JP4511120B2 - 超音波リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子を用いた超音波リニアモータに関し、特に簡単な構成で小型化を可能にした超音波リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波モータが注目されている。この超音波モータは、従来の電磁型モータに比べ以下のような利点を有している。
【０００３】
（１）ギヤなしで低速高推力が得られる。
【０００４】
（２）保持力が大きい。
【０００５】
（３）ストロークが長く、高分解能である。
【０００６】
（４）静粛性に富んでいる。
【０００７】
（５）磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も受けない。
【０００８】
このように利点を有する、従来のリニア型の超音波モータとしては、本出願人によって提案がなされた、例えば特開平７−１６３１６２号公報に開示された超音波振動子と該超音波振動子を用いた超音波リニアモータがある。以下、図を参照しながら、上記特開平７−１６３１６２号公報の提案における従来の超音波リニアモータについて説明する。
【０００９】
図１８及び図１９は従来の超音波リニアモータの構成例を説明するためのもので、図１８は該超音波リニアモータに用いられた超音波振動子の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜視図であり、図１９は前記超音波振動子の正面図である。
【００１０】
まず、超音波振動子の構成について説明する。
【００１１】
図１８に示すように、上記提案の超音波リニアモータに用いられる従来の超音波振動子５０は、積層型圧電素子５０Ａを備え、この積層型圧電素子５０Ａは、薄い矩形状の圧電板５１が複数枚積層され、これら複数積層された圧電板５１を挟持するように積層の最初と最後に、絶縁体としての電極が施されていない圧電板５２，５３が積層されて構成される。また、該積層型圧電素子５０Ａは、各圧電板間には内部電極５４ａ，内部電極５４ｂが交互に挿入された構造を有している。
【００１２】
圧電板５１の内部電極５４ａ，５４ｂは、該圧電板５１の全領域を２分割した上半分の領域に設けられている。内部電極５４ａは、振動子（圧電板５１）の側面基端部にまで延びて形成されており、また、内部電極５４ｂは、振動子（圧電板５１）の上面基端部にまで延びて形成されている。
【００１３】
これら圧電板５１と内部電極５４ａ，５４ｂは、チタン酸ジルコン酸鉛（以降、ＰＺＴと称す）のグリーンシートに電極を印刷した上で位置決めされ、積層された状態で焼成することにより、積層型圧電素子５０Ａとなる。なお、このような構成により、圧電板５１，５２，５３が積層された状態では、側面部に該内部電極５４ａが露出することになるとともに、上面部に内部電極５４ｂが露出することになる。
【００１４】
上記構成の積層型圧電素子５０Ａを用いて構成される超音波振動子５０は、図１９に示すように、積層型圧電素子５０Ａの両側側面部に内部電極５４ａが露出した位置（左右２箇所：グラウンド（ＧＮＤ））及び積層型圧電素子５０Ａの上面部に内部電極５４ｂが露出した位置（上面２箇所：Ａ相，Ｂ相）にそれぞれ導電部材からなる外部電極５５が設けられている。
【００１５】
なお、超音波振動子５０において、積層型圧電素子５０Ａの上面部左側から取り出されている内部電極５４ｂに外部電極５５を取付けて成る電気端子をＡ（Ａ相）とし、上面部右側から取り出されている内部電極５４ｂに外部電極５５を取付けて成る電気端子をＢ（Ｂ相）とし、また、該超音波振動子５０の両側側面部に配された外部電極５５をグラウンド（ＧＮＤ）としている。
【００１６】
また、外部電極５５には、図示はしないがそれぞれリード線が半田等で接続されており、これらのリード線は、図示しない圧電板５１の駆動回路へと接続されている。
【００１７】
積層型圧電素子５０ａの底面の所定位置には、図示しない被駆動体と接触して摺動するための突起形状の駆動子５６が併設されている。これらの駆動子５６は、超音波振動子５０の楕円振動をしている任意の位置に設けられたものである。
また、超音波振動子５０の中央部には、小さい貫通穴が設けられ、この貫通穴には、ピン５７が装着される。
【００１８】
上記構成の超音波振動子５０を用いて超音波リニアモータとして構成し且つ動作させるためには、前記ピン５７と係合して駆動子５６を図中下方向に押圧する押圧手段と、該超音波振動子５０の駆動子５６に接触し該駆動子５６に対し相対的に移動する被駆動体とを設けることで、超音波リニアモータが構成される。
【００１９】
なお、図示はしないが被駆動体は、リニアガイドにより保持されており、前記駆動子５６と接触し且つ該リニアガイドによりガイドされながら摺動が可能である。
【００２０】
次に、上記超音波振動子５０の動作について説明する。
【００２１】
上記構成の超音波振動子を用いた超音波リニアモータにおいて、外部電極５５には、図示しないリード線を介して直流電圧（ＤＣ電圧）を印加して分極処理がなされる。
【００２２】
また、上記Ａ相とＢ相には、位相がπ／２異なる交番電圧（周波数はその超音波振動子５０の共振周波数）を印加すると、駆動子５６の位置において、１次縦振動と２次屈曲振動を励起させることにより、時計廻り又は反時計廻りの超音波楕円振動が励起できる。この超音波楕円振動を発生されることにより、このとき、駆動子１１６に押圧された被駆動体は右方向または左方向に駆動することができ、その結果超音波リニアモータとしての役割を果たすことができる。
【００２３】
しかしながら、このような従来の上記超音波リニアモータには、超音波リニアモータの被駆動体は一方向にのみ移動させるため、また、移動時の摩擦を低減させるためクロスローラ等を有するリニアガイドにより保持する必要があった。なぜならば移動方向に負荷が大きいと被駆動体は動作が不安定となるか、もしくは動作不可能な状態になってしまうためである。よって、超音波リニアモータの小型化を計る際に、超音波振動子の大きさや押圧手段の大きさ、さらに被駆動体の大きさを小さくしたとしても、該リニアガイドが必ず必要となるため全体としては大きな寸法になってしまうと言う問題があった。
【００２４】
また、他の従来技術として特開平９−１９１７２号公報に記載のリニア型超音波アクチュエータがある。この提案によるリニア型超音波アクチュエータについて図２０を参照しながら説明する。
【００２５】
図２０は従来の上記提案によるリニア型超音波アクチュエータの概略構成を示す分解斜視図である。
【００２６】
図２０に示すように、本例のリニア型超音波アクチュエータ６０は、ベース６１，枠部材６２，側板６３，案内部材６５，上面板６６，振動子６８，弾性部材６９，可動レール７０，テーブル７１，マット７２，両面接着テープ７３等を含んで構成されている。
【００２７】
振動子６８は、一対の弾性部材６９に上下に挟まれ、座板（図示せず）を介してベース６１上に載置されており、図示はしないが表裏には、高周波電極に接続された電極が形成されている。また、図示はしないが上部に鍔部を備えたカラーによって、振動子６８，弾性部材６９，座板（図示せず）及びベース６１の中央孔を貫通させて下端部に止め部材を係着させることにより、前記ベース６１，座板，弾性部材６９，及び振動子６８を、鍔部とベース６１との間に挟持している。
振動子６８の周面に向かい合う方向に付勢されて当接されるとともに、一側面に長手方向全体に延設されたＶ字溝（図示せず）を有する一対の可動レール７０は、振動子６８に高周波の電圧を印加することにより、Ａ−Ｂ方向に移動する。そして、一対の可動レール７０を連結するテーブル７１は、弾性材からなるマット７２を介して両面接着テープ７３により可動レール７０に取付けられている。
上記構成により、安定した直進動作が得られるリニア型超音波アクチュエータを提供しようとしている。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−１９１７２号公報に記載の従来の提案では、超音波振動子の大きさや押圧手段を小さくすることができるが、超音波振動子自体が自走する自走式ではない構造であるため、実際に移動する一対の可動レールやこれらの可動レールを摺動可能とするためのボールベアリング、あるいは可動レールと連結するテーブル等が必要不可欠となり、部品点数が多く製造工程も煩雑であり、また、これに起因して超音波リニアモータの小型化を満足するものではない。また、超音波リニアモータにおける動作性能を考慮すると、円形形状の超音波振動子の周面の一部しか可動レールに当接しておらず、また、該超音波振動子の超音波楕円振動による駆動力を十分に発揮することが困難である構造のため、結果として満足する可動レールの走行性が得られないといった虞れもあった。
