JP2005006495A - 超音波モータ及び積層圧電素子及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層圧電素子を用いて、低電圧で駆動でき小型で高出力が得られる安価な超音波モータ及び電子機器の提供。
【解決手段】 複数の圧電素子９ａ，９ｂ，９ｂ’を積層して振動体を構成し、振動体と接する移動体７を駆動する超音波モータにおいて、複数の圧電素子９ａ，９ｂ，９ｂ’の界面には複数の帯状電極を有する第一の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａと、第一の電極１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａの各帯状電極の間に配置された複数の帯状電極を有する第二の電極１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂとで構成される電極パターンを有する。
【選択図】 図３

Description

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に関する。

弾性体の共振モードを利用した超音波モータは制御性に優れ、近年特に精密位置決め用アクチュエータとしても注目されている。特に、各種ステージ用のアクチュエータとしてはリニヤ型の超音波モータが要求される場合が多く、多くのタイプが提案され研究されている（例えば、特許文献１参照。）。その中でも、矩形板の縦（伸縮）振動と屈曲振動の合成振動を利用した超音波モータは様々なものが研究されている。これらの中でも例えば特許文献１に示す様に矩形状の圧電素子単板を厚み方向に分極処理すると共に４分割された電極を設け、対角と成る電極を組とし、一組の電極に駆動信号を印加することで圧電素子からなる振動体に縦振動と屈曲振動を励振し、これと接する移動体を駆動する原理のものは様々な用途に実用化も進められている。
特許２９８０５４１号公報（第７−８頁、第１図）

しかしながら従来の構造では振動体の駆動に極めて高い電圧を必要とし、大きな昇圧回路を必要とする為、駆動回路の大型化、複雑化を招き駆動回路の価格も高価なものになってしまった。そしてこの場合、小型な機器、特にバッテリーで駆動される用途への適用は難しかった。また、振動体の構造としては圧電素子の厚みが薄いと十分な出力が得られないと共に、機械的強度も低く破損につながる恐れもあった。逆に厚みを厚くすると分極電圧が極めて高く、製造プロセスが複雑になる等の問題があった。そして、本構成では圧電素子の圧電横効果を用いているために大きな出力が得られなかった。

そこで、本発明の第１の態様は、複数の圧電素子を積層して振動体を構成し、前記振動体と接する移動体を駆動する超音波モータにおいて、前記積層された複数の圧電素子の間で下方の圧電素子の上面に、一方の長さに対して、それと直交する方向の長さが短い、複数の平行に配置された帯状電極で構成される第一の電極と、前記第一の電極の各帯状電極と隣り合って平行に配置され、かつ前記第一の電極の各帯状電極と平行に配置された複数の帯状電極を有する第二の電極とで構成される電極パターンを有する超音波モータにある。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第一の電極の帯状電極と隣り合う前記第二の電極の帯状電極の間隔は積層される前記圧電素子の厚みよりも広いことを特徴とする超音波モータにある。

本発明の第３の態様は、第１または２の態様において、同一圧電素子上に前記電極パターンを複数有することを特徴とする超音波モータにある。

本発明の第４の態様は、第１または２の態様において、矩形形状の振動体から成り、振動体の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域それぞれに前記電極パターンを有することを特徴とする超音波モータにある。

本発明の第５の態様は、第１または２の態様において、矩形形状の振動体から成り、振動体の面内の幅方向に三つに分割されると共に、三つに分割された両側の領域を長手方向に二つに分割した五つの領域それぞれに前記電極パターンを有することを特徴とする超音波モータにある。

本発明の第６の態様は、第１または２の態様において、積層される複数の圧電素子に設けられた電極パターンは複数の種類を有することを特徴とする超音波モータにある。

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記異なる電極を有する圧電素子の間には電極を有さない圧電素子が設けられていることを特徴とする超音波モータにある。

本発明の第８の態様は、積層された複数の圧電素子からなり、積層方向の二つの端面の内、少なくとも一つの面に前記複数の圧電素子の電極と導通する為の導通用電極を有する積層圧電素子において、前記導通用圧電素子を有する圧電素子の厚みは他の圧電素子の厚みよりも厚いことを特徴とする積層圧電素子にある。

