超音波モータ
【課題】全体構成を簡略化することができ、かつ、配線の数を減らすことのできる超音波モータを提供する。
【解決手段】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、振動検出電極層を備える。
【解決手段】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、振動検出電極層を備える。
【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】
振動子の縦振動と捻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。
例えば特許文献１に記載の超音波振動子では、１対もしくは複数対の積層型圧電素子が、基本弾性体と一体的に設けられた、積層型圧電素子を挿入可能な凹部を持つ保持用弾性体との間に保持され、かつ保持用弾性体を圧電素子に突き当てて圧縮応力を印加した状態で基本弾性体にビスで固定される構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−８５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の超音波振動子の構造では、圧電素子を固定するための保持用弾性体が必要になる、保持用弾性体と圧電素子を配置するために弾性体に斜めの凹部を形成しなければならない等、全体として振動子の構成が複雑となると言う課題があった。
【０００５】
また、前記複数対の積層圧電素子と保持用弾性体との間に複数の振動検出用の圧電素子が設けられた構成となっており、この振動子を駆動する際には、１つの相あたり、駆動用に２本、振動検出用に２本、少なくとも合わせて８本の配線が必要となり、配線数が多く小型化に不利であるという課題もあった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、全体構成を簡略化することができ、かつ、配線の数を減らすことのでき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、振動検出電極層を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る超音波モータにおいて、ねじれ共振振動はねじれ２次共振振動であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る超音波モータにおいて、ねじれ共振振動はねじれ３次共振振動であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子は、圧電シートを積層してなり、振動検出電極層は、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに同一であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子は、圧電シートを積層してなり、振動検出電極層は、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに逆であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る超音波モータにおいて、駆動電極層は、少なくともねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、駆動電極層の積層方向と同一の軸上に振動検出電極層が形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る超音波モータにおいて、駆動電極層はねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、振動検出電極層は、節部とは位置の異なるねじれ共振振動の節部を含む位置に形成されることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る超音波モータにおいて、駆動電極層は、ねじれ共振振動と縦１次共振振動の共通の節部を含む位置に形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子において、振動検出電極及び駆動電極と導通するように設けられた外部電極のうち、駆動時に接続される、振動検出電極及び駆動電極と導通した外部電極が振動子の外側面の同一面に形成され、分極時のみ使用する外部電極が外側面の対向面に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る超音波モータは、単一部材で振動子を形成できるため、振動体の構成を簡略化することができる。また、振動検出用の内部電極を導通させた層を設けたため、特別な回路なしに容易にねじれ共振振動成分を検出できるとともに、モータ駆動時に振動子に接続が必要な配線数を削減することができ、超音波モータの小型化に有利となる。さらに、ねじれ共振振動成分の検出信号は振動検出層を直列接続した信号であるため、信号電圧を大きくすることができ、これにより、振動速度が低下する低速駆動時に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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正面図である。
【図２】（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３】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４】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５】（ａ）は第１実施形態に係る第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シートの構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シートの構成を示す平面図である。
【図６】第１実施形態に係る積層圧電素子から振動子をカットする位置を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は、第１実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図８】（ａ）は、第１実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図９】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１０】（ａ）は第２実施形態に係る第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シートの構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１１】第２実施形態に係る積層圧電素子から振動子をカットする位置を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）は、第２実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図１３】（ａ）は、第２実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図１４】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１５】（ａ）は第３実施形態に係る第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シートの構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１６】第３実施形態に係る積層圧電素子から振動子をカットする位置を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、第３実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図１８】（ａ）は、第３実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータ１００の構成を示す正面図である。
【００２０】
超音波モータ１００は、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。振動子１０１（圧電素子）の節近傍には、振動子を囲むように配置されたホルダ１１０から延びる支持部材１１０ａ、１１０ｂが固着される。
【００２１】
ロータ１０２は、略円板状をなし、その下面が振動子１０１の上面の楕円振動発生面１０１ａに設けた摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂに接する。ロータ１０２の上面中央からは、中心軸１００ｃに沿うようにシャフト１０５が延びる。このシャフト１０５は、ホルダ１１０に保持されたベアリング１０７に結合される。
【００２２】
一方、振動子１０１の下面１０１ｂには、中心軸１００ｃに沿うように延びる第２シャフト１０６が当接している。この第２シャフト１０６は、一端がホルダ１１０の内面に固定されているとともに、押圧バネ１０８及びバネ押さえリング１０９に挿通されている。
【００２３】
バネ押さえリング１０９と第２シャフト１０６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を回転させて第２シャフト１０６に対する位置を変更することにより、押圧バネ１０８の力量を調節することができ、これにより、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。
【００２４】
以上の構成により、振動子１０１を駆動すると、ロータ１０２は、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。
【００２５】
次に、図２及び図３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）の固有周波数の一致に関して説明する。図２（ａ）は、第１実施形態に係る振動子１０１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。
【００２６】
図２（ａ）に示されるように、振動子１０１の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、縦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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで、図２（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２（ｂ））及び縦１次振動（図２（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２（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２（ｄ））では高さ方向の３つの位置に存在する。
【００２９】
また、図２（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。
【００３０】
図３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。
【００３１】
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０．５５〜０．６５、となるように長さａ、ｂをそれぞれ設定する。図６に示す積層圧電素子１２０では、ａ／ｂを約０．３としている。
【００３２】
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。
【００３３】
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次共振振動又はねじれ３次共振振動と、を発生する。
【００３４】
以下に、図４〜図７を参照して、振動子１０１、積層圧電素子１２０の構成について説明する。ここで、図４は、積層圧電素子１２０の構成を示す分解斜視図である。図５（ａ）は第２圧電シート１４０の構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シート１５０の構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シート１６０の構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シート１７０の構成を示す平面図である。図６は、積層圧電素子１２０から振動子１０１をカットする位置を示す斜視図である。図７（ａ）は、第１実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子１０１の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図６においては、内部の電極を透過的に示しており、図６及び図７では、各圧電シートの詳細な積層状態の図示を省略している。
【００３５】
図４に示すように、積層圧電素子１２０は、高さ方向（図５の矢印Ｓ１方向）の最も上側から順に、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第２圧電シート１４０、複数の第１圧電シート１３０、第４圧電シート１６０、第５圧電シート１７０、第４圧電シート１６０、及び、複数の第１圧電シート１３０、を積層してなる。
【００３６】
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。
【００３７】
図５に示すように、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び、第５圧電シート１７０は、矩形板状の同一形状を備える。さらに、第１圧電シート１３０も、第２〜第５圧電シートと同一の矩形板状の形状を備える。
【００３８】
第１、第２、第３、第４、及び第５圧電シートとしては、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。こららの圧電セラミックスシートは、厚さ１０μｍから１００μｍ程度のＰＺＴ材料からなることが好ましく、内部電極は、例えば、厚さ約４μｍの銀パラジウム合金からなっている。内部電極を含む、第２、第３、第４、及び第５圧電シートは、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００３９】
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。
