超音波モータ
【課題】圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることのできる超音波モータを提供する。
【解決手段】振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、中心軸に垂直な面内において複数の領域を有し、複数の領域は、中心軸に沿った方向における変位が隣り合う領域で互いに異なり、振動子は、その分極方向と垂直な方向に伸縮する。
【解決手段】振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、中心軸に垂直な面内において複数の領域を有し、複数の領域は、中心軸に沿った方向における変位が隣り合う領域で互いに異なり、振動子は、その分極方向と垂直な方向に伸縮する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【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、特許文献１に記載された超音波モータは、その図１に示されるように、圧電素子と弾性体が必要になる、弾性体を斜めにカットしなければならない、縦振動とねじれ振動の周波数を合わせるために弾性体の一部に溝部を設けなければならない、構造が複雑であり組立性に難点がある等の課題があった。それ故、全体として振動子の構成が非常に複雑になり、ねじれ振動が発生しにくいという課題を有していた。
【０００６】
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、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることのできる超音波モータを提供することにある。また、本発明は、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる超音波モータ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波モータは、中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、中心軸に垂直な面内において複数の領域を有し、複数の領域は、中心軸に沿った方向における変位が隣り合う領域で互いに異なり、振動子は、その分極方向と垂直な方向に伸縮することを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る超音波モータにおいては、複数の領域の各領域は単一の方向に変位し、これにより、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動が形成されることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る超音波モータにおいては、複数の領域の各領域は異なる方向の変位を含み、これにより、回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る超音波モータは、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることができるという効果を奏する。また、本発明の超音波モータにおいては、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、第１実施形態に係る振動子の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、ねじれ１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｃ）は、縦１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｄ）は、ねじれ２次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｅ）は、ねじれ３次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図である。
【図４】振動子の高さを一定として、横軸を短辺の長さ／長辺の長さとしたときの各モードの共振周波数を表したグラフである。
【図５】第１実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図６】（ａ）は第１実施形態に係る第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図７】第１実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図８】（ａ）は図７の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図７の積層圧電素子の右側面図である。
【図９】第１実施形態の積層圧電素子の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。
【図１０】（ａ）は図９の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図９の積層圧電素子の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図９の積層圧電素子の右側面図、（ｄ）は図９の積層圧電素子の変形状態を示す右側面図である。
【図１１】第２実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図１２】（ａ）は第２実施形態に係る第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１３】第２実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図１４】（ａ）は図１３の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図１３の積層圧電素子の右側面図である。
【図１５】第２実施形態に係る積層圧電素子の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。
【図１６】（ａ）は図１５の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図１５の積層圧電素子の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図１５の積層圧電素子の右側面図、（ｄ）は図１５の積層圧電素子の変形状態を示す右側面図である。
【図１７】第３実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図１８】（ａ）は第３実施形態の第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１９】第３実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図２０】図１９の積層圧電素子の底面図である。
【図２１】第４実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図２２】（ａ）は第４実施形態の第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図２３】第４実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図２４】図２３の積層圧電素子の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る超音波モータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る超音波モータ１００は、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、図１、図２に示すように、振動子１０１及びロータ１０２を備える。
振動子１０１は、中心軸１００ｃ（回転軸）に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する、略直方体形状の圧電素子である。ロータ１０２は、略円板状をなし、その下面が振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａに設けた摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂに接し、振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａと直交する中心軸１００ｃを回転軸として回転駆動される。
【００１４】
振動子１０１へのロータ１０２の取り付け構造について説明する。
振動子１０１（圧電素子）の節近傍にはホルダ１１０が固着される。振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａとホルダ１１０との間には、シャフト１０５、ロータ１０２、ベアリング１０７、押圧バネ１０８、バネ押さえリング１０９が順に配置される。この配置は、中心軸１００ｃに対して同心状に行われる。
【００１５】
ロータ１０２の中央の凹部１０２ａにはベアリング１０７が結合され、ロータ１０２とベアリング１０７には中心軸１００ｃに沿うようにシャフト１０５が挿通される。シャフト１０５の下部は振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａ上に接触配置される。
【００１６】
ロータ１０２及びベアリング１０７に挿通されたシャフト１０５の上部先端は、押圧バネ１０８とバネ押さえリング１０９に順に挿通され、さらに、ホルダ１１０の上部の貫通穴１１０ａを通って、ホルダ１１０の上方に配置されたシャフト固定リング１１１に螺合される。これにより、シャフト１０５はホルダ１１０に固定される。
【００１７】
バネ押さえリング１０９とシャフト１０５はネジ溝によって互いに螺合されており、バネ押さえリング１０９を回転させてシャフト１０５に対する位置を変更することにより、押圧バネ１０８の力量を調節してロータ１０２の摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂへの押圧力量を調節することができる。
【００１８】
次に、図３及び図４を参照して、超音波モータ１０に使用される振動子１０１（圧電素子）の共振周波数の一致に関して説明する。
【００１９】
図３（ａ）に示されるように、振動子１０１は略直方体形状であり、中心軸１００ｃに直交する矩形状の断面の短辺１０１ｓの長さをａ、長辺１０１ｆの長さをｂ、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとしている。以下の説明では、高さ方向を、１次振動モードの振動の方向、かつ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、ａ、ｂ、ｃの大小関係はａ＜ｂ＜ｃとする。
【００２０】
振動子１０１においては、ａ、ｂ、ｃの各寸法を適切な値とすることで、縦１次振動モードの共振周波数とねじれ２次振動モード、若しくはねじれ３次振動モードの、共振周波数をほぼ一致させている。
【００２１】
ここで、図３（ｂ）〜（ｅ）には、ねじれ振動の方向ｐ１、ｐ２、縦振動の方向ｑ、及び振動の節Ｎを示している。節Ｎは、ねじれ１次振動（図３（ｂ））及び縦１次振動（図３（ｃ））では高さ方向の中心位置に１つ存在し、ねじれ２次振動（図３（ｄ））では高さ方向の２つの位置に存在し、ねじれ３次振動（図３（ｅ））では高さ方向の３つの位置に存在する。
【００２２】
また、図３（ｂ）〜（ｅ）において、実線は振動前の振動子１０１の形状を示しており、破線は振動後の振動子１０１の形状を示している。
【００２３】
図４からわかるように、ａ／ｂを変化させた場合には、縦１次振動モードの共振周波数はａ／ｂに依存せず、ほぼ一定の値をとるが、ねじれ振動の共振周波数は、ａ／ｂ値の増加とともに大きくなっていく。
【００２４】
また、ねじれ１次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂがどのような値をとっても、縦１次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。これに対して、ねじれ２次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。また、ねじれ３次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．３の近傍となるところで、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。したがって、第１実施形態の振動子１０１においては、縦１次ねじれ３次振動ではａ／ｂが０．２５〜０．３５、縦１次ねじれ２次振動ではａ／ｂが０．５〜０．６、となるように長さａ、ｂをそれぞれ設定する。
【００２５】
超音波モータ１００においては、振動子１０１の中心軸１００ｃ（回転軸）方向に沿って伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成する。長さａ、ｂの比（比率）は、振動子１０１の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように設定する。
【００２６】
振動子１０１は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子１２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ２次共振振動と、を発生する。以下に、図５から図８を参照して、振動子１０１を構成する積層圧電素子１２０の構成について説明する。ここで、図５は、積層圧電素子１２０の構成を示す分解斜視図である。図６（ａ）は第１圧電シート１３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート１４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート１５０の構成を示す平面図である。図７は、積層圧電素子１２０を正面上方から見た斜視図である。図８（ａ）は図７の積層圧電素子１２０の左側面図、（ｂ）は図７の積層圧電素子１２０の右側面図である。
