(57)【要約】【課題】環境の温度変化や負荷の温度変化があっても、モータ特性が著しく変化することなく、最適な周波数で効率良く駆動することのできる超音波モータを提供することである。【解決手段】超音波モータ１０は、駆動用電極と振動検出用電極を有し、少なくとも該振動検出用電極は、当該圧電素子の面内に存在する中心線となる線対称軸に対し線対称になるように２分割された環状の積層圧電素子２０と、この積層圧電素子２０と接触する下面３１を斜めにカットした上部弾性体３０と、上記積層圧電素子と接触する面４２を斜めにカットした下部弾性体４０と、上部弾性体３０の一部に接触して駆動されるロータ５２と、このロータ５２、上部弾性体３０、積層圧電素子２０、下部弾性体４０を貫通するシャフト５８を有して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用電極と振動検出用電極を有し、少なくとも該振動検出用電極は、当該圧電素子の面内に存在する中心線となる線対称軸に対し線対称になるように２分割された環状の圧電素子と、
自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度を有して上記圧電素子の第１の面と接触する他方の面を有する第１の柱状弾性体と、
自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度をなして上記圧電素子の第２の面と接触する他方の面を有する第２の柱状弾性体と、
上記第１の柱状弾性体の一部に接触して駆動されるロータと、
を具備することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
上記圧電素子は、その面内の全体で４分割された領域を有し、該領域のうち２領域が振動検出用電極であ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】
上記圧電素子は、その面内の全体で３分割された領域を有し、該領域のうち１領域が振動検出用電極であ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】
上記圧電素子は、その面内の全体で６分割された領域を有し、該領域のうち２領域が振動検出用電極であ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５】
上記圧電素子は、第１及び第２の振動検出用電極を備えるもので、該第１及び第２の振動検出用電極はそれぞれ正極、負極の異なる極性の電極を有し、
上記第１の振動検出用電極の正極と上記第２の振動検出用電極の正極、上記第１の振動検出用電極の負極と上記第２の振動検出用電極の負極、をそれぞれ並列接続して振動検出信号を検出することを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項６】
上記圧電素子は、第１及び第２の振動検出用電極を備えるもので、該第１及び第２の振動検出用電極はそれぞれ正極、負極の異なる極性の電極を有し、
上記第１の振動検出用電極の正極と上記第２の振動検出用電極の正極、上記第１の振動検出用電極の負極と上記第２の振動検出用電極の負極、をそれぞれ並列接続して振動検出信号を検出することを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項７】
上記圧電素子は、第１及び第２の振動検出用電極を備えるもので、該第１及び第２の振動検出用電極はそれぞれ正極、負極の異なる極性の電極を有し、
上記第１の振動検出用電極の正極と上記第２の振動検出用電極の負極、上記第１の振動検出用電極の負極と上記第２の振動検出用電極の正極、をそれぞれ並列接続して振動検出信号を検出することを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項８】
上記圧電素子は、第１及び第２の振動検出用電極を備えるもので、該第１及び第２の振動検出用電極はそれぞれ正極、負極の異なる極性の電極を有し、
上記第１の振動検出用電極の正極と上記第２の振動検出用電極の負極、上記第１の振動検出用電極の負極と上記第２の振動検出用電極の正極、をそれぞれ並列接続して振動検出信号を検出することを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項９】
上記駆動用電極が、その面内に存在する中心軸に対し線対称になるように配置されることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
上記駆動用電極が、その面内に存在する中心に対し線対称になるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項１１】
上記駆動用電極が、その面内に存在する中心軸に対し線対称になるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【請求項１２】
前記駆動用電極は、その面内に存在する中心軸に対し線対称になるように設けられることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１に記載の超音波モータ。
【請求項１３】
前記圧電素子は、前記駆動用電極と振動検出用電極から成る電極部と、該電極部を絶縁する圧電シートとが交互に積層された積層圧電素子であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波モータ。
【請求項１４】
駆動用電極と振動検出用電極を有し、当該圧電素子の面内に存在する中心線となる線対称軸に対し線対称になるように２分割された環状の圧電素子と、