【００２９】
また、上記特開平７−１６３１６２号公報に記載の従来の提案では、上述したように、超音波リニアモータの被駆動体を一方向にみ移動させるため、また移動時の摩擦を低減させるためクロスローラ等を有するリニアガイドにより保持する必要があるため、超音波振動子の大きさや押圧手段の大きさ、さらに被駆動体の大きさを小さくしたとしても、全体としては大きな寸法になってしまい、結局装置の小型化を図ることができないといった問題点もあった。
【００３０】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、超音波振動子の走行性を安定させるとともに、装置全体の小型化を図ることができる超音波リニアモータを提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明の超音波リニアモータは、押圧力を与える第１及び第２のガイドと、少なくとも２カ所に設けられた圧電体部と、前記第１のガイドに対して前記押圧力を受ける部分を有する複数の第１の駆動子と、第２のガイドに接触して前記押圧力を受ける部分を有する少なくともひとつの第２の駆動子と、を有する超音波振動子と、を具備し、少なくともひとつの前記第２の駆動子は、前記超音波振動子を相対的に移動させる方向において、前記複数の前記第１の駆動子の内側の位置に配置され、前記圧電体部に時間的に変動する電圧を印可することで、前記第１または第２の駆動子のうちの少なくともひとつの駆動子に楕円運動を発生させるような振動を前記超音波振動子に励起し、前記第１のまたは第２のガイドに対して前記超音波振動子を相対的に移動させることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１の発明によれば、前記圧電体部に時間的に変動する電圧を印可することで、前記第１または第２の接触部のうちの少なくともひとつの接触部に楕円運動を発生させるような振動を前記超音波振動子に励起させ、前記第１のまたは第２のガイドに対して前記超音波振動子を相対的に移動させる自走式の超音波リニアモータを構成するので、出力の安定した小型の超音波リニアモータが提供される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１の実施の形態：
（構成）
図１乃至図５は本発明に係る超音波リニアモータの第１の実施の形態を示し、図１は該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を説明するもので、図１（Ａ）は該超音波振動子の正面図、図１（Ｂ）は該超音波振動子の側面図であり、図２は図１に示す超音波振動子の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜視図、図３は本実施の形態の超音波振動子の動作状態を示す斜視図であり、図３（Ａ）は共振縦振動状態を示し、図３（Ｂ）は共振屈曲振動状態をそれぞれ示している。また、図４は本実施の形態の超音波振動子の駆動子近傍に生じる励起作用を説明するための説明図であり、図４（Ａ）はＡ相に印加する交番電圧がＢ相よりもπ／２位相が遅れている時を示し、図４（Ｂ）は逆にＡ相に印加する交番電圧がＢ相よりもπ／２位相が進んでいる時をそれぞれ示している。さらに、図５は上記超音波振動子を用いた超音波リニアモータの基本構造を説明するためのもので、図５（Ａ）は該超音波リニアモータの正面図、図５（Ｂ）は該超音波リニアモータの側面図である。
【００３４】
まず、本実施の形態の超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の構成について図１を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
本実施の形態の超音波リニアモータ３０は、上記目的を達成するために超音波振動子自体が自走可能な自走式となるように構成されたことが特徴であり、図１に示すように積層型の超音波振動子１０を搭載して構成される。
【００３６】
この超音波振動子１０は、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すように、角柱形状の圧電体積層部１１と、この圧電体積層部１１の底面２箇所、及び上面２箇所に接着された駆動子１２と、前記圧電体積層部１１の左右両側側面それぞれ２箇所に設けられた外部電極１３とから構成されている。
【００３７】
圧電体積層部１１は、詳細な構成は後述するが内部電極処理が施された薄い矩形状の圧電体層２１が複数枚積層され、これら複数積層された圧電体層２１を挟持するように積層の最初と最後に、絶縁体としての電極が施されていない絶縁体層２４Ａ，２４Ｂが積層されて構成される。また、圧電体積層部１１は、２つの圧電素子からなる圧電体積層部１１Ａ，１１Ｂを構成している。
【００３８】
圧電体積層部１１の側面において、該圧電体積層部１１の図中右側側面部から取り出されている内部電極露出部２５Ａ，２５Ｂ（図２参照）に外部電極１３を取付けて成る２つの電気端子（Ａ＋，Ａ−の両端子）をＡ（Ａ相）として構成し、また、該圧電体積層部１１の図中左側側面部から取り出されている内部電極露出部２５Ａ，２５Ｂ（図２参照）に外部電極１３を取付けて成る２つの電気端子（Ｂ＋，Ｂ−の両端子）をＢ（Ｂ相）として構成している。この場合、Ａ−，Ｂ−端子については、それぞれＡ相，Ｂ相のグラウンド（ＧＮＤ）として構成しているのでリード線等で電気的に同電位となるように構成しても良い。
【００３９】
上記圧電体積層部１１のさらに詳細な構成を図２を参照しながら説明する。
【００４０】
圧電体積層部１１は、図２に示すように圧電体層２１が第１内部電極層２２もしくは第２内部電極層２３を間に挟み込んで複数枚積層されることにより構成される。
【００４１】
圧電体層２１は、幅１０ｍｍ，高さ２．５ｍｍ，厚さ（積層方向の厚さ）８０μｍの形状を有する圧電素子であり、圧電体層を構成する材質としては、本実施の形態例ではＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いて形成される。なお、使用したＰＺＴ材はＱｍ値の大きいハード系材料が選択されて使用されており、Ｑｍ値が２０００となっている。
【００４２】
また、圧電体積層部１１は、複数積層された圧電体層２１を挟持するように積層の最初（最上層）と最後（最下層）に、同じＰＺＴ材を用いて形成され且つ絶縁体としての電極が施されていない絶縁体層２４Ａ，２４Ｂが積層されて構成される。
【００４３】
これらの絶縁体層２４Ａ，２４Ｂの厚さは４０μｍの形状で構成されている。これらの絶縁体層２４Ａ，２４Ｂの表に出ている面は、電極が設けられていないので未分極状態であり圧電性は無く、したがって、実質的に絶縁体としての特性を有している。
【００４４】
また、圧電体層２１に設けられ第１内部電極層２２及び第２内部電極層２３は、その電極材料としては銀パラジウム合金もしくは銀を用いて構成され、厚みは４μｍの形状となるように形成される。また、本実施の形態の超音波振動子１０では、第１内部電極層２２及び第２内部電極層２３が合計２４層積層されるように前記圧電体層２１をこれに対応させて積層することになる。なお、この場合、圧電体層２１の積層は、前記第１内部電極層２２と第２内部電極層２３とが交互に積層されることになる。
【００４５】
つまり、本実施の形態の圧電体層２１を構成する各種部材の積層順序においては、絶縁体層２４Ａ，第１内部電極層２２，圧電体層２１，第２内部電極層２３，圧電体層２１，………，圧電体層２１，第１内部電極層２２，圧電体層２１，第２内部電極層２３，絶縁体層２４Ｂの順序で積層されることになる。
【００４６】
次に、内部電極形状について説明する。
【００４７】
圧電体層２１に設けられた第１内部電極層２２は、圧電体層部１１の断面形状に対し、図１に示すように略上半分の領域に配されるようになっており、詳しくは図２に示すように、該圧電体層２１の片側面全領域の上部に配置され、且つ左右に２分割されるように設けられている。また、第１内部電極層２２の一部は、圧電体層２１の両側側面基端部にまで延設されており、内部電極露出部２５Ａをそれぞれ形成している。
【００４８】
また、第２内部電極層２３は、主たる部分が略上半分であることから、前記第１内部電極層２２と略同様に該圧電体層２１の片側面全領域の上部に配置され、且つ２分割されるように設けられている。さらに、第２内部電極層２３の一部は超音波振動子１０（圧電体層部１１）の下側半分の両側側面基端部にまで延設されており、内部電極露出部２５Ｂをそれぞれ形成している。
