(57)【要約】【課題】簡略な構成の超音波モータを提供することができる。【解決手段】超音波モータに、次の構成の振動子40を具備させる。振動子40は、内部電極が形成された圧電シートが複数枚積層されて成る。前記内部電極は、振動子40中において複数の駆動電極111A1,111A2,111B1,111B2と、複数の振動検出電極113C,113Dと、を構成する。複数の駆動電極111A1,111A2,111B1,111B2は、振動子40のうち縦振動の節部且つ捻れ振動の腹部に対応する部位に位置し、積層の方向における中央面について対称を成し且つ積層の方向に対して垂直で前記中心軸を含む面に対して対称を成し、積層の方向に分極されている。複数の振動検出電極113C,113Dは、振動子40のうち縦振動の節部且つ捻れ振動の腹部に対応する部位であって、駆動電極111A1,111A2,111B1,111B2よりも前記中央面に近接した部位に位置し、積層の方向に分極されている。【選択図】図５
2012029381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体形状を呈する当該振動子の中心軸に垂直な断面を構成する短辺と長辺との長さの比率が、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、の共振周波数を略一致させる比率に設定されており、前記縦振動と前記捻れ振動とが同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子の楕円振動発生面に当接し、前記楕円振動によって、前記中心軸を回転軸として回転駆動される被駆動体と、
前記振動子を前記被駆動体に対して押圧し、前記振動子の前記楕円振動発生面を前記被駆動体に対して圧接させる押圧機構部と、
を具備し、
前記振動子は、内部電極が形成された圧電シートが複数枚積層されて成り、
前記内部電極は、前記振動子中において、複数の駆動用活性領域と、複数の振動検出用活性領域と、を構成し、
前記複数の駆動用活性領域は、前記振動子のうち、前記縦振動の節部且つ前記捻れ振動の腹部に対応する部位に位置し、前記積層の方向における中央面について対称を成し且つ前記積層の方向に対して垂直で前記中心軸を含む面に対して対称を成し、前記積層の方向に分極されており、
前記複数の振動検出用活性領域は、前記振動子のうち、前記縦振動の節部且つ前記捻れ振動の腹部に対応する部位であって、前記駆動用活性領域よりも前記中央面に近接した部位に位置し、前記積層の方向に分極されている
ことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記複数の振動検出用活性領域は、前記中心軸を含む面であって前記圧電シートの積層方向に水平な面について対称を成すように設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記複数の振動検出用活性領域は、前記中心軸を含む面であって前記圧電シートの積層方向に垂直な面について対称を成すように設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記複数の振動検出用活性領域は、前記中心軸を含む面であって前記圧電シートの積層方向に水平な面に対して対称、及び／又は、前記中心軸を含む面であって前記圧電シートの積層方向に垂直な面について対称を成すように設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電素子等の振動子を用いた超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして、圧電素子等の振動子の振動を利用した超音波モータが注目されている。この超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギア無しで低速高推力が得られる点、保持力が高い点、高分解能である点、静粛性に富む点、及び磁気的ノイズを発生させない点等の利点を有している。
【０００３】
具体的には、例えば、超音波振動子から成る振動体を、駆動子を介して、被駆動部材であるロータに押し付けることで、前記駆動子と前記ロータとの間に摩擦力を発生させ、この摩擦力によって前記ロータを駆動する。
詳細には、縦振動と捻れ振動とを超音波振動子に同時に発生させることで、それらの振動が合成された楕円振動を当該超音波振動子の端面に発生させ、該楕円振動を利用して前記ロータを回転させる。このような超音波モータに関連する技術としては、例えば特許文献１に次のような技術が開示されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１には、棒状弾性体と、該棒状弾性体の側面において該棒状弾性体に対して一体的に設けられた複数の保持用弾性体と、該複数の保持用弾性体により両端を保持された複数の積層型圧電素子と、これら積層型圧電素子と前記保持用弾性体との間に設けられた複数の振動検出用の圧電素子と、前記棒状弾性体の端面に設けた摩擦子と、該摩擦子に対して押圧手段により押圧された状態で配置されたロータと、前記複数対の積層型圧電素子のうちの各一対に対して、前記振動検出用の圧電素子から出力され信号の位相若しくは振幅に応じた所定の周波数、大きさの交番電圧であり互いに位相差を有する交番電圧を印加する電源手段と、を具備する超音波モータが開示されている。
【０００５】
ここで、前記積層型圧電素子は複数対設けられている。詳細には、前記積層型圧電素子の変位方向と前記棒状弾性体の長手方向とが一定の鋭角を為し、且つ、積層型圧電素子の各対同士が互いに反対方向に傾斜して配置されている。
この特許文献１に開示されている超音波モータでは、前記棒状弾性体に縦振動と捻れ振動とを同時に励起して楕円振動を励起し、前記摩擦子によって前記ロータを回転駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−８５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