本発明の第９の態様は、積層された複数の圧電素子からなり、積層方向の二つの端面の内、少なくとも一つの面に前記複数の圧電素子の電極と導通する為の導通用電極を有する積層圧電素子において、前記積層方向の二つの端面に位置する二つの圧電素子の厚みは等しいことを特徴とする積層圧電素子にある。

本発明の第１０の態様は、第８または９の態様の積層圧電素子もしくは第１から７のいずれかの態様の超音波モータのいずれかを備えた電子機器にある。

本発明によれば、複数の圧電素子の界面に複数の帯状電極を有する第一の電極と、第一の電極の各帯状電極の間に配置された複数の帯状電極を有する第二の電極とで構成される電極パターンを有することにより、駆動信号を印加する全ての電極が同一面内に設けられるため、積層圧電素子の内部電極の種類が少なくて済み、製造プロセスの簡略化、製造に要する時間の短縮が出来る。そして積層時に生じる電極の位置ずれによる特性のばらつきが出難い。

また、本構成によれば圧電縦効果を利用しているので高出力が得られる。しかも積層方向と直交する方向への変位を利用しているため大きな形状のものも作製可能である。特に第一の電極と第二の電極の間隔は積層される前記圧電素子の厚みよりも広くすることで効率的な駆動が出来る。

また、電極パターンを複数有することにより各振動モードの励振が最適化出来、複数の振動モードを励振可能となる。

また、矩形形状の振動体から成り、振動体の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域それぞれに電極パターンを有する様にすることで縦振動と屈曲振動が同時に励振出来る。

また、矩形形状の振動体から成り、振動体の面内の幅方向に三つに分割されると共に、三つに分割された両側の領域を長手方向に二つに分割した五つの領域それぞれに電極パターンを有する構成とすることにより、縦振動と屈曲振動を独立に励振出来ると共に屈曲振動の励振力も強くなる。

また、積層される複数の圧電素子に設けられた電極パターンは圧電素子毎に異ならせることにより、複数の異なる振動を励振可能となる。

そして、これらの振動体を備えた超音波モータを電子機器の駆動源に用いることにより電子機器の小型化、薄型化、低消費電力化が可能となる。

以上のように本発明によれば、製造プロセスが容易で圧電縦効果により駆動される積層圧電素子を振動体として用いるため低電圧で駆動でき、小型で高出力が得られる安価な超音波モータが実現できる。特に積層素子全体を一体的に焼結して作製することにより製品個々の特性ばらつきが小さく、信頼性が高く、内部損失が小さくて効率の高い超音波モータが得られる。そしてこれを用いた電子機器の小型、薄型化並びに低消費電力化が実現できる。

本発明の実施の形態を図面を基に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の積層圧電素子1を振動体として用いたリニヤ型超音波モータの構成例を示したものである。矩形状の積層圧電素子1には突起２ａ，２ｂ並びに支持部材3が設けられている。加圧部材4の軸部4aは段部を有し、案内板5の案内穴5aで、軸方向にのみ移動可能に案内されている。突起２ａ，２ｂの下には案内部材８ａ，８ｂに案内された移動体7が設けられ、支持部材3は、加圧部材４の凹部に係合し、加圧部材4を加圧手段6で加圧することにより突起２ａ，２ｂと移動体7は接している。

ところで、積層圧電素子1は縦振動と屈曲振動を励振する。例えば図２に積層圧電素子1の長手方向に対する振動振幅の様子を示したものであり、図２（a）は縦振動の様子を図２（ｂ）は屈曲振動の様子を示したものである。縦振動、屈曲振動共に積層圧電素子1の中央部が振動の節となり、この位置に支持部材3が設けられている。また屈曲振動の腹の位置に突起２ａ，２ｂが設けられている。この縦振動と屈曲振動を同時に励振することにより突起２ａ，２ｂは積層振動子1の長手方向の変位と、これと直交する幅方向の変位からなる楕円運動を行い移動体7を駆動する。ところで、二つの振動モードはその次数に制限を与えられるものではなく、他のモードを用いても構わない。また、移動体７を固定して、振動体自体を駆動させても良い。