【００４９】
以上、圧電体積層部１１の構成を示したが、本実施の形態における具体的な寸法は、幅１０ｍｍ，高さ２，５ｍｍ，奥行き２ｍｍの形状で前記圧電体層部１１が構成されるようになっている。
【００５０】
このような構成の圧電体積層部１１を有して構成される超音波振動子１０は、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すように、該圧電体積層部１１の第１内部電極２２及び第２内部電極２３の一部がそれぞれ超音波振動子１０の両側側面基端部に延設されることにより形成された各内部電極露出部２５Ａ，２５Ｂに、焼き付け銀よりなる外部電極１３がそれぞれ設けられている。
【００５１】
これらの外部電極１３には、図示はしないがそれぞれリード線が半田等で接続されており、これらのリード線は、図示しない圧電体層部１１の駆動回路へと接続されている。
【００５２】
振動子に振動（本例では縦ー屈曲振動）を起こさせるための圧電体としては、上記のように圧電体積層部１１ａ，１１ｂを振動子内に形成するほかに、特開平０６−１０５５７１号公報の図１のように、弾性体に積層圧電素子を組み込んだものでもよい。このような積層圧電素子は低電圧で駆動できるため電源を含めた装置全体の小型化のために有利である。もちろん装置外部から駆動電圧が供給される等の理由で小型化が不要である場合は、単板の圧電体を同様な位置に組み込んでも上記振動を起こすことができる。
【００５３】
また、本実施の形態では圧電体部は２カ所だが、特開平０７−１６３１６２号公報の図８（第２実施例）のように、圧電体部は２カ所とは限らず、縦、屈曲振動を起こさせることができれば３カ所以上でも構わない。縦、屈曲振動を起こさせるための圧電体部の位置と、与える位相については特開平０７−１６３１６２号公報に記載されている。
【００５４】
圧電体積層部１１の底面及び上面の所定位置には、ガイド筐体３２の摺動板３３（図５参照）と接触して摺動するための突起形状の駆動子１２が複数併設されている。これらの駆動子１２は、該超音波振動子１０を用いて超音波リニアモータとして構成した場合に、最も高レベルの出力特性が得られる任意の位置、すなわち、超音波振動子１０の最も高レベルの超音波楕円振動が行われる位置に設けられるのが望ましい。一般には、楕円振動を行うことが駆動の源となるため少なくとも１個以上の駆動子では楕円振動がおこっており、全ての駆動子の部位で生ずる振動による駆動力の総和が０にならないように駆動子を配置する。
【００５５】
なお、本例では、複数の駆動子１２のうち特に第１のガイドに接触する駆動子を第１の駆動子、第２のガイドに接触する駆動子を第２の駆動子とする。また、これら第１及び第２のガイドには、それぞれ接触部を有して構成している。
【００５６】
具体的には、図１に示す超音波振動子１０において、前記駆動子１２を図示しない被駆動体（摺動板２２）と実際に接触させる位置は、望ましくは屈曲振動がその周辺に比べて最も大きい、極大値が存在する位置、すなわち屈曲振動の腹であり、実際測定を行った結果、超音波振動子１０の端部及び超音波振動子１０の端部から略３ｍｍの位置であった。また、下記の動作の説明の部分で述べる条件で電気信号を与えると、振動子１０の端部は全て同じ方向の楕円振動を生じるが、同じ面の左側と右側では逆相になっており、同じ側の上と下でも逆相になっていることがわかった。端から３ｍｍの部分は端部とは逆方向の回転をして、やはり同じ面の左と右では逆相、同じ側の上と下でも逆相になっていることがわかった。したがって、以下のように同じ面では同じ向き、異なる面では逆の向きの楕円振動を起こす部分に振動子をつけると、全ての振動子が駆動に貢献するのでもっとも効率がよくなる。しかし振動子をトルクを生じないようバランス良く保持するためには必ずしも両方の条件を満足する必要はなく、例えば少なくとも片面は同じ向きの楕円振動を起こす位置に振動子を設置するように選ぶだけでも効率を上げることができる。
【００５７】
超音波振動子１０にはさらに第１及び第２のガイドと接触するための接触部を有する駆動子１２が必要である。本実施の形態では上記結果を参考にして、駆動子１２は、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すように、超音波振動子１０の底面には、両端部から３ｍｍの位置に２個が接着されており、また該超音波振動子１０の上面には、両側端部に２個が接着されている。本図では接着であるが、もちろん他の部分と一体に形成されていても構わない。
【００５８】
なお、駆動子１２の一方のガイドに対する個数はこれに限るものではなく、３個以上でも良い。また、一個でも良いが、どちらか一方のガイドに対する駆動子１２の個数は必ず２個またはそれ以上でなければならない。駆動子１２が間隔をあけて２個以上あるために振動子１０はガイドに沿って移動する際に回転することがなく、回転止め等の余分な構造を必要としない。ただし、これらの駆動子１２の位置関係は、押圧によりトルクが生じないようにする必要がある。本実施の形態では、底面の駆動子１２を１個取り去っても上記の条件を満たすが、上面の駆動子１２を取り去ると押圧の際トルクが生じて振動子１０が傾いてしまうので駆動できない虞れがある。すなわち振動子の（ガイドに対する相対的な）移動方向に対してどの駆動子も反対側の２個の駆動子に挟まれていない。
【００５９】
したがって、図２１に示すような３駆動子の配置でも、不要な回転が起こらないため回転止めを必要とせず、小型化のために有利である長所は保持される。３駆動子振動子は４駆動子に比べ部品点数も少なく、組立に有利である。
【００６０】
また、この配置では図２１に示すように、駆動子１２Ａと駆動子１２Ｂが同じガイドに接触していて、互いに逆相で運動しているので、とちらかが、ガイドの側に変位していて、摺動板に平行な方向に速度成分をもつことで駆動力が発生しているときに、他方はガイドと離れる側に変位をしており、半サイクル後には逆側が駆動力を発生し、１サイクルの間に２回の駆動を行えるので空走時間が少なく安定走行が可能で、効率よく駆動力を伝達可能である。
【００６１】
また、図２１に示すように、駆動子１２Ａと駆動子１２Ｃは異なるガイドに接触していて互いに逆相で運動するため、両方が同時にガイドを押すことになり、ガイドをより強く押しながら駆動することができるので、効率よい駆動力の伝達が可能になる。
【００６２】
これらの駆動子１２は、樹脂中にアルミナ粉を分散固化させた材質を用いて構成されており、その形状は図１に示すように、幅１ｍｍ，高さ０．５ｍｍ，奥行き１．８ｍｍの形状で形成されている。
【００６３】
次に、本実施の形態の超音波振動子１０の製造方法について説明する。
【００６４】
まず、圧電体積層部１１について説明する。
【００６５】
ＰＺＴの仮焼結粉末とバインダーとを混合して泥しょうを作成し、ドクターブレード法を用いてフィルム状にキャスティングしてグリーンシート（圧電層体２１に相当）を形成する。そして、グリーンシートを乾燥した後、フィルムから剥離する。
【００６６】
次に、第一のグリーンシートに、第１内部電極層２２のパターン（１個でも複数個でも良い、図２参照）を有するマスクを用いて電極材料を印刷する。また、別の第二のグリーンシートには、第２内部電極層２３のパターン（図２参照）を有するマスクを用いて電極材料を印刷する。
【００６７】
これら第一のグリーンシートと第二のグリーンシートを位置決めを正確に行い交互に積層する。その後、積層の最上面、最下面には電極を印刷してない第三のグリーンシート（絶縁体層２４Ａ，２４Ｂに相当）を積層する。
【００６８】
これらの積層されたグリーンシートは、熱圧着後、１２００℃程度の温度で焼成され、その後、所定の形状に裁断されることにより、圧電体積層部１１に相当する圧電素子が生成される。
【００６９】
内部電極露出部２５Ａ，２５Ｂ（図２参照）には、銀を焼き付け法にて実施することにより、外部電極１３を形成する。そして、これら外部電極１３のＡ相，Ｂ相に直流高電圧を印加することにより、分極を行う。
【００７０】
こうして、圧電体積層部１１と成る。
【００７１】
また、駆動子１２は、上記で説明した所定位置にエポキシ接着剤を用いて接着する。
【００７２】
最後に、図示しないが各外部電極１３には半田、もしくはフレキシブル基板を押圧させてリード電気端子を設ける。
こうして振動子１０となる。
【００７３】
以上、説明してきた超音波振動子１０の動作について図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。
【００７４】