まず、内部電極は、第２、第３、第４、及び第５圧電シートの上面に対して、印刷によって、２つずつ形成されている。
【００４０】
図５（ａ）に示すように、第２圧電シート１４０には、その長手方向（図５の左右方向）の略中央に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第１内部電極１４１ａ（Ｄ＋）と第２内部電極１４２ａ（Ｃ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。尚、内部電極名の後ろの括弧内の記述は、その内部電極が構成する電極層（後述する）の名称と分極の極性を示している。
【００４１】
第１内部電極１４１ａ（Ｄ＋）、第２内部電極１４２ａ（Ｃ＋）は、その端部１４１ｂ、１４２ｂが第２圧電シート１４０の長辺１４０Ｕ、１４０Ｌ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。
【００４２】
図５（ｂ）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、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）が、互いに対向するように配置されている。第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）は、その間に配置された接続電極１５３により互いに短絡されている。
第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）は、その端部１５２ｂが第３圧電シート１５０の長辺１５０Ｌに露出するように延びている。
【００４３】
図５（ｃ）に示すように、第４圧電シート１６０には、長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）と第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）が、互いに対向するように離間して配置されており、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）、第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）は、その端部１６１ｂ、１６２ｂが第４圧電シート１６０の長辺１６０Ｕ、１６０Ｌに露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１６１ｂ、１６２ｂは、第４圧電シート１６０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。
【００４４】
図５（ｄ）に示すように、第５圧電シート１７０には、その長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）と第８内部電極１７２ａ（Ａ−）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００４５】
第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）、第８内部電極１７２ａ（Ａ−）は、その端部１７１ｂ、１７２ｂが第５圧電シート１７０の長辺１７０Ｕ、１７０Ｌに露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１７１ｂ、１７２ｂは、第５圧電シート１７０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。
【００４６】
第１内部電極１４１ａ（Ｄ＋）と第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）、第２内部電極１４２ａ（Ｃ＋）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）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、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが振動検出のための分極領域を形成する。これらの分極領域は振動検出電極層であり、それぞれをＤ相、Ｃ相とする。
【００４７】
また、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）と第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）、第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）と第８内部電極１７２ａ（Ａ−）についても、第４圧電シート１６０と第５圧電シート１７０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが駆動のための分極領域を形成する。これらの分極領域は駆動電極層であり、それぞれをＢ相、Ａ相とする。
【００４８】
各内部電極の端部１４１ｂ、１４２ｂ、１５２ｂ、１６１ｂ、１６２ｂ、１７１ｂ、１７２ｂ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。
【００４９】
端部１４２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第１外部電極１８１（Ｃ＋：Ｃ相の＋電極）を形成し、端部１５２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第２外部電極１８２（ＣＤ−：Ｃ相、Ｄ相共通の一電極）を形成する（図７（ａ））。
【００５０】
また、端部１４１ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の背面１０１Ｒ上の第３外部電極１８３（Ｄ＋）を形成する（図７（ｂ））。第１外部電極１８１（Ｃ＋）、及び、第３外部電極１８３（Ｄ＋）は、振動検出電極層（Ｃ相もしくはＤ相）と接続された外部電極である。これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の検出器（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。尚、第２外部電極１８２（ＣＤ−）は、分極時にのみ使用するもので、超音波モータ１００の駆動時には接続しない。
【００５１】
一方、端部１６２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第４外部電極１９１（Ａ＋）を形成し、端部１７２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第５外部電極１９２（Ａ−）を形成する。また、端部１６１ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の背面１０１Ｒ上の第６外部電極１９３（Ｂ＋）を形成し、端部１７１ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の背面１０１Ｒ上の第７外部電極１９４（Ｂ−）を形成する。
【００５２】
第４外部電極１９１（Ａ＋）、第５外部電極１９２（Ａ−）、第６外部電極１９３（Ｂ＋）、及び、第７外部電極１９４（Ｂ−）は、駆動電極層（Ａ相もしくはＢ相）と接続された外部電極である。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を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
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。
【００５３】
図６、図７（ａ）に示すように、第１外部電極１８１（Ｃ＋）、第２外部電極１８２（ＣＤ−）、第４外部電極１９１（Ａ＋）、第５外部電極１９２（Ａ−）は、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び第５圧電シート１７０を積層することによって形成される面の一方の側面である前面１０１Ｆ上に形成されている。一方、図７（ｂ）に示すように、第３外部電極１８３（Ｄ＋）、第６外部電極１９３（Ｂ＋）、第７外部電極１９４（Ｂ−）は、他方の側面である背面１０１Ｒ上に形成されている。
【００５４】
振動子１０１は、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び第５圧電シート１７０の積層方向Ｓ１に対して中心軸１００ｃが所定角度傾斜する方向に沿って、積層圧電素子１２０をカットすることで形成する。ここで、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び第５圧電シート１７０の一方の長辺１４０Ｕ、１５０Ｕ、１６０Ｕ、１７０Ｕが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに前面１０１Ｆとなり、他方の長辺１４０Ｌ、１５０Ｌ、１６０Ｌ、１７０Ｌが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに背面１０１Ｒとなる。また、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂは、カットされた後の振動子１０１の上面に接着固定される。
【００５５】
積層圧電素子１２０から振動子１０１を切り出す角度は、積層方向Ｓ１に対して４５度（図６）とすることが好ましく、縦振動を強くしたい場合には積層方向Ｓ１に沿うような角度（４５度未満の角度）に、ねじり振動を強くしたい場合は積層方向Ｓ１に対する角度を４５度よりも大きくするとよい。
【００５６】
駆動電極層である、Ａ相、Ｂ相は、カットされた後の振動子１０１の縦１次共振振動（図２（ｃ））とねじれ３次共振振動（図２（ｅ））の節位置に対応する位置であって、振動時の応力が最大となる振動子１０１の長手方向（中心軸１００ｃ方向）の中央部を含む位置に配置する。
【００５７】
これに対して、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相は、それぞれ駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向延長線上に配置される。
【００５８】
（作用）
以上の構成の振動子１０１を用いた超音波モータ１００のＡ相、Ｂ相に所定の交流電圧を印加すると、振動子１０１の前面１０１Ｆ、背面１０１Ｒ内の対角方向に変位成分を有する振動が発生する。
【００５９】
Ａ相、Ｂ相に振動体の１次縦振動あるいは３次捻れ振動の共振周波数と一致させた周波数で同位相の交流電圧を印加すると、Ａ相、Ｂ相の圧電素子は同相で振動し、その結果、振動体は縦振動を行う。このとき、振動検出電極層であるＣ相、Ｄ相の領域には、同一振幅で同位相の電位が発生する。これに対して、同様の周波数で、Ａ相とＢ相に逆位相（１８０度）の交流電圧を印加すると、Ａ相、Ｂ相の圧電素子は逆相で振動し、その結果、振動体１０１は捻れ振動を行うことになる。このとき、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相の領域には、同一振幅で逆位相の電位が発生する。
【００６０】
このような振動体１０１のＡ相とＢ相に、互いに位相の異なる（例えば位相差が９０度の）交流電圧を印加することで、１次縦振動と３次捻れ振動が同時に励起され、振動体１０１の上端面である楕円振動発生面１０１ａに楕円振動が形成され、振動体１０１に押圧保持されたロータ１０２が回転駆動される。また、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の位相差を反転することで、振動体１０１に発生する楕円振動の回転方向を反転することできる。これによりロータ１０２の回転方向を制御することができる。
【００６１】
また、上述したように、振動検出層であるＣ相、Ｄ相の領域は、縦１次共振振動モードでは同一の電位を発生し、ねじれ３次共振振動モードでは、同一振幅で逆位相の電位を発生する。このため、縦１次共振振動、ねじれ３次共振振動が同時に励起された状態では、Ｃ相、Ｄ相の領域において発生した電位の差を演算することにより同相成分である縦１次共振振動成分がキャンセルされねじれ３次共振振動成分のみを検出することができる。
【００６２】
また、振動検出層を構成する第３圧電シート１５０の第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）は、接続電極１５３により、内部で互いに導通されているため、外部での配線接続なしに外部電極１８１（Ｃ＋）と外部電極１８３（Ｄ＋）との間にＣ相、Ｄ相の領域において発生した電位の差であるねじれ３次共振振動成分が現れる。
【００６３】
（効果）
上述の超音波モータ１００によれば、単一部材で振動子１０１を形成できるため、振動体１０１の構成を簡略化できる。また、振動検出用の内部電極である、第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）、第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）を、接続電極１５３により互いに導通させた層を設けたため、外部でこれらの電極間を接続する配線を設けることなく容易に周波数追尾に必要なねじれ共振振動成分を検出できる。さらに、モータ駆動時に振動子１０１に接続が必要な配線数を削減することができるため、モータの小型化に有利となる。また、ねじれ共振振動成分の検出信号は振動検出層を直列接続した信号であるため、信号電圧を大きくすることができる。したがって、振動速度が低下する低速駆動時に有利となる。
【００６４】
尚、振動検出層であるＣ相、Ｄ相の分極の方向を互いに逆にしても良い。この場合、外部電極１８１（Ｃ＋）と外部電極１８３（Ｄ＋）との間には、Ｃ相、Ｄ相の領域において発生した電位の和である縦１次共振振動成分が現れるようにすることができる。
【００６５】
図８（ａ）は、第１実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図８に示す振動子は、積層圧電素子の中心軸１００ｃに垂直な略長方形断面の長辺（ａ）と短辺（ｂ）の長さの比を約０．６となるように形成した縦１次ねじれ２次共振振動子である。この振動子においても、図１〜図７に示す振動子１０１と同様の効果が得られる。
【００６６】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る超音波モータにおいては、振動子における振動検出電極層の形成位置が第１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１実施形態に係る超音波モータと同様であって、振動子以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６７】
