JP2011061894A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【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、複数の圧電シートからなり、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。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波モータに関するものである。

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。

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。

特開平９−１１７１６８号公報

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、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るという課題を有していた。

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、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にある。

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、複数の圧電シートからなり、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、を発生することを特徴としている。

本発明に係る超音波モータにおいて、振動体は複数の圧電シートが中心軸と所定角度傾いて積層されてなり、複数の圧電シートのうち、ねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動の節近傍に位置する圧電シートには第１内部電極が設けられており、活性化領域は、少なくとも第１内部電極が互いに対向する部分に形成されていることが好ましい。

本発明に係る超音波モータにおいて、第１内部電極が設けられた圧電シートには、さらに第２内部電極が設けられており、互いに逆方向に分極されてなる活性化領域は、第１内部電極が互いに対向する部分、及び、第２内部電極が互いに対向する部分に、それぞれ対応するように形成されていることが好ましい。

本発明に係る超音波モータは、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。

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。 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。 （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。 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。 本発明の第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。 本発明の第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。 本発明の第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斜視図である。 本発明の第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。 本発明の第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。

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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る超音波モータ１００の構成を示す斜視図である。図２は、超音波モータ１００の構成を示す分解斜視図である。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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。図３（ａ）は、振動子１０１の概略構成を示す斜視図である。図３（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である。図３（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である。図３（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である。図３（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は、振動子１０１の高さｃを一定として、横軸を短辺の長さ／長辺の長さ（ａ／ｂ）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３（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。

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。

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（ｄ））では高さ方向の３つの位置に存在する。

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。

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。

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。

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。

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。以下に、図５〜７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は、積層圧電素子１２０からカットされた振動子１０１の構成を示す斜視図である。図６及び図７においては、内部の電極を透過的に示しており、各圧電シートについては図示を省略している。また、摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂは、カットされた後の振動子１０１の上面に接着固定する。

積層圧電素子１２０は、高さ方向（図５の矢印Ｓ１方向）に沿って積層された、第１圧電シート１２１、１２２、１２３、１２４、第２圧電シート１３１、１３２、１３３、１３４、及び、第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４を備える。第１圧電シート１２１、１２２は高さ方向の最も上側に配置され、第１圧電シート１２３、１２４は最も下側に配置される。第２圧電シート１３１、１３２、１３３、１３４は、上側の第１圧電シート１２１、１２２と下側の第１圧電シート１２３、１２４の間に配置される。さらに、上側の第２圧電シート１３１、１３２と、下側の第２圧電シート１３３、１３４の間には、第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４が配置される。

なお、図５に示す例では、第１、第２、及び、第３圧電シートを４枚ずつとしているが、積層圧電素子１２０を構成する圧電シートの数は、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。

ここで、第１、第２、及び第３圧電シートは、矩形状の同一の平面形状を備える。第１、第２、及び第３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。内部電極を含む第３圧電シートからなる圧電素子は、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。

また、第１、第２、及び第３圧電シートは、第２圧電シート１３１、１３２、１３３、１３４と第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４とを同じ厚さとして、第１圧電シート１２１、１２２、１２３、１２４はこれらよりも厚いものを用いるとよい。なお、振動子１０１の仕様によっては、第１、第２、及び第３圧電シートの厚さを同一としてもよい。

第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４は、積層した状態の積層圧電素子１２０のねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動の節近傍に配置されている。第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４の上面には、印刷によって、内部電極が２組ずつ形成されている。

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、第３圧電シート１４１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１７１ａが、互いに対向するように配置されている。−相の第１内部電極１５１ａ及び−相の第２内部電極１７１ａは、その端部１５１ｂ、１７１ｂが第３圧電シート１４１の長辺の別の位置にそれぞれ露出するように延びている。

第３圧電シート１４２には、第３圧電シート１４１に積層したときに−相の第１内部電極１５１ａ、−相の第２内部電極１７１ａに対応する位置に、＋相の第１内部電極１６１ａ、＋相の第２内部電極１８１ａがそれぞれ形成されている。＋相の第１内部電極１６１ａ及び＋相の第２内部電極１８１ａは、−相の第１内部電極１５１ａ及び−相の第２内部電極１７１ａとそれぞれ対応するように、端部１６１ｂ、１８１ｂが第３圧電シート１４２の長辺の別の位置にそれぞれ露出するように延びている。ここで、第３圧電シート１４１及び第３圧電シート１４２の活性化領域は、少なくとも、−相の第１内部電極１５１ａと＋相の第１内部電極１６１ａが互いに対向する部分、及び、−相の第２内部電極１７１ａと＋相の第２内部電極１８１ａが互いに対向する部分に形成されている。