いま、図１の超音波振動子１０の上記Ａ相，Ｂ相に、同位相で周波数１６０ｋＨｚ近傍の交番電圧を印加するものとする。すると、該超音波振動子１０は、１次の縦振動が励起された。また、上記Ａ相，Ｂ相に逆位相で周波数１６０ｋＨｚ近傍の交番電圧を印加すると、該超音波振動子１０は、２次の屈曲振動が励起された。
【００７５】
これらの振動を有限要素法を用いてコンピュータ解析すると、図３（Ａ）に示すような共振縦振動姿勢，及び図３（Ｂ）に示すような共振屈曲振動姿勢が予想され、且つ超音波振動測定の結果、それが実証された。
【００７６】
本実施の形態では、共振周波数に関し、より詳細には屈曲２次振動の共振周波数を縦１次振動の共振周波数より数％程度（望ましくは３％程度）低くなるように設計している。このように構成することで、後で説明する超音波リニアモータとしての出力特性が大幅に向上することになる。
【００７７】
次に、超音波振動子１０のＡ相及びＢ相に位相がπ／２異なる１６０ｋＨｚ近傍の交番電圧を印加するものとする、すると、該超音波振動子１０の駆動子１２の位置で、楕円振動を観測することが出来た。
【００７８】
この場合、積層値超音波振動子１０の底面にある駆動子１２の位置での超音波振動による回転の向きと、上面に接着してある駆動子１２の位置での超音波振動による回転の向きとは逆になる。
【００７９】
すなわち、図４（Ａ）に示すようにＡ相がＢ相より印加する交番電圧の位相がπ／２遅れている場合には、底面の駆動子１２は反時計回りの回転をしており、一方、上面の駆動子１２は時計回りの回転をしている。このように同じ面の駆動子は同じ向きに回転するように配置すると、もっとも効率よく駆動力を取り出すことが可能である。
【００８０】
また、図４（Ｂ）に示すようにＡ相がＢ相より印加する交番電圧の位相がπ／２進んでいる場合には、底面の駆動子１２は時計回りの回転をしており、一方、上面の駆動子１２は反時計回りの回転をしている。
【００８１】
次に、上記超音波振動子１０を用いた超音波リニアモータ３０の構成について図５を参照しながら詳細に説明する。
【００８２】
本実施の形態の超音波リニアモータ３０は、図５（Ａ），図５（Ｂ）に示すように上記構成の超音波振動子１０と、この超音波振動子を保持する一対のガイド３１と、前記一対のガイド３１の両側面に配され、収容された超音波振動子１０とガイド３１とをある所定の圧力で押圧するために前記ガイド３１を付勢する板ばね３４とで主に構成される。
【００８３】
ガイド３１は押圧部材（本実施の形態では板バネ３４）からの力を振動子１０に伝えるとともに、ガイドと振動子の当接面と垂直方向への、振動子のガイドに対する運動を規制する。なお、ここでは、水平方向の規制もガイドと一体の部材で行った形態を示すが、後述のように別体の部材で行ってもよい。
【００８４】
また、本実施の形態では、振動子の進行方向が直線になるように規制している一例を示すが、垂直方向または水平方向またはその両方に緩やかな曲線状のガイドとすればその曲線に沿って駆動することが可能である。
【００８５】
つまり、本実施の形態の超音波リニアモータ３０は、図５（Ａ）に示すように、上記超音波振動子１０の対向する面に設けられた駆動子１２に接するように２個のガイド３１により挟み込まれる様にした構造で、自走式の超音波リニアモータ３０として構成されている。
【００８６】
積層超音波駆動子１０を挟持するガイド３１は、図５（Ｂ）に示すように、コの字形状をしたガイド筐体３２と、このガイド筐体３２内部の上下内面に接着された摺動板３３とにより主に構成されている。
【００８７】
ガイド筐体３２はアルミニウムを用いて形成されたもので、摺動板３３はジルコニアセラミクスを用いて形成されたものである。
【００８８】
さらに、本実施の形態では、超音波振動子１０と摺動板３３間に所定の押圧力を与えるために、板バネ３４が設けられており、この板バネ３４によって２個のガイド３１間を互いに引き寄せる方向に付勢されている。つまり、板バネ３４は、図５（Ａ）に示すように、上下方向にはバネ特性を有するものの、左右方向については上下２個のガイド３１を固定する固定部材としての機能を備えている。なお、押圧部材としては、板バネ以外にもコイルバネ、マグネット等、第１と第２のガイドの距離を縮める方向の力を与えるものであればよい。また、振動子の位置によって押圧ができない、または極端に弱くならないために、押圧部材はできるだけ両端に近いところに設置するのが望ましい。
【００８９】
板バネ３４は、図５（Ａ）に示すように、超音波リニアモータ３０の表面両側端部に２個、裏面両側端部に２個配置されるとともに、ガイド３１に対しそれぞれビス３６にて螺合することにより、固定されている。
【００９０】
実際には、板バネ３４は、自然な状態ではわずかに湾曲しており、該板バネ３４の二つの端部を二つのガイド３１に固定された時には、略延びきって引張力を生じるような形状に調整されている。
【００９１】
また、下部のガイド３１には、複数の取付け固定用の穴３７が設けられており、図示しない基台に該穴３７を利用してビス等により固定されるようになっている。一方、上部のガイド３１は、基台（図示せず）には固定されずに、板バネ３４により保持されているのみである。
【００９２】
したがって、上下のガイドは、特に振動子が両端付近にあるときは平行でなくなり（振動子のない側の間隔がいくらか近くなる）それに伴って駆動子のいくつかはガイドと接触しないことがある。何らかの平行性を保持する機構をさらに加えることでこのような現象はなくなる。しかし、駆動子の一部が離れることがあることは駆動にとっては根本的な問題ではなく、例えば図１（Ａ）に示す４つの駆動子１２は、ストロークの中心付近では４個とも接触しているが、左端では左下、右端では右下の駆動子がいくらか浮いた状態になる場合がある。この場合、浮いていない方の（左端にあるときは右下の）駆動子が接触して楕円振動を行い、駆動力の源になる。
したがって、駆動子は接触部を含む部材または部分であるが、接触部は正確には、ストロークの少なくとも一部でガイドと接触する部分と考えるべきである。
さらに、超音波振動子１０の中央部、すなわち１次縦振動と２次屈曲振動の共通の節部（それぞれの振動モードにおいて静止している点の近傍）には、出力取り出し用のピン３８が接着されている。他の振動モードまたは振動モードの合成を利用している場合でも、そのモード（共通の）節部または振動が極小になる部分にピンを配置すれば、振動を阻害することなく駆動力の伝達が可能である。このピン３８は超音波リニアモータをある電子機器，装置等に搭載した場合に該超音波振動子１０の駆動力を外部（電子機器内の駆動機構、装置内の被駆動物）へと伝達するための駆動伝達手段である。
もちろん、被駆動物側の係合部材により超音波振動子１０と被駆動物が係合されている場合には、ピン３８は必要ない。
【００９３】
次に、上記超音波リニアモータ３０の動作について説明する。
【００９４】
上記Ａ相とＢ相には、位相がπ／２異なる１６０ｋＨｚの交番電圧を印加すると、駆動子１２の位置において、１次縦振動と２次屈曲振動を励起させることにより、時計廻り又は反時計廻りの超音波楕円振動が励起できた。
【００９５】
このように超音波振動子１の駆動子１２の位置に超音波楕円振動を発生させたことにより、超音波振動子１０自体が右方向または左方向に駆動することができ、すなわち、自走式の超音波リニアモータとして構成することができる。
【００９６】
（効果）
したがって、本実施の形態によれば、上述したように超音波リニアモータは、角柱形状の超音波振動子１０の対向する２面に複数の駆動子１２を設け、その両面をガイド３１で支持した単純な構成にて構成することにより、超音波振動子１０の自走走行が可能となり、それ故に従来の関連技術にて必要であった可動レールや該可動レールと連結するテーブル等も不要となり、且つ部品スペースも取らずに済むため、小型化の超音波リニアモータの実現が可能になった。
【００９７】
また、超音波リニアモータにおける動作性能を考慮しても、上記従来の関連技術における超音波リニアモータとは異なり、複数の駆動子１２が設けられるとともに、これらの駆動子１２を最適な押圧力にてガイド筐体３２内の摺動板３３上を摺動させる構造であるため、該超音波振動子１０の超音波楕円振動による駆動力を十分に発揮することが可能であり、よって、該積層超音波素子１０の走行性を安定させることが可能となる。その結果、超音波リニアモータとしての動作性能を向上させることができる。
【００９８】
なお、本実施の形態においては、圧電積層体部１１の内部電極構成については、図２に示すような配置形状について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば図９に示すように、第２内部電極層２３（図２参照）を圧電体層２１の全面の領域にわたって形成された第２内部電極層２３Ａとして構成し、圧電積層体部１１ａを構成しても良い。この場合、第２内部電極層２３Ａの内部電極露出形成部２５Ｂは、圧電層体２１の両側下部に配されることになり、第２内部電極層２３は、Ａ−端子とＢ−端子共通のグラウンド（ＧＮＤ）端子として利用することができる。