具体的には、特許文献１に開示されている技術では、1対もしくは複数対の積層型圧電素子が、当該積層型圧電素子を挿入可能な凹部を有する保持用弾性体と棒状弾性体との間に保持されている。そして、前記保持用弾性体を前記積層型圧電素子に突き当てて圧縮応力を印加した状態で、前記積層型圧電素子が、棒状弾性体に対してビスで固定される。
【０００８】
従って、この特許文献１に開示されている構造を採用する場合、圧電素子を固定する為の保持用弾性体は必須の構成要件となり、この保持用弾性体及び圧電素子を配置する為の凹部を棒状弾性体に形成しなければならない。従って、特許文献１に開示されている技術では、振動体の構造を簡略化・小型化することは困難である。
【０００９】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、簡略な構成の超音波モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による超音波モータは、
略直方体形状を呈する当該振動子の中心軸に垂直な断面を構成する短辺と長辺との長さの比率が、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、の共振周波数を略一致させる比率に設定されており、前記縦振動と前記捻れ振動とが同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子の楕円振動発生面に当接し、前記楕円振動によって、前記中心軸を回転軸として回転駆動される被駆動体と、
前記振動子を前記被駆動体に対して押圧し、前記振動子の前記楕円振動発生面を前記被駆動体に対して圧接させる押圧機構部と、
を具備し、
前記振動子は、内部電極が形成された圧電シートが複数枚積層されて成り、
前記内部電極は、前記振動子中において、複数の駆動用活性領域と、複数の振動検出用活性領域と、を構成し、
前記複数の駆動用活性領域は、前記振動子のうち、前記縦振動の節部且つ前記捻れ振動の腹部に対応する部位に位置し、前記積層の方向における中央面について対称を成し且つ前記積層の方向に対して垂直で前記中心軸を含む面に対して対称を成し、前記積層の方向に分極されており、
前記複数の振動検出用活性領域は、前記振動子のうち、前記縦振動の節部且つ前記捻れ振動の腹部に対応する部位であって、前記駆動用活性領域よりも前記中央面に近接した部位に位置し、前記積層の方向に分極されている
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡略な構成の超音波モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す正面図。
【図２】積層圧電素子の一構成例を示す図。
【図３】積層圧電素子を構成する４つの領域を示す図。
【図４Ａ】積層圧電素子における縦１次振動の様子を示す図。
【図４Ｂ】積層圧電素子における捻れ２次振動の様子を示す図。
【図５】積層圧電素子の内部に存在する駆動電極及び振動検出電極を可視化して示した積層圧電素子の斜視図。
【図６】積層圧電素子の特性を示す図。
【図７Ａ】図５において矢印Ｒで示す方向から観た積層圧電素子（右側面）の一構成例を示す図。
【図７Ｂ】図５において矢印Ｌで示す方向から観た積層圧電素子（左側面）の一構成例を示す図。
【図８Ａ】積層圧電素子の変形を示す左側面図。
【図８Ｂ】積層圧電素子４０の変形を示す右側面図。
【図９】第２実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子の一構成例を示す図。
【図１０】第２実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子を正面上方から観た斜視図。
【図１１Ａ】図１０において矢印Ｒで示す方向から観た積層圧電素子（右側面）の一構成例を示す図。
【図１１Ｂ】図１０において矢印Ｌで示す方向から観た積層圧電素子（左側面）の一構成例を示す図。
【図１２】第３実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子の一構成例を示す図。
【図１３】第３実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子を正面上方から観た斜視図。
【図１４Ａ】図１３において矢印Ｒで示す方向から観た積層圧電素子（右側面）の一構成例を示す図。
【図１４Ｂ】図１３において矢印Ｌで示す方向から観た積層圧電素子（左側面）の一構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータの一構成例を示す正面図である。図１に示すように、本第１実施形態に係る超音波モータは、ロータ機構部１０と、押圧機構部２０と、筐体部３０と、積層圧電素子４０と、を具備する。
【００１４】
前記ロータ機構部１０は、回転軸１１と、ベアリング１２と、ロータ１３と、を有する。
前記回転軸１１は、ロータ１３の中心部に結合された軸部材である。なお、ロータ機構部１０における各構成部材は、この回転軸１１に対して同心状に配設されている。
【００１５】
前記ベアリング１２は、後述する筐体部３０が有するフレーム３１に固定されており、回転軸１１が挿通された軸受け部材である。
前記ロータ１３は、中心部に結合された回転軸１１を介して、フレーム３１に固定されたベアリング１２に挿通され、積層圧電素子４０上面に設けられている駆動子１４に当接するように配設されている。このロータ１３は、積層圧電素子４０上面に励起される楕円振動を駆動源として駆動子１４により摺動され、回転軸１１を中心として回転する被駆動部材である。
【００１６】
前記押圧機構部２０は、押圧バネ２１と、押圧部材２２と、バネ規制部材２３ａが設けられた固定板２３と、を有する。
前記押圧バネ２１は、後述する積層圧電素子４０を、ロータ１３に対して押圧する為のバネ部材である。具体的には、この押圧バネ２１は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００１７】