次に、具体的に積層圧電素子1の構成を図３を基に説明する。シート状の圧電素子9ｂの上面には一方の長さに対して、それと直交する方向の長さが短い複数の帯状電極から構成される電極10a、10ｂ、1１a、1１ｂ、12a、12ｂ、13a、13ｂが設けられている。

電極10において電極10aは第一の電極となり、電極10ｂは第二の電極となる。そして電極10a、10ｂを構成する各帯状電極は平行に配置されると共に、電極10aの隣う合う帯状電極の間に電極10ｂの隣り合う帯状電極が位置する様に電極10aの各帯状電極と電極10bの各帯状電極は交互に配置されている。同様に電極11において電極11aは第一の電極となり、電極11ｂは第二の電極となる。そして電極11a、11ｂを構成する各帯状電極は平行に配置されると共に、電極11aの隣う合う帯状電極の間に電極11ｂの隣り合う帯状電極が位置する様に電極11aの各帯状電極と電極11bの各帯状電極は交互に配置されている。同様に電極12において電極12aは第一の電極となり、電極12ｂは第二の電極となる。そして電極12a、12ｂを構成する各帯状電極は平行に配置されると共に、電極12aの隣う合う帯状電極の間に電極12ｂの隣り合う帯状電極が位置する様に電極12aの各帯状電極と電極12bの各帯状電極は交互に配置されている。同様に電極13において電極13aは第一の電極となり、電極13ｂは第二の電極となる。そして電極13a、13ｂを構成する各帯状電極は平行に配置されると共に、電極13aの隣う合う帯状電極の間に電極13ｂの隣り合う帯状電極が位置する様に電極13aの各帯状電極と電極13bの各帯状電極は交互に配置されている。

積層圧電素子1の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域それぞれに電極10、11、12、13が配置されている。第一の電極となる電極10a、11a、12a、13aは各帯状の電極が積層圧電素子1の幅方向中央部で長手方向に伸びる短絡電極10ｃ、11ｃ、12c、13cで繋がれ、積層圧電素子1の両端部まで張り出している。第一の電極の各帯状電極の間に位置し、第二の電極となる電極10ｂ、11ｂ、12ｂ、13ｂの各帯状電極は積層圧電素子1の幅方向の端部まで張り出している。

ここで圧電素子9ｂを厚み方向に積層し、一番上に電極を有しない圧電素子9aを積層する。例えば圧電素子9ｂを二枚積層した例を図３（ｃ）に、またこの様にして積層された積層圧電素子1の各面に設けられた外部電極（斜線部）を図４に示す。また図３（ｄ）に積層圧電素子1の断面の一部の様子を示す。図４は積層圧電素子1の上面、即ち圧電素子9aの面を中央に、側面の電極を周囲に配置した図である。電極10aは積層圧電素子1の端部で外部電極15aによって繋がれ圧電素子9aの上面まで伸ばされている。同様に電極11a、12a、13aも積層圧電素子1の端部側面でそれぞれ外部電極15ｂ、15ｃ、15ｄによって繋がれ、圧電素子9aの上面まで伸ばされている。また電極10ｂ、12ｂは積層圧電素子1の幅方向の端部側面で電極14aで繋がれ、圧電素子9aの上面まで引き伸ばされている。同様に電極11ｂ、13ｂは積層圧電素子1の幅方向の端部で電極14ｂで繋がれ、圧電素子9aの上面まで引き伸ばされている。

ここで第二の電極となる電極10ｂ、11ｂ、12ｂ、13ｂをGNDとして第一の電極となる電極10a、11a、12a、13aに高電圧を加えることで図３（ｄ）の矢印の方向で示す様に分極処理がなされる。従って、第二の電極となる電極10ｂ、11ｂ、12ｂ、13ｂと第一の電極となる電極10a、11a、12a、13aとの間に電圧を印加することで分極方向に電界が働き圧電縦効果により歪が発生する。この様に第一の電極と第二の電極の間隔を圧電素子の厚みよりも広くすることにより、圧電素子内部において歪が発生する領域を効率的に利用できる。また、ここで電極は10ｂ、11ｂ、12ｂ、13ｂには短絡電極を設けず、幅方向の端部側面で外部電極により短絡することにより屈曲振動を効率的に励振できる。

