続した電極８３ｂ、電極８４ｂを設ける。
【０１４１】
圧電体８５は、圧電体８１と同じ材料から、圧電体８２と同じ厚さに作製される。また、圧電体８５は、図１０（Ｄ）の平面図に示すように、圧電体８２と同形状の２つの長方形の分極領域を有しており、それぞれ厚み方向に、圧電体８２の分極極性とは逆極性に、例えば同図左側を上面が−に、右側を上面が−となるように、厚み方向に分極する。また、前記２つの分極領域の上面には電極８５ａ，電極８５ａを、下面には一つの連続した電極８５ｂを、それぞれ設ける。
【０１４２】
圧電体８６は、圧電体８１と同じ材料から、圧電体８３と同じ厚さに作製される。
さらに、圧電体８７は、圧電体８１と同じ材料から、圧電体８４と同じ厚さに作製される。
また、圧電体８６，８７の分極構造は圧電体８５の分極構造と同じであり、さらに、圧電体８５と同様に、それぞれの分極領域の上面には電極８６ａ，８６ａ、電極８７ａ，８７ａを、下面には一つの連続した電極８６ｂ、電極８７ｂを設ける。
【０１４３】
また、電極８２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ，８６ａ，８７ａはすべて相互に導通している。さらに、電極８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂ，８５ｂ，８６ｂ，８７ｂはすべて接地している。
【０１４４】
次に、超音波モータ８の動作について説明する。
【０１４５】
まず、電極８１ａのすべてに電極８１ｂを基準電極として駆動信号としての交流電圧を加え、さらに、電極８２ａ〜８７ａに、電極８２ｂ〜８７ｂを基準電極として、電極８１ａに加えた交流電圧から位相が９０゜進んだ交流電圧を加えた場合を考える。
【０１４６】
電極８１ａに加えられる電圧が−に大きくなる時は、圧電体８１は、＋に分極されている面には−の電圧が加えられるため、図１１（Ａ）の断面図に示すように、長手方向に伸長する。従って、超音波モータ８の端面は移動体（図示省略）に当接する。
【０１４７】
このとき、電極８２ａ〜８７ａに加えられる電圧は＋に大きくなるため、圧電体８２〜８７の上面には＋の電圧が加えられる。従って、圧電体８２〜８４の左側半分は収縮して、右側半分は伸長するとともに、圧電体８５〜８７の左側半分は伸長して、右側半分は収縮する。
このため、超音波モータ８には、図１１（Ｂ）の断面図に示すように歪む。
【０１４８】
ここで、圧電体８２〜８４は、それぞれ、歪みの中立面から遠方になるにつれて薄くなるため、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく、超音波モータ８の歪み量を増大させる。
同様に、圧電体８５〜８７は、それぞれ、歪みの中立面から遠方になるにつれて薄くなるため、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく、超音波モータ８の曲げ振動量を増大させる。
【０１４９】
この結果、超音波モータ８は、超音波モータ８の端面に接する前記移動体を図１１（Ｃ）の矢印に示す方向に動かす。
【０１５０】
また、電極８１ａに加えられる電圧が＋に大きくなる時は、圧電体８１は、＋に分極されている面に＋の電圧を加えられるため、長手方向に収縮する。従って、超音波モータ８の端面は移動体（図示省略）に当接しないため、前記移動体に駆動力を伝達しない。
【０１５１】
次に、電極８１ａのすべてに電極８１ｂを基準電極として駆動信号としての交流電圧を加え、さらに、電極８２ａ〜８７ａに、電極８２ｂ〜８７ｂを基準電極として、電極８１ａに加えた交流電圧と同位相の交流電圧を加えた場合を考える。
【０１５２】
電極８１ａに加えられる電圧が−に大きくなる時は、圧電体８１は、＋に分極されている面に−の電圧を加えられるため、図１１（Ａ）の断面図に示すように、長手方向に伸長する。従って、超音波モータ８の端面は移動体（図示省略）に当接する。
【０１５３】
このとき、電極８２ａ〜８７ａに加えられる電圧は−に大きくなるため、圧電体８２〜８７の上面には−の電圧が加えられる。従って、圧電体８２〜８４の左側半分は伸長して、右側半分は収縮するとともに、圧電体８５〜８７の左側半分は収縮して、右側半分は伸長する。
このため、超音波モータ８には、図１１（Ｂ）の断面図とは逆に歪む。
【０１５４】
ここで、圧電体８２〜８４は、それぞれ、歪みの中立面から遠方になるにつれて薄くなるため、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく、超音波モータ８の歪み量を増大させる。
同様に、圧電体８５〜８７は、それぞれ、歪みの中立面から遠方になるにつれて薄くなるため、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく、超音波モータ８の曲げ振動量を増大させる。
【０１５５】
この結果、超音波モータ８は、超音波モータ８の端面に接する前記移動体を図１１（Ｃ）の矢印とは逆の方向に動かす。
【０１５６】
また、電極８１ａに加えられる電圧が＋に大きくなる時は、圧電体８１は、＋に分極されている面に＋の電圧を加えられるため、長手方向に収縮する。従って、超音波モータ８の端面は移動体（図示省略）に当接しないため、前記移動体に駆動力を伝達しない。
【０１５７】
以上より、本発明の実施例である超音波モータ８によれば、縦振動源としての４枚の圧電体８１，８１，８１，８１の上下にそれぞれ積層した曲げ振動用の圧電体８２，８３，８４及び圧電体８５，８６，８７を、歪みの中立面から遠方になるにつれて薄くなるように積層したので、圧電体８２〜８７は、他の圧電体の伸長・収縮を妨げることなく、超音波モータ８の曲げ振動量を増大させる。従って超音波モータ８の駆動力は増大するとともに消費電力も低下し高率も向上する。
【０１５８】
なお、本実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意の変形が可能である。
例えば、圧電体８１〜８７の材料としては、任意の圧電材料を用いることができる。
また、圧電体８２〜８７の厚さの最適比は一義的に決まるものではなく、圧電材料の電気機械結合係数や、圧電体８２〜８７の積層面の表面積など複数の因子により決まる。
さらに、圧電体８２〜８７の分極構造は本実施例に限定されず、曲げ振動を生じる任意の分極構造を用いることができる。例えば絶縁相を介さずに、電極Ｂ、Ｃ、Ｄの間に電極Ｅを共通電極として設けても良い。また印可する電気信号の位相は９０度に限ったものではなく同じでも構わない。
また、圧電体８１〜８７の積層構造や積層枚数も本実施例に限定されるものではなく、歪みの中立面から遠方になるにつれて圧電体を薄くすればよい。