前記押圧部材２２は、積層圧電素子４０の底面（押圧機構部２０に対向する面）の略中央部に設けられており、押圧バネ２１の押圧力は、当該押圧部材２２を介して積層圧電素子４０に伝達される。
前記固定板２３は、後述するフレーム３１に対して固定され、押圧バネ２１を位置決めする突起部であるバネ規制部材２３ａが設けられている。このバネ規制部材２３ａは、前記押圧バネ２１内に挿通され、押圧バネ２１を位置決めしている。
【００１８】
前記筐体部３０は、フレーム３１と、支持部材３２と、を有する。
前記フレーム３１は、外形が略直方体形状の枠部材であり、押圧機構部２０と支持部材３２と共に積層圧電素子４０を保持する。
前記支持部材３２は、積層圧電素子４０をフレーム３１の両側面側から挟持するようにフレーム３１に設けられた互いに対向する支持部材３２ａと支持部材３２ｂとから成る。この支持部材３２は、積層圧電素子４０に励起される縦１次振動の節部に対応する位置に設けられている。
【００１９】
前記積層圧電素子４０は、後述の構成を採り、その上端面（ロータ機構部１０との対向面）にはロータ１３に当接する駆動子１４が設けられている。
図２は、積層圧電素子４０の一構成例を示す図である。積層圧電素子４０は、５種類の圧電シート（第１の圧電シート４１、第２の圧電シート４２、第３の圧電シート４３、第４の圧電シート４４、第５の圧電シート４５；各圧電シートの詳細な構成は後述する）が下記のように積層されて成る。
《第１積層部位Ｌ１》
第１の圧電シート４１と第２の圧電シート４２とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第２積層部位Ｌ２》
前記第１積層部位Ｌ１上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
《第３積層部位Ｌ３》
前記第２積層部位Ｌ２上に、第４の圧電シート４４と第５の圧電シート４５とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第４積層部位Ｌ４》
前記第３積層部位Ｌ３上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。この第４積層部位は、当該積層圧電素子４０の回転中心軸である中心軸１００Ｃを含んでいる。
《第５積層部位Ｌ５》
前記第４積層部位Ｌ４上に、第４の圧電シート４４と第５の圧電シート４５とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第６積層部位Ｌ６》
前記第５積層部位Ｌ５上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
《第７積層部位Ｌ７》
前記第６積層部位Ｌ６上に、第１の圧電シート４１と第２の圧電シート４２とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第８積層部位Ｌ８》
前記第７積層部位Ｌ７上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
【００２０】
ところで、図３に示すように、積層圧電素子４０は、中心軸１００Ｃに垂直な面内において中心軸１００Ｃの周りに９０度毎に分けた、４つの領域４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄから成る。
第１積層部位Ｌ１〜第３積層部位Ｌ３は、領域４０Ｂ及び領域４０Ｄ（図３において奥側に示す領域）に対応し、第５積層部位Ｌ５〜第７積層部位Ｌ７は、領域４０Ａ及び領域４０Ｃ（図３において手前側に示す領域）に対応している。なお、第４積層部位Ｌ４は、領域４０Ｂ及び領域４０Ｄ（図３において奥側に示す領域）、或いは、領域４０Ａ及び領域４０Ｃ（図３において手前側に示す領域）に属している。
【００２１】
以下、上述の各圧電シートの構成について説明する。
上述の第１の圧電シート４１、第２の圧電シート４２、第３の圧電シート４３、第４の圧電シート４４、及び第５の圧電シート４５は、矩形のシート状の圧電素子であり、例えばハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）から成る。
【００２２】
詳細は後述するが、第１の圧電シート４１、第２の圧電シート４２、第３の圧電シート４３、及び第４の圧電シート４４には、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する内部電極が設けられている。それら内部電極は、例えば厚さ４μｍの銀パラジウム合金等から成る。
【００２３】
図２に示すように、前記第１の圧電シート４１の電極形成面上には、内部電極４１ａと内部電極４１ｂとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称を成すように設けられている。以下、これら内部電極４１ａ，４１ｂが、第１の圧電シート４１の電極形成面上に設けられている位置について詳細に説明する。
【００２４】
図４Ａは、積層圧電素子４０における縦１次振動の様子を示す図である。図４Ｂは、積層圧電素子４０における捻れ２次振動の様子を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂにおいては、振動前の積層圧電素子４０の形状を実線で示しており、振動後の積層圧電素子４０の形状を破線で示している。また、ｐ１，ｐ２は捻れ振動の方向を示しており、ｑは縦振動の方向を示しており、Ｎは振動の節を示している。
【００２５】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、節Ｎは、縦１次振動では高さ方向の中心位置に１つ存在し、捻れ２次振動では高さ方向の２つの位置に存在する。図２、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、内部電極４１ａ，４１ｂは、第１の圧電シート４１の電極形成面のうち、積層圧電素子４０に励起される縦１次振動の節部且つ捻れ２次振動の腹部に対応する位置に設けられている。
【００２６】
