(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形面の長辺を二等分した二つの分極部に対応した、第一の平面電極と第二の平面電極を一方の面に有する圧電体と、矩形面の略全面に渡る基準電極を一方の面に有する圧電体を交互に積層してなる第一の圧電体と、
矩形面の長辺を二等分した二つの分極部に対応した、第一の平面電極と第二の平面電極を一方の面に有する圧電体と、矩形面の略全面に渡る基準電極を一方の面に有する圧電体を交互に積層してなる第二の圧電体と、
を積層して構成された振動体の、前記積層方向全体に渡って変位する伸縮振動モードと、前記積層方向と直交する方向全体に渡って変位する屈曲振動モードにより前記振動体と接する移動体を駆動する超音波モータであって、
前記第一の圧電体の第一の平面電極と基準電極との間と、前記第一の圧電体の第一の平面電極と重ならない位置にある前記第二の圧電体の第二の平面電極と基準電極との間に電圧を印加することで前記移動体を第一の方向へ駆動し、
前記第一の圧電体の第二の平面電極と基準電極との間と、前記第二の圧電体の第一の平面電極と基準電極との間に電圧を印加することで、前記移動体を第二の方向へ駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波モータの振動体において、前記第一の圧電体の第二の平面電極と前記基準電極間と、前記第二の圧電体の第一の平面電極と基準電極間には、前記第一の圧電体の第一の平面電極と基準電極間と、前記第二の圧電体の第二の平面電極と基準電極間に印加している電圧とは位相の異なる電圧を印加することを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
矩形面の長辺を二等分した二つの分極部に対応した第一の平面電極と第二の平面電極を一方の面に有する圧電体と、矩形面の略全面に渡る基準電極を一方の面に有する圧電体を交互に積層してなる第一の圧電体と、
矩形面の長辺を二等分した二つの分極部に対応した第一の平面電極と第二の平面電極を一方の面に有する圧電体と、矩形面の略全面に渡る基準電極を一方の面に有する圧電体を交互に積層してなる第二の圧電体と、
矩形面の略全面に渡る平面電極を一方の面に有する圧電体と、矩形面の略全面に渡る基準電極を一方の面に有する圧電体を交互に積層してなる第三の圧電体とを、
前記第三の圧電体が前記第一の圧電体と前記第二の圧電体の間に挟みこんで積層して構成された振動体の、前記積層方向全体に渡って変位する伸縮振動モードと、前記積層方向と直交する方向全体に渡って変位する屈曲振動モードにより前記振動体と接する移動体を駆動する超音波モータにおいて、
前記第三の圧電体における平面電極と基準電極との間に電圧を印加すると共に、前記第一の圧電体の第一の平面電極と基準電極との間と、前記第一の圧電体の第一の平面電極と重ならない位置にある前記第二の圧電体の第二の平面電極と基準電極との間に電圧を印加することで前記移動体を第一の方向へ駆動し、
前記第一の圧電体の第二の平面電極と基準電極との間と、前記第二の圧電体の第一の平面電極と基準電極との間に電圧を印加することで、前記移動体を第二の方向へ駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】
請求項３記載の超音波モータの振動体において、
第一の圧電体の第二の平面電極、及び第二の圧電体の第一の平面電極と両圧電体の基準電極間を第一組とし、第一の圧電体の第一の平面電極、及び第二の圧電体の第二の平面電極と両圧電体の基準電極間を第二組とし、第三の圧電体における平面電極と基準電極間を第三組とした際に、これら三組のうち、少なくとも二組を選択し、夫々の組に位相の異なる電圧を印加することで、前記移動体を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】
矩形面の長辺を三分割した三つの分極部に対応した第一の平面電極と第二の平面電極と第三の平面電極を一方の面に有する圧電体と、矩形面の略全面に渡る基準電極を一方の面に有する圧電体と、を交互に積層してなる第一の圧電体と、
矩形面の長辺を三分割した三つの分極部に対応した第一の平面電極と第二の平面電極と第三の平面電極を一方の面に有する圧電体と、矩形面の略全面に渡る基準電極を一方の面に有する圧電体を交互に積層してなる第二の圧電体とを、
積層して構成された振動体の、前記積層方向全体に渡って変位する伸縮振動モードと、  前記積層方向と直交する方向全体に渡って変位する屈曲振動モードにより前記振動体と接する移動体を駆動する超音波モータにおいて、
前記第一の圧電体の中央に位置する第二の平面電極と基準電極間、前記第二の圧電体の中央に位置する第二の平面電極と基準電極間に電圧を印加すると共に、前記第一の圧電体の第一の平面電極と基準電極間と、前記第一の圧電体の第一の平面電極と重ならない位置にある前記第二の圧電体の第三の平面電極と基準電極間、または前記第一の圧電体の第三の平面電極と基準電極間と、前記第二の圧電体の第一の平面電極と基準電極間に電圧を印加することで、前記移動体を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項６】
請求項５記載の超音波モータの振動体において、
第一の圧電体の第三の平面電極、及び第二の圧電体の第一の平面電極と両圧電体の基準電極間を第一組とし、第一の圧電体の第一の平面電極、及び第二の圧電体の第三の平面電極と両圧電体の基準電極間を第二組とし、第一の圧電体の第二の平面電極、及び第二の圧電体の第二の平面電極と各圧電体の基準電極間を第三組とした際に、これら三組のうち、少なくとも二組を選択し、夫々の組に位相の異なる電圧を印加することで、前記移動体を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】
請求項5記載の超音波モータの振動体において、
前記第一の圧電体における第一の平面電極が位置する分極部の分極方向は、第二の平面電極が位置する分極部、並びに第三の平面電極が位置する分極部の分極方向とは異なり、
前記第二の圧電体における第三の平面電極が位置する分極部の分極方向は、第一の平面電極が位置する分極部、並びに第二の平面電極が位置する分極部の分極方向とは異なり、
前記第一の圧電体の第一の平面電極が位置する分極部の分極方向は、前記第二の圧電体の第三の平面電極が位置する分極方向と同じであり、
全ての平面電極と基準電極の間に電圧を印加することで、前記移動体を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項８】
請求項3記載の超音波モータの振動体において、
前記第一の圧電体の第一の平面電極が位置する分極部の分極方向と第二の平面電極が位置する分極部の分極方向は異なると共に、
前記第二の圧電体の第一の平面電極が位置する分極部の分極方向と第二の平面電極が位置する分極部の分極方向は異なり、
前記第一の圧電体の第一の平面電極が位置する分極部の分極方向と第二の圧電体の第二の平面電極が位置する分極方向は同じであり、
全ての平面電極と基準電極の間に電圧を印加することで、前記移動体を駆動することを特徴とする超音波モータ。
【請求項９】
請求項１から８のうちのいずれかに記載の超音波モータを備えたことを特徴とする超音波モータ付き電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分極方向と平行な縦方向へ圧電振動子を一体に積層した超音波モータに係わり、特に圧電振動子の縦方向の振動を用いた超音波モータおよび超音波モータ付電子機器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、マイクロモータの分野において、圧電振動子の振動を利用する超音波モータが注目されている。
特に、矩形状の圧電振動子の伸縮振動と屈曲振動（２重モード振動子）を用いた超音波モータは、この２つの振動の合成振動により対象物を直線運動、回転運動等させることから、各種用途に用いられている。また、高出力を必要とする用途には、圧電体を積層したタイプも用いられている（特開平７−１８４３８２号公報参照）。
【０００３】
図１６は、矩形板状の圧電体を積層させたタイプの超音波モータを示すものである。
即ち、本超音波モータの基本振動子は、２重モード振動するため所定の分極処理され、分極方向へ積層された圧電体６１，６２，６３，６４，６５，６６と、圧電体６１…６６の分極方向に対して垂直方向の縁部６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａに設けられた出力取出部材７１，７２，７３，７４，７５，７６と、圧電体６１…６６の両面に設けた電極（図示省略）からなり、圧電体６１…６６を縦方向に３段、横方向に２列並べ、これら６個の圧電振動子を結合手段６７，６８，６９で保持したものである。
【０００４】
そして、各々の圧電体６１…６６は、電極より電圧を印加されて２重モード振動し、この合成振動を各出力取出部材７１…７６に伝達し、出力取出部材７１…７６に当接されている対象物を移動させる。
この態様では、複数の圧電体６１…６６から出力を取り出すので、高出力を得ようというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記超音波モータによれば、各圧電体６１…６６の一部を上記結合手段６７…６９で固定しているにすぎないため、各圧電体６１…６６間に振動方向のバラツキを生じる。また、各圧電体６１…６６の固定部の振動は抑制されるため、振動のロスとなり、出力を有効に取り出せないという技術的課題が存在する。
【０００６】
また、各圧電体６１…６６の固定に別部材としての上記結合手段６７…６９を用いると、モータ全体構成の大型化、複雑化につながり好ましくなく、また、製造工程は、結合手段６７…６９を取付ける工程を加えるため、複雑になる。
一方、圧電体を分極方向へ一体に積層して、圧電横効果のみにより出力を取り出す場合、上記問題点は解決されるものの、圧電横効果は電気−機械結合係数が小さいため、高出力が得られないという技術的課題を有する。
【０００７】
そこで、本発明は以上の技術的課題を解決するためなされたものであって、その目的は、振動のロスの防止、装置構成の小型化、製造工程の簡略化を図ると共に、電気エネルギーの高効率な利用を図る超音波モータ、および超音波モータ付電子機器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、以上の課題を解決する手段は、異なる電極形状を有する複数の圧電体を積層して構成された振動体の、前記積層方向の伸縮振動と、前記積層方向と直交する方向に変位する屈曲振動により前記振動体と接する移動体を駆動することを特徴とする超音波モータにおいて、前記圧電体に設けられた複数の電極を二つの組に分け、一方の組に属する電極もしくは他方の組に属する電極の何れかに同位相の電圧を印加することで、前記移動体を駆動することを特徴とする。
【０００９】
また、異なる電極形状を有する複数の圧電体を積層して構成された振動体の、前記積層方向の伸縮振動と、前記積層方向と直交する方向に変位する屈曲振動により前記振動体と接する移動体を駆動することを特徴とする超音波モータにおいて、前記圧電体に設けられた複数の電極を三つの組に分け、一方の組に属する電極もしくは他方の組に属する電極の何れかに同位相の電圧を印加することで、前記移動体を駆動することを特徴とする。
【００１０】
また、異なる電極形状を有する複数の圧電体を積層して構成された振動体の、前記積層方向の伸縮振動と、前記積層方向と直交する方向に変位する屈曲振動により前記振動体と接する移動体を駆動することを特徴とする超音波モータにおいて、前記移動体に第一の方向の駆動力を与える第一の振動体と、前記移動体に前記第一の方向とは異なる第二の方向の駆動力を与える第二の振動体とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、異なる電極形状を有する複数の圧電体を積層して構成された振動体の、前記積層方向の伸縮振動と、前記積層方向と直交する方向に変位する屈曲振動により前記振動体と接する移動体を駆動することを特徴とする超音波モータにおいて、第１分極部と第２分極部を有する第１圧電体と、前記第１圧電体に分極方向と平行な縦方向へ一体に積層されるとともに、第１分極部と第２分極部を有する第２圧電体と、から構成され、前記第１圧電体の第1分極部と重なる位置に前記第２圧電体の第２分極部が、前記第1圧電体の第２分極部と重なる位置に前記第２圧電体の第1分極部が重なり、前記第１圧電体の第１分極部と前記第２圧電体の第１分極部のそれぞれに同位相の電圧を印加することで、前記伸縮振動及び前記屈曲振動を励振することを特徴とする。
【００１２】
また、上記の超音波モータにおいて、前記第１圧電体の第２分極部と前記第２圧電体の第２分極部のそれぞれに、前記第１圧電体の第１分極部と前記第２圧電体の第１分極部に印加するのと位相の異なる電圧を印加することを特徴とする。
【００１３】
また、異なる電極形状を有する複数の圧電体を積層して構成された振動体の、前記積層方向の伸縮振動と、前記積層方向と直交する方向に変位する屈曲振動により前記振動体と接する移動体を駆動することを特徴とする超音波モータにおいて、第１分極部、第２分極部、第３分極部を有する第１圧電体と、前記第１圧電体に分極方向と平行な縦方向へ一体に積層されるとともに、第１分極部、第２分極部、第３分極部を有する第２圧電体と、から構成され、前記第１圧電体の第1分極部と重なる位置に前記第２圧電体の第３分極部が、前記第１圧電体の第２分極部と重なる位置に前記第２圧電体の第２分極部が、前記第1圧電体の第３分極部と重なる位置に前記第２圧電体の第1分極部が、それぞれ重なり、前記第１圧電体の第１分極部と前記第２圧電体の第１分極部のそれぞれに同位相の電圧を印加することで、前記伸縮振動及び前記屈曲振動を励振することを特徴とする。
【００１４】
また、上記の超音波モータにおいて、前記第１圧電体の第３分極部と前記第２圧電体の第３分極部のそれぞれに、前記第１圧電体の第１分極部と前記第２圧電体の第１分極部に印加するのと位相の異なる電圧を印加することを特徴とする。
【００１５】
また、上記に記載の超音波モータを超音波モータ付き電子機器に備えたことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、上記超音波モータを駆動源とする超音波モータ付電子機器が実現される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１５を参照して本発明を適用した実施の形態を詳細に説明する。
｛実施の形態１｝
図１は、本発明を超音波モータに適用した実施の形態１を示すものであり、同図（ａ）は断面構造を、同図（ｂ）は平面構造を示す。
【００１８】
本実施の形態は、図１に示すように、振動体１０と、振動体１０の積層方向の縁部に設けられた出力取出部材３１と、出力取出部材３１に当接される移動体５０と、振動体１０を支持し、移動体５０と出力取出部材３１とを加圧する加圧機構４１，４２から構成されている。
移動体５０は、回転軸受けを有する回転体５１と、回転体５１を貫通する回転軸５２と、回転軸５２の基端を固定した固定部材５３から構成されている。
【００１９】
出力取出部材３１は、直方形状であり、剛性を有する材料からなる。そして、振動体１０の振動を回転体５１に伝達すると共に、振動の変位を拡大する。
加圧機構４１，４２は、振動体１０に対向して設けられた固定部材４２、振動体１０を移動体５０へ加圧する加圧部材４１とからなる。
振動体１０は、圧電体１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅおよび圧電体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅを交互に一体的に積層した構造であり、例えば、圧電体１１Ａと圧電体１２Ａ、圧電体１１Ｂと圧電体１２Ｂで対となる関係にある。
【００２０】
また、圧電体１１Ａ…１１Ｅの一方の端面には分極処理に対応した部位に平面電極２１を、圧電体１２Ａ…１２Ｅの圧電体１１Ａ…１１Ｅの平面電極２１の対向する面に対極として基準電極２２を固定している。
図２は、振動体１０の基本構造に係わる圧電体１１Ａ…１１Ｅ，圧電体１２Ａ…１２Ｅの平面構造および平面電極２１，２２のパターンを示す。
【００２１】
本発明の第１の圧電体としての圧電体１１Ａは圧電体１１Ｂ，１１Ｃと同一であり、本発明の第２の圧電体としての圧電体１１Ｄは圧電体１１Ｅと同一であり、また、圧電体１２Ａは圧電体１２Ｂ…１２Ｅと同一である。代表として圧電体１１Ａ，１１Ｄ、およびこれに対となる圧電体１２Ａ，１２Ｄについて説明する。
【００２２】
圧電体１１Ａ，１１Ｄ、圧電体１２Ａ，１２Ｄは、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、矩形板状であり、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電体材料を用いている。また、圧電体１１Ａ，１１Ｄの縦横比は所定の共振周波数を設定するように加工されている。
また、圧電体１１Ａ，１１Ｄは、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、矩形面の長辺を２等分して、２つの部分１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに分割し、それぞれの分極部１１ａ…１１ｄに対応して平面電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを固定する。
【００２３】
また、圧電体１１Ａに固定した一方の平面電極２１ａの一部は、圧電体１１Ａの矩形面の一方の長縁で後述する側面電極と接続され、他方の平面電極２１ｂの一部は、矩形面の他方の長縁で側面電極と接続される。また、圧電体１１Ｄに固定した平面電極２１ｄの一部は、矩形面の一方の長縁で接続され、平面電極２１ｃの一部は、矩形面の他方の長縁で接続されている。
また、圧電体１２Ａ，１２Ｄは、同図（ｂ）に示すように、電極２１ａ，２１ｂ、平面電極２１ｃ，２１ｄの基準として矩形面の略全面に基準電極２２ａ，２２ｂを固定するとともに、基準電極２２ａ，２２ｂの一部は矩形面の他方の長縁で側面電極と接続されている。
一体に積層された振動体１０は電極２２を基準として図に示すように電極２１をプラスとして抗電界以上の電圧が印加され、分極処理がされている。
【００２４】
図３は、振動体１０の積層面に沿って設けた側面電極３２，３３，３４，３５，３６のパターンを示す。
側面電極３２…３４は、同図（ａ）に示すように、振動体１０の長縁に対応する一方の側面に設けられ、側面電極３５，３６は、同図（ｂ）に示すように、他方の側面に設けている。
【００２５】
ここで、側面電極３２は圧電体１１Ａ…１１Ｃの平板電極２１ｂに接続され、側面電極３３は圧電体１２Ａ…１２Ｅの基準電極２２ａ，２２ｂに接続され、側面電極３４は圧電体１１Ｄ…１１Ｅの平板電極２１ｃに接続される一方、側面電極３５は圧電体１１Ａ…１１Ｃの平板電極２１ａに接続され、側面電極３６は圧電体１１Ｄ，１１Ｅの平板電極２１ｄに接続されている。
【００２６】
次に、図２〜図４に基づいて本超音波モータの第１の使用方法について説明する。
先ず、回転体５１を正回転させるため、図３（ａ）に示すように、各側面電極３２，３３，３４に電圧を印加すると、図２に示すように、それぞれ圧電体１１Ａ…１１Ｃの平面電極２１ｂ、圧電体１２Ａ…１２Ｅの基準電極２２ａ，２２ｂ、圧電体１１Ｄ，１１Ｅの平面電極２１ｃに同位相の電圧が印加される。
【００２７】
電圧を印加された第１の分極部としての圧電体１１Ａ…１１Ｃの分極部１１ｂおよび圧電体１１Ｄ，１１Ｅの分極部１１ｃは、それぞれ電圧の印加方向に対して平行方向に伸縮する。（以下圧電縦効果という）
図４は、振動体１０の振動状態を示す。
振動体１０は、圧電縦効果により、圧電体１１Ａ…１１Ｃの分極部１１ｂおよび圧電体１１Ｄ，１１Ｅの分極部１１ｃが縦方向に伸縮し、全体として、同図に示すような、屈曲振動Ａを生じると共に伸縮運動Ｂを生じる。
【００２８】
ここで、圧電縦効果は圧電横効果に比べて電気−機械結合係数が大きいので、圧電縦効果を利用することにより、全体のエネルギー効率を向上させる。
また、圧電振動子１１Ａ…１１Ｅを固定手段を用いることなく一体に積層することで、各振動子の振動を抑制することもなく、振動方向も一定に保たれる。
次に、出力取出部材３１は、この屈曲振動Ａおよび伸縮振動Ｂより合成された楕円振動Ｃを伝達するとともに、この楕円振動Ｃを拡大する。
【００２９】
出力取出部材３１に当接した回転体５１は、一定方向の摩擦力を周期的に受けて、正方向へ回転する。
一方、回転体５１を逆回転させるためには、図３に示す各側面電極３３，３５，３６に電圧を印加すると、図２に示すように、それぞれ圧電体１１Ａ…１１Ｃの平面電極２１ａ、圧電体１２Ａ…１２Ｅの基準電極２２ａ，２２ｂ、圧電体１１Ｄ，１１Ｅの平面電極２１ｄに同位相の電圧が印加される。
【００３０】
このとき、本発明の第２の分極部としての分極部１１ａおよび分極部１１ｄは励して、振動体１０に伸縮振動Ｂおよび前述の屈曲振動Ａと１８０゜位相の異なる屈曲振動が生じる。
そして、出力取出部材３１の先端には楕円振動Ｃと逆回転の楕円振動を生じ、回転体５１は逆方向の摩擦力を受けて、逆方向へ回転する。
【００３１】
さらに、第２の使用方法について説明する。
即ち、図３に示す側面電極３２，３４に同一位相の電圧、側面電極３５，３６に側面電極３２，３４と異なる同一の位相の電圧を印加する。
このとき、例えば、圧電体１１Ａ…１１Ｃの分極部２１ｂと圧電体１１Ｄ，１１Ｅの分極部１１ｃが縦方向へ収縮したとき、圧電体１１Ａ…１１Ｃの分極部１１ａと圧電体１１Ｄ，１１Ｅの分極部１１ｄが縦方向へ伸長することになる。
【００３２】
以下、屈曲振動と伸縮振動は合成され、出力取出部材３１は変形の楕円振動を生じる。
なお、側面電極３２，３４と側面電極３５，３６に加える位相差は適宜変更してもよい。
以上より、本実施の形態によれば、各圧電体１１Ａ…１１Ｅの分極部２１ａ…２１ｄは、各々縦方向へ励振し、それぞれの縦方向の振動の重ね合わせより伸縮振動を生じるようにしたので、大きな励振力を利用することで電気エネルギーの高効率な利用が図られる。
【００３３】
また、圧電体１１Ａ…１１Ｅを固定手段を用いることなく一体に積層することで、振動を抑制することなく、振動方向を一定に保つようにしたので、各圧電体１１Ａ…１１Ｅの振動のロス、振動方向のばらつきを防止し、装置構成を簡略化する。
また、分極部１１ｂ，１１ｃと、分極部１１ａ，１１ｄを励振させる位相を変えることによりことにより、正逆両方向への駆動力を得る。
【００３４】
｛実施の形態２｝
図５、図６は、本発明を超音波モータに適用した実施の形態２を示し、図５は振動体１０の基本の積層構造を示し、図６は側面電極の配置を示す。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、各圧電体１１Ａ，１１Ｂ、およびこれに対となる圧電体１２Ａ，１２Ｃは、実施の形態１と略同様の構成であり、説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態の特徴は、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、一対の圧電体１１Ａ，１１Ｂの間に、矩形面の略全面を平面電極２３ａを固定した第３の圧電体としての圧電体１３Ａおよび対となる圧電体１２Ｂを挿入した点にある。この圧電体１３Ａは、平面電極２３ａに対応して分極処理を施し、また、圧電体１２Ｂには、対極として基準電極２２ｂを固定している。
【００３６】
同図６（ａ）に示すように、側面電極３２は圧電体１１Ａの正面右側の平面電極２１ｂに接続され、側面電極３３は圧電体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの基準電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続され、側面電極３４は圧電体１１Ｂの正面左側の平面電極２１ｃに接続される。
また、同図６（ｂ）に示すように、側面電極３５は圧電体１１Ａの正面左側の平面電極１１ａに接続され、側面電極３６は圧電体１１Ｂの正面右側の平面電極２１ｄに接続され、側面電極３７は圧電体１３Ａの平面電極２３ａに接続されている。
【００３７】
次に、図５、６に基づいて、本実施の形態の第１の使用方法について説明する。
先ず、回転体５１を正回転させる場合、図６に示すように、側面電極３２，３３，３４，３７に電圧を印加すると、図５に示すように、それぞれ圧電振動子１１Ａの正面右側の平面電極２１ｂ、圧電体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの基準電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、圧電体１１Ｂの正面左側の平面電極２１ｃ、圧電体１３Ａの平面電極２３ａに同一位相の電圧が印加される。
【００３８】
このとき、第１の分極部としての圧電体１１Ａの正面右側の分極部１１ｂと圧電体１１Ｂの正面左側の分極部１１ｃの励振により、振動体１０に伸縮振動および屈曲振動が生じる。
また、圧電体１３Ａは、同一位相で伸縮振動し、振動体１０の伸縮運動を拡大させる。
【００３９】
そして、出力取出部材３１は楕円振動を行い、回転体５１は摩擦力を受けて、正回転する。
また、回転体５１を逆回転させる場合、図６に示すように、側面電極３３，３５，３６，３７に電圧を印加すると、図５に示すように、それぞれ圧電体１１Ａの正面左側の平面電極２１ａ、圧電体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの基準電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、圧電体１１Ｂの正面右側の平面電極２１ｄ、圧電体１３Ａの平面電極２３ａに同一位相の電圧が印加される。
【００４０】
第２の分極部としての圧電体１１Ａの正面左側の分極部１１ａ、圧電体１１Ｂの正面右側の分極部２１ｄ、および圧電体１３Ａの略全面が励振し、振動体１０に伸縮振動および屈曲振動が生じ、出力取出部材３１は逆方向へ楕円振動し、回転体５１を逆方向へ回転させる。
一方、本実施の形態の第２の使用方法は、側面電極３２，３４、側面電極３５，３６、側面電極３７の３組のうち、少なくとも２組を選択し、それぞれの組に位相の異なる電圧を印加する。
【００４１】
例えば、側面電極３２，３４と側面電極３７の２組を選択した場合、出力取出部材３１は、前記第１の使用方法の楕円振動に対して、異なる形態の楕円振動を行う。
さらに、それぞれの組に異なる電圧を印加して、出力取出部材３１の描く楕円振動を多種の形態にしてもよい。
【００４２】
以上より、本実施の形態によれば、圧電体１３Ａにより伸縮運動を拡大させるようにしたので、高出力の超音波モータが得られる。
｛実施の形態３｝
図７、図８は、本発明を超音波モータに適用した実施の形態３を示し、図７は、基本の積層構造を、図８は側面電極の配置を示す。
【００４３】
図７（ｂ）、（ｄ）に示すように、圧電体１４Ａ，１４Ｂの対になる圧電体１２Ａ，１２Ｂは、実施の形態１と略同様の構成であり、説明を省略する。
本実施の形態の特徴は、図７（ａ）、（ｃ）に示すように、第１および第２の圧電振動子としての圧電振動子１４Ａ，１４Ｂの矩形面を３分割し、各々の分割面１４ａ…１４ｃ，１４ｄ…１４ｆに対応して平面電極２４ａ…２４ｃ，２４ｄ…２４ｆを固定した点にある。そして、各々の分割面１４ａ…１４ｃ，１４ｄ…１４ｆに対して図中表側をプラスとし裏側をマイナスとして、抗電界以上の電圧を平面電極２１ａ…２１ｄに印加して分極処理を施している。
【００４４】
また、圧電振動子１４Ａに固定した一方の平面電極２４ａの一部は、圧電体１４Ａの矩形面の一方の長縁で接続され、平面電極２４ｂ，２４ｃの一部は、矩形面の他方の長縁で接続される。また、圧電体１４Ｂに固定した平面電極２４ｅの一部は矩形面の一方の長縁で接続され、平面電極２４ｄ，２４ｆの一部は、矩形面の他方の長縁で接続される。
【００４５】
図８（ａ）に示す側面電極３２は、圧電体１４Ａの正面右側の平板電極２４ｂに接続され、側面電極３４は圧電体１４Ｂの正面左側の平板電極２４ｄに接続され、側面電極３７は圧電体１４Ａ，１４Ｂの正面真中の平面電極２４ｃ，２４ｆに接続される。
また、図８（ｂ）に示す側面電極３５は圧電体１４Ａの正面左側の平板電極２４ａに接続され、側面電極３６は圧電体１４ｂの正面右側の平板電極２４ｅに接続され、側面電極３３は圧電体１２Ａ，１２Ｂの基準電極２２ａ，２２ｂに接続されている。
【００４６】
次に、図７、８に基づいて、本実施の形態の第１の使用方法について説明する。
先ず、回転体５１を正回転させる場合、図８に示すように、側面電極３３を基準として３２，３４，３７に電圧を印加すると、図７に示すように、それぞれ圧電体１４Ａの正面右側の平面電極２４ｂ、真中の平面電極２４ｃ、圧電体１４Ｂの正面左側の平面電極２４ｄ、真中の平面電極２４ｆ、圧電体１２Ａ，１２Ｂの基準電極２２ａ，２２ｂに同一位相の電圧が印加される。
【００４７】
このとき、第１の分極部としての圧電体１４Ａの正面右側の分極部１４ｂと圧電体１４Ｂの正面左側の分極部１４ｄの励振により、振動体１０に伸縮運動および屈曲振動が生じる。
また、第３の分極部としての圧電体１４Ａの真中の分極部１４ｃおよび圧電体１４Ｂの真中の分極部１４ｆは、縦方向へ伸縮振動し、振動体１０の伸縮運動を拡大させる。
【００４８】
そして、出力取出部材３１は楕円振動を行い、回転体５１は摩擦力を受けて、正回転する。
また、回転体５１を逆回転させる場合、図８に示すように、側面電極３３を基準として３５，３６，３７に電圧を印加すると、図７に示すように、圧電体１４Ａの正面左側の平面電極２４ａ、真中の平面電極２４ｃ、圧電体１４Ｂの正面右側の平面電極２４ｅ、真中の平面電極２４ｆ、圧電体１２Ａ，１２Ｂの基準電極２２ａ，２２ｂ，に同一位相の電圧が印加される。
【００４９】
第２の分極部としての圧電体１４Ａの正面左側の分極部１４ａ、第３の分極部としての真中の分極部１４ｃ、第２の分極部としての圧電体１４Ｂの正面右側の分極部２４ｅ、第３の分極部としての真中の分極部２４ｆが励振する。振動体１０に伸縮振動および屈曲振動が生じ、出力取出部材３１は逆方向へ楕円振動し、回転体５１を逆方向へ回転させる。
【００５０】
また、本実施の形態の第２の使用方法としては、側面電極３２，３４、側面電極３５，３６、側面電極３７の３組のうち、少なくとも２組を選択し、それぞれの組に位相の異なる電圧を印加する。
例えば、側面電極３２，３４と側面電極３７の２組を選択した場合、出力取出部材３１は、前記第１の使用方法の楕円振動に対して、異なる楕円振動を行う。
【００５１】
さらに、それぞれの組に異なる電圧を印加して、出力取出部材３１の描く楕円振動を他の態様にしてもよい。
以上より、本実施の形態によれば、圧電体１４Ａの真中の分極部１４ｃおよび圧電体１４Ｂの真中の分極部１４ｆは、縦方向へ伸縮運動を拡大するようにしたので、高出力の超音波モータが得られる。
｛実施の形態４｝
図９、図１０は、本発明を超音波モータに適用した実施の形態４を示し、図９は、基本の積層構造を、図１０は側面電極の配置を示す。
【００５２】
図９（ｂ）、（ｄ）に示すように、圧電体１５Ａ，１５Ｂの対になる圧電体１２Ａ，１２Ｂは、実施の形態１と略同様の構成であり、説明を省略する。
本実施の形態の特徴は、図７（ａ）、（ｃ）に示すように、圧電体１５Ａ，１５Ｂの矩形面を３分割し、各々の分割面１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに対応して平面電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆを固定した点にある。そして、圧電体１５Ａの平面電極２５ｂ，２５ｃ、圧電体１５Ｂの平面電極２５ｄ，２５ｆに対して、図中表側をプラスとし裏側をマイナスとして分極処理を施し、圧電体１５Ａの平面電極２５ａ、圧電体１５Ｂの平面電極２５ｅに対して、図中表側をマイナスとし裏側をプラスとして分極処理を施している。
【００５３】
また、圧電体１５Ａに固定した一方の平面電極２５ａの一部は、圧電体１５Ａの矩形面の一方の長縁で接続され、平面電極２５ｂ，２５ｃの一部は、矩形面の他方の長縁で接続される。また、圧電体１５Ｂに固定した平面電極２５ｅの一部は矩形面の一方の長縁で接続され、平面電極２５ｄ，２５ｆの一部は、矩形面の他方の長縁で接続される。
【００５４】
図１０（ａ）に示す側面電極３２は、圧電体１５Ａの正面右側の平板電極２５ｂに接続され、側面電極３４は圧電体１５Ｂの正面左側の平板電極２５ｄに接続され、側面電極３７は圧電体１５Ａ，１５Ｂの正面真中の平面電極２５ｃ，２５ｆに接続される。
また、図１０（ｂ）に示す側面電極３５は圧電体１５Ａの正面左側の平板電極２５ａに接続され、側面電極３６は圧電体１４ｂの正面右側の平板電極２５ｅに接続され、側面電極３３は圧電体１２Ａ，１２Ｂの基準電極２２ａ，２２ｂに接続されている。
【００５５】
次に、図９、１０に基づいて、本実施の形態の第１の使用方法について説明する。
先ず、回転体５１を正回転させる場合、側面電極３３を基準として図１０に示す全ての側面電極３２，３４，３５，３６，３７に電圧を印加すると、図９に示すように、それぞれ圧電体１５Ａの平面電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ、圧電体１５Ｂの平面電極２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ、圧電体１２Ａ，１２Ｂの基準電極２２ａ，２２ｂに同一位相の電圧が印加される。
【００５６】
このとき、第１の分極部としての圧電体１５Ａの正面右側の分極部１５ｂと圧電体１５Ｂの正面左側の分極部１５ｄが縦方向に伸長したとき、第２の分極部としての圧電体１５Ａの正面左側の分極部１５ａと圧電体１５Ｂの正面右側の分極部１５ｄが縦方向に収縮し、振動体１０の屈曲振動を拡大させる。
また、第３の分極部としての圧電体１５Ａの真中の分極部１５ｃおよび圧電体１４Ｂの真中の分極部１５ｆは、縦方向へ同一位相で伸縮振動し、振動体１０の伸縮運動を拡大させる。
【００５７】
そして、出力取出部材３１は拡大した楕円振動を行い、回転体５１はさらに大きな摩擦力を受けて、高速で正回転する。
以上より、本実施の形態によれば、圧電体１５Ａ，１５Ｂの分極処理に工夫を施し、振動体１０の伸縮運動および屈曲振動をともに拡大し、出力取出部材３１は拡大した楕円振動を行うようにしたので、回転体５１はさらに高速で回転し、高出力の超音波モータが得られる。
｛実施の形態５｝
図１１、図１２は、本発明を超音波モータに適用した実施の形態５を示し、図１１は、基本の積層構造を、図１２は側面電極の配置を示す。
【００５８】
本実施の形態は、実施の形態２と略同様の構成であり、図１１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｆ）に示すように、圧電体１３Ａ，圧電体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃについては説明を省略する。
本実施の形態の特徴は、図１１（ａ）、（ｅ）に示すように、第１および第２の圧電体としての圧電体１６Ａ，１６Ｂの矩形面の長辺を２等分して、各々の分割面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに対応して平面電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを固定した点にある。そして、圧電体１６Ａの平面電極２６ｂ、圧電体１６Ｂの平面電極２６ｃに対して、図中表側をプラスとし裏側をマイナスとして分極処理を施し、圧電体１６Ａの平面電極２６ａ、圧電体１６Ｂの平面電極２６ｄに対して、図中表側をマイナスとし裏側をプラスとして分極処理を施している。
【００５９】
また、圧電体１６Ａに固定した一方の平面電極２６ａの一部は、圧電体１６Ａの矩形面の一方の長縁で後述する側面電極と接続され、他方の平面電極２６ｂの一部は、矩形面の他方の長縁で側面電極と接続される。また、圧電体１６Ｂに固定した平面電極２６ｄの一部は、矩形面の一方の長縁で接続され、平面電極２６ｃの一部は、矩形面の他方の長縁で接続されている。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、側面電極３２は圧電振動子１６Ａの正面右側の平面電極２６ｂに接続され、側面電極３３は圧電体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの基準電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続され、側面電極３４は圧電体１６Ｂの正面左側の平面電極２６ｃに接続される。
また、同図６（ｂ）に示すように、側面電極３５は圧電体１６Ａの正面左側の平面電極２６ａに接続され、側面電極３６は圧電体１６Ｂの正面右側の平面電極２６ｄに接続され、側面電極３７は圧電体１３Ａの平面電極２３ａに接続されている。
【００６１】
次に、図１１、１２に基づいて、本実施の形態の使用方法について説明する。
先ず、回転体５１を正回転させる場合、図１２に示すように、全ての側面電極３２，３３，３４，３５，３６，３７に電圧を印加し、図１１に示すように、それぞれ圧電体１６Ａの平面電極２６ａ、２６ｂ、圧電体１６Ｂの平面電極２６ｃ，２６ｄ、圧電体１３Ａの平面電極２３ａ、圧電体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの基準電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃに同一位相の電圧を印加させる。
【００６２】
このとき、例えば、第１の分極部としての圧電体１６Ａの正面右側の分極部１６ｂと圧電体１６Ｂの正面左側の分極部１６ｃが縦方向に伸長したとき、第２の分極部としての圧電体１６Ａの正面左側の分極部１６ａと圧電体１６Ｂの正面右側の分極部１６ｄが縦方向に収縮し、振動体１０に屈曲振動を拡大させる。
また、第３の圧電体としての圧電体１３Ａは、縦方向へ同一位相で伸縮振動し、振動体１０の伸縮運動を拡大させる。
【００６３】
そして、出力取出部材３１は拡大した楕円振動を行い、回転体５１はさらに大きな摩擦力を受けて、高速で正回転する。
以上より、本実施の形態によれば、圧電体１６Ａの正面左側の分極部１６ａと圧電体１６Ｂの正面右側の分極部１６ｄにより屈曲振動を拡大させ、また、圧電体１３Ａにより振動体１０の伸縮運動を拡大させるようにしたので、振動体１０の伸縮運動および屈曲振動はともに拡大し、回転体５１はさらに高速で回転し、高出力が得られる。
｛実施の形態６｝
図１３は本発明を超音波モータに適用した実施の形態６の側面構造を示す。
【００６４】
本実施の形態は、実施の形態１と略同様の構成であるが、振動体１０を固定するとともに、一対の出力取出部材３８，３９を積層方向に対して垂直方向の縁部に固定し、出力取出部材３８，３９を移動体５４に当接させた点に特徴を有する。
これによれば、屈曲振動と伸縮振動を合成した楕円振動は振動体１０の横方向でも生じるので、出力取出部材３８，３９に当接される移動体５４は、上述したような圧電振動子の使用方法によって、右方向または左方向へ直線運動する。
｛実施の形態７｝
図１４は本発明を超音波モータに適用した実施の形態７の構造を示す。
【００６５】
本実施の形態は、図中Ｚ点を中心とする球状ロータ５５に対して９０゜開いた状態で、２つの振動体１０Ａ、１０Ｂを配置し、各々の出力取出部材３１Ａ，３１Ｂを球状ロータ５５に当接させた点に特徴を有する。
ここで、振動体１０Ａおよび振動体１０Ｂは、例えば、実施の形態２と同様の積層構造および電極配置を有し、電圧を印加する電極の選択により、伸縮振動のみ、屈曲振動のみ、または前者を合成した楕円振動を生じる。
【００６６】
次に、図１４に基づいて、本実施の形態の使用方法について説明する。
先ず、球状ロータ５５を３軸方向へ運動させる場合、振動体１０Ａおよび振動体１０Ｂともに、振動させればよい。
このとき、出力取出部材３１Ａ，３１Ｂは各々楕円振動し、出力取出部材３１Ａは球状ロータ５５のＺ軸に対する回転方向へ摩擦力を加え、出力取出部材３１Ｂは球状ロータ５５のＸ軸に対する回転方向へ摩擦力を加え、球状ロータ５５はＸ軸およびＺ軸回りの回転を同時に行い、３軸運動が実現される。
【００６７】
一方、球状ロータ５５を一方向へ回転させる場合、振動体１０Ａに合成振動を生じさせ、振動体１０Ｂに伸縮振動のみを生じさせればよい。
このとき、出力取出部材３１Ａは、球状ロータ５５にＺ軸の回転方向へ摩擦力を加え、出力取出部材３１Ｂは、伸縮して球状ロータ５５の中心方向へ力を加えるのみなので、球状ロータ５５のＺ軸を中心とした回転を妨げない。
【００６８】
以上より、本実施の形態によれば、２つの振動体１０Ａ、１０Ｂを用いることにより、球状ロータ５５の一方向への回転運動、および３軸方向の運動が実現される。
｛実施の形態８｝
図１５は本発明に係わる超音波モータを電子機器に適用した実施の形態８のブロック図を示す。
【００６９】
本電子機器は、前述の振動体１０と、振動体１０により移動される移動体６１と、移動体６１と振動体１０に押圧力を加える加圧機構６２と、移動体６１と連動して可動する伝達機構６３と、伝達機構６３の動作に基づいて運動する出力機構６４を備えることにより実現する。
ここで、伝達機構６３には、例えば、歯車、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構６４には、例えば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構を、電子時計においては指針駆動機構、カレンダ駆動機構を、工作機械においては刃具送り機構、加工部材送り機構等を用いる。
【００７０】
本実施の形態に係わる超音波モータ付電子機器としては、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置などにおいて実現される。
また、移動体６１に出力軸を取り付け、出力軸からトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成にすれば、超音波モータ自体で駆動機構が実現される。
【００７１】
【発明の効果】
以上より、本発明によれば、第１の圧電体の分極部と第２の圧電体の分極部は、各々分極方向へ伸縮し、それぞれの縦方向の振動の重ね合わせより伸縮振動と曲げ振動を生じるようにしたので、圧電縦効果による縦方向の振動を利用することで出力が大きく電気エネルギーの高効率な利用が図られる。
【００７２】
また、圧電振動子を固定手段を用いることなく一体に積層することで、振動を抑制しないで、振動方向を一定に保つようにしたので、各圧電振動子の振動のロス、振動方向のばらつきを防止し、装置構成を簡略化する。また本発明によれば、異なる位相の屈曲振動を生じさせ、逆回転の楕円振動を取り出し、または、第２の分極部を異なる位相で第１の分極部と同時に励振させ屈曲振動を拡大させるよ
うにしたので、正逆両方向の駆動力が得られるとともに、屈曲振動の変位又は位相変化により出力が調整される。
【００７３】
また本発明によれば、伸縮振動を拡大するようにしたので、高出力の超音波モータが実現される。請求項４記載の発明によれば、伸縮振動を拡大するようにしたので、高出力の超音波モータが実現される。また本発明によれば、圧電振動子の横方向で移動体を移動する。
【００７４】
また本発明によれば、球状の移動体は任意の運動を行う。また本発明によれば、超音波モータを用いた電子機器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明を超音波モータに適用した実施の形態１の平面構造を示す説明図であり、（ｂ）は、断面構造を示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｃ）は図１に係わる圧電振動子の平面構造を示し、（ｂ）、（ｄ）は圧電体の構造を示す説明図である。
【図３】（ａ）は図１に係わる一方の側面電極の構造を示し、（ｂ）は図１に係わる他方の側面電極の構造を示す説明図である。
【図４】図１係わる振動体の振動状態を示す説明図である。
【図５】本発明を超音波モータに適用した実施の形態２を示し、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、圧電振動子の平面構造を示し、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、圧電体の平面構造を示す説明図である。
【図６】（ａ）は図５に係わる一方の側面電極の配置を示し、（ｂ）は他方の側面電極の配置を示す説明図である。
【図７】本発明を超音波モータに適用した実施の形態３を示し、（ａ）、（ｃ）は圧電振動子の平面構造を、（ｂ）、（ｄ）は圧電体の平面構造を示す説明図である。
【図８】（ａ）は図７に係わる一方の側面電極の配置を示し、（ｂ）は他方の側面電極の配置を示す説明図である。
【図９】本発明を超音波モータに適用した実施の形態４を示し、（ａ）、（ｃ）は圧電振動子の平面構造を、（ｂ）、（ｄ）は圧電体の平面構造を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は図９に係わる一方の側面電極の配置を示し、（ｂ）は他方の側面電極の配置を示す説明図である。
【図１１】本発明を超音波モータに適用した実施の形態５を示し、（ａ）、（ｃ）は圧電振動子の平面構造を、（ｂ）、（ｄ）は圧電体の平面構造を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は図１１に係わる一方の側面電極の配置を示し、（ｂ）は他方の側面電極の配置を示す説明図である。
【図１３】本発明を超音波モータに適用した実施の形態６の側面構造を示す説明図である。
【図１４】本発明を超音波モータに適用した実施の形態７の構造を示す説明図である。
【図１５】本発明を超音波モータに適用した実施の形態８のブロックを示す説明図である。
【図１６】従来技術に係わる超音波モータの斜視方向の構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    振動体
１１Ａ  圧電振動子（第１の圧電振動子）
１１Ｄ  圧電振動子（第２の圧電振動子）
１１ａ  分極部（第２の分極部）
１１ｂ  分極部（第１の分極部）
１１ｃ  分極部（第１の分極部）
１１ｄ  分極部（第２の分極部）
１２    圧電体
１３Ａ  圧電振動子（第３の圧電振動子）
１４Ａ  圧電振動子（第１の圧電振動子）
１４Ｂ  圧電振動子（第２の圧電振動子）
１４ａ  分極部（第２の分極部）
１４ｂ  分極部（第１の分極部）
１４ｃ  分極部（第３の分極部）
１４ｄ  分極部（第１の分極部）
１４ｅ  分極部（第２の分極部）
１４ｆ  分極部（第３の分極部）
１５Ａ  圧電振動子（第１の圧電振動子）
１５Ｂ  圧電振動子（第２の圧電振動子）
１５ａ  分極部（第２の分極部）
１５ｂ  分極部（第１の分極部）
１５ｃ  分極部（第３の分極部）
１５ｄ  分極部（第１の分極部）
１５ｅ  分極部（第２の分極部）
１５ｆ  分極部（第３の分極部）
１６Ａ  圧電振動子（第１の圧電振動子）
１６Ｂ  圧電振動子（第２の圧電振動子）
１６ａ  分極部（第２の分極部）
１６ｂ  分極部（第１の分極部）
１６ｃ  分極部（第１の分極部）
１６ｄ  分極部（第２の分極部）
３２〜３７  側面電極
５０  移動体
５１  回転体
【図１】
0003792864.tif 000002
【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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