【０１５９】
＜第七の実施の形態例＞
図１２は、本発明における圧電アクチュエータを電子機器に適用した圧電アクチュエータ付電子機器９の構成を示すブロック図である。
圧電アクチュエータ付電子機器９は、所定の分極処理を施した圧電体を有する圧電アクチュエータ９１と、圧電アクチュエータ９１により動かされる移動体９２と、圧電アクチュエータ９１と移動体９２とを加圧する加圧機構９３と、移動体９２と連動して動く伝達機構９４と、伝達機構９４の動作に基づいて運動する出力機構９５と、を備えることにより実現する。なお、加圧機構９３としは例えばバネを用いる。
ここで、圧電アクチュエータ付電子機器９としては、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある。
また、圧電アクチュエータ９１としては、例えば圧電アクチュエータ１，２や、超音波モータ３，４，５，６，７，７ａ，８を用いる。また、伝達機構９４としては、例えば歯車、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構９５には、例えば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構やレンズ駆動機構などを、電子時計においては指針駆動機構やカレンダー駆動機構を、記憶装置に用いる場合は、該情報記憶装置内の記憶媒体に情報を読み書きするヘッドを駆動するヘッド駆動機構を、工作機械においては刃具送り機構や加工部材送り機構などを用いる。
【０１６０】
この圧電アクチュエータ付電子機器９は、従来の圧電アクチュエータと比べて出力の大きい本発明における圧電アクチュエータを用いるので、圧電アクチュエータは小型化、省電力化が可能である。従って、従来の圧電アクチュエータ付電子機器と比べて小型化する。
なお、移動体９２に出力軸を取り付け、出力軸からトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成にすれば、超音波モータ単体で駆動機構が構成される。
【０１６１】
【発明の効果】
本発明によれば、効率の優れた振動子、ならびに圧電アクチュエータが実現できる。また、これらの振動子、圧電アクチュエータを搭載した電子機器の小型化、省電力化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例である、圧電アクチュエータ１の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第二の実施例である、圧電アクチュエータ２の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第三の実施例である、超音波モータ３の構成および動作を説明する概略図である。
【図４】本発明の第四の実施例である、超音波モータ４の構成を説明する概略図である。
【図５】超音波モータ４の動作を説明する概略図である。
【図６】超音波モータ４の変形例である、超音波モータ５および超音波モータ６の構成を説明する概略図である。
【図７】本発明の第五の実施例である、超音波モータ７の構成を説明する概略図である。
【図８】超音波モータ７の動作を説明する概略図である。
【図９】超音波モータ７の変形例である、超音波モータ７ａの構成を説明する概略図である。
【図１０】本発明の第六の実施例である、超音波モータ８の構成を説明する概略図である。
【図１１】超音波モータ８の動作を説明する概略図である。
【図１２】本発明の第七の実施例である、圧電アクチュエータ付電子機器９の構成を示すブロック図である。
【図１３】圧電アクチュエータの従来例である圧電アクチュエータ１００の構成及び動作を説明する概略図である。
【符号の説明】
１，２                                  圧電アクチュエータ
３，４，５，６，７，７ａ，８            超音波モータ
９                                      圧電アクチュエータ付電子機器
１１，１２，１３，１４，１５，１６      圧電体
２１ａ〜２１ｆ                          圧電体
２２ａ〜２２ｌ                          圧電体
２３ａ〜２３ｆ                          圧電体
２４ａ〜２４ｌ                          圧電体
３１，３２                              圧電体
３３                                    振動体
３４                                    ローター
３６                                    軸
４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８    圧電体
４０，４９                              振動体
５１，５２，５３，５４                  圧電体
６１，６２，６３，６４，６５，６６      圧電体
７１，７２，７３，７４，７５，７６      圧電体
７７，７８                              振動体
７９                                    圧電体（振動検出用の圧電体）
８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７  圧電体
９１                                    圧電アクチュエータ
９２                                    移動体
９３                                    加圧機構
９４                                    伝達機構
９５                                    出力機構
１００                                  圧電アクチュエータ
１１０                                  圧電アクチュエータ
【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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