また、内部電極４１ａには、図２に示すように当該第１の圧電シート４１の一方長辺の縁部位に向かって延出された露出部４１ａｅが設けられている。内部電極４１ｂには、当該第１の圧電シート４１の他方長辺の縁部位に向かって延出された露出部４１ｂｅが設けられている。
【００２７】
前記第２の圧電シート４２の電極形成面上には、積層された際に内部電極４１ａ及び内部電極４１ｂにそれぞれ対応する位置に、内部電極４２ａと内部電極４２ｂとが設けられている。内部電極４２ａ，４２ｂには、それぞれ内部電極４１ａ，４１ｂの露出部４１ａｅ，４１ｂｅが延出されている辺に対応する辺（積層時に重なる辺）に延出された露出部４２ａｅ，４２ｂｅが設けられている。
【００２８】
ここで、露出部４１ａｅと露出部４２ａｅとは、積層時に互いに重ならないように所定間隔だけずらして設けられている。同様に、露出部４１ｂｅと露出部４２ｂｅとについても、積層時に互いに重ならないように所定間隔だけずらして設けられている。
前記第３の圧電シート４３は、内部電極が設けられていない圧電シートである。従って、この第３の圧電シート４３は電気的に絶縁する為の圧電シートである。
【００２９】
前記第４の圧電シート４４の電極形成面上には、積層された際に内部電極４１ａ，４２ａに対応する位置に内部電極４４ａが設けられている。内部電極４４ａには、内部電極４１ａ，４２ａの露出部４１ａｅ，４２ａｅが延出されている辺に対応する辺（積層時に重なる辺）に延出された露出部４４ａｅが設けられている。ここで、露出部４４ａｅと露出部４１ａｅとは、積層時に重なる位置に設けられている。
【００３０】
前記第５の圧電シート４５の電極形成面上には、積層された際に内部電極４１ａ，４２ａに対応する位置に内部電極４５ａが設けられている。内部電極４５ａには、内部電極４１ａ，４２ａの露出部４１ａｅ，４２ａｅが延出されている辺に対応する辺（積層時に重なる辺）に延出された露出部４５ａｅが設けられている。ここで、露出部４５ａｅと露出部４２ａｅとは、積層時に重なる位置に設けられている。
【００３１】
以下、積層圧電素子４０の各領域における電極構成について説明する。
図５は、積層圧電素子４０を正面上方から観た斜視図である。図５においては、説明の便宜上、積層圧電素子４０の内部に存在する駆動電極及び振動検出電極（上述の各内部電極により構成される）を可視化して示し、且つ、各圧電シートについては別個に図示せずに積層圧電素子４０として一体的に図示している。
【００３２】
積層圧電素子４０の領域Ａにおいては、内部電極４１ａと内部電極４２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ａ１相）１１１Ａ１である。内部電極４４ａと内部電極４５ａとが積層されて成る部位は、振動検出電極（Ｃ相）１１３Ｃである。
積層圧電素子４０の領域Ｂにおいては、内部電極４１ａと内部電極４２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ｂ１相）１１１Ｂ１である。内部電極４４ａと内部電極４５ａとが積層されて成る部位は、振動検出電極（Ｄ相）１１３Ｄである。
【００３３】
積層圧電素子４０の領域Ｃにおいては、内部電極４１ｂと内部電極４２ｂとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ｂ２相）１１１Ｂ２である。
積層圧電素子４０の領域Ｄにおいては、内部電極４１ｂと内部電極４２ｂとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ａ２相）１１１Ａ２である。
【００３４】
より詳細には、上述の駆動電極１１１Ａ１，１１１Ａ２，１１１Ｂ１，１１１Ｂ２が積層圧電素子４０において占める位置は、積層圧電素子４０に励起される振動のうち縦１次振動の節部且つ捻れ２次振動の腹部に対応する位置であり、且つ、当該積層圧電素子４０の表層部位に対応する位置である。この位置は、当該積層圧電素子４０に振動（特に捻れ振動）を励起する上で最も効率の良い位置であり、本第１実施形態に係る超音波モータでは、当該位置は全て駆動電極を配設する為に用いる。
【００３５】
また、上述の振動検出電極１１３Ｃ，１１３Ｄが積層圧電素子４０において占める位置は、積層圧電素子４０において駆動電極１１１Ａ１，１１１Ａ２，１１１Ｂ１，１１１Ｂ２よりも内部側であって、縦１次振動の節部且つ捻れ２次振動の腹部に対応する位置である。
【００３６】
本第１実施形態では、振動検出電極１１３Ｃと振動検出電極１１３Ｄとは、圧電シートの積層方向における中間部位に配設された第３の圧電シート４３に対して対称を成すように構成されている。これにより、後述するような振動検出を行うことが可能となる。
【００３７】
ところで、図５に示すように積層圧電素子４０の高さをＨ、厚さをＴ、幅をＷとする。そして、高さＨを一定として、（厚さ（短辺）Ｔ／幅（長辺）Ｗ）の値を横軸にとり、各振動モードにおける共振周波数の値を縦軸にとると、図６に示す特性を得ることができる。具体的には下記のような特性となる。すなわち、
・縦１次振動モードにおける共振周波数の値は、（Ｔ／Ｗ）の値に依存せず、略一定の値をとる。
・捻れ１次振動モード、捻れ２次振動モード、及び捻れ３次振動モードにおける共振周波数の値は、（Ｔ／Ｗ）の値の増加に従って、増加していく。
・捻れ１次振動モードにおける共振周波数は、（Ｔ／Ｗ）の値がどのような値であっても、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致することは無い。
・捻れ２次振動モードにおける共振周波数は、（Ｔ／Ｗ）の値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
・捻れ３次振動モードにおける共振周波数は、（Ｔ／Ｗ）の値が０．３となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
【００３８】
本第１実施形態に係る超音波モータでは、縦１次振動モードと捻れ２次振動モードとを利用する。従って、（Ｔ／Ｗ）の値が略０．６となるように、積層圧電素子４０の厚さＴ及び幅Ｗを設定する。このように設計することで、縦１次振動モードにおける共振周波数と、捻れ２次振動モードにおける共振周波数と、を略一致させることができる。
