超音波モータ及びそれを用いた電子機器
【課題】
矩形板形状の振動体に発生する振動の励振力を高め、超音波モータの出力を向上させる。
【解決手段】
そこで、上記課題を解決する為に本発明の超音波モータは、圧電素子を有する振動体と、振動体と接する移動体と、を有し、圧電素子の一方の面に設けられた第一の電極群に駆動信号を印加するか、第一の電極群と分極方向の異なる部分に設けられた第二の電極群に駆動信号を印加するかを選択することで振動体に発生する二つの異なる振動の位相を変え、移動体もしくは振動体自体の移動方向を可変とする。
矩形板形状の振動体に発生する振動の励振力を高め、超音波モータの出力を向上させる。
【解決手段】
そこで、上記課題を解決する為に本発明の超音波モータは、圧電素子を有する振動体と、振動体と接する移動体と、を有し、圧電素子の一方の面に設けられた第一の電極群に駆動信号を印加するか、第一の電極群と分極方向の異なる部分に設けられた第二の電極群に駆動信号を印加するかを選択することで振動体に発生する二つの異なる振動の位相を変え、移動体もしくは振動体自体の移動方向を可変とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動体の振動により、移動体を摩擦駆動する超音波モータ及びそれを用いた電子機器に関し、特に矩形状の振動体に励振される縦振動と屈曲振動の合成した振動で移動体を駆動する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化、低消費電力化に伴い、稼動部を動かすアクチュエータとして超音波モータが注目され、その採用実績も伸びつつある。特に精密ステージ等、高精度な位置決めが必要とされる電子機器にはダイレクト駆動が可能なリニヤ型の超音波モータが多く使われている。このリニヤ型の超音波モータの代表として、矩形形状の振動体の縦振動と屈曲振動の結合振動を利用したものが知られている。これは振動体となる矩形板形状の圧電素子の一方の面に四つの電極を設け、互いに対角となる二つの電極を一組として二組の電極群を構成し、何れか一方の電極群に駆動信号を印加することで駆動に必要な振動を励振するものである。移動体の移動方向は駆動信号を印加する電極群の選択により行われる。従って単一の駆動信号で済むため駆動回路が簡素化されるという特徴を有している。
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の矩形板の振動を利用した超音波モータは、振動体となる矩形板に発生する振動（特に屈曲振動）の励振力が弱く、超音波モータの出力並びにその効率は小さなものになってしまった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、上記課題を解決する為に本発明の超音波モータは、圧電素子を有する振動体と、振動体と接する移動体と、圧電素子の一方の面に設けられた第一の電極もしくは第一の電極群と、圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで振動体に発生する振動により、移動体もしくは振動体自体を第一の方向に駆動し、圧電素子の一方の面に設けられた第二の電極もしくは第二の電極群と、圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで振動体に発生する振動により、移動体もしくは振動体自体を第二の方向に駆動し、圧電素子における第一の電極もしくは第一の電極群が設けられた部分の分極方向と、第二の電極もしくは第二の電極群が設けられた部分の分極方向とを異ならせることを特徴とする超音波モータとする。
【０００５】
これによれば振動体に発生する振動を強く励振することができるから、振動体の振動による移動体の駆動力を増し、超音波モータの出力を向上することが出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば振動体に発生する振動（特に屈曲振動成分）の励振力を大きく出来るから移動体から取り出される出力は大きくなり、超音波モータの効率も大きくなる。従って、本発明の超音波モータを搭載した電子機器の小型化、低消費電力化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施の形態１）
本発明の超音波モータ及びそれを用いた電子機器について図に基づいて説明する。先ず、本発明の超音波モータの構成を、超音波モータ１００をステージ（電子機器）１００として利用した例について図１を基に説明する。
【０００８】
本発明の超音波モータ１００は、大きくは矩形形状の圧電素子１で構成される振動体５０と、振動体５０と接し、振動体５０によって摩擦駆動される移動体３と、振動体５０と移動体３の間に接触圧を発生させる加圧部材２とで構成される。
【０００９】
板状の固定部材５の上に設けられたレール４と移動体３の移動方向に沿って設けられた案内溝３ａは係合しており、移動体３はレール４の長手方向に移動可能に案内されている。ここではレール４と案内溝３ａによる案内構造を示したが、ボールの転がりを使用した市販のリニヤガイドを用いても良い。振動体５０の（後述する振動の節に位置する）長手方向中央部は支持板７から立設された支持部材６ａ、６ｂで固定されている。支持板７は支持板7の側面から突出した凸部７ｂ、７ｃと固定部材５に設けられた案内溝５ａ、５ｂとが係合することで支持板７、並びに振動体５０は移動体３の方向に移動可能に案内されている。振動体５０の長手方向先端にはセラミックス（アルミナ等）などの耐摩耗性に富んだ摩擦部材９０が接合されている。固定部材５に一端を固定された板ばね（加圧部材）２の加圧力は支持板７に設けられた凸部７ａに加えられ、振動体５０に設けられた摩擦部材９０と移動体３は加圧接触する。そして図示しない駆動回路から振動体５０に駆動信号が印加され、振動体５０は二つの異なる振動を同時に発生する。この二つの異なる振動の合成により、摩擦部材９０は移動体３の移動方向の変位成分と振動体５０と移動体３との接触方向の変位成分を有する運動（基本的に楕円運動）を行い、移動体３は移動する。図１において移動体３は試料や被加工部材等を載せることが可能なテーブルであり超音波モータ１００自体がステージ１００として機能する。
【００１０】
次に、本発明の超音波モータの特徴となる振動体５０の構造について図２を基に詳細を説明する。尚、ここでは説明の都合上、摩擦部材９０を省略して説明する。振動体５０は矩形形状の圧電素子１で構成されている。図２（ａ）に示す様に圧電素子１の上面（一方の面）には圧電素子１の二つの幅方向の辺（移動体３の移動方向に設けられた短辺）の中央部同士を結ぶ線と二つの長手方向の辺（振動体５０と移動体３の接触方向に設けられた長辺）の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域に銀等からなる電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが設けられている。そして、圧電素子１の裏面（他方の面）にはほぼ全体に渡って電極１０が設けられている。電極１０をＧＮＤとして電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂに高電圧が印加され、圧電素子１は図中＋、−の方向に分極される。このうち、対角となる二つの電極８ａ、８ｂで第一の電極群８を構成し、対角となる他の二つの電極９ａ、９ｂで第二の電極群９を構成する。
【００１１】
振動体５０の長手方向の長さと幅方向の長さは、振動体５０に励振される縦振動の固有周波数と屈曲振動の固有周波数が近接あるいは一致するように設定される。ここで、縦振動と屈曲振動は長手方向と幅方向が含まれる面内で変位する振動である。図３には振動体５０の長手方向に対する振動の変位分布を示しており、図３（ａ）、（ｂ）は夫々振動体５０の長手方向ｌに対する縦振動の振幅分布（ＤＬ）、屈曲振動の振幅分布（ＤＢ）を示している。
【００１２】
次に超音波モータ１００の駆動方法について説明する。振動体５０に設けられた第一の電極群８と、GND電極１０との間に駆動信号を印加すると振動体５０には縦振動と屈曲振動が励振される。そしてこれら二つの振動の合成振動により移動体３は摩擦駆動される。また、第二の電極群９と、GND電極１０との間に駆動信号を印加すれば、振動体５０に励振される縦振動と屈曲振動の位相関係は反転するからこれら二つの振動の合成により生じる摩擦部材９０の楕円運動の方向は逆転し、移動体３の移動方向は逆転する。