本積層圧電素子1の駆動方法であるが、例えば次の二通りがある。電極14a、14ｂと電極15a、15ｄの間に、もしくは電極14a、14ｂと電極15ｂ、15ｃの間に駆動信号を印加することで、積層圧電素子1の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域の対角にある二つの領域が伸縮し、積層圧電素子1に縦振動と屈曲振動が励振される。駆動信号を印加する領域を切り替えることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も変化する。別の方法としては電極14a、14ｂをGNDとして電極15a、15ｄと電極15ｂ、15ｃの間に位相の異なる駆動信号、例えば90度もしくは−90度異なる信号を印加することで積層圧電素子1に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も逆となる。

ところで、この積層圧電素子1の製法であるが例えば積層圧電素子1が複数取れる大きさの圧電素子のシート上に複数の積層圧電素子分の電極10a、10ｂ、11a、11ｂ、12a、12ｂ、13a、13ｂを印刷等によって設ける。このシートを重ねて積層し、仮燒結してバインダーを飛ばした後、個々の積層圧電素子にダイシング等によって分割して本焼成される。そして外部電極14a、14ｂ、15a、15ｂ、15ｃ、15ｄが付けられた後、分極処理がなされ完成となる。

従って、分極不必要部となる圧電素子9aの外部電極14a、14ｂ、15a、15ｂ、15ｃ、15ｄの部分に分極処理がなされ、駆動信号印加時に不要な歪が発生して悪影響を及ぼす事を避ける為、外部電極を有する圧電素子9aの厚みは他の圧電素子9ｂの厚みよりも厚い事が望ましい。また、積層圧電素子1に発生する歪を均一化し、不用モードの励振を抑える等の理由から圧電素子9aのちょうど裏側の面に位置する圧電素子9ｂ’の厚みを圧電素子9aと同じにすることが望ましい。これは本発明の積層圧電素子1にのみ適用されるものではなく積層方向の端面に内部電極とは異なる形状の導通用電極を有する積層圧電素子であればその形状、内部電極の構造等に係らず効果を示す。また用途もアクチュエータに限るものではなくトランス、センサ等に用いても構わない。

また、ここで積層圧電素子1は金属等の弾性体と接合して振動体を構成しても構わないし、各圧電素子の電極の短絡も積層圧電素子の側面に限るものではなく、スルーホール等を用いても構わない。
（実施の形態２）
図５は本発明の超音波モータの積層圧電素子の第二の例を示したものである。実施の形態１との共通な部分は説明を省略し、相違点のみを以下に示す。

図３（ａ），（ｂ）に示した圧電素子9ｂを厚み方向に一枚もしくは複数枚積層し、その上に電極を有しない圧電素子9aを積層する。そして更に圧電素子9ｂを厚み方向に一枚もしくは複数枚積層し（これを図中９ｂ’として区別する）、一番上に電極を有しない圧電素子9aを積層する。図５（a）においては例えば圧電素子9ｂを二枚積層し、その上に圧電素子9aを一枚積層し、更に圧電素子９ｂ’を二枚、圧電素子9aを一枚積層した例を示している。またこの様にして積層された積層圧電素子１６の各面に設けられた外部電極を図５（ｂ）に斜線で示す。圧電素子９ｂ’の電極10aは積層圧電素子1６の端部で外部電極1８aによって繋がれ積層圧電素子１６の上面まで伸ばされている。同様に電極11a、12a、13aも積層圧電素子1６の端部でそれぞれ外部電極1８ｂ、1８ｃ、1８ｄによって繋がれ、積層圧電素子１６の上面まで伸ばされている。また電極10ｂ、12ｂは積層圧電素子1６の幅方向の端部で電極１７ｃ、１７ｄで繋がれ、積層圧電素子１６の上面まで引き伸ばされている。同様に電極11ｂ、13ｂは積層圧電素子1６の幅方向の端部で電極17e、１７ｆで繋がれ、積層圧電素子１６の上面まで引き伸ばされている。