【００２７】
図５に示すように、積層圧電素子１２０は、厚み方向（図５の矢印Ｓ１方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート１３０、交互に積層された２組の第２圧電シート１４０及び第３圧電シート１５０、２枚の第１圧電シート１３０、交互に積層された２組の第２圧電シート１４０及び第３圧電シート１５０、並びに、２枚の第１圧電シート１３０、を積層してなる。
【００２８】
なお、積層圧電素子１２０を構成する圧電シートの数及び配置は、振動子１０１の仕様に合わせて任意に選択することができる。
【００２９】
図６に示すように、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、及び第３圧電シート１５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、及び第３圧電シート１５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート１４０及び第３圧電シート１５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００３０】
第２圧電シート１４０の上面には、印刷によって、内部電極が２つずつ形成されている。また、第３圧電シート１５０の上面にも、印刷によって、内部電極が２つずつ形成されている。
【００３１】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図６（ｂ）に示すように、第２圧電シート１４０には、その長手方向（図６の上下方向）の略中央に、＋相の第１内部電極１４１ａと＋相の第２内部電極１４２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００３２】
＋相の第１内部電極１４１ａ、＋相の第２内部電極１４２ａは、その端部１４１ｂ、１４２ｂが第２圧電シート１４０の長辺１４０Ｌ、１４０Ｒの上部に露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１４１ｂ、１４２ｂは、第２圧電シート１４０の長手方向において、互いに対応する位置に配置されている。
【００３３】
図６（ｃ）に示すように、第３圧電シート１５０については、その長手方向の略中央に、−相の第１内部電極１５１ａと−相の第２内部電極１５２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００３４】
−相の第１内部電極１５１ａ、−相の第２内部電極１５２ａは、その端部１５１ｂ、１５２ｂが第３圧電シート１５０の長辺１５０Ｌ、１５０Ｒの下部に露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１５１ｂ、１５２ｂは、第３圧電シート１５０の長手方向において、互いに対応する位置に配置されている。
【００３５】
＋相の第１内部電極１４１ａと−相の第１内部電極１５１ａとは第２圧電シート１４０と第３圧電シート１５０を積層したときに、互いに対応する位置に形成されている。＋相の第２内部電極１４２ａと−相の第２内部電極１５２ａとについても、第２圧電シート１４０と第３圧電シート１５０を積層したときに、互いに対応する位置に形成されている。
【００３６】
各内部電極の端部１４１ｂ、１４２ｂ、１５１ｂ、１５２ｂには、例えば銀ペーストの印刷によって外部電極が形成される。
【００３７】
端部１４１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の左側面１２０Ｌ上の＋相の第１外部電極群１２１Ｌ、及び＋相の第３外部電極群１２３Ｌを構成し、端部１４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の右側面１２０Ｒ上の＋相の第１外部電極群１２１Ｒ、及び＋相の第３外部電極群１２３Ｒを構成する（図７、図８）。
【００３８】
端部１５１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の左側面１２０Ｌ上の−相の第２外部電極群１２２Ｌ、及び−相の第４外部電極群１２４Ｌを構成し、端部１５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の右側面１２０Ｒ上の−相の第２外部電極群１２２Ｒ、及び−相の第４外部電極群１２４Ｒを構成する（図７、図８）。
なお、図１、図２においては外部電極の図示を省略している。
【００３９】
これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣ（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
【００４０】
積層圧電素子１２０の側面に形成された８個の外部電極は、＋相の第１外部電極群１２１Ｌと−相の第２外部電極群１２２Ｌ、＋相の第３外部電極群１２３Ｌと−相の第４外部電極群１２４Ｌ、＋相の第１外部電極群１２１Ｒと−相の第２外部電極群１２２Ｒ、及び、＋相の第３外部電極群１２３Ｒと−相の第４外部電極群１２４Ｒがそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００４１】
一方、積層圧電素子１２０は、中心軸１００ｃに垂直な面内において、中心軸１００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄを有する（図７、図８）。
【００４２】
領域１２０Ａは＋相の第１外部電極群１２１Ｒと−相の第２外部電極群１２２Ｒの相に、領域１２０Ｂは＋相の第３外部電極群１２３Ｒと−相の第４外部電極群１２４Ｒの相に、領域１２０Ｃは＋相の第１外部電極群１２１Ｌと−相の第２外部電極群１２２Ｌの相に、領域１２０Ｄは＋相の第３外部電極群１２３Ｌと−相の第４外部電極群１２４Ｌの相に、それぞれ対応する。この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、信号に対応して各領域が単一方向にそれぞれ変位する。
【００４３】
図９、図１０を参照して、振動子１０１、積層圧電素子１２０の動作について説明する。図９は、積層圧電素子１２０の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。図１０（ａ）は図９の積層圧電素子１２０の左側面図、（ｂ）は図９の積層圧電素子１２０の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図９の積層圧電素子１２０の右側面図、（ｄ）は図９の積層圧電素子１２０の変形状態を示す右側面図である。図９、図１０においては、外部電極の表示を省略している。
【００４４】
図９、図１０に示す例では、外部の電源から、第１外部電極群１２１Ｒと第２外部電極群１２２Ｒとの間、第３外部電極群１２３Ｒと第４外部電極群１２４Ｒとの間、第１外部電極群１２１Ｌと第２外部電極群１２２Ｌとの間、及び、第３外部電極群１２３Ｌと第４外部電極群１２４Ｌとの間、の各相にそれぞれ信号を印加し、これにより、領域１２０Ａ、１２０Ｄをそれぞれ中心軸１００ｃに沿った方向に伸びるように変位させ、領域１２０Ｂ、１２０Ｃをそれぞれ中心軸１００ｃに沿った方向に縮むように変位させている。すなわち、積層圧電素子１２０は、中心軸１００ｃに沿った方向において、隣り合う領域で互いに異なる方向に変位しており、変位方向は分極方向（積層方向Ｓ１）と垂直になっている。なお、各領域の変位方向は、隣り合う領域で互いに異なる方向になれば図９、図１０に示す方向と異なっても良い。
【００４５】
このように、４つの領域を変位させると、縦１次共振振動（図３（ｃ））と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動（図３（ｄ））と、の合成により、振動子１０１の高さ方向の両端面に楕円振動が発生する。したがって、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。また、各領域が上述の方向とは逆の方向に変位するように、それぞれの相に信号を印加すると、逆の方向のねじれ２次共振振動を生じさせることができる。
【００４６】
以上の構成により、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができる。この振動子１０１を用いた超音波モータ１００は、部品点数が少なくなり、製造が容易となるため、コストを低減することができる。さらに、超音波モータ１００は、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータ１０２を回転させることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る超音波モータは、縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の合成により楕円振動を発生させる点が第１実施形態に係る超音波モータ１００と異なる。圧電シート以外の構成は第１実施形態に係る超音波モータ１００と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、圧電シート以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
第２実施形態の振動子は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子２２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動と、を発生する。以下に、図１１から図１４を参照して、振動子を構成する積層圧電素子２２０の構成について説明する。ここで、図１１は、積層圧電素子２２０の構成を示す分解斜視図である。図１２（ａ）は第１圧電シート２３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート２４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート２５０の構成を示す平面図である。図１３は、積層圧電素子２２０を正面上方から見た斜視図である。図１４（ａ）は図１３の積層圧電素子２２０の左側面図、（ｂ）は図１３の積層圧電素子２２０の右側面図である。
【００４９】
図１１に示すように、積層圧電素子２２０は、厚み方向（図１１の矢印Ｓ２方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート２３０、交互に積層された２組の第２圧電シート２４０及び第３圧電シート２５０、２枚の第１圧電シート２３０、交互に積層された２組の第２圧電シート２４０及び第３圧電シート２５０、並びに、２枚の第１圧電シート２３０、を積層してなる。
【００５０】
図１２に示すように、第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、及び第３圧電シート２５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、及び第３圧電シート２５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート２４０及び第３圧電シート２５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００５１】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図１２（ｂ）に示すように、第２圧電シート２４０には、＋相の第１内部電極２４１ａ、＋相の第２内部電極２４２ａ、＋相の第３内部電極２４３ａ、及び＋相の第４内部電極２４４ａが形成されている。＋相の第１内部電極２４１ａと＋相の第３内部電極２４３ａは、第２圧電シート２４０の長手方向（図１２の上下方向）上部において互いに対向するように離間して配置され、＋相の第２内部電極２４２ａと＋相の第４内部電極２４４ａは、第２圧電シート２４０の長手方向の下部において互いに対向するように離間して配置されている。
【００５２】
＋相の第１内部電極２４１ａ、＋相の第３内部電極２４３ａは、その端部２４１ｂ、２４３ｂが第２圧電シート２４０の長辺２４０Ｌ、２４０Ｒの上部に露出するようにそれぞれ延びている。＋相の第２内部電極２４２ａ、＋相の第４内部電極２４４ａは、その端部２４２ｂ、２４４ｂが第２圧電シート２４０の長辺２４０Ｌ、２４０Ｒの下部に露出するようにそれぞれ延びている。端部２４１ｂと端部２４３ｂは、第２圧電シート２４０の長手方向において、互いに対応する位置に配置され、端部２４２ｂと端部２４４ｂについても互いに対応するように配置されている。
【００５３】
一方、第３圧電シート２５０には、図１２（ｃ）に示すように、−相の第１内部電極２５１ａ、−相の第２内部電極２５２ａ、−相の第３内部電極２５３ａ、及び−相の第４内部電極２５４ａが形成されている。−相の第１内部電極２５１ａと−相の第３内部電極２５３ａは、第３圧電シート２５０の長手方向上部において互いに対向するように離間して配置され、−相の第２内部電極２５２ａと−相の第４内部電極２５４ａは、第３圧電シート２５０の長手方向の下部において互いに対向するように離間して配置されている。
【００５４】
−相の第１内部電極２５１ａ、−相の第３内部電極２５３ａは、その端部２５１ｂ、２５３ｂが第２圧電シート２５０の長辺２５０Ｌ、２５０Ｒの上部に露出するようにそれぞれ延びている。−相の第２内部電極２５２ａ、−相の第４内部電極２５４ａは、その端部２５２ｂ、２５４ｂが第２圧電シート２５０の長辺２５０Ｌ、２５０Ｒの下部に露出するようにそれぞれ延びている。端部２５１ｂと端部２５３ｂは互いに対応する位置に配置され、端部２５２ｂと端部２５４ｂについても互いに対応するように配置されている。
【００５５】
＋相の第１内部電極２４１ａと−相の第１内部電極２５１ａ、＋相の第２内部電極２４２ａと−相の第２内部電極２５２ａ、＋相の第３内部電極２４３ａと−相の第３内部電極２５３ａ、＋相の第４内部電極２４４ａと−相の第４内部電極２５４ａ、は第２圧電シート２４０と第３圧電シート２５０を積層したときに、互いに対応する位置にそれぞれ形成されている。
【００５６】
各内部電極の端部２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂ、２４４ｂ、２５１ｂ、２５２ｂ、２５３ｂ、２５４ｂには、例えば銀ペーストの印刷によって外部電極が形成される。
【００５７】
端部２４１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の＋相の第１外部電極群２２１Ｌ、及び＋相の第５外部電極群２２５Ｌを構成し、端部２４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の＋相の第４外部電極群２２４Ｌ、及び＋相の第８外部電極群２２８Ｌを構成する。
また、端部２４３ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の＋相の第１外部電極群２２１Ｒ、及び＋相の第５外部電極群２２５Ｒを構成し、端部２４４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の＋相の第４外部電極群２２４Ｒ、及び＋相の第８外部電極群２２８Ｒを構成する（図１３、図１４）。
【００５８】
端部２５１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の−相の第２外部電極群２２２Ｌ、及び−相の第６外部電極群２２６Ｌを構成し、端部２５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の−相の第３外部電極群２２３Ｌ、及び−相の第７外部電極群２２７Ｌを構成する。
また、端部２５３ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の−相の第２外部電極群２２２Ｒ、及び−相の第６外部電極群２２６Ｒを構成し、端部２５４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の−相の第３外部電極群２２３Ｒ、及び−相の第７外部電極群２２７Ｒを構成する（図１３、図１４）。
【００５９】
積層圧電素子２２０の側面に形成された１６個の外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌと右側面２２０Ｒのそれぞれにおいて４組の相を構成する。具体的には、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌにおいては、＋相の第１外部電極群２２１Ｌと−相の第２外部電極群２２２Ｌ、−相の第３外部電極群２２３Ｌと＋相の第４外部電極群２２４Ｌ、＋相の第５外部電極群２２５Ｌと−相の第６外部電極群２２６Ｌ、−相の第７外部電極群２２７Ｌと＋相の第８外部電極群２２８Ｌ、がそれぞれ対となり、４組の相を構成する。積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒにおいては、＋相の第１外部電極群２２１Ｒと−相の第２外部電極群２２２Ｒ、−相の第３外部電極群２２３Ｒと＋相の第４外部電極群２２４Ｒ、＋相の第５外部電極群２２５Ｒと−相の第６外部電極群２２６Ｒ、−相の第７外部電極群２２７Ｒと＋相の第８外部電極群２２８Ｒ、がそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００６０】
一方、積層圧電素子２２０は、中心軸２００ｃに垂直な面内において、中心軸２００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄを有する（図１３、図１４）。
【００６１】
領域２２０Ａは、＋相の第１外部電極群２２１Ｒと−相の第２外部電極群２２２Ｒ、及び、−相の第３外部電極群２２３Ｒと＋相の第４外部電極群２２４Ｒに対応し、領域２２０Ｂは、＋相の第５外部電極群２２５Ｒと−相の第６外部電極群２２６Ｒ、及び、−相の第７外部電極群２２７Ｒと＋相の第８外部電極群２２８Ｒに対応し、領域２２０Ｃは、＋相の第１外部電極群２２１Ｌと−相の第２外部電極群２２２Ｌ、及び、−相の第３外部電極群２２３Ｌと＋相の第４外部電極群２２４Ｌに対応し、領域２２０Ｄは、＋相の第５外部電極群２２５Ｌと−相の第６外部電極群２２６Ｌ、及び、−相の第７外部電極群２２７Ｌと＋相の第８外部電極群２２８Ｌに対応する。
【００６２】
この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、信号に対応して各領域が変位する。各領域は２組の相をそれぞれ含むため、同一領域内であっても各相に対応する部分を異なる方向に変位させることができる。
【００６３】
図１５、図１６を参照して、振動子１０１、積層圧電素子２２０の動作について説明する。図１５は、積層圧電素子２２０の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。図１６（ａ）は図１５の積層圧電素子２２０の左側面図、（ｂ）は図１５の積層圧電素子２２０の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図１５の積層圧電素子２２０の右側面図、（ｄ）は図１５の積層圧電素子２２０の変形状態を示す右側面図である。図１５、図１６においては、外部電極の表示を省略している。
【００６４】
図１５、図１６に示す例では、外部の電源から、各領域の２組の相に対応する外部電極群間にそれぞれ信号を印加する。これにより、領域２２０Ａでは、第１外部電極群２２１Ｒと第２外部電極群２２２Ｒに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸び、第３外部電極群２２３Ｒと第４外部電極群２２４Ｒに対応する部分では中心軸２００ｃに沿った方向に縮むように変位する。また、領域２２０Ｂでは、２２５Ｒと２２６Ｒに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に縮み、第７外部電極群２２７Ｒと第８外部電極群２２８Ｒに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸びるように変位する。さらにまた、領域２２０Ｃでは、第１外部電極群２２１Ｌと第２外部電極群２２２Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に縮み、第３外部電極群２２３Ｌと第４外部電極群２２４Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸びるように変位する。さらに、領域２２０Ｄでは、第５外部電極群２２５Ｌと第６外部電極群２２６Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸び、第７外部電極群２２７Ｌと第８外部電極群２２８Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に縮むように変位する。
【００６５】
したがって、積層圧電素子２２０は、中心軸２００ｃに沿った方向において、隣り合う領域、隣り合う部分で互いに異なる方向に変位しており、変位方向は分極方向（積層方向Ｓ２）と垂直になっている。なお、各領域の変位方向は、隣り合う領域で互いに異なる方向になれば図１５、図１６に示す方向と異なっても良い。
【００６６】
このように、４つの領域を変位させると、縦１次共振振動（図３（ｃ））と、中心軸２００ｃをねじれ軸とするねじれ３次共振振動（図３（ｅ））と、の合成により、振動子１０１の高さ方向の両端面に楕円振動が発生する。したがって、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。また、各領域の各部分が上述の方向とは逆の方向に変位するように、それぞれの相に信号を印加すると、逆の方向のねじれ３次共振振動を生じさせることができる。
【００６７】
以上の構成により、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができる。この振動子１０１を用いた超音波モータは、部品点数が少なくなり、製造が容易となるため、コストを低減することができる。さらに、超音波モータは、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータ１０２を回転させることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００６８】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る超音波モータは、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、外部電極群を積層圧電素子３２０の底面に配置させるような内部電極パターンを備える点が第１実施形態に係る超音波モータ１００と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る超音波モータ１００と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、圧電シート以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６９】
第３実施形態の振動子は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子３２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ２次共振振動と、を発生する。以下に、図１７から図２０を参照して、振動子を構成する積層圧電素子３２０の構成について説明する。ここで、図１７は、積層圧電素子３２０の構成を示す分解斜視図である。図１８（ａ）は第１圧電シート３３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート３４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート３５０の構成を示す平面図である。図１９は、積層圧電素子３２０を正面上方から見た斜視図である。図２０は図１９の積層圧電素子３２０の底面図である。
【００７０】
図１７に示すように、積層圧電素子３２０は、厚み方向（図１７の矢印Ｓ３方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート３３０、交互に積層された２組の第２圧電シート３４０及び第３圧電シート３５０、２枚の第１圧電シート３３０、交互に積層された２組の第２圧電シート３４０及び第３圧電シート３５０、並びに、２枚の第１圧電シート３３０、を積層してなる。
【００７１】
図１８に示すように、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、及び第３圧電シート３５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、及び第３圧電シート３５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート３４０及び第３圧電シート３５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００７２】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図１８（ｂ）に示すように、第２圧電シート３４０には、その長手方向（図１８の上下方向）の略中央に、＋相の第１内部電極３４１ａと＋相の第２内部電極３４２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００７３】
＋相の第１内部電極３４１ａ、＋相の第２内部電極３４２ａは、その端部３４１ｂ、３４２ｂが第２圧電シート３４０の底辺３４０Ｕに露出するようにそれぞれ延びている。端部３４１ｂ、３４２ｂは、第２圧電シート３４０の底辺３４０Ｕにおいて、離間した位置に配置されている。
【００７４】
図１８（ｃ）に示すように、第３圧電シート３５０には、その長手方向の略中央に、−相の第１内部電極３５１ａと−相の第２内部電極３５２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００７５】
−相の第１内部電極３５１ａ、−相の第２内部電極３５２ａは、その端部３５１ｂ、３５２ｂが第３圧電シート３５０の底辺３５０Ｕに露出するようにそれぞれ延びている。端部３５１ｂ、３５２ｂは、第３圧電シート３５０の底辺３５０Ｕにおいて、端部３４１ｂと端部３４２ｂに対応する位置よりも内側であって、互いに離間した位置に配置されている。
【００７６】
端部３４１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において＋相の第１外部電極群３２１Ｌ、及び＋相の第３外部電極群３２３Ｌを構成し、端部３４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において＋相の第１外部電極群３２１Ｒ、及び＋相の第３外部電極群３２３Ｒを構成する（図２０）。
【００７７】
端部３５１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において−相の第２外部電極群３２２Ｌ、及び−相の第４外部電極群３２４Ｌを構成し、端部３５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において−相の第２外部電極群３２２Ｒ、及び−相の第４外部電極群３２４Ｒを構成する（図２０）。
【００７８】
積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕに形成された８個の外部電極は、＋相の第１外部電極群３２１Ｌと−相の第２外部電極群３２２Ｌ、＋相の第３外部電極群３２３Ｌと−相の第４外部電極群３２４Ｌ、＋相の第１外部電極群３２１Ｒと−相の第２外部電極群３２２Ｒ、及び、＋相の第３外部電極群３２３Ｒと−相の第４外部電極群３２４Ｒがそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００７９】
一方、積層圧電素子３２０は、中心軸３００ｃに垂直な面内において、中心軸３００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄを有する（図１９、図２０）。
【００８０】
これらの領域３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄは、＋相の第１外部電極群３２１Ｒと−相の第２外部電極群３２２Ｒ、＋相の第３外部電極群３２３Ｒと−相の第４外部電極群３２４Ｒ、＋相の第１外部電極群３２１Ｌと−相の第２外部電極群３２２Ｌ、及び＋相の第３外部電極群３２３Ｌと−相の第４外部電極群３２４Ｌの各相にそれぞれ対応する。この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、第１実施形態の積層圧電素子１２０と同様に、信号に対応して各領域が単一方向にそれぞれ変位する。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００８１】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る超音波モータは、縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、外部電極群を積層圧電素子４２０の底面に配置させるような内部電極パターンを備える点が第２実施形態に係る超音波モータと異なる。その他の構成は第２実施形態に係る超音波モータと同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、圧電シート以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００８２】
第４実施形態の振動子は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子４２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動と、を発生する。以下に、図２１から図２４を参照して、振動子を構成する積層圧電素子４２０の構成について説明する。ここで、図２１は、積層圧電素子４２０の構成を示す分解斜視図である。図２２（ａ）は第１圧電シート４３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート４４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート４５０の構成を示す平面図である。図２３は、積層圧電素子４２０を正面上方から見た斜視図である。図２４は図２３の積層圧電素子４２０の底面図である。
【００８３】
図２１に示すように、積層圧電素子４２０は、厚み方向（図２１の矢印Ｓ４方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート４３０、交互に積層された２組の第２圧電シート４４０及び第３圧電シート４５０、２枚の第１圧電シート４３０、交互に積層された２組の第２圧電シート４４０及び第３圧電シート４５０、並びに、２枚の第１圧電シート４３０、を積層してなる。
【００８４】
図２２に示すように、第１圧電シート４３０、第２圧電シート４４０、及び第３圧電シート４５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート４３０、第２圧電シート４４０、及び第３圧電シート４５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート４４０及び第３圧電シート４５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００８５】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図２２（ｂ）に示すように、第２圧電シート４４０には、＋相の第１内部電極４４１ａ、＋相の第２内部電極４４２ａ、及び＋相の第４内部電極４４４ａが形成されている。＋相の第２内部電極４４２ａと＋相の第４内部電極４４４ａは、第２圧電シート４４０の長手方向（図２２の上下方向）の下部において互いに対向するように離間して配置されている。＋相の第１内部電極４４１ａは、＋相の第２内部電極４４２ａの上方に離間して配置されている。
【００８６】
＋相の第２内部電極４４２ａは、その端部４４２ｂが第２圧電シート４４０の底面４４０Ｕに露出するように延びている。＋相の第１内部電極４４１ａは＋相の第４内部電極４４４ａまで延び、第４内部電極４４４ａは、その端部４４４ｂが第２圧電シート４４０の底面４４０Ｕに露出するように延びている。端部４４２ｂと端部４４４ｂは、第２圧電シート４４０の底面４４０Ｕにおいて、離間した位置に配置されている。
【００８７】
一方、第３圧電シート４５０には、図２２（ｃ）に示すように、−相の第１内部電極４５１ａ、−相の第２内部電極４５２ａ、結線用電極４５３ａ、及び−相の第４内部電極４５４ａが形成されている。−相の第１内部電極４５１ａと結線用電極４５３ａは、第３圧電シート４５０の長手方向上部において互いに対向するように離間して配置され、−相の第２内部電極４５２ａと−相の第４内部電極４５４ａは、第３圧電シート４５０の長手方向の下部において互いに対向するように配置されている。
【００８８】
−相の第２内部電極４５２ａは、その端部４５２ｂが第３圧電シート４５０の底辺４５０Ｕに露出するように延びている。−相の第１内部電極４５１ａは、結線用電極４５３ａにより、−相の第４内部電極４５４ａに接続されており、さらに、−相の第３内部電極４５４ａは、その端部４５４ｂが第３圧電シート４５０の底辺４５０Ｕに露出するようにそれぞれ延びている。端部４５２ｂと端部４５４ｂは、第３圧電シート４５０の底辺４５０Ｕにおいて、端部４４２ｂと端部４４４ｂに対応する位置よりも内側であって、互いに離間した位置に配置されている。
【００８９】
端部４４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕにおいて、＋相の第１外部電極群４２１Ｌ、及び＋相の第３外部電極群４２３Ｌを構成し、端部４４４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕにおいて、＋相の第１外部電極群４２１Ｒ、及び＋相の第３外部電極群４２３Ｒを構成する（図２４）。
【００９０】
端部４５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕ上において、−相の第２外部電極群４２２Ｌ、及び−相の第４外部電極群４２４Ｌを構成し、端部４５４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕ上において、−相の第２外部電極群４２２Ｒ、及び−相の第４外部電極群４２４Ｒを構成する（図２０）。
【００９１】
積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕに形成された８個の外部電極は、＋相の第１外部電極群４２１Ｌと−相の第２外部電極群４２２Ｌ、＋相の第３外部電極群４２３Ｌと−相の第４外部電極群４２４Ｌ、＋相の第１外部電極群４２１Ｒと−相の第２外部電極群４２２Ｒ、及び、＋相の第３外部電極群４２３Ｒと−相の第４外部電極群４２４Ｒがそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００９２】
一方、積層圧電素子４２０は、中心軸４００ｃに垂直な面内において、中心軸４００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ、４２０Ｄを有する（図２３、図２４）。
【００９３】
これらの領域４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ、４２０Ｄは、＋相の第１外部電極群４２１Ｒと−相の第２外部電極群４２２Ｒ、＋相の第３外部電極群４２３Ｒと−相の第４外部電極群４２４Ｒ、＋相の第１外部電極群４２１Ｌと−相の第２外部電極群４２２Ｌ、及び＋相の第３外部電極群４２３Ｌと−相の第４外部電極群４２４Ｌの各相にそれぞれ対応する。
【００９４】
この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、信号に対応して各領域が変位する。特に、＋相の第１内部電極４４１ａと−相の第１内部電極４５１ａの対と、＋相の第２内部電極４４２ａと−相の第２内部電極４５２ａの対と、が異なる相になるため、同一領域内であっても異なる方向に変位させることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態又は第２実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明に係る超音波モータは、振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる超音波モータに適している。
【符号の説明】
【００９６】
１００ 超音波モータ
１００ｃ 中心軸（回転軸）
１０１ 振動子
１０１ａ 楕円振動発生面
１０１ｆ 長辺
１０１ｓ 短辺
１０２ ロータ
１０３ａ、１０３ｂ 摩擦接触部材
１０５ シャフト
１０７ ベアリング
１０８ 押圧バネ
１０９ バネ押さえリング
１１０ ホルダ
１１１ シャフト固定リング
１２０ 積層圧電素子
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ 領域
１２０Ｌ 左側面
１２０Ｒ 右側面
１２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
１２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
１２２Ｌ −相の第２外部電極群
１２２Ｒ −相の第２外部電極群
１２３Ｌ ＋相の第３外部電極群
１２３Ｒ ＋相の第３外部電極群
１２４Ｌ −相の第４外部電極群
１２４Ｒ −相の第４外部電極群
１３０ 第１圧電シート
１４０ 第２圧電シート
１４０Ｌ、１４０Ｒ 長辺
１４１ａ ＋相の第１内部電極
１４１ｂ 端部
１４２ａ ＋相の第２内部電極
１４２ｂ 端部
１５０ 第３圧電シート
１５０Ｌ、１５０Ｒ 長辺
１５１ａ −相の第１内部電極
１５１ｂ 端部
１５２ａ −相の第２内部電極
１５２ｂ 端部
２００ｃ 中心軸（回転軸）
２２０ 積層圧電素子
２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄ 領域
２２０Ｌ 左側面
２２０Ｒ 右側面
２２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
２２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
２２２Ｌ −相の第２外部電極群
２２２Ｒ −相の第２外部電極群
２２３Ｌ −相の第３外部電極群
２２３Ｒ −相の第３外部電極群
２２４Ｌ ＋相の第４外部電極群
２２４Ｒ ＋相の第４外部電極群
２２５Ｌ ＋相の第５外部電極群
２２５Ｒ ＋相の第５外部電極群
２２６Ｌ −相の第６外部電極群
２２６Ｒ −相の第６外部電極群
２２７Ｌ −相の第７外部電極群
２２７Ｒ −相の第７外部電極群
２２８Ｌ ＋相の第８外部電極群
２２８Ｒ ＋相の第８外部電極群
２３０ 第１圧電シート
２４０ 第２圧電シート
２４０Ｌ、２４０Ｒ 長辺
２４１ａ ＋相の第１内部電極
２４１ｂ 端部
２４２ａ ＋相の第２内部電極
２４２ｂ 端部
２４３ａ ＋相の第３内部電極
２４３ｂ 端部
２４４ａ ＋相の第４内部電極
２４４ｂ 端部
２５０ 第３圧電シート
２５０Ｌ、２５０Ｒ 長辺
２５１ａ −相の第１内部電極
２５１ｂ 端部
２５２ａ −相の第２内部電極
２５２ｂ 端部
２５３ａ −相の第３内部電極
２５３ｂ 端部
２５４ａ −相の第４内部電極
２５４ｂ 端部
３００ｃ 中心軸（回転軸）
３２０ 積層圧電素子
３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ 領域
３２０Ｕ 底面
３２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
３２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
３２２Ｌ −相の第２外部電極群
３２２Ｒ −相の第２外部電極群
３２３Ｌ ＋相の第３外部電極群
３２３Ｒ ＋相の第３外部電極群
３２４Ｌ −相の第４外部電極群
３２４Ｒ −相の第４外部電極群
３３０ 第１圧電シート
３４０ 第２圧電シート
３４０Ｕ 底辺
３４１ａ ＋相の第１内部電極
３４１ｂ 端部
３４２ａ ＋相の第２内部電極
３４２ｂ 端部
３５０ 第３圧電シート
３５０Ｕ 長辺
３５１ａ −相の第１内部電極
３５１ｂ 端部
３５２ａ −相の第２内部電極
３５２ｂ 端部
４００ｃ 中心軸（回転軸）
４２０ 積層圧電素子
４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ、４２０Ｄ 領域
４２０Ｕ 底面
４２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
４２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
４２２Ｌ −相の第２外部電極群
４２２Ｒ −相の第２外部電極群
４２３Ｌ ＋相の第３外部電極群
４２３Ｒ ＋相の第３外部電極群
４２４Ｌ −相の第４外部電極群
４２４Ｒ −相の第４外部電極群
４３０ 第１圧電シート
４４０ 第２圧電シート
４４０Ｕ 底辺
４４１ａ ＋相の第１内部電極
４４２ａ ＋相の第２内部電極
４４２ｂ 端部
４４４ａ ＋相の第４外部電極群
４４４ｂ 端部
４５０ 第３圧電シート
４５０Ｕ 長辺
４５１ａ −相の第１内部電極
４５２ａ −相の第２内部電極
４５２ｂ 端部
４５３ａ 結線用電極
４５４ａ −相の第４内部電極
４５４ｂ 端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１７１６８号公報
【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、特許文献１に記載された超音波モータは、その図１に示されるように、圧電素子と弾性体が必要になる、弾性体を斜めにカットしなければならない、縦振動とねじれ振動の周波数を合わせるために弾性体の一部に溝部を設けなければならない、構造が複雑であり組立性に難点がある等の課題があった。それ故、全体として振動子の構成が非常に複雑になり、ねじれ振動が発生しにくいという課題を有していた。
【０００６】