【００１３】
ところで、上記では振動体５０を固定し、移動体３を稼動する例を示したが移動体３を固定し、振動体５０を稼動可能にすれば振動体５０自体を駆動することも可能となる。
【００１４】
このように電極群ごとに分極方向を変えることにより、特に（移動体３の送りに寄与する）屈曲振動の励振力が大きくなるから超音波モータ１００の出力効率は大幅に改善される。これらについて、以下具体的に説明する。図４（ａ）には第一の電極群８と、GND電極１０との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を、図４（ｂ）には第二の電極群９と、GND電極１０との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また、比較例として振動体１の電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂで示される領域全てを同一方向（+）に分極して電極群８とＧＮＤ電極１０との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を図５に示す。
【００１５】
これらは振動体５０（圧電素子１）の長辺を１９ｍｍ、短辺を５．３ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、各電極の幅を２．２ｍｍ、各電極間の余白幅並びに電極と側面との間隔を ０．３ｍｍとした際について、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００１６】
いずれの図においても低次のアドミッタンスのピークは振動体１の縦振動の共振点に対応したものであり、高次の共振のピークは屈曲振動の共振点に対応したものである。
【００１７】
このように二つの電極群の分極方向を変えることにより（移動体３の送りに寄与する）屈曲振動の励振力が大きくなる。これは、圧電素子１において二つの電極群が設けられた部分の分極方向が違うことにより、振動体５０の駆動時に駆動信号を印加していない電極に生じる反電界が振動の励振に及ぼす影響が異なるためと考えられる。
【００１８】
ところで、本実施の形態においてはＧＮＤ電極１０は圧電素子１の裏面にほぼ全体に渡って設けられたが、電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂに対向する部分だけ電極を設けて（複数のＧＮＤ電極を設けて）も良い。そしてこの場合、電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂのうち駆動信号を印加する電極とこれと対向するＧＮＤ電極の間に駆動信号を印加して振動体５０を駆動する。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の超音波モータの実施の形態２について図６を基に説明する。ここでは実施の形態１で示した振動体５０との相違点、即ち振動体６０の電極構成を中心に説明する。圧電素子１１の上面（一方の面）には二つの短辺を三分する点同士を結ぶ線で分けられる三つの領域のうち中央に位置する部分に電極（第三の電極）１４が設けられ、両端の二つの部分を更に圧電素子１１の長辺の中央の点同士を結ぶ線で四つの部分に分けられる四つの領域には電極１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂが設けられ、対角となる二つの電極１２ａ、１２ｂで第一の電極群１２を構成し、対角となる他の二つの電極１３ａ、１３ｂで第二の電極群１３を構成している。そして、圧電素子１１の裏面にはほぼ全体に渡って電極１５が設けられている。圧電素子１１は電極１５をＧＮＤとして電極１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４に直流電圧を印加することで図中＋、−の方向に分極されている。
【００２０】
次に振動体６０の駆動方法について説明する。ＧＮＤ電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加することにより実施の形態１と同様に縦振動と屈曲振動が同時に励振され移動体３は駆動される。これに対し、ＧＮＤとなる電極１５と、第二の電極群１３並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加すれば縦振動と屈曲振動の位相関係は逆転するから移動体３は逆方向に駆動される。
【００２１】
但し、実質的にはＧＮＤ電極１５と、互いに分極方向が同じ第一の電極群１２並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加して駆動した方が良い。この理由を以下に示す。図７（ａ）にはＧＮＤ電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を、図７（ｂ）にはＧＮＤ電極１５と、第二の電極群１３並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また、比較例として図６に示した振動体５０において分極方向を同一（電極群１３が位置する領域の分極方向も＋）として、ＧＮＤとなる電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を図８に示す。
【００２２】
これらは振動体１１の長辺を１９ｍｍ、短辺を５．３ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、第一の電極並びに第二の電極群を構成する電極の幅を１．４ｍｍ、第三の電極の幅を１．３ｍｍ、各電極間の余白幅並びに電極と側面との間隔を０．３ｍｍとしたモデルについて、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００２３】
いずれの図においても低次のアドミッタンスのピークは振動体６０の縦振動の共振点に対応したものであり、高次の共振のピークは屈曲振動の共振点に対応したものである。（図７（ｂ）における高次の共振のピークは小さくて判別が難しいが、位相の乱れがある周波数において存在する）
この様に振動体６０において、ＧＮＤ電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合の方が、ＧＮＤとなる電極１５と、第二の電極群１３並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合に対して、更には比較例に対しても、屈曲振動が大きく励振されるから移動体３の出力は大きくなる。
【００２４】
（実施の形態３）
本発明の超音波モータの実施の形態３について図９を基に説明する。ここでは実施の形態１並びに実施の形態２で示した振動体５０、６０との相違点、即ち振動体７０の電極構成を中心に説明する。
【００２５】
圧電素子２０の表面（一方の面）には圧電素子２０の二つの短辺を二分する点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域のうち一方の領域には電極１８が設けられ、他方の領域を更に圧電素子２０の二つの長辺の中央の点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域には電極１６と電極１７が設けられている。圧電素子２０の裏面（他方の面）にはほぼ全面に渡って電極１９が設けられている。圧電体２０は電極１９をＧＮＤとし、電極１６，１７，１８に高電圧を印加することにより図中＋、−の方向に分極処理されている。
【００２６】
次に振動体７０の駆動方法について説明する。ＧＮＤとなる電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加することにより実施の形態１と同様に縦振動と屈曲振動が同時に励振され移動体３は駆動される。これに対し、ＧＮＤとなる電極１９と、第二の電極１７並びに第三の電極群１８との間に駆動信号を印加すれば縦振動と屈曲振動の位相関係は逆転するから移動体３は逆方向に駆動される。
【００２７】