自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度を有して上記圧電素子の第１の面と接触する他方の面を有する第１の柱状弾性体と、
自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度をなして上記圧電素子の第２の面と接触する他方の面を有する第２の柱状弾性体と、
上記第１の柱状弾性体の一部に接触して駆動されるロータと、
を具備し、
上記圧電素子は、
２分割されたもので負極性を有する第１及び第２の振動検出用電極を備えた第１のシートと、
２分割されたもので正極性を有する第１及び第２の振動検出用電極を備えた第２のシートと、
上記駆動用電極のうち第１の駆動用電極を備えた第３のシートと、上記駆動用電極のうち第２の駆動用電極を備えた第４のシートと、を有して該第３のシートと第４のシートが交互に複数枚積層された駆動電極用シートと、
から成ることを特徴とする超音波モータ。
【請求項１５】
上記第１の振動検出用電極の正極と上記第２の振動検出用電極の正極、上記第１の振動検出用電極の負極と上記第２の振動検出用電極の負極、をそれぞれ並列接続して振動検出信号を検出することを特徴とする請求項１４に記載の超音波モータ。
【請求項１６】
上記第１の振動検出用電極の正極と上記第２の振動検出用電極の負極、上記第１の振動検出用電極の負極と上記第２の振動検出用電極の正極、をそれぞれ並列接続して振動検出信号を検出することを特徴とする請求項１４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、超音波振動を駆動力源として被駆動体を駆動する超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１には、振動子の縦振動とねじれ振動を合成して楕円振動を発生させ、ロータを回転させる超音波モータが提案されている。そして、下記特許文献１の図１には、振動子の分解斜視図が描かれており、振動子軸方向に対し斜めにカッティングされた弾性体の間に複数枚の圧電素子が挿入された構成となっている。また、該圧電素子の正電極は２分割されており、ここでは、それぞれＡ相、Ｂ相と称するものとする。
【０００３】
ここで、Ａ相とＢ相に同位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子に縦振動を発生させることができる。また、Ａ相とＢ相に逆位相の交番電圧を印加することで、棒状振動子にねじれ振動を発生させることができる。尚、振動子の溝位置を調整して縦振動の共振周波数と、ねじれ振動の共振周波数を、ほぼ一致するようにしておく。そして、Ａ相とＢ相にπ／２位相の異なる交番電圧を印加すると、縦振動とねじれ振動が同時に発生し、棒状弾性体上面に楕円振動を発生させることができる。棒状弾性体上面にロータを押圧することにより、ロータを時計方向（ＣＷ方向）若しくは反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転させることができる。 
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、環境の温度変化や負荷の温度変化があると、一般に共振周波数（縦振動共振周波数若しくはねじれ振動共振周波数）が変化する。上述した特許文献１に記載された超音波モータは、縦振動共振周波数若しくはねじれ振動共振周波数を検出するための手段を有していないため、環境の温度変化や負荷の変化があると、モータ特性が著しく変化してしまい、効率良く駆動できないと言う課題を有していた。
【０００５】
したがって本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、環境の温度変化や負荷の変化があっても、モータ特性が著しく変化することなく、最適な周波数で効率良く駆動することのできる超音波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、駆動用電極と振動検出用電極を有し、少なくとも該振動検出用電極は、当該圧電素子の面内に存在する中心線となる線対称軸に対し線対称になるように２分割された環状の圧電素子と、自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度を有して上記圧電素子の第１の面と接触する他方の面を有する第１の柱状弾性体と、自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度をなして上記圧電素子の第２の面と接触する他方の面を有する第２の柱状弾性体と、上記第１の柱状弾性体の一部に接触して駆動されるロータと、を具備することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、駆動用電極と振動検出用電極を有し、当該圧電素子の面内に存在する中心線となる線対称軸に対し線対称になるように２分割された環状の圧電素子と、自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度を有して上記圧電素子の第１の面と接触する他方の面を有する第１の柱状弾性体と、自身の中心軸と直交する方向に一方の面を有し、該一方の面と所定角度をなして上記圧電素子の第２の面と接触する他方の面を有する第２の柱状弾性体と、上記第１の柱状弾性体の一部に接触して駆動されるロータと、を具備し、上記圧電素子は、２分割されたもので負極性を有する第１及び第２の振動検出用電極を備えた第１のシートと、２分割されたもので正極性を有する第１及び第２の振動検出用電極を備えた第２のシートと、上記駆動用電極のうち第１の駆動用電極を備えた第３のシートと、上記駆動用電極のうち第２の駆動用電極を備えた第４のシートと、を有して該第３のシートと第４のシートが交互に複数枚積層された駆動電極用シートと、から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、環境の温度変化や負荷の変化があっても、モータ特性が著しく変化することなく、最適な周波数で効率良く駆動することのできる超音波モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