第３圧電シート１４３は、第３圧電シート１４１と同様の電極配置であり、−相の第１内部電極１５２ａが第３圧電シート１４１の−相の第１内部電極１５１ａに対応し、−相の第２内部電極１７２ａが第３圧電シート１４１の−相の第２内部電極１７１ａに対応しており、端部１５２ｂ、１７２ｂが第３圧電シート１４３の長辺の別の位置にそれぞれ露出している。

第３圧電シート１４４は、第３圧電シート１４２と同様の電極配置であり、＋相の第１内部電極１６２ａが第３圧電シート１４２の＋相の第１内部電極１６１ａに対応し、＋相の第２内部電極１８２ａが第３圧電シート１４２の＋相の第２内部電極１８１ａに対応しており、端部１６２ｂ、１８２ｂが第３圧電シート１４４の長辺の別の位置にそれぞれ露出している。ここで、第３圧電シート１４３及び第３圧電シート１４４の活性化領域は、少なくとも、−相の第１内部電極１５２ａと＋相の第１内部電極１６２ａが互いに対向する部分、及び、−相の第２内部電極１７２ａと＋相の第２内部電極１８２ａが互いに対向する部分に形成されている。

第３圧電シート１４１、１４２、１４３、１４４に配置された各内部電極が第３圧電シートの長辺から露出する端部１５１ｂ、１５２ｂ、１６１ｂ、１６２ｂ、１７１ｂ、１７２ｂ、１８１ｂ、１８２ｂ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。ここで、端部１５１ｂ、１５２ｂに形成された外部電極は−相の第１外部電極群１５０ｂを構成し、端部１６１ｂ、１６２ｂに形成された外部電極は＋相の第１外部電極群１６０ｂを構成し、端部１７１ｂ、１７２ｂに形成された外部電極は−相の第２外部電極群１７０ｂを構成し、さらに、端部１８１ｂ、１８２ｂに形成された外部電極は＋相の第２外部電極群１８０ｂを構成する（図６、図７）。
−相の第１外部電極群１５０ｂ、＋相の第１外部電極群１６０ｂ、−相の第２外部電極群１７０ｂ、＋相の第２外部電極群１８０ｂ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。

図６に示すように、−相の第１外部電極群１５０ｂ、＋相の第１外部電極群１６０ｂは、中心軸１００ｃに直交する断面の長辺１０１ｆが積層されて形成される面の一方の側面１０１ｆ１上に形成されており、−相の第２外部電極群１７０ｂ、＋相の第２外部電極群１８０ｂは、長辺１０１ｆからなる面の他方の側面１０１ｆ２上に形成されている。振動子１０１は、第１、第２、及び第３圧電シートの積層方向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、第２、及び第３圧電シートの長辺が連なってでき、各外部電極群が露出した側面は、カットされずに側面１０１ｆ１、１０１ｆ２となる。

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。

−相の第１外部電極群１５０ｂ及び＋相の第１外部電極群１６０ｂと、−相の第２外部電極群１７０ｂ及び＋相の第２外部電極群１８０ｂと、に印加する信号の位相は、互いに約９０度ずらしていることが好ましい。上述のように積層圧電素子１２０から振動子１０１を切断して、第１、第２、及び第３圧電シートの厚み効果を斜めに配列させた振動子１０１に対して、位相が約９０度ずれた信号を印加することにより、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。これにより、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。
なお、本実施形態では、印加する信号の位相を約９０度ずらしていたが、必要なモータ特性を得るために９０度以外の任意の角度に設定することもできる。

（第２実施形態）
つづいて、図８、図９を参照して、第２実施形態に係る超音波モータについて説明する。
図８は、第２実施形態に係る積層圧電素子２２０の構成を示す分解斜視図である。図９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９においては、内部の電極を透過的に示しており、各圧電シートについては図示を省略している。また、第１実施形態の摩擦接触部材１０３ａ、１０３ｂに対応する摩擦接触部材は、振動子１０１と同様に、カットされた後の振動子２０１の上面に接着固定する。

第１実施形態の振動子１０１においては、各内部電極が、中心軸１００ｃに直交する断面の長辺１０１ｆまでそれぞれ延びており、長辺１０１ｆで露出した端部に外部電極が形成されている。

これに対して、第２実施形態の振動子２０１では、各内部電極は、中心軸２００ｃに直交する断面の短辺２０１ｓまでそれぞれ延びており、短辺２０１ｓで露出した端部に外部電極が形成されている。

ここで、第２実施形態の振動子２０１は、第１実施形態の振動子１０１に対応するものであって、振動子１０１を振動子２０１に置き換えることによって超音波モータ１００と同様の構成の超音波モータを提供できる。したがって、この超音波モータの振動子２０１以外の構成部材は超音波モータ１００と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

振動子２０１は、第１実施形態の振動子１０１と同様に、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２次共振振動又はねじれ３次共振振動と、を発生する。