但し、実質的にはＧＮＤとなる電極１９と、第一の電極１２並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加して駆動した方が良い。この理由を以下に示す。図１０（ａ）にはＧＮＤとなる電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を、図１０（ｂ）にはＧＮＤ電極１９と、第二の電極１７並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また、比較例として図９に示した振動体２０において分極方向を同一（第一の電極１６が位置する領域の分極方向も＋）としてＧＮＤ電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を図１１に示す。
【００２８】
これらは振動体７０の長辺を１９ｍｍ、短辺を５．３ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、各電極の幅を２．２ｍｍ、各電極間の余白並びに電極と側面との間隔を０．３ｍｍとしたモデルについて、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００２９】
いずれの図においても低次のアドミッタンスのピークは振動体７０の縦振動の共振点に対応したものであり、高次の共振のピークは屈曲振動の共振点に対応したものである。
【００３０】
この様に振動体７０において、ＧＮＤ電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の方が、ＧＮＤ電極１９と、第二の電極１７並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合に対して、更には比較例に対しても、屈曲振動が大きく励振されるから移動体３の出力は大きくなる。
【００３１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について図１２、１３を基に説明する。ここでは実施の形態１で示した振動体５０との相違点である振動体８０の構造についてのみ説明する。尚、ここでも摩擦部材９０を省略して説明する。
【００３２】
図１２は振動体８０の斜視図であり、図中の点線１１０は二枚の圧電素子４０ａ、４０ｂの接合面を示したものである。振動体８０は実施の形態１に示した振動体５０を積層構造にしたものである。振動体８０は圧電素子４０ａ、４０ｂを重ねて一体的に結合されたものである。具体的にはグリーンシート状態の圧電素子４０ａ、４０ｂを積層して圧力を掛けた後、焼成して焼き固めて圧電素子４０を構成するが、圧電素子４０ａ、４０ｂの結合は接着剤を用いても良い。
【００３３】
次に振動体８０の電極構造について説明する。図１３（ａ）は振動体８０の上面（矢印２００の方向）から見た図であり、図１３（ｂ）は圧電素子４０ａ、４０ｂの境界面（点線１１０）にある電極２５を圧電素子４０ｂの上面から見た図であり、図１３（ｃ）は振動体８０（圧電素子４０ｂ）を下面（矢印２０１）の方向から見た図である。
【００３４】
振動体８０の上面には振動体８０（圧電素子４０ｂ）の二つの幅方向の辺（移動体３の移動方向となる短辺）の中央部同士を結ぶ線と二つの長手方向の辺（振動体８０と移動体３の接触方向となる長辺）の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域に銀等からなる電極２１，２２，２３，２４が設けられている。そして、圧電素子４０ｂの上面にはほぼ全体に渡って電極２５が設けられている。また、振動体８０の下面にも振動体８０の二つの幅方向の辺（移動体３の移動方向となる短辺）の中央部同士を結ぶ線と二つの長手方向の辺（振動体８０と移動体３の接触方向となる長辺）の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域に銀等からなる電極２５，２６，２７，２８が設けられている。
【００３５】
圧電素子４０の側面には側面電極２９，３０，３１，３２，３３が設けられている（側面電極３２、３３は図１２からは隠れて見えない）。側面電極２９は電極２４の端部２４ａと電極２８の端部２８ａとを短絡する。側面電極３１は電極２５の端部２５ａと短絡する。側面電極３０は電極２２の端部２２ａと電極２６の端部２６ａとを短絡する。側面電極３２は電極２１の端部２１ａと電極２５の端部２５ａとを短絡する。側面電極３３は電極２３の張り出し部２３ａと電極２７の張り出し部２７ａとを短絡する。
【００３６】
電極２５（側面電極３１）をＧＮＤとして電極２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８（側面電極２９、３０、３２、３３）に高電圧が印加され、振動体８０は図中＋、−の方向に分極される。このうち、電極２１、２２並びに電極２５、２６で第一の電極群を構成し、電極２３、２４並びに電極２７，２８で第二の電極群を構成する。
【００３７】
次に超音波モータ１００の駆動方法について説明する。側面電極３０、３２と、側面電極３１との間に駆動信号を印加すると振動体８０には縦振動と屈曲振動が励振される。そしてこれら二つの振動の合成振動により移動体３は摩擦駆動される。また、側面電極２９、３３と、側面電極３１との間に駆動信号を印加すれば、振動体８０に励振される縦振動と屈曲振動の位相関係は反転するからこれら二つの振動の合成により生じる摩擦部材９０の楕円運動の方向は逆転し、移動体３の移動方向は逆転する。
【００３８】
ここでは二枚の圧電素子４０ａ、４０ｂのみを積層して振動体８０を構成した例を示したが、更に圧電素子を積層しても良い。
【００３９】
このように振動体８０を積層構造にすることにより、分極電圧を下げられると共に積層コンデンサと同様の積層プロセスを使用できるから製造プロセスが簡単になり、小型で品質の優れた振動体８０を安価な価格で実現することが出来る。また駆動電圧を低減できるから駆動回路を簡略化でき、本発明の超音波モータを搭載した電子機器を小型化できる。また、昇圧回路で無駄に消費される電力を削減できるから電子機器の低消費電力化も実現できる。
【００４０】
このような圧電素子の積層化は実施の形態２〜３で示した振動体６０，７０にも、後述する実施の形態５で示す振動体２００にも適用できる。
【００４１】
（実施の形態５）
本発明の超音波モータの実施の形態５について図１４，１５，１６，１７を基に説明する。ここでは実施の形態１から実施の形態３で示した振動体５０、６０、７０との相違点、即ち振動体２００の電極構成、振動モードを中心に説明する。
【００４２】
振動体２００は矩形形状の圧電素子２１０とその長辺の中央部側面に設けられた摩擦部材９０からなる。
【００４３】
次に振動体２００に用いられる圧電素子２１０の電極構成について図１５（摩擦部材９０の図示省略）を用いて説明する。矩形形状の圧電素子２１０の表面（一方の面）には圧電素子２１０の二つの長辺の中央部同士を結ぶ線で分けられる二つの領域に夫々第一の電極４１と第二の電極４２が設けられている。圧電素子２１０の裏面（他方の面）にはほぼ全面に渡って電極４３が設けられている。圧電体２１０は電極４３をＧＮＤとし、電極４１、４２に高電圧を印加することにより図中＋、−の方向に分極処理されている。
【００４４】
次に振動体２００の駆動方法について説明する。ＧＮＤとなる電極４３と、第一の電極４１との間に駆動信号を印加することにより図１６に示す振動モードが励振される（摩擦部材９０の図示省略）。このとき摩擦部材９０の先端は二つの方向の成分（振動体２００長辺方向の変位と短辺方向の変位）を有する振動をするため、これと接する移動体３は駆動される。これに対し、ＧＮＤとなる電極４３と、第三の電極４２との間に駆動信号を印加すればこの二つの方向の変位の振動の位相関係は逆転するから移動体３は逆方向に駆動される。
【００４５】
図１７（ａ）には圧電素子２１０においてＧＮＤとなる電極４３と、第一の電極４１との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また図１７（ｂ）には比較例として圧電素子２１０において第二の電極４２が設けられている部分の分極方向も第一の電極４１が設けられている部分の分極方向と同じ（両方とも図中+方向）とした場合に、電極４３と、第一の電極４１との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。
【００４６】
これらは圧電素子２１０の長辺を２０ｍｍ、短辺を１０ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、各電極間の余白並びに電極と側面との間隔を０．３ｍｍとしたモデルについて、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００４７】
