(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２長辺、第１及び第２短辺、並びに対向する平面を有し、対向する平面に電極が設けられ、電極へ電圧が印加されることにより、上記辺に楕円形状の動きを発生する圧電プレートと、
軸回りに旋回可能なアームであって、軸から互いに反対方向に延在する第１端部と第２端部を有するアームと、
該第１端部に設けた、読み出し、または書き込みを行なうヘッドと、
該第２端部に設けた剛性要素とからなり、
前記圧電プレートは、該アームの第2端部に設けられ、前記圧電プレートの辺、またはその延長された部分は、前記剛性要素に弾性的に付勢されていると共に、前記アームは、前記圧電プレートの辺またはその延長された部分に楕円形状の動きが発生することにより、軸回りに旋回する、ディスクドライブ。
【請求項２】
前記圧電プレートは、前記軸に対し、静止している請求項１に記載のディスクドライブ。
【請求項３】
前記圧電プレートは前記軸に対して移動可能である請求項１に記載のディスクドライブ。
【請求項４】
上記圧電プレートは、第２軸の回りを旋回可能に設けた請求項１、３のいずれか一項に記載のディスクドライブ。
【請求項５】
少なくとも、もう一つマイクロモータを備え、上記第２軸の回りに圧電プレートを旋回させる請求項４に記載のディスクドライブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はマイクロモータ、詳しくは圧電モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
直線及び回転運動を与える共振圧電セラミックの使用は公知である。このようなシステムの大きな利点は可動機械部品を使用することなく大変良好な運動を達成する能力にある。一般に、このようなシステムは、開ループ動作では１マイクロメータ、閉ループ動作では５０ナノメータの運動精度に制限される。移動されるべきプレートの重量が０．５ｋｇであるとき、速度は５−１０ｍｍ／ｓｅｃに制限される。このような状況の下で、運動方向にプレートに加えられる力は約５Ｎに制限される。このようなモータに対してより良い解決すなわちより速い速度とより大きな駆動力を達成することは、多くの状況において有益である。比較的高速で運動する能力が保持される場合には、この改良された解決が特に有益となるであろう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＵ６９３４９３は、プレートの一つの大きな面（裏面）の全面を覆う１つの電極と、前面の四分円部（quadrant）を覆う４つの電極とを有する平坦な矩形の圧電プレートからなる圧電モータを開示している。裏面の電極は接地され、対角線上の電極は電気的に接続されている。２つのセラミックパッドがプレートの長手方向の２つのエッジのうち一方に取り付けられ、これらのパッドは、他方の長手方向のエッジを押圧するスプリング機構によって被駆動物体に押圧されている。
【０００４】
接続された一方の１対の電極にＡＣ電圧が印加されると物体が一方に移動し、他方の１対の電圧に印加されると物体が他方に移動するように、長手方向及び短手方向は（異なったモード指令に対して）隣接した共振周波数を有している。
【０００５】
本発明の目的は、従来のマイクロモータより高い速度、高い駆動力及びより小さい最小ステップサイズを有するマイクロモータを備えたディスクドライブを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、その一方の大きな面に少なくとも１つの電極と、他方の大きな面に複数の電極とを有する薄い矩形の圧電セラミックからなる。好ましくは、硬質材料の単一のスペーサが圧電セラミックの短手エッジの中央に取り付けられ、物体に対して押圧されている。少なくとも幾つかの電極が通電されると、以下に説明するように、圧電セラミックのエッジの長さ方向に沿って、圧電セラミック又は物体のいずれかの移動が生じる。
【０００７】
この発明の特徴の第１の実施の形態では、矩形の大きな面の寸法は、圧電セラミックが異なったモードではあるがｘとｙ（圧電セラミックの矩形の大きな面の寸法）に対して近接して配置された共振を有するように、選択されるのが好ましい。好ましくは、共振は重複した応答曲線を有する。
【０００８】
圧電セラミックの励起は、両モードが複数の電極のうち選択されたものに対して励起される周波数で、ＡＣ電圧を印加することによって達成される。この実施の形態では、小さな変位が要求される場合には少なくとも幾つかの最小期間の間、より大きな変位が要求される場合にはより長い期間の間、共振励起が印加される。
【０００９】
この発明の特徴の第２の実施の形態では、励起は複数の電極のうち幾つかに対する非共振非対象のパルス電圧である。本発明者は、そのようなパルス例えばロー時間よりも比較的高いハイ時間を有する矩形パルスが使用されると、非常に小さな運動が達成されることを見出した。このような励起は、運動後に電極に残留電圧が残らないことが望まれる場合に特に有用である。
【００１０】
この発明の特徴の第３の実施の形態では、比較的大きなステップに対する共振ＡＣ励起と、小さなステップが要求されるときの好ましくは矩形のパルス励起との間で切り換えられる。
【００１１】
多数の電極形状が本発明により可能である。一つの実施の形態では、複数の電極は２つの矩形電極からなり、各電極は圧電セラミックの１つの矩形表面の半分を覆い、セラミックの大きい矩形面の長手方向に沿って存在する。
【００１２】
第２の好ましい電極形状は、圧電セラミックの大きな面の４つの四分円部を覆う４つの電極を与える。異なった励起モード（ＡＣとパルス）及び励起形状により、モータによって生じる運動に対するより大きな又は小さな最小ステップサイズが生じる場合、これらの電極のうち１つ、２つ、又は３つが励起される。
【００１３】
本発明の他の特徴は、同一の共振周波数を有する複数の積層された圧電セラミックの使用を含むが、それは異なった圧電材料で形成するのが好ましく、それらのうち１つは他よりも実質的に軟らかい。異なった硬度を有するセラミックは同一周波数で位相信号から外れて駆動される。このようなシステムでは、より硬い材料は物体を駆動するサイクルの部分の間で高い駆動力を与え、より軟らかい材料はより長い接触時間を与えるが力は小さい。この組合わせにより、高いスタート駆動が慣性及び静的摩擦力を克服するのを許容するとともに、運動中に円滑な動作を伴う。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態は、望まれたモード以外の共振モードを抑制することによってマイクロモータの効率を増加するモード抑制装置の使用を含む。
【００１５】
本発明のさらに他の特徴によると、スペーサベアリングエッジの反対側の圧電セラミックの短手エッジにアームの一端が取り付けられている。物体に対して付勢されたスペーサが、アームの第２の端部に取り付けられている。動作中には、２つのスペーサが類似して励起し、被駆動物体での位相運動から離れ、マイクロモータの出力が増加し、圧電セラミックの両端の運動及び力を利用することによって、スペーサに対して付勢されている物体の円滑な運動が与えられる。
【００１６】
本発明の他の特徴は、長手エッジに垂直なほぼゼロの運動を有する地点で、弾性力を圧電プレートの長手エッジに印加する弾性要素の使用を含む。そのような要素は、圧電プレートの短手エッジに平行な両方向において物体に対称運動を与えるのに使用される。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴によると、本発明による圧電マイクロモータはディスクドライブの光学又は磁気読み／書きヘッドの移動に利用される。
【００１８】
したがって、本発明の好ましい実施の形態では、物体を動かすマイクロモータは、
長手エッジ及び短手エッジ、第１及び第２面、第１及び第２面に取り付けられた電極、第１のエッジ好ましくは短手エッジの好ましくはその中央に取り付けられて物体に押圧されるセラミックスペーサを有する少なくとも１つの矩形圧電プレートと、
第１のエッジと反対側の第２のエッジに好ましくはその中央に力を印加し、物体にセラミックスペーサを押圧する弾性力源と、
少なくとも幾つかの前記電極を励起する電力源とからなる。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態では、電圧源は少なくとも幾つかの電極を対称で単極のパルス励起電圧で通電する。
【００２０】
好ましくは、電圧源は、対称で単極のパルス又はＡＣ励起のいずれかで、幾つかの電極を選択的に印加するように動作する。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態では、電極は圧電プレートの第１の面の好ましくは各四分円部にある複数の電極と、第２の面にある少なくとも１つの電極とからなっている。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態では、プレートの第１の面の一方の長手エッジに沿って四分円部にある電極は第１の極性を有する単極の対称パルス電圧が印加され、第１の面の他方の長手エッジに沿って四分円部にある電極は反対の極性を有する単極の対称パルス電圧が印加される。
【００２３】
代案として、セラミックスペーサに近接したそれぞれの四分円部の電極は反対の極性を有する単極の対称パルス電圧が印加されるか、セラミックスペーサから離れたそれぞれの四分円部の電極は反対の極性を有する単極の対称パルス電圧が印加される。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態では、対角線上に位置する四分円部の第１の組の電極は、所定の極性を有する単極の対称パルス電圧が印加され、好ましくは、対角線上に位置する四分円部の第２の組の電極は、前記所定の極性と反対の極性を有する単極の対称パルス電圧が印加される。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態では、マイクロモータは、複数の前記圧電プレートからなり、各プレートのセラミックスペーサは物体に弾性的に押圧されている。好ましくは、複数のプレートの少なくとも１つは比較的より硬い圧電材料で形成され、複数のプレートの少なくとも１つは比較的より軟らかい圧電材料で形成される。本発明のさらに好ましい実施の形態では、電圧源は複数のプレートの少なくとも１つにお互いに位相から離れて電圧を印加する。
【００２６】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
長手及び短手エッジ、第１及び第２面、第１面及び第２面に取り付けられた電極を有し、該電極の少なくとも幾つかの電極が対称でかつ単極のパルス励起電圧で印加される少なくとも一つの矩形圧電プレートと、
１つのエッジ、又は１又はそれ以上のエッジの延長部を物体に対して弾性的に付勢する弾性力源と、
からなる物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００２７】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
長手及び短手エッジ、第１及び第２面、第１面及び第２面に取り付けられた電極を有する少なくとも１つの矩形圧電プレートと、
１つのエッジ、又は１又はそれ以上のエッジの延長部を物体に対して弾性的に付勢する弾性力源と、
少なくとも幾つかの電極に、対称でかつ単極のパルス励起電圧又はＡＣ励起電圧を選択的に印加する電圧源と、
からなる物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００２８】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
長手及び短手エッジ、第１及び第２面、第１面及び第２面に取り付けられた電極を有し、該電極の少なくとも幾つかが励起される複数の矩形圧電プレートと、該複数のプレートの１つのエッジ、又は１又はそれ以上のエッジの延長部を物体に対して弾性的に付勢する弾性力源と、
からなる物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００２９】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
長手及び短手エッジ、第１及び第２面、第１面及び第２面に取り付けられた電極を有し、
該電極の少なくとも１つが電圧で励起されて、プレートの１つのエッジのみに向かって力を引き起こし、
他の電極の少なくとも１つが電圧で励起されて、前記エッジに沿ってある要素を有するエッジの少なくとも一部の移動を引き起こす、少なくとも１つの矩形圧電プレート、
からなる物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００３０】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
長手及び短手エッジ、第１及び第２面、第１面及び第２面に取り付けられた電極を有する少なくとも一つの矩形圧電プレートと、
少なくとも幾つかの電極の電圧を印加して圧電プレートの所望の共振モードを確立する電源と、
所望の共振モード以外の共振モードを抑制するモード抑制手段と、
からなる物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００３１】
本発明の好ましい実施の形態では、前記モード抑制手段は、所望の共振モード以外の共振モードによって引き起こされる寸法変化を抑制するように適合された少なくとも一つの抑制手段からなる。
【００３２】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
２つの長手エッジ及び２つの短手エッジ、第１及び第２面を有する少なくとも一つの矩形圧電プレートと、
圧電プレートの第１短手エッジの中心に取り付けられ物体に押圧される第１セラミックスペーサと、
一端に取り付けられた第２スペーサを有し、圧電プレートの第２短手エッジの取り付けられた他端を有するアームとからなり、
第１及び第２スペーサは物体に対して付勢されるように適合された隣接する平行な面を有する、物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００３３】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
長手及び短手エッジ、第１及び第２面、第１面及び第２面に取り付けられた電極を有し、該電極の少なくとも幾つかが励起され、中央の長手軸に沿って一定間隔で設けられた穴を有する複数の矩形圧電プレートと、
穴に回転可能に装着される一端を有する少なくとも１つのレバーと、
からなる物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００３４】
好ましくは、レバーの他端は、固定プレートに回転可能に装着されるか、その代案として前記軸の方向にのみ移動するように拘束されたプレートに回転可能に装着される。
【００３５】
以上のすべての実施の形態では、セラミックスペーサは圧電プレートの短手エッジの１つに、好ましくはその短手エッジの中央に取り付けられるのが好ましい。これにより、最適な駆動運動がセラミックプレートの短手エッジで生み出されるので、係合面に垂直な利用可能なスペースがートの長手エッジが係合面にほぼ垂直となる。係合面に垂直な入手可能な面が制限されるシステムでは、本発明の好ましい実施の形態によれば、代案のセラミックマイクロモータが設けられている。ここで、圧電セラミックプレートの短手エッジの運動は、長手エッジと短エッジのコーナ部の近傍でプレートの長手エッジに取り付けられたスペーサを用いてプレートの長手エッジと並設された物体を動かすのに使用される。
【００３６】
本発明のこの特徴によると、スペーサは短手エッジで共振運動に従って動くが、係合面はセラミックプレートの長手軸に平行に駆動される。左右運動の対称性を避けるために、お互いに隣接するコーナ部をスペーサで支持して、２つの並列された圧電セラミックプレートを使用するのが好ましい。
【００３７】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
第１及び第２長手エッジ、第１及び第２短手エッジ、前面及び裏面を有する第１及び第２矩形圧電プレートと、
第１プレートの第１短手エッジは第２プレートのの第１短手エッジのほぼ平行に並設され、
各プレートは前面及び裏面に取り付けられた電極を有し、
各プレートは、第１短手エッジの近傍の一端で第１長手エッジに取り付けられ、物体の表面に係合するセラミックスペーサを有し、
各プレートの一部に印加され、セラミックスペーサを物体の表面に押圧する弾性力源と、
からなる物体に対して運動を与える圧電マイクロモータが提供されている。
【００３８】
本発明の好ましい実施の形態では、前記弾性力源は少なくとも第２長手エッジの一部に印加される。加えて、あるいは代案として、前記弾性力源は圧電プレート上の点に印加され、前記面に垂直な運動振幅がほぼゼロである。
【００３９】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
お互いに離れて配置されたほぼ矩形の第１及び第２圧電プレートと、
各プレートは２つの長手エッジ及び２つの短手エッジ、前面及び裏面を有し、
隣接するプレートの面は平行でお互いに対向し、
隣接するプレートの長手エッジは平行であり、
第１プレートの第１長手エッジに係合する少なくとも１つの固定サポートと、
第１プレートの第２長手エッジに係合する少なくとも１つの弾性サポートと、
第２プレートの第１長手エッジに係合する少なくとも１つの弾性サポートと、
第２プレートの第２長手エッジに係合する少なくとも１つの固定サポートとからなり、
第１プレートの第１長手エッジは第２プレートの第１長手エッジに隣接している、
物体に対して運動を与える圧電マイクロモータが提供されている。
【００４０】
好ましくは、各サポートは、長手エッジに垂直な方向にほぼゼロの運動となる地点で、それぞれの長手エッジに係合し、長手エッジにほぼ平行な方向にスライド可能である。
【００４１】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
長手及び短手エッジ、第１及び第２面、第１面及び第２面に取り付けられた電極、長手エッジに垂直な方向にほぼゼロの運動をとなる２つの地点で長手エッジの各々に弾性力を与える弾性要素、を有する少なくとも一つの矩形圧電プレートと、
少なくとも幾らかの電極を２つのモード、すなわち短手エッジの平行な第１の方向に短手で運動を与える第１のモードと、第１の方向と反対の第２の方向に運動を与える第２のモードで選択的に励起するための電源と、
からなる物体を動かす手段マイクロモータが提供されている。
【００４２】
本発明の他の好ましい実施の形態では、マイクロモータはさらに、第１の方向と第２の方向に対称な運動と力を与えるように適合された構造アセンブリからなる。好ましくは、構造アセンブリは弾性要素を含む。
【００４３】
本発明の好ましい実施の形態では、前記電圧源は前記電極の少なくとも幾つかの電極にＡＣ励起電圧を印加する。
【００４４】
さらに、好ましい実施の形態では、前記電極は、各圧電プレートの前面上の複数の電極と、各圧電プレートの裏面上の少なくとも１つの電極とからなる。好ましくは、前記複数の電極は前記前面の各四分円部にある電極からなり、前記電圧源は前記前面上の少なくとも幾つかの電極にＡＣ励起電圧を印加する。
【００４５】
本発明の好ましい実施の形態では、各プレートの対角線上に位置する四分円部の電極は同一極性の励起電圧が印加される。
【００４６】
さらに、好ましい実施の形態では、第１圧電プレートの第１長手エッジと第１短手エッジの間の四分円部の電極は第１極性の励起電圧が印加され、第２圧電プレートの第１長手エッジと第１短手エッジの間の四分円部の電極は第１極性と反対の第２極性の電圧が印加される。
【００４７】
本発明の１つの好ましい実施の形態では、電力源は、少なくとも幾つかの電極に、ＡＣ励起電圧の振幅よりも大きな絶対値を有するＤＣ電圧を一定間隔で分離したＡＣ励起電圧パルスからなるパルス励起電圧を印加する。好ましくは、前記パルス励起電圧のパルス率は物体の自己共振周波数にほぼ相当する。
【００４８】
本発明のさらに好ましい実施の形態では、前記第１及び第２矩形圧電プレートは少なくとも１つの長手エッジに接続された少なくとも１つの追加の電極を有し、
電圧源は少なくとも幾つかの追加電極を印加する。好ましくは、前記少なくとも一つの追加電極は第１短手エッジの近傍の第１長手エッジのある電極を含む。さらに好ましくは、前記少なくとも一つの追加電極は第２短手エッジの近傍の第２長手エッジにある電極を含む。
【００４９】
好ましくは、前記電圧源は追加電極に励起電圧を印加し、これにより前記面にほぼ垂直な方向におけるセラミックスペーサの運動を増大する。好ましくは、前記電圧源は、各追加電極に、追加電極に隣接する前面の四分円部にある電極と同一極性の励起電圧を印加する。
【００５０】
本発明の好ましい実施の形態では、前記第１及び第２圧電プレートは前記面に垂直な運動振幅がほぼゼロであるプレート上の点で弾性的に支持されている。
【００５１】
本発明の好ましい実施の形態では、前記弾性力源は調整可能である。
【００５２】
本発明の好ましい実施の形態では、マイクロモータは、前記複数の第１圧電プレートと、前記複数の第２圧電プレートとからなり、各プレートのセラミックスペーサは物体を弾性的に押圧している。
【００５３】
本発明の好ましい実施の形態では、マイクロモータはさらに、スペーサによって物体に印加される力に対する反力を与えるために、前記スペーサと係合する表面と反対の前記物体の表面に係合する逆支持装置をさらに含む。好ましくは、前記逆支持装置は少なくとも一つの平坦な面に取り付けられた電極を有する圧電セラミックベアリングからなり、前記電圧源は少なくとも幾らかの圧電セラミックベアリングに電圧を印加する。
【００５４】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
軸回りに旋回可能で、両側で当該軸から一定間隔離れた第１及び第２端部、第１端部に取り付けられた読み書きヘッド、第２端部にある剛体を有するアームと、
剛体要素に対して弾性的に付勢された少なくとも１つの圧電プレートマイクロモータと、
からなるディスクドライブが提供されている。
【００５５】
本発明の好ましい実施の形態では、前記圧電プレートは静止している。本発明の代案となる好ましい実施の形態では、前記圧電プレートは前記軸に対して移動可能である。
【００５６】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
軸回りに旋回可能なアームからなり、該アームは、
両側で当該軸から一定間隔離れた第１及び第２端部、
第１端部に取り付けられた読み書きヘッド、
第２端部に取り付けられ、前記アームとともに移動可能な圧電プレートとを有するディスクドライブが提供されている。
【００５７】
本発明の好ましい実施の形態では、前記軸は前記圧電プレートを貫通して延びている。
【００５８】
本発明の好ましい実施の形態では、マイクロモータはさらに、前記圧電プレートに対して付勢された剛性要素からなる。
【００５９】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、
軸の回りに旋回可能で、２つの長手エッジ及び２つの短手エッジを有する第１矩形圧電プレートと、
２つの長手エッジ及び２つの短手エッジ、該エッジに取り付けられたセラミックスペーサを有する第２矩形圧電プレートとからなり、
前記スペーサは前記第１圧電プレートのエッジに対して付勢されている、
物体を動かすマイクロモータが提供されている。
【００６０】
好ましくは、前記第２圧電プレートに取り付けられたスペーサは前記第１圧電プレートの長手エッジに対して付勢されている。
【００６１】
本発明の幾つかの好ましい実施の形態では、マイクロモータはさらに、
前記第２圧電プレートのスペーサと、前記スペーサが付勢されている第１圧電プレートの長手エッジとの間に位置する剛性の弓形要素からなる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態によるモータにおいて使用される比較的薄い矩形の圧電セラミックの大きな一つの面を示す図１を参照する。この圧電セラミックの面（以下「第１面」という）には、４個の電極１４、１６、１８及び２０がめっきされている（plated）か、さもなけれが張り付けられており、これにより、それぞれが実質的に第１面の１／４を覆う矩形から成るチェッカー・パターンが形成されている。圧電セラミックの反対側の面（以下「第２面」という）は、好ましくは、一つの電極（図示せず）で実質的に全体が覆われている。対角線方向に配置された電極（１４及び２０；１６及び１８）は、好ましくはその４個の電極の連結部分（junction）の近傍に配置されたワイヤ２２及び２４によって電気的に接続されている。第２面上の電極は好ましくは接地されている。その代わりに、これらの電極を、その形成に使用される技術に類似したプリント回路技術によって接続してもよい。
【００６３】
比較的堅いセラミックのスペーサ２６が、例えば接合剤で、圧電セラミック１０の短辺２８に、好ましくはその辺の中央において取り付けられている。
【００６４】
圧電セラミック１０は多数の共振モード（resonaces）を有している。特に、圧電セラミック１０の寸法は、Dｘ及びDｙ方向の共振モードが近づいており（closely spaced）、励起曲線（excitation curves）が重なるような寸法が選ばれている。特に、本発明による好ましい共振は、図２及び図４に示されているように、Dｙ方向については１／２モード共振であってDｘ方向については１1/2モード共振である。しかし、セラミック１０の寸法に応じて他の共振モードを使用することができる。
【００６５】
圧電セラミック１０が図６においてω0として示された帯域内の周波数で励起されているとき、Dｘ及びDｙの双方の共振モードが励起される。図３は、所定の電極に電圧を印加し、それにより二つの共振モードを励起する一例(one configuration)を示している。この例では、電極１６及び１８に電圧が印加され、電極１４及び２０は浮いたままである（又は、あまり好ましくはないが接地されている）が、そのモードの振幅が図２に示されている。この例における励起は、Dｙが正のときDｘを負にし、その結果、圧電セラミック１０の動きが阻止されている場合には、圧電セラミック１０に押し付けられている本体３０が左方向に動くことになる。本体３０の表面は、回転すべき円筒の表面のようにカーブしているように描かれているが、直線的な動きが望まれる場合には、その表面は平坦でもよい。
【００６６】
電極１４及び２０に電圧が印加され電極１６及び１８が浮いたままである（又は、あまり好ましくはないが接地されている）図５に示された励起の例については、Dｙのモードは同一であるが、Dｘのモードは位相が逆であり、右方向への移動を生じさせる。
【００６７】
本発明の好ましい実施の形態では、圧電セラミック１０は、固定された１対の支持体３２及び３４と２個のバネ付きの（spring loaded supports）支持体３６及び３８とにより、動きが阻止されている。支持体３２〜３８は、圧電セラミック１０と、ｘ方向の移動が０の位置においてそのセラミックの１対の長辺４０及び４２に沿って接している。これらの支持体はｙ方向にスライドするように設計されている。
【００６８】
このようにバネが取り付けられているのは、磨耗の効果（effect of wear）を低減し、圧電セラミックを或る程度衝撃から保護（a degree of shock protection）するためである。
【００６９】
バネ付きの支持体４４は、好ましくは短辺２８の反対側の圧電セラミック１０の第２の短辺４３の中央部に押し付けられる。支持体４４はセラミック２６と本体３０との間に圧力を与え、これにより、セラミック２６の動きが本体３０に伝達される。バネ付き支持体４４は圧電セラミック１０が励起される周波数の１周期よりも十分に長い応答時間を有している、ということに注意すべきである。したがって、本体３０に与えられる動きの方向と反対にセラミック２６が動いているときには、本体３０に押し付けられているセラミック２６の表面は、実際にはその周期の一部の期間だけ本体から離れていく。
【００７０】
本発明の好ましい実施の形態では、バネ付き支持体３６、３８及び４４は、中身の詰まった堅いゴム製の円柱体（バネ）であって、好ましくは約６０のショアーＡの硬度（a Shore A hardness of about 60）を持つ、好ましくはシリコン・ゴム製のものである。実際に、このような「バネ」は、Ｏリング（例えばパーカ-ハニフィン(Parker-Hannifin)により市場に提供されているもの）の一部を切断して所望のサイズにすることにより製造することができる。好ましくは、そのバネの共振モードは、使用される圧電セラミックの共振モードからは遠く離れているべきである。本発明の好ましい実施の形態では、球状又は半球状の堅い部品（element）がそのバネ部品（spring element）とセラミックとの間に配置される。
【００７１】
本発明の好ましい実施の形態では、圧電セラミック１０の寸法は、モーガン・マトロック社（Morgan Matroc Inc.）によって製造されたＰＺＴ圧電材料を使用した場合、2mmと5mmの間の厚みを有する30mm×7.7mmの大きさである。この例に対し、所望の速度、本体３０の重さ（及び／又はバネ４４の圧力）、及び要求される力（power）に応じて、圧電セラミック１０を励起するために30〜500ボルトの交流を使用することができる。このような装置は、20〜100kHz の範囲内の周波数で動作し、10ナノメータ（nm）の範囲内の最小ステップサイズ(a minimum step size)を有し、約15〜350mm/sec（又はそれ以上）の最大速度を有する。これらは、公称の範囲に過ぎず、圧電セラミック１０として使用される材料、寸法、選択される共振モード、及びその他の要因に応じて変化する。
【００７２】
実際には、より大きい寸法のセラミックは20mmと80mmの間とすることができ、より小さい寸法のものは3mmと20mmの間とすることができる。例えば、極めて長く薄い装置（例えば、3mm×80mm）は極めて高速度のモータとなるであろう。
【００７３】
本体３０に対して付勢される圧電セラミック１０の短辺２８に取り付けられたスペーサ２６を用いることにより、与えられたサイズのマイクロモータから出る力が、スペーサが取り付けられていない同一サイズのマイクロモータに比べて増大する。スペーサが取り付けられていない場合には、短辺２８が直接本体３０に作用する（engage）。この力の増大は、励起中に圧電セラミック内で生成される共振モードのエネルギがスペーサに集中することによる結果である。
【００７４】
好ましくは、スペーサ２６はシステムの共振モードに影響を与えるべきではない。また、所与のエネルギー出力（power output）に対しｘ方向の運動について可能な最大振幅を達成することが望ましい。これらの目標は極端に薄いスペーサを使用することにより達成されるかもしれない。しかし、共振周波数の点から薄くしたスペーサは、しばしば薄すぎるため、とうてい実際的でない。本発明の好ましい実施の形態による、より実際的な解決策は、そのスペーサにおける共振モードの2/2、3/2又は4/2波長にほとんど等しい長さのスペーサを利用することである。スペーサ２６は99％のアルミニウムによって製造される。前記セラミックとこのスペーサとの材料の相違のため、スペーサの共振モードの1/2波長は、同一周波数のセラミックにおける1/2波長よりもほぼ３倍短い（ほぼ1/3の長さである）。実際には、約4〜5mmの長さを有するセラミック製スペーサが適当であることが判明している。
【００７５】
図１〜図６と関連づけて上記で説明された実施の形態において、図１における圧電セラミック１０は、その圧電セラミックの共振に近い周波数の交流電圧によって励起される。図７及び８に描かれた方法では、パルス状の単一極性の電圧(a pulsed unipolar voltage)によって励起される。本発明による、このパルス状の励起の実施の形態において、電極１４、１６、１８及び２０は、図１の実施の形態におけるような固定された方法で接続されているわけではなく、以下において説明するように、要求される最小ステップに応じて、異なる方法で接続される。
【００７６】
パルスによる方法の動作原理は図７に示されている。この図において、圧電セラミック１０の第２面上の電極を基準として、電極１４及び１８は正の直流電圧によって励起され、電極１６及び２０は負の直流電圧によって励起される。この励起の下で、圧電セラミック１０の左側１０が右側よりも長くなり（図７では非常に誇張されて描かれている）、セラミック２６が右方向に移動する。当然ながら、電圧が印加されなくなると、このセラミックは元の位置に戻る。
【００７７】
しかし、非対称の電圧パルス、例えば図８に示されているような電圧パルスが電極に印加されると、ゼロに戻る間において、本体はセラミック２６によってその出発位置まで戻ることはない、ということを本願発明者は見出している。好ましくは、このパルスの立ち下がり時間が立ち上がり時間よりも少なくとも４倍長くなるようにすべきである。パルス全体の時間(a total pulse time)は10〜50ミリセカンドであるのが好ましいが、正確な時間は、圧電セラミックによって動かされる質量及びバネ４４の力に依存する。実験では、１マイクロセカンドの立ち上がり時間と15ミリセカンドの立ち下がり時間とにより、優れた結果が得られている。この例の最小ステップは、パルス電圧に依存し、30〜100ボルトのピーク電圧に対して2〜6nmに変化し得るものであり、より大きい質量に対しては慣性が増大するため最小ステップが大きくなる。このモードは、一般に、大きな動きには使用されないが、移動させる対象物の最終段階の配置には有用である。励起の極性を逆にするか、又は、立ち上がり時間を長くして立ち下がり時間を短くすると、反対の方向に移動することになる。このモードにおける本体の動作はよく理解されているわけではないが、極端に小さい最小ステップを実現することができる。
【００７８】
上記の代わりに、一方の電極対のみに電圧を印加し（electrified）、他方の電極対は接地するか又は浮かせておく。
【００７９】
モータがパルス状に動作する代替の実施の形態では、電極１４及び１６に同一の電圧が印加され、電極１８及び２０には反対の極性の電圧が印加される（又は接地され、又は浮いたままにされる）。このような電圧印加（electrification）によっても、極めて小さい移動が行われることになる。
【００８０】
このようなパルス状の電圧によって電極を励起する他の例により、別の最小ステップ値が得られる。例えば、電極１４を正のパルスで励起し、電極１６を負のパルスで励起すると（一方、電極１８及び２０は接地されるか、又は浮いたままとされる）、約2〜5nmの最小ステップが得られる。電極１８及び２０をそれぞれ正及び負のパルスで励起することにより（一方、好ましくは電極１４及び１６は浮いたままとする）、5〜8nmの最小ステップが得られる。電極１４及び１８に一方の極性のパルスが印加され、電極２０にはその反対の極性のパルスが印加されたときは（電極１６は浮いている）、同じような値の最小ステップが得られる。代替の例として、上記において浮いているとされた電極を接地することができるが、この場合は、効率が低下することになる。
【００８１】
特に有用な差動モードにおいては、２つの電極１４及び２０には正のパルスが印加される一方、２つの電極１６及び１８は接地され、フロート状態にし、もしくは負のパルスが印加される。このモードにおいては、非常に小さい最小の動きを、０．１乃至２ｎｍの範囲で達成することができる。対角方向の電極には、同一又は異なった振幅の電圧のパルスを印加してもよい。
【００８２】
パルス電圧による励起は、好ましくは図８に図示された形状を有して利用され、例えば、各電極が分離されて励起可能である、上述されたＳＵ６９３４９４号の形状のような従来技術の形状に印加されるときにまた有用である。
【００８３】
本発明に係るモータの好ましい実施の形態においては、圧電セラミック１０は、まず、高速の動きを目標の位置の近傍に生成するように、図１乃至図６を参照して説明したようにある交流電圧によって励起され、次いで、図７及び図８を参照して上述したようなパルス電圧によって励起される。このような励起のための装置構成を含むモータシステムの好ましい一実施の形態が、図９においてブロック図の形式で図示されている。
【００８４】
図９に示すように、コントロールシステム５０は、例えば、それぞれ電圧調節された１対のレギュレータ電源５４及び５６に対してエネルギーを印加することと、４個のスイッチ／変調器回路５８，６０，６２及び６４とを制御するマイクロコントローラ５２であるコントローラを備える。スイッチ／変調器回路の各々は電極１４，１６，１８又は２０の１つに接続される。第２の面上の電極は、好ましくは同調用インダクタ６６を介して接地される。
【００８５】
マイクロコントローラ５２は好ましくは、ボディ３０の位置を示しかつマイクロコントローラ５２へのフィードバックを提供する位置指示器（又は位置検出器）６８からの位置信号を受信する。マイクロコントローラ５２はまた好ましくは、位置（又は動き）を受信し、さらにオプショナルでユーザインターフェース７０からの速度コマンドを受信する。
【００８６】
動作中において、マイクロコントローラ５２は、ユーザインターフェース７０からの位置コマンドを受信し、それを位置指示器６８によって指示される実際の位置と比較する。もしコマンドが移動コマンドであれば、その位置はただ後の比較のために記憶（記録）する。
【００８７】
マイクロコントローラ５２は、必要とされる動きの量を記憶し、予め決められた最適化基準に基づいて、交流モード又はパルスモードが適当であるか、そして、ほとんどのボディが移動する方向はどちらの方向であるかを決定する。複数の適当な信号は、圧電セラミック１０が上述のように適当な励起形状で動作するように、それらの信号が各電極に対して交流電圧又はパルス電圧のいずれか（もしくは、無電圧又は接地電圧）を生成して印加されるように、スイッチ／変調器回路に出力する。移動すべき距離の中で残っている距離は適当なレベル以下に減少され、マイクロコントローラ５２は図７及び図８を参照して上述した、適当なパルス励起を利用する高解像度低速度モードに切り換える。位置の高い正確さが所望されるときに、励起様式における幾つかの変形を適宜行ってもよい。ボディ３０が目標の位置に到達したときに、複数の電極の励起は終了される。
【００８８】
圧電セラミック１０の電気的な共振とそれに接続される配線とを、圧電セラミック１０の機械的な共振と同一の周波数に同調させるためにインダクタ６６が用いられる。電気回路は、圧電セラミック１０の第１と第２の面上の複数の電極によって形成された静電容量のほとんどからなるので、この静電容量を“同調外に設定し”かつ当該システムの効率を改善するために、例えばインダクタ６６のようなインダクタを付加することが適当である。
【００８９】
当該システムの動きの制御は閉ループシステムについて説明してきたが、より低い正確さでの開ループ動作も可能である。閉ループ動作に対しては、当該システムは約０．５ｎｍよりも良い正確さを達成することができると信じる。開ループ動作に対しては、動きの量はかなり正確に評価検出することができ、位置は動きの全体の量の約０．１％乃至１％以内に制御することができる。
【００９０】
本発明の好ましい実施の形態によれば、所望の共振モード以外の共振モードを抑制することによってマイクロモータの能力を増加させるために少なくともひとつの拘束部材（constraining menber）が使用される。図３２は２つの拘束部材が使用された形態を示し、図３３は、実寸法からの外れを強調して示した所望モードに関するセラミック１０を示す図３２と同様に、ある形態を示している。圧電セラミック１０の輪郭にきつく備わり取り付けられた拘束部材３００，３０２は、糸もしくはワイヤにて作成可能であり、上記圧電セラミックに接着可能である。又、部材３００．３０２は、プラスチックもしくは金属成形を含むこともできる。部材３００．３０２は、動作の所望モードに関するＸ方向において寸法変化が０である点、即ち、セラミック１０の長さのほぼ１／６及びほぼ５／６の位置に好ましくは位置する。他のモードではそれらの位置の一若しくは両方にて寸法変化を有し、それによって抑制される。そのような形態において、スペーサ２６の運動幅（motion amplitude）は拘束部材を有しないマイクロモータにおいて同じ入力電力にて得られる運動幅に比較して３０％に達することにより増加可能である。又、符号３００若しくは符号３０２のいずれか一方のみの拘束部材が使用される。
【００９１】
本発明の好ましい実施の形態において、図３４に示すように、上記マイクロモータの出力を増加し上記スペーサに押圧される本体の動作を円滑にするため、固定アーム３１０がスペーサ軸受け端（bearing edge）に対する圧電セラミック１０の短絡端（short edge）に取り付けられる。アーム３１０は、好ましくは圧電セラミック１０の表面にほぼ平行に取り付けられ、アーム３１０の一端は垂直部材３１４を介してセラミック１０の短絡端４３に取り付けられる。本体３０に押圧されて取り付けられるスペーサ３１２は、スペーサ２６が取り付けられるセラミック１０の端部近傍にてアーム３１０の他端に取り付けられる。
【００９２】
図３４の実施の形態の他の多くの好ましい形態が存在する。そのような形態の一つにおいて、スペーサ３１２は好ましくはセラミックであり、垂直部材３１４は好ましくはアルミニウムにて作成される。この形態において、垂直部材３１４が圧電セラミック１０の第１面の電極を短絡することを避けるため特別の注意を取らねばならない。他の形態において、垂直部材３１４はセラミックである。上述した形態において、垂直部材３１４は短絡端４３の全体に沿って取り付けることができ、若しくは短絡端４３の中央部のみに例えばセラミックスペーサによって取り付けることができる。
【００９３】
図３又は図５に示されるような形態において、ＡＣ電圧による圧電セラミック１０の励磁（excitation）に関連して上述した形態の一つの利用は、図３５に示すように、スペーサ２６に関してスペーサ３１２の位相外れ動作（１８０°の位相の相違）となる。結果として、本体３０に働く力は２倍になり、本体３０の動きは、そのようなアームを使用しないマイクロモータに比べよりスムースになる。
【００９４】
又、エレメント１０の他の励磁（excitations）及び形態は、ここに記述するように、図３２から図３５に示す装置に関連して使用することができる。
本発明によるモータの好ましい実施の形態において、複数の圧電セラミックが上記モータの出力を増加するため、及び異なる装置間に存在する変化（variability）を減じるために形成可能である。図１０に示されるそのような一つの形態は、くし形形態にて２つの圧電セラミック１０，１０’を備える。即ち、圧電セラミック１０，１０’により誘発される動作方向において２つの圧電セラミック１０，１０’がくし形にて取り付けられる。２つの圧電セラミックは、図９に示される制御システム５０のような共通の制御システム若しくは分離した制御システムによって駆動可能である。明快となるように、制御システム及び電気的接続は図１０には示していない。
【００９５】
図１０に示すように、圧電セラミック１０，１０’の中間に位置するスペーサユニット７４は、上記圧電セラミックを支持し分離する。４つのスプリング付勢サイドサポート７６及び２つのスプリング付勢エンドサポート７８は、図１の実施の形態に関連して上述したような同一の方法にて圧電セラミック対を支持する。実際には、圧電セラミック１０，１０’は、好ましくはスペーサユニット７４とスプリング付勢サポート７６，７８の伸びにより圧電セラミックの表面に垂直に動くことが拘束される。このような形態が図１１に示される。
【００９６】
図１１は、２つのユニットと３つのユニットのくし形／平行形態にて形成された６つの圧電セラミックを示す。図示の制約のため、スプリング付勢サポート及び圧電セラミックに対する押圧スペーサユニット７４の機構は示していないが、その好ましい支持機構は図１０に示されるものである。又、他の形態である、２×４のくし形／平行形態も有益である。
【００９７】
本発明によるモータの好ましい実施の形態において、図１０及び図１１に示される実施の形態に使用される圧電セラミックはすべて同じではない。本発明のこの実施の形態において、一つ若しくは複数の圧電セラミックはＰＺＴ−８（Morgan Matroc Inc.にて製造される）のような比較的硬い材料にて作成され、一つ若しくは複数の圧電セラミックはＰＺＴ−５Ｈ（Morgan Matroc Inc.にて製造される）のような柔らかい材料にて作成される。上記の２つのタイプの材料は、同じｘ、ｙ寸法と同じ共振（resonance）を有し、共振周波数が個々の圧電セラミックの厚さを調整することにより得られるように、物理的に形作ることができる。又、両方の材料が同じ厚さにて使用することもできる。そのような形態において、上記の柔らかい材料のブローダ（broader）Ｑは、硬い材料及び柔らかい材料の両方が同じ周波数にて十分に励磁（excite）されることを仮定するであろう。
【００９８】
上記柔らかい圧電セラミックが帯電されるとき、共振幅がＤｘ及びＤｙの両方において大きくなり、セラミック２６が本体に接触する期間の部分（時間）が上記硬い圧電セラミックに関するよりも大きくなる。しかしながら、この性質により、柔らかい圧電セラミックが作用する原動力量は低くなり、動作のむらも低くなる。
【００９９】
先のパラグラフにて記述したように両方のタイプの圧電セラミックが使用される、本発明の好ましい実施の形態において、硬い圧電セラミックは静止摩擦及び他の慣性力を抑える能力があり、柔らかい圧電セラミックは、硬い圧電セラミックのみが使用される場合よりもスムースな停止、起動にてよりスムースな、より正確な動作を付与する能力がある。
【０１００】
本発明の好ましい実施の形態において、２つのタイプのセラミックは、互いに位相外れ（１８０°の位相差）を起こす。この場合、２つのタイプのセラミックは、本質的に独立した方法（励磁サイクル（excitation cycle）の異なる部分にて）で動作し、２つのタイプの圧電セラミックの異なる動作のため最小の摩擦となる。本発明の好ましい実施の形態において、位相の逆転は２つのセラミックにて極性化方向を逆にしたセラミックを使用することで達成される。又、位相外れした電圧を印加することもできる。上記セラミックの逆位相動作はまた、同一特性の２つの圧電セラミックが使用されるときにも有益である。
【０１０１】
本発明のすべての有利な点を有するＸ−Ｙ運動も可能である。
Ｘ−Ｙ運動を生じる一つの形態が図１２に示される。一体式のＸ形状セクション９０は、圧電セラミック材料で形成され、上記セクションの大きな平坦な内面に形成された前及び後電極を有する。図示されていない（及び完全に若しくは部分的に示される面に対する）上記内面には、全面に配置された単一電極が設けられる。それらの単一電極は、接地され（若しくはシステム電力共同帰線に接続される）、本発明の好ましい実施の形態によれば、示される上記電極は上述した機構に従い活性化される。そのようなデバイスでＸ−Ｙテーブルを構成することは、図１及び図１１に従い上述したように上記セラミックを保持し、セラミック２６に接触する平坦なテーブルを加えることのみが要求される。同一の若しくは異なるセラミックの複数のＸ形状セクション９０は、図１０及び図１１に関して上述したような平行−くし形形態において使用可能である。
【０１０２】
図１３は第２の、思い浮かべるよにう簡単に、しかし、小型でない形態を示しており、この構成物は、図１〜５に示したような２つの圧電セラミックが、一端でのＸ運動および他端でのＹ運動を達成するように、一体に固着されたものである。
【０１０３】
図１３の形態を使用し、かつ、本願発明の好ましい実施の形態として構成されたＸ−Ｙテーブル１００は、図１４に単純化された形で図示されている。テーブル１００は、固定されたベース１０２およびトップ１０４の間に挟まれた図１３の形態中に２つの圧電セラミック１０からなるものであり、支持体１０６，１０８，１１０，１１２，１１４および１１６，１１８および１２０が、図１〜５の支持体３２，３４，３６および３８に、形および機能において同一である。支持体１０６〜１２０のすべては定着物（明確には表示されていない）に一体に設けられているが、ベース１０２には取り付けられていない。しかしながら、定着物とベース１０２との間をＸ方向（矢印１２２で示す）にスライド移動することが許されるスライダーが設けられることが好ましく、かつ、定着物に取り付けられている。
【０１０４】
一組のスライダー１２４，１２６および１２８は、矢印１３０で示したＹ方向に定着物についてトップ１０４の動作を許すように設けられている。スライダー１２４〜１２８は定着物に取り付けられることが好ましい。
【０１０５】
要するに、定着物は、上下の圧電セラミック１０およびスライダー用支持体を有しており、前記スライダーはベース１０２に対してＸ方向に定着物、および、この定着物に対してＹ方向にトップ１０４のスライド移動を許すものである。
【０１０６】
使用中、下方側の圧電セラミックの励起は、それをＸ方向に移動させる。トップ１０４は定着物に対してＸ方向に移動することを前記定着物に規制されているので、トップ１０４はＸ方向に定着物と同様に同じ量だけ移動する。したがって、下方側の圧電セラミックの励起はトップ１０４のＸ運動を生じさせる。上方側の圧電セラミックが励起された場合、トップ１０４は定着物に対してＹ方向に移動する。定着物はベースに対してＹ方向にいくらか移動するように規制されているので、トップ１０４はベース１０２に対して移動する。。
【０１０７】
上方および下方の圧電セラミックを選択的に励起することがベース１０２に対してトップ１０４のＸ−Ｙ動作を生じさせ、図１〜図１１の実施の形態について上で示した直線運動に関する実施の形態のすべての利点を有している。圧電セラミックの一つだけを励起すると、一方向だけの運動が生じる。
【０１０８】
Ｘ，Ｙ，Ｚ運動、Ｘ，Ｙ，Θ運動、または、直角でない複数の軸に沿う運動方向に略述した原理を使用することは可能であり、各軸に沿って運動させるために異なるセラミックを設けてもよい。
【０１０９】
さらに、異なる又は同一の部品からなる圧電セラミックの２個縦列および直列配置は、図１０および図１１を参照することにより、直線運動装置に関する２個縦列配置のように、前述と同様な利用を生じさせる。
【０１１０】
回転運動を達成するために本願発明にかかる圧電セラミックの使用が図１５に示されており、図１０で示されたと同様な圧電セラミック１５０の２個縦列形態が、シリンダー１５２に沿うように、かつ、シリンダー１５２を回転するように適用されている。このような形態により、セラミックスペーサ２６の表面はシリンダー１５２の表面に沿う凹面形状を有していることが好ましい。図１〜５に示したと同様の単一圧電セラミック、または、環状に配置された圧電セラミックのいくつかは形態１５０の代わりにも使用できる。
【０１１１】
球体の円運動および３次元位置決めが必要な場合、図１５のような形態は、球体を回転させ、かつ、位置決めするために形態１５０と同様、３つの直交するように配置されたセラミック組成物を設けることより、修正して使用される。もし、回転だけ（そして、３次元の位置決めが必要でない）が必要な場合、２つの直交する駆動部で十分である。この実施の形態では、セラミック２６の外表面が球体の表面に沿うように形成されている。
【０１１２】
本願発明を使用する場合、速度，正確さ，駆動力の組み合わせ改良することは可能である。単一セラミックパッド２６だけを使用することにより、過大な力が必要とされるクラッキングのための先行技術以上に、本体３０に対してセラミックを押すため、より大きな力を用いることができる。２個縦列のセラミックの使用は意外に駆動力および速度の増大をもたらす。一般に、より高い速度およびより大きな駆動力のいずれもが、本願発明では同一体積の圧電セラミックで同時に達成できる。
【０１１３】
また、本願発明は、前述の実施の形態において図示された長方形状の電極が使用されている場合、運動は完全な直線ではなく、すなわち、セラミック２６の運動の回転特性のため、セラミックの一部分だけが動作中の本体３０に接触することが分かる。１４′，１６′，１８′および２０′が前述の図で示された直線化バージョンのきっちりとしていない電極である場合には、例えば、図１６に示すように電極を切削することによって改良できる。図１６には正弦変化が示されているが、他の電極形状もまた装置が直線化するように改良することが可能である
【０１１４】
本発明の好ましい実施の形態として、図３６に一例が挙げられ、複数の圧電セラミックを含む配置は、Ｘ軸に沿って反対方向に本体３０の運動を対称運動とするために用いられる。この配置が、実質的に使用される場合、同一の力および振幅をＸおよび−Ｘ方向に適用できる。図３６で示された配置は、図３６で示されたＸ，Ｙ方向によって形成されるＸ−Ｙ平面で同一方向に方向づけされている２つの平行な圧電セラミック１０，１０′を有している
【０１１５】
図３６に示すように、圧電セラミック１０，１０′のそれぞれは、一対の固定支持体３２，３４および一対の弾性支持体３６，３８によって移動が規制されている。支持体３２〜３８は、各セラミックの長手方向の角部４０，４２および４０′，４２′に沿ってセラミック１０，１０′を、実質上、Ｘ軸に沿って移動量ゼロにしようとして引き合っている。支持体３２〜３８はＹ軸に沿ってスライド可能であることが好ましい。
【０１１６】
固定された支持体３２および３４は長手方向の角部４０に沿って圧電セラミック１０を引き合い、一方、圧電セラミック１０′が固定されているため、支持体３２，３４が長手方向の角部４２′を引き合っている。弾性支持体３６，３８が長手方向の角部４２にそって圧電セラミック１０を引き合い、一方、圧電セラミック１０′のため、弾性支持体３６．３８が長手方向の角部４０′に沿って圧電セラミック１０′を引き合っている。この配置により、一つの圧電セラミックによってもたらされるＸおよび−Ｘ運動間のいくつかの違いが、同一で反対の他の圧電セラミックによって補償される。
【０１１７】
Ｘ軸に沿う対称運動を提供するための択一的配置が、本発明の好ましい実施の形態として図３７に図示されている。
【０１１８】
図３７は、２つの全く同一構成のアセンブリ３２０及び３４０を有する装置を示している。アセンブリ３２０は２つの剛体３２２及び３２４からなり、それらはヒンジ３２６によって連結されていると共に、ヒンジ３２８及び３２９によって基台（図示せず）にそれぞれ装着されている。同様に、アセンブリ３４０はヒンジ３２７、３４１、３４２によって基台にそれぞれ装着されている。
【０１１９】
ヒンジ３２６及び３２７は、圧電セラミック１０の孔、特にセラミック面に延びている。ヒンジ３２６及び３２７用の孔は、短縁に沿って２つの電極の間、例えば、電極１４と１６の間と、電極１８と２０の間にそれぞれ配設され、Ｘ軸に沿って動作しない位置であるのが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では、ヒンジ３２６及び３２７はセラミック１０の１／６及び５／６の長さで短縁２８からそれぞれ離れている。
【０１２０】
各要素３２２はセラミック１０の反対面に２つの腕部３３０及び３３１を有し、各要素３２４がセラミック１０の反対面に腕部３３４及び３３５を有するのが好ましい。これにより、セラミック１０は腕部３３０と３３１、腕部３３４と３３５の間に配設される。弾性要素３３７及び３３８は要素３２２の腕部３３０と３３１の間、要素３２４の腕部３３４と３３５の間に配設されるのが好ましい。アセンブリ３２０の弾性要素３３７及び３３８はセラミックの長さの約１／６で圧電セラミック１０に弾性力を付与しており、アセンブロ３４０の同様な要素はセラミック１０の長さの約５／６で弾性力を付与する。
【０１２１】
１つの典型的な装置では、圧電セラミック１０はＰＺＴ・４によって構成され、３００ｍｍの長さ、７ｍｍの幅、３ｍｍの厚さを有する。この装置での弾性要素３３７及び３３８は、５ｍｍの長さで、直径２.５・３ｍｍ、ショア硬さ６０・７０のシリコンシリンダである。弾性要素４４は、長さ５ｍｍ、直径２.５ｍｍで、圧電セラミック１０の短縁４３に約５Ｎ（ニュートン）の力を及ぼすことが可能である。図３又は図５に示すように、交流２００・３００Ｖで圧電セラミックを励磁して、この装置を使用する場合、０.１・０.３μｍの分解能（resolution）と最大約４００ｍｍ／secの速度とが得られる。
【０１２２】
本発明の好ましい実施の形態では、図１７に示される形状の電極が使用されている。この実施の形態のために、電極１４、１６、１８、２０に加えて付加電極１５０が圧電セラミックに適用されている。電極１５０は好ましくはセラミック１０と同一幅まで延設され、直流電圧あるいは他の電極で使用される調波電圧によって励磁される。そのような励磁の結果、セラミック１０は伸長され、移動対象物に対してモータに予備負荷を与える。調波励起を使用することによって、この予備負荷は他の電極に対して同期され、セラミック２６と移動対象物との間の接触時間を増大させる。理論上は、そのようなシステムからスプリング４４を省略することが可能であるが、実際には（圧電セラミックよりもさらにゆっくりと反応する）幾らかの弾性付勢力が使用され、必要ですらある。同様な作用が図１８及び１９の実施の形態から得られる。
【０１２３】
単体及び複数のセラミックモータのいずれにも適用可能な他の装着手段が図２０に示されている。この装着手段では孔が、圧電セラミック１０の中心と、その中心線上の１／６と５／６の位置とに形成されている。これらの孔はセラミック１０の厚みの２０及び３０％の直径を有するのが好ましい。ピン１５２は約±１００μｍの隙間を有して孔内に配設され、少なくとも一端はレバー１５４、１５６、１５８の一端に取り付けられている。ピンはセラミック１０内で伝わるのと同一の音響速度を有する材料で形成されている。ピンは金属、セラミックあるいは他の適切な材料で構成すればよい。
【０１２４】
本発明の好ましい実施の形態で使用されるセラミック１０の共振モードのために、セラミックは孔の長軸方向にのみ移動する。実際、中央孔は殆ど移動しない。レバーの他端が固着本体１６０に回転自在に取り付けられると、セラミック１０はその長軸に沿ってのみ移動させられる。これにより、スプリング３６及び３８を除去することが可能となる。さらに、スプリング４４は、物体が移動される方向にレバーの１つを推し進め、モータを付勢するスプリング４４′によって置き換えられる。そのようなスプリングの多くは他のレバーを付勢するように使用される。
【０１２５】
同様な原理が、図２１に示すように、２つの並設された圧電セラミック要素１０及び１０′を装着することのみに適用される。この配置では、圧電セラミック１０及び１０′は上述の手段に使用される５つのレバー１６２、１６４、１６６、１６８、１７０に装着される。レバー１７０は、好ましくは両セラミックの中心に取り付けられると共に、プレート１７２の中心に固着される単一部材のレバーであることに注目すべきである。他のレバーは一端をセラミックの１つの孔に回転可能の装着され、他端をプレート１７２に回転可能に装着されている。各セラミック１０及び１０′は下端をスプリング４４によって別個に付勢されている。
【０１２６】
他の形態では、セラミック１０及び１０′はスプリングでは付勢されていない。しかしながら、プレート１７２は垂直方向にのみ移動できるだけであり、移動対象物に対してセラミック１０及び１０′を付勢するために、下端でスプリング（図示せず）によって付勢されている。装着手段の種々の幅寸法は、これらの好ましい実施の形態に於けるてこの原理を使用することにより、勿論、技術上の改良が可能である。
【０１２７】
上述のピンに圧電セラミックを装着する主な利点は、セラミックの温度を顕著に低下させることであり、それは取付位置から熱を奪うことによって達成される。また、取付位置は好ましい操作形態では熱い部分でもある。特に、これらの位置の温度は、この手段を使用することによって５０・８０℃から約３０℃まで低下させることができる。
【０１２８】
セラミックからピンへの熱伝導がよいとき、ピンの冷却効果は高められる。そのような熱伝導を確実にするために、ピンは熱伝導性がよく、相対的に柔らかい材料、例えば、穴の内壁を被覆するエラストマー中に固定されるべきである。１つの適切な材料はエポキシであり、それは硬化するには不十分な量で使用される。そのような弾性材料は孔でピンを小さく部分的に回転させるのに十分である。本発明の好ましい実施の形態では、エポキシには（圧電セラミック自身と同様な材料の）ＰＺＴ粉末が約４０％充填されている。そのような充填により、エポキシでの音響速度を圧電セラミックに合わせることができる。
【０１２９】
また、装置の動きは、セラミック２６が移動対象物に接触状態にある時間量に基づいて測定可能である。そのような測定を容易にするために、移動対象物に面するセラミックの表面は金属でコーティングされ、電極はこのコーティングに接触している。この目的のために、コーティングはセラミック２６の側部に伸びている。移動対象物は金属（あるいは金属コーティングを有するもの）からなり、接触時間をセラミック２６の金属コーティングと移動対象物との間の短絡時間として測定することができる。
【０１３０】
図２２、２３、２４はステージの動きに対してセラミックモータを適用した場合を示し、ＣＤ読取器のような光学ディスク読取器として使用される。そのような装置では、ステージ１６０には孔１６４が形成され、その孔１６４は、ステージ１６０に装着された光学読取器（単体では図示せず）が光学ディスクを検出する（及び読み取る）。
【０１３１】
図２２では、ステージ１６０は２つのレール１６２とセラミックモータ１６６に装着されている。このセラミックモータはここで説明するタイプの１つであるのが好ましく、レールに沿ってステージを移動させるためにステージ１６０の一縁部に移動可能に設けられている。
【０１３２】
図２３及び２４では、ステージ１６０の一縁部はレールに装着され、他縁部はラック１７０によってウォーム１６８に噛合されている。セラミックモータ１７２はここで説明するタイプの１つであるのが好ましく、ウォームの一端に装着されたホイール１７４を駆動する。図２３及び２４はモータがホイールを駆動する方法が相違している。
【０１３３】
上述の全ての実施の形態では、セラミックプレートとマイクロモータが取り付けられる表面との間のスペーサがセラミックプレートの短縁の一方、好ましくは短縁の中心に取り付けられている。プレートの長手方向は取付面に対して直角である。光学駆動動作がセラミックプレートの短縁で得られるので、この配置が好ましい。しかしながら、幾つかの適用例では、例えば、モータがスライドとそのハウジングとの間に配置される際、取付面に直交する、使用可能なスペースには制限があり、セラミックプレートの長手方向よりも短くなる。この問題を解決するため、本発明は他のセラミックマイクロモータを提供する。それはセラミックプレートの長手方向が取付面に対して平行であるが、セラミックプレートの短縁で生み出される光学的動作は利用できるというものである。
【０１３４】
本発明のこのような態様に関して、セラミックスペーサは圧電プレートの長縁の一端に取り付けられ、長縁と平行な面に取り付けられている。そのように取り付けられたスペーサはセラミックプレートの短縁の近傍に配設されるため、スペーサは短縁で共鳴動作に関係して移動する。このようにスペーサが移動する結果、スペーサに係合する表面あるいはマイクロモータの動きが得られる。その動きはセラミックプレートの長軸方向と平行に両者が制約されることに依存する。しかしながら、プレートの長縁の中央部というよりむしろ端部あるいはその近傍にスペーサを配設することは、スペーサの非対称な動きを生み出す。それで、一方向の取付面あるいはマイクロモータの動きは異なり、例えば他の方向での一致した動きよりも力なくあるいはゆっくりとなる。この非対称性をなくすため、圧電セラミックプレートは後述するように一対で使用するのが好ましい。
【０１３５】
表面２１０に取り付けられている、対をなす圧電マイクロモータ２００を図式的に図示する図１５をいま参照する。上述された対をなさない実施の形態においては、表面２１０又はマイクロモータ２００のいずれかの動きが拘束され、印加される力に依存して、他の動きを可能にする。マイクロモータ２００は、好ましくは、アルミニウムにてなるハウジング２２０内に装着された２枚の圧電セラミックプレート２１２及び２１４を備える。ハウジング２２０は好ましくは、表面２１０に対して押し付けられる。プレート２１２及び２１４の外側の短いエッジ、すなわち、図２５に図示されたプレート２１２の右側エッジとプレート２１４の左側エッジとは、好ましくは、例えばセラミック材料などの比較的堅い材料で形成された水平方向の支持部材２２２によって支持される。プレート２１２及び２１４の内側の短いエッジ、すなわち、プレート２１２の左側エッジとプレート２１４の右側エッジは、好ましくは、堅いゴム又はプラスチック材料で好ましくは形成された、好ましくは弾力性のある連結部材２２６によって支持される。プレート２１２及び２１４は、部材２２６と同一の材料又は、好ましくはより堅い材料で形成されることが可能な底部支持部材２２４によってその底部から支持される。
【０１３６】
本発明に係る好ましい実施の形態によれば、好ましくはセラミックにてなるスペーサ２１６がプレート２１２の上表面にその左端部において取り付けられ、同様のスペーサ２８がプレート２１４の上表面にその右端部に取り付けられる。スペーサ２１２及び２１４は、マイクロモータ２００が表面２１０に対して押し付けられるときに、機能的に表面２１０と嵌合されて取り付けられる。本発明に係る好ましい実施の形態においては、ハウシング２２０は、好ましくは、例えばテフロンなどの低摩擦材料にて形成され又は被覆された保護のためのフレーム２１５を備え、当該フレーム２１５は、スペーサ２１６及び２１８によって嵌合されて取り付けられた表面２１０の領域と少なくとも部分的に分離し、ゴミなどの所望されないものが表面２１０上に蓄積されることを防止する。
【０１３７】
４個の電極は、複数の長方形状を有するチェッカー盤状のパターン電極を形成するようにメッキされて、もしくは、そうでなければ、圧電セラミックプレート２１２及び２１４の各々の前面に取り付けられ、ここで、パターン電極の複数の長方形のそれぞれは、図１における電極１４，１６，１８及び２０を参照して上述したように、前面の１／４を実質的にカバーする。各圧電セラミックプレートの裏面は、図１を参照して上述したように、１つの電極（図示せず。）を用いて実質的にその全体がカバーされる。図１の実施の形態におけるように、対角方向に位置する２つの電極は、好ましくは４つの電極の接合部の近傍に置かれた複数のワイヤ２３０によって電気的に接続される。各セラミックプレートの裏面上の複数の電極は、好ましくは接地される。とって代わって、複数の電極は、上記複数の電極を形成するために用いられたプリント印刷配線技術と同様の技術によって接続することができる。
【０１３８】
プレート２１２及び２１４上の複数の電極は、好ましくは、図２５においてブロック図の形式で図示された励起回路によって駆動される。当該励起回路は、例えば、電圧調整されたレギュレータ電源２４２へのエネルギーの印加と、スイッチ／変調器回路２４０とを制御するマイクロコントローラ２４４であるコントローラを備える。スイッチ／変調器回路２４０における複数のスイッチは、ワイヤ２３４及び２３６又はその印刷配線の電極パターンなどの等価物を介して、プレート２１２及び２１４の前面上の、予め選択された各グループの電極に接続される。セラミックプレート２１２及び２１４の裏面上の複数の電極は、好ましくは、増幅器２４６及びコイル２４８を備える同調回路を介して接地される。
【０１３９】
後述される特別な励起モードとは別に、各セラミックプレート２１２及び２１４上の複数の電極は、与えられたアプリケーションに従って所望された特徴を有するマイクロモータ２００を提供するように、本発明の対をなさない実施の形態を参照して上述した任意のモードに従って相互に接続されかつ励起されてもよい。同様に、セラミックスペーサ２１４及び２１６は、上述の実施の形態のように、比較的柔い又は比較的堅いセラミックスによって形成してもよい。しかしながら、プレート２１２上の複数の電極の励起は、後述するように、表面２１０に対して同一の水平方向でスペーサ２１６及び２１８の動きを得るために、プレート２１４上の複数の電極の励起と比較して反転する必要がある。
【０１４０】
圧電セラミックプレート２１２及び２１４における好ましい複数のｘ−ｙ共振モードを図示し、マイクロモータ２００の一部分の簡単にかつ概略を図示する図２６をいままた参照する。図２６をおいて図示されるように、プレート２１２及び２１４上の複数の電極は、好ましくは、２つのグループの電極である電極２５４と電極２５６とに分割される。電極２５４に印加される励起電圧は、一般に、電極２５６に印加される極性と反対の極性を有し、すなわち、電極２５６に負の電圧が印加されているとき電極２５４に正の電圧が印加され、並びに、それらと反対に電圧が印加される。
【０１４１】
スペーサ２１６はプレート２１２の左側端部に取り付けられる一方、スペーサ２１８はプレート２１４の右側端部に取り付けられ、図２６における励起方法は、上記２つのスペーサがＹ軸に沿った同一の方向、すなわち上下方向で移動するとき、Ｘ軸に沿った同一の方向、すなわち左右方向でのスペーサ２１６及び２１８の動きをもたらすことを認識すべきである。従って、スペーサ２１６及び２１８は常に、所望されるように表面２１０に対して同一の方向で移動する。この励起方法によれば、圧電セラミック２１２及び２１４のＸ及びＹの共振モードの図式的なグラフは、プレート２１２及び２１４の下側に図式的に図示されている。図２６においてさらに図示されるように、底部支持部材２２４は、好ましくは、プレート２１２及び２１４上の複数のポイントの下側に設けられ、ここで、Ｙ軸の沿った動き、すなわちΔｙが実質的にゼロになる。このことは、マイクロモータ２００の安定性を改善し、ｙ軸に沿ってマイクロモータ２００によって得られた振幅を最大化する。
【０１４２】
本発明の好ましい一実施の形態に係る電極２５４及び２５６に提供される、マイクロコントローラ２４４（図２５）によって制御されるパルス形状の励起信号を図式的に図示する図２７をいま参照する。図２７の励起信号は、表面２１０と接触しないで複数のスペーサを移動するように動作させる、予め決められた直流電圧の間隔によって分離された、駆動励起電圧の複数のパルスからなる。図２７においては、励起電圧の上側ピークと、励起電圧の下側ピークとの間の電圧の差が“Ａ”によって示され、パルスとパルスとの間の直流電圧が“Ｂ”によって示されている。上述された対をなさないマイクロモータに対して適当な本発明のこの実施の形態によれば、励起信号のパルスレートは、実質的に、マイクロモータによって取り付けられたボディの自己共振周波数に従って設定される。
【０１４３】
マイクロモータによって駆動される複数のボディの典型的な複数の共振周波数、すなわち３００Ｈｚのオーダーでの複数の周波数は、一般的に、用いられる駆動交流周波数よりもきわめて低く、各パルスは駆動する交流の周期における実際の数を含む。パルスとパルスの間の電極２５４及び２５６（図２５参照。）に印加される直流電圧Ｂは、一般的に、スペーサ２１６及び２１８がパルスとパルスの間で表面２１０から離れるように、電極２５４又は２５６のどちらが駆動されるかに依存して、駆動周波数の低い側のピークよりも低いか、もしくは、駆動周波数の高い側のピークよりも高い。従って、駆動されるボディは自律的にパルスとパルスの間で移動する。上記励起信号のパルスレートと、上記嵌合するように取り付けられたボディの自己共振との間のこの相互関係は、駆動パルスと、それに応答して駆動されたボディの応答との間の破壊的な干渉を防止する。
【０１４４】
セラミックプレート２１２及び２１４上における変形例の電極形状を図式的に図示する図２８をいま参照する。本発明に係るこの実施の形態によれば、付加的な複数の電極２６０がプレート２１２及び２１４の上側エッジと下側エッジ上に設けられる。複数の電極２６０は、好ましくは、複数の電極２５６（図２６）を駆動するために用いられる同一の複数の励起電圧によって励起される。この形状においては、Ｙ軸に沿ったスペーサ２１６及び２１８の動きの振幅は、スペーサ２１６及び２１８の上側に図式的に図示されるように、Ｘ軸に沿った複数のスペーサの動きの振幅よりも大きいということを認識すべきである。複数のスペーサの上に図式的に図示された図２６における複数のスペーサの実質的に円形の動きと対照的に、若干傾斜された、スペーサ２１６及び２１８の楕円形状のこの動きは、そのような動きがスペーサ２１６及び２１８と表面２１０との間の接触の時間を増大させるので、複数のスペーサと表面２１０との間でより大きな駆動力とより良い牽引力（牽引摩擦力）を有するマイクロモータ２００を提供する。
【０１４５】
圧電セラミックプレート２１２及び２１４の変形例の装着構造を図示する図２９をいま参照する。水平方向の支持部材２２２及び連結部材２２６に加えて、プレート２１２及び２１４がプレート２１２とプレート２１４の下側であってそれらの間に、ハウジング２２０（図２５）において装着されたベース２６６によって支持される。複数のプレート２１２及び２１４はまた、好ましくは弾性力のある、複数のホルダー２６２によって支持される。各ホルダー２６２の一端は、好ましくは、ハウジング２２０に固定的に取り付けられた各取付台（マウント）２６５上に回転可能に装着される一方、各ホルダー２６２の他端は、プレート２１２又は２１４における各孔を介して延在する各ピン２６４上に回転可能に装着される。４本のピン２６４は、好ましくはプレート２１２及び２１４上に装着され、各プレート上に２本のピンが、Ｙ軸に沿った振幅が上述のように実質的にゼロとなる複数のポイントにおいて装着される。好ましい実施の形態においては、２つのホルダー２６２は各ピン２６４上に装着され、１つのホルダーがプレート２１２又は２１４の各側面に装着される。弾性のある底部支持部材２６３は、好ましくは、各ホルダー２６２の下側端部と、プレート２１２又はプレート２１４の底部エッジとの間に装着される。上述のように最適な複数の位置でプレート２１２及び２１４を支持する複数のホルダー２６２の提供は、マイクロモータ２００の安定性を改善する。複数のスペーサ２６２は好ましくは、図２９に図示されるように傾斜され、これによって、圧電プレート２１２及び２１４の駆動の動きをＹ軸に沿って可能にする。
【０１４６】
プレート２１２及び２１４のためのもう１つの変形例の装着構造を図示する図３０をいま参照する。この構造によれば、図２９の複数のピン２６４と同様の複数のピン２６８が、プレート２１２及び２１４上であって、上述のように、動きの振幅が実質的にゼロになる位置に装着される。従って、上述の複数の共振モードに従って、３本のピン２６８を各プレートに装着してもよい。好ましくは鋼製のスプリングである、少なくとも１つのスプリング２７０が、図３０において図示された方法で複数のピン２６８上に装着される。スプリング２７０の端部は好ましくは、スプリング７０が好ましくは水平方向の支持部材２２２上に装着される２つのボビン２７２の間で伸びるように、ハウジング２２０において調節ネジに連結される。このストレッチングは、さらに水平サポート２２２をプレート２１２と２１４の外方短手エッジに対して付勢し、圧電プレートにより良いサポートを提供している。スプリング７０のテンションは、スクリュ２７４を使用して調整することができるが、ｙ軸に沿う運動に対してプレート２１２と２１４の弾性を制御する。これにより、マイクロモータ２００の収縮、速度、及び力を制御することができる。
【０１４７】
図３１を参照すると、マイクロモータ２００を比較的薄い物体２７８に係合するための好ましい配置が図示されている。一般に、マイクロモータが薄い物体に係合すると、モータによって物体に印加された律動力（pulsed force）が係合領域で物体をわずかに損傷したり、屈曲させたりすることがある。このため、本発明者はこの問題を最小にするカウンターベアリング装置２８０を考案した。これによると、本発明の好ましい実施の形態であるカウンタ−ベアリング装置２８０はハウジング２８２を含み、このハウジングはマイクロモータ２００のハウジング２２０にコネクタ２９０を介して固定して接続するのが好ましい。ハウジング２８２の中の少なくとも１つのベアリング２８４は、スペーサ２１６と２１８によって物体２７８の前面に印加される力に対する、物体２７８の裏面（すなわち、マイクロモータ２００と係合しない面）の剛性サポートを提供する。ベアリング２８４は、公知の如何なるベアリング、例えば金属円筒であってもよい。
【０１４８】
カウンタ−ベアリング装置２８０の特に好ましい実施の形態では、ベアリング２８４はプレート２１２と２１４と類似した圧電セラミックを含む。この実施の形態では、接地電極（不図示）はベアリング２８４の一方の平坦な面を実質的に覆うのに対し、ベアリング２８４の他方の面は２つの分離電極２８６と２８８を含み、それらはその面の二分の一を覆う。電極２８６と２８８が図３１に示すようにすなわち上下に配置され、上述したようにＡＣ電圧が印加されると、ベアリング２８４がｙ−軸に沿って共振周波数で振動する。ベアリング２８４がプレート２１２と２１４のｙ−軸周波数で適当な方向例えば上方に駆動され、スペーサ２１６と２１８が次第に降下し、スペーサが上方すると、マイクロモータ２００によって加えられる力に対する極めて効果的なカウンタ−ベアリングを提供する。本発明のこの実施の形態は、適当な構造的調整をすると、上述の組でないマイクロモータにも同様に適用することができるという利点がある。
【０１４９】
マイクロモータ２００は１つのプレート２１２と１つのプレート２１４のみを含むように記載したが、圧電プレート２１２と２１４の複数の組を使用する図２５−３１の実施の形態の変形も本発明の範囲に含まれるということを理解しなければならない。このような場合、プレートの組はお互いに平行に装着されるのが好ましい。
【０１５０】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、圧電セラミック１０が、読み／書きヘッドを移動し位置決めするディスクドライブに利用されている。このような形態は図３８−４１に示されている。図３８は読み／書きヘッドを移動させる圧電マイクロモータを含むディスクドライブのブロック図である。ディスクドライブ３５０は、軸３５４の回りに回転可能なディスク３５２と読み／書きアセンブリ３６０を収容する。読み／書きアセンブリ３６０は軸３７２の回りに旋回可能なアーム３７０と、軸３７２の回りにアーム３７０を旋回させるのに利用される圧電セラミック１０とを含む。ディスク３５２のスキャンニングは、アーム３７０を軸３７２の回りに回転させる間に、ディスク３５２を軸３５４の回りに回転させることによって達成される。ディスク３５２の読み取り及び書き込みは、読み／書きヘッド３７４を介して達成されるが、そのヘッドはアーム３７０端部に取り付けられる如何なる公知のヘッドであってもよい。
【０１５１】
図３９は、読み／書きアセンブリ３６０の詳細図である。図３９に示すように、圧電セラミック１０は、上述の形式の如何なるものも採用することができるが、固定ベース（不図示）にスルーマウント（through mounts）３８５と３８６を介してスライド可能に装着された要素に固定して装着するのが好ましい。圧電セラミック１０は弾性要素４４によってアーム３７０の剛性要素３８０に対して弾性的に付勢されている。弾性要素４４は固定ベース（不図示）の中の固定要素に対して押圧されているのが好ましい。上述の励起形状の１つに従って励起されると、圧電セラミック１０により、剛性要素３８０に対して付勢されているスペーサ２６が電圧印加状態に依存してｘ又は−ｘ方向のいずれの方向にも移動する。剛性要素３８０を介したスペーサ２６とアーム３７０の間の相対運動により、アーム３７０が軸３７２の回りに旋回する。この結果、読み／書きヘッド３７４はディスク３５２の半径にほぼ接するθ又は−θのいずれかの方向に移動する。
【０１５２】
マウント３８５と３８６は圧電セラミック１０の穴を貫通して広がっている。この穴は電極間にセラミック１０の長手軸に沿ってセラミック１０の長さの約１／６と５／６の地点に配置されるのが好ましい。これらの地点では、ｘ軸に沿うセラミック１０の変位及び寸法変化は実質的にゼロである。
【０１５３】
図４０及び図４１は、圧電セラミック１０が固定ベースに装着される点で図３９とは異なっている。図４０に示すように、圧電セラミック１０は一対の固着要素３９０と３９１によって固定ベースに装着することができる。固着要素３９０と３９１はセラミックの長さの約１／６と５／６の地点で圧電セラミック１０と係合するのが好ましい。圧電セラミック１０は、当該セラミック１０をその長手軸に垂直な運動を拘束している間にセラミック１０の長手軸に沿う運動が可能なように、要素３９０と３９１に形成されたガイド穴に位置していてもよい。
【０１５４】
代案としては、図４１に示すように、圧電セラミック１０は弾性支持要素３９２によって固定ベースに装着することができる。支持弾性は支持要素３９２を構成する材料の剛性によって決定される。支持要素３９２は固定ベース（不図示）に取り付けられて、セラミック１０の長手軸に沿ってセラミックの長さの約１／６と５／６の地点でセラミック１０と係合するのが好ましい。
【０１５５】
支持要素３９２の端部３９５と３９６は、要素３８０の上に積もったほこりを除去するために、アーム３７０の要素３８０に係合するのが好ましい。スペーサ２６と両端３９５及び３９６の間の要素３８０のスペーサ対向側に好ましく配置されている突起３９７と３９８は、それぞれアーム３７０の角度変位の範囲を限定し、スペーサ２６の近傍にほこりが蓄積するのを抑制している。
【０１５６】
実際的な例では、軸３７２に関する要素３８０上の点の回転半径Ｒ１と、軸３７２に関する読み／書きヘッド３７４上の点の回転半径Ｒ２との間の比は、１から３、又は１から５のオーダである。したがって、ディスク３５２上の読み／書きヘッド３７４の所定の角度変位Ｄθに対する直線変位は、スペーサ２６の所定の角度変位Ｄθに対する直線変位よりも約３から５倍大きい。
【０１５７】
本発明の好適な実施の形態では、ディスクドライブの読みだしや書き込みの容量を増加させるために、多数の圧電セラミックが使用されている。２つの平行な圧電セラミック１０、１０′を表した図４２に示す配置の例は、シャフト４００に装着されている。この配置は、１つのディスクにおける以上の読みだしや書き込みを同時に行うために、単一のディスクの反対側面に読みだしや書き込みを同時または択一的に行うために利用可能である。しかしながら、単一の側面のディスクへの読みだしや書き込みには、１つの圧電セラミック１０又は１０′のいずれか一方のみが使用される。
【０１５８】
図４２に示す配置では両方のアーム３７０、３７０′が、圧電セラミック１０、１０′の穴を貫通して伸びたシャフト４００に関して旋回可能になっている。
【０１５９】
各圧電セラミックのために、上記穴は、それぞれの短い端部２８に沿って隣接する電極の間に位置させるのが好ましく、セラミックの長さのおよそ１／６だけ上記それぞれの短い端部２８から離れている。圧電セラミック１０、１０′は、回転可能なシャフト４００に固定され、回転するシャフト４００にしたがって動くことができる。一方、圧電セラミック１０、１０′は、それぞれを独立して動かせるように、保持要素４０４と４０５との間に固定的に保持されたシャフト４００に回転可能に取り付けられることもできる。上記保持要素４０４、４０５は固定された基部（図示せず。）に取り付けられるのが好ましい。
【０１６０】