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、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることのできる超音波モータを提供することにある。また、本発明は、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる超音波モータ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波モータは、中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動子は、中心軸に垂直な面内において複数の領域を有し、複数の領域は、中心軸に沿った方向における変位が隣り合う領域で互いに異なり、振動子は、その分極方向と垂直な方向に伸縮することを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る超音波モータにおいては、複数の領域の各領域は単一の方向に変位し、これにより、回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動が形成されることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る超音波モータにおいては、複数の領域の各領域は異なる方向の変位を含み、これにより、回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る超音波モータは、圧電素子の屈曲振動を積極的に使用することによりねじれ共振振動を効率よく発生させることができるという効果を奏する。また、本発明の超音波モータにおいては、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要であり、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、第１実施形態に係る振動子の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、ねじれ１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｃ）は、縦１次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｄ）は、ねじれ２次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図、（ｅ）は、ねじれ３次振動モードにおける振動状態を破線で示した斜視図である。
【図４】振動子の高さを一定として、横軸を短辺の長さ／長辺の長さとしたときの各モードの共振周波数を表したグラフである。
【図５】第１実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図６】（ａ）は第１実施形態に係る第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図７】第１実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図８】（ａ）は図７の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図７の積層圧電素子の右側面図である。
【図９】第１実施形態の積層圧電素子の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。
【図１０】（ａ）は図９の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図９の積層圧電素子の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図９の積層圧電素子の右側面図、（ｄ）は図９の積層圧電素子の変形状態を示す右側面図である。
【図１１】第２実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図１２】（ａ）は第２実施形態に係る第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１３】第２実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図１４】（ａ）は図１３の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図１３の積層圧電素子の右側面図である。
【図１５】第２実施形態に係る積層圧電素子の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。
【図１６】（ａ）は図１５の積層圧電素子の左側面図、（ｂ）は図１５の積層圧電素子の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図１５の積層圧電素子の右側面図、（ｄ）は図１５の積層圧電素子の変形状態を示す右側面図である。
【図１７】第３実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図１８】（ａ）は第３実施形態の第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１９】第３実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図２０】図１９の積層圧電素子の底面図である。
【図２１】第４実施形態に係る積層圧電素子の構成を示す分解斜視図である。
【図２２】（ａ）は第４実施形態の第１圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シートの構成を示す平面図である。
【図２３】第４実施形態に係る積層圧電素子を正面上方から見た斜視図である。
【図２４】図２３の積層圧電素子の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る超音波モータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る超音波モータ１００は、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、図１、図２に示すように、振動子１０１及びロータ１０２を備える。
振動子１０１は、中心軸１００ｃ（回転軸）に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する、略直方体形状の圧電素子である。ロータ１０２は、略円板状をなし、その下面が振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａに設けた摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂに接し、振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａと直交する中心軸１００ｃを回転軸として回転駆動される。
【００１４】
振動子１０１へのロータ１０２の取り付け構造について説明する。
振動子１０１（圧電素子）の節近傍にはホルダ１１０が固着される。振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａとホルダ１１０との間には、シャフト１０５、ロータ１０２、ベアリング１０７、押圧バネ１０８、バネ押さえリング１０９が順に配置される。この配置は、中心軸１００ｃに対して同心状に行われる。
【００１５】
ロータ１０２の中央の凹部１０２ａにはベアリング１０７が結合され、ロータ１０２とベアリング１０７には中心軸１００ｃに沿うようにシャフト１０５が挿通される。シャフト１０５の下部は振動子１０１の楕円振動発生面１０１ａ上に接触配置される。
【００１６】
ロータ１０２及びベアリング１０７に挿通されたシャフト１０５の上部先端は、押圧バネ１０８とバネ押さえリング１０９に順に挿通され、さらに、ホルダ１１０の上部の貫通穴１１０ａを通って、ホルダ１１０の上方に配置されたシャフト固定リング１１１に螺合される。これにより、シャフト１０５はホルダ１１０に固定される。
【００１７】
バネ押さえリング１０９とシャフト１０５はネジ溝によって互いに螺合されており、バネ押さえリング１０９を回転させてシャフト１０５に対する位置を変更することにより、押圧バネ１０８の力量を調節してロータ１０２の摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂへの押圧力量を調節することができる。
【００１８】
次に、図３及び図４を参照して、超音波モータ１０に使用される振動子１０１（圧電素子）の共振周波数の一致に関して説明する。
【００１９】
図３（ａ）に示されるように、振動子１０１は略直方体形状であり、中心軸１００ｃに直交する矩形状の断面の短辺１０１ｓの長さをａ、長辺１０１ｆの長さをｂ、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとしている。以下の説明では、高さ方向を、１次振動モードの振動の方向、かつ、ねじれ振動のねじれの軸方向とする。また、ａ、ｂ、ｃの大小関係はａ＜ｂ＜ｃとする。
【００２０】
振動子１０１においては、ａ、ｂ、ｃの各寸法を適切な値とすることで、縦１次振動モードの共振周波数とねじれ２次振動モード、若しくはねじれ３次振動モードの、共振周波数をほぼ一致させている。
【００２１】
ここで、図３（ｂ）〜（ｅ）には、ねじれ振動の方向ｐ１、ｐ２、縦振動の方向ｑ、及び振動の節Ｎを示している。節Ｎは、ねじれ１次振動（図３（ｂ））及び縦１次振動（図３（ｃ））では高さ方向の中心位置に１つ存在し、ねじれ２次振動（図３（ｄ））では高さ方向の２つの位置に存在し、ねじれ３次振動（図３（ｅ））では高さ方向の３つの位置に存在する。
【００２２】
また、図３（ｂ）〜（ｅ）において、実線は振動前の振動子１０１の形状を示しており、破線は振動後の振動子１０１の形状を示している。
【００２３】
図４からわかるように、ａ／ｂを変化させた場合には、縦１次振動モードの共振周波数はａ／ｂに依存せず、ほぼ一定の値をとるが、ねじれ振動の共振周波数は、ａ／ｂ値の増加とともに大きくなっていく。
【００２４】
また、ねじれ１次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂがどのような値をとっても、縦１次振動モードの共振周波数と一致する条件はない。これに対して、ねじれ２次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。また、ねじれ３次振動モードの共振周波数は、ａ／ｂ値が０．３の近傍となるところで、縦１次振動モードの共振周波数と一致する。したがって、第１実施形態の振動子１０１においては、縦１次ねじれ３次振動ではａ／ｂが０．２５〜０．３５、縦１次ねじれ２次振動ではａ／ｂが０．５〜０．６、となるように長さａ、ｂをそれぞれ設定する。
【００２５】
超音波モータ１００においては、振動子１０１の中心軸１００ｃ（回転軸）方向に沿って伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成する。長さａ、ｂの比（比率）は、振動子１０１の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように設定する。
【００２６】
振動子１０１は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子１２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ２次共振振動と、を発生する。以下に、図５から図８を参照して、振動子１０１を構成する積層圧電素子１２０の構成について説明する。ここで、図５は、積層圧電素子１２０の構成を示す分解斜視図である。図６（ａ）は第１圧電シート１３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート１４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート１５０の構成を示す平面図である。図７は、積層圧電素子１２０を正面上方から見た斜視図である。図８（ａ）は図７の積層圧電素子１２０の左側面図、（ｂ）は図７の積層圧電素子１２０の右側面図である。
【００２７】
図５に示すように、積層圧電素子１２０は、厚み方向（図５の矢印Ｓ１方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート１３０、交互に積層された２組の第２圧電シート１４０及び第３圧電シート１５０、２枚の第１圧電シート１３０、交互に積層された２組の第２圧電シート１４０及び第３圧電シート１５０、並びに、２枚の第１圧電シート１３０、を積層してなる。
【００２８】
なお、積層圧電素子１２０を構成する圧電シートの数及び配置は、振動子１０１の仕様に合わせて任意に選択することができる。
【００２９】
図６に示すように、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、及び第３圧電シート１５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、及び第３圧電シート１５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート１４０及び第３圧電シート１５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００３０】
第２圧電シート１４０の上面には、印刷によって、内部電極が２つずつ形成されている。また、第３圧電シート１５０の上面にも、印刷によって、内部電極が２つずつ形成されている。
【００３１】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図６（ｂ）に示すように、第２圧電シート１４０には、その長手方向（図６の上下方向）の略中央に、＋相の第１内部電極１４１ａと＋相の第２内部電極１４２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００３２】
＋相の第１内部電極１４１ａ、＋相の第２内部電極１４２ａは、その端部１４１ｂ、１４２ｂが第２圧電シート１４０の長辺１４０Ｌ、１４０Ｒの上部に露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１４１ｂ、１４２ｂは、第２圧電シート１４０の長手方向において、互いに対応する位置に配置されている。
【００３３】
図６（ｃ）に示すように、第３圧電シート１５０については、その長手方向の略中央に、−相の第１内部電極１５１ａと−相の第２内部電極１５２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００３４】
−相の第１内部電極１５１ａ、−相の第２内部電極１５２ａは、その端部１５１ｂ、１５２ｂが第３圧電シート１５０の長辺１５０Ｌ、１５０Ｒの下部に露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１５１ｂ、１５２ｂは、第３圧電シート１５０の長手方向において、互いに対応する位置に配置されている。
【００３５】
＋相の第１内部電極１４１ａと−相の第１内部電極１５１ａとは第２圧電シート１４０と第３圧電シート１５０を積層したときに、互いに対応する位置に形成されている。＋相の第２内部電極１４２ａと−相の第２内部電極１５２ａとについても、第２圧電シート１４０と第３圧電シート１５０を積層したときに、互いに対応する位置に形成されている。
【００３６】
各内部電極の端部１４１ｂ、１４２ｂ、１５１ｂ、１５２ｂには、例えば銀ペーストの印刷によって外部電極が形成される。
【００３７】
端部１４１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の左側面１２０Ｌ上の＋相の第１外部電極群１２１Ｌ、及び＋相の第３外部電極群１２３Ｌを構成し、端部１４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の右側面１２０Ｒ上の＋相の第１外部電極群１２１Ｒ、及び＋相の第３外部電極群１２３Ｒを構成する（図７、図８）。
【００３８】
端部１５１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の左側面１２０Ｌ上の−相の第２外部電極群１２２Ｌ、及び−相の第４外部電極群１２４Ｌを構成し、端部１５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子１２０の右側面１２０Ｒ上の−相の第２外部電極群１２２Ｒ、及び−相の第４外部電極群１２４Ｒを構成する（図７、図８）。
なお、図１、図２においては外部電極の図示を省略している。
【００３９】
これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の電源（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣ（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
【００４０】
積層圧電素子１２０の側面に形成された８個の外部電極は、＋相の第１外部電極群１２１Ｌと−相の第２外部電極群１２２Ｌ、＋相の第３外部電極群１２３Ｌと−相の第４外部電極群１２４Ｌ、＋相の第１外部電極群１２１Ｒと−相の第２外部電極群１２２Ｒ、及び、＋相の第３外部電極群１２３Ｒと−相の第４外部電極群１２４Ｒがそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００４１】
一方、積層圧電素子１２０は、中心軸１００ｃに垂直な面内において、中心軸１００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄを有する（図７、図８）。
【００４２】
領域１２０Ａは＋相の第１外部電極群１２１Ｒと−相の第２外部電極群１２２Ｒの相に、領域１２０Ｂは＋相の第３外部電極群１２３Ｒと−相の第４外部電極群１２４Ｒの相に、領域１２０Ｃは＋相の第１外部電極群１２１Ｌと−相の第２外部電極群１２２Ｌの相に、領域１２０Ｄは＋相の第３外部電極群１２３Ｌと−相の第４外部電極群１２４Ｌの相に、それぞれ対応する。この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、信号に対応して各領域が単一方向にそれぞれ変位する。
【００４３】
図９、図１０を参照して、振動子１０１、積層圧電素子１２０の動作について説明する。図９は、積層圧電素子１２０の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。図１０（ａ）は図９の積層圧電素子１２０の左側面図、（ｂ）は図９の積層圧電素子１２０の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図９の積層圧電素子１２０の右側面図、（ｄ）は図９の積層圧電素子１２０の変形状態を示す右側面図である。図９、図１０においては、外部電極の表示を省略している。
【００４４】
図９、図１０に示す例では、外部の電源から、第１外部電極群１２１Ｒと第２外部電極群１２２Ｒとの間、第３外部電極群１２３Ｒと第４外部電極群１２４Ｒとの間、第１外部電極群１２１Ｌと第２外部電極群１２２Ｌとの間、及び、第３外部電極群１２３Ｌと第４外部電極群１２４Ｌとの間、の各相にそれぞれ信号を印加し、これにより、領域１２０Ａ、１２０Ｄをそれぞれ中心軸１００ｃに沿った方向に伸びるように変位させ、領域１２０Ｂ、１２０Ｃをそれぞれ中心軸１００ｃに沿った方向に縮むように変位させている。すなわち、積層圧電素子１２０は、中心軸１００ｃに沿った方向において、隣り合う領域で互いに異なる方向に変位しており、変位方向は分極方向（積層方向Ｓ１）と垂直になっている。なお、各領域の変位方向は、隣り合う領域で互いに異なる方向になれば図９、図１０に示す方向と異なっても良い。
【００４５】
このように、４つの領域を変位させると、縦１次共振振動（図３（ｃ））と、中心軸１００ｃをねじれ軸とするねじれ２次共振振動（図３（ｄ））と、の合成により、振動子１０１の高さ方向の両端面に楕円振動が発生する。したがって、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。また、各領域が上述の方向とは逆の方向に変位するように、それぞれの相に信号を印加すると、逆の方向のねじれ２次共振振動を生じさせることができる。
【００４６】
以上の構成により、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができる。この振動子１０１を用いた超音波モータ１００は、部品点数が少なくなり、製造が容易となるため、コストを低減することができる。さらに、超音波モータ１００は、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータ１０２を回転させることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る超音波モータは、縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の合成により楕円振動を発生させる点が第１実施形態に係る超音波モータ１００と異なる。圧電シート以外の構成は第１実施形態に係る超音波モータ１００と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、圧電シート以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
第２実施形態の振動子は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子２２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動と、を発生する。以下に、図１１から図１４を参照して、振動子を構成する積層圧電素子２２０の構成について説明する。ここで、図１１は、積層圧電素子２２０の構成を示す分解斜視図である。図１２（ａ）は第１圧電シート２３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート２４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート２５０の構成を示す平面図である。図１３は、積層圧電素子２２０を正面上方から見た斜視図である。図１４（ａ）は図１３の積層圧電素子２２０の左側面図、（ｂ）は図１３の積層圧電素子２２０の右側面図である。
【００４９】
図１１に示すように、積層圧電素子２２０は、厚み方向（図１１の矢印Ｓ２方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート２３０、交互に積層された２組の第２圧電シート２４０及び第３圧電シート２５０、２枚の第１圧電シート２３０、交互に積層された２組の第２圧電シート２４０及び第３圧電シート２５０、並びに、２枚の第１圧電シート２３０、を積層してなる。
【００５０】
図１２に示すように、第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、及び第３圧電シート２５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、及び第３圧電シート２５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート２４０及び第３圧電シート２５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００５１】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図１２（ｂ）に示すように、第２圧電シート２４０には、＋相の第１内部電極２４１ａ、＋相の第２内部電極２４２ａ、＋相の第３内部電極２４３ａ、及び＋相の第４内部電極２４４ａが形成されている。＋相の第１内部電極２４１ａと＋相の第３内部電極２４３ａは、第２圧電シート２４０の長手方向（図１２の上下方向）上部において互いに対向するように離間して配置され、＋相の第２内部電極２４２ａと＋相の第４内部電極２４４ａは、第２圧電シート２４０の長手方向の下部において互いに対向するように離間して配置されている。
【００５２】
＋相の第１内部電極２４１ａ、＋相の第３内部電極２４３ａは、その端部２４１ｂ、２４３ｂが第２圧電シート２４０の長辺２４０Ｌ、２４０Ｒの上部に露出するようにそれぞれ延びている。＋相の第２内部電極２４２ａ、＋相の第４内部電極２４４ａは、その端部２４２ｂ、２４４ｂが第２圧電シート２４０の長辺２４０Ｌ、２４０Ｒの下部に露出するようにそれぞれ延びている。端部２４１ｂと端部２４３ｂは、第２圧電シート２４０の長手方向において、互いに対応する位置に配置され、端部２４２ｂと端部２４４ｂについても互いに対応するように配置されている。
【００５３】
一方、第３圧電シート２５０には、図１２（ｃ）に示すように、−相の第１内部電極２５１ａ、−相の第２内部電極２５２ａ、−相の第３内部電極２５３ａ、及び−相の第４内部電極２５４ａが形成されている。−相の第１内部電極２５１ａと−相の第３内部電極２５３ａは、第３圧電シート２５０の長手方向上部において互いに対向するように離間して配置され、−相の第２内部電極２５２ａと−相の第４内部電極２５４ａは、第３圧電シート２５０の長手方向の下部において互いに対向するように離間して配置されている。
【００５４】
−相の第１内部電極２５１ａ、−相の第３内部電極２５３ａは、その端部２５１ｂ、２５３ｂが第２圧電シート２５０の長辺２５０Ｌ、２５０Ｒの上部に露出するようにそれぞれ延びている。−相の第２内部電極２５２ａ、−相の第４内部電極２５４ａは、その端部２５２ｂ、２５４ｂが第２圧電シート２５０の長辺２５０Ｌ、２５０Ｒの下部に露出するようにそれぞれ延びている。端部２５１ｂと端部２５３ｂは互いに対応する位置に配置され、端部２５２ｂと端部２５４ｂについても互いに対応するように配置されている。
【００５５】
＋相の第１内部電極２４１ａと−相の第１内部電極２５１ａ、＋相の第２内部電極２４２ａと−相の第２内部電極２５２ａ、＋相の第３内部電極２４３ａと−相の第３内部電極２５３ａ、＋相の第４内部電極２４４ａと−相の第４内部電極２５４ａ、は第２圧電シート２４０と第３圧電シート２５０を積層したときに、互いに対応する位置にそれぞれ形成されている。
【００５６】
各内部電極の端部２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂ、２４４ｂ、２５１ｂ、２５２ｂ、２５３ｂ、２５４ｂには、例えば銀ペーストの印刷によって外部電極が形成される。
【００５７】
端部２４１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の＋相の第１外部電極群２２１Ｌ、及び＋相の第５外部電極群２２５Ｌを構成し、端部２４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の＋相の第４外部電極群２２４Ｌ、及び＋相の第８外部電極群２２８Ｌを構成する。
また、端部２４３ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の＋相の第１外部電極群２２１Ｒ、及び＋相の第５外部電極群２２５Ｒを構成し、端部２４４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の＋相の第４外部電極群２２４Ｒ、及び＋相の第８外部電極群２２８Ｒを構成する（図１３、図１４）。
【００５８】
端部２５１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の−相の第２外部電極群２２２Ｌ、及び−相の第６外部電極群２２６Ｌを構成し、端部２５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌ上の−相の第３外部電極群２２３Ｌ、及び−相の第７外部電極群２２７Ｌを構成する。
また、端部２５３ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の−相の第２外部電極群２２２Ｒ、及び−相の第６外部電極群２２６Ｒを構成し、端部２５４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒ上の−相の第３外部電極群２２３Ｒ、及び−相の第７外部電極群２２７Ｒを構成する（図１３、図１４）。
【００５９】
積層圧電素子２２０の側面に形成された１６個の外部電極は、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌと右側面２２０Ｒのそれぞれにおいて４組の相を構成する。具体的には、積層圧電素子２２０の左側面２２０Ｌにおいては、＋相の第１外部電極群２２１Ｌと−相の第２外部電極群２２２Ｌ、−相の第３外部電極群２２３Ｌと＋相の第４外部電極群２２４Ｌ、＋相の第５外部電極群２２５Ｌと−相の第６外部電極群２２６Ｌ、−相の第７外部電極群２２７Ｌと＋相の第８外部電極群２２８Ｌ、がそれぞれ対となり、４組の相を構成する。積層圧電素子２２０の右側面２２０Ｒにおいては、＋相の第１外部電極群２２１Ｒと−相の第２外部電極群２２２Ｒ、−相の第３外部電極群２２３Ｒと＋相の第４外部電極群２２４Ｒ、＋相の第５外部電極群２２５Ｒと−相の第６外部電極群２２６Ｒ、−相の第７外部電極群２２７Ｒと＋相の第８外部電極群２２８Ｒ、がそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００６０】
一方、積層圧電素子２２０は、中心軸２００ｃに垂直な面内において、中心軸２００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄを有する（図１３、図１４）。
【００６１】
領域２２０Ａは、＋相の第１外部電極群２２１Ｒと−相の第２外部電極群２２２Ｒ、及び、−相の第３外部電極群２２３Ｒと＋相の第４外部電極群２２４Ｒに対応し、領域２２０Ｂは、＋相の第５外部電極群２２５Ｒと−相の第６外部電極群２２６Ｒ、及び、−相の第７外部電極群２２７Ｒと＋相の第８外部電極群２２８Ｒに対応し、領域２２０Ｃは、＋相の第１外部電極群２２１Ｌと−相の第２外部電極群２２２Ｌ、及び、−相の第３外部電極群２２３Ｌと＋相の第４外部電極群２２４Ｌに対応し、領域２２０Ｄは、＋相の第５外部電極群２２５Ｌと−相の第６外部電極群２２６Ｌ、及び、−相の第７外部電極群２２７Ｌと＋相の第８外部電極群２２８Ｌに対応する。
【００６２】
この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、信号に対応して各領域が変位する。各領域は２組の相をそれぞれ含むため、同一領域内であっても各相に対応する部分を異なる方向に変位させることができる。
【００６３】
図１５、図１６を参照して、振動子１０１、積層圧電素子２２０の動作について説明する。図１５は、積層圧電素子２２０の各領域の変形を示す図であって、正面上方から見た斜視図である。図１６（ａ）は図１５の積層圧電素子２２０の左側面図、（ｂ）は図１５の積層圧電素子２２０の変形状態を示す左側面図、（ｃ）は図１５の積層圧電素子２２０の右側面図、（ｄ）は図１５の積層圧電素子２２０の変形状態を示す右側面図である。図１５、図１６においては、外部電極の表示を省略している。
【００６４】
図１５、図１６に示す例では、外部の電源から、各領域の２組の相に対応する外部電極群間にそれぞれ信号を印加する。これにより、領域２２０Ａでは、第１外部電極群２２１Ｒと第２外部電極群２２２Ｒに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸び、第３外部電極群２２３Ｒと第４外部電極群２２４Ｒに対応する部分では中心軸２００ｃに沿った方向に縮むように変位する。また、領域２２０Ｂでは、２２５Ｒと２２６Ｒに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に縮み、第７外部電極群２２７Ｒと第８外部電極群２２８Ｒに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸びるように変位する。さらにまた、領域２２０Ｃでは、第１外部電極群２２１Ｌと第２外部電極群２２２Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に縮み、第３外部電極群２２３Ｌと第４外部電極群２２４Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸びるように変位する。さらに、領域２２０Ｄでは、第５外部電極群２２５Ｌと第６外部電極群２２６Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に伸び、第７外部電極群２２７Ｌと第８外部電極群２２８Ｌに対応する部分では、中心軸２００ｃに沿った方向に縮むように変位する。
【００６５】
したがって、積層圧電素子２２０は、中心軸２００ｃに沿った方向において、隣り合う領域、隣り合う部分で互いに異なる方向に変位しており、変位方向は分極方向（積層方向Ｓ２）と垂直になっている。なお、各領域の変位方向は、隣り合う領域で互いに異なる方向になれば図１５、図１６に示す方向と異なっても良い。
【００６６】
このように、４つの領域を変位させると、縦１次共振振動（図３（ｃ））と、中心軸２００ｃをねじれ軸とするねじれ３次共振振動（図３（ｅ））と、の合成により、振動子１０１の高さ方向の両端面に楕円振動が発生する。したがって、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂを介してロータ１０２に楕円振動が伝達される。また、各領域の各部分が上述の方向とは逆の方向に変位するように、それぞれの相に信号を印加すると、逆の方向のねじれ３次共振振動を生じさせることができる。
【００６７】
以上の構成により、単一の部材からなり、構造が単純であり、溝部等が不要な振動子１０１を得ることができる。この振動子１０１を用いた超音波モータは、部品点数が少なくなり、製造が容易となるため、コストを低減することができる。さらに、超音波モータは、縦振動とねじれ振動を容易に励起することができ、縦振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータ１０２を回転させることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００６８】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る超音波モータは、縦１次共振振動とねじれ２次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、外部電極群を積層圧電素子３２０の底面に配置させるような内部電極パターンを備える点が第１実施形態に係る超音波モータ１００と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る超音波モータ１００と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、圧電シート以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６９】
第３実施形態の振動子は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子３２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ２次共振振動と、を発生する。以下に、図１７から図２０を参照して、振動子を構成する積層圧電素子３２０の構成について説明する。ここで、図１７は、積層圧電素子３２０の構成を示す分解斜視図である。図１８（ａ）は第１圧電シート３３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート３４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート３５０の構成を示す平面図である。図１９は、積層圧電素子３２０を正面上方から見た斜視図である。図２０は図１９の積層圧電素子３２０の底面図である。
【００７０】
図１７に示すように、積層圧電素子３２０は、厚み方向（図１７の矢印Ｓ３方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート３３０、交互に積層された２組の第２圧電シート３４０及び第３圧電シート３５０、２枚の第１圧電シート３３０、交互に積層された２組の第２圧電シート３４０及び第３圧電シート３５０、並びに、２枚の第１圧電シート３３０、を積層してなる。
【００７１】
図１８に示すように、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、及び第３圧電シート３５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、及び第３圧電シート３５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート３４０及び第３圧電シート３５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００７２】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図１８（ｂ）に示すように、第２圧電シート３４０には、その長手方向（図１８の上下方向）の略中央に、＋相の第１内部電極３４１ａと＋相の第２内部電極３４２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００７３】
＋相の第１内部電極３４１ａ、＋相の第２内部電極３４２ａは、その端部３４１ｂ、３４２ｂが第２圧電シート３４０の底辺３４０Ｕに露出するようにそれぞれ延びている。端部３４１ｂ、３４２ｂは、第２圧電シート３４０の底辺３４０Ｕにおいて、離間した位置に配置されている。
【００７４】
図１８（ｃ）に示すように、第３圧電シート３５０には、その長手方向の略中央に、−相の第１内部電極３５１ａと−相の第２内部電極３５２ａが、互いに対向するように離間して配置されている。
【００７５】
−相の第１内部電極３５１ａ、−相の第２内部電極３５２ａは、その端部３５１ｂ、３５２ｂが第３圧電シート３５０の底辺３５０Ｕに露出するようにそれぞれ延びている。端部３５１ｂ、３５２ｂは、第３圧電シート３５０の底辺３５０Ｕにおいて、端部３４１ｂと端部３４２ｂに対応する位置よりも内側であって、互いに離間した位置に配置されている。
【００７６】
端部３４１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において＋相の第１外部電極群３２１Ｌ、及び＋相の第３外部電極群３２３Ｌを構成し、端部３４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において＋相の第１外部電極群３２１Ｒ、及び＋相の第３外部電極群３２３Ｒを構成する（図２０）。
【００７７】
端部３５１ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において−相の第２外部電極群３２２Ｌ、及び−相の第４外部電極群３２４Ｌを構成し、端部３５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕ上において−相の第２外部電極群３２２Ｒ、及び−相の第４外部電極群３２４Ｒを構成する（図２０）。
【００７８】
積層圧電素子３２０の底面３２０Ｕに形成された８個の外部電極は、＋相の第１外部電極群３２１Ｌと−相の第２外部電極群３２２Ｌ、＋相の第３外部電極群３２３Ｌと−相の第４外部電極群３２４Ｌ、＋相の第１外部電極群３２１Ｒと−相の第２外部電極群３２２Ｒ、及び、＋相の第３外部電極群３２３Ｒと−相の第４外部電極群３２４Ｒがそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００７９】
一方、積層圧電素子３２０は、中心軸３００ｃに垂直な面内において、中心軸３００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄを有する（図１９、図２０）。
【００８０】
これらの領域３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄは、＋相の第１外部電極群３２１Ｒと−相の第２外部電極群３２２Ｒ、＋相の第３外部電極群３２３Ｒと−相の第４外部電極群３２４Ｒ、＋相の第１外部電極群３２１Ｌと−相の第２外部電極群３２２Ｌ、及び＋相の第３外部電極群３２３Ｌと−相の第４外部電極群３２４Ｌの各相にそれぞれ対応する。この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、第１実施形態の積層圧電素子１２０と同様に、信号に対応して各領域が単一方向にそれぞれ変位する。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００８１】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る超音波モータは、縦１次共振振動とねじれ３次共振振動の合成により楕円振動を発生させるものであり、外部電極群を積層圧電素子４２０の底面に配置させるような内部電極パターンを備える点が第２実施形態に係る超音波モータと異なる。その他の構成は第２実施形態に係る超音波モータと同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、圧電シート以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００８２】
第４実施形態の振動子は、複数の圧電シートを積層した積層圧電素子４２０からなり、圧電シートの厚み方向に分極されてなる活性化領域により、縦１次共振振動と、ねじれ３次共振振動と、を発生する。以下に、図２１から図２４を参照して、振動子を構成する積層圧電素子４２０の構成について説明する。ここで、図２１は、積層圧電素子４２０の構成を示す分解斜視図である。図２２（ａ）は第１圧電シート４３０の構成を示す平面図、（ｂ）は第２圧電シート４４０の構成を示す平面図、（ｃ）は第３圧電シート４５０の構成を示す平面図である。図２３は、積層圧電素子４２０を正面上方から見た斜視図である。図２４は図２３の積層圧電素子４２０の底面図である。
【００８３】
図２１に示すように、積層圧電素子４２０は、厚み方向（図２１の矢印Ｓ４方向）の最も手前側から順に、２枚の第１圧電シート４３０、交互に積層された２組の第２圧電シート４４０及び第３圧電シート４５０、２枚の第１圧電シート４３０、交互に積層された２組の第２圧電シート４４０及び第３圧電シート４５０、並びに、２枚の第１圧電シート４３０、を積層してなる。
【００８４】
図２２に示すように、第１圧電シート４３０、第２圧電シート４４０、及び第３圧電シート４５０は、矩形板状の同一形状を備える。第１圧電シート４３０、第２圧電シート４４０、及び第３圧電シート４５０としては、例えば、ハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電素子を用いる。第２圧電シート４４０及び第３圧電シート４５０からなる圧電素子は、内部電極を含み、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００８５】
以下、内部電極及び外部電極の具体的な構成について説明する。
図２２（ｂ）に示すように、第２圧電シート４４０には、＋相の第１内部電極４４１ａ、＋相の第２内部電極４４２ａ、及び＋相の第４内部電極４４４ａが形成されている。＋相の第２内部電極４４２ａと＋相の第４内部電極４４４ａは、第２圧電シート４４０の長手方向（図２２の上下方向）の下部において互いに対向するように離間して配置されている。＋相の第１内部電極４４１ａは、＋相の第２内部電極４４２ａの上方に離間して配置されている。
【００８６】
＋相の第２内部電極４４２ａは、その端部４４２ｂが第２圧電シート４４０の底面４４０Ｕに露出するように延びている。＋相の第１内部電極４４１ａは＋相の第４内部電極４４４ａまで延び、第４内部電極４４４ａは、その端部４４４ｂが第２圧電シート４４０の底面４４０Ｕに露出するように延びている。端部４４２ｂと端部４４４ｂは、第２圧電シート４４０の底面４４０Ｕにおいて、離間した位置に配置されている。
【００８７】
一方、第３圧電シート４５０には、図２２（ｃ）に示すように、−相の第１内部電極４５１ａ、−相の第２内部電極４５２ａ、結線用電極４５３ａ、及び−相の第４内部電極４５４ａが形成されている。−相の第１内部電極４５１ａと結線用電極４５３ａは、第３圧電シート４５０の長手方向上部において互いに対向するように離間して配置され、−相の第２内部電極４５２ａと−相の第４内部電極４５４ａは、第３圧電シート４５０の長手方向の下部において互いに対向するように配置されている。
【００８８】
−相の第２内部電極４５２ａは、その端部４５２ｂが第３圧電シート４５０の底辺４５０Ｕに露出するように延びている。−相の第１内部電極４５１ａは、結線用電極４５３ａにより、−相の第４内部電極４５４ａに接続されており、さらに、−相の第３内部電極４５４ａは、その端部４５４ｂが第３圧電シート４５０の底辺４５０Ｕに露出するようにそれぞれ延びている。端部４５２ｂと端部４５４ｂは、第３圧電シート４５０の底辺４５０Ｕにおいて、端部４４２ｂと端部４４４ｂに対応する位置よりも内側であって、互いに離間した位置に配置されている。
【００８９】
端部４４２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕにおいて、＋相の第１外部電極群４２１Ｌ、及び＋相の第３外部電極群４２３Ｌを構成し、端部４４４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕにおいて、＋相の第１外部電極群４２１Ｒ、及び＋相の第３外部電極群４２３Ｒを構成する（図２４）。
【００９０】
端部４５２ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕ上において、−相の第２外部電極群４２２Ｌ、及び−相の第４外部電極群４２４Ｌを構成し、端部４５４ｂに形成された外部電極は、積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕ上において、−相の第２外部電極群４２２Ｒ、及び−相の第４外部電極群４２４Ｒを構成する（図２０）。
【００９１】
積層圧電素子４２０の底面４２０Ｕに形成された８個の外部電極は、＋相の第１外部電極群４２１Ｌと−相の第２外部電極群４２２Ｌ、＋相の第３外部電極群４２３Ｌと−相の第４外部電極群４２４Ｌ、＋相の第１外部電極群４２１Ｒと−相の第２外部電極群４２２Ｒ、及び、＋相の第３外部電極群４２３Ｒと−相の第４外部電極群４２４Ｒがそれぞれ対となり、４組の相を構成する。
【００９２】
一方、積層圧電素子４２０は、中心軸４００ｃに垂直な面内において、中心軸４００ｃの周りを９０度ごとに分けた、４つの領域４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ、４２０Ｄを有する（図２３、図２４）。
【００９３】
これらの領域４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ、４２０Ｄは、＋相の第１外部電極群４２１Ｒと−相の第２外部電極群４２２Ｒ、＋相の第３外部電極群４２３Ｒと−相の第４外部電極群４２４Ｒ、＋相の第１外部電極群４２１Ｌと−相の第２外部電極群４２２Ｌ、及び＋相の第３外部電極群４２３Ｌと−相の第４外部電極群４２４Ｌの各相にそれぞれ対応する。
【００９４】
この構成によれば、各相に対して外部の電源から信号を印加すると、信号に対応して各領域が変位する。特に、＋相の第１内部電極４４１ａと−相の第１内部電極４５１ａの対と、＋相の第２内部電極４４２ａと−相の第２内部電極４５２ａの対と、が異なる相になるため、同一領域内であっても異なる方向に変位させることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態又は第２実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明に係る超音波モータは、振動とねじれ振動を合成することにより楕円振動を形成し、楕円振動によりロータを回転させる超音波モータに適している。
【符号の説明】
【００９６】
１００ 超音波モータ
１００ｃ 中心軸（回転軸）
１０１ 振動子
１０１ａ 楕円振動発生面
１０１ｆ 長辺
１０１ｓ 短辺
１０２ ロータ
１０３ａ、１０３ｂ 摩擦接触部材
１０５ シャフト
１０７ ベアリング
１０８ 押圧バネ
１０９ バネ押さえリング
１１０ ホルダ
１１１ シャフト固定リング
１２０ 積層圧電素子
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ 領域
１２０Ｌ 左側面
１２０Ｒ 右側面
１２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
１２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
１２２Ｌ −相の第２外部電極群
１２２Ｒ −相の第２外部電極群
１２３Ｌ ＋相の第３外部電極群
１２３Ｒ ＋相の第３外部電極群
１２４Ｌ −相の第４外部電極群
１２４Ｒ −相の第４外部電極群
１３０ 第１圧電シート
１４０ 第２圧電シート
１４０Ｌ、１４０Ｒ 長辺
１４１ａ ＋相の第１内部電極
１４１ｂ 端部
１４２ａ ＋相の第２内部電極
１４２ｂ 端部
１５０ 第３圧電シート
１５０Ｌ、１５０Ｒ 長辺
１５１ａ −相の第１内部電極
１５１ｂ 端部
１５２ａ −相の第２内部電極
１５２ｂ 端部
２００ｃ 中心軸（回転軸）
２２０ 積層圧電素子
２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄ 領域
２２０Ｌ 左側面
２２０Ｒ 右側面
２２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
２２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
２２２Ｌ −相の第２外部電極群
２２２Ｒ −相の第２外部電極群
２２３Ｌ −相の第３外部電極群
２２３Ｒ −相の第３外部電極群
２２４Ｌ ＋相の第４外部電極群
２２４Ｒ ＋相の第４外部電極群
２２５Ｌ ＋相の第５外部電極群
２２５Ｒ ＋相の第５外部電極群
２２６Ｌ −相の第６外部電極群
２２６Ｒ −相の第６外部電極群
２２７Ｌ −相の第７外部電極群
２２７Ｒ −相の第７外部電極群
２２８Ｌ ＋相の第８外部電極群
２２８Ｒ ＋相の第８外部電極群
２３０ 第１圧電シート
２４０ 第２圧電シート
２４０Ｌ、２４０Ｒ 長辺
２４１ａ ＋相の第１内部電極
２４１ｂ 端部
２４２ａ ＋相の第２内部電極
２４２ｂ 端部
２４３ａ ＋相の第３内部電極
２４３ｂ 端部
２４４ａ ＋相の第４内部電極
２４４ｂ 端部
２５０ 第３圧電シート
２５０Ｌ、２５０Ｒ 長辺
２５１ａ −相の第１内部電極
２５１ｂ 端部
２５２ａ −相の第２内部電極
２５２ｂ 端部
２５３ａ −相の第３内部電極
２５３ｂ 端部
２５４ａ −相の第４内部電極
２５４ｂ 端部
３００ｃ 中心軸（回転軸）
３２０ 積層圧電素子
３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ 領域
３２０Ｕ 底面
３２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
３２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
３２２Ｌ −相の第２外部電極群
３２２Ｒ −相の第２外部電極群
３２３Ｌ ＋相の第３外部電極群
３２３Ｒ ＋相の第３外部電極群
３２４Ｌ −相の第４外部電極群
３２４Ｒ −相の第４外部電極群
３３０ 第１圧電シート
３４０ 第２圧電シート
３４０Ｕ 底辺
３４１ａ ＋相の第１内部電極
３４１ｂ 端部
３４２ａ ＋相の第２内部電極
３４２ｂ 端部
３５０ 第３圧電シート
３５０Ｕ 長辺
３５１ａ −相の第１内部電極
３５１ｂ 端部
３５２ａ −相の第２内部電極
３５２ｂ 端部
４００ｃ 中心軸（回転軸）
４２０ 積層圧電素子
４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ、４２０Ｄ 領域
４２０Ｕ 底面
４２１Ｌ ＋相の第１外部電極群
４２１Ｒ ＋相の第１外部電極群
４２２Ｌ −相の第２外部電極群
４２２Ｒ −相の第２外部電極群
４２３Ｌ ＋相の第３外部電極群
４２３Ｒ ＋相の第３外部電極群
４２４Ｌ −相の第４外部電極群
４２４Ｒ −相の第４外部電極群
４３０ 第１圧電シート
４４０ 第２圧電シート
４４０Ｕ 底辺
４４１ａ ＋相の第１内部電極
４４２ａ ＋相の第２内部電極
４４２ｂ 端部
４４４ａ ＋相の第４外部電極群
４４４ｂ 端部
４５０ 第３圧電シート
４５０Ｕ 長辺
４５１ａ −相の第１内部電極
４５２ａ −相の第２内部電極
４５２ｂ 端部
４５３ａ 結線用電極
４５４ａ −相の第４内部電極
４５４ｂ 端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、前記振動子の楕円振動発生面に接して前記振動子の前記楕円振動発生面と直交する前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、前記楕円振動を形成してなり、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、前記振動子の前記矩形状の長さ比率を設定し、
前記振動子は、前記中心軸に垂直な面内において複数の領域を有し、
前記複数の領域は、前記中心軸に沿った方向における変位が隣り合う領域で互いに異なり、
前記振動子は、その分極方向と垂直な方向に伸縮することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記複数の領域の各領域は単一の方向にそれぞれ変位し、これにより、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動が形成され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】
前記複数の領域の各領域は互いに異なる方向の複数の変位をそれぞれ含み、これにより、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動が形成され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１】
中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、前記振動子の楕円振動発生面に接して前記振動子の前記楕円振動発生面と直交する前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動とを合成することにより、前記楕円振動を形成してなり、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦１次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、前記振動子の前記矩形状の長さ比率を設定し、
前記振動子は、前記中心軸に垂直な面内において複数の領域を有し、
前記複数の領域は、前記中心軸に沿った方向における変位が隣り合う領域で互いに異なり、
前記振動子は、その分極方向と垂直な方向に伸縮することを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記複数の領域の各領域は単一の方向にそれぞれ変位し、これにより、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ２次共振振動が形成され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】
前記複数の領域の各領域は互いに異なる方向の複数の変位をそれぞれ含み、これにより、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ３次共振振動が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−１６０５７９（Ｐ２０１１−１６０５７９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１０４７（Ｐ２０１０−２１０４７）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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