【００９９】
また、図１０に示すように、第１内部電極層２２を４分割して第２内部電極層２２Ａを構成するとともに、第２内部電極層２３を圧電体層２２の全面の領域にわたり形成した第２内部電極層２３Ｂとして構成しても良い。この場合、第２内部電極層２３の内部電極露出形成部２５Ｂは、圧電体層２１の略中央部両側に配されることになる。また、本変形例では、図中左上と右下に位置する内部電極露出部２５ａをＡ相、右上と左下に位置する内部電極露出部２５ａをＢ相とし、すなわち対角線上を同位相とし、Ａ相及びＢ相に位相がπ／２異なる交番電圧を印加して動作させる。
【０１００】
さらに、本実施の形態では、駆動子１２については、樹脂中にアルミナ粉を分散させ固化したものを用いたことについて説明したが、例えばアルミナセラミクスやジルコニアセラミクスを用いて構成するようにしても良い。また、摺動板として、本実施の形態ではジルコニアセラミクスを用いたことについて説明したが、アルミナセラミクスを用いて構成しても良い。
【０１０１】
また、本実施の形態で厳密な直進性が要求され、振動子の左右方向（図６（Ｂ）参照）への規制を厳しくしなければならない場合には、図６（Ｂ）のように、ガイド筐体３２Ｂは振動子を左右方向に厳しく規制するが、ガイド筐体３２Ｃは規制しないようにした方がより好ましい。両方の筐体に厳しい精度の左右方向のガイドを設けると、同様に厳しい精度で組立てを行わない限り、振動子はレールのどちらかの壁に押しつけられて動かなくなる。押圧部材が左右方向に変形可能に構成されていたとしても、振動子はガイドの一方を他方に対して平行にするための力の反作用を受けながら移動することになる。したがって、この力による摩擦力の大きさ次第では駆動できなくなることもありうる。しかし、図６（Ｂ）のように、ガイド筐体３２Ｂ，３２Ｃの一方だけに左右方向のガイドを設ければ直進性は保証することができる。また、厳密な平行出しをする必要がなくなり、組立て上有利となる。但し、厳密な直進性が要求されない場合はこの限りではなく、特に図５のような両方が溝になっている構造は駆動子の保護や、防塵効果をもつなどのメリットもある。
【０１０２】
また、本実施の形態とは逆に、図２２（Ａ），図２２（Ｂ）に示すように駆動子１２（接触部１２ａ）付近の断面が進行方向からみて凹型に形成され、ガイド３２Ｂ，３２Ｃの摺動部３３Ｂが凸型に形成され、その凹型の内部またはへりが凸型の摺動部３３Ｂと接触する接触部であり、凹型形成の両側の隆起部が凸型摺動部３３Ｂをはさみこんでガイドする構成にしても良い。すなわち振動子１２の一部がガイド構造である例も考えられる。このような構成によれば、別体のガイドを持つ必要がないためこの方法でも一層の小型化が可能になる。なお、前記駆動子１２（接触部１２ａ）の凹型断面としては、円（弧）やＶ字等が考えられ、前記摺動部３３Ｂの凸型断面としては、円弧、Ｖ字型等が考えられる。例えば、凸型摺動部３３Ｂの断面が円で、凹型に形成された接触部１２ａ周辺がＶ字型のときは断面内で２点で接触することになる（図２２（Ｂ）参照）。
【０１０３】
また、本実施の形態では、図７（Ａ），図７（Ｂ）に示すように、左右方向（図７（Ｂ）参照）の規制は他の手段によって行い、ガイド筐体３２は垂直方向の規制だけで振動子１２を左右方向に規制しないように構成しても良い。この場合、図７（Ｂ）に示すように、ピン３８の延長上に垂直方向に装着されたガイドピン３９及び該ガイドピン３９をガイドする水平方向規制用ガイド部４０を設けて構成するとともに、該水平方向規制用ガイド部４０のガイド溝４０ａに嵌合されるガイドピン３９の嵌合状態に関し、垂直方向において多少遊びが存在するように構成する。本実施の形態では、ガイド筐体３２が左右方向の規制を持たないので、構造が単純になる。超音波リニアモータ３０を含む装置全体に既に別のガイド溝があり、これを本超音波リニアモータ３０のガイド溝として利用できる場合には、より一層の小型化が可能となる。
【０１０４】
また、本実施の形態では、図８（Ａ），図８（Ｂ）に示すように、超音波振動子１０の背面側（逆側面）にもピン３８を設け、双方のピン３８の先端部を、搭載された部材内の壁面４２等に固定するとともに、例えば上部のガイド３１上に出力取り出し用のピン４１を設置して、図示しない被駆動体を駆動するようにしても良い。これにより、超音波振動子１０が動かない構造となるため、リード線の配線処理等が容易になる。
【０１０５】
さらに、本実施の形態では、押圧手段としての板バネ３４は図５乃至図８に示すように両端側に配置された構成になっているが、これに限定されることはなく、例えば２個のガイド３１を上側と下側の両側から超音波振動子１０を押圧できるものであれば、その押圧手段の構造、本数は自由である。
【０１０６】
第２の実施の形態：
（構成）
図１１及び図１２は本発明に係る超音波リニアモータの第２の実施の形態を示し、図１１は該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を説明する正面図、図１２は上記超音波振動子を用いた超音波リニアモータの基本構造を説明するためのもので、図１２（Ａ）は該超音波リニアモータの正面図、図１２（Ｂ）は該超音波リニアモータの側面図である。なお、図１１及び図１２は、前記第１の実施の形態における超音波リニアモータ３０と同様な構成要素についは同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１０７】
本実施の形態の超音波リニアモータ３０Ａは、さらに、リード線の接続性や超音波振動子の走行性を向上させるために、前記第１の実施の形態における超音波振動子の構造及び超音波リニアモータの構造に改良を施したことが特徴である。
【０１０８】
具体的には、超音波振動子１０Ａについては、外部電極の形状と駆動子の形状に改良がなされている。つまり、前記第１の実施の形態においては、超音波振動子１０へ電力を供給するリード線は該超音波振動子１０の長手方向端部に設けられた外部電極１３に接続されていたが、本実施の形態では、リード線は超音波振動子１０Ａの縦振動と屈曲振動の共通の節近傍で接続されるように構成している。
【０１０９】
このような超音波振動子の構成例が図１１に示されている。すなわち、図１１に示すように、本実施の形態においては、外部電極４０を帯状に延設し、超音波振動子１０Ａの略中央部までそれぞれ延設するように構成されている。また、リード線はこの延長された外部電極４０の各端部にて半田等により接続される。
【０１１０】
また、本実施の形態における駆動子１２Ａの形状は、半球状に形成されている。すなわち、該駆動子１２Ａの摺動板３３Ａに対する摺動性を向上させるためである。
【０１１１】
上記構成の超音波振動子１０Ａを用いて構成された本実施の形態の超音波リニアモータ３０Ａが図１２に示されている。
【０１１２】
図１２に示すように、本実施の形態の超音波リニアモータ１０Ａでは、板バネの形状とガイド筐体内部のガイド形状が前記第１の実施の形態とは異なっている。 すなわち、板バネ３５は、そのバネ係数をある程度小さくするために中央付近に波状の折れ部３５を有して構成されている。これにより、前記第１の実施の形態よりも板バネのバネ係数をある程度小さくすることができることにより、最適な駆動子１２Ａの押圧力を得るための調整が容易に行うことができる。
【０１１３】
ガイド３１は、そのガイド筐体３２Ａの底部がＶ字形状となるように構成されており、この斜面には２つの摺動板３３Ａがそれぞれ接着されている。この摺動板３３Ａは、ジルコニアセラミクスで構成されたもので、前記半球状の駆動子１２Ａが当接されながら円滑に摺動させるとともに、確実に摺動方向にガイドする役割がある。
【０１１４】
その他の構成、及び作用については前記第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【０１１５】
（効果）
したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られる他に、前記第１の実施の形態ではリード線を取り出す位置が限定されてしまっていたが、本実施の形態では外部電極４０を端部の面以外にも延設させたので任意の位置でリード線を取り出すことが可能となり、配線形態の自由度が広がるとともに、配線作業等も容易に行うことができるという効果が得られる。
【０１１６】
また、縦振動と屈曲振動の共通の節位置近傍は振動の加速度が小さいのでこの位置でリード線を接続すればリード線切れ等の問題が生じない。
【０１１７】
さらに、超音波振動子３０Ａの駆動子形状を半球状とし、ガイド底部形状をＶ字状となるように構成したことにより、走行に伴うぶれが改善され、超音波振動子の走行性を向上させることができ、結果として精密位置決め等の用途にも適した超音波リニアモータの実現が可能となる。
【０１１８】
第３の実施の形態：
（構成，作用）
図１３及び図１４は本発明に係る超音波リニアモータの第３の実施の形態を示し、図１３は該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を示す正面図、図１４は上記超音波振動子の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜視図である。なお、図１３及び図１４は、前記第１の実施の形態における超音波リニアモータ３０と同様な構成要素についは同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１１９】
本実施の形態の超音波リニアモータに用いられた超音波振動子１０Ｂは、前記第１及び第２の実施の形態と略同様に構成されたものではあるが、図１３に示すように、内部電極処理が施された矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の圧電層体２１が駆動方向（超音波振動子の摺動方向）に積層されて構成された２つの圧電体積層部１１Ａ，１１Ｂが、同じく矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の３つの絶縁板体層２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに図に示すように挟設され構成したことが特徴である。
【０１２０】
圧電体層２１は、高さ１０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、厚さ１００μｍの形状を有する圧電素子であり、その一側面上部には第１内部電極層２２ａが、さらに該第１内部電極層２２ａの裏面側上部には図示はしないが第２内部電極層２３ａがそれぞれ配設されている。
【０１２１】
前記第１内部電極層２２ａは、厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が矩形状に塗布された薄膜電極であり、圧電体層２１の一側面、背面側端部に１ｍｍ程度、上面側端部に１ｍｍ、下部に該圧電体層２１の高さの約２／３程度の絶縁部をそれぞれ有するように配置されている。一方、前記第２内部電極層２３ａは、前記圧電体層２１において前記第１内部電極層２２ａの裏面側に配設されており、同様に厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された薄膜電極である。そして、該裏面に図中、正面側端部に１ｍｍ程度、上面側端部に１ｍｍ、下部に該圧電体層２１の高さの約２／３程度の絶縁部をそれぞれ有するように配置されている。
【０１２２】
前記圧電体層２１における第１，第２内部電極層２２ａ，２３ａの塗布位置は、図１４に示すように、互いに隣接する圧電体層２１で塗布位置が一側面とその裏面とで逆になっている。このような第１，第２内部電極層２２ａ，２３ａが施された２種類の圧電体層２１を交互に１００層程度積層して、本実施の形態の圧電体積層部１１Ａ，１１Ｂ（図１３参照）が構成されている。
【０１２３】
また、絶縁体層２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の素子であり、高さ１０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、厚さ３ｍｍの形状をなしている。また、上記２つの圧電体積層部１１Ａ，１１Ｂを挟むように３か所に設けられた該絶縁体層２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのうち、中央部の絶縁体層２４Ｃには、その中心部に直径φ１ｍｍの穴３８が正面から背面に向けて穿設されている。
【０１２４】
また、超音波振動子１０Ｂの圧電体積層部１１Ａ，１１Ｂにおける正面上部及び背面上部には、前記第１，第２内部電極層２２ａ，２３ａの一部が露呈しており、４つの露呈部群を形成している（図示せず）。この４つの露呈部群には、前記実施の形態と略同様にそれぞれ４つの外部電極１３が、該第１内部電極層２２ａあるいは第２内部電極層２３ａと導通するように互いに独立して設けられている。
【０１２５】
その他の構成、及び作用については前記第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【０１２６】
（効果）
したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られる他に、該超音波振動子１０Ｂを製造する場合に、圧電体層２１の積層方向が超音波振動子１０Ｂの摺動方向となるように構成可能としたことにより、該超音波振動子１０Ｂの設計の自由度が増大するという効果が得られる。
【０１２７】
第４の実施の形態：
（構成）
図１５乃至図１７は本発明に係る超音波リニアモータの第４の実施の形態を示し、図１５は該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を説明する正面図、図１６は前記超音波振動子における圧電体層の上下面を示した要部斜視図、図１７は図１６に示す圧電体層に隣接する圧電体層の上下面を示した要部斜視図である。なお、図１５乃至図１７は、前記第１の実施の形態における超音波リニアモータ３０と同様な構成要素についは同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１２８】
本実施の形態の超音波リニアモータに用いられた超音波振動子１０Ｃは、前記第１及び第２の実施の形態と略同様に構成されたものではあるが、図１５に示すように、内部電極処理が施された矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の圧電層体２１が垂直方向（超音波振動子の上下方向）に積層されて構成された圧電体積層部１１が、厚さの異なる２つの絶縁板体層２４Ｄ，２４Ｅに図に示すように挟設され構成したことが特徴である。
【０１２９】
圧電体層２１は、図１６に示すように幅３０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、１００μｍの厚さを有する圧電素子である。該圧電体層２１の上面（あるいは下面）には、前記第３の実施の形態と同様に厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された第１内部電極層２２ａが、背面側端部、左及び右側端部、幅方向の中央部にそれぞれ１ｍｍの絶縁部を設け、さらに２つの領域に分割されるように配置されている。
【０１３０】
一方、圧電体層２１における前記第１内部電極２２ａの裏面側には、上記同様厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された第２内部電極層２３ａが、正面側端部、左及び右端部、幅方向の中央部にそれぞれ１ｍｍの絶縁部を設け、さらに２つの領域に分割されるように配置されている。
【０１３１】
前記第１，第２内部電極２２ａ，２３ａは図に示すように、互いに隣接する圧電体層２１の電極塗布位置が上面と下面とで逆になっている。このような第１，第２内部電極層２２ａ，２３ｂが施された２種類の圧電体層２１（図１６，図１７）を交互に４０層程度積層したものが図１５に示す圧電体積層部１１である。
【０１３２】
この実施の形態の超音波振動子１０Ｃでは、矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の上部の絶縁体層２４Ｄは幅３０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、１ｍｍの厚さを有する素子である。また、下部の絶縁体層２４Ｅは幅３０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、５ｍｍの厚さを有し、その上部に直径φ１ｍｍの穴３８が設けられている。
【０１３３】
その他の構成、及び作用については前記第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【０１３４】
（効果）
したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られる他に、該超音波振動子１０Ｃを製造する場合に、圧電体層２１の積層方向が超音波振動子１０Ｂの垂直方向（上下方向）となるように構成可能としたことにより、前記第３の実施の形態と同様に該超音波振動子１０Ｃの設計の自由度が増大するという効果が得られる。
【０１３５】
以上、本発明に係る超音波リニアモータ及びそれに搭載される超音波振動子の構成について説明したが、本発明は上記第１乃至第４の実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の組み合わせや応用も本発明に適用される。
【０１３６】
また、本発明に係る上記第１乃至第４の実施の形態において、自走する超音波振動子は直進動作するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えばガイドに曲率をもたせた構成とすることにより、超音波振動子をガイドの曲率に応じたＲで動作させることが可能となり、このため、自由な経路を移動するアクチュエータとしても利用可能となる。
【０１３７】
ところで、本発明に係わる第１乃至第４の実施の形態において、楕円運動を生成するために各圧電振動子には交番電圧が印可されるようにしていたが、所望の楕円運動が得られるのであれば、印可される電圧は必ずしも交番電圧である必要はない。例えば、各圧電素子に時間的に変動する直流電圧（脈流電圧）を印可しても良い。
【０１３８】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施の形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【０１３９】
（１） 第１及び第２ガイドと、
圧電層と内部電極層が交互に同一方向に積層された第１及び第２圧電体積層部と、前記第１及び第２ガイドにそれぞれ接触する位置に設けられた複数の駆動子と、出力取り出し部材とを有する超音波振動子と、
前記第１及び第２ガイドを両側から前記超音波振動子に所定の圧力で押圧する押圧手段とを具備し、
前記第１及び第２圧電体積層部に位相の異なる交番電圧を印加することで前記超音波振動子に縦振動と屈曲振動を同時に励起させて前記駆動子に楕円振動を発生させ、前記ガイドに対して前記超音波振動子を移動させることを特徴とする超音波リニアモータ。
【０１４０】
（２） 前記複数の駆動子は前記超音波振動子において楕円振動が発生している位置であって、前記第１ガイドに接触する駆動子の位置と前記第２ガイドに接触する駆動子の位置とで逆向きの楕円振動が発生する位置に設けられていることを特徴とする（１）に記載の超音波リニアモータ。
【０１４１】
（３） 前記内部電極層は、前記第１及び第２圧電体積層部において前記圧電層間に交互に挿入された第１及び第２内部電極層からなり、少なくとも前記第１内部電極層が２つの領域に分割されることで、前記第１及び第２圧電体積層部を構成していることを特徴とする（１）又は（２）に記載の超音波リニアモータ。
【０１４２】
（４） 前記超音波振動子は角柱形状であって、前記第１ガイドに対向する第１の面と、前記第２ガイドに対向する第２の面とを有し、前記駆動子は、前記第１及び第２の面において前記楕円振動の腹部となるそれぞれ２箇所に設けられていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１４３】
（５） 前記縦振動は１次縦振動であり、前記屈曲振動は２次屈曲振動であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１４４】
（６） 前記内部電極層は、前記超音波振動子の前記縦振動の腹部に対応する側端面まで延設されて表面に露出した内部電極露出部を有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１４５】
（７） 前記超音波振動子表面に設けられた外部電極であって、一端が前記内部電極露出部に接続され、他端が前記超音波振動子の前記縦振動及び屈曲振動の節近傍位置まで延設された外部電極を備えたことを特徴とする（６）に記載の超音波リニアモータ。
【０１４６】
（８） 前記出力取り出し部材は、超音波振動子の前記縦振動及び屈曲振動の節位置に設けられていることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１４７】
（９） 前記駆動子は、半球形状であり、前記第１及び第２ガイドは、前記駆動子と接触する位置に断面Ｖ字形状の溝が形成されていることを特徴とする（１）乃至（８）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１４８】
（１０） 第１及び第２ガイドと、
少なくとも２カ所に設けられた圧電体部と、前記第１及び第２ガイドにそれぞれ接触する位置に設けられた複数の駆動子と、出力取り出し部材とを有する超音波振動子と、
前記第１及び第２ガイドを前記超音波振動子に所定の圧力で押圧する押圧手段と、
を具備し、
前記圧電体部に位相の異なる交番電圧を印加することで前記超音波振動子に縦振動と屈曲振動を同時に励起させて前記駆動子に楕円振動を発生させ、前記ガイドに対して前記超音波振動子を移動させることを特徴とする超音波リニアモータ。
【０１４９】
（１１） 出力取り出し部材を有する第１及び第２ガイドと、
少なくとも２カ所に設けられた圧電体部と、前記第１及び第２ガイドにそれぞれ接触する位置に設けられた複数の駆動子と、固定用部材とを有する超音波振動子と、
を具備し、
前記圧電体部に位相の異なる交番電圧を印加することで前記超音波振動子に縦振動と屈曲振動を同時に励起させて前記駆動子に楕円振動を発生させ、前記超音波振動子に対して前記第１及び第２ガイドを移動させることを特徴とする超音波リニアモータ。
【０１５０】
（１２） 前記圧電体部は、圧電層と内部電極層が交互に同一方向に積層された圧電体積層部であることを特徴とする（１０）または（１１）に記載の超音波リニアモータ。
【０１５１】
（１３） 前記複数の駆動子は前記超音波振動子において楕円振動が発生している位置であって、前記第１ガイドに接触する駆動子の位置と前記第２ガイドに接触する駆動子の位置とで逆向きの楕円振動が発生する位置に設けられていることを特徴とする（１０）乃至（１２）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１５２】
（１４） 前記駆動子は、前記第１ガイド又は第２ガイド側において少なくとも２個以上設けられていることを特徴とする（１３）に記載の超音波リニアモータ。
【０１５３】
（１５） 前記振動子は、角柱形状に構成されたものであることを特徴とする（１４）に記載の超音波リニアモータ。
【０１５４】
（１６） 前記超音波振動子は前記第１ガイドに対向する第１の面と、前記第２ガイドに対向する第２の面とを有し、前記駆動子は前記第１及び第２の面において前記屈曲振動の腹部となるそれぞれ２箇所に設けられていることを特徴とする（１０）乃至（１５）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１５５】
（１７） 前記内部電極層は、前記超音波振動子の前記縦振動の腹部に対応する側端面まで延設されて表面に露出した内部電極露出部を有することを特徴とする（１２）乃至（１６）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１５６】
（１８） 前記超音波振動子表面に設けられた外部電極であって、一端が前記内部電極露出部に接続され、他端が前記超音波振動子の前記縦振動及び屈曲振動の節近傍位置まで延設された外部電極を備えたことを特徴とする（１７）に記載の超音波リニアモータ。
【０１５７】
（１９） 前記出力取り出し部材又は前記固定部材は、超音波振動子の前記縦振動及び屈曲振動の節位置に設けられていることを特徴とする（１０）乃至（１８）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１５８】
（２０） 前記第１ガイドは前記超音波振動子の駆動子との接触面が平坦形状に構成され、前記第２ガイドは前記超音波振動子の運動方向を１次元方向に規制する形状に構成されたことを特徴とする（１０）乃至（１９）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１５９】
