(57)【要約】【課題】駆動回路との配線を容易に処理することができ、また、生産性を高めることが可能な超音波アクチュエータ、及び圧電変位部の製造方法を提供する。【解決手段】駆動信号により伸縮する圧電変位部を備えた略三角形状の振動体と、振動体の少なくとも１つの頂点と加圧接触し、該振動体に対して相対移動を生じる移動体と、を有し、圧電変位部は、圧電材料からなる圧電層と内部電極を備えた内部電極層が交互に積層されて形成されたものであって、それぞれの内部電極層に設けられた内部電極を、所定の内部電極層単位に電気的に接続する複数の外部電極を有し、複数の外部電極は、振動体の１つの辺の端面に配置される。【選択図】図３
2009044838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号により伸縮する圧電変位部を備えた略三角形状の振動体と、
前記振動体の少なくとも１つの頂点と加圧接触し、該振動体に対して相対移動を生じる移動体と、を有し、
前記圧電変位部は、圧電材料からなる圧電層と内部電極を備えた内部電極層が交互に積層されて形成されたものであって、
それぞれの前記内部電極層に設けられた前記内部電極を、所定の前記内部電極層単位に電気的に接続する複数の外部電極を有し、
前記複数の外部電極は、前記振動体の１つの辺の端面に配置されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】
前記移動体は、前記振動体の１つの頂点と加圧接触し、
前記複数の外部電極は、前記振動体の前記１つの頂点と対向する１の辺の端面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項３】
前記移動体は、円筒形状であって前記振動体の３つの頂点と加圧接触し、
前記複数の外部電極は、前記振動体のいずれか１つの辺の端面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項４】
所定の前記内部電極層は、前記振動体の３つの頂点に対応して、それぞれ一対の前記内部電極を有し、
前記圧電変位部は、前記内部電極に前記複数の外部電極を介して前記駆動信号が供給されることにより伸縮し、
前記振動体の前記３つの頂点は、前記圧電変位部の伸縮により同一回転方向に楕円振動を行うものであって、
前記移動体は、前記３つの頂点が前記楕円振動を行うことにより、前記振動体に対して相対移動を生じることを特徴とする請求項３に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおける圧電変位部の製造方法であって、
前記圧電層と前記内部電極層が交互に積層された圧電ブロックから複数の前記圧電変位部を切り出す前工程に、
前記圧電ブロックの端面に複数の前記圧電変位部に対応して前記外部電極を形成する工程を有することを特徴とする圧電変位部の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータ、及び圧電変位部の製造方法に関し、特に移動体を振動体に加圧接触させて相対移動を発生させる超音波アクチュエータ、及び圧電変位部の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な移動装置に超音波アクチュエータを用いることが試みられている。超音波アクチュエータは、通常、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子を備えた振動体と、該振動体に加圧された状態で接触する被駆動体（移動体）等から構成される。超音波アクチュエータは、振動体に駆動信号を入力して振動体を伸縮運動させ、振動体の一部に楕円振動（以下、円振動を含む。）をさせることにより、振動体に加圧接触された被駆動体との間で摩擦力により相対運動を発生させるものである。
【０００３】
超音波アクチュエータは、小型、且つ静音性に優れ、また高速、高精度な位置決め制御が可能なことから、電子カメラ等の電子機器の駆動装置として利用される様になり、その用途はさらに拡大しつつある。
【０００４】
一方、近年、電子機器の小型、高性能化が進展するに伴い、その駆動装置として用いられる超音波アクチュエータの駆動性能もより優れたものが求められる様になってきた。
【０００５】
そして、この様な要求に応える為に、超音波アクチュエータの駆動効率を高める種々の検討が行われてきた。
【０００６】
例えば、正三角形の圧電振動子を備え、移動体との接触点となる１つの頂点から、対向する辺の中点を結ぶ線で電極を２分割した構成で、縦振動とベンディング２次モードを励起・合成することにより、移動体との接触点となる１つの頂点に楕円振動を励起して、移動体を摩擦駆動する回転駆動型の超音波アクチュエータが知られている（特許文献１参照）。また、複数の超音波振動子を用いて、ロータを保持すると伴に回転駆動する超音波モータが知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−３２２２７０号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような構成の超音波アクチュエータは、圧電素子に伸縮振動モードや屈曲振動モード等を励起する為に、通常、圧電素子の電極層は、複数の領域に分割された電極から構成されている。そして、これらの電極にリード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）等を介して駆動回路から所定の駆動信号を供給することにより、圧電素子に伸縮振動モードや屈曲振動モード等が励起されるようになっている。
【０００８】
そして、電子機器の高性能化と同時に小型化が進展するに伴い、機器の狭い空間内で前述の複数の電極とリード線やＦＰＣ等との接続、また、このような配線部材の這い回し等を容易に処理できることが望まれている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されている超音波アクチュエータにおいては、正三角形の圧電振動子の各辺の中央付近でそれぞれの電極と配線部材とを接続する構成としている。すなわち、配線部材と接続する電極位置が３つの方向に分散しているので、配線部材との接続、また、このような配線部材の這い回し等を容易に処理することは困難である。
【００１０】
また、特許文献２には、配線部材の処理を容易に行えるようにするための電極構成や電極配置に関しては示されていない。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、駆動回路との配線を容易に処理することができ、また、生産性を高めることが可能な超音波アクチュエータ、及び圧電変位部の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、下記の１乃至５のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【００１３】
１．駆動信号により伸縮する圧電変位部を備えた略三角形状の振動体と、
前記振動体の少なくとも１つの頂点と加圧接触し、該振動体に対して相対移動を生じる移動体と、を有し、
前記圧電変位部は、圧電材料からなる圧電層と内部電極を備えた内部電極層が交互に積層されて形成されたものであって、
それぞれの前記内部電極層に設けられた前記内部電極を、所定の前記内部電極層単位に電気的に接続する複数の外部電極を有し、
前記複数の外部電極は、前記振動体の１つの辺の端面に配置されることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【００１４】
２．前記移動体は、前記振動体の１つの頂点と加圧接触し、
前記複数の外部電極は、前記振動体の前記１つの頂点と対向する１の辺の端面に配置されることを特徴とする前記１に記載の超音波アクチュエータ。
【００１５】
３．前記移動体は、円筒形状であって前記振動体の３つの頂点と加圧接触し、
前記複数の外部電極は、前記振動体のいずれか１つの辺の端面に配置されることを特徴とする前記１に記載の超音波アクチュエータ。
【００１６】
４．所定の前記内部電極層は、前記振動体の３つの頂点に対応して、それぞれ一対の前記内部電極を有し、
前記圧電変位部は、前記内部電極に前記複数の外部電極を介して前記駆動信号が供給されることにより伸縮し、
前記振動体の前記３つの頂点は、前記圧電変位部の伸縮により同一回転方向に楕円振動を行うものであって、
前記移動体は、前記３つの頂点が前記楕円振動を行うことにより、前記振動体に対して相対移動を生じることを特徴とする前記３に記載の超音波アクチュエータ。
【００１７】
５．前記１乃至４のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータにおける圧電変位部の製造方法であって、
前記圧電層と前記内部電極層が交互に積層された圧電ブロックから複数の前記圧電変位部を切り出す前工程に、
前記圧電ブロックの端面に複数の前記圧電変位部に対応して前記外部電極を形成する工程を有することを特徴とする圧電変位部の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、それぞれの内部電極層に設けられた内部電極を所定の内部電極層単位に電気的に接続する複数の外部電極を、略三角形状の振動体の１つの辺の端面に配置する構成とした。すなわち、複数の外部電極すべてが振動体の１つの辺の端面に配置されるので、複数の外部電極とリード線やＦＰＣ等との接続、また、このような配線部材の這い回し等を容易に処理することができる。また、外部電極を、例えばスクリーン印刷等を用いて形成する場合、印刷工程を１面のみで済ますことができるので、製造コストを低減することができる。
【００１９】
また、圧電層と内部電極層が交互に積層された圧電ブロックから複数の圧電変位部を切り出す前工程で、圧電ブロックの端面に複数の圧電変位部に対応して外部電極を形成するようにした。これにより、一度で複数の圧電変位部に外部電極を形成することができるので、生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面に基づいて、本発明に係る超音波アクチュエータ、及び圧電変位部の製造方法の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。また、各実施の形態の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複の説明を適宜省略する。
【００２１】
〔実施形態１〕
最初に、実施形態１による超音波アクチュエータ５の構成を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、超音波アクチュエータ５の全体構成の概要を示す正面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図である。
【００２２】
超音波アクチュエータ５は、図１（ａ）に示す様に、振動体１０、ロータ２０、固定部材４０等から構成される。
【００２３】
振動体１０は、正三角形状をなし、正三角形の各頂点に円筒形状のロータ２０が外接している。ロータ（移動体）２０は、振動体１０に組み込まれる前は、各接触点の寸法が、振動体１０の寸法より小さく設定されており、組み込まれることにより接触部以外の部位が弾性変形して（組み込み状態で、ロータ２０は、わずかに三角形状になる）、振動体１０の各接触部には、ロータ２０により所定の押圧力が働く。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、ロータ２０の円周断面には、Ｖ字状の溝２０ａが形成されている。振動体１０の各頂点に設けられた後述の凸形状の３つのチップ部材１０３がロータ２０のＶ字状の溝２０ａに嵌まり込むため、スラスト方向への揺動が規制され、ロータ２０は高精度に回転を行うことができる。
【００２５】
振動体１０は、後述するように振動の比較的小さい各辺の中央付近を、固定部材４０に設けられた３つの固定ピン４０１により保持される。保持は、圧入、または接着により行う。また、振動体１０の各辺の中央付近に切り欠きを設けて固定ピン４０１により保持することにより、固定部材４０に対する位置決めを行うようにしてもよい。固定部材４０を組み込まれる装置の筐体やフレームに固定することにより、超音波アクチュエータ５は位置決めされる。
【００２６】
図２に振動体１０の別例による固定方法を示す。図２（ａ）は、振動体１０の概要を示す正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図である。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、振動体１０の重心位置に貫通穴１０ａを設け、ネジ４０３等を用いて固定してもよい。重心位置は、振動の節に当たるので、固定による振動への影響を最小限に抑えることができる。
【００２８】
ロータ２０の材料には、弾性の大きな材料が好ましく、ステンレス等の金属材料を用いる。また、磨耗を防ぐため、表面には、窒化処理などの硬化処理を行う。また、ＣｒＮやＴｉＣＮ等のセラミックコーティングを行ってもよい。
【００２９】
振動体１０には、図１、図２に示すようにリード線３１やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）３３が接続され、図示しない駆動信号生成部から、リード線３１やＦＰＣ３０を介して、後述する所定の駆動信号が入力される。
【００３０】
振動体１０に駆動信号が入力されると、振動体１０の各頂点に設けられた後述の３つのチップ部材１０３に、それぞれ同じ方向に回転する高周波の楕円振動が発生する。チップ部材１０３には、ロータ２０が所定の押圧力で接しているため、摩擦力によって、ロータ２０が回転を行う。図１（ａ）において、各頂点が時計回りに楕円振動を行う場合は、ロータ２０も時計方向に回転し、各頂点が反時計回りに楕円振動を行う場合は、ロータ２０も反時計方向に回転する。尚、楕円振動の大きさを変えることにより、速度やトルクを変化させることができる。
【００３１】
ロータ２０は、正三角形状の振動体１０の頂点に設けられた３つのチップ部材１０３により保持されるので、ラジアル方向の姿勢安定性が非常に高く、且つ、スラスト方向にはＶ字状の溝２０ａにより揺動を規制されているので、芯振れ等がなく非常に高精度に回転が可能である。また、ガタがないので、剛性が高く、モータの応答性を高めることができる。また、振動体１０の３つの頂点の他にロータ２０を保持する箇所を必要としないため、駆動ロスが抑制され高い駆動効率を得ることができる。
【００３２】
次に、振動体１０の構成を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、振動体１０の構成を示す正面図、図３（ｂ）は、右側面図、図３（ｃ）は、下側面図である。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、振動体１０は、ロータ２０に当接する３つのチップ部材１０３と正三角形の頂点に平面部が形成された圧電部材（圧電変位部）１０１から構成される。チップ部材１０３は、圧電部材１０１に接着により結合される。接着には、接着強度が高く、剛性の高いエポキシ系接着剤を用いる。
【００３４】
チップ部材１０３の材料には、磨耗を防ぐため、硬度の高い、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、あるいは超硬合金等を用いる。
【００３５】
圧電部材１０１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電特性を示す圧電材料からなる圧電セラミックス薄板（圧電層；以下、圧電薄板と称する）１０１ｈと銀やパラジウムからなる後述の第１内部電極層１０１ｎ１、第２内部電極層１０１ｎ２が交互に積層されている。
【００３６】
図４に内部電極層の一例による構成を示す。図４（ａ）は、第１内部電極層１０１ｎ１、図４（ｂ）は、第２内部電極層１０１ｎ２、図４（ｃ）は、有効圧電領域の構成を示す図、図４（ｄ）は、外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣの配置を示す圧電部材１０１の側面図である。
【００３７】
振動体１０の各頂点に楕円振動を励起するために、第１内部電極層１０１ｎ１は、図４（ａ）に示すように、振動体１０の各頂点から対向する辺へ下ろした各垂線で分割される構成（６分割）とし、各頂点に一対のＡ相電極ａ１（ａ２、ａ３）、Ｂ相電極ｂ１（ｂ２、ｂ３）が形成されている。
【００３８】
各頂点のＡ相電極ａ１、ａ２、ａ３、Ｂ相電極ｂ１、ｂ２、ｂ３は、後述の構成により、それぞれ共通接続され同電位となる。また、各層のＡ相電極、Ｂ相電極をそれぞれ共通接続するために、各層のＡ相電極、Ｂ相電極は、図４（ａ）に示すような経路のパターンに形成され、その一部が圧電部材１０１の側面１０１ｓに突出している。
【００３９】
第２内部電極層１０１ｎ２は、共通ＧＮＤ電極である。各層のＧＮＤ電極ｃをそれぞれ共通接続するために、各層のＧＮＤ電極ｃは、Ａ相電極、Ｂ相電極の場合と同様に、図４（ｂ）に示すように、その一部が圧電部材１０１の側面１０１ｓに突出している。
【００４０】
また、第１内部電極層１０１ｎ１のＡ相電極、Ｂ相電極の圧電部材１０１の側面１０１ｓへの引き出し経路と対向する部位Ｐ、Ｑ、Ｒに、ＧＮＤ電極ｃが存在すると、その部位に電界が生じ変位してしまい、振動に悪影響を与えるので、部位Ｐ、Ｑ、Ｒには、ＧＮＤ電極ｃを形成しないようなパターンとしている。従って、第１内部電極層１０１ｎ１、及び第２内部電極層１０１ｎ２による有効圧電領域は、図４（ｃ）に示すようなパターンとなる。
【００４１】
圧電部材１０１の側面（端面）１０１ｓには、図４（ｄ）に示すように、各層のＡ相電極、Ｂ相電極、ＧＮＤ電極の突出部にそれぞれ対応して、外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣが印刷等により形成され、各層の内部電極（Ａ相電極、Ｂ相電極、ＧＮＤ電極）と接続される。Ａ相電極、Ｂ相電極は、側面１０１ｓへの引き出し経路により、それぞれ２パターン（２ライン）形成されるが、外部電極に接続されるリード線やＦＰＣによって、共通接続される。また、側面１０１ｓ上で配線パターンを設けて共通化してもよい。
【００４２】
図５に内部電極層の別例による構成を示す。図５に示す内部電極パターンは、前述の図２に示したような振動体１０の重心位置に貫通穴１０ａを設けた場合に対応するものである。貫通穴１０ａ周辺のパターン形状以外は、前述の図４の場合と同様である。
【００４３】
図６に内部電極層の他の別例による構成を示す。第２内部電極層１０１ｎ２を共通ＧＮＤ電極とせずに、第１内部電極層１０１ｎ１と同様に、６分割した構成とし、各頂点に一対のＡ相電極ａ１（ａ２、ａ３）、Ｂ相電極ｂ１（ｂ２、ｂ３）が形成されている。ＧＮＤ電極を持たないので、例えば、第１内部電極層１０１ｎ１のＡ相電極に＋５Ｖ、第２内部電極層１０１ｎ２のＡ相電極に−５Ｖを印加することにより、Ａ相電極とＢ相電極との間に電源電圧の２倍の１０Ｖを印加することができ、電源電圧を低電圧化することができる。尚、図６（ｄ）において、外部電極ｇＡ１、ｇＢ１は、第１内部電極層１０１ｎ１のＡ相電極、Ｂ層電極とそれぞれ接続され、外部電極ｇＡ２、ｇＢ２は、第２内部電極層１０１ｎ２のＡ相電極、Ｂ層電極とそれぞれ接続されている。
【００４４】
尚、内部電極の配線パターンは、６分割される基本構成がとられていれば、圧電部材１０１の側面１０１ｓへの引き出し経路等は、前述の実施の形態に限られない。
【００４５】
このように、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータ５においては、複数の外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣすべてが圧電部材１０１の１つの側面１０１ｓに配置されるので、外部電極とリード線やＦＰＣ等との接続、また、このような配線部材の這い回し等を容易に処理することができる。
【００４６】
次に、このような構成の圧電部材１０１の製造方法について、図７を用いて説明する。図７（ａ）乃至（ｄ）は、圧電部材１０１の製造工程を示す図である。
【００４７】
圧電部材１０１の製造工程は、圧電ブロック積層・焼成工程（図７（ａ））、第１切断工程（図７（ｂ））、外部電極印刷工程（図７（ｃ））、第２切断工程（図７（ｄ））、及び図示しない分極、検査工程等を有する。
【００４８】
（圧電ブロック積層・焼成工程）
圧電薄板１０１ｈを所定の厚さでシート状に引き伸ばしたグリーンシート上に、所定の電極パターンの内部電極層１０１ｎ１（１０１ｎ２）を印刷し、所定数積層した後、焼成して、圧電ブロック１０１Ａを生成する。
【００４９】
（第１切断工程）
次に、このような圧電ブロック１０１Ａを、図７（ａ）に示す線Ｌ１１に沿って、例えば、ダイサーによりカットし、図７（ｂ）に示すような短冊形状の圧電ブロック１０１Ｂに切り出す。
【００５０】
（外部電極印刷工程）
次に、短冊形状の圧電ブロック１０１Ｂの両側面に、所定のパターンで外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣをスクリーン印刷等で形成する。
【００５１】
（第２切断工程）
次に、外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣが形成された圧電ブロック１０１Ｃを、図７（ｃ）に示す線Ｌ１２に沿って、ダイサーによりカットし、図７（ｄ）に示すように、所定の三角形状の圧電部材１０１に切り出す。
【００５２】
このように、三角形状の圧電部材１０１の１つの側面に外部電極を配置することにより、外部電極印刷工程において、複数の圧電部材１０１の外部電極を１度に印刷できるため、生産性が高まり、製造コストを低減することができる。また、分極、検査を短冊形状の圧電ブロック１０１Ｂの状態で行うことも可能であり、さらに生産性を高めることができる。また、第１切断工程において、最終形状（三角形状の圧電部材１０１）まで切断し、治具等を用いて、切断された圧電部材１０１を複数並べ保持した状態で、外部電極印刷工程を行ってもよい。この場合は、第２切断工程を省略することができる。
【００５３】
次に、このような構成の超音波アクチュエータ５の駆動方法について説明する。駆動方法の基本は、ロータ２０を回転させる為の共振を用いた楕円振動駆動である。共振を用いることにより振動体１０の各頂点に楕円振動を励起して駆動する方法であり、振幅を数十倍に拡大でき、低電圧で効率的に大きな楕円振動を得ることができる。以下に、その原理と駆動特性について説明する。
【００５４】
（固有モード）
最初に固有モードについて図８を用いて説明する。振動体１０の各頂点に同一回転方向の楕円振動を励起するために、本実施形態では、図８に示す２つの固有モードを用いる。図８（ａ）は、伸縮振動モード、図８（ｂ）は、屈曲振動モードによる振動体１０の変形の様子を示す模式図である。伸縮振動モードは、振動体１０の重心位置Ｇを振動の節とし、各頂点を含む３分割された領域が伸縮振動し、各頂点が同位相で放射状に往復運動を行う。屈曲振動モードは、振動体１０の重心位置Ｇを振動の節とし、各頂点を含む３分割された領域が屈曲振動し、各頂点が同位相で重心位置Ｇを中心とする振動体１０の外接円の円周の接線方向に往復運動を行う。伸縮振動モードは、各Ａ相電極ａ１、ａ２、ａ３と各Ｂ相電極ｂ１、ｂ２、ｂ３に同位相、屈曲振動モードは、逆位相の各共振周波数と一致する駆動信号を入力することにより、それぞれ励起することができる。
【００５５】
（位相差駆動方法）
前述の２つの固有モードの共振周波数を略一致させ、Ａ相電極ａ１、ａ２、ａ３とＢ相電極ｂ１、ｂ２、ｂ３に位相の９０度ずれた共振周波数と一致する周波数の駆動信号ＶＡ、ＶＢを入力することにより、２つの固有モードが励起・合成され、振動体１０の各頂点に同じ回転方向の楕円振動が生成される。駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相を反転させることにより、楕円振動の回転方向が逆転する。また、駆動信号ＶＡ、ＶＢの振幅や位相を変化させることにより、楕円振動の軌跡形状や大きさを変えることができる。
【００５６】
楕円軌跡径は、振幅（電圧）に比例して変化する。また、駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相差を変化させることにより、楕円形状を変化させることができる。図９は、駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相差に対する楕円軌跡の変化の様子を示す模式図である。図９（ａ）は、駆動信号ＶＡとＶＢの位相差が４５°、図９（ｂ）は、９０°、図９（ｃ）は、１３５°の場合を示す。位相差が小さくなると、ロータ２０との接触点における法線方向Ｎの楕円径が大きくなり、位相差が大きくなると、接線方向Ｔの径が大きくなる。楕円軌跡形状を変化させることによって、後述する様に、駆動特性を変化させることができるので、速度制御や位置制御に応用することができる。また、２相の駆動信号ＶＡ、ＶＢで駆動する位相差駆動を行うことにより、低電圧で駆動できると伴に、位相差による駆動制御が可能である。
【００５７】
（単相駆動方法）
前述の２つの固有モードの共振周波数を所定値ずらし、その間の周波数の単相の駆動信号をＡ相電極ａ１、ａ２、ａ３、Ｂ相電極ｂ１、ｂ２、ｂ３のいずれか一方に入力することにより、振動体１０の各頂点に同一回転方向の楕円振動が励起される。入力する電極を切り替えることにより、楕円の回転方向を逆転できる。各固有モードの共振周波数を所定値ずらすことにより、片方の電極駆動による加振力によって、２つの固有モードの位相がずれて励起され、楕円振動が生成される。単相の駆動信号によって駆動できるので、駆動回路が簡略化でき、コストを低減することができる。
【００５８】
（共振周波数の調整方法）
２つの固有モードの共振周波数は、チップ部材１０３の質量や、振動体１０の重心位置に穴を設けて、穴径を調整することにより、所定の関係に設定することができる。また、製造時の２つの固有モードの共振周波数の誤差を後加工などで調整することができる。
【００５９】
（楕円軌跡と駆動性能）
ここで、楕円軌道と駆動性能の関係について前述の図９を用いて説明する。チップ部材１０３に生じる楕円振動を、ロータ２０の接線方向Ｔと法線方向Ｎに分解した場合、ロータ２０の速度は、チップ部材１０３の楕円運動の方向Ｔの速度によって決まるため、楕円軌跡の方向Ｔの径Ｒｔと駆動周波数で決まり、Ｒｔが大きいほど速度が大きくなる。一方、駆動力は、加圧力と接触点の摩擦係数の積で決まるが、楕円軌跡の法線方向Ｎの径Ｒｎも関係する。これは、楕円軌跡の加圧方向の径Ｒｎに対して、加圧力が相対的に低い場合は、チップ部材１０３はロータ２０に対して接触、離脱を繰り返しながら、接触中に摩擦力により駆動を行うが、径Ｒｎに対して加圧力が相対的に大きくなると、ロータ２０や接触部表面の弾性変形や加圧力を受ける構造部材の弾性変形により、常時接触した状態で楕円振動を行うことになる。この状態では、チップ部材１０３が振動周期中の反駆動方向への移動時にも摩擦力が働きブレーキとなるため、加圧力を上げてもＲｎで決まる値以上の駆動力は発生しない。また、このような状態での駆動においては、速度ムラや再現性などの駆動状態が不安定になり、また、異音が発生する等の不具合が起きる場合もある。従って、楕円軌跡の加圧方向の径Ｒｎが大きいほど駆動力は大きくなり、安定した駆動が可能となる。
【００６０】
従って、図９（ａ）に示す楕円軌跡は、低速高トルク特性、図９（ｃ）に示す楕円軌跡は、高速低トルク特性となり、駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相差を変化させることにより、駆動性能を制御することができ、等速制御や位置決め制御等の高精度な駆動を行うことができる。
【００６１】
（ＤＣ駆動）
次に、ＤＣ駆動について説明する。ＤＣ駆動は、ロータ２０を微小に揺動動作させるための駆動方法で、非常に高精度な位置決めが要求される場合に用いられ、ｎｍオーダーの位置決め分解能が得られる。前述の共振駆動により粗動（高速、広回転角駆動）を行った後、ＤＣ駆動により微動を行うことにより、広範囲、高速駆動、高精度位置決めが可能な駆動システムを実現できる。
【００６２】
駆動方法としては、Ａ相電極ａ１、ａ２、ａ３にのみ直流電圧を印加することにより、振動体１０の各頂点を含む３等分した領域が、図８（ｂ）に示すように、ＣＣＷ方向に屈曲し、チップ部材１０３の先端がＣＣＷ方向に倒れる。チップ部材１０３に摩擦接触したロータ２０は、摩擦力により同じ量だけ移動（回転）を行い、電圧印加を停止すると、元の状態に戻る。同様に、Ｂ相電極ｂ１、ｂ２、ｂ３にのみ直流電圧を印加することにより、ロータ２０をＣＷ方向に微少量移動することができる。また、Ａ相電極ａ１、ａ２、ａ３に直流電圧印加時、Ｂ相電極ｂ１、ｂ２、ｂ３にマイナス電圧を印加することにより、振動体１０の屈曲量が大きくなり、ロータ２０の回転量を大きくすることができる。
【００６３】
〔実施形態２〕
実施形態２による超音波アクチュエータ５の構成を図１０を用いて説明する。図１０は、超音波アクチュエータ５の全体構成の概要を示す正面図である。
【００６４】
超音波アクチュエータ５は、図１０に示すように、振動体１０、ロータ２０、固定部材４０、及び加圧部６０等から構成される。
【００６５】
実施形態１による超音波アクチュエータ５の場合、ロータ２０は、振動体１０の各頂点に設けられた３つのチップ部材１０３に加圧接触し、３つのチップ部材１０３が楕円振動を行うことにより、回転を行うものであったが、実施形態２の場合は、ロータ２０は、振動体１０の１つの頂点に設けられたチップ部材１０３に加圧接触し、１つのチップ部材１０３が楕円振動を行うことにより、回転を行うものである。
【００６６】
図１０に示すように、ロータ２０は、コイルばね６０１、ローラ６０２、ローラ回転軸６０３等から構成される加圧部６０によって、振動体１０に設けられたチップ部材１０３に加圧接触される。
【００６７】
振動体１０に駆動信号が入力されると、振動体１０の１つの頂点に設けられたチップ部材１０３に、高周波の楕円振動が発生する。チップ部材１０３には、ロータ２０が所定の押圧力で接しているため、摩擦力によって、ロータ２０が回転を行う。図１０において、チップ部材１０３が時計回りに楕円振動を行う場合は、ロータ２０も時計方向に回転し、チップ部材１０３が反時計回りに楕円振動を行う場合は、ロータ２０も反時計方向に回転する。
【００６８】
図１１に実施形態２による内部電極層構成を示す。図１１（ａ）は、第１内部電極層１０１ｎ１、図１１（ｂ）は、第２内部電極層１０１ｎ２の構成を示す図、図１１（ｃ）は、外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣの配置を示す圧電部材１０１の側面図である。
【００６９】
振動体１０の１つの頂点に楕円振動を励起するために、第１内部電極層１０１ｎ１は、図１１（ａ）に示すように、振動体１０の１つの頂点から対向する辺へ下ろした垂線で分割される構成（２分割）とし、該頂点に一対のＡ相電極ａ１、Ｂ相電極ｂ１が形成されている。
【００７０】
各層のＡ相電極ａ１、Ｂ相電極ｂ１をそれぞれ共通接続するために、各層のＡ相電極、Ｂ相電極は、図１１（ａ）に示すように、その一部が圧電部材１０１の側面１０１ｓに突出している。
【００７１】
第２内部電極層１０１ｎ２は、共通ＧＮＤ電極である。各層のＧＮＤ電極ｃをそれぞれ共通接続するために、各層のＧＮＤ電極ｃは、Ａ相電極、Ｂ相電極の場合と同様に、図１１（ｂ）に示すように、その一部が圧電部材１０１の側面１０１ｓに突出している。
【００７２】
圧電部材１０１の側面１０１ｓには、図１１（ｃ）に示すように、各層のＡ相電極、Ｂ相電極、ＧＮＤ電極の突出部にそれぞれ対応して、外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣが印刷等により形成され、各層の内部電極（Ａ相電極、Ｂ相電極、ＧＮＤ電極）と接続される。
【００７３】
このような構成においても、実施形態１の場合と同様に、複数の外部電極ｇＡ、ｇＢ、ｇＣすべてが圧電部材１０１の１つの側面１０１ｓに配置されるので、外部電極とリード線やＦＰＣ等との接続、また、このような配線部材の這い回し等を容易に処理することができる。
【００７４】
尚、このような構成の超音波アクチュエータ５の駆動方法は、例えば、特許文献１に開示されている周知の駆動方法に準拠する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態１による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図２】実施形態１による振動体の固定方法を示す図である。
【図３】実施形態１による振動体の構成を示す図である。
【図４】実施形態１による内部電極構成を示す図である。
【図５】別例による内部電極構成を示す図である。
【図６】別例による内部電極構成を示す図である。
【図７】圧電部材の製造工程を示す図である。
【図８】振動体の固有モードにおける変形の様子を示す図である。
【図９】駆動信号の位相差に対する楕円軌跡の変化の様子を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態２による超音波アクチュエータの全体構成図である。
【図１１】実施形態２による内部電極構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
５  超音波アクチュエータ
１０  振動体
１０ａ  貫通穴
１０１  圧電部材
１０１Ａ  圧電ブロック
１０１ｈ  圧電セラミックス薄板（圧電薄板）
１０１ｎ１  第１内部電極層
１０１ｎ２  第２内部電極層
１０３  チップ部材
２０  ロータ（移動体）
２０ａ  溝
３１  リード線
３３  ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）
４０  固定部材
４０１  固定ピン
４０３  ネジ
４０５  接着剤
６０  加圧部
６０１  コイルばね
６０２  ローラ
６０３  ローラ回転軸
ａ１、ａ２、ａ３  Ａ相電極
ｂ１、ｂ２、ｂ３  Ｂ相電極
ｃ  ＧＮＤ電極（共通電極）
ｇＡ、ｇＢ、ｇＣ  外部電極
【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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