この様に振動体２００（圧電素子２１０）において、第一の電極４１が設けられた領域の分極方向と第二の電極４２が設けられた領域の分極方向を異ならせることで振動体２００の振動が大きく励振されるから移動体３の出力は大きくなる。
【００４８】
尚、圧電素子２１０の裏面（他方の面）にはほぼ全面に渡ってGNDとなる電極４３が設けられていたが、第一の電極４１と第二の電極４２と対向するように、圧電素子２１０の二つの長辺の中央を結ぶ線で分割されていても良い。この場合、信号を印加する電極（第一の電極４１もしくは第二の電極４２）と対向する電極をGND電極として使用する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の超音波モータは、精密な位置決めが必要とされるステージの他、情報記録機器における読み取りヘッド並びに書き込みヘッドの駆動、デジタルカメラ、ビデオカメラ等におけるレンズの駆動、更には小型、薄型、低消費電力が要求される腕時計における様々な駆動部（カレンダ、指針等）の駆動にも使用可能であり、様々な電子機器の駆動源として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の超音波モータの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の振動体の電極構成を示す図である。
【図３】本発明の超音波モータの振動体の振動モードを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１の比較対象となる振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２の振動体の電極構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図８】実施の形態２の比較対象となる振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３の振動体の電極構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図１１】実施の形態３の比較対象となる振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の振動体の斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態４の振動体の電極構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５の振動体の斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態５の振動体の電極構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態５の振動体の振動モードを示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態５、並びに比較対象の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
圧電素子 １、１１、２０、４０、２１０
振動体 ５０、６０、７０、８０、２００
摩擦部材 ９０
移動体 ３
加圧部材 ２
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動体の振動により、移動体を摩擦駆動する超音波モータ及びそれを用いた電子機器に関し、特に矩形状の振動体に励振される縦振動と屈曲振動の合成した振動で移動体を駆動する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化、低消費電力化に伴い、稼動部を動かすアクチュエータとして超音波モータが注目され、その採用実績も伸びつつある。特に精密ステージ等、高精度な位置決めが必要とされる電子機器にはダイレクト駆動が可能なリニヤ型の超音波モータが多く使われている。このリニヤ型の超音波モータの代表として、矩形形状の振動体の縦振動と屈曲振動の結合振動を利用したものが知られている。これは振動体となる矩形板形状の圧電素子の一方の面に四つの電極を設け、互いに対角となる二つの電極を一組として二組の電極群を構成し、何れか一方の電極群に駆動信号を印加することで駆動に必要な振動を励振するものである。移動体の移動方向は駆動信号を印加する電極群の選択により行われる。従って単一の駆動信号で済むため駆動回路が簡素化されるという特徴を有している。
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の矩形板の振動を利用した超音波モータは、振動体となる矩形板に発生する振動（特に屈曲振動）の励振力が弱く、超音波モータの出力並びにその効率は小さなものになってしまった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、上記課題を解決する為に本発明の超音波モータは、圧電素子を有する振動体と、振動体と接する移動体と、圧電素子の一方の面に設けられた第一の電極もしくは第一の電極群と、圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで振動体に発生する振動により、移動体もしくは振動体自体を第一の方向に駆動し、圧電素子の一方の面に設けられた第二の電極もしくは第二の電極群と、圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで振動体に発生する振動により、移動体もしくは振動体自体を第二の方向に駆動し、圧電素子における第一の電極もしくは第一の電極群が設けられた部分の分極方向と、第二の電極もしくは第二の電極群が設けられた部分の分極方向とを異ならせることを特徴とする超音波モータとする。
【０００５】
これによれば振動体に発生する振動を強く励振することができるから、振動体の振動による移動体の駆動力を増し、超音波モータの出力を向上することが出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば振動体に発生する振動（特に屈曲振動成分）の励振力を大きく出来るから移動体から取り出される出力は大きくなり、超音波モータの効率も大きくなる。従って、本発明の超音波モータを搭載した電子機器の小型化、低消費電力化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施の形態１）
本発明の超音波モータ及びそれを用いた電子機器について図に基づいて説明する。先ず、本発明の超音波モータの構成を、超音波モータ１００をステージ（電子機器）１００として利用した例について図１を基に説明する。
【０００８】
本発明の超音波モータ１００は、大きくは矩形形状の圧電素子１で構成される振動体５０と、振動体５０と接し、振動体５０によって摩擦駆動される移動体３と、振動体５０と移動体３の間に接触圧を発生させる加圧部材２とで構成される。
【０００９】
板状の固定部材５の上に設けられたレール４と移動体３の移動方向に沿って設けられた案内溝３ａは係合しており、移動体３はレール４の長手方向に移動可能に案内されている。ここではレール４と案内溝３ａによる案内構造を示したが、ボールの転がりを使用した市販のリニヤガイドを用いても良い。振動体５０の（後述する振動の節に位置する）長手方向中央部は支持板７から立設された支持部材６ａ、６ｂで固定されている。支持板７は支持板7の側面から突出した凸部７ｂ、７ｃと固定部材５に設けられた案内溝５ａ、５ｂとが係合することで支持板７、並びに振動体５０は移動体３の方向に移動可能に案内されている。振動体５０の長手方向先端にはセラミックス（アルミナ等）などの耐摩耗性に富んだ摩擦部材９０が接合されている。固定部材５に一端を固定された板ばね（加圧部材）２の加圧力は支持板７に設けられた凸部７ａに加えられ、振動体５０に設けられた摩擦部材９０と移動体３は加圧接触する。そして図示しない駆動回路から振動体５０に駆動信号が印加され、振動体５０は二つの異なる振動を同時に発生する。この二つの異なる振動の合成により、摩擦部材９０は移動体３の移動方向の変位成分と振動体５０と移動体３との接触方向の変位成分を有する運動（基本的に楕円運動）を行い、移動体３は移動する。図１において移動体３は試料や被加工部材等を載せることが可能なテーブルであり超音波モータ１００自体がステージ１００として機能する。
【００１０】
次に、本発明の超音波モータの特徴となる振動体５０の構造について図２を基に詳細を説明する。尚、ここでは説明の都合上、摩擦部材９０を省略して説明する。振動体５０は矩形形状の圧電素子１で構成されている。図２（ａ）に示す様に圧電素子１の上面（一方の面）には圧電素子１の二つの幅方向の辺（移動体３の移動方向に設けられた短辺）の中央部同士を結ぶ線と二つの長手方向の辺（振動体５０と移動体３の接触方向に設けられた長辺）の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域に銀等からなる電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが設けられている。そして、圧電素子１の裏面（他方の面）にはほぼ全体に渡って電極１０が設けられている。電極１０をＧＮＤとして電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂに高電圧が印加され、圧電素子１は図中＋、−の方向に分極される。このうち、対角となる二つの電極８ａ、８ｂで第一の電極群８を構成し、対角となる他の二つの電極９ａ、９ｂで第二の電極群９を構成する。
【００１１】
振動体５０の長手方向の長さと幅方向の長さは、振動体５０に励振される縦振動の固有周波数と屈曲振動の固有周波数が近接あるいは一致するように設定される。ここで、縦振動と屈曲振動は長手方向と幅方向が含まれる面内で変位する振動である。図３には振動体５０の長手方向に対する振動の変位分布を示しており、図３（ａ）、（ｂ）は夫々振動体５０の長手方向ｌに対する縦振動の振幅分布（ＤＬ）、屈曲振動の振幅分布（ＤＢ）を示している。
【００１２】
次に超音波モータ１００の駆動方法について説明する。振動体５０に設けられた第一の電極群８と、GND電極１０との間に駆動信号を印加すると振動体５０には縦振動と屈曲振動が励振される。そしてこれら二つの振動の合成振動により移動体３は摩擦駆動される。また、第二の電極群９と、GND電極１０との間に駆動信号を印加すれば、振動体５０に励振される縦振動と屈曲振動の位相関係は反転するからこれら二つの振動の合成により生じる摩擦部材９０の楕円運動の方向は逆転し、移動体３の移動方向は逆転する。
【００１３】
ところで、上記では振動体５０を固定し、移動体３を稼動する例を示したが移動体３を固定し、振動体５０を稼動可能にすれば振動体５０自体を駆動することも可能となる。
【００１４】
このように電極群ごとに分極方向を変えることにより、特に（移動体３の送りに寄与する）屈曲振動の励振力が大きくなるから超音波モータ１００の出力効率は大幅に改善される。これらについて、以下具体的に説明する。図４（ａ）には第一の電極群８と、GND電極１０との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を、図４（ｂ）には第二の電極群９と、GND電極１０との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また、比較例として振動体１の電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂで示される領域全てを同一方向（+）に分極して電極群８とＧＮＤ電極１０との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を図５に示す。
【００１５】
これらは振動体５０（圧電素子１）の長辺を１９ｍｍ、短辺を５．３ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、各電極の幅を２．２ｍｍ、各電極間の余白幅並びに電極と側面との間隔を ０．３ｍｍとした際について、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００１６】
いずれの図においても低次のアドミッタンスのピークは振動体１の縦振動の共振点に対応したものであり、高次の共振のピークは屈曲振動の共振点に対応したものである。
【００１７】
このように二つの電極群の分極方向を変えることにより（移動体３の送りに寄与する）屈曲振動の励振力が大きくなる。これは、圧電素子１において二つの電極群が設けられた部分の分極方向が違うことにより、振動体５０の駆動時に駆動信号を印加していない電極に生じる反電界が振動の励振に及ぼす影響が異なるためと考えられる。
【００１８】
ところで、本実施の形態においてはＧＮＤ電極１０は圧電素子１の裏面にほぼ全体に渡って設けられたが、電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂに対向する部分だけ電極を設けて（複数のＧＮＤ電極を設けて）も良い。そしてこの場合、電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂのうち駆動信号を印加する電極とこれと対向するＧＮＤ電極の間に駆動信号を印加して振動体５０を駆動する。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の超音波モータの実施の形態２について図６を基に説明する。ここでは実施の形態１で示した振動体５０との相違点、即ち振動体６０の電極構成を中心に説明する。圧電素子１１の上面（一方の面）には二つの短辺を三分する点同士を結ぶ線で分けられる三つの領域のうち中央に位置する部分に電極（第三の電極）１４が設けられ、両端の二つの部分を更に圧電素子１１の長辺の中央の点同士を結ぶ線で四つの部分に分けられる四つの領域には電極１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂが設けられ、対角となる二つの電極１２ａ、１２ｂで第一の電極群１２を構成し、対角となる他の二つの電極１３ａ、１３ｂで第二の電極群１３を構成している。そして、圧電素子１１の裏面にはほぼ全体に渡って電極１５が設けられている。圧電素子１１は電極１５をＧＮＤとして電極１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４に直流電圧を印加することで図中＋、−の方向に分極されている。
【００２０】
次に振動体６０の駆動方法について説明する。ＧＮＤ電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加することにより実施の形態１と同様に縦振動と屈曲振動が同時に励振され移動体３は駆動される。これに対し、ＧＮＤとなる電極１５と、第二の電極群１３並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加すれば縦振動と屈曲振動の位相関係は逆転するから移動体３は逆方向に駆動される。
【００２１】
但し、実質的にはＧＮＤ電極１５と、互いに分極方向が同じ第一の電極群１２並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加して駆動した方が良い。この理由を以下に示す。図７（ａ）にはＧＮＤ電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極群１４との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を、図７（ｂ）にはＧＮＤ電極１５と、第二の電極群１３並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また、比較例として図６に示した振動体５０において分極方向を同一（電極群１３が位置する領域の分極方向も＋）として、ＧＮＤとなる電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を図８に示す。
【００２２】
これらは振動体１１の長辺を１９ｍｍ、短辺を５．３ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、第一の電極並びに第二の電極群を構成する電極の幅を１．４ｍｍ、第三の電極の幅を１．３ｍｍ、各電極間の余白幅並びに電極と側面との間隔を０．３ｍｍとしたモデルについて、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００２３】
いずれの図においても低次のアドミッタンスのピークは振動体６０の縦振動の共振点に対応したものであり、高次の共振のピークは屈曲振動の共振点に対応したものである。（図７（ｂ）における高次の共振のピークは小さくて判別が難しいが、位相の乱れがある周波数において存在する）
この様に振動体６０において、ＧＮＤ電極１５と、第一の電極群１２並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合の方が、ＧＮＤとなる電極１５と、第二の電極群１３並びに第三の電極１４との間に駆動信号を印加した場合に対して、更には比較例に対しても、屈曲振動が大きく励振されるから移動体３の出力は大きくなる。
【００２４】
（実施の形態３）
本発明の超音波モータの実施の形態３について図９を基に説明する。ここでは実施の形態１並びに実施の形態２で示した振動体５０、６０との相違点、即ち振動体７０の電極構成を中心に説明する。
【００２５】
圧電素子２０の表面（一方の面）には圧電素子２０の二つの短辺を二分する点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域のうち一方の領域には電極１８が設けられ、他方の領域を更に圧電素子２０の二つの長辺の中央の点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域には電極１６と電極１７が設けられている。圧電素子２０の裏面（他方の面）にはほぼ全面に渡って電極１９が設けられている。圧電体２０は電極１９をＧＮＤとし、電極１６，１７，１８に高電圧を印加することにより図中＋、−の方向に分極処理されている。
【００２６】
次に振動体７０の駆動方法について説明する。ＧＮＤとなる電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加することにより実施の形態１と同様に縦振動と屈曲振動が同時に励振され移動体３は駆動される。これに対し、ＧＮＤとなる電極１９と、第二の電極１７並びに第三の電極群１８との間に駆動信号を印加すれば縦振動と屈曲振動の位相関係は逆転するから移動体３は逆方向に駆動される。
【００２７】
但し、実質的にはＧＮＤとなる電極１９と、第一の電極１２並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加して駆動した方が良い。この理由を以下に示す。図１０（ａ）にはＧＮＤとなる電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を、図１０（ｂ）にはＧＮＤ電極１９と、第二の電極１７並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また、比較例として図９に示した振動体２０において分極方向を同一（第一の電極１６が位置する領域の分極方向も＋）としてＧＮＤ電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を図１１に示す。
【００２８】
これらは振動体７０の長辺を１９ｍｍ、短辺を５．３ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、各電極の幅を２．２ｍｍ、各電極間の余白並びに電極と側面との間隔を０．３ｍｍとしたモデルについて、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００２９】
いずれの図においても低次のアドミッタンスのピークは振動体７０の縦振動の共振点に対応したものであり、高次の共振のピークは屈曲振動の共振点に対応したものである。
【００３０】
この様に振動体７０において、ＧＮＤ電極１９と、第一の電極１６並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合の方が、ＧＮＤ電極１９と、第二の電極１７並びに第三の電極１８との間に駆動信号を印加した場合に対して、更には比較例に対しても、屈曲振動が大きく励振されるから移動体３の出力は大きくなる。
【００３１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について図１２、１３を基に説明する。ここでは実施の形態１で示した振動体５０との相違点である振動体８０の構造についてのみ説明する。尚、ここでも摩擦部材９０を省略して説明する。
【００３２】
図１２は振動体８０の斜視図であり、図中の点線１１０は二枚の圧電素子４０ａ、４０ｂの接合面を示したものである。振動体８０は実施の形態１に示した振動体５０を積層構造にしたものである。振動体８０は圧電素子４０ａ、４０ｂを重ねて一体的に結合されたものである。具体的にはグリーンシート状態の圧電素子４０ａ、４０ｂを積層して圧力を掛けた後、焼成して焼き固めて圧電素子４０を構成するが、圧電素子４０ａ、４０ｂの結合は接着剤を用いても良い。
【００３３】
次に振動体８０の電極構造について説明する。図１３（ａ）は振動体８０の上面（矢印２００の方向）から見た図であり、図１３（ｂ）は圧電素子４０ａ、４０ｂの境界面（点線１１０）にある電極２５を圧電素子４０ｂの上面から見た図であり、図１３（ｃ）は振動体８０（圧電素子４０ｂ）を下面（矢印２０１）の方向から見た図である。
【００３４】
振動体８０の上面には振動体８０（圧電素子４０ｂ）の二つの幅方向の辺（移動体３の移動方向となる短辺）の中央部同士を結ぶ線と二つの長手方向の辺（振動体８０と移動体３の接触方向となる長辺）の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域に銀等からなる電極２１，２２，２３，２４が設けられている。そして、圧電素子４０ｂの上面にはほぼ全体に渡って電極２５が設けられている。また、振動体８０の下面にも振動体８０の二つの幅方向の辺（移動体３の移動方向となる短辺）の中央部同士を結ぶ線と二つの長手方向の辺（振動体８０と移動体３の接触方向となる長辺）の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域に銀等からなる電極２５，２６，２７，２８が設けられている。
【００３５】
圧電素子４０の側面には側面電極２９，３０，３１，３２，３３が設けられている（側面電極３２、３３は図１２からは隠れて見えない）。側面電極２９は電極２４の端部２４ａと電極２８の端部２８ａとを短絡する。側面電極３１は電極２５の端部２５ａと短絡する。側面電極３０は電極２２の端部２２ａと電極２６の端部２６ａとを短絡する。側面電極３２は電極２１の端部２１ａと電極２５の端部２５ａとを短絡する。側面電極３３は電極２３の張り出し部２３ａと電極２７の張り出し部２７ａとを短絡する。
【００３６】
電極２５（側面電極３１）をＧＮＤとして電極２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８（側面電極２９、３０、３２、３３）に高電圧が印加され、振動体８０は図中＋、−の方向に分極される。このうち、電極２１、２２並びに電極２５、２６で第一の電極群を構成し、電極２３、２４並びに電極２７，２８で第二の電極群を構成する。
【００３７】
次に超音波モータ１００の駆動方法について説明する。側面電極３０、３２と、側面電極３１との間に駆動信号を印加すると振動体８０には縦振動と屈曲振動が励振される。そしてこれら二つの振動の合成振動により移動体３は摩擦駆動される。また、側面電極２９、３３と、側面電極３１との間に駆動信号を印加すれば、振動体８０に励振される縦振動と屈曲振動の位相関係は反転するからこれら二つの振動の合成により生じる摩擦部材９０の楕円運動の方向は逆転し、移動体３の移動方向は逆転する。
【００３８】
ここでは二枚の圧電素子４０ａ、４０ｂのみを積層して振動体８０を構成した例を示したが、更に圧電素子を積層しても良い。
【００３９】
このように振動体８０を積層構造にすることにより、分極電圧を下げられると共に積層コンデンサと同様の積層プロセスを使用できるから製造プロセスが簡単になり、小型で品質の優れた振動体８０を安価な価格で実現することが出来る。また駆動電圧を低減できるから駆動回路を簡略化でき、本発明の超音波モータを搭載した電子機器を小型化できる。また、昇圧回路で無駄に消費される電力を削減できるから電子機器の低消費電力化も実現できる。
【００４０】
このような圧電素子の積層化は実施の形態２〜３で示した振動体６０，７０にも、後述する実施の形態５で示す振動体２００にも適用できる。
【００４１】
（実施の形態５）
本発明の超音波モータの実施の形態５について図１４，１５，１６，１７を基に説明する。ここでは実施の形態１から実施の形態３で示した振動体５０、６０、７０との相違点、即ち振動体２００の電極構成、振動モードを中心に説明する。
【００４２】
振動体２００は矩形形状の圧電素子２１０とその長辺の中央部側面に設けられた摩擦部材９０からなる。
【００４３】
次に振動体２００に用いられる圧電素子２１０の電極構成について図１５（摩擦部材９０の図示省略）を用いて説明する。矩形形状の圧電素子２１０の表面（一方の面）には圧電素子２１０の二つの長辺の中央部同士を結ぶ線で分けられる二つの領域に夫々第一の電極４１と第二の電極４２が設けられている。圧電素子２１０の裏面（他方の面）にはほぼ全面に渡って電極４３が設けられている。圧電体２１０は電極４３をＧＮＤとし、電極４１、４２に高電圧を印加することにより図中＋、−の方向に分極処理されている。
【００４４】
次に振動体２００の駆動方法について説明する。ＧＮＤとなる電極４３と、第一の電極４１との間に駆動信号を印加することにより図１６に示す振動モードが励振される（摩擦部材９０の図示省略）。このとき摩擦部材９０の先端は二つの方向の成分（振動体２００長辺方向の変位と短辺方向の変位）を有する振動をするため、これと接する移動体３は駆動される。これに対し、ＧＮＤとなる電極４３と、第三の電極４２との間に駆動信号を印加すればこの二つの方向の変位の振動の位相関係は逆転するから移動体３は逆方向に駆動される。
【００４５】
図１７（ａ）には圧電素子２１０においてＧＮＤとなる電極４３と、第一の電極４１との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。また図１７（ｂ）には比較例として圧電素子２１０において第二の電極４２が設けられている部分の分極方向も第一の電極４１が設けられている部分の分極方向と同じ（両方とも図中+方向）とした場合に、電極４３と、第一の電極４１との間に駆動信号を印加した場合の周波数とアドミッタンス並びに位相の関係を示す。
【００４６】
これらは圧電素子２１０の長辺を２０ｍｍ、短辺を１０ｍｍ、厚みを２．０ｍｍとし、各電極間の余白並びに電極と側面との間隔を０．３ｍｍとしたモデルについて、有限要素法（使用ソフト：Ｐｉｅｚｏ Ｐｌｕｓ(ダイナス社製)）を用いて解析した例を示したものである。
【００４７】
この様に振動体２００（圧電素子２１０）において、第一の電極４１が設けられた領域の分極方向と第二の電極４２が設けられた領域の分極方向を異ならせることで振動体２００の振動が大きく励振されるから移動体３の出力は大きくなる。
【００４８】
尚、圧電素子２１０の裏面（他方の面）にはほぼ全面に渡ってGNDとなる電極４３が設けられていたが、第一の電極４１と第二の電極４２と対向するように、圧電素子２１０の二つの長辺の中央を結ぶ線で分割されていても良い。この場合、信号を印加する電極（第一の電極４１もしくは第二の電極４２）と対向する電極をGND電極として使用する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の超音波モータは、精密な位置決めが必要とされるステージの他、情報記録機器における読み取りヘッド並びに書き込みヘッドの駆動、デジタルカメラ、ビデオカメラ等におけるレンズの駆動、更には小型、薄型、低消費電力が要求される腕時計における様々な駆動部（カレンダ、指針等）の駆動にも使用可能であり、様々な電子機器の駆動源として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の超音波モータの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の振動体の電極構成を示す図である。
【図３】本発明の超音波モータの振動体の振動モードを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１の比較対象となる振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２の振動体の電極構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図８】実施の形態２の比較対象となる振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３の振動体の電極構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図１１】実施の形態３の比較対象となる振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の振動体の斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態４の振動体の電極構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５の振動体の斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態５の振動体の電極構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態５の振動体の振動モードを示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態５、並びに比較対象の振動体の周波数−アドミッタンス、位相の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
圧電素子 １、１１、２０、４０、２１０
振動体 ５０、６０、７０、８０、２００
摩擦部材 ９０
移動体 ３
加圧部材 ２
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有する振動体と、
前記振動体と接する移動体と、
前記圧電素子の一方の面に設けられた第一の電極もしくは第一の電極群と、前記圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで前記振動体に発生する振動により、前記移動体もしくは前記振動体自体を第一の方向に駆動し、
前記圧電素子の一方の面に設けられた第二の電極もしくは第二の電極群と、前記圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで前記振動体に発生する振動により、前記移動体もしくは前記振動体自体を第二の方向に駆動する超音波モータであって、
前記圧電素子において前記第一の電極もしくは前記第一の電極群が設けられた部分の分極方向と、前記第二の電極もしくは前記第二の電極群が設けられた部分の分極方向とは異なることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動体に発生する振動は二つの異なる振動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】
前記二つの異なる振動は縦振動と屈曲振動であ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４】
前記振動体は矩形形状部を有し、前記矩形形状部の二つの短辺の中央部同士を結ぶ線と二つの長辺の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域のうち、対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第一の電極群を構成し、他の対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第二の電極群を構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記圧電素子の一方の面に第三の電極を有し、駆動時には常に前記第三の電極に駆動信号が印加されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つ記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記振動体は矩形形状部を有し、前記矩形形状部の二つの短辺を三分する点同士を結ぶ線で分けられる三つの領域のうち中央に位置する部分に設けられた電極を第三の電極とし、