以下、図９〜図１２を参照して、振動子２０１、積層圧電素子２２０の構成について説明する。ここで、図９は、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１０（ａ）は第２圧電シート２４０の構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シート２５０の構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シート２６０の構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シート２７０の構成を示す平面図である。図１１は、積層圧電素子２２０から振動子２０１をカットする位置を示す斜視図である。図１２（ａ）は、第２実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子２０１の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１０においては、内部の電極を透過的に示しており、図１０及び図１１では、各圧電シートの詳細な積層状態の図示を省略している。
【００６８】
図９に示すように、積層圧電素子２２０は、第１実施形態の積層圧電素子１２０と同様に、高さ方向（図９の矢印Ｓ２方向）の最も上側から順に、第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第２圧電シート２４０、複数の第１圧電シート２３０、第４圧電シート２６０、第５圧電シート２７０、第４圧電シート２６０、及び、複数の第１圧電シート２３０、を積層してなる。
【００６９】
図１０に示すように、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第４圧電シート２６０、及び、第５圧電シート２７０は、矩形板状の同一形状を備える。さらに、第１圧電シート２３０も、第２〜第５圧電シートと同一の矩形板状の形状を備える。これらの圧電シートの材質及び特性は、第１実施形態の圧電シートと同様である。
【００７０】
内部電極及び外部電極は、第１実施形態と同様の手法により形成される。
図１０（ａ）に示すように、第２圧電シート２４０には、その長手方向（図１０の左右方向）の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第１内部電極２４１ａ（Ｄ＋）と第２内部電極２４２ａ（Ｃ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００７１】
第１内部電極２４１ａ（Ｄ＋）、第２内部電極２４２ａ（Ｃ＋）は、その端部２４１ｂ、２４２ｂが第２圧電シート２４０の長辺２４０Ｕ、２４０Ｌにそれぞれ露出するように延びている。また、端部２４１ｂ、２４２ｂ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ている。
【００７２】
図１０（ｂ）に示すように、第３圧電シート２５０には、その長手方向の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第３内部電極２５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）が、互いに対向するように配置されている。第３内部電極２５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）は、その間に配置された接続電極２５３により互いに短絡されている。
【００７３】
第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）は、その端部２５２ｂが第３圧電シート２５０の長辺２５０Ｌに露出するように延びている。
【００７４】
第１内部電極２４１ａ（Ｄ＋）と第３内部電極２５１ａ（Ｄ−）、第２内部電極２４２ａ（Ｃ＋）と第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）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、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが振動検出のための分極領域を形成する。これらの分極領域は振動検出電極層であり、それぞれをＤ相、Ｃ相とする。
【００７５】
第４圧電シート２６０は、第１実施形態の第４圧電シート１６０と同じ構成であり、第４圧電シート２６０の長辺２６０Ｕ、２６０Ｌ、第５内部電極２６１ａ（Ｂ＋）、端部２６１ｂ、第６内部電極２６２ａ（Ａ＋）、端部２６２ｂは、第１実施形態の第４圧電シート１６０の長辺１６０Ｕ、１６０Ｌ、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）、端部１６１ｂ、第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）、端部１６２ｂ、にそれぞれ対応する。
【００７６】
また、第５圧電シート２７０は、第１実施形態の第５圧電シート１７０と同じ構成であり、第５圧電シート２７０の長辺２７０Ｕ、２７０Ｌ、第７内部電極２７１ａ（Ｂ−）、端部２７１ｂ、第８内部電極２７２ａ（Ａ−）、端部２７２ｂは、第１実施形態の第５圧電シート１７０の長辺１７０Ｕ、１７０Ｌ、第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）、端部１７１ｂ、第８内部電極１７２ａ（Ａ−）、端部１７２ｂ、にそれぞれ対応する。
【００７７】
また、第１実施形態と同様に、第５内部電極２６１ａ（Ｂ＋）と第７内部電極２７１ａ（Ｂ−）、第６内部電極２６２ａ（Ａ＋）と第８内部電極２７２ａ（Ａ−）についても、第４圧電シート１６０と第５圧電シート１７０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが駆動のための分極領域を形成する。これらの分極領域は駆動電極層であり、それぞれをＢ相、Ａ相とする。
【００７８】
端部２４２ｂ同士を短絡するように、振動子２０１の前面２０１Ｆ上の第１外部電極２８１（Ｃ＋）を形成し、端部２５２ｂ同士を短絡するように、振動子２０１の前面２０１Ｆ上の第２外部電極２８２（ＣＤ−）を形成する（図１２（ａ））。
【００７９】
また、端部２４１ｂ同士を短絡するように、振動子２０１の背面２０１Ｒ上の第３外部電極２８３（Ｄ＋）を形成する（図１２（ｂ））。第１外部電極２８１（Ｃ＋）、及び、第３外部電極２８３（Ｄ＋）は、振動検出電極層（Ｃ相もしくはＤ相）と接続された外部電極である。
【００８０】
これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の検出器（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。尚、第２外部電極２８２（ＣＤ−）は、分極時にのみ使用するもので、超音波モータ１００の駆動時には接続しない。
【００８１】
振動子２０１の前面２０１Ｆ上に形成された、第４外部電極２９１（Ａ＋）及び第５外部電極２９２（Ａ−）は、第１実施形態の第４外部電極１９１（Ａ＋）及び第５外部電極１９２（Ａ−）にそれぞれ対応する。また、振動子２０１の背面２０１Ｒ上に形成された、第６外部電極２９３（Ｂ＋）及び第７外部電極２９４（Ｂ−）は、第１実施形態の第６外部電極１９３（Ｂ＋）及び第７外部電極１９４（Ｂ−）にそれぞれ対応する。第４外部電極２９１（Ａ＋）、第５外部電極２９２（Ａ−）、第６外部電極２９３（Ｂ＋）、及び、第７外部電極２９４（Ｂ−）は、駆動電極層である。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を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
【００８２】
振動子２０１は、第１実施形態の振動子１０１と同様に、第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第４圧電シート２６０、及び第５圧電シート２７０の積層方向Ｓ２に対して中心軸２００ｃが所定角度傾斜する方向に沿って、積層圧電素子２２０をカットすることで形成する。第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第４圧電シート２６０、及び第５圧電シート２７０の一方の長辺２４０Ｕ、２５０Ｕ、２６０Ｕ、２７０Ｕが連なってでき、各外部電極群が露出した側面が、カットされずに前面２０１Ｆとなり、他方の長辺２４０Ｌ、２５０Ｌ、２６０Ｌ、２７０Ｌが連なってでき、各外部電極群が露出した側面が、カットされずに背面２０１Ｒとなるのも第１実施形態と同様である。また、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂは、カットされた後の振動子２０１の上面に接着固定される。
【００８３】
駆動電極層である、Ａ相、Ｂ相は、振動子２０１の縦１次共振振動（図２（ｃ））とねじれ３次共振振動（図２（ｅ））の節位置に対応する位置であって、振動時の応力が最大となる振動子２０１の長手方向（中心軸２００ｃ方向）の中央部を含む位置に配置する点も第１実施形態と同様である。
【００８４】
これに対して、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相は、前記駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向の延長線上ではない位置に配置される。具体的には、駆動電極層を配置した位置とは異なる別のねじれ３次振動の節位置（振動子２０１の上端面もしくは下端面から長手方向長さの約１／６中央部に寄った箇所）を含む位置に配置される。
【００８５】
（効果）
以上の構成によれば、駆動用電極と別の節位置に振動検出用電極を設けるため、駆動用電極の層数を減らさずに振動検出電極層を設けることができる。また、振動検出層をねじれ振動時に応力が最大となるねじれ３次振動の節を含む位置に積層できるため、ねじれ振動検出信号の出力を大きくすることができ、低速駆動時等、振動が小さくなる場合の信号検出に有利となる。
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。
【００８６】
図１３（ａ）は、第２実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１３に示す振動子は、積層圧電素子の中心軸に垂直な略長方形断面の長辺（ａ）と短辺（ｂ）の長さの比を約０．６となるように形成した縦１次ねじれ２次共振振動子である。この振動子においても、図１１〜図１２に示す振動子２０１と同様の効果が得られる。
【００８７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る超音波モータにおいては、駆動電極層及び振動検出電極層と接続された外部電極のうち、超音波モータ駆動時に配線が必要となるすべての外部電極を積層圧電素子の前面に形成し、それ以外の外部電極を積層圧電素子の背面に形成する点が第１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１実施形態に係る超音波モータと同様であって、振動子以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００８８】
以下、図１４〜図１７を参照して、振動子３０１、積層圧電素子３２０の構成について説明する。ここで、図１４は、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１５（ａ）は第２圧電シート３４０の構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シート３５０の構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シート３６０の構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シート３７０の構成を示す平面図である。図１６は、積層圧電素子３２０から振動子３０１をカットする位置を示す斜視図である。図１７（ａ）は、第３実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子３０１の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１６においては、内部の電極を透過的に示しており、図１６及び図１７では、各圧電シートの詳細な積層状態の図示を省略している。
【００８９】
図１４に示すように、積層圧電素子３２０は、第１実施形態の積層圧電素子１２０と同様に、高さ方向（図９の矢印Ｓ３方向）の最も上側から順に、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第２圧電シート３４０、複数の第１圧電シート３３０、第４圧電シート３６０、第５圧電シート３７０、第４圧電シート３６０、及び、複数の第１圧電シート３３０、を積層してなる。
【００９０】
図１５に示すように、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び、第５圧電シート３７０は、矩形板状の同一形状を備える。さらに、第１圧電シート３３０も、第２〜第５圧電シートと同一の矩形板状の形状を備える。これらの圧電シートの材質及び特性は、第１実施形態の圧電シートと同様である。
【００９１】
内部電極及び外部電極は、第１実施形態と同様の手法により形成される。
【００９２】
図１５（ａ）に示すように、第２圧電シート３４０には、その長手方向（図１５の左右方向）の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第１内部電極３４１ａ（Ｄ＋）と第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００９３】
第２圧電シート３４０の一方の長辺３４０Ｕ側に配置された第１内部電極３４１ａ（Ｄ＋）は、その端部３４１ｂが他方の長辺３４０Ｌに露出し、かつ、第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）と接触しないように引き回されている。
【００９４】
長辺３４０Ｌ側に配置された第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）は、その端部３４２ｂが第２圧電シート３４０の長辺３４０Ｌに露出するように延びている。したがって、端部３４１ｂと端部３４２ｂは同一の長辺３４０Ｌ上に配置される。
【００９５】
図１５（ｂ）に示すように、第３圧電シート３５０については、その長手方向の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）（第３圧電シート３５０の一方の長辺３５０Ｕ側）と第４内部電極３５２ａ（Ｃ−）（長辺３５０Ｕに対向する長辺３５０Ｌ側）が、互いに対向するように配置されている。第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極３５２ａ（Ｃ−）は、その間に配置された接続電極３５３により互いに短絡されている。
【００９６】
第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）は、その端部３５１ｂが第３圧電シート３５０の長辺３５０Ｕに露出するように延びている。
【００９７】
図１５（ｃ）に示すように、第４圧電シート３６０には、その長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第５内部電極３６１ａ（Ｂ＋）と第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００９８】
第４圧電シート３６０の一方の長辺３６０Ｕ側に配置された第５内部電極３６１ａ（Ｂ＋）は、その端部３６１ｂが他方の長辺３６０Ｌに露出し、かつ、第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）と接触しないように引き回されている。
【００９９】
長辺３６０Ｌ側に配置された第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）は、その端部３６２ｂが第４圧電シート３６０の長辺３６０Ｌに露出するように延びている。したがって、端部３６１ｂと端部３６２ｂは同一の長辺３６０Ｌ上に配置される。
【０１００】
図１５（ｄ）に示すように、第５圧電シート３７０には、その長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第７内部電極３７１ａ（Ｂ−）と第８内部電極３７２ａ（Ａ−）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【０１０１】
第５圧電シート３７０の一方の長辺３７０Ｕ側に配置された第７内部電極３７１ａ（Ｂ−）は、その端部３７１ｂが他方の長辺３７０Ｌに露出し、かつ、第８内部電極３７２ａ（Ａ−）と接触しないように引き回されている。
【０１０２】
長辺３４０Ｌ側に配置された第８内部電極３７２ａ（Ａ−）は、その端部３７２ｂが第５圧電シート３７０の長辺３７０Ｌに露出するように延びている。したがって、端部３７１ｂと端部３７２ｂは同一の長辺３４０Ｌ上に配置される。
【０１０３】
第１内部電極３４１ａ（Ｄ＋）と第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）、第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）と第４内部電極３５２ａ（Ｃ−）は、第２圧電シート３４０と第３圧電シート３５０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが振動検出のための分極領域を形成する。これらの分極領域は振動検出電極層であり、それぞれをＤ相、Ｃ相とする。
【０１０４】
また、第５内部電極３６１ａ（Ｂ＋）と第７内部電極３７１ａ（Ｂ−）、第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）と第８内部電極３７２ａ（Ａ−）についても、第４圧電シート３６０と第５圧電シート３７０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが駆動のための分極領域を形成する。これらの分極領域は駆動電極層であり、それぞれをＢ相、Ａ相とする。
【０１０５】
端部３４１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上の第２外部電極３８２（Ｄ＋）を形成し、端部３４２ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上の第１外部電極３８１（Ｃ＋）を形成する（図１７（ａ））。
【０１０６】
また、端部３５１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の背面３０１Ｒ上の第３外部電極３８３（ＣＤ−）を形成する（図１７（ｂ））。第１外部電極３８１（Ｃ＋）、第２外部電極３８２（Ｄ＋）、及び、第３外部電極３８３（ＣＤ−）は、振動検出電極層（Ｃ相もしくはＤ相）に接続された外部電極である。これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の検出器（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。尚、第３外部電極３８３（ＣＤ−）は、分極時にのみ使用するもので、超音波モータ１００の駆動時には接続しない。
【０１０７】
一方、端部３６１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に第４外部電極３９１（Ａ＋）を形成し、端部３６２ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に第５外部電極３９２（Ａ−）を形成する。さらに、端部３７２ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に、第６外部電極３９３（Ｂ＋）を形成し、端部３７１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に第７外部電極３９４（Ｂ−）を形成する（図１７（ａ））。
【０１０８】
第４外部電極３９１（Ａ＋）、第５外部電極３９２（Ａ−）、第６外部電極３９３（Ｂ＋）、及び、第７外部電極３９４（Ｂ−）は、駆動電極層（Ａ相もしくはＢ相）に接続された外部電極である。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を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
【０１０９】
図１６、図１７（ａ）に示すように、第１外部電極３８１（Ｃ＋）、第２外部電極３８２（Ｄ＋）、第４外部電極３９１（Ａ＋）、第５外部電極３９２（Ａ−）、第６外部電極３９３（Ｂ＋）、第７外部電極３９４（Ｂ−）、すなわち、超音波モータ１００の駆動時に電源や検出回路と接続が必要な外部電極はすべて、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び第５圧電シート３７０を積層することによって形成される側面の一方の前面３０１Ｆ上に形成されている。一方、図１７（ｂ）に示すように、超音波モータ１００の駆動時には接続しない第３外部電極３８３（ＣＤ−）は、他方の側面である背面３０１Ｒ上に形成されている。
【０１１０】
振動子３０１は、第１実施形態の振動子１０１と同様に、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び第５圧電シート３７０の積層方向Ｓ３に対して中心軸３００ｃが所定角度傾斜する方向に沿って、積層圧電素子３２０をカットすることで形成する。ここで、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び第５圧電シート３７０の一方の長辺３４０Ｕ、３５０Ｕ、３６０Ｕ、３７０Ｕが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに前面３０１Ｆとなり、他方の長辺３４０Ｌ、３５０Ｌ、３６０Ｌ、３７０Ｌが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに背面３０１Ｒとなる。また、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂは、カットされた後の振動子３０１の上面に接着固定される。
【０１１１】
駆動電極層である、Ａ相、Ｂ相は、振動子３０１の縦１次共振振動（図２（ｃ））とねじれ３次共振振動（図２（ｅ））の節位置に対応する位置であって、振動時の応力が最大となる振動子３０１の長手方向（中心軸３００ｃ方向）の中央部を含む位置に配置する点も第１実施形態と同様である。
【０１１２】
これに対して、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相は、前記駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向の延長線上ではない位置に配置される。具体的には、駆動電極層を配置した位置とは異なる別のねじれ３次振動の節位置（振動子３０１の上端面もしくは下端面から長手方向長さの約１／６中央部に寄った箇所）を含む位置に配置される。尚、振動検出電極層であるＣ相、Ｄ相は、第１実施形態と同様に駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向延長線上に配置しても良い。
【０１１３】
（効果）
以上の構成の超音波モータによれば、モータ動作時（駆動時）に配線が必要となる電極が積層圧電素子の１面に配置されるため、組み立て性が良い。
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。
【０１１４】
図１８（ａ）は、第３実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１８に示す振動子は、積層圧電素子の中心軸に垂直な略長方形断面の長辺（ａ）と短辺（ｂ）の長さの比を約０．６となるように形成した縦１次ねじれ２次共振振動子である。この振動子においても、図１６〜図１７に示す振動子３０１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように、本発明に係る超音波モータは、構成の簡略化や小型化に有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００ 超音波モータ
１００ｃ 中心軸
１０１ 振動子
１０１ａ 楕円振動発生面
１０１Ｆ 前面
１０１Ｒ 背面
１０２ ロータ
１０３ａ、１０３ｂ 摩擦接触部材
１０５ シャフト
１０６ 第２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
１１０ａ、１１０ｂ 支持部材
１２０ 積層圧電素子
１３０ 第１圧電シート
１４０ 第２圧電シート
１４１ａ 第１内部電極（Ｄ＋）（振動検出電極層）
１４２ａ 第２内部電極（Ｃ＋）（振動検出電極層）
１５０ 第３圧電シート
１５１ａ 第３内部電極（Ｄ−）（振動検出電極層）
１５２ａ 第４内部電極（Ｃ−）（振動検出電極層）
１５３ 接続電極
１６０ 第４圧電シート
１６１ａ 第５内部電極（Ｂ＋）（駆動電極層）
１６２ａ 第６内部電極（Ａ＋）（駆動電極層）
１７０ 第５圧電シート
１７１ａ 第７内部電極（Ｂ−）（駆動電極層）
１７２ａ 第８内部電極（Ａ−）（駆動電極層）
１８１ 第１外部電極（Ｃ＋）
１８２ 第２外部電極（ＣＤ−）
１８３ 第３外部電極（Ｄ＋）
１９１ 第４外部電極（Ａ＋）
１９２ 第５外部電極（Ａ−）
１９３ 第６外部電極（Ｂ＋）
１９４ 第７外部電極（Ｂ−）
２００ｃ 中心軸
２０１ 振動子
２２０ 積層圧電素子
２３０ 第１圧電シート
２４０ 第２圧電シート
２４１ａ 第１内部電極（Ｄ＋）（振動検出電極層）
２４２ａ 第２内部電極（Ｃ＋）（振動検出電極層）
２５０ 第３圧電シート
２５１ａ 第３内部電極（Ｄ−）（振動検出電極層）
２５２ａ 第４内部電極（Ｃ−）（振動検出電極層）
２５３ 接続電極
２６０ 第４圧電シート
２６１ａ 第５内部電極（Ｂ＋）（駆動電極層）
２６２ａ 第６内部電極（Ａ＋）（駆動電極層）
２７０ 第５圧電シート
２７１ａ 第７内部電極（Ｂ−）（駆動電極層）
２７２ａ 第８内部電極（Ａ−）（駆動電極層）
２８１ 第１外部電極（Ｃ＋）
２８２ 第２外部電極（ＣＤ−）
２８３ 第３外部電極（Ｄ＋）
２９１ 第４外部電極（Ａ＋）
２９２ 第５外部電極（Ａ−）
２９３ 第６外部電極（Ｂ＋）
２９４ 第７外部電極（Ｂ−）
３００ｃ 中心軸
３０１ 振動子
３２０ 積層圧電素子
３３０ 第１圧電シート
３４０ 第２圧電シート
３４１ａ 第１内部電極（Ｄ＋）（振動検出電極層）
３４２ａ 第２内部電極（Ｃ＋）（振動検出電極層）
３５０ 第３圧電シート
３５１ａ 第３内部電極（Ｄ−）（振動検出電極層）
３５２ａ 第４内部電極（Ｃ−）（振動検出電極層）
３５３ 接続電極
３６０ 第４圧電シート
３６１ａ 第５内部電極（Ｂ＋）（駆動電極層）
３６２ａ 第６内部電極（Ａ＋）（駆動電極層）
３７０ 第５圧電シート
３７１ａ 第７内部電極（Ｂ−）（駆動電極層）
３７２ａ 第８内部電極（Ａ−）（駆動電極層）
３８１ 第１外部電極（Ｃ＋）
３８２ 第２外部電極（Ｄ＋）
３８３ 第３外部電極（ＣＤ−）
３９１ 第４外部電極（Ａ＋）
３９２ 第５外部電極（Ａ−）
３９３ 第６外部電極（Ｂ＋）
３９４（Ｂ−） 第７外部電極（Ｂ−）
【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】
振動子の縦振動と捻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。
例えば特許文献１に記載の超音波振動子では、１対もしくは複数対の積層型圧電素子が、基本弾性体と一体的に設けられた、積層型圧電素子を挿入可能な凹部を持つ保持用弾性体との間に保持され、かつ保持用弾性体を圧電素子に突き当てて圧縮応力を印加した状態で基本弾性体にビスで固定される構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−８５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の超音波振動子の構造では、圧電素子を固定するための保持用弾性体が必要になる、保持用弾性体と圧電素子を配置するために弾性体に斜めの凹部を形成しなければならない等、全体として振動子の構成が複雑となると言う課題があった。
【０００５】
