DE69416989T2

DE69416989T2 - Vibrationswellenantrieb

Info

Publication number: DE69416989T2
Application number: DE69416989T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Kojima; Yutaka Maruyama; Ichiro Okumura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2014-12-21
Also published as: US6051911A; DE69416989D1; CN1035930C; KR950021954A; KR0176729B1; EP0661764A1; EP0661764B1; CN1108971A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsantrieb beziehungsweise einen Vibrationswellenantrieb sowie ein System, das den Vibrationsantrieb als Antriebsquelle verwendet.
Stabförmige Ultraschallwellenmotoren sind bereits beispielsweise in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 3-40767, 3-289375 und dergleichen beschrieben. Fig. 13 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselements und Fig. 14 eine Schnittansicht in Längsrichtung eines stabförmigen Ultraschallwellenmotors.
In dem in Fig. 13 gezeigten Vibrationselement sind ein piezoelektrisches A-Phasen-Antriebselement a1, das aus einer Gruppe von zwei piezoelektrischen Elementen PZT1 und PZT2 besteht, ein piezoelektrisches B-Phasen- Antriebselement a2, das aus einer Gruppe von zwei piezoelektrischen Elementen PZT3 und PZT4 besteht, sowie ein aus einem einzelnen piezoelektrischen Element bestehendes piezoelektrisches Sensorteil S1 geschichtet, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, wobei Elektrodenplatten A1 und A2 zum Anlegen einer Spannung und eine Elektrodenplatte S zur Ausgabe eines Sensorsignals zwischen diesen piezoelektrischen Elementen angeordnet sind. Zusätzlich zu diesen Elektroden sind Masseelektrodenplatten (GND- Elektrodenplatten) G1, G2 und G3 zum Anlegen eines Massepotentials (GND-Potentials) angeordnet. Metallblöcke b1 und b2, die beispielsweise aus Messing, rostfreiem Stahl oder dergleichen bestehen und eine relativ kleine Vibrationsdämpfung aufweisen, sind vor und nach diesen piezoelektrischen Elementen und Elektrodenplatten angeordnet, um diese einzuklemmen. Durch Befestigung der Metallblöcke b1 und b2 unter Verwendung eines Befestigungsbolzens c werden die piezoelektrischen Elemente und Elektrodenplatten integriert, wobei eine Druckspannung auf die piezoelektrischen Elemente ausgeübt wird. Dabei ist zur Verwendung lediglich eines piezoelektrischen Sensorteils S1 eine Isolierschicht d zwischen dem Befestigungsbolzen c und dem Metallblock b2 angeordnet.
Es sei bemerkt, daß Drähte und dergleichen an die vorspringenden Abschnitte der Elektrodenplatten durch Löten angebracht werden, und diese mit einer (nicht gezeigten) Ansteuerschaltung verbunden sind.
Dabei sind die piezoelektrischen A- und B-Phasen-Elemente a1 und a2 derart angeordnet, daß sie eine Winkelpositionsverschiebung von π/2 (rad) zueinander aufweisen. Wenn diese piezoelektrischen Elemente Biegungsvibrationen in zwei orthogonale, sich in einer Ebene befindlichen Richtungen einschließlich der Achse des Vibrationselements anregen, um eine geeignete zeitliche Phasendifferenz dazwischen bereitzustellen, verursachen die Oberflächenpartikel des Vibrationselements eine kreisförmige oder elliptische Bewegung, wodurch ein bewegliches Element, das gegen den oberen Abschnitt des Vibrationselements gedrückt wird, durch Reibung angetrieben wird.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel, bei dem ein derartiges Vibrationselement in einem stabförmigen Ultraschallwellenmotor verwendet wird. In diesem Beispiel weist der Befestigungsbolzen c des Vibrationselements einen Trägersäulen abschnitt c2 mit kleinem Durchmesser an dessen vom Zentrum entfernt liegenden Abschnitt (distalem Abschnitt) auf, so daß ein an dem distalen Endabschnitt des Trägersäulenabschnitts c2 befestigtes Befestigungsteil g den Motor selbst befestigen kann. Der Befestigungsbolzen c dient ebenfalls dazu, einen Rotor r und dergleichen drehbar zu tragen. Der Rotor r berührt den abgelegenen Endabschnitt des Metallblocks b1 und wird zusammengedrückt, indem eine Schraubenfeder h in einem Federgehäuse i von dem Befestigungsteil g über ein Lagerteil e und einem Zahnrad g gepreßt wird.
Nachstehend sind die bei diesem stabförmigen Ultraschallwellenmotor verwendeten piezoelektrischen Elemente ausführlich beschrieben. Jedes dieser piezoelektrischen Elemente PZT1 bis PZT4 sind wie nachstehend beschrieben als unabhängige Elemente geformt. Das heißt, daß wie in Fig. 15 gezeigt eine durch Verdichten und Sintern eines Pulvers erzeugte piezoelektrische Keramik 200 in eine Scheibenform mit einem Durchmesser von 10 mm verarbeitet wird, wobei die zwei Oberflächen der Scheibe derart übereinander liegen, daß eine Scheibendicke von 0,5 mm erreicht wird. Zwei annähernd halbkreisförmige Teilelektrodenfilme (Teilelektrodendünnschichten) 202-1 und 202-2 werden mit einem Schlitz 201 auf der oberen Oberfläche der Scheibe ausgebildet, und ein Elektrodenfilm 203 wird auf der gesamten unteren Oberfläche ausgebildet. Danach werden die halbkreisförmigen Elektrodenfilme 202-1 und 202-2 derart polarisiert, daß sie Polarisationspolaritäten in jeweils unterschiedlichen Richtungen (+) und (-) aufweisen, wodurch piezoelektrische Eigenschaften vorgesehen werden. Wenn derartige piezoelektrische Elemente wie das in Fig. 13 gezeigte piezoelektrische A-Phasen-Element a1 zusammengebaut werden, werden die piezoelektrischen Elemente PZT1 und PZT2 derart geschichtet, daß die Elektrodenplat te A1 dazwischen angeordnet wird, so daß Abschnitte mit denselben Polarisationspolaritäten einander gegenüberliegen (Pfeile 205 zeigen die Polarisationsrichtung an) und sich dabei die Schlitze einander überlappen, wie es in Fig. 16A und 16B gezeigt ist.
Ebenfalls werden die Masseelektrodenplatten G1 und G2 vertikal geschichtet. Da die rechten und linken Abschnitte der piezoelektrischen Elemente PZT1 und PZT2 gemäß Fig. 16A und 16B unterschiedliche Polarisationseigenschaften aufweisen, expandiert in diesem Zustand bei Anlegen einer Antriebs-Wechselspannung an die Elektrodenplatte A1 der eine sich aus, während der andere sich zusammenzieht, wobei dieser Vorgang abwechselnd wiederholt wird, wodurch eine Biegungsvibration an dem Vibrationselement erzeugt wird. Es sei bemerkt, daß das piezoelektrische B-Phasen-Element eine Biegungsvibration im wesentlichen in denselben Zustand wie das piezoelektrische A-Phasen-Element erzeugt, mit Ausnahme, daß die Richtung des Schlitzes sich von der des piezoelektrischen A- Phasen-Elements um π/2 (rad) unterscheidet.
Da jedes piezoelektrische Element durch Verdichten und Sintern eines Pulvers, einer Durchführung einer Bearbeitung und dann einer Durchführung einer Polarisationsverarbeitung nach Ausbildung der Elektroden hergestellt wird, ist jedoch gemäß dem Stand der Technik die Herstellung jedes piezoelektrischen Elements sehr zeitaufwendig und teuer.
In Anbetracht der Behandlung bei einer Anpassungs- und Polarisationsverarbeitung des piezoelektrischen Elements und des Zusammenbaus des Vibrationselements kann die Dicke der piezoelektrischen Keramik hinsichtlich der mecha nischen Festigkeit nicht zu dünn ausgeführt werden. Folglich weist ein vielfach geschichteter piezoelektrischer Elementabschnitt unerwünscht eine große Größe auf, wenn die Anzahl der Schichten piezoelektrischer Elemente weiter zu erhöhen ist, und behindert die Herstellung eines kompakten Ultraschallwellenmotors mit einem Durchmesser, der gleich oder kleiner als ein Bleistift ist. Zusätzlich ist bei der vorstehend beschriebenen Herstellungsverarbeitung eine Erhöhung der Ausgangsleistung und einer Verringerung der Antriebsspannung des Ultraschallwellenmotors, die durch die mehrfach geschichtete Struktur erreicht werden würde, nur schwer zu erzielen.
Wie aus der Beschreibung des Stands der Technik hervorgeht, werden beim Zusammenbau des Vibrationselements eine große Anzahl piezoelektrischer Elemente und eine große Anzahl von Elektrodenplatten abwechselnd geschichtet, wobei danach an den Endabschnitten der Elektrodenplatten durch Löten Drähte angebracht werden. Folglich erfordert die Zusammenbauverarbeitung viel Zeit und ist die Zuverlässigkeit des Zusammenbaus nicht zufriedenstellend.
Demgegenüber weist wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1-17354 und dergleichen offenbart ein herkömmlicher kreisförmiger oder scheibenförmiger Ultraschallwellenmotor ein Vibrationselement auf, in dem elektrostriktive Elemente oder piezoelektrische Elemente an ein elastisches Element aus beispielsweise einem Metall mit geringen Vibrationsdämpfungseigenschaften befestigt sind. Ein bewegliches Element (Kontaktelement) befindet sich in Preßkontakt mit der Oberfläche des elastischen Elements. Hochfrequenzspannungen mit einer zeitlichen Phasendifferenz zueinander werden an die Elektroden benachbarter elektrostriktiver Elemente oder piezoelektri scher Elemente angelegt, wodurch das bewegliche Element (Kontaktelement) (relativ) bewegt wird.
An jedem bei diesem Vibrationselement verwendeten piezoelektrischen Element sind eine große Anzahl von Teilelektroden an einer Oberfläche ausgebildet, wobei auf der anderen Oberfläche, die mit dem elastischen Element verbunden ist, eine Elektrode auf der gesamten Oberfläche ausgebildet ist. Die Vielzahl der Elektroden an einer Oberfläche bilden Elektrodengruppen entsprechend einer Vielzahl von Phasen, das heißt, zwei A- und B-Phasen zum Antrieb. Diese Elektrodengruppen entsprechend den zwei Phasen sind bei Intervallen entsprechend einer 1/4-Wellenlänge oder einer ungeradzeiligen vielfachen einer 1/4- Wellenlänge angeordnet. Eine Vielzahl piezoelektrischer Elemente jeder Gruppe, die einer Polarisationsverarbeitung in unterschiedlichen Richtungen unterzogen werden, weisen ein Intervall von einer 1/2-Wellenlänge zueinander auf. Wenn eine Hochfrequenzspannung an den piezoelektrischen Elementen jeder Gruppe mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen angelegt wird, wird eine Vibration für eine Wellenlänge erregt. Wenn eine Vielzahl von Gruppen piezoelektrischer Elemente erzeugt werden, werden stehende Wellen mit einer Wellenanzahl entsprechend der Anzahl der Gruppen erzeugt, wobei folglich eine Wanderwelle mit einer oder mehreren Wellenzahlen erregt wird.
Da das herkömmliche elektrostriktive Element oder piezoelektrische Element eine einschichtige Struktur aufweist, müssen jedoch Hochfrequenzspannungen von einigen zehn Volt zum Antrieb eines Ultraschallwellenmotors unter Verwendung der piezoelektrischen Elemente angelegt werden, damit eine praktische Ausgangsleistung erreicht wird, wobei die Spannung einer Batterie als Energieversorgung einer tragbaren Ausrüstung wie einer Kamera unzureichend ist, und eine Boosterschaltung (Verstärkerschaltung) vorgesehen werden muß.
Es sei bemerkt, daß ein keramischer Antrieb der Stapelbauart, der durch Übereinanderschichten piezoelektrischer Elementplatten aufgebaute piezoelektrische Elemente verwendet, bekannt ist (Kenji Uchino, "Piezoelectric/- electrostrictive Actuator", Morikita Press). Bei diesem Antrieb sind piezoelektrische Elemente mit einfachen Polarisationsrichtungen lediglich geschichtet. Jedoch sind, wenn piezoelektrische Elementeplatten mit einer komplizierten Struktur, in der eine große Anzahl von Teilelektroden ausgebildet werden und Polarisationspolaritäten sich abwechseln, zu schichten sind, Verdrahtungsleitungen zur Polarisationsverarbeitung und Ansteuerung kompliziert, weshalb die Verwirklichung eines derartigen Antriebs unmöglich ist.
Die JP-A-04091677 offenbart einen Ultraschallmotor gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche, mit einem Vibrationselement, das aus zwei Endteilen ausgebildet ist, die zwei piezoelektrische Scheibenelemente einschließen, die durch eine Elektrodenscheibe getrennt sind. Die piezoelektrischen Elemente weisen jeweils vier Elektrodenbereiche auf deren Oberflächen auf, und die Polarisationen des piezoelektrischen Elementes sind relativ zueinander um 90º verschoben. Wechselstrom wird den jeweiligen piezoelektrischen Elementen über die Elektrodenscheibe und jeweilige Endteile des Vibrationselements getrennt zugeführt, um das Vibrationselement zur Vibration anzutreiben.
Die EP-A-0584775, die Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ bildet, offenbart eine mit Vibrationswellen angetriebene Motoranordnung, bei der eine Vielzahl piezoelektrischer Stapel zwischen Endteilen des Vibrationsele ments angeordnet sind. Die piezoelektrischen Stapel weisen eine Vielzahl piezoelektrischer Scheiben auf, die zwei darauf ausgebildete Elektrodenbereiche aufweisen und abwechselnd mit einer Vielzahl piezoelektrischer Scheiben geschichtet sind, die einen einzelnen Elektrodenbereich darauf ausgebