超音波モータ及びそれを用いた電子機器、ステージ
【課題】 積層圧電素子を用いて、低電圧で駆動でき小型で高出力が得られる安価な超音波モータ及びそれを用いた電子機器、その製造方法の提供。
【解決手段】 複数の異なる電極１０，１１，１２，１３からなる電極群を複数有する同一の圧電シート９を面内方向に位置をずらして積層する工程と、前記積層された圧電シート９を前記電極群が含まれる様に切断する工程と、前記切断面において前記各圧電シート９の内部電極を短絡する外部電極１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈを設ける工程を有する積層圧電素子の製造方法とする。
【解決手段】 複数の異なる電極１０，１１，１２，１３からなる電極群を複数有する同一の圧電シート９を面内方向に位置をずらして積層する工程と、前記積層された圧電シート９を前記電極群が含まれる様に切断する工程と、前記切断面において前記各圧電シート９の内部電極を短絡する外部電極１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈを設ける工程を有する積層圧電素子の製造方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層圧電素子を用いた超音波モータ並びにそれを用いた電子機器及びステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性体の共振モードを利用した超音波モータは制御性に優れ、近年特に精密位置決め用アクチュエータとしても注目されている。特に、各種ステージ用のアクチュエータとしてはリニヤ型の超音波モータが要求される場合が多く、多くのタイプが提案され研究されている。その中でも、矩形板の縦（伸縮）振動と屈曲振動の合成振動を利用した超音波モータは様々なものが研究されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
これらの中でも、例えば特許文献１に示す様に、矩形状の圧電素子単板を厚み方向に分極処理すると共に４分割された電極を設け、対角と成る電極を組とし、一組の電極に駆動信号を印加することで圧電素子からなる振動体に縦振動と屈曲振動を励振し、これと接する移動体を駆動する原理のものは様々な用途に実用化も進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２９８０５４１号公報（第７−８頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の構造では振動体の駆動に極めて高い電圧を必要とし、大きな昇圧回路を必要とする為、駆動回路の大型化、複雑化を招き駆動回路の価格も高価なものになってしまった。そしてこの場合、小型な機器、特にバッテリーで駆動される用途への適用は難しかった。
【０００６】
また、振動体の構造としては圧電素子の厚みが薄いと十分な出力が得られないと共に、機械的強度も低く破損につながる恐れもあった。逆に厚みを厚くすると分極電圧が極めて高く、製造プロセスが複雑になる等の問題があった。そして、本構成では圧電素子の圧電横効果を用いているために大きな出力が得られなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明の第１の態様は、複数の圧電シートを積層して構成される積層圧電素子または前記積層圧電素子に設けられた接触部材と接する移動体を駆動する超音波モータであって、前記積層圧電素子は、少なくとも一つの層にある複数の電極が電気的に短絡されたことを特徴とする超音波モータにある。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様の超音波モータを備えた電子機器にある。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１の態様の超音波モータを備えたステージにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の電極を有する積層圧電素子を用いる為、プロセスが簡単であると共に大幅な工数の低減が出来、製造コストを大幅に下げることが出来ると共に小型な積層圧電素子も作製可能となる。
【００１１】
さらに、積層された圧電シートの内、少なくとも一つの圧電シートに設けられた電極を電気的に短絡して使用することにより、ＧＮＤとなる電極を確保できる為、複雑な電極、即ち複数の電極を有する積層圧電素子による超音波モータが実現できる。
【００１２】
さらに、電気的に短絡された電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、共通電極と第一の電極群もしくは第二の電極群の何れか一方に駆動信号を加えることにより、積層圧電素子に発生する二つの振動の位相を逆転できる為、移動体の移動方向を変えられる。
【００１３】
また、電気的に短絡された電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、共通電極と第一の電極群に加える駆動信号と共通電極と第二の電極群の間に加える駆動信号の位相を変えることにより、積層圧電素子に発生する二つの振動の位相を逆転できる為、移動体の移動方向を変えられる。
【００１４】
また、これらの積層圧電素子を用いたアクチュエータもしくは超音波モータを備えた電子機器またはステージは、その小型・薄型化、低消費電力化が可能となる。
【００１５】
以上のように、本発明によれば、簡単な製造プロセスで作製可能な積層圧電素子を振動体として用いるため低電圧で駆動でき、小型で高出力が得られると共に安価な超音波モータが実現できる。特に積層素子全体を一体的に焼結して作製することにより製品個々の特性ばらつきが小さく、信頼性が高く、内部損失が小さくて効率の高い超音波モータが得られる。そしてこれを用いた電子機器またはステージの小型、薄型化並びに低消費電力化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかわるリニヤ型超音波モータの構成例を示す図である。
【図２】本発明にかかわる積層圧電素子の振動モードを示す図である。
【図３】本発明にかかわる積層圧電素子の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかわる積層圧電素子の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３にかかわる積層圧電素子の製造方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかわる積層圧電素子の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２にかかわる積層圧電素子の製造方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２にかかわる積層圧電素子の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４にかかわる積層圧電素子の内部電極の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図１４】本発明にかかわる超音波モータを用いた電子機器を示したブロック図である。
【図１５】本発明の積層圧電素子の幅方向及び厚み方向の長さを変えた場合の縦振動、屈曲振動の固有周波数の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を図面を基に説明する。
【００１８】
図１は本発明の積層圧電素子１を振動体として用いたリニヤ型超音波モータの構成例を示したものである。矩形状の積層圧電素子1には突起２ａ，２ｂ並びに凹部を有する支持
部材３が設けられている。加圧部材４の軸部４ａは段部を有し、案内板５の案内穴５ａで、軸方向にのみ移動可能に案内されている。突起２ａ，２ｂの下には案内部材８ａ，８ｂに案内された移動体７が設けられ、支持部材３の凹部に係合する加圧部材４を加圧手段６で加圧することにより突起２ａ，２ｂと移動体7は接している。
【００１９】
ところで、積層圧電素子１は縦振動と屈曲振動を励振する。例えば図２に積層圧電素子１の長手方向に対する振動振幅の様子を示したものであり、図２（ａ）は縦振動の様子を図２（ｂ）は屈曲振動の様子を示したものである。縦振動、屈曲振動共に積層圧電素子１の中央部が振動の節となり、この位置に支持部材３が設けられている。また屈曲振動の腹の位置に突起２ａ，２ｂが設けられている。この縦振動と屈曲振動を同時に励振することにより突起２ａ，２ｂは積層振動子１の長手方向の変位と、これと直交する幅方向の変位からなる楕円運動を行い移動体７を駆動する。ところで、二つの振動モードはその次数に制限を与えられるものではなく、他のモードを用いても構わない。また、移動体７を固定し、振動体自体を駆動させても構わない。
（実施の形態１）
次に、具体的に本発明の実施の形態１にかかわる積層圧電素子１５の構成並びに製造方法の例を図を基に説明する。図３（ａ）に示した圧電材料から成る圧電シート９には個々の積層圧電素子１５の内部電極となる電極１０，１１，１２，１３を一組の電極群とし、この電極群が複数印刷等によって設けられている。電極１０,１１，１２，１３は略矩形
形状をしており、矩形形状の積層圧電素子１を長手方向及びこれと直交する幅方向に二分した四つの領域に配されている。
【００２０】
図３（ａ）では、個々の積層圧電素子１５に分割された際に、切断面に電極の一部が現れるように、電極１０，１１，１２，１３は、それぞれ電極の一部が張り出している形状となっている。
【００２１】
この圧電シート９を複数枚重ねた後で電極を有さない圧電素子を最後に重ねて積層し、仮燒結してバインダーを飛ばした後、個々の積層圧電素子１５にダイシング等によって分割され本焼成される。もちろん、本焼成後に個々の積層圧電素子１５に分割しても良い。
【００２２】
ところで、圧電シート９を積層する際に、図３（ｂ）に示すように、面内方向にΔ１だけ交互にずらしながら積層した後に、二点鎖線１４の部分を切断する。この切断面の一つを図４（ａ）に示したが電極１０、１１，１２，１３の張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'が切断面に現れる。
【００２３】
圧電シートをずらす際には、このように張り出し部１０ａ'と１０ｂ'とがそれぞれ重ならないように、両者間に間隔を持たせるようにする。またこの様に交互にΔｌずつ、ずらして積層された圧電シート９の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ及び１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂで挟まれた領域が切断された個々の積層圧電素子１５の駆動に寄与する。図４（ｂ）に示されるように、積層圧電素子１５を上から見た場合、この駆動に寄与する領域は斜線部１６で表される。つまり、斜線部１６で表された領域が、全ての圧電シートの電極が重なっている領域である。
【００２４】
図５（ａ），図５（ｂ）は積層圧電素子１５の側面に設けた外部電極を示したものである。電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ及び１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'は積層圧電素子１５の側面でそれぞれ外部電極１７ｂ，１７ｄ，１７ｆ，１７ｈ，１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇで短絡される。
【００２５】
ここで外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇをGNDとして外部電極１７ｂ，１７ｄ
，１７ｆ，１７ｈに高電圧を加えることで積層方向に分極処理がなされる。
【００２６】
ところで、電極を有さない圧電シート９'は無くても良いが、この様に最上面に電極を
有さない圧電シート９'を積層することで、最上面、最下面の圧電素子は駆動力を生じな
い為、振動のバランスがとれ、不要振動が発生しにくい。また、ここで積層圧電素子１５は金属等の弾性体と接合して振動体を構成しても構わない。
【００２７】
本積層圧電素子１５の駆動方法であるが、例えば次の二通りがある。外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇと外部電極１７ｂ，１７ｈの間に、もしくは外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇと外部電極１７ｄ，１７ｆの間に駆動信号を印加することで積層圧電素子9の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域の対角にある二つ
の領域が伸縮することで積層圧電素子１５に縦振動と屈曲振動が励振される。駆動信号を印加する領域を切り替えることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向
も変化する。別の方法としては外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇをGNDとして外
部電極１７ｂ，１７ｈと外部電極１７ｄ，１７ｆの間に位相の異なる駆動信号、例えば９０度もしくは−９０度異なる信号を印加することで積層圧電素子９に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体７の移動方向も逆となる。
【００２８】
ところで、本実施の形態に示した様に、積層圧電素子1は複数の電極を有する圧電シー
トを積層した後、積層方向に分割する工程を経て作られることで、個々の超音波モータの特性バラツキを極めて小さくすることが可能となる。以下にその理由を説明する。
【００２９】
図１５は積層圧電素子の長手方向の長さを２０ｍｍとし、幅を変えた場合の縦振動と屈曲振動の固有周波数の変化を示したグラフである。縦振動の固有周波数と屈曲振動の固有周波数が一致するように積層圧電素子の寸法は決定される。
【００３０】
グラフ中には積層圧電素子の厚みを種々変えた場合についても示してあるが縦振動、屈曲振動のいずれの場合も厚み方向の寸法変化に対する固有周波数の変化は極めて小さいことが分る。ところが幅方向の寸法の変化に対しては特に屈曲振動の固有周波数の変化が大きいことが分っている。従って、製造時には長手方向及び幅方向の寸法のばらつきを極めて小さくする必要があることが理解できる。ところが、圧電素子は焼成によって寸法が変化し、また変化の度合いも製造ロット等で変化してしまう。
【００３１】
ところが本実施の形態の様に幅方向、長手方向に分割する工程を入れることで厚み方向の寸法のばらつきに対して幅方向、長手方向の寸法のばらつきはきわめて小さく抑えることが可能となる。本焼成後に分割すれば焼成による寸法の変化の影響はなくなるし、本焼成前に分割する場合であっても例えば同一ロット内の素子の焼成による収縮率を確認し、それを考慮した寸法に分割した後で本焼成しても幅方向、長手方向には良い寸法制度を出すことが可能となるからである。
【００３２】
この様に積層圧電素子の縦振動、屈曲振動を利用した超音波モータであれば電極の形状、駆動方法によらず本製造方法は有効となる。また内部電極の短絡は積層圧電素子の側面での短絡によるものではなくスルーホール等を用いたものでも良い。
（実施の形態２）
次に、実施の形態１の変形例を図９，図１０，図１１を基に示す。
【００３３】
実施の形態１に示したものと、基本的な構成、製造方法は共通であるので相違点のみを述べ共通点の説明を省略する。図９に圧電シート９の積層の様子を示した。大きな違いは切断部であり二点鎖線２２の部分を切断する。この切断面の一つを図１０（ａ）に示したが電極１０，１１，１２，１３の張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'並びに各電極の長手方向の端部が切断面に現れる。またこの様に積層、切断された圧電シート９の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａと１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂで挟まれ、かつ切断時に残された領域が個々の積層圧電素子２３の駆動に寄与する。図１０（ｂ）に示されるように、積層圧電素子２３を上から見た場合、この駆動に寄与する領域は斜線部２４で表される。
【００３４】
図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ），図１１（ｄ）は、積層圧電素子２３の側面に設けた外部電極を示したものである。図１１（ａ），図１１（ｂ）は、積層圧電素子２３の長手方向の端部側面に設けた外部電極を示している。電極１０ａ，１３ａの張り出し部１０ａ'，１３ａ'及び電極１１ａ，１２ａの長手方向の端部は、図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ），図１１（ｄ）に示した様に、積層圧電素子２３の側面でそれぞれ外部電極２５ｅ，２５ｇ，２５ｃ，２５ｄで短絡される。また電極１０ｂ，１３ｂの長手方向の端部及び電極１１ｂ，１２ｂの張り出し部１１ｂ'，１２ｂ'は積層圧電素子２３の側面でそれぞれ外部電極２５ａ，２５ｂ，２５ｆ，２５ｈで短絡される。
【００３５】
ここで外部電極２５ａ，２５ｂ，２５ｆ，２５ｈをＧＮＤとして外部電極２５ｅ，２５ｇ，２５ｃ，２５ｄに高電圧を加えることで、積層方向に分極処理がなされる。
【００３６】
本積層圧電素子２３の駆動方法であるが、例えば次の二通りがある。外部電極２５ａ，２５ｈと外部電極２５ｅ，２５ｄの間に、もしくは外部電極２５ｂ，２５ｆと外部電極２５ｇ，２５ｃの間に駆動信号を印加することで積層圧電素子２３の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域の対角にある二つの領域が伸縮することで積層圧電素子２３に縦振動と屈曲振動が励振される。駆動信号を印加する領域を切り替えることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も変化する。別の方法としては、
外部電極２５ａ，２５ｈ，２５ｂ，２５ｆをＧＮＤとして外部電極２５ｅ，２５ｄと外部電極２５ｇ，２５ｃの間に位相の異なる駆動信号、例えば９０度もしくは−９０度異なる信号を印加することで積層圧電素子２３に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も逆となる。
【００３７】
ここでは、電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを短絡するそれぞれの外部電極の位置を大きく離すことによって製造時に電極の位置ずれが生じた際にも分極時や駆動時の高電圧印加に対してこれら外部電極間で絶縁が保たれ、高い信頼性が得られる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３を図６，図７，図８を基に説明する。
【００３８】
実施の形態１と基本的な電極構成、製造方法は共通であるので、相違点のみを述べ共通点の説明を省略する。違いは積層方法と切断部である。実施の形態１，２においては、二枚の圧電素子シートを交互に位置をずらしながら積層したが、本実施の形態においては、図６に圧電シートに積層の様子を示すように、それぞれΔ１だけ位置をずらした三枚の圧電シートの組を積層していくことを特徴とする。そして切断部は二点鎖線１８の部分とする。この切断面の一つを図７（ａ）に示すが、電極１０，１１，１２，１３の張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'が切断面に現れる。
【００３９】
また、この様に積層された圧電シート９の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａと１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂもしくは電極１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂと１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃで挟まれた領域が個々の積層圧電素子１９の駆動に寄与し、図７（ｂ），図７（ｃ）に示す様に、積層圧電素子１９を上から見た場合、この駆動に寄与する領域はそれぞれ斜線部２０ａ、２０ｂで表される。図８（ａ），図８（ｂ）は積層圧電素子１９の側面に設けた外部電極を示したものである。電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａの張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'は積層圧電素子２３の側面で電極２１ｃ，２１ｆ，２１ｉ，２１ｌにより、電極１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの張り出し部１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'は積層圧電素子２３の側面で外部電極２１ｂ，２１ｅ，２１ｈ，２１ｋにより、また電極１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃの張り出し部１０ｃ'，１１ｃ'，１２ｃ'，１３ｃ'は積層圧電素子２３の側面でそれぞれ外部電極２１ａ，２１ｄ，２１ｇ，２１ｊで短絡される。
【００４０】
ここで、外部電極２１ｂ，２１ｅ，２１ｈ，２１ｋをＧＮＤとして外部電極２１ｃ，２１ｆ，２１ｉ，２１ｌ，２１ａ，２１ｊに正方向の高電圧を、外部電極２１ｄ，２１ｇに負方向の高電圧を加えることにより分極処理を行う。この場合の駆動方法としては外部電極２１ｂ，２１ｅ，２１ｋ，２１ｈをＧＮＤとして外部電極２１ｃ，２１ｆ，２１ｌ，２１ｉに第一の駆動信号を印加することにより縦振動を励振する。また外部電極２１ａ，２１ｄ，２１ｊ，２１ｇに第二の駆動信号を印加することにより屈曲振動が励振され、二つの振動の合成変位により移動体7を駆動する。第一の駆動信号と第二の駆動信号の位相を
変えることにより縦振動と屈曲信号の位相が反転し、移動体7の移動方向も変わる。また
分極方向に付いても任意であり、分極方向に応じて駆動信号の位相を逆転すれば同じ振動が励振される。
（実施の形態４）
次に、実施の形態４を図１２，図１３を基に説明する。
【００４１】
実施の形態１と基本的な製造方法は共通であるので、相違点のみを述べ共通点の説明を省略する。違いは電極パターンと積層方法である。簡単に説明すると、二枚の圧電素子シートを交互に圧電シートの面内方向（ｘ、ｙ両方向）に位置をずらしながら積層し、個々の積層圧電素子３１の内部の電極は図１２（ａ）と図１２（ｂ）の場合になるようにする。この様に積層することで積層圧電素子３１の全ての側面に外部電極を設けることが出来るため、複雑な内部電極を短絡することが可能となる。
【００４２】
以下電極の構成について説明する。積層圧電素子３１の幅方向中央部には長手方向全体に渡って電極２８が設けられ、その両側には長手方向に二分された領域に計四つの電極２６，２７，２９，３０が設けられている。電極２６及び３０には張り出し部２６ａ'，２
６ｂ'，３０ａ'が設けられている。圧電シートの状態では張り出し部２６ｂ'は図１２（
ｂ）に示した様に長いが、図１２（ａ）の電極を構成する際には、張り出し部２６ａ'は
、切断によってその一部が除去される。この図１２（ａ）、（ｂ）の状態の電極が交互になるように積層された積層圧電素子３１とする。図１３（ａ），図１３（ｂ），図１３（ｃ），図１３（ｄ）は、積層圧電素子２３の側面に設けた外部電極を示したものである。図１３（ａ），図１３（ｂ）は、積層圧電素子３１の長手方向の端部側面に設けた外部電極を示している。そして、図１３（ａ），図１３（ｂ），図１３（ｃ），図１３（ｄ）に示した外部電極によって、積層圧電素子３１の側面で短絡される。具体的には、電極２６ａ，２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，２６ｂ，２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂはそれぞれ外部電極３２ｇ，３２ｈ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｆ，３２ａ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｉ，３２ｊによって短絡される。
【００４３】
ここで、外部電極３２ａ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｉ，３２ｊをＧＮＤとして外部電極３２ｇ，３２ｆ，３２ｂに正方向の高電圧を、外部電極３２ｈ，３２ｃに負方向の高電圧を加えることにより分極処理を行う。この場合の駆動方法としては外部電極３２ａ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｉ，３２ｊをＧＮＤとして外部電極３２ｂに第一の駆動信号を印加することにより縦振動を励振する。また外部電極３２ｇ，３２ｆ，３２ｈ，３２ｃに第二の駆動信号を印加することにより屈曲振動が励振され、二つの振動の合成変位により移動体7を
駆動する。第一の駆動信号と第二の駆動信号の位相を変えることにより縦振動と屈曲信号の位相が反転し、移動体7の移動方向も変わる。また分極方向に付いても任意であり、分
極方向に応じて駆動信号の位相を逆転すれば同じ振動が励振される。
（実施の形態５）
本発明の超音波モータを用いて電子機器を構成した例を図１４を基に説明する。
【００４４】
図１４は本発明の駆動回路により駆動される超音波モータ１００を電子機器の駆動源に適用したブロック図を示したものであり、積層圧電素子１，９，１５，１９，２３，３１と積層圧電素子１，９，１５，１９，２３，３１に接合された摩擦部材2により摩擦駆動
される移動体７と移動体７と一体に動作する伝達機構３２と、伝達機構３２の動作に基づいて動作する出力機構３３からなる。ここでは移動体を回転体とし、移動体を回転動作させる例について説明する。
【００４５】
ここで、伝達機構３２は例えば歯車列、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構３３としては、プリンタにおいては紙送り機構、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構、フィルム巻き上げ機構等を、また電子機器や計測器においては指針等を、ロボットにおいてはアーム機構、工作機械においては歯具送り機構や加工部材送り機構等を用いる。
【００４６】
尚、本実施の形態における電子機器としては電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、ロボット、工作機、ゲーム機、光情報機器、医療機器、移動装置等を実現できる。さらに移動体７に出力軸を設け、出力軸からのトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成とすれば、超音波モータ駆動装置を実現できる。そして、超音波モータ駆動装置としてステージを構成すると、通常の電磁モータを用いたステージに比較して、機構が簡単かつ小型であるとともに、磁化を避ける環境下でも使用できる超音波モータを利用したステージを提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１、９、１５、１９、２３、３１ 積層圧電素子
２ 摩擦部材
３ 支持部材
４ 加圧部材
６ 加圧手段
７ 移動体
１０、１２、１３、２６、３１ 内部電極
１７、２１、２５、３２ 外部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層圧電素子を用いた超音波モータ並びにそれを用いた電子機器及びステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性体の共振モードを利用した超音波モータは制御性に優れ、近年特に精密位置決め用アクチュエータとしても注目されている。特に、各種ステージ用のアクチュエータとしてはリニヤ型の超音波モータが要求される場合が多く、多くのタイプが提案され研究されている。その中でも、矩形板の縦（伸縮）振動と屈曲振動の合成振動を利用した超音波モータは様々なものが研究されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
これらの中でも、例えば特許文献１に示す様に、矩形状の圧電素子単板を厚み方向に分極処理すると共に４分割された電極を設け、対角と成る電極を組とし、一組の電極に駆動信号を印加することで圧電素子からなる振動体に縦振動と屈曲振動を励振し、これと接する移動体を駆動する原理のものは様々な用途に実用化も進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２９８０５４１号公報（第７−８頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の構造では振動体の駆動に極めて高い電圧を必要とし、大きな昇圧回路を必要とする為、駆動回路の大型化、複雑化を招き駆動回路の価格も高価なものになってしまった。そしてこの場合、小型な機器、特にバッテリーで駆動される用途への適用は難しかった。
【０００６】
また、振動体の構造としては圧電素子の厚みが薄いと十分な出力が得られないと共に、機械的強度も低く破損につながる恐れもあった。逆に厚みを厚くすると分極電圧が極めて高く、製造プロセスが複雑になる等の問題があった。そして、本構成では圧電素子の圧電横効果を用いているために大きな出力が得られなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明の第１の態様は、複数の圧電シートを積層して構成される積層圧電素子または前記積層圧電素子に設けられた接触部材と接する移動体を駆動する超音波モータであって、前記積層圧電素子は、少なくとも一つの層にある複数の電極が電気的に短絡されたことを特徴とする超音波モータにある。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様の超音波モータを備えた電子機器にある。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１の態様の超音波モータを備えたステージにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の電極を有する積層圧電素子を用いる為、プロセスが簡単であると共に大幅な工数の低減が出来、製造コストを大幅に下げることが出来ると共に小型な積層圧電素子も作製可能となる。
【００１１】
さらに、積層された圧電シートの内、少なくとも一つの圧電シートに設けられた電極を電気的に短絡して使用することにより、ＧＮＤとなる電極を確保できる為、複雑な電極、即ち複数の電極を有する積層圧電素子による超音波モータが実現できる。
【００１２】
さらに、電気的に短絡された電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、共通電極と第一の電極群もしくは第二の電極群の何れか一方に駆動信号を加えることにより、積層圧電素子に発生する二つの振動の位相を逆転できる為、移動体の移動方向を変えられる。
【００１３】
また、電気的に短絡された電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、共通電極と第一の電極群に加える駆動信号と共通電極と第二の電極群の間に加える駆動信号の位相を変えることにより、積層圧電素子に発生する二つの振動の位相を逆転できる為、移動体の移動方向を変えられる。
【００１４】
また、これらの積層圧電素子を用いたアクチュエータもしくは超音波モータを備えた電子機器またはステージは、その小型・薄型化、低消費電力化が可能となる。
【００１５】
以上のように、本発明によれば、簡単な製造プロセスで作製可能な積層圧電素子を振動体として用いるため低電圧で駆動でき、小型で高出力が得られると共に安価な超音波モータが実現できる。特に積層素子全体を一体的に焼結して作製することにより製品個々の特性ばらつきが小さく、信頼性が高く、内部損失が小さくて効率の高い超音波モータが得られる。そしてこれを用いた電子機器またはステージの小型、薄型化並びに低消費電力化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかわるリニヤ型超音波モータの構成例を示す図である。
【図２】本発明にかかわる積層圧電素子の振動モードを示す図である。
【図３】本発明にかかわる積層圧電素子の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかわる積層圧電素子の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３にかかわる積層圧電素子の製造方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかわる積層圧電素子の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２にかかわる積層圧電素子の製造方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２にかかわる積層圧電素子の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４にかかわる積層圧電素子の内部電極の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。
【図１４】本発明にかかわる超音波モータを用いた電子機器を示したブロック図である。
【図１５】本発明の積層圧電素子の幅方向及び厚み方向の長さを変えた場合の縦振動、屈曲振動の固有周波数の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を図面を基に説明する。
【００１８】
図１は本発明の積層圧電素子１を振動体として用いたリニヤ型超音波モータの構成例を示したものである。矩形状の積層圧電素子1には突起２ａ，２ｂ並びに凹部を有する支持
部材３が設けられている。加圧部材４の軸部４ａは段部を有し、案内板５の案内穴５ａで、軸方向にのみ移動可能に案内されている。突起２ａ，２ｂの下には案内部材８ａ，８ｂに案内された移動体７が設けられ、支持部材３の凹部に係合する加圧部材４を加圧手段６で加圧することにより突起２ａ，２ｂと移動体7は接している。
【００１９】
ところで、積層圧電素子１は縦振動と屈曲振動を励振する。例えば図２に積層圧電素子１の長手方向に対する振動振幅の様子を示したものであり、図２（ａ）は縦振動の様子を図２（ｂ）は屈曲振動の様子を示したものである。縦振動、屈曲振動共に積層圧電素子１の中央部が振動の節となり、この位置に支持部材３が設けられている。また屈曲振動の腹の位置に突起２ａ，２ｂが設けられている。この縦振動と屈曲振動を同時に励振することにより突起２ａ，２ｂは積層振動子１の長手方向の変位と、これと直交する幅方向の変位からなる楕円運動を行い移動体７を駆動する。ところで、二つの振動モードはその次数に制限を与えられるものではなく、他のモードを用いても構わない。また、移動体７を固定し、振動体自体を駆動させても構わない。
（実施の形態１）
次に、具体的に本発明の実施の形態１にかかわる積層圧電素子１５の構成並びに製造方法の例を図を基に説明する。図３（ａ）に示した圧電材料から成る圧電シート９には個々の積層圧電素子１５の内部電極となる電極１０，１１，１２，１３を一組の電極群とし、この電極群が複数印刷等によって設けられている。電極１０,１１，１２，１３は略矩形
形状をしており、矩形形状の積層圧電素子１を長手方向及びこれと直交する幅方向に二分した四つの領域に配されている。
【００２０】
図３（ａ）では、個々の積層圧電素子１５に分割された際に、切断面に電極の一部が現れるように、電極１０，１１，１２，１３は、それぞれ電極の一部が張り出している形状となっている。
【００２１】
この圧電シート９を複数枚重ねた後で電極を有さない圧電素子を最後に重ねて積層し、仮燒結してバインダーを飛ばした後、個々の積層圧電素子１５にダイシング等によって分割され本焼成される。もちろん、本焼成後に個々の積層圧電素子１５に分割しても良い。
【００２２】
ところで、圧電シート９を積層する際に、図３（ｂ）に示すように、面内方向にΔ１だけ交互にずらしながら積層した後に、二点鎖線１４の部分を切断する。この切断面の一つを図４（ａ）に示したが電極１０、１１，１２，１３の張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'が切断面に現れる。
【００２３】
圧電シートをずらす際には、このように張り出し部１０ａ'と１０ｂ'とがそれぞれ重ならないように、両者間に間隔を持たせるようにする。またこの様に交互にΔｌずつ、ずらして積層された圧電シート９の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ及び１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂで挟まれた領域が切断された個々の積層圧電素子１５の駆動に寄与する。図４（ｂ）に示されるように、積層圧電素子１５を上から見た場合、この駆動に寄与する領域は斜線部１６で表される。つまり、斜線部１６で表された領域が、全ての圧電シートの電極が重なっている領域である。
【００２４】
図５（ａ），図５（ｂ）は積層圧電素子１５の側面に設けた外部電極を示したものである。電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ及び１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'は積層圧電素子１５の側面でそれぞれ外部電極１７ｂ，１７ｄ，１７ｆ，１７ｈ，１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇで短絡される。
【００２５】
ここで外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇをGNDとして外部電極１７ｂ，１７ｄ
，１７ｆ，１７ｈに高電圧を加えることで積層方向に分極処理がなされる。
【００２６】
ところで、電極を有さない圧電シート９'は無くても良いが、この様に最上面に電極を
有さない圧電シート９'を積層することで、最上面、最下面の圧電素子は駆動力を生じな
い為、振動のバランスがとれ、不要振動が発生しにくい。また、ここで積層圧電素子１５は金属等の弾性体と接合して振動体を構成しても構わない。
【００２７】
本積層圧電素子１５の駆動方法であるが、例えば次の二通りがある。外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇと外部電極１７ｂ，１７ｈの間に、もしくは外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇと外部電極１７ｄ，１７ｆの間に駆動信号を印加することで積層圧電素子9の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域の対角にある二つ
の領域が伸縮することで積層圧電素子１５に縦振動と屈曲振動が励振される。駆動信号を印加する領域を切り替えることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向
も変化する。別の方法としては外部電極１７ａ，１７ｃ，１７ｅ，１７ｇをGNDとして外
部電極１７ｂ，１７ｈと外部電極１７ｄ，１７ｆの間に位相の異なる駆動信号、例えば９０度もしくは−９０度異なる信号を印加することで積層圧電素子９に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体７の移動方向も逆となる。
【００２８】
ところで、本実施の形態に示した様に、積層圧電素子1は複数の電極を有する圧電シー
トを積層した後、積層方向に分割する工程を経て作られることで、個々の超音波モータの特性バラツキを極めて小さくすることが可能となる。以下にその理由を説明する。
【００２９】
図１５は積層圧電素子の長手方向の長さを２０ｍｍとし、幅を変えた場合の縦振動と屈曲振動の固有周波数の変化を示したグラフである。縦振動の固有周波数と屈曲振動の固有周波数が一致するように積層圧電素子の寸法は決定される。
【００３０】
グラフ中には積層圧電素子の厚みを種々変えた場合についても示してあるが縦振動、屈曲振動のいずれの場合も厚み方向の寸法変化に対する固有周波数の変化は極めて小さいことが分る。ところが幅方向の寸法の変化に対しては特に屈曲振動の固有周波数の変化が大きいことが分っている。従って、製造時には長手方向及び幅方向の寸法のばらつきを極めて小さくする必要があることが理解できる。ところが、圧電素子は焼成によって寸法が変化し、また変化の度合いも製造ロット等で変化してしまう。
【００３１】
ところが本実施の形態の様に幅方向、長手方向に分割する工程を入れることで厚み方向の寸法のばらつきに対して幅方向、長手方向の寸法のばらつきはきわめて小さく抑えることが可能となる。本焼成後に分割すれば焼成による寸法の変化の影響はなくなるし、本焼成前に分割する場合であっても例えば同一ロット内の素子の焼成による収縮率を確認し、それを考慮した寸法に分割した後で本焼成しても幅方向、長手方向には良い寸法制度を出すことが可能となるからである。
【００３２】
この様に積層圧電素子の縦振動、屈曲振動を利用した超音波モータであれば電極の形状、駆動方法によらず本製造方法は有効となる。また内部電極の短絡は積層圧電素子の側面での短絡によるものではなくスルーホール等を用いたものでも良い。
（実施の形態２）
次に、実施の形態１の変形例を図９，図１０，図１１を基に示す。
【００３３】
実施の形態１に示したものと、基本的な構成、製造方法は共通であるので相違点のみを述べ共通点の説明を省略する。図９に圧電シート９の積層の様子を示した。大きな違いは切断部であり二点鎖線２２の部分を切断する。この切断面の一つを図１０（ａ）に示したが電極１０，１１，１２，１３の張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'並びに各電極の長手方向の端部が切断面に現れる。またこの様に積層、切断された圧電シート９の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａと１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂで挟まれ、かつ切断時に残された領域が個々の積層圧電素子２３の駆動に寄与する。図１０（ｂ）に示されるように、積層圧電素子２３を上から見た場合、この駆動に寄与する領域は斜線部２４で表される。
【００３４】
図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ），図１１（ｄ）は、積層圧電素子２３の側面に設けた外部電極を示したものである。図１１（ａ），図１１（ｂ）は、積層圧電素子２３の長手方向の端部側面に設けた外部電極を示している。電極１０ａ，１３ａの張り出し部１０ａ'，１３ａ'及び電極１１ａ，１２ａの長手方向の端部は、図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ），図１１（ｄ）に示した様に、積層圧電素子２３の側面でそれぞれ外部電極２５ｅ，２５ｇ，２５ｃ，２５ｄで短絡される。また電極１０ｂ，１３ｂの長手方向の端部及び電極１１ｂ，１２ｂの張り出し部１１ｂ'，１２ｂ'は積層圧電素子２３の側面でそれぞれ外部電極２５ａ，２５ｂ，２５ｆ，２５ｈで短絡される。
【００３５】
ここで外部電極２５ａ，２５ｂ，２５ｆ，２５ｈをＧＮＤとして外部電極２５ｅ，２５ｇ，２５ｃ，２５ｄに高電圧を加えることで、積層方向に分極処理がなされる。
【００３６】
本積層圧電素子２３の駆動方法であるが、例えば次の二通りがある。外部電極２５ａ，２５ｈと外部電極２５ｅ，２５ｄの間に、もしくは外部電極２５ｂ，２５ｆと外部電極２５ｇ，２５ｃの間に駆動信号を印加することで積層圧電素子２３の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域の対角にある二つの領域が伸縮することで積層圧電素子２３に縦振動と屈曲振動が励振される。駆動信号を印加する領域を切り替えることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も変化する。別の方法としては、
外部電極２５ａ，２５ｈ，２５ｂ，２５ｆをＧＮＤとして外部電極２５ｅ，２５ｄと外部電極２５ｇ，２５ｃの間に位相の異なる駆動信号、例えば９０度もしくは−９０度異なる信号を印加することで積層圧電素子２３に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も逆となる。
【００３７】
ここでは、電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを短絡するそれぞれの外部電極の位置を大きく離すことによって製造時に電極の位置ずれが生じた際にも分極時や駆動時の高電圧印加に対してこれら外部電極間で絶縁が保たれ、高い信頼性が得られる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３を図６，図７，図８を基に説明する。
【００３８】
実施の形態１と基本的な電極構成、製造方法は共通であるので、相違点のみを述べ共通点の説明を省略する。違いは積層方法と切断部である。実施の形態１，２においては、二枚の圧電素子シートを交互に位置をずらしながら積層したが、本実施の形態においては、図６に圧電シートに積層の様子を示すように、それぞれΔ１だけ位置をずらした三枚の圧電シートの組を積層していくことを特徴とする。そして切断部は二点鎖線１８の部分とする。この切断面の一つを図７（ａ）に示すが、電極１０，１１，１２，１３の張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'及び１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'が切断面に現れる。
【００３９】
また、この様に積層された圧電シート９の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａと１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂもしくは電極１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂと１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃで挟まれた領域が個々の積層圧電素子１９の駆動に寄与し、図７（ｂ），図７（ｃ）に示す様に、積層圧電素子１９を上から見た場合、この駆動に寄与する領域はそれぞれ斜線部２０ａ、２０ｂで表される。図８（ａ），図８（ｂ）は積層圧電素子１９の側面に設けた外部電極を示したものである。電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａの張り出し部１０ａ'，１１ａ'，１２ａ'，１３ａ'は積層圧電素子２３の側面で電極２１ｃ，２１ｆ，２１ｉ，２１ｌにより、電極１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの張り出し部１０ｂ'，１１ｂ'，１２ｂ'，１３ｂ'は積層圧電素子２３の側面で外部電極２１ｂ，２１ｅ，２１ｈ，２１ｋにより、また電極１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃの張り出し部１０ｃ'，１１ｃ'，１２ｃ'，１３ｃ'は積層圧電素子２３の側面でそれぞれ外部電極２１ａ，２１ｄ，２１ｇ，２１ｊで短絡される。
【００４０】
ここで、外部電極２１ｂ，２１ｅ，２１ｈ，２１ｋをＧＮＤとして外部電極２１ｃ，２１ｆ，２１ｉ，２１ｌ，２１ａ，２１ｊに正方向の高電圧を、外部電極２１ｄ，２１ｇに負方向の高電圧を加えることにより分極処理を行う。この場合の駆動方法としては外部電極２１ｂ，２１ｅ，２１ｋ，２１ｈをＧＮＤとして外部電極２１ｃ，２１ｆ，２１ｌ，２１ｉに第一の駆動信号を印加することにより縦振動を励振する。また外部電極２１ａ，２１ｄ，２１ｊ，２１ｇに第二の駆動信号を印加することにより屈曲振動が励振され、二つの振動の合成変位により移動体7を駆動する。第一の駆動信号と第二の駆動信号の位相を
変えることにより縦振動と屈曲信号の位相が反転し、移動体7の移動方向も変わる。また
分極方向に付いても任意であり、分極方向に応じて駆動信号の位相を逆転すれば同じ振動が励振される。
（実施の形態４）
次に、実施の形態４を図１２，図１３を基に説明する。
【００４１】
実施の形態１と基本的な製造方法は共通であるので、相違点のみを述べ共通点の説明を省略する。違いは電極パターンと積層方法である。簡単に説明すると、二枚の圧電素子シートを交互に圧電シートの面内方向（ｘ、ｙ両方向）に位置をずらしながら積層し、個々の積層圧電素子３１の内部の電極は図１２（ａ）と図１２（ｂ）の場合になるようにする。この様に積層することで積層圧電素子３１の全ての側面に外部電極を設けることが出来るため、複雑な内部電極を短絡することが可能となる。
【００４２】
以下電極の構成について説明する。積層圧電素子３１の幅方向中央部には長手方向全体に渡って電極２８が設けられ、その両側には長手方向に二分された領域に計四つの電極２６，２７，２９，３０が設けられている。電極２６及び３０には張り出し部２６ａ'，２
６ｂ'，３０ａ'が設けられている。圧電シートの状態では張り出し部２６ｂ'は図１２（
ｂ）に示した様に長いが、図１２（ａ）の電極を構成する際には、張り出し部２６ａ'は
、切断によってその一部が除去される。この図１２（ａ）、（ｂ）の状態の電極が交互になるように積層された積層圧電素子３１とする。図１３（ａ），図１３（ｂ），図１３（ｃ），図１３（ｄ）は、積層圧電素子２３の側面に設けた外部電極を示したものである。図１３（ａ），図１３（ｂ）は、積層圧電素子３１の長手方向の端部側面に設けた外部電極を示している。そして、図１３（ａ），図１３（ｂ），図１３（ｃ），図１３（ｄ）に示した外部電極によって、積層圧電素子３１の側面で短絡される。具体的には、電極２６ａ，２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ，２６ｂ，２７ｂ，２８ｂ，２９ｂ，３０ｂはそれぞれ外部電極３２ｇ，３２ｈ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｆ，３２ａ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｉ，３２ｊによって短絡される。
【００４３】
ここで、外部電極３２ａ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｉ，３２ｊをＧＮＤとして外部電極３２ｇ，３２ｆ，３２ｂに正方向の高電圧を、外部電極３２ｈ，３２ｃに負方向の高電圧を加えることにより分極処理を行う。この場合の駆動方法としては外部電極３２ａ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｉ，３２ｊをＧＮＤとして外部電極３２ｂに第一の駆動信号を印加することにより縦振動を励振する。また外部電極３２ｇ，３２ｆ，３２ｈ，３２ｃに第二の駆動信号を印加することにより屈曲振動が励振され、二つの振動の合成変位により移動体7を
駆動する。第一の駆動信号と第二の駆動信号の位相を変えることにより縦振動と屈曲信号の位相が反転し、移動体7の移動方向も変わる。また分極方向に付いても任意であり、分
極方向に応じて駆動信号の位相を逆転すれば同じ振動が励振される。
（実施の形態５）
本発明の超音波モータを用いて電子機器を構成した例を図１４を基に説明する。
【００４４】
図１４は本発明の駆動回路により駆動される超音波モータ１００を電子機器の駆動源に適用したブロック図を示したものであり、積層圧電素子１，９，１５，１９，２３，３１と積層圧電素子１，９，１５，１９，２３，３１に接合された摩擦部材2により摩擦駆動
される移動体７と移動体７と一体に動作する伝達機構３２と、伝達機構３２の動作に基づいて動作する出力機構３３からなる。ここでは移動体を回転体とし、移動体を回転動作させる例について説明する。
【００４５】
ここで、伝達機構３２は例えば歯車列、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構３３としては、プリンタにおいては紙送り機構、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構、フィルム巻き上げ機構等を、また電子機器や計測器においては指針等を、ロボットにおいてはアーム機構、工作機械においては歯具送り機構や加工部材送り機構等を用いる。
【００４６】
尚、本実施の形態における電子機器としては電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、ロボット、工作機、ゲーム機、光情報機器、医療機器、移動装置等を実現できる。さらに移動体７に出力軸を設け、出力軸からのトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成とすれば、超音波モータ駆動装置を実現できる。そして、超音波モータ駆動装置としてステージを構成すると、通常の電磁モータを用いたステージに比較して、機構が簡単かつ小型であるとともに、磁化を避ける環境下でも使用できる超音波モータを利用したステージを提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１、９、１５、１９、２３、３１ 積層圧電素子
２ 摩擦部材
３ 支持部材
４ 加圧部材
６ 加圧手段
７ 移動体
１０、１２、１３、２６、３１ 内部電極
１７、２１、２５、３２ 外部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同一の圧電シートを積層して構成される積層圧電素子または前記積層圧電素子に設けられた接触部材と接する移動体を駆動する超音波モータであって、
前記積層圧電素子の中で、少なくとも一つの層にある複数の電極が電気的に短絡されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記電気的に短絡された複数の電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、前記共通電極と前記第一の電極群もしくは前記第二の電極群の何れか一方に駆動信号を加えることで前記移動体を駆動することを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記電気的に短絡された複数の電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、前記共通電極と前記第一の電極群に加える駆動信号と前記共通電極と前記第二の電極群の間に加える駆動信号の位相を変えて前記移動体を駆動することを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波モータを備えた電子機器。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波モータを備えたステージ。
【請求項１】
複数の同一の圧電シートを積層して構成される積層圧電素子または前記積層圧電素子に設けられた接触部材と接する移動体を駆動する超音波モータであって、
前記積層圧電素子の中で、少なくとも一つの層にある複数の電極が電気的に短絡されていることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記電気的に短絡された複数の電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、前記共通電極と前記第一の電極群もしくは前記第二の電極群の何れか一方に駆動信号を加えることで前記移動体を駆動することを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記電気的に短絡された複数の電極を共通電極とし、他の電極のうち幾つかを第一の電極群とし、残りを第二の電極群とし、前記共通電極と前記第一の電極群に加える駆動信号と前記共通電極と前記第二の電極群の間に加える駆動信号の位相を変えて前記移動体を駆動することを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波モータを備えた電子機器。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波モータを備えたステージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−５０２４２（Ｐ２０１１−５０２４２Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２８８１（Ｐ２０１０−２３２８８１）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【分割の表示】特願２００４−１５０３０２（Ｐ２００４−１５０３０２）の分割
【原出願日】平成１６年５月２０日（２００４．５．２０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【分割の表示】特願２００４−１５０３０２（Ｐ２００４−１５０３０２）の分割
【原出願日】平成１６年５月２０日（２００４．５．２０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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