また、前記複数対の積層圧電素子と保持用弾性体との間に複数の振動検出用の圧電素子が設けられた構成となっており、この振動子を駆動する際には、１つの相あたり、駆動用に２本、振動検出用に２本、少なくとも合わせて８本の配線が必要となり、配線数が多く小型化に不利であるという課題もあった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、全体構成を簡略化することができ、かつ、配線の数を減らすことのでき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、振動検出電極層を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る超音波モータにおいて、ねじれ共振振動はねじれ２次共振振動であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る超音波モータにおいて、ねじれ共振振動はねじれ３次共振振動であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子は、圧電シートを積層してなり、振動検出電極層は、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに同一であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子は、圧電シートを積層してなり、振動検出電極層は、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに逆であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る超音波モータにおいて、駆動電極層は、少なくともねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、駆動電極層の積層方向と同一の軸上に振動検出電極層が形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る超音波モータにおいて、駆動電極層はねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、振動検出電極層は、節部とは位置の異なるねじれ共振振動の節部を含む位置に形成されることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る超音波モータにおいて、駆動電極層は、ねじれ共振振動と縦１次共振振動の共通の節部を含む位置に形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る超音波モータにおいて、振動子において、振動検出電極及び駆動電極と導通するように設けられた外部電極のうち、駆動時に接続される、振動検出電極及び駆動電極と導通した外部電極が振動子の外側面の同一面に形成され、分極時のみ使用する外部電極が外側面の対向面に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る超音波モータは、単一部材で振動子を形成できるため、振動体の構成を簡略化することができる。また、振動検出用の内部電極を導通させた層を設けたため、特別な回路なしに容易にねじれ共振振動成分を検出できるとともに、モータ駆動時に振動子に接続が必要な配線数を削減することができ、超音波モータの小型化に有利となる。さらに、ねじれ共振振動成分の検出信号は振動検出層を直列接続した信号であるため、信号電圧を大きくすることができ、これにより、振動速度が低下する低速駆動時に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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正面図である。
【図２】（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３】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４】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５】（ａ）は第１実施形態に係る第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シートの構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シートの構成を示す平面図である。
【図６】第１実施形態に係る積層圧電素子から振動子をカットする位置を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は、第１実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図８】（ａ）は、第１実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図９】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１０】（ａ）は第２実施形態に係る第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シートの構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１１】第２実施形態に係る積層圧電素子から振動子をカットする位置を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）は、第２実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図１３】（ａ）は、第２実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図１４】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１５】（ａ）は第３実施形態に係る第２圧電シートの構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シートの構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シートの構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シートの構成を示す平面図である。
【図１６】第３実施形態に係る積層圧電素子から振動子をカットする位置を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、第３実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【図１８】（ａ）は、第３実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波モータ１００の構成を示す正面図である。
【００２０】
超音波モータ１００は、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。振動子１０１（圧電素子）の節近傍には、振動子を囲むように配置されたホルダ１１０から延びる支持部材１１０ａ、１１０ｂが固着される。
【００２１】
ロータ１０２は、略円板状をなし、その下面が振動子１０１の上面の楕円振動発生面１０１ａに設けた摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂに接する。ロータ１０２の上面中央からは、中心軸１００ｃに沿うようにシャフト１０５が延びる。このシャフト１０５は、ホルダ１１０に保持されたベアリング１０７に結合される。
【００２２】
一方、振動子１０１の下面１０１ｂには、中心軸１００ｃに沿うように延びる第２シャフト１０６が当接している。この第２シャフト１０６は、一端がホルダ１１０の内面に固定されているとともに、押圧バネ１０８及びバネ押さえリング１０９に挿通されている。
【００２３】
バネ押さえリング１０９と第２シャフト１０６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を回転させて第２シャフト１０６に対する位置を変更することにより、押圧バネ１０８の力量を調節することができ、これにより、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。
【００２４】
以上の構成により、振動子１０１を駆動すると、ロータ１０２は、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。
【００２５】
次に、図２及び図３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）の固有周波数の一致に関して説明する。図２（ａ）は、第１実施形態に係る振動子１０１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。
【００２６】
図２（ａ）に示されるように、振動子１０１の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、縦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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで、図２（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２（ｂ））及び縦１次振動（図２（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２（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２（ｄ））では高さ方向の３つの位置に存在する。
【００２９】
また、図２（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。
【００３０】
図３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。
【００３１】
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０．５５〜０．６５、となるように長さａ、ｂをそれぞれ設定する。図６に示す積層圧電素子１２０では、ａ／ｂを約０．３としている。
【００３２】
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。
【００３３】
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次共振振動又はねじれ３次共振振動と、を発生する。
【００３４】
以下に、図４〜図７を参照して、振動子１０１、積層圧電素子１２０の構成について説明する。ここで、図４は、積層圧電素子１２０の構成を示す分解斜視図である。図５（ａ）は第２圧電シート１４０の構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シート１５０の構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シート１６０の構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シート１７０の構成を示す平面図である。図６は、積層圧電素子１２０から振動子１０１をカットする位置を示す斜視図である。図７（ａ）は、第１実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子１０１の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図６においては、内部の電極を透過的に示しており、図６及び図７では、各圧電シートの詳細な積層状態の図示を省略している。
【００３５】
図４に示すように、積層圧電素子１２０は、高さ方向（図５の矢印Ｓ１方向）の最も上側から順に、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第２圧電シート１４０、複数の第１圧電シート１３０、第４圧電シート１６０、第５圧電シート１７０、第４圧電シート１６０、及び、複数の第１圧電シート１３０、を積層してなる。
【００３６】
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。
【００３７】
図５に示すように、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び、第５圧電シート１７０は、矩形板状の同一形状を備える。さらに、第１圧電シート１３０も、第２〜第５圧電シートと同一の矩形板状の形状を備える。
【００３８】
第１、第２、第３、第４、及び第５圧電シートとしては、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。こららの圧電セラミックスシートは、厚さ１０μｍから１００μｍ程度のＰＺＴ材料からなることが好ましく、内部電極は、例えば、厚さ約４μｍの銀パラジウム合金からなっている。内部電極を含む、第２、第３、第４、及び第５圧電シートは、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。
【００３９】
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。
まず、内部電極は、第２、第３、第４、及び第５圧電シートの上面に対して、印刷によって、２つずつ形成されている。
【００４０】
図５（ａ）に示すように、第２圧電シート１４０には、その長手方向（図５の左右方向）の略中央に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第１内部電極１４１ａ（Ｄ＋）と第２内部電極１４２ａ（Ｃ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。尚、内部電極名の後ろの括弧内の記述は、その内部電極が構成する電極層（後述する）の名称と分極の極性を示している。
【００４１】
第１内部電極１４１ａ（Ｄ＋）、第２内部電極１４２ａ（Ｃ＋）は、その端部１４１ｂ、１４２ｂが第２圧電シート１４０の長辺１４０Ｕ、１４０Ｌ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。
【００４２】
図５（ｂ）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、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）が、互いに対向するように配置されている。第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）は、その間に配置された接続電極１５３により互いに短絡されている。
第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）は、その端部１５２ｂが第３圧電シート１５０の長辺１５０Ｌに露出するように延びている。
【００４３】