また圧電素子９ｂの電極10aは積層圧電素子1６の端部で外部電極1８ｆによって繋がれ積層圧電素子１６の下面まで伸ばされている。同様に電極11a、12a、13aも積層圧電素子1６の端部でそれぞれ外部電極1８e、1８ｈ、1８ｇによって繋がれ、積層圧電素子１６の下面まで伸ばされている。また電極10ｂ、12ｂは積層圧電素子1６の幅方向の端部で電極１７a、１７ｂで繋がれ、積層圧電素子１６の下面まで引き伸ばされている。同様に電極11ｂ、13ｂは積層圧電素子1６の幅方向の端部で電極17ｇ、１７ｈで繋がれ、積層圧電素子１６の下面まで引き伸ばされている。

ここで電極1７ｃ、１７ｄ、17e、１７ｆ、１７ｇ、１７ｂ、１８ｆ、１８ｇをGNDとして電極1８a、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１７ｈ、17a、18e、１８ｈに電圧を加えることにより分極処理を行う。ここで電極17a、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、17e、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈを共通電極（GND）として電極1８a、1８ｂ、１８ｃ、１８ｄと電極18e、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈの間に位相の異なる駆動信号、例えば90度もしくは−90度異なる信号を印加することで積層圧電素子1６に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も逆となる。この位相は任意であり、0度と180度の切り替えを行っても構わない。

また分極方向に付いても任意であり、分極方向に応じて駆動信号の位相を逆転すれば同じ振動が励振される。

本実施の形態によれば同じ電極を用いることで生産性を上げながらも縦振動と屈曲振動を独立に励振可能な構造とすることが出来るため積層圧電素子１６に発生する楕円運動の軌跡を自由に制御できる為、移動体の速度、推進力等を制御でき高精度な位置決め制御が可能となる。

ところで、ここで電極を有さない圧電素子9aは無くとも良いが入れることで発生する歪、並びに振動のバランスを均一にすると共に、端部での外部電極の短絡を防止することが出来る。
（実施の形態３）
図６、７は実施の形態２の積層圧電素子の変形例の構造及び外部電極を示したものである。

本実施の形態の積層圧電素子１９は図３に示した圧電素子9a、９ｂと長手方向に複数の帯状電極20aを有し、各帯状電極の一端で短絡し、例えば中央で側面まで張り出した短絡電極20ｃから構成される第一の電極と、第一の電極の各帯状電極20ｃの間に帯状電極20ｄを有し、各帯状電極20ｄの一端を短絡し、中央で側面まで張り出した短絡電極20ｄから構成される第二の電極を有する圧電素子９ｃからなる。具体的には圧電素子9ｃを厚み方向に一枚もしくは複数枚積層し、その上に電極を有しない圧電素子9aを積層する。そして更に圧電素子9ｂを厚み方向に一枚もしくは複数枚積層し、一番上に電極を有しない圧電素子9aを積層する。図６（ｄ）においては例えば圧電素子9ｃを二枚積層し、その上に圧電素子9aを一枚積層し、更に圧電素子９ｂを二枚、圧電素子9aを一枚積層した例を示している。

また、この様にして積層された積層圧電素子１９の各面に設けられた外部電極を図７に斜線で示す。圧電素子９ｂの電極10aは積層圧電素子1９の端部で外部電極２３aによって繋がれ積層圧電素子１９の上面まで伸ばされている。同様に電極11a、12a、13aも積層圧電素子1９の端部でそれぞれ外部電極２３ｂ、２３ｃ、２３ｄによって繋がれ、積層圧電素子１９の上面まで伸ばされている。また電極10ｂ、12ｂは積層圧電素子1９の幅方向の端部で電極21a、２１ｂで繋がれ、積層圧電素子１９の上面まで引き伸ばされている。同様に電極11ｂ、13ｂは積層圧電素子1９の幅方向の端部で電極２１ｃ、２１ｄで繋がれ、積層圧電素子１９の上面まで引き伸ばされている。

また圧電素子９ｃの短絡電極20ｃは積層圧電素子1９の側面中央部で外部電極22aによって繋がれ積層圧電素子１９の上面まで伸ばされている。同様に短絡電極20ｄも積層圧電素子1９の側面中央部で外部電極２２ｂによって繋がれ、積層圧電素子１９の上面まで伸ばされている。ここでも実施の形態２と同様に圧電素子９ａは無くても構わない。