積層圧電素子２２０は、高さ方向（図８の矢印Ｓ２方向）に沿って積層された、第１圧電シート２２１、２２２、２２３、２２４、第２圧電シート２３１、２３２、２３３、２３４、及び、第３圧電シート２４１、２４２、２４３、２４４を備える。第１圧電シート２２１、２２２は高さ方向の最も上側に配置され、第１圧電シート２２３、２２４は最も下側に配置される。第２圧電シート２３１、２３２、２３３、２３４は、上側の第１圧電シート２２１、２２２と下側の第１圧電シート２２３、２２４の間に配置される。さらに、上側の第２圧電シート２３１、２３２と、下側の第２圧電シート２３３、２３４の間には、第３圧電シート２４１、２４２、２４３、２４４が配置される。

なお、図８に示す例では、第１、第２、及び、第３圧電シートを４枚ずつとしているが、積層圧電素子２２０を構成する圧電シートの数は、振動子２０１の仕様に合わせて任意に選択することができる。

ここで、第１、第２、及び第３圧電シートは、矩形状の同一の平面形状を備える。第１、第２、及び第３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。内部電極を含む第３圧電シートからなる圧電素子は、厚み方向に分極されてなる活性化領域を有する。

また、第１、第２、及び第３圧電シートは、第２圧電シート２３１、２３２、２３３、２３４と第３圧電シート２４１、２４２、２４３、２４４とを同じ厚さとして、第１圧電シート２２１、２２２、２２３、２２４はこれらよりも厚いものを用いるとよい。なお、振動子２０１の仕様によっては、第１、第２、及び第３圧電シートの厚さを同一としてもよい。

第３圧電シート２４１、２４２、２４３、２４４は、積層した状態の積層圧電素子２２０のねじれ２次共振振動又はねじれ３次共振振動の節近傍に配置されている。
第３圧電シート２４１、２４２、２４３、２４４の上面には、印刷によって、内部電極が２組ずつ形成されている。

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、第３圧電シート２４１については、その長手方向の略中央に、−相の第１内部電極２５１ａと−相の第２内部電極２７１ａが、互いに対向するように配置されている。−相の第１内部電極２５１ａは、その端部２５１ｂが第３圧電シート２４１の一方の短辺に露出するように延び、−相の第２内部電極２７１ａは、その端部２７１ｂが第３圧電シート２４１の他方の短辺に露出するように延びている。

第３圧電シート２４２には、第３圧電シート２４１に積層したときに−相の第１内部電極２５１ａ、−相の第２内部電極２７１ａに対応する位置に、＋相の第１内部電極２６１ａ、＋相の第２内部電極２８１ａがそれぞれ形成されている。＋相の第１内部電極２６１ａ及び＋相の第２内部電極２８１ａは、−相の第１内部電極２５１ａ及び−相の第２内部電極２７１ａとそれぞれ対応するように、端部２６１ｂ、２８１ｂが第３圧電シート１４２の短辺にそれぞれ露出するように延びている。ここで、第３圧電シート２４１の活性化領域及び第３圧電シート２４２の活性化領域は、少なくとも、−相の第１内部電極２５１ａと＋相の第１内部電極２６１ａが互いに対向する部分、及び、−相の第２内部電極２７１ａと＋相の第２内部電極２８１ａが互いに対向する部分に形成されている。

第３圧電シート２４３は、第３圧電シート２４１と同様の電極配置であり、−相の第１内部電極２５２ａが第３圧電シート２４１の−相の第１内部電極２５１ａに対応し、−相の第２内部電極２７２ａが第３圧電シート２４１の−相の第２内部電極２７１ａに対応しており、端部２５２ｂ、２７２ｂが第３圧電シート１４３の短辺にそれぞれ露出している。

第３圧電シート２４４は、第３圧電シート２４２と同様の電極配置であり、＋相の第１内部電極２６２ａが第３圧電シート２４２の＋相の第１内部電極２６１ａに対応し、＋相の第２内部電極２８２ａが第３圧電シート２４２の＋相の第２内部電極２８１ａに対応しており、端部２６２ｂ、２８２ｂが第３圧電シート２４４の短辺にそれぞれ露出している。ここで、第３圧電シート２４３の活性化領域及び第３圧電シート２４４の活性化領域は、少なくとも、−相の第１内部電極２５２ａと＋相の第１内部電極２６２ａが互いに対向する部分、及び、−相の第２内部電極２７２ａと＋相の第２内部電極２８２ａが互いに対向する部分に形成されている。