（２１） 前記第１及び第２のガイドは前記超音波振動子の駆動子との接触面が平坦形状に構成されたもので、前記出力取り出し部材と係合しながら該出力取り出し部材をガイドするガイド手段を外部に設け、該ガイド手段により前記超音波振動子の運動方向を１次元方向に規制することを特徴とする（１０）乃至（１９）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１６０】
（２２） 前記第１及び第２ガイドの少なくとも一方は、前記駆動子と接触する位置に断面Ｖ字形状の溝が形成されており、この断面Ｖ字形状の溝と接触する位置にある前記駆動子は半球形状であることを特徴とする（１０）乃至（１９）のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
【０１６１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、超音波振動子自体が自走する自走式として構成することにより、超音波振動子の走行性を安定させるとともに、装置全体の小型化を図ることができる超音波リニアモータを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波リニアモータの第１の実施の形態を示し、該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を説明する構成図。
【図２】図１に示す超音波振動子の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜視図。
【図３】本実施の形態の超音波振動子の動作状態を示す斜視図。
【図４】本実施の形態の超音波振動子の駆動子近傍に生じる励起作用を説明するための説明図。
【図５】超音波振動子を用いた超音波リニアモータの基本構造を説明するための構成図。
【図６】超音波リニアモータのガイド筐体形状の変形例を示す構成図。
【図７】超音波リニアモータのガイド筐体形状の他の変形例を示す構成図。
【図８】本実施の形態の変形例を示し、ガイド筐体が移動する他動式に構成した場合の超音波リニアモータの構成図。
【図９】圧電体積層部の内部電極形状の変形例を示す主要分解斜視図。
【図１０】圧電体積層部の内部電極形状の他の変形例を示す主要分解斜視図。
【図１１】本発明に係る超音波リニアモータの第２の実施の形態を示し、該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を説明する正面図。
【図１２】超音波振動子を用いた超音波リニアモータの基本構造を説明するための構成図。
【図１３】本発明に係る超音波リニアモータの第３の実施の形態を示し、該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を示す正面図。
【図１４】超音波振動子の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜視図。
【図１５】本発明に係る超音波リニアモータの第４の実施の形態を示し、該超音波リニアモータに搭載された超音波振動子の概略構成を説明する正面図。
【図１６】超音波振動子における圧電体層の上下面を示した要部斜視図。
【図１７】図１６に示す圧電体層に隣接する圧電体層の上下面を示した要部斜視図。
【図１８】従来の超音波リニアモータに用いられた超音波振動子の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜視図。
【図１９】従来の超音波振動子の正面図。
【図２０】従来の他の超音波リニアモータの概略構成を示す分解斜視図。
【図２１】第１の実施の形態の超音波リニアモータの駆動子配置構造の変形例を示す構成図。
【図２２】第１の実施の形態の超音波リニアモータのガイド筐体形状及び駆動子形状の変形例を示す構成図。
【符号の説明】
１０…超音波振動子、
１１…圧電体積層部、
１２…駆動子、
１２ａ…接触部、
１３…外部電極、
２１…圧電体層、
２２…第１内部電極層、
２３…第２内部電極層、
２４Ａ，２４Ｂ…絶縁体層、
２５Ａ，２５Ｂ…内部電極露出部、
３０…超音波リニアモータ、
３１…ガイド、
３２，３２Ｂ，３２Ｃ…ガイド筐体、
３３…摺動板、
３３Ｂ…摺動部、
３４…板バネ（押圧手段）、
３６…ビス、
３８…ピン、
３９…ガイドピン、
４０…水平方向規制用ガイド部。

Claims (14)

1. 押圧力を与える第１及び第２のガイドと、
   少なくとも２カ所に設けられた圧電体部と、前記第１のガイドに対して前記押圧力を受ける部分を有する複数の第１の駆動子と、第２のガイドに接触して前記押圧力を受ける部分を有する少なくともひとつの第２の駆動子と、を有する超音波振動子と、
   を具備し、
   少なくともひとつの前記第２の駆動子は、前記超音波振動子を相対的に移動させる方向において、前記複数の前記第１の駆動子の内側の位置に配置され、
   前記圧電体部に時間的に変動する電圧を印可することで、前記第１または第２の駆動子のうちの少なくともひとつの駆動子に楕円運動を発生させるような振動を前記超音波振動子に励起し、前記第１のまたは第２のガイドに対して前記超音波振動子を相対的に移動させることを特徴とする超音波リニアモータ。
2. 前記第１のガイドに接触する全ての駆動子は、同じ向きの楕円運動をすることを特徴とする請求項１に記載の超音波リニアモータ。
3. 同一のガイドに接触する全ての駆動子は、同じ向きの楕円運動を行い、前記第１の駆動子の楕円運動の向きと、前記第２のガイドに接触する前記第２の駆動子の楕円運動の向きとは、逆であることを特徴とする請求項１に記載の超音波リニアモータ。
4. 前記楕円運動の前記押圧力の方向への運動において、
   前記複数の第１の駆動子の内、少なくとも一組の駆動子の運動が逆相であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の超音波リニアモータ。
5. 前記楕円運動の前記押圧力の方向への運動において、
   前記複数の第１の駆動子の内のいずれかの駆動子の位相と、一または複数の第２の駆動子の運動が逆相であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
6. 前記超音波振動子は、前記圧電体部に時間的に変動する電圧を印加することで１次縦ー２次屈曲振動を同一周波数で励起されると共に、
   前記第１及び前記第２の駆動子は、励起された２次屈曲振動の腹に相当する位置に設けられ、
   且つ少なくともひとつの前記第２の駆動子は、前記超音波振動子の相対的な移動の方向において、前記複数の第１の駆動子の内側の位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
7. 前記第１または前記第２のガイドと前記超音波振動子との相対的な移動の方向を、前記押圧力の方向と直交する所定の方向に規制する第３のガイドをさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
8. 前記第１または前記第２のガイドと前記超音波振動子との相対的な移動の方向を、前記押圧力の方向と直交する所定の方向に規制するように、前記第１または第２のガイド及び当該ガイドに接触する駆動子が構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
9. 前記第１または第２のガイドは溝を有し、当該溝の中に前記駆動子と接触する面または部位が設けられたことを特徴とする請求項８に記載の超音波リニアモータ。
10. 前記第１または第２のガイドの溝は、Ｖ字またはＵ字状であり、当該溝に接触する駆動子は、凸形状を有するものであることを特徴とする請求項９に記載の超音波リニアモータ。
11. 前記超音波振動子は、移動される対象物と係合する出力取り出し部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
12. 前記超音波振動子は、所定の位置に保持される保持部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の超音波リニアモータ。
13. 前記出力取り出し部または前記保持部は、前記超音波振動子の屈曲振動の節に相当する位置に配置されたことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の超音波リニアモータ。
14. 前記出力取り出し部または前記保持部は、前記超音波振動子の１次縦―２次屈曲振動の節に相当する位置に配置されたことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の超音波リニアモータ。

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