(第１の実施形態)
図１は本発明の第１の実施形態に係る超音波モータを示すもので、（ａ）は外観図、（ｂ）は断面図である。
【００１１】
この超音波モータ１０は、積層圧電素子２０と、該積層圧電素子２０を挟持する第１弾性体である上部弾性体３０と、第２弾性体である下部弾性体４０と、上部弾性体３０の端部に接合される摩擦接触子５１と、該摩擦接触子５１と接触して駆動されるロータ５２、ベアリング５３、押圧部材５５、バネ５６、ナット５７、及び上記積層圧電素子２０、上部弾性体３０、下部弾性体４０の中空部に挿入されたシャフト５８とから構成される。
【００１２】
上部弾性体３０は、中空円柱形状の黄銅やアルミニウムから成る金属材で構成されるもので、その下面３１は、図示されるように、自身の中心軸と直交する面に対して斜めにカットされている。また、中空の内部には、後述する下部弾性体４０の雄ねじ４４と螺合するように雌ねじ３２が形成されている。
【００１３】
下部弾性体４０は、円柱形状で、且つ中心部分は凸部４１が形成された金属材で構成されている。そして、凸部４１が形成されて、後述するように積層圧電素子２０が載置される面４２は、上部弾性体３０の下面３１に対向して斜めにカットされている。また、下部弾性体４０の外周面には、溝部４３が形成されている。この下部弾性体４０の凸部４１の上部外周面には、上述した上部弾性体３０の雌ねじ３２と螺合するための雄ねじ４４が形成されている。更に、下部弾性体４０の中空内部の所定の位置、すなわち振動子の縦振動の節部に相当する位置には、雌ねじ４５が形成されている。
【００１４】
シャフト５８の略中央部には、下部弾性体４０の雌ねじ４５と螺合するための雄ねじ５９が形成されており、上部先端部にも雌ねじ６０が形成されている。摩擦接触子５１は、円環形状のＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチックから成るもので、上部弾性体３０とロータ５２の間に設けられる。ロータ５２は、中空のアルミナセラミクスで構成されるもので、その中空内部には円環状のベアリング５３が挿入されている。
【００１５】
次に、本超音波モータ１０の組み立て手順を説明する。
【００１６】
先ず、積層圧電素子２０が、上部弾性体３０と下部弾性体４０の間に設置される。その際、上部弾性体３０と積層圧電素子２０は、下部弾性体４０の凸部４１が下方より嵌挿される。そして、凸部４１の雄ねじ４４と上部弾性体３０の中空部の雌ねじ３２とが螺合する。次いで、上部弾性体３０の上面に、円環形状の摩擦接触子５１が、接着剤が用いられて接着される。その後、シャフト５８が上部弾性体３０の上方から挿入されて、該シャフト５８の略中央部の雄ねじ５９と下部弾性体４０の雌ねじ４５を螺合させる。
【００１７】
ここまでで構成される部品が、本実施形態に於ける超音波モータ１０の振動子、若しくは超音波振動子と称される。尚、詳細は後述するが、下部弾性体４０の雌ねじ４５の位置は、該振動子の共振縦振動モードのほぼ節位置となる位置に設けられている。
【００１８】
その後、シャフト５８の上方からベアリング５３が挿入されたロータ５２、ベアリング５３の内周部を下方に押圧する押圧部材５５、バネ５６、ナット５７の順に挿入する。こうして、ロータ５２の摩擦接触子５１への押圧力が適正になるように、シャフト５８の雌ねじ６０との状態によってナット５７の位置が調整される。
【００１９】
次に、本実施形態に用いられる積層圧電素子２０の詳細について、図２乃至図４を参照して説明する。
【００２０】
図２は積層圧電素子２０の外観図、図３は図２の積層圧電素子２０を上方から見た図、図４は積層圧電素子２０の内部電極の構造を示した図である。
【００２１】
この積層圧電素子は、複数の圧電シートが積層されて構成されたものである。
【００２２】
先ず、図４に於いて、積層圧電素子２０の最下面の圧電シート１２５1 について説明する。
【００２３】
圧電シートの材質は、例えば、厚さ約１００μｍのチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス素子（以下、ＰＺＴと記す）である。ＰＺＴとしては、Ｑｍ値の大きなハード系材料を選択している。Ｑｍ値は約１８００である。
【００２４】
円環状の圧電シート１２５1 の片面（ここでは表面）側には、図４に示されるように、圧電シート１２５1 の中心線となる線対称軸Ｏに対して片側２分割（内部電極Ａ−２０１ａ、内部電極Ｃ−２０１ｃ）、反対側２分割（内部電極Ｂ−２０１ｂ、内部電極Ｄ−２０１ｄ）の、全体で４分割された内部電極が設けられている。図４に示されるように、端部からは、例えば０．３ｍｍ程度、内部電極を有しない領域を持たせている。但し、各電極領域の一部は、後述する外部電極と電気的に導通させるために、圧電シート端部まで引き出されて電極導出部２０１ａ1 、２０１ｂ1 、２０１ｃ1 、２０１ｄ1 が設けられている。内部電極の材質は、例えば、厚さ約４μｍの銀パラジウム合金である。また、各電極の間は、絶縁を保持するように、所定の間隔を有している。
【００２５】
次に、積層圧電素子２０のうち、最下面の圧電シート１２５1 から１つ上側の圧電シート２２５2 について説明する。
【００２６】
圧電シート１２５1 と同様に、円環状の圧電シートの片面（表面側）には、図４に示されるように、線対称軸Ｏに対して、片側２分割（内部電極Ａ＋２０２ａ、内部電極Ｃ＋２０２ｃ）、反対側２分割（内部電極Ｂ＋２０２ｂ、内部電極Ｄ＋２０２ｄ）の、全体で４分割された内部電極が圧電シート２２５2 の表面に設けられている点は、圧電シート１２５1 と同様である。つまり、内部電極Ａ−２０１ａの上に内部電極Ａ＋２０２ａ、内部電極Ｂ−２０１ｂの上に内部電極Ｂ＋２０２ｂ、内部電極Ｃ−２０１ｃの上に内部電極Ｃ＋２０２ｃ、内部電極Ｄ−２０１ｄの上に内部電極Ｄ＋２０２ｄが、それぞれ重ね合わされる。但し、外部電極と接するための電極導出部２０１ａ2 、２０１ｂ2 、２０１ｃ2 、２０１ｄ2 が設けられている位置のみ、圧電シート１２５1 と異なっている。
【００２７】
圧電シートは下から、圧電シート１２５1 、圧電シート２２５2 、圧電シート１２５1 、圧電シート２２５2 、…、圧電シート１２５1 、圧電シート２２５2 の順で積層され、最後の圧電シート２２５2 の上には絶縁シート２６が重ねられる。この絶縁シート２６は、内部電極が印刷されていない圧電材により構成される。
【００２８】
こうして積層された積層圧電素子２０は、プレス後、高温で焼結される。
【００２９】
その後、図２に示されるように、内部電極Ａ＋２０２ａの電極導出部２０２ａ2 と接触する位置に外部電極Ａ＋２１ａ、内部電極Ａ−２０１ａの電極導出部２０１ａ1 と接触する位置に外部電極Ａ−２１ｂ、内部電極Ｃ＋２０２ｃの電極導出部２０２ｃ2 と接触する位置に外部電極Ｃ＋２３ａ、内部電極Ｃ−２０１ｃの電極導出部２０１ｃ1 と接触する位置に外部電極Ｃ−２３ｂが設けられる。同様に、これらの外部電極と反対側は、図３に示されるように、内部電極Ｂ＋２０２ｂの電極導出部２０２ｂ2 と接触する位置に外部電極Ｂ＋２２ａ、内部電極Ｂ−２０１ｂの電極導出部２０１ｂ1 と接触する位置に外部電極Ｂ−２２ｂ、内部電極Ｄ＋２０２ｄの電極導出部２０２ｄ2 と接触する位置に外部電極Ｄ＋２４ａ、内部電極Ｄ−２０１ｄの電極導出部２０１ｄ1 と接触する位置に外部電極Ｄ−２４ｂが設けられる。
【００３０】
最後に、各電極の＋極と−極間に高電圧を印加して圧電素子を分極し、圧電的に活性化させる。尚、弾性体と接する上面、下面は鏡面に近い状態までラップしておく。 
そして、外部電極Ａ＋２１ａ、Ａ−２１ｂと、外部電極Ｂ＋２２ａ、Ｂ−２２ｂをモータ駆動用の駆動電極、外部電極Ｃ＋２３ａ、Ｃ−２３ｂと、外部電極Ｄ＋２４ａ、Ｄ−２４ｂを振動検出用の検出電極とする。
【００３１】
また、第１の実施形態に於いては、下部弾性体４０の斜めにカットされている面４２の上側に駆動電極を、下側に検出電極を配置するようにしている。
【００３２】
次に、本第１の実施形態に於ける超音波モータ１０の振動子の動作について、図５を参照して説明する。
【００３３】
積層圧電素子２０が伸びると、図５（ａ）に示されるように、上部弾性体３０に力Ｆを及ぼし、且つ下部弾性体４０に力Ｇを及ぼす。すると、それぞれの力の分力を考えると、Ｆ１とＧ１はねじれ振動を発生する力となり、Ｆ２とＧ２は縦振動を発生させる力となる。
【００３４】
積層圧電素子２０が縮むと、ベクトルの向きが逆になるが、やはり上述した縦振動とねじれ振動を発生させる力が生じることがわかる。外部電極Ａ（Ａ＋，Ａ−）、外部電極Ｂ（Ｂ＋，Ｂ−）に同位相の交番電圧を印加すると、図５（ｂ）に示されるように、共振縦振動モードのみが励起される。
【００３５】
また、外部電極Ａ（Ａ＋，Ａ−）、外部電極Ｂ（Ｂ＋，Ｂ−）に逆位相（位相差π）の交番電圧を印加すると、図５（ｃ）に示されるような、上部弾性体３０と下部弾性体４０とが逆方向に回転する共振ねじれ振動モードのみが励起される。
【００３６】
尚、下部弾性体４０の溝部４３より下方（積層圧電素子２０と反対側）の長さ寸法を変化させ、溝部４３の相対位置を適切な位置とすることで、共振縦振動モードと共振ねじれ振動の共振周波数をほぼ一致させる。
【００３７】
ロータ５２を押圧していくと、縦共振周波数及びねじれ共振周波数が共に上昇していく。ここで、共振縦振動モードの共振周波数の上昇する変化率の方が大きいので、ロータを押圧させない振動子単体では、共振ねじれ振動モードの共振周波数より共振縦振動モードの共振周波数を僅かに下げておく。
【００３８】
いま、Ａ相（外部電極Ａ（Ａ＋，Ａ−））とＢ相（外部電極Ｂ（Ｂ＋，Ｂ−））に同位相、逆位相以外の位相差、例えば、±π／２を与えて駆動すると、共振縦振動モードと共振ねじれ振動モードが両方とも励起する。すると、図５（ｄ）に示されるように、振動子の上面の摩擦接触子５１近傍に、ＣＷ若しくはＣＣＷの楕円運動を発生させることができる。
【００３９】
次に、振動検出相のＣ相（外部電極Ｃ（Ｃ＋，Ｃ−））、振動検出相のＤ相（外部電極Ｄ（Ｄ＋，Ｄ−））から得られる信号について説明する。
【００４０】
上述したＡ相、Ｂ相に、同位相の縦振動共振周波数の交番電圧を印加すると、Ｃ相とＤ相を並列順接続した場合（外部電極Ｃ＋とＤ＋を結線、外部電極Ｃ−とＤ−を結線：並列順接続相と定義する）は、縦振動に比例する信号が得られる。また、Ｃ相とＤ相を並列逆接続した場合（外部電極Ｃ＋とＤ−を結線、外部電極Ｃ−とＤ＋を結線：並列逆接続相と定義する）は信号が出ない。
【００４１】
一方、Ａ相、Ｂ相に逆位相のねじれ振動共振周波数の交番電圧を印加すると、Ｃ相とＤ相を並列順接続した並列順接続相からは信号が出ない。しかしながら、Ｃ相とＤ相を並列逆接続した並列逆接続相からは、ねじれ振動に比例する信号が得られる。
【００４２】
次に、本実施形態に於ける超音波モータ１０の動作について説明する。
【００４３】
図１に示される超音波モータ１０に於いて、Ａ相とＢ相に、位相の異なる交番電圧を印加して、振動子の摩擦接触子５１の位置で楕円振動を発生させる。すると、ロータ５２は、ＣＷ若しくはＣＣＷ方向に回転する。ここで、Ｃ相、Ｄ相に関する並列逆接続相からは、ねじれ振動に比例する信号が発生する。したがって、駆動周波数は、その信号の大きさが最大となるように常にフィードバックを行い、ねじれ振動が極大となるような最適な周波数で駆動するようにする。
【００４４】
このように、第１の実施形態では、積層圧電素子に振動検出領域を設け、ねじれ振動のみを検出できるようにしたため、ねじれ振動が常に最大となるような周波数でモータを駆動することができる。その結果、周囲の環境温度やモータにかかる負荷変動があっても、常に安定してモータを駆動することができる。
【００４５】
尚、本第１の実施形態では、Ｃ相、Ｄ相に関して、並列逆接続相の信号を取り出したが、並列順接続相の信号を取り出して、その信号の大きさが極大になるように駆動周波数を調節しても良い。
【００４６】
（第１の変形例）
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
【００４７】
図６は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例による超音波モータ１０ａの断面図である。
【００４８】
尚、以下に述べる第１乃至第５の変形例に於いて、超音波モータの基本的な構成及び動作については、上述した第１の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
この第１の変形例では、超音波モータ１０ａの下部弾性体４０を、第１下部弾性体６５と第２下部弾性体７１とで構成している点が、上述した第１の実施形態と異なっている。
【００５０】
図６に於いて、第１下部弾性体６５は中空円柱形状で、積層圧電素子２０が載置される面６６は、上部弾性体３０の下面３１に対向して斜めにカットされている。また、第２下部弾性体７１は、中空円柱形状で、且つ中心部分は凸部７５が形成された金属材で構成されている。そして、第１下部弾性体６５と接触する部分の外周面には、溝部７２が形成されている。
【００５１】
また、第２下部弾性体７１の凸部７５の上部外周面には、上部弾性体３０の雌ねじ３２と螺合するための雄ねじ７４が形成されている。更に、第２下部弾性体７１の中空内部の所定の位置、すなわち振動子の縦振動の節部に相当する位置には、雌ねじ６６が形成されている。
【００５２】
そして、この超音波モータ１０ａの組み立て手順は、先ず、積層圧電素子２０が、上部弾性体３０と第１下部弾性体６５の間に設置される。そして、第２下部弾性体７１の凸部７３が、第１下部弾性体６５の中空部分より嵌挿され、凸部７５の雄ねじ４４と上部弾性体３０の中空部の雌ねじ３２とが螺合する。その後は、上述した第１の実施形態と同様である。
【００５３】
尚、第２下部弾性体７１の直径最大部位の長さ寸法を変化させ、溝部７２の相対位置を適切な位置とすることで、共振縦振動モードと共振ねじれ振動の共振周波数をほぼ一致させることができる。
【００５４】
この第１の変形例によっても、上述した第１の実施形態と全く同様な動作、効果を発揮することができる。
【００５５】
（第２の変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第２の変形例を説明する。
【００５６】
図７は、第１の実施形態の第２の変形例を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【００５７】
この第２の変形例では、振動検出電極が線対称軸Ｏの片側について、駆動電極の上部に設けられている点が、上述した第１の実施形態と異なっている。
【００５８】
すなわち、下部弾性体４０の斜めにカットされている面４２の上側に検出電極を、下側に駆動電極を配置するようにしている。
【００５９】
円環状の圧電シート１８１1 の片面（ここでは表面）側には、図７に示されるように、線対称軸Ｏを挟んで、一方が、上側から内部電極Ｃ−２０５ｃ、内部電極Ａ−２０５ａが、他方が、上側から内部電極Ｄ−２０５ｄ、内部電極Ｂ−２０５ｂが、それぞれ配置されている。また、この圧電シート１８１1 の上に載置される圧電シート２８１2 の片面側には、線対称軸Ｏを挟んで、一方が、上側から内部電極Ｃ＋２０６ｃ、内部電極Ａ＋２０６ａが、他方が、上側から内部電極Ｄ＋２０６ｄ、内部電極Ｂ＋２０６ｂが、それぞれ配置されている。
【００６０】
そして、それぞれの内部電極Ａ−２０５ａ、Ｂ−２０５ｂ、Ｃ−２０５ｃ、Ｄ−２０５ｄ、Ａ＋２０６ａ、Ｂ＋２０６ｂ、Ｃ＋２０６ｃ、Ｄ＋２０６ｄには、外部電極と電気的に導通させるための電極導出部２０５ａ1 、２０５ｂ1 、２０５ｃ1 、２０５ｄ1 、２０６ａ1 、２０６ｂ1 、２０６ｃ1 、２０６ｄ1 が設けられている。
【００６１】
この第２の変形例によっても、上述した第１の実施形態と全く同様な動作、効果を発揮することができる。
【００６２】
（第３の変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第３の変形例を説明する。
【００６３】
図８は、第１の実施形態の第３の変形例を示すもので、超音波モータ１０ｂの断面図である。
【００６４】
上述した第１の変形例では下部弾性体を２つに分けていたが、この第３の変形例では、更に第１下部弾性体と上部弾性体を、それぞれ２つの弾性体に分けている。
【００６５】
すなわち、上部弾性体を、摩擦接触子５１側に配置されて外周面に対して両側が垂直にカットされた面を有する第１上部弾性体３０ａと、この第１上部弾性体３０ａと積層圧電素子２０との間に配置された第２上部弾性体３５とで構成している。同様に、第１下部弾性体を、第２下部弾性体７１に隣接した第１下部弾性体６５ａと、この第１下部弾性体６５ａと積層圧電素子２０との間に配置された第３下部弾性体６８で構成している。
【００６６】
このような超音波モータ１０ｂを組み立てる手順としては、予め積層圧電素子２０を第２上部弾性体３５と第３下部弾性体で挟み込み、それを第１上部弾性体３０ａ、第２下部弾性体７１で挟み込むようにしてもよい。
【００６７】
この第３の変形例によれば、上述した第１の実施形態と全く同様な動作、効果を発揮することができるうえ、モータの最終的な組み立てが容易になる。
【００６８】
（第４の変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第４の変形例を説明する。
【００６９】
図９は、第１の実施形態の第４の変形例を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【００７０】
この第４の変形例では、１枚の圧電素子の表面側と裏面側の何れにも内部電極が設けられている点が、上述した第１の実施形態と異なっている。
【００７１】
すなわち、図９（ａ）に示されるように、圧電素子８３の表面側に於いては、線対称軸Ｏに対して片側２分割（内部電極Ａ＋２１０ａ、内部電極Ｃ＋２１０ｃ）、反対側２分割（内部電極Ｂ＋２１０ｂ、内部電極Ｄ＋２１０ｄ）の、全体で４分割された内部電極が設けられている。また、これらの内部電極Ａ＋２１０ａ、Ｂ＋２１０ｂ、Ｃ＋２１０ｃ、Ｄ＋２１０ｄには、図示されない外部電極と電気的に導通させるための電極導出部２１０ａ2 、２１０ｂ2 、２１０ｃ2 、２１０ｄ2 が設けられている
一方、図９（ｂ）に示されるように、圧電素子８３の裏面側に於いては、線対称軸Ｏに対して、片側２分割（内部電極Ａ−２０９ａ、内部電極Ｃ−２０９ｃ）、反対側２分割（内部電極Ｂ−２０９ｂ、内部電極Ｄ−２０９ｄ）の、全体で４分割された内部電極が設けられている。そして、これらの内部電極Ａ−２０９ａ、Ｂ−２０９ｂ、Ｃ−２０９ｃ、Ｄ−２０９ｄには、電極導出部２０９ａ1 、２０９ｂ1 、２０９ｃ1 、２０９ｄ1 が設けられている。
【００７２】
このように、積層圧電素子ではなく単板の圧電素子を用いても良い。この場合には駆動電圧は大きくなるが、構成が単純化されると言う利点がある。尚、この第４の変形例の場合には、圧電素子の表面側、裏面側の両方に電極があるため、実際に上部弾性体と下部弾性体により挟み込む際に、円環状の絶縁部材をその間に挿入する必要がある。
【００７３】
この第４の変形例によっても、上述した第１の実施形態と全く同様な動作、効果を発揮することができる。
【００７４】
（第５の変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第５の変形例を説明する。
【００７５】
図１０は、第１の実施形態の第５の変形例を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【００７６】
この第５の変形例では、この場合は検出電極Ｃ及びＤは、線対称軸Ｏに対して対称に配置されるが、片側半分の領域のほぼ中央部に設定される点が、上述した第１の実施形態と異なっている。
【００７７】
すなわち、下部弾性体４０の斜めにカットされている面４２の上側と下側に駆動電極を、その間に検出電極を配置するようにしている。
【００７８】
図１０に示されるように、円環状の圧電シート１８４1 の片面（ここでは表面）側には、線対称軸Ｏを挟んで、一方が、上側から内部電極Ａ−２１３ａ、内部電極Ｃ−２１３ｃ、内部電極Ａ−２２３ａが、他方が、上側から内部ではＢ−２１３ｂ、内部電極Ｄ−２１３ｄ、内部電極Ｂ−２２３ｂが、それぞれ配置されている。また、この圧電シート１８４
1 の上に載置される圧電シート２８４2 の片面側には、線対称軸Ｏを挟んで、一方が、上側から内部電極Ａ＋２１４ａ、内部電極Ｃ＋２１４ｃ、内部電極Ａ＋２２４ａが、他方が、上側から内部電極Ｂ＋２１４ａ、内部電極Ｄ＋２１４ｄ、内部電極Ｂ＋２２４ｂが、それぞれ配置されている。
【００７９】
そして、それぞれの内部電極には、外部電極と電気的に導通させるための電極導出部２１３ａ1 、２１３ｂ1 、２１３ｃ1 、２１３ｄ1 、２２３ａ1 、２２３ｂ1 、２１４ａ1 、２１４ｂ1 、２１４ｃ1 、２１４ｄ1 、２２４ａ1 、２２４ｂ1が設けられている
この場合は、駆動電極から発生する力の上側の内部電極Ａと下側の内部電極Ａの力のベクトルの合力であるが、それが片側領域のほぼ中央部にくるので、効率良く駆動力を弾性体に伝達させることができる。したがって、この第５の変形例によれば、上述した第１の実施形態と全く同様な動作、効果を発揮することができるうえ、縦振動、ねじれ振動を効率良く発生することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００８１】
上述した第１の実施形態では、検出電極が縦振動検出用とねじれ振動検出用の２種類設けられていたのに対し、この第２の実施形態では縦振動検出用の検出電極の１種類のみとなっている。
【００８２】
尚、この第２の実施形態に於いては、超音波モータの基本的な構成及び動作については上述した第１の実施形態と同じであり、積層圧電素子の構成が異なるだけであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００８３】
図１１は、本発明の第２の実施形態を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【００８４】
図１１に於いて、円環状の圧電シートの片面（表面側）には、線対称軸Ｏに対して、駆動電極は対称にそれぞれ１つ設けられており、検出電極は線対称軸Ｏに対して１つが対称に設けられている。
【００８５】
すなわち、円環状の圧電シート１８６1 の表面側に、線対称軸Ｏを挟んで、上側に内部電極Ａ−２１７ａ、内部電極Ｂ−２１７ｂが、そして両電極の間に内部電極Ｃ−２１７ｃが、それぞれ配置されている。この圧電シート１８６1 の上に載置される圧電シート２８６2 の表面側には、線対称軸Ｏを挟んで、上側に内部電極Ａ＋２１８ａ、内部電極Ｂ＋２１８ｂが、そして両電極の間に内部電極Ｃ＋２１８ｃが、それぞれ配置されている。
【００８６】
このように、上記圧電シート１８６1 、２８６2 は同様な構成となっているが、外部電極と電気的に導通させるための電極導出部２１７ａ1 と２１８ａ1 、２１７ｂ1 と２１８ｂ2 、２１７ｃ1 と２１８ｃ2 が設けられている位置が、それぞれ異なっている。このような圧電シート１８６1 と圧電シート２８６2 が交互に複数枚積層され、最後に圧電素子から成る内部電極が印刷されていない絶縁シートが積層される。
【００８７】
積層圧電素子の組み立て手順については、上述した第１の実施形態と同じであるので、説明は省略する。
【００８８】
更に、外部電極は、図示されないが、内部電極Ａ−２１７ａ、Ａ＋２１８ａ、Ｂ−２１７ｂ、Ｂ＋２１８ｂ、Ｃ−２１７ｃ、Ｃ＋２１８ｃの各電極導出部２１７ａ1 、２１８ａ1 、２１７ｂ1 、２１８ｂ2 、２１７ｃ1 、２１８ｃ2に対応して、６箇所に設けられる。
【００８９】
このように構成された積層圧電素子では、振動検出用の検出電極Ｃからは、縦振動に比例する信号が出力される。したがって、この信号の大きさが常に最大となるように、駆動周波数を制御するようにする。
【００９０】
尚、積層圧電素子のその他の動作及び超音波モータの動作については、上述した第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００９１】
このように、第２の実施形態によれば、内部電極の分割数が低減され、且つ、外部電極の数も低減されるので、構成が単純になる。
【００９２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００９３】
上述した第１及び第２の実施形態では、同一の圧電素子（圧電シート）上の内部電極としては駆動電極と検出電極の両方を配置していたが、この第３の実施形態では駆動電極と検出電極をそれぞれ別々の圧電素子（圧電シート）上に配置している。
【００９４】
尚、この第３の実施形態に於いては、超音波モータの基本的な構成及び動作については上述した第１の実施形態と同じであり、積層圧電素子の構成が異なるだけであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００９５】
図１２乃至図１４を参照して、本第３の実施形態に用いられる積層圧電素子２０′の詳細について説明する。
【００９６】
図１２は積層圧電素子２０′の外観図、図１３は図１２の積層圧電素子２０′を上方から見た図、図１４は積層圧電素子２０′の内部電極の構造を示した図である。
【００９７】
この積層圧電素子は、複数の圧電シートが積層されて構成されたものである。
【００９８】
図１４に於いて、円環状の検出電極用の圧電シート１９１1 の片面（ここでは表面側）に、線対称軸Ｏを挟んで、内部電極Ｃ−２３１ａと内部電極Ｄ−２３１ｂが配置されている。そして、この圧電シート１９１1 の上に載置される検出電極用の圧電シート２９１2 の表面側には、線対称軸Ｏを挟んで、内部電極Ｃ＋２３２ａと内部電極Ｄ＋２３２ｂが配置されている。また、外部電極と電気的に導通させるための電極導出部２３１ａ1 と２３２ａ2 、２３１ｂ1 と２３２ｂ2 が設けられている位置が、それぞれ異なっている。
【００９９】
上記検出電極用の圧電シート２９１2 の上には、駆動電極用の圧電シート１９２1 が載置される。円環状の駆動電極用の圧電シート１９２1 の片面（ここでは表面側）には、線対称軸Ｏを挟んで、内部電極Ａ−２３３ａと内部電極Ｂ−２３３ｂが配置されている。そして、この圧電シート１９２1 の上に載置される駆動電極用の圧電シート２９２2 の表面側には、線対称軸Ｏを挟んで、内部電極Ａ＋２３４ａと内部電極Ｂ＋２３４ｂが配置されている。
【０１００】
また、外部電極と電気的に導通させるための電極導出部２３３ａ1 と２３４ａ2 、２３３ｂ1 と２３４ｂ2 が設けられている位置が、それぞれ異なっている。加えて、内部電極Ｃ−２３１ａの電極導出部２３１ａ1 と内部電極Ａ−２３３ａの電極導出部２３３ａ1 、内部電極Ｃ＋２３２ｂの電極導出部２３２ａ2 と内部電極Ａ＋２３４ａの電極導出部２３４ａ2 、内部電極Ｄ−２３１ｂの電極導出部２３１ｂ1 と内部電極Ｂ−２３３ｂの電極導出部２３３ｂ1 、内部電極Ｄ＋２３２ｂの電極導出部２３２ｂ2 と内部電極Ｂ＋２３４ｂの電極導出部２３４ｂ2 は、それぞれ同じ位置に設けられている。
【０１０１】
このように、検出電極用の圧電シート１９１1 、圧電シート２９１2 が積層された後、この圧電シート２９１2 上に駆動電極用の圧電シート１９２1 と圧電シート２９２2 が交互に複数枚積層される。そして、最後に圧電素子から成る内部電極が印刷されていない絶縁シート２６が積層される。
【０１０２】
積層圧電素子の組み立て手順については、上述した第１の実施形態と同じであるので、説明は省略する。
【０１０３】
図１２に示されるように、同じ方向に引き出された内部電極に導通する外部電極は２分割されて、駆動用外部電極Ａ＋２１ａと振動検出用外部電極Ｃ＋２３ａが形成される。また、同様に、駆動用外部電極Ａ−２１ｂと振動検出用外部電極Ｃ−２３ｂとなる。
【０１０４】
更に、図１３に示されるように、外部電極Ａ＋２１ａ(Ｃ＋２３ａ)、外部電極Ａ−２１ｂ（Ｃ−２３ｂ）の対向する位置に、外部電極Ｂ＋２２ａ（Ｄ＋２４ａ）、外部電極Ｂ−２２ｂ（Ｄ−２４ｂ）が設けられる。
【０１０５】
尚、このように構成された積層圧電素子２０′及び超音波モータの動作については、上述した第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【０１０６】
超音波モータがより小型になると、必然的に積層圧電素子も小型になっていく必要がある。その場合、圧電シートの形状も小さくなるために、上述した第１及びその変形例や第２の実施形態で説明したような４分割構成、３分割構成はできなくなるので、本第３の実施形態の２分割した内部電極が有利となる。
【０１０７】
上述したように、縦ねじれモータに於いて、圧電素子は積層圧電素子１つで済み、該積層圧電素子は縦振動若しくはねじれ振動を検出する機能も有しているために、周囲の環境温度やモータへの負荷が変動しても、振動が最適になるように駆動周波数を制御できるので、安定したモータ駆動が可能になる。また、積層圧電素子を用いているので、低電圧での駆動が可能となる。 
尚、上述した第１乃至第３の実施形態では、弾性体は円柱形状のものを示したが、これに限られるものではなく、角柱形状のものでも構わない。また、圧電素子若しくは積層圧電素子も円柱形状のものを示したが、角柱形状のものでも構わない。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【０１０９】
更に、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、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾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。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波モータを示すもので、（ａ）は外観図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に用いられる積層圧電素子２０の詳細について説明するもので、積層圧電素子２０の外観図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に用いられる積層圧電素子２０の詳細について説明するもので、図２の積層圧電素子２０を上方から見た図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いられる積層圧電素子２０の詳細について説明するもので、積層圧電素子２０の内部電極の構造を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に於ける超音波モータ１０の振動子の動作について、図５を参照して説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第１の変形例による超音波モータ１０ａの断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の第２の変形例を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第３の変形例を示すもので、超音波モータ１０ｂの断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の第４の変形例を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第５の変形例を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示すもので、積層圧電素子の内部電極の構造を示した図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に用いられる積層圧電素子２０′の詳細について説明するもので、積層圧電素子２０′の外観図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に用いられる積層圧電素子２０′の詳細について説明するもので、図１２の積層圧電素子２０′を上方から見た図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に用いられる積層圧電素子２０′の詳細について説明するもので、積層圧電素子２０′の内部電極の構造を示した図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０…超音波モータ、２０、２０′…積層圧電素子、２５1 …圧電シート１、２５2 …圧電シート２、３０…上部弾性体、３１…下面、３２、４５、６０…雌ねじ、４０…下部弾性体、４１…凸部、４２…面、４３…溝部、４４、５９…雄ねじ、５１…摩擦接触子、５２…ロータ、５３…ベアリング、５５…押圧部材、５６…バネ、５７…ナット、５８…シャフト、２０１ａ…内部電極Ａ−、２０１ｂ…内部電極Ｂ−、２０１ｃ…内部電極Ｃ−、２０１ｄ…内部電極Ｄ−、２０１ａ1 、２０１ａ2 、２０１ｂ1 、２０１ｂ2 、２０１ｃ1 、２０１ｃ2 、２０１ｄ1 、２０１ｄ2…電極導出部、２０２ａ…内部電極Ａ＋、２０２ｂ…内部電極Ｂ＋、２０２ｃ…内部電極Ｃ＋、２０２ｄ…内部電極Ｄ＋、
【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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