ここで電極21a、２１ｄ、22a、２３ｂ、２３ｃをGNDとして電極２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２３ｂに電圧を加えることにより分極処理を行う。ここで電極22a、21a、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを共通電極（GND）として電極23a、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと電極２２ｂの間に位相の異なる駆動信号、例えば90度もしくは−90度異なる信号を印加することで積層圧電素子1９に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も変化する。この位相は任意であり、0度と180度の切り替えを行っても構わない。

また分極方向に付いても任意であり、分極方向に応じて駆動信号の位相を逆転すれば同じ振動が励振される。

本実施の形態に拠れば、縦振動の効率的な励振が可能となり、大きな出力が得られる。
（実施の形態４）
図８は本発明の積層圧電素子の別の例を示したものである。

本実施の形態の積層圧電素子２４は図３に示した圧電素子9aと、幅方向中央部に長手方向全体に渡った部分と、その両端部に在り、長手方向に中央から分割された四つの領域の計五箇所には複数の帯状電極で構成される第一の電極と第二の電極で構成される電極が設けられている。即ち長手方向全体に渡って複数の帯状電極29aを有し、各帯状電極29aの一端で短絡し、長手方向側面まで張り出した短絡電極29ｃから構成される第一の電極と、電極29aの各帯状電極の間に帯状電極29ｂを有し、各帯状電極の一端で短絡し、長手方向側面まで張り出した短絡電極29ｄから構成される第二の電極とで構成される電極２９と、その両側でかつ長手方向に二分される領域に設けられた電極25、26、27、28とから成る。電極25、26、27、28は夫々が長手方向に平行に配置された複数の帯状電極25a、26a、27a、28aと、その一端を短絡する短絡電極25ｃ、26ｃ、27ｃ、28ｃで構成される第一の電極と、第一の電極の各帯状電極25a、26a、27a、28aの間に配置され、幅方向側面まで伸びた帯状の電極25ｂ、26ｂ、27ｂ、28ｂで構成される、各領域の第二の電極とからなる。

具体的には圧電素子9ｄを厚み方向に一枚もしくは複数枚積層し、その上に電極を有しない圧電素子9aを積層する。図８（ｃ）においては例えば圧電素子9ｄを二枚積層し、その上に圧電素子9aを一枚積層した例を示している。ところで、ここで圧電素子9aは無くても構わない。

またこの様にして積層された積層圧電素子２４の各面に設けられた外部電極を図９に斜線で示す。

電極２５ｂ、２６ｂ、２７ｂ、２８ｂは積層圧電素子２４の幅方向側面に設けられた外部電極30a、３０ｃ、３０ｂ、３０ｄによって繋がれ積層圧電素子２４の上面まで伸ばされている。電極25a、29a、26a、27a、２９ｂ、28aは積層圧電素子２４の長手方向側面でそれぞれ外部電極31a、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、31e、31fによって繋がれ、積層圧電素子24の上面まで伸ばされている。

ここで電極３０ａ、30ｄ、31ｄ、31ｃ、31ｂをGNDとして電極３１ａ、30ｃ、31ｆ、３１ｅ、に電圧を加えることにより分極処理を行う。ここで電極３０ａ、３０ｂ、30ｃ、30ｄ、31ｂを共通電極（GND）として電極３１ａ、31ｃ、31ｄ、31ｆと電極３１ｅの間に位相の異なる駆動信号、例えば90度もしくは−90度異なる信号を印加することで積層圧電素子２４に縦振動と屈曲振動が励振される。位相を逆転させることで縦振動と屈曲信号の位相が逆転し、移動体7の移動方向も変化する。この位相は任意であり、0度と180度の切り替えを行っても構わない。

また分極方向に付いても任意であり、分極方向に応じて駆動信号の位相を逆転すれば同じ振動が励振される。

本実施の形態に拠れば、単一の電極を用いながらも縦振動と屈曲振動を独立に励振可能である。
（実施の形態５）
本発明の圧電アクチュエータを用いて電子機器を構成した例を図１０を基に説明する。