図５（ｃ）に示すように、第４圧電シート１６０には、長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）と第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）が、互いに対向するように離間して配置されており、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）、第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）は、その端部１６１ｂ、１６２ｂが第４圧電シート１６０の長辺１６０Ｕ、１６０Ｌに露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１６１ｂ、１６２ｂは、第４圧電シート１６０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。
【００４４】
図５（ｄ）に示すように、第５圧電シート１７０には、その長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）と第８内部電極１７２ａ（Ａ−）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００４５】
第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）、第８内部電極１７２ａ（Ａ−）は、その端部１７１ｂ、１７２ｂが第５圧電シート１７０の長辺１７０Ｕ、１７０Ｌに露出するようにそれぞれ延びている。また、端部１７１ｂ、１７２ｂは、第５圧電シート１７０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。
【００４６】
第１内部電極１４１ａ（Ｄ＋）と第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）、第２内部電極１４２ａ（Ｃ＋）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）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、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが振動検出のための分極領域を形成する。これらの分極領域は振動検出電極層であり、それぞれをＤ相、Ｃ相とする。
【００４７】
また、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）と第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）、第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）と第８内部電極１７２ａ（Ａ−）についても、第４圧電シート１６０と第５圧電シート１７０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが駆動のための分極領域を形成する。これらの分極領域は駆動電極層であり、それぞれをＢ相、Ａ相とする。
【００４８】
各内部電極の端部１４１ｂ、１４２ｂ、１５２ｂ、１６１ｂ、１６２ｂ、１７１ｂ、１７２ｂ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。
【００４９】
端部１４２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第１外部電極１８１（Ｃ＋：Ｃ相の＋電極）を形成し、端部１５２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第２外部電極１８２（ＣＤ−：Ｃ相、Ｄ相共通の一電極）を形成する（図７（ａ））。
【００５０】
また、端部１４１ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の背面１０１Ｒ上の第３外部電極１８３（Ｄ＋）を形成する（図７（ｂ））。第１外部電極１８１（Ｃ＋）、及び、第３外部電極１８３（Ｄ＋）は、振動検出電極層（Ｃ相もしくはＤ相）と接続された外部電極である。これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の検出器（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。尚、第２外部電極１８２（ＣＤ−）は、分極時にのみ使用するもので、超音波モータ１００の駆動時には接続しない。
【００５１】
一方、端部１６２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第４外部電極１９１（Ａ＋）を形成し、端部１７２ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の前面１０１Ｆ上の第５外部電極１９２（Ａ−）を形成する。また、端部１６１ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の背面１０１Ｒ上の第６外部電極１９３（Ｂ＋）を形成し、端部１７１ｂ同士を短絡するように、振動子１０１の背面１０１Ｒ上の第７外部電極１９４（Ｂ−）を形成する。
【００５２】
第４外部電極１９１（Ａ＋）、第５外部電極１９２（Ａ−）、第６外部電極１９３（Ｂ＋）、及び、第７外部電極１９４（Ｂ−）は、駆動電極層（Ａ相もしくはＢ相）と接続された外部電極である。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を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
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。
【００５３】
図６、図７（ａ）に示すように、第１外部電極１８１（Ｃ＋）、第２外部電極１８２（ＣＤ−）、第４外部電極１９１（Ａ＋）、第５外部電極１９２（Ａ−）は、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び第５圧電シート１７０を積層することによって形成される面の一方の側面である前面１０１Ｆ上に形成されている。一方、図７（ｂ）に示すように、第３外部電極１８３（Ｄ＋）、第６外部電極１９３（Ｂ＋）、第７外部電極１９４（Ｂ−）は、他方の側面である背面１０１Ｒ上に形成されている。
【００５４】
振動子１０１は、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び第５圧電シート１７０の積層方向Ｓ１に対して中心軸１００ｃが所定角度傾斜する方向に沿って、積層圧電素子１２０をカットすることで形成する。ここで、第１圧電シート１３０、第２圧電シート１４０、第３圧電シート１５０、第４圧電シート１６０、及び第５圧電シート１７０の一方の長辺１４０Ｕ、１５０Ｕ、１６０Ｕ、１７０Ｕが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに前面１０１Ｆとなり、他方の長辺１４０Ｌ、１５０Ｌ、１６０Ｌ、１７０Ｌが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに背面１０１Ｒとなる。また、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂは、カットされた後の振動子１０１の上面に接着固定される。
【００５５】
積層圧電素子１２０から振動子１０１を切り出す角度は、積層方向Ｓ１に対して４５度（図６）とすることが好ましく、縦振動を強くしたい場合には積層方向Ｓ１に沿うような角度（４５度未満の角度）に、ねじり振動を強くしたい場合は積層方向Ｓ１に対する角度を４５度よりも大きくするとよい。
【００５６】
駆動電極層である、Ａ相、Ｂ相は、カットされた後の振動子１０１の縦１次共振振動（図２（ｃ））とねじれ３次共振振動（図２（ｅ））の節位置に対応する位置であって、振動時の応力が最大となる振動子１０１の長手方向（中心軸１００ｃ方向）の中央部を含む位置に配置する。
【００５７】
これに対して、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相は、それぞれ駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向延長線上に配置される。
【００５８】
（作用）
以上の構成の振動子１０１を用いた超音波モータ１００のＡ相、Ｂ相に所定の交流電圧を印加すると、振動子１０１の前面１０１Ｆ、背面１０１Ｒ内の対角方向に変位成分を有する振動が発生する。
【００５９】
Ａ相、Ｂ相に振動体の１次縦振動あるいは３次捻れ振動の共振周波数と一致させた周波数で同位相の交流電圧を印加すると、Ａ相、Ｂ相の圧電素子は同相で振動し、その結果、振動体は縦振動を行う。このとき、振動検出電極層であるＣ相、Ｄ相の領域には、同一振幅で同位相の電位が発生する。これに対して、同様の周波数で、Ａ相とＢ相に逆位相（１８０度）の交流電圧を印加すると、Ａ相、Ｂ相の圧電素子は逆相で振動し、その結果、振動体１０１は捻れ振動を行うことになる。このとき、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相の領域には、同一振幅で逆位相の電位が発生する。
【００６０】
このような振動体１０１のＡ相とＢ相に、互いに位相の異なる（例えば位相差が９０度の）交流電圧を印加することで、１次縦振動と３次捻れ振動が同時に励起され、振動体１０１の上端面である楕円振動発生面１０１ａに楕円振動が形成され、振動体１０１に押圧保持されたロータ１０２が回転駆動される。また、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の位相差を反転することで、振動体１０１に発生する楕円振動の回転方向を反転することできる。これによりロータ１０２の回転方向を制御することができる。
【００６１】
また、上述したように、振動検出層であるＣ相、Ｄ相の領域は、縦１次共振振動モードでは同一の電位を発生し、ねじれ３次共振振動モードでは、同一振幅で逆位相の電位を発生する。このため、縦１次共振振動、ねじれ３次共振振動が同時に励起された状態では、Ｃ相、Ｄ相の領域において発生した電位の差を演算することにより同相成分である縦１次共振振動成分がキャンセルされねじれ３次共振振動成分のみを検出することができる。
【００６２】
また、振動検出層を構成する第３圧電シート１５０の第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）は、接続電極１５３により、内部で互いに導通されているため、外部での配線接続なしに外部電極１８１（Ｃ＋）と外部電極１８３（Ｄ＋）との間にＣ相、Ｄ相の領域において発生した電位の差であるねじれ３次共振振動成分が現れる。
【００６３】
（効果）
上述の超音波モータ１００によれば、単一部材で振動子１０１を形成できるため、振動体１０１の構成を簡略化できる。また、振動検出用の内部電極である、第３内部電極１５１ａ（Ｄ−）、第４内部電極１５２ａ（Ｃ−）を、接続電極１５３により互いに導通させた層を設けたため、外部でこれらの電極間を接続する配線を設けることなく容易に周波数追尾に必要なねじれ共振振動成分を検出できる。さらに、モータ駆動時に振動子１０１に接続が必要な配線数を削減することができるため、モータの小型化に有利となる。また、ねじれ共振振動成分の検出信号は振動検出層を直列接続した信号であるため、信号電圧を大きくすることができる。したがって、振動速度が低下する低速駆動時に有利となる。
【００６４】
尚、振動検出層であるＣ相、Ｄ相の分極の方向を互いに逆にしても良い。この場合、外部電極１８１（Ｃ＋）と外部電極１８３（Ｄ＋）との間には、Ｃ相、Ｄ相の領域において発生した電位の和である縦１次共振振動成分が現れるようにすることができる。
【００６５】
図８（ａ）は、第１実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図８に示す振動子は、積層圧電素子の中心軸１００ｃに垂直な略長方形断面の長辺（ａ）と短辺（ｂ）の長さの比を約０．６となるように形成した縦１次ねじれ２次共振振動子である。この振動子においても、図１〜図７に示す振動子１０１と同様の効果が得られる。
【００６６】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る超音波モータにおいては、振動子における振動検出電極層の形成位置が第１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１実施形態に係る超音波モータと同様であって、振動子以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６７】
以下、図９〜図１２を参照して、振動子２０１、積層圧電素子２２０の構成について説明する。ここで、図９は、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１０（ａ）は第２圧電シート２４０の構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シート２５０の構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シート２６０の構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シート２７０の構成を示す平面図である。図１１は、積層圧電素子２２０から振動子２０１をカットする位置を示す斜視図である。図１２（ａ）は、第２実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子２０１の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１０においては、内部の電極を透過的に示しており、図１０及び図１１では、各圧電シートの詳細な積層状態の図示を省略している。
【００６８】
図９に示すように、積層圧電素子２２０は、第１実施形態の積層圧電素子１２０と同様に、高さ方向（図９の矢印Ｓ２方向）の最も上側から順に、第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第２圧電シート２４０、複数の第１圧電シート２３０、第４圧電シート２６０、第５圧電シート２７０、第４圧電シート２６０、及び、複数の第１圧電シート２３０、を積層してなる。
【００６９】
図１０に示すように、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第４圧電シート２６０、及び、第５圧電シート２７０は、矩形板状の同一形状を備える。さらに、第１圧電シート２３０も、第２〜第５圧電シートと同一の矩形板状の形状を備える。これらの圧電シートの材質及び特性は、第１実施形態の圧電シートと同様である。
【００７０】
内部電極及び外部電極は、第１実施形態と同様の手法により形成される。