前記三つの領域のうち両端の二つの部分を更に前記圧電素子の長辺の中央の点同士を結ぶ線で四つの領域に分け、これら四つの領域のうち、対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第一の電極群を構成し、他の対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第二の電極群を構成したことを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記第一の電極群が設けられた部分の圧電素子の分極方向と前記第三の電極群が設けられた部分の圧電素子の分極方向は同じであり、前記第一の電極群並びに第三の電極群と前記GND電極との間に駆動信号を印加することで前記移動体と前記振動体を相対駆動させることを特徴とする請求項６に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記矩形形状部の二つの短辺を二分する点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域のうち一方の領域に設けられた電極を第三の電極とし、他方の領域を更に前記振動体の二つの長辺の中央の点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域に設けられた電極それぞれを第一の電極、第二の電極としたことを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記第一の電極が設けられた部分の圧電素子の分極方向と前記第三の電極が設けられた部分の圧電素子の分極方向は逆方向であり、前記第一の電極並びに第三の電極と前記GND電極との間に駆動信号を印加することで前記移動体と前記振動体を相対駆動させることを特徴とする請求項８に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
前記振動体は矩形形状部を有し、前記矩形形状部の二つの長辺の中央部同士を結ぶ線で分けられる二つの領域に夫々第一の電極と第二の電極を設けた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１１】
請求項１乃至１０の何れか一つに記載の圧電素子を積層して振動体を構成したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一つに記載の超音波モータを搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
圧電素子を有する振動体と、
前記振動体と接する移動体と、
前記圧電素子の一方の面に設けられた第一の電極もしくは第一の電極群と、前記圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで前記振動体に発生する振動により、前記移動体もしくは前記振動体自体を第一の方向に駆動し、
前記圧電素子の一方の面に設けられた第二の電極もしくは第二の電極群と、前記圧電素子の他方の面に設けられたGND電極との間に駆動信号を印加することで前記振動体に発生する振動により、前記移動体もしくは前記振動体自体を第二の方向に駆動する超音波モータであって、
前記圧電素子において前記第一の電極もしくは前記第一の電極群が設けられた部分の分極方向と、前記第二の電極もしくは前記第二の電極群が設けられた部分の分極方向とは異なることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記振動体に発生する振動は二つの異なる振動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】
前記二つの異なる振動は縦振動と屈曲振動であ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４】
前記振動体は矩形形状部を有し、前記矩形形状部の二つの短辺の中央部同士を結ぶ線と二つの長辺の中央部同士を結ぶ線とで分けられる四つの領域のうち、対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第一の電極群を構成し、他の対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第二の電極群を構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記圧電素子の一方の面に第三の電極を有し、駆動時には常に前記第三の電極に駆動信号が印加されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つ記載の超音波モータ。
【請求項６】
前記振動体は矩形形状部を有し、前記矩形形状部の二つの短辺を三分する点同士を結ぶ線で分けられる三つの領域のうち中央に位置する部分に設けられた電極を第三の電極とし、
前記三つの領域のうち両端の二つの部分を更に前記圧電素子の長辺の中央の点同士を結ぶ線で四つの領域に分け、これら四つの領域のうち、対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第一の電極群を構成し、他の対角となる二つの部分に設けられた二つの電極で第二の電極群を構成したことを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記第一の電極群が設けられた部分の圧電素子の分極方向と前記第三の電極群が設けられた部分の圧電素子の分極方向は同じであり、前記第一の電極群並びに第三の電極群と前記GND電極との間に駆動信号を印加することで前記移動体と前記振動体を相対駆動させることを特徴とする請求項６に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記矩形形状部の二つの短辺を二分する点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域のうち一方の領域に設けられた電極を第三の電極とし、他方の領域を更に前記振動体の二つの長辺の中央の点同士を結ぶ線で分けられる二つの領域に設けられた電極それぞれを第一の電極、第二の電極としたことを特徴とする請求項５に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記第一の電極が設けられた部分の圧電素子の分極方向と前記第三の電極が設けられた部分の圧電素子の分極方向は逆方向であり、前記第一の電極並びに第三の電極と前記GND電極との間に駆動信号を印加することで前記移動体と前記振動体を相対駆動させることを特徴とする請求項８に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
前記振動体は矩形形状部を有し、前記矩形形状部の二つの長辺の中央部同士を結ぶ線で分けられる二つの領域に夫々第一の電極と第二の電極を設けた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１１】
請求項１乃至１０の何れか一つに記載の圧電素子を積層して振動体を構成したことを特徴とする超音波モータ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一つに記載の超音波モータを搭載したことを特徴とする電子機器。
【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１６】
【図１７】
【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１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−２７１７７６（Ｐ２００８−２７１７７６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６３７０８（Ｐ２００８−６３７０８）
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【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２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【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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