図１０は本発明の駆動回路により駆動される超音波モータ1００を電子機器の駆動源に適用したブロック図を示したものであり、積層圧電素子１、９、１６、１９と積層圧電素子1、９、１６、１９に接合された摩擦部材2により摩擦駆動される移動体７と移動体７と一体に動作する伝達機構３２と、伝達機構３２の動作に基づいて動作する出力機構３３からなる。ここでは移動体を回転体とし、移動体を回転動作させる例について説明する。

ここで、伝達機構３２は例えば歯車列、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構３３としては、プリンタにおいては紙送り機構、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構、フィルム巻き上げ機構等を、また電子機器や計測器においては指針等を、ロボットにおいてはアーム機構、工作機械においては歯具送り機構や加工部材送り機構等を用いる。

尚、本実施の形態における電子機器としては電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、ロボット、工作機、ゲーム機、光情報機器、医療機器、移動装置等を実現できる。さらに移動体７に出力軸を設け、出力軸からのトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成とすれば、超音波モータ駆動装置を実現できる。

本発明にかかわるリニヤ型超音波モータの構成例を示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の振動モードを示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の構成を示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の外部電極の構成を示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の第二の例の外部電極を示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の第二の例の変形例の構成を示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の第二の例の変形例の外部電極を示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の第三の例の構成を示す図である。 本発明にかかわる積層圧電素子の第三の例の外部電極を示す図である。 本発明にかかわる超音波モータを用いた電子機器を示すブロック図である。

符号の説明

１、９、１６、１９ 積層圧電素子
２ 摩擦部材
３ 支持部材
４ 加圧部材
６ 加圧手段
７ 移動体
１０、１１、１２、１３、２０、２５、２６、２７、２８、２９ 電極
１４、１５、１７、１８、２１、２２、２３、３０、３１ 外部電極

Claims (10)

1. 複数の圧電素子を積層して振動体を構成し、前記振動体と接する移動体を駆動する超音波モータにおいて、
   前記積層された複数の圧電素子の間で下方の圧電素子の上面に、一方の長さに対して、それと直交する方向の長さが短い、複数の平行に配置された帯状電極で構成される第一の電極と、前記第一の電極の各帯状電極と隣り合って配置され、かつ前記第一の電極の各帯状電極と平行に配置された複数の帯状電極で構成される第二の電極とで構成される電極パターンを有する超音波モータ。
2. 前記第一の電極の帯状電極と隣り合う前記第二の電極の帯状電極の間隔は積層される前記圧電素子の厚みよりも広いことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
3. 同一圧電素子上に前記電極パターンを複数有することを特徴とする請求項１または２記載の超音波モータ。
4. 矩形形状の振動体から成り、振動体の面内の向かい合う辺の中心を結ぶ線で分けられる四つの領域それぞれに前記電極パターンを有することを特徴とする請求項１または２記載の超音波モータ。
5. 矩形形状の振動体から成り、振動体の面内の幅方向に三つに分割されると共に、三つに分割された両側の領域を長手方向に二つに分割した五つの領域それぞれに前記電極パターンを有することを特徴とする請求項１または２記載の超音波モータ。
6. 積層される複数の圧電素子に設けられた電極パターンは複数の種類を有することを特徴とする請求項１または２記載の超音波モータ。
7. 前記異なる電極を有する圧電素子の間には電極を有さない圧電素子が設けられていることを特徴とする請求項６記載の超音波モータ。
8. 積層された複数の圧電素子からなり、積層方向の二つの端面の内、少なくとも一つの面に前記複数の圧電素子の電極と導通する為の導通用電極を有する積層圧電素子において、前記導通用圧電素子を有する圧電素子の厚みは他の圧電素子の厚みよりも厚いことを特徴とする積層圧電素子。
9. 積層された複数の圧電素子からなり、積層方向の二つの端面の内、少なくとも一つの面に前記複数の圧電素子の電極と導通する為の導通用電極を有する積層圧電素子において、前記積層方向の二つの端面に位置する二つの圧電素子の厚みは等しいことを特徴とする積層圧電素子。
10. 請求項８または９記載の積層圧電素子もしくは請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波モータのいずれかを備えた電子機器。

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