図１０（ａ）に示すように、第２圧電シート２４０には、その長手方向（図１０の左右方向）の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第１内部電極２４１ａ（Ｄ＋）と第２内部電極２４２ａ（Ｃ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００７１】
第１内部電極２４１ａ（Ｄ＋）、第２内部電極２４２ａ（Ｃ＋）は、その端部２４１ｂ、２４２ｂが第２圧電シート２４０の長辺２４０Ｕ、２４０Ｌにそれぞれ露出するように延びている。また、端部２４１ｂ、２４２ｂ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ている。
【００７２】
図１０（ｂ）に示すように、第３圧電シート２５０には、その長手方向の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第３内部電極２５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）が、互いに対向するように配置されている。第３内部電極２５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）は、その間に配置された接続電極２５３により互いに短絡されている。
【００７３】
第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）は、その端部２５２ｂが第３圧電シート２５０の長辺２５０Ｌに露出するように延びている。
【００７４】
第１内部電極２４１ａ（Ｄ＋）と第３内部電極２５１ａ（Ｄ−）、第２内部電極２４２ａ（Ｃ＋）と第４内部電極２５２ａ（Ｃ−）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、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが振動検出のための分極領域を形成する。これらの分極領域は振動検出電極層であり、それぞれをＤ相、Ｃ相とする。
【００７５】
第４圧電シート２６０は、第１実施形態の第４圧電シート１６０と同じ構成であり、第４圧電シート２６０の長辺２６０Ｕ、２６０Ｌ、第５内部電極２６１ａ（Ｂ＋）、端部２６１ｂ、第６内部電極２６２ａ（Ａ＋）、端部２６２ｂは、第１実施形態の第４圧電シート１６０の長辺１６０Ｕ、１６０Ｌ、第５内部電極１６１ａ（Ｂ＋）、端部１６１ｂ、第６内部電極１６２ａ（Ａ＋）、端部１６２ｂ、にそれぞれ対応する。
【００７６】
また、第５圧電シート２７０は、第１実施形態の第５圧電シート１７０と同じ構成であり、第５圧電シート２７０の長辺２７０Ｕ、２７０Ｌ、第７内部電極２７１ａ（Ｂ−）、端部２７１ｂ、第８内部電極２７２ａ（Ａ−）、端部２７２ｂは、第１実施形態の第５圧電シート１７０の長辺１７０Ｕ、１７０Ｌ、第７内部電極１７１ａ（Ｂ−）、端部１７１ｂ、第８内部電極１７２ａ（Ａ−）、端部１７２ｂ、にそれぞれ対応する。
【００７７】
また、第１実施形態と同様に、第５内部電極２６１ａ（Ｂ＋）と第７内部電極２７１ａ（Ｂ−）、第６内部電極２６２ａ（Ａ＋）と第８内部電極２７２ａ（Ａ−）についても、第４圧電シート１６０と第５圧電シート１７０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが駆動のための分極領域を形成する。これらの分極領域は駆動電極層であり、それぞれをＢ相、Ａ相とする。
【００７８】
端部２４２ｂ同士を短絡するように、振動子２０１の前面２０１Ｆ上の第１外部電極２８１（Ｃ＋）を形成し、端部２５２ｂ同士を短絡するように、振動子２０１の前面２０１Ｆ上の第２外部電極２８２（ＣＤ−）を形成する（図１２（ａ））。
【００７９】
また、端部２４１ｂ同士を短絡するように、振動子２０１の背面２０１Ｒ上の第３外部電極２８３（Ｄ＋）を形成する（図１２（ｂ））。第１外部電極２８１（Ｃ＋）、及び、第３外部電極２８３（Ｄ＋）は、振動検出電極層（Ｃ相もしくはＤ相）と接続された外部電極である。
【００８０】
これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の検出器（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。尚、第２外部電極２８２（ＣＤ−）は、分極時にのみ使用するもので、超音波モータ１００の駆動時には接続しない。
【００８１】
振動子２０１の前面２０１Ｆ上に形成された、第４外部電極２９１（Ａ＋）及び第５外部電極２９２（Ａ−）は、第１実施形態の第４外部電極１９１（Ａ＋）及び第５外部電極１９２（Ａ−）にそれぞれ対応する。また、振動子２０１の背面２０１Ｒ上に形成された、第６外部電極２９３（Ｂ＋）及び第７外部電極２９４（Ｂ−）は、第１実施形態の第６外部電極１９３（Ｂ＋）及び第７外部電極１９４（Ｂ−）にそれぞれ対応する。第４外部電極２９１（Ａ＋）、第５外部電極２９２（Ａ−）、第６外部電極２９３（Ｂ＋）、及び、第７外部電極２９４（Ｂ−）は、駆動電極層である。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を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
【００８２】
振動子２０１は、第１実施形態の振動子１０１と同様に、第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第４圧電シート２６０、及び第５圧電シート２７０の積層方向Ｓ２に対して中心軸２００ｃが所定角度傾斜する方向に沿って、積層圧電素子２２０をカットすることで形成する。第１圧電シート２３０、第２圧電シート２４０、第３圧電シート２５０、第４圧電シート２６０、及び第５圧電シート２７０の一方の長辺２４０Ｕ、２５０Ｕ、２６０Ｕ、２７０Ｕが連なってでき、各外部電極群が露出した側面が、カットされずに前面２０１Ｆとなり、他方の長辺２４０Ｌ、２５０Ｌ、２６０Ｌ、２７０Ｌが連なってでき、各外部電極群が露出した側面が、カットされずに背面２０１Ｒとなるのも第１実施形態と同様である。また、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂは、カットされた後の振動子２０１の上面に接着固定される。
【００８３】
駆動電極層である、Ａ相、Ｂ相は、振動子２０１の縦１次共振振動（図２（ｃ））とねじれ３次共振振動（図２（ｅ））の節位置に対応する位置であって、振動時の応力が最大となる振動子２０１の長手方向（中心軸２００ｃ方向）の中央部を含む位置に配置する点も第１実施形態と同様である。
【００８４】
これに対して、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相は、前記駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向の延長線上ではない位置に配置される。具体的には、駆動電極層を配置した位置とは異なる別のねじれ３次振動の節位置（振動子２０１の上端面もしくは下端面から長手方向長さの約１／６中央部に寄った箇所）を含む位置に配置される。
【００８５】
（効果）
以上の構成によれば、駆動用電極と別の節位置に振動検出用電極を設けるため、駆動用電極の層数を減らさずに振動検出電極層を設けることができる。また、振動検出層をねじれ振動時に応力が最大となるねじれ３次振動の節を含む位置に積層できるため、ねじれ振動検出信号の出力を大きくすることができ、低速駆動時等、振動が小さくなる場合の信号検出に有利となる。
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。
【００８６】
図１３（ａ）は、第２実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１３に示す振動子は、積層圧電素子の中心軸に垂直な略長方形断面の長辺（ａ）と短辺（ｂ）の長さの比を約０．６となるように形成した縦１次ねじれ２次共振振動子である。この振動子においても、図１１〜図１２に示す振動子２０１と同様の効果が得られる。
【００８７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る超音波モータにおいては、駆動電極層及び振動検出電極層と接続された外部電極のうち、超音波モータ駆動時に配線が必要となるすべての外部電極を積層圧電素子の前面に形成し、それ以外の外部電極を積層圧電素子の背面に形成する点が第１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１実施形態に係る超音波モータと同様であって、振動子以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００８８】
以下、図１４〜図１７を参照して、振動子３０１、積層圧電素子３２０の構成について説明する。ここで、図１４は、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１５（ａ）は第２圧電シート３４０の構成を示す平面図、（ｂ）は第３圧電シート３５０の構成を示す平面図、（ｃ）は第４圧電シート３６０の構成を示す平面図、（ｄ）は第５圧電シート３７０の構成を示す平面図である。図１６は、積層圧電素子３２０から振動子３０１をカットする位置を示す斜視図である。図１７（ａ）は、第３実施形態に係る積層圧電素子からカットされた振動子３０１の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１６においては、内部の電極を透過的に示しており、図１６及び図１７では、各圧電シートの詳細な積層状態の図示を省略している。
【００８９】
図１４に示すように、積層圧電素子３２０は、第１実施形態の積層圧電素子１２０と同様に、高さ方向（図９の矢印Ｓ３方向）の最も上側から順に、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第２圧電シート３４０、複数の第１圧電シート３３０、第４圧電シート３６０、第５圧電シート３７０、第４圧電シート３６０、及び、複数の第１圧電シート３３０、を積層してなる。
【００９０】
図１５に示すように、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び、第５圧電シート３７０は、矩形板状の同一形状を備える。さらに、第１圧電シート３３０も、第２〜第５圧電シートと同一の矩形板状の形状を備える。これらの圧電シートの材質及び特性は、第１実施形態の圧電シートと同様である。
【００９１】
内部電極及び外部電極は、第１実施形態と同様の手法により形成される。
【００９２】
図１５（ａ）に示すように、第２圧電シート３４０には、その長手方向（図１５の左右方向）の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第１内部電極３４１ａ（Ｄ＋）と第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００９３】
第２圧電シート３４０の一方の長辺３４０Ｕ側に配置された第１内部電極３４１ａ（Ｄ＋）は、その端部３４１ｂが他方の長辺３４０Ｌに露出し、かつ、第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）と接触しないように引き回されている。
【００９４】
長辺３４０Ｌ側に配置された第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）は、その端部３４２ｂが第２圧電シート３４０の長辺３４０Ｌに露出するように延びている。したがって、端部３４１ｂと端部３４２ｂは同一の長辺３４０Ｌ上に配置される。
【００９５】
図１５（ｂ）に示すように、第３圧電シート３５０については、その長手方向の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）（第３圧電シート３５０の一方の長辺３５０Ｕ側）と第４内部電極３５２ａ（Ｃ−）（長辺３５０Ｕに対向する長辺３５０Ｌ側）が、互いに対向するように配置されている。第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）と第４内部電極３５２ａ（Ｃ−）は、その間に配置された接続電極３５３により互いに短絡されている。
【００９６】
第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）は、その端部３５１ｂが第３圧電シート３５０の長辺３５０Ｕに露出するように延びている。
【００９７】
図１５（ｃ）に示すように、第４圧電シート３６０には、その長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第５内部電極３６１ａ（Ｂ＋）と第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【００９８】
第４圧電シート３６０の一方の長辺３６０Ｕ側に配置された第５内部電極３６１ａ（Ｂ＋）は、その端部３６１ｂが他方の長辺３６０Ｌに露出し、かつ、第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）と接触しないように引き回されている。
【００９９】
長辺３６０Ｌ側に配置された第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）は、その端部３６２ｂが第４圧電シート３６０の長辺３６０Ｌに露出するように延びている。したがって、端部３６１ｂと端部３６２ｂは同一の長辺３６０Ｌ上に配置される。
【０１００】
図１５（ｄ）に示すように、第５圧電シート３７０には、その長手方向の略中央に、駆動のための駆動電極層を構成する、第７内部電極３７１ａ（Ｂ−）と第８内部電極３７２ａ（Ａ−）が、互いに対向するように離間して配置されている。
【０１０１】
第５圧電シート３７０の一方の長辺３７０Ｕ側に配置された第７内部電極３７１ａ（Ｂ−）は、その端部３７１ｂが他方の長辺３７０Ｌに露出し、かつ、第８内部電極３７２ａ（Ａ−）と接触しないように引き回されている。
【０１０２】
長辺３４０Ｌ側に配置された第８内部電極３７２ａ（Ａ−）は、その端部３７２ｂが第５圧電シート３７０の長辺３７０Ｌに露出するように延びている。したがって、端部３７１ｂと端部３７２ｂは同一の長辺３４０Ｌ上に配置される。
【０１０３】
第１内部電極３４１ａ（Ｄ＋）と第３内部電極３５１ａ（Ｄ−）、第２内部電極３４２ａ（Ｃ＋）と第４内部電極３５２ａ（Ｃ−）は、第２圧電シート３４０と第３圧電シート３５０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが振動検出のための分極領域を形成する。これらの分極領域は振動検出電極層であり、それぞれをＤ相、Ｃ相とする。
【０１０４】
また、第５内部電極３６１ａ（Ｂ＋）と第７内部電極３７１ａ（Ｂ−）、第６内部電極３６２ａ（Ａ＋）と第８内部電極３７２ａ（Ａ−）についても、第４圧電シート３６０と第５圧電シート３７０を積層したときに、それぞれ互いに対応する位置に形成されており、それぞれが駆動のための分極領域を形成する。これらの分極領域は駆動電極層であり、それぞれをＢ相、Ａ相とする。
【０１０５】
端部３４１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上の第２外部電極３８２（Ｄ＋）を形成し、端部３４２ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上の第１外部電極３８１（Ｃ＋）を形成する（図１７（ａ））。
【０１０６】
また、端部３５１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の背面３０１Ｒ上の第３外部電極３８３（ＣＤ−）を形成する（図１７（ｂ））。第１外部電極３８１（Ｃ＋）、第２外部電極３８２（Ｄ＋）、及び、第３外部電極３８３（ＣＤ−）は、振動検出電極層（Ｃ相もしくはＤ相）に接続された外部電極である。これらの外部電極は、超音波モータ１００の外部の検出器（不図示）にそれぞれ接続される。接続には、例えばＦＰＣを用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。尚、第３外部電極３８３（ＣＤ−）は、分極時にのみ使用するもので、超音波モータ１００の駆動時には接続しない。
【０１０７】
一方、端部３６１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に第４外部電極３９１（Ａ＋）を形成し、端部３６２ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に第５外部電極３９２（Ａ−）を形成する。さらに、端部３７２ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に、第６外部電極３９３（Ｂ＋）を形成し、端部３７１ｂ同士を短絡するように、振動子３０１の前面３０１Ｆ上に第７外部電極３９４（Ｂ−）を形成する（図１７（ａ））。
【０１０８】
第４外部電極３９１（Ａ＋）、第５外部電極３９２（Ａ−）、第６外部電極３９３（Ｂ＋）、及び、第７外部電極３９４（Ｂ−）は、駆動電極層（Ａ相もしくはＢ相）に接続された外部電極である。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を用い、各電極群にＦＰＣの一端を固着する。
【０１０９】
図１６、図１７（ａ）に示すように、第１外部電極３８１（Ｃ＋）、第２外部電極３８２（Ｄ＋）、第４外部電極３９１（Ａ＋）、第５外部電極３９２（Ａ−）、第６外部電極３９３（Ｂ＋）、第７外部電極３９４（Ｂ−）、すなわち、超音波モータ１００の駆動時に電源や検出回路と接続が必要な外部電極はすべて、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び第５圧電シート３７０を積層することによって形成される側面の一方の前面３０１Ｆ上に形成されている。一方、図１７（ｂ）に示すように、超音波モータ１００の駆動時には接続しない第３外部電極３８３（ＣＤ−）は、他方の側面である背面３０１Ｒ上に形成されている。
【０１１０】
振動子３０１は、第１実施形態の振動子１０１と同様に、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び第５圧電シート３７０の積層方向Ｓ３に対して中心軸３００ｃが所定角度傾斜する方向に沿って、積層圧電素子３２０をカットすることで形成する。ここで、第１圧電シート３３０、第２圧電シート３４０、第３圧電シート３５０、第４圧電シート３６０、及び第５圧電シート３７０の一方の長辺３４０Ｕ、３５０Ｕ、３６０Ｕ、３７０Ｕが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに前面３０１Ｆとなり、他方の長辺３４０Ｌ、３５０Ｌ、３６０Ｌ、３７０Ｌが連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに背面３０１Ｒとなる。また、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂは、カットされた後の振動子３０１の上面に接着固定される。
【０１１１】
駆動電極層である、Ａ相、Ｂ相は、振動子３０１の縦１次共振振動（図２（ｃ））とねじれ３次共振振動（図２（ｅ））の節位置に対応する位置であって、振動時の応力が最大となる振動子３０１の長手方向（中心軸３００ｃ方向）の中央部を含む位置に配置する点も第１実施形態と同様である。
【０１１２】
これに対して、振動検出電極層である、Ｃ相、Ｄ相は、前記駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向の延長線上ではない位置に配置される。具体的には、駆動電極層を配置した位置とは異なる別のねじれ３次振動の節位置（振動子３０１の上端面もしくは下端面から長手方向長さの約１／６中央部に寄った箇所）を含む位置に配置される。尚、振動検出電極層であるＣ相、Ｄ相は、第１実施形態と同様に駆動電極層であるＡ相、Ｂ相の積層方向延長線上に配置しても良い。
【０１１３】
（効果）
以上の構成の超音波モータによれば、モータ動作時（駆動時）に配線が必要となる電極が積層圧電素子の１面に配置されるため、組み立て性が良い。
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。
【０１１４】
図１８（ａ）は、第３実施形態の変形例に係る振動子の構成を示す、前方上方側から見た斜視図、（ｂ）は後方上方側から見た斜視図である。図１８に示す振動子は、積層圧電素子の中心軸に垂直な略長方形断面の長辺（ａ）と短辺（ｂ）の長さの比を約０．６となるように形成した縦１次ねじれ２次共振振動子である。この振動子においても、図１６〜図１７に示す振動子３０１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように、本発明に係る超音波モータは、構成の簡略化や小型化に有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００ 超音波モータ
１００ｃ 中心軸
１０１ 振動子
１０１ａ 楕円振動発生面
１０１Ｆ 前面
１０１Ｒ 背面
１０２ ロータ
１０３ａ、１０３ｂ 摩擦接触部材
１０５ シャフト
１０６ 第２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
１１０ａ、１１０ｂ 支持部材
１２０ 積層圧電素子
１３０ 第１圧電シート
１４０ 第２圧電シート
１４１ａ 第１内部電極（Ｄ＋）（振動検出電極層）
１４２ａ 第２内部電極（Ｃ＋）（振動検出電極層）
１５０ 第３圧電シート
１５１ａ 第３内部電極（Ｄ−）（振動検出電極層）
１５２ａ 第４内部電極（Ｃ−）（振動検出電極層）
１５３ 接続電極
１６０ 第４圧電シート
１６１ａ 第５内部電極（Ｂ＋）（駆動電極層）
１６２ａ 第６内部電極（Ａ＋）（駆動電極層）
１７０ 第５圧電シート
１７１ａ 第７内部電極（Ｂ−）（駆動電極層）
１７２ａ 第８内部電極（Ａ−）（駆動電極層）
１８１ 第１外部電極（Ｃ＋）
１８２ 第２外部電極（ＣＤ−）
１８３ 第３外部電極（Ｄ＋）
１９１ 第４外部電極（Ａ＋）
１９２ 第５外部電極（Ａ−）
１９３ 第６外部電極（Ｂ＋）
１９４ 第７外部電極（Ｂ−）
２００ｃ 中心軸
２０１ 振動子
２２０ 積層圧電素子
２３０ 第１圧電シート
２４０ 第２圧電シート
２４１ａ 第１内部電極（Ｄ＋）（振動検出電極層）
２４２ａ 第２内部電極（Ｃ＋）（振動検出電極層）
２５０ 第３圧電シート
２５１ａ 第３内部電極（Ｄ−）（振動検出電極層）
２５２ａ 第４内部電極（Ｃ−）（振動検出電極層）
２５３ 接続電極
２６０ 第４圧電シート
２６１ａ 第５内部電極（Ｂ＋）（駆動電極層）
２６２ａ 第６内部電極（Ａ＋）（駆動電極層）
２７０ 第５圧電シート
２７１ａ 第７内部電極（Ｂ−）（駆動電極層）
２７２ａ 第８内部電極（Ａ−）（駆動電極層）
２８１ 第１外部電極（Ｃ＋）
２８２ 第２外部電極（ＣＤ−）
２８３ 第３外部電極（Ｄ＋）
２９１ 第４外部電極（Ａ＋）
２９２ 第５外部電極（Ａ−）
２９３ 第６外部電極（Ｂ＋）
２９４ 第７外部電極（Ｂ−）
３００ｃ 中心軸
３０１ 振動子
３２０ 積層圧電素子
３３０ 第１圧電シート
３４０ 第２圧電シート
３４１ａ 第１内部電極（Ｄ＋）（振動検出電極層）
３４２ａ 第２内部電極（Ｃ＋）（振動検出電極層）
３５０ 第３圧電シート
３５１ａ 第３内部電極（Ｄ−）（振動検出電極層）
３５２ａ 第４内部電極（Ｃ−）（振動検出電極層）
３５３ 接続電極
３６０ 第４圧電シート
３６１ａ 第５内部電極（Ｂ＋）（駆動電極層）
３６２ａ 第６内部電極（Ａ＋）（駆動電極層）
３７０ 第５圧電シート
３７１ａ 第７内部電極（Ｂ−）（駆動電極層）
３７２ａ 第８内部電極（Ａ−）（駆動電極層）
３８１ 第１外部電極（Ｃ＋）
３８２ 第２外部電極（Ｄ＋）
３８３ 第３外部電極（ＣＤ−）
３９１ 第４外部電極（Ａ＋）
３９２ 第５外部電極（Ａ−）
３９３ 第６外部電極（Ｂ＋）
３９４（Ｂ−） 第７外部電極（Ｂ−）
【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、
振動検出電極層を備えることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記ねじれ共振振動はねじれ２次共振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】
前記ねじれ共振振動はねじれ３次共振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４】
前記振動子は、圧電シートを積層してなり、前記振動検出電極層は、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに同一であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記振動子は、圧電シートを積層してなり、前記振動検出電極層は、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに逆であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【請求項６】
駆動電極層は、少なくとも前記ねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、前記駆動電極層の積層方向と同一の軸上に前記振動検出電極層が形成されてい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７】
駆動電極層は前記ねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、前記振動検出電極層は、前記節部とは位置の異なるねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され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８】
駆動電極層は、ねじれ共振振動と縦１次共振振動の共通の節部を含む位置に形成されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記振動子において、振動検出電極及び駆動電極と導通するように設けられた外部電極のうち、駆動時に接続される、振動検出電極及び駆動電極と導通した外部電極が前記振動子の外側面の同一面に形成され、分極時のみ使用する外部電極が前記外側面の対向面に形成されてい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、
振動検出電極層を備えることを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記ねじれ共振振動はねじれ２次共振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】
前記ねじれ共振振動はねじれ３次共振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４】
前記振動子は、圧電シートを積層してなり、前記振動検出電極層は、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに同一であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記振動子は、圧電シートを積層してなり、前記振動検出電極層は、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに逆であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【請求項６】
駆動電極層は、少なくとも前記ねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、前記駆動電極層の積層方向と同一の軸上に前記振動検出電極層が形成されてい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７】
駆動電極層は前記ねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、前記振動検出電極層は、前記節部とは位置の異なるねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され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８】
駆動電極層は、ねじれ共振振動と縦１次共振振動の共通の節部を含む位置に形成されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記振動子において、振動検出電極及び駆動電極と導通するように設けられた外部電極のうち、駆動時に接続される、振動検出電極及び駆動電極と導通した外部電極が前記振動子の外側面の同一面に形成され、分極時のみ使用する外部電極が前記外側面の対向面に形成されてい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】
【公開番号】特開２０１１−１７２４５２（Ｐ２０１１−１７２４５２Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３６３３８（Ｐ２０１０−３６３３８）
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【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９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]