圧電セラミック１０、１０′は、連結要素４０８、４０８′によって読みだし／書き込みのヘッド３７４、３７４′にそれぞれ取り付けられている。要素４０８は、長い端部４０、４２に沿った状態で、圧電セラミック１０に取り付けらるか、または、圧電セラミック１０を把持するのが好ましい。要素４０８は、セラミックの長さの約１／２、および約５／６だけ短い端部２８から離れた点で圧電セラミックに係合するのが好ましい。対応する要素４０８′は、長い端部４０′、４２′に沿って上記１／２およおび５／６の点で圧電セラミック１０′に係合されるのが好ましい。上記１／２および５／６の点に、ｘ方向におけるセラミック１０、１０′の動きがない点、または、寸法の変化がおおよそ存在する。硬質要素４１０は、好ましくは弾性要素４１１を用いて、セラミック１０、１０′のスペーサ２６、２６′にそれぞれ付勢されるのが好ましい。
【０１６１】
図４２に示すような実際の配置において、シャフト４００に関する要素４１０上の点の回転半径とシャフト４００に関する読みだし／書き込みのヘッド３７４上の点の回転半径との比率は、１対５から１対１０の間の範囲とすることができる。その結果、与えられた角度の移動 Ｄθによって、ディスク３５２上の読みだし／書き込みのヘッド３７４の直線上の移動は、スペーサ２６の直線上の移動よりも５倍から１０倍それぞれ大きくすることができる。
【０１６２】
圧電セラミック１０、１０′を含んでいるこのシステムは閉ループモードで作動され、書き込みヘッドの位置を決定するためにディスクドライブトラックコントローラ（図示せず。）を含んでいる。
【０１６３】
本発明の好適な実施の形態において、回転性能を高めるとともに読みだし／書き込みのヘッドの移動角度を増加させるために、多数の圧電セラミックが使用されている。図４３はそのような配置の一例を示しており、この配置では３つの圧電セラミックが用いられている。一対の圧電セラミック１０′、１０″は、固定された基部（図示せず。）に好適に取り付けられたシャフト４２０に関して圧電セラミック１０を回転させるように利用されている。圧電セラミック１０に取り付けられたスペーサ２６は、アーム３７０の端部４４０に付勢されている。スペーサ２６がアーム３７０の端部４４０に及ぼす力は、スペーサ２６の動きにしたがって、アーム３７０とこれに取り付けられた読みだし／書き込みのヘッド３７４のシャフト３７２に関する回転を起こさせる。
【０１６４】
本発明の好適な実施の形態では、図３９を参照して上記で説明したように、圧電セラミック１０′、１０″は、シャフト４２０に関して固定されるとともに、固定された基部（図示せず。）にスライド可能に装着された要素に取り付けられたシャフトによって上記固定された基部に取り付けられることができる。一方、圧電セラミック１０′、１０″は、図４０に示すように固定要素によって、あるいは、この中で説明した他の方法によって、固定された基部に取り付けられることもできる。シャフト４２０は、圧電セラミック１０の中心であって、好ましくはセラミックの４つの電極の交差領域に位置させた穴を貫通して伸びている。圧電セラミック１０′に取り付けられたスペーサ２６′は、硬い円弧状要素４２６の凹面側に付勢されている。上記要素４２６の凸面は、圧電セラミック１０の長い端部４０のほぼ中央に取り付けられるのが好ましい。圧電セラミック１０′の励振は、印加される電圧に応じて、スペーサ２６′をｙ方向または−ｙ方向に移動させる。スペーサ２６′が要素４２６に及ぼす力は、スペーサ２６′の動きにしたがって要素４２６の移動を起こさせる。
【０１６５】
要素４２６が圧電セラミック１０に及ぼす力は、θ方向または−θ方向への圧電セラミック１０の回転を起こさせる。要素４２６と同様の円弧状要素４２７は、要素４２６について上記で説明したように、圧電セラミック１０″のスペーサ２６″の動きと圧電セラミック１０の回転とを結びつけるために、圧電セラミック１０の長い端部４２に付勢されるのが好ましい。ｙ方向または−ｙ方向へのスペーサ２６″の動きは、圧電セラミック１０を−θ方向またはθ方向にそれぞれ回転させ、その回転方向はスペーサ２６′とおおよそ同じ移動 Ｄｙをもった圧電セラミック１０′によって誘導される方向とは反対方向である。そのうえ、ｘ方向または−ｘ方向への本体の直線移動を誘導するスペーサ２６の動きは、圧電セラミック１０の直接的な励振によって達成されることができる。
【０１６６】
圧電セラミック１０、１０′および１０″は、各圧電セラミック１０、１０′および１０″にそれぞれ取り付けられたスペーサ２６、２６′および２６″の動きを相互に関係させるために、電気的に接続されているのが好ましい。スペーサ２６の全体の動きと、その結果として生ずる読みだし／書き込みのヘッド３７４の動きは、圧電セラミック１０、１０′および１０″のそれぞれによって個々に生み出される動きの重ね合わせからなるものである。
なお、本発明がここで特に示し、かつ説明したものに限られないことは当業者であれば理解されるところであろう。むしろ、本発明の範囲は上記特許請求の範囲によってのみ決定されるものである。
【０１６７】
図４３に示され、かつ先に説明した帯電（electrification）のモードとの関連において上記で説明した装置を利用すれば、そのような配置を用いていないディスクドライブに比べて、読みだし／書き込みのヘッド３７４に拡大された範囲の角度および直線の移動を与えることができるとともに、読みだし／書き込みのヘッドの動きをその移動範囲の全体に亘って精巧に調整し得るという性能を向上させることができる。圧電セラミック１０、１０′および１０″の励振は、読みだし／書き込みのヘッド３７４のための動きの輪郭の幅広い変化を達成することができる。
【０１６８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、従来のマイクロモータより高い速度、高い駆動力及びより小さい最小ステップサイズを有するマイクロモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好ましい実施の形態によるモータに有用な圧電セラミック要素の概略図を示す。
【図２】  は本発明の好ましい実施の形態による（Ａ）の要素の第１励起形態を示す。
【図３】  図２のモード図を示す。
【図４】  本発明の好ましい実施の形態による（Ａ）の要素の第１励起形態を示す。
【図５】  図４のモード図を示す。
【図６】  本発明の好ましい実施の形態による図１の要素の２つの近接して配置された共振モードの共振曲線を示す。
【図７】  本発明の好ましい実施の形態によるモータに有用な圧電要素のバイモルフ状の移動状態を示す。
【図８】  図３に示す要素の電極に印加されたときに、要素に接触する物体の制御された運動を引き起こす電圧パルスを示す。
【図９】  本発明の好ましい実施の形態による制御された運動を達成するマイクロモータのブロック図である。
【図１０】  本発明の好ましい実施の形態によるモータに有用なタンデム形圧電セラミック要素の斜視図である。
【図１１】  本発明の好ましい実施の形態によるモータに有用なタンデム／パラレル形圧電セラミック要素の斜視図である。
【図１２】  は本発明の好ましい実施の形態によるｘ−ｙ運動に適合した圧電セラミック要素の斜視図を示す。
【図１３】  本発明の好ましい実施の形態によるｘ−ｙ運動に適合した２つの圧電セラミック要素の斜視図を示す。
【図１４】  図１３の実施の形態を利用したｘ−ｙテーブルの斜視図である。
【図１５】  本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミック要素の円筒又は球を回転させるための使用を示す。
【図１６】  本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミック用のその他の電極形状を示す。
【図１７】  本発明の好ましい実施の形態による被駆動物体に対して圧電セラミックのプリローディング力を印加するのに適した電極形状を示す。
【図１８】  本発明の好ましい実施の形態による被駆動物体に対して圧電セラミックのプリローディング力を印加するのに適した電極形状を示す。
【図１９】  本発明の好ましい実施の形態による被駆動物体に対して圧電セラミックのプリローディング力を印加するのに適した電極形状を示す。
【図２０】  本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミックを装着する他の方法を示す。
【図２１】  本発明の好ましい実施の形態による２つの圧電セラミックを装着するための図２０の装着原理の応用を示す。
【図２２】  本発明の好ましい実施の形態によるＣＤリーダのステージにセラミックモータを使用する他の形態を示す。
【図２３】  本発明の好ましい実施の形態によるＣＤリーダのステージにセラミックモータを使用する他の形態を示す。
【図２４】  本発明の好ましい実施の形態によるＣＤリーダのステージにセラミックモータを使用する他の形態を示す。
【図２５】  本発明のさらに好ましい実施の形態により製造され動作される圧電マイクロモータのブロック図である。
【図２６】  マイクロモータの圧電セラミックの好ましいｘ−ｙ共振モードを示す、図２５のマイクロモータの概略図である
【図２７】  本発明の１の好ましい実施の形態による図２５のマイクロモータの圧電セラミックを駆動するパルス励起信号の概略図である。
【図２８】  異なったｘ及びｙ励起振幅で駆動される圧電マイクロモータの概略図である。
【図２９】  図２５の圧電マイクロモータのセラミックプレートの他の装着状態の概略図である。
【図３０】  図２５の圧電マイクロモータのセラミックプレートのさらに他の装着状態の概略図である。
【図３１】  図２５、２６、２８−３０のマイクロモータを物体に動作的に連結する好ましい状態を示す概略図である。
【図３２】  本発明の好ましい実施の形態による望まれない共振モードを抑制するための抑制部材を利用する圧電マイクロモータの概略図を示す。
【図３３】  図３２のマイクロモータの誇張された振動運動を示す。
【図３４】  は本発明の好ましい実施の形態による増加された出力及びより円滑な運動を与えるために剛性アームを利用した圧電マイクロモータの概略図を示す。
【図３５】  選択された励起状態に対して図３４のマイクロモータによって好ましく利用される２つのスペーサの相対運動を量的に示す。
【図３６】  本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミックの短手エッジに平行な対称運動を与えるのに適合された他のマイクロモータの概略図である。
【図３７】  本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミックの短手エッジに平行な対称運動を与えるのに適合されたさらに他のマイクロモータの概略図である。
【図３８】  読み／書きヘッドを移動するために圧電マイクロモータを使用する本発明の好ましい実施の形態によるディスクドライブの概略ブロック図を示す。
【図３９】  本発明の好ましい実施の形態による図３８のディスクドライブの読み／書きアームの他の形態を示す概略図である。
【図４０】  本発明の好ましい実施の形態による図３８のディスクドライブの読み／書きアームの他の形態を示す概略図である。
【図４１】  本発明の好ましい実施の形態による図３８のディスクドライブの読み／書きアームの他の形態を示す概略図である。
【図４２】  本発明の好ましい実施の形態によるデュアルディスクドライブの概略図である。
【図４３】  本発明の好ましい実施の形態による、増加された回転及び直線変位範囲を与える一方、読み／書きヘッドの運動の良好なチューニングを可能にするように適合された３つの圧電プレート配置の概略図である。
【符号の説明】
１０…圧電プレート、１４，１６，１８，２０…電極、２６…スペーサ。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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