第３圧電シート２４１、２４２、２４３、２４４に配置された各内部電極が第３圧電シートの短辺から露出する端部２５１ｂ、２５２ｂ、２６１ｂ、２６２ｂ、２７１ｂ、２７２ｂ、２８１ｂ、２８２ｂ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。ここで、端部２５１ｂ、２５２ｂに形成された外部電極は−相の第１外部電極群２５０ｂを構成し、端部２６１ｂ、２６２ｂに形成された外部電極は＋相の第１外部電極群２６０ｂを構成し、端部２７１ｂ、２７２ｂに形成された外部電極は−相の第２外部電極群２７０ｂを構成し、さらに、端部２８１ｂ、２８２ｂに形成された外部電極は＋相の第２外部電極群２８０ｂを構成する（図９）。
−相の第１外部電極群２５０ｂ、＋相の第１外部電極群２６０ｂ、−相の第２外部電極群２７０ｂ、＋相の第２外部電極群２８０ｂは、超音波モータの外部の電源（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。

図９に示すように、＋相の第１外部電極群２６０ｂ、−相の第２外部電極群２７０ｂは、中心軸２００ｃに直交する断面の短辺２０１ｓが積層されて形成される面の一方の側面２０１ｓ１上に形成されており、−相の第１外部電極群２５０ｂ、＋相の第２外部電極群２８０ｂは、短辺２０１ｓからなる面の他方の側面２０１ｓ２上に形成されている。振動子２０１は、第１、第２、及び第３圧電シートの積層方向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。ここで、第１、第２、及び第３圧電シートの長辺が連なってできた側面は、カットされずに長辺２０１ｆの両面となる。

−相の第１外部電極群２５０ｂ及び＋相の第１外部電極群２６０ｂと、−相の第２外部電極群２７０ｂ及び＋相の第２外部電極群２８０ｂと、に印加する信号の位相は、互いに約９０度ずらしていることが好ましい。上述のように積層圧電素子２２０から振動子２０１を切断して、第１、第２、及び第３圧電シートの横効果を利用し斜めに配列させた振動子２０１に対して、位相が約９０度ずれた信号を印加することにより、振動子２０１の高さ方向の両端面に楕円振動が発生する。
第２実施形態に係る超音波モータにおいては、横効果を有する圧電素子を用いることにより、長さ振動を利用して大きな変位を得ることが可能となり、効率の良い超音波モータ（例えば高速回転型のモータ）を提供できる。
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。

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。

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
１２１、１２２、１２３、１２４ 第１圧電シート
１３１、１３２、１３３、１３４ 第２圧電シート
１４１、１４２、１４３、１４４ 第３圧電シート
１５０ｂ −相の第１外部電極群
１５１ａ、１５２ａ −相の第１内部電極
１５１ｂ、１５２ｂ 端部
１６０ｂ ＋相の第１外部電極群
１６１ａ、１６２ａ ＋相の第１内部電極
１６１ｂ、１６２ｂ 端部
１７０ｂ −相の第２外部電極群
１７１ａ、１７２ａ −相の第２内部電極
１７１ｂ、１７２ｂ 端部
１８０ｂ ＋相の第２外部電極群
１８１ａ、１８２ａ ＋相の第２内部電極
１８１ｂ、１８２ｂ 端部
２００ｃ 中心軸（回転軸）
２０１ 振動子
２０１ｆ 長辺
２０１ｓ 短辺
２２０ 積層圧電素子
２２１、２２２、２２３、２２４ 第１圧電シート
２３１、２３２、２３３、２３４ 第２圧電シート
２４１、２４２、２４３、２４４ 第３圧電シート
２５０ｂ −相の第１外部電極群
２５１ａ、２５２ａ −相の第１内部電極
２５１ｂ、２５２ｂ 端部
２６０ｂ ＋相の第１外部電極群
２６１ａ、２６２ａ ＋相の第１内部電極
２６１ｂ、２６２ｂ 端部
２７０ｂ −相の第２外部電極群
２７１ａ、２７２ａ −相の第２内部電極
２７１ｂ、２７２ｂ 端部
２８０ｂ ＋相の第２外部電極群
２８１ａ、２８２ａ ＋相の第２内部電極
２８１ｂ、２８２ｂ 端部

Claims (3)

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、複数の圧電シートからなり、
   前記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、前記縦１次共振振動と、前記ねじれ２次共振振動又は前記ねじれ３次共振振動と、を発生することを特徴とする超音波モータ。
2. 前記振動体は前記複数の圧電シートが前記中心軸と所定角度傾いて積層されてなり、
   前記複数の圧電シートのうち、前記ねじれ２次共振振動又は前記ねじれ３次共振振動の節近傍に位置する圧電シートには第１内部電極が設けられており、
   前記活性化領域は、少なくとも前記第１内部電極が互いに対向する部分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。
3. 前記第１内部電極が設けられた前記圧電シートには、さらに第２内部電極が設けられており、
   互いに逆方向に分極されてなる活性化領域は、前記第１内部電極が互いに対向する部分、及び、前記第２内部電極が互いに対向する部分に、それぞれ対応するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。

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