【００３９】
図７Ａは、図５において矢印Ｒで示す方向から観た積層圧電素子４０（右側面）の一構成例を示す図である。図７Ｂは、図５において矢印Ｌで示す方向から観た積層圧電素子４０（左側面）の一構成例を示す図である。上述の各内部電極は、それぞれ外部電極によって下記のように短絡されている。
《領域Ａ》
・内部電極４１ａの露出部４１ａｅ同士を、外部電極（Ａ１＋相）１０１Ａ１＋によって短絡する。
・内部電極４２ａの露出部４２ａｅ同士を、外部電極（Ａ１−相）１０１Ａ１−によって短絡する。
・内部電極４４ａの露出部４４ａｅ同士を、外部電極（Ｃ＋相）１０３Ｃ＋によって短絡する。
・内部電極４５ａの露出部４５ａｅ同士を、外部電極（Ｃ−相）１０３Ｃ−によって短絡する。
《領域Ｂ》
・内部電極４１ａの露出部４１ａｅ同士を、外部電極（Ｂ１＋相）１０１Ｂ１＋によって短絡する。
・内部電極４２ａの露出部４２ａｅ同士を、外部電極（Ｂ１−相）１０１Ｂ１−によって短絡する。
・内部電極４４ａの露出部４４ａｅ同士を、外部電極（Ｄ＋相）１０３Ｄ＋によって短絡する。
・内部電極４５ａの露出部４５ａｅ同士を、外部電極（Ｄ−相）１０３Ｄ−によって短絡する。
《領域Ｃ》
・内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ｂ２＋相）１０１Ｂ２＋によって短絡する。
・内部電極４２ｂの露出部４２ｂｅ同士を、外部電極（Ｂ２−相）１０１Ｂ２−によって短絡する。
《領域Ｄ》
・内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ａ２＋相）１０１Ａ２＋によって短絡する。
・内部電極４２ｂの露出部４２ｂｅ同士を、外部電極（Ａ２−相）１０１Ａ２−によって短絡する。
【００４０】
以下、本第１実施形態に係る超音波モータの動作について説明する。
図８Ａは、積層圧電素子４０の領域４０Ａ及び領域４０Ｂの変形を模式的に示す積層圧電素子４０の左側面図である。図８Ｂは、積層圧電素子４０の領域４０Ｃ及び領域４０Ｄの変形を模式的に示す積層圧電素子４０の右側面図である。なお、図８Ａ及び図８Ｂは模式図であり、外部電極等の部材は適宜不図示とされている。
【００４１】
外部の電源から各外部電極間に次のように信号を印加する。すなわち、外部電極（Ａ１＋相）１０１Ａ１＋と外部電極（Ａ１−相）１０１Ａ１−との間、外部電極（Ｂ１＋相）１０１Ｂ１＋と外部電極１０１（Ｂ１−相）１０１Ｂ１−との間、外部電極（Ｂ２＋相）１０１Ｂ２＋と外部電極（Ｂ２−相）１０１Ｂ２−との間、及び、外部電極（Ａ２＋相）１０１Ａ２＋と外部電極（Ａ２−相）１０１Ａ２−との間、にそれぞれ信号を印加することで、積層圧電素子４０は次のように変位する。
【００４２】
すなわち、領域４０Ａ，４０Ｄが、それぞれ中心軸１００Ｃに沿った方向に伸びるように変位し、且つ、領域４０Ｂ，４０Ｃが、それぞれ中心軸１００Ｃに沿った方向に縮むように変位する。
つまり、積層圧電素子４０は、中心軸１００Ｃに沿った方向において、隣り合う領域で互いに異なる方向に変位しており、変位方向は分極方向（図５に示す積層方向Ｓ１）に対して垂直な方向である。なお、各領域の変位方向は、隣り合う領域で互いに異なる方向であればよく、図３、図８Ａ及び図８Ｂに示す方向に限られない。
【００４３】
上述のように４つの領域４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄを変位させると、縦１次共振振動（図４Ａ参照）と、中心軸１００Ｃをねじれ軸とする捻れ２次共振振動（図４Ｂ参照）とが合成され、積層圧電素子４０の高さ方向の両端面に楕円振動が発生する。従って、駆動子１４を介してロータ１３に楕円振動が伝達される。また、各領域が上述の方向とは逆の方向に変位するように、それぞれの相に信号を印加すると、逆の方向の捻れ２次共振振動を励起することができる。
【００４４】
つまり、Ａ１相、Ａ２相の駆動電極とＢ１相、Ｂ２相の駆動電極とに対して、積層圧電素子４０の縦１次振動または捻れ２次振動の共振周波数と同一の周波数で互いに同位相の交流電圧を印加すると、Ａ１相、Ａ２相及びＢ１相、Ｂ２相に対応する積層圧電素子４０の領域（領域４０Ａ，４０Ｄ，４０Ｂ，４０Ｃ）が同相で振動し、その結果、積層圧電素子４０縦１次振動を行う。このとき、積層圧電素子４０のうち振動検出相であるＣ相の振動検出電極１１３ＣとＤ相の振動検出電極１１３Ｄとに対応する領域には、互いに同一の電位が発生する。
【００４５】
一方、Ａ１相、Ａ２相の駆動電極とＢ１相、Ｂ２相の駆動電極とに対して、積層圧電素子４０の縦１次振動または捻れ２次振動の共振周波数と同一の周波数で互いに逆位相（１８０°位相差）の交流電圧を印加すると、Ａ１相、Ａ２相に対応する積層圧電素子４０の領域（領域４０Ａ、領域４０Ｄ）と、Ｂ１相、Ｂ２相に対応する積層圧電素子４０の領域（領域４０Ｂ、領域４０Ｃ）が逆相で振動し、その結果、積層圧電素子４０は捻れ２次振動を行う。このとき、積層圧電素子４０のうち振動検出相であるＣ相の振動検出電極１１３ＣとＤ相の振動検出電極１１３Ｄとに対応する領域には、互いに符号の異なる電位が発生する。
【００４６】
上述の性質を有する積層圧電素子４０のＡｎ相の駆動電極とＢｎ相の駆動電極とに対して、互いに位相の異なる（例えば位相差が９０度の）交流電圧を印加すると、当該積層圧電素子４０には縦１次振動と捻れ２次振動とが同時に励起され、積層圧電素子４０上端面に楕円振動が形成される。これにより、当該積層圧電素子４０に押圧保持されたロータ１３が駆動子１４によって回転駆動される。
【００４７】
また、Ａ１相、Ａ２相の駆動電極とＢ１相、Ｂ２相の駆動電極とに印加する交流電圧の位相差を反転することで、当該積層圧電素子４０に発生する楕円振動の回転方向を反転させることできる。これによりロータ１３の回転方向を制御することができる。
ここで、振動検出相であるＣ相，Ｄ相の振動検出電極１１３Ｃ，１１３Ｄは、縦１次振動モードにおいては同一振幅且つ同位相の電位を検出する。一方、捻れ２次振動モードにおいては、同一振幅且つ逆位相の電位を検出する。
【００４８】
従って、縦１次振動と捻れ２次振動とが積層圧電素子４０に同時に励起された状態では、積層圧電素子４０のうちＣ相の振動検出電極１１３Ｃ及びＤ相の振動検出電極１１３Ｄにおいて検出された電位の差を演算することにより、縦１次振動に係る成分が相殺され、捻れ２次振動に係る成分のみを検出することができる。
【００４９】
すなわち、外部電極１０３Ｃ−と外部電極１０３Ｄ−との間を電気的に接続し、外部電極１０３Ｃ＋と外部電極１０３Ｄ＋との間の電位差を取り出すことで、振動検出信号として捻れ２次振動に係る成分のみを検出することができる。
なお、Ｃ相の外部電極１０３Ｃの電位と、Ｄ相の外部電極１０３Ｄの電位との和を演算することによって、捻れ２次振動に係る成分が相殺され、縦１次振動に係る成分のみを検出することもできる。
【００５０】
すなわち、外部電極１０３Ｃ−と外部電極１０３Ｄ＋との間を接続し、外部電極１０３Ｃ＋と外部電極１０３Ｄ−との間の電位差を取り出すことで、振動検出信号として縦１次振動に係る成分のみを検出することができる。
ところで、超音波振動子は温度変化や負荷変動により共振周波数が変化する。このため安定した駆動のためには駆動周波数を追尾制御しなくてはならない。上述したように振動検出相であるＣ相、Ｄ相から出力される信号により、捻れ振動に比例した信号もしくは縦１次振動に比例した信号を得ることができる。これらの信号の位相もしくは振幅を参照して駆動周波数を制御（周波数追尾）することにより、安定した駆動を行うことができるようになる。
以上説明したように、本第１実施形態によれば、簡略な構成の超音波モータを提供することができる。具体的には、本第１実施形態に係る超音波モータは、例えば下記の効果を奏する。
・積層圧電素子のうち駆動に寄与する駆動用活性領域（駆動電極層）を、モータの推力方向振動である捻れ振動を励起するのに効率的な位置に位置させることができ、且つ、振動検出用の活性領域（振動検出電極層）をも設けることができる。従って、モータ出力を低下させることなく、振動検出信号に基づいた周波数追尾を行うことができるので、更なる安定駆動が可能となる。
・超音波振動子に用いる振動体を、圧電素子単体で構成できる。これにより、振動体の構成の簡略化及び超音波モータの構成の簡略化が実現する。具体的には、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要な振動体（積層圧電素子４０）を用いる為、当該超音波モータの部品点数を減少させることができ、製造が容易となる。従って、コストを低減することができる。
・駆動用活性領域を配設する空間を、最も適した位置に最大限確保すると共に、振動検出用活性領域をも設けることができる。この為、モータ出力を低下させることなく、周波数追尾による安定駆動が実現する。
［第２実施形態］
以下、本第２実施形態に係る超音波モータについて説明する。なお、説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。第１実施形態に係る超音波モータとの主な相違点の一つは、積層圧電素子４０の構成である。
【００５１】
図９は、本第２実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子４０の一構成例を示す図である。図１０は、本第２実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子４０を正面上方から観た斜視図である。図１０においては、説明の便宜上、積層圧電素子４０の内部に存在する駆動電極及び振動検出電極（上述の各内部電極により構成される）を可視化して示し、且つ、各圧電シートについては別個に図示せずに積層圧電素子４０として一体的に図示している。
【００５２】
本第２実施形態においては、積層圧電素子４０は、３種類の圧電シート（第１の圧電シート４１、第２の圧電シート４２、第３の圧電シート４３）が下記のように積層されて成る。
《第１´積層部位Ｌ１´》
第１の圧電シート４１と第２の圧電シート４２とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第２´積層部位Ｌ２´》
前記第１´積層部位Ｌ１´上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。この第２´積層部位は、当該積層圧電素子４０の中心軸１００Ｃを含んでいる。
《第３´積層部位Ｌ３´》
前記第２´積層部位Ｌ２´上に、第１の圧電シート４１と第２の圧電シート４２とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第４´積層部位Ｌ４´》
前記第３´積層部位Ｌ３´上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
《第５´積層部位Ｌ５´》
前記第４´積層部位Ｌ４´上に、第１の圧電シート４１と第２の圧電シート４２とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第６´積層部位Ｌ６´》
前記第５´積層部位Ｌ５´上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
【００５３】
積層圧電素子４０の領域Ａにおいては、内部電極４１ａと内部電極４２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ａ１相）１１１Ａ１と、振動検出電極（Ｃ相）１１３Ｃとである。
積層圧電素子４０の領域Ｂにおいては、内部電極４１ａと内部電極４２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ｂ１相）１１１Ｂ１である。
【００５４】
積層圧電素子４０の領域Ｃにおいては、内部電極４１ｂと内部電極４２ｂとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ｂ２相）１１１Ｂ２と、振動検出電極（Ｄ相）１１３Ｄとである。
積層圧電素子４０の領域Ｄにおいては、内部電極４１ｂと内部電極４２ｂとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ａ２相）１１１Ａ２である。
【００５５】
より詳細には、上述の振動検出電極１１３Ｃ，１１３Ｄが積層圧電素子４０において占める位置は、積層圧電素子４０において駆動電極１１１Ａ１，１１１Ａ２，１１１Ｂ１，１１１Ｂ２よりも内部側であって、縦１次振動の節部且つ捻れ２次振動の腹部に対応する位置である。本第１実施形態では、振動検出電極１１３Ｃと振動検出電極１１３Ｄとは、積層圧電素子４０の中心軸１００Ｃを含む面であって且つ圧電シートの積層方向に垂直な面に対して対称を成す位置（対向した位置）に位置している。
【００５６】
図１１Ａは、図１０において矢印Ｒで示す方向から観た積層圧電素子４０（右側面）の一構成例を示す図である。図１１Ｂは、図１０において矢印Ｌで示す方向から観た積層圧電素子４０（左側面）の一構成例を示す図である。上述の各内部電極は、それぞれ次のように外部電極によって短絡されている。
《領域Ａ》
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４１ａの露出部４１ａｅ同士を、外部電極（Ａ１＋相）１０１Ａ１＋によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４２ａの露出部４２ａｅ同士を、外部電極（Ａ１−相）１０１Ａ１−によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の内部側の内部電極４１ａの露出部４１ａｅ同士を、外部電極（Ｃ＋相）１０３Ｃ＋によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の内部側の内部電極４２ａの露出部４２ａｅ同士を、外部電極（Ｃ−相）１０３Ｃ−によって短絡する。
《領域Ｂ》
・内部電極４１ａの露出部４１ａｅ同士を、外部電極（Ｂ１＋相）１０１Ｂ１＋によって短絡する。
・内部電極４２ａの露出部４２ａｅ同士を、外部電極（Ｂ１−相）１０１Ｂ１−によって短絡する。
《領域Ｃ》
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ｂ２＋相）１０１Ｂ２＋によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４２ｂの露出部４２ｂｅ同士を、外部電極（Ｂ２−相）１０１Ｂ２−によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の内部側の内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ｄ＋相）１０３Ｄ＋によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の内部側の内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ｄ−相）１０３Ｄ−によって短絡する。
《領域Ｄ》
・内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ａ２＋相）１０１Ａ２＋によって短絡する。
・内部電極４２ｂの露出部４２ｂｅ同士を、外部電極（Ａ２−相）１０１Ａ２−によって短絡する。
【００５７】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する上に、下記の効果を奏する超音波モータを提供することができる。すなわち、積層圧電素子４０を３種類の圧電シートによって構成することができるので、製造容易性が高まる。
［第３実施形態］
以下、本第３実施形態に係る超音波モータについて説明する。なお、説明の重複を避ける為、第１実施形態に係る超音波モータとの相違点について説明する。第１実施形態に係る超音波モータとの主な相違点の一つは、積層圧電素子４０の構成である。本第３実施形態に係る超音波モータは、縦１次振動に係る成分のみを検出する振動検出を行う超音波モータである。
【００５８】
図１２は、本第３実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子４０の一構成例を示す図である。本第３実施形態においては、積層圧電素子４０は、５種類の圧電シート（第１の圧電シート４１、第２の圧電シート４２、第３の圧電シート４３、第４の圧電シート、第５の圧電シート）が下記のように積層されて成る。
《第１´´積層部位Ｌ１´´》
第１の圧電シート４１と第２の圧電シート４２とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第２´´積層部位Ｌ２´´》
前記第１積層部位Ｌ１上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
《第３´´積層部位Ｌ３´´》
前記第２積層部位Ｌ２上に、第４の圧電シート４４と第５の圧電シート４５とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。この第３´´積層部位Ｌ３´´は、当該積層圧電素子４０の中心軸１００Ｃを含んでいる。
《第４´´積層部位Ｌ４´´》
前記第３積層部位Ｌ３上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
《第５´´積層部位Ｌ５´´》
前記第４´´積層部位Ｌ４´´上に、第１の圧電シート４１と第２の圧電シート４２とがその厚み方向に交互に複数枚積層されて成る。
《第６´´積層部位Ｌ６´´》
前記第５´´積層部位Ｌ５´´上に、第３の圧電シート４３が少なくとも１枚以上積層されて成る。
【００５９】
図１３は、本第３実施形態に係る超音波モータの積層圧電素子４０を正面上方から観た斜視図である。図１３においては、説明の便宜上、積層圧電素子４０の内部に存在する駆動電極及び振動検出電極（上述の各内部電極により構成される）を可視化して示し、且つ、各圧電シートについては別個に図示せずに積層圧電素子４０として一体的に図示している。
【００６０】
積層圧電素子４０の領域Ａにおいては、内部電極４１ａと内部電極４２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ａ１相）１１１Ａ１である。
積層圧電素子４０の領域Ｂにおいては、内部電極４１ａと内部電極４２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ｂ１相）１１１Ｂ１である。
【００６１】
積層圧電素子４０の領域Ａと領域Ｂとの境界面（積層圧電素子４０の積層方向における中間部位に位置し、中心軸１００Ｃを含む面）を含んで領域Ａと領域Ｂとの両者に亘る領域において、内部電極４４ａと内部電極４５ａとが積層されて成る部位は、振動検出電極（Ｃ´相）１１３Ｃ´である。
【００６２】
積層圧電素子４０の領域Ｃにおいては、内部電極４１ｂと内部電極４２ｂとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ｂ２相）１１１Ｂ２である。
積層圧電素子４０の領域Ｄにおいては、内部電極４１ｂと内部電極４２ｂとが積層されて成る部位は、駆動電極（Ａ２相）１１１Ａ２である。
【００６３】
より詳細には、上述の振動検出電極１１３Ｃ´は、積層圧電素子４０の積層方向における中間部位（換言すれば、中心軸１００Ｃを含む圧電シート）に対して対称を成す形状・配置である。このように構成することで、当該振動検出電極１１３Ｃ´により検出される振動については、捻れ２次振動に係る成分が相殺され、縦１次振動に係る成分のみを検出することができる。
【００６４】
なお、振動検出電極層（振動検出電極１１３Ｃ´）を、中心軸１００Ｃを含む圧電シートに対して対称な形状・位置に設ける例を示したが、中心軸１００Ｃを含み各圧電シートに垂直な面に対して対称な形状・位置に、振動検出電極層（振動検出電極１１３Ｃ´）を設けてもよい。また、中心軸１００Ｃを含む圧電シート、及び中心軸１００Ｃを含み各圧電シートに垂直な面の双方に対して対称な形状・位置に、振動検出電極層（振動検出電極１１３Ｃ´）を設けてもよい。
【００６５】
図１４Ａは、図１３において矢印Ｒで示す方向から観た積層圧電素子４０（右側面）の一構成例を示す図である。図１４Ｂは、図１３において矢印Ｌで示す方向から観た積層圧電素子４０（左側面）の一構成例を示す図である。上述の各内部電極は、それぞれ次のように外部電極によって短絡されている。
《領域Ａ》
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４１ａの露出部４１ａｅ同士を、外部電極（Ａ１＋相）１０１Ａ１＋によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４２ａの露出部４２ａｅ同士を、外部電極（Ａ１−相）１０１Ａ１−によって短絡する。
《領域Ｂ》
・内部電極４１ａの露出部４１ａｅ同士を、外部電極（Ｂ１＋相）１０１Ｂ１＋によって短絡する。
・内部電極４２ａの露出部４２ａｅ同士を、外部電極（Ｂ１−相）１０１Ｂ１−によって短絡する。
《領域Ａと領域Ｂとの境界面を含んで両者に亘る領域》
・内部電極４４ａの露出部４４ａｅ同士を、外部電極（Ｃ´＋相）１０３Ｃ´＋によって短絡する。
・内部電極４４ａの露出部４４ａｅ同士を、外部電極（Ｃ´−相）１０３Ｃ´−によって短絡する。
《領域Ｃ》
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ｂ２＋相）１０１Ｂ２＋によって短絡する。
・第４´積層部位Ｌ４´を境にして当該積層圧電素子４０の表層側の内部電極４２ｂの露出部４２ｂｅ同士を、外部電極（Ｂ２−相）１０１Ｂ２−によって短絡する。
《領域Ｄ》
・内部電極４１ｂの露出部４１ｂｅ同士を、外部電極（Ａ２＋相）１０１Ａ２＋によって短絡する。
・内部電極４２ｂの露出部４２ｂｅ同士を、外部電極（Ａ２−相）１０１Ａ２−によって短絡する。
【００６６】
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第１実施形態に係る超音波モータと同様の効果を奏する上に、下記の効果を奏する超音波モータを提供することができる。すなわち、外部電極の数を削減することができる為、小型化により有利となる。
なお、上述の各実施形態においては、積層圧電素子４０に縦１次振動と捻れ２次振動とを励起する駆動方式を例にして説明したが、縦１次振動と捻れ３次振動とを励起する駆動方式を採用する場合であっても上述の各実施形態を適用可能なことは勿論である。
【００６７】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００６８】
１０…ロータ機構部、  １１…回転軸、  １２…ベアリング、  １３…ロータ、  １４…駆動子、  ２０…押圧機構部、  ２１…押圧バネ、  ２２…押圧部材、  ２３ａ…バネ規制部材、  ２３…固定板、  ３０…筐体部、  ３１…フレーム、  ３２，３２ａ，３２ｂ…支持部材、  ４０…積層圧電素子、  ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４５ａ…内部電極、  ４１ａｅ，４１ｂｅ，４２ａｅ，４２ｂｅ，４４ａｅ，４５ａｅ…露出部、  ４１…第１の圧電シート、  ４２…第２の圧電シート、  ４３…第３の圧電シート、  ４４…第４の圧電シート、  ４５…第５の圧電シート、  １００Ｃ…中心軸、  １０１Ａ１＋，１０１Ａ１−，１０１Ａ２＋，１０１Ａ２−，１０１Ｂ１＋，１０１Ｂ１−，１０１Ｂ２＋，１０１Ｂ２−，１０３Ｃ＋，１０３Ｃ−，１０３Ｄ＋，１０３Ｄ−，１０３Ｃ´＋，１０３Ｃ´−…外部電極、  １１１Ａ１，１１１Ａ２，１１１Ｂ１、１１１Ｂ２…駆動電極、  １１３Ｃ，１１３Ｄ，１１３Ｃ´…振動検出電極。
【図１】
2012029381.tif 000003
【図２】
2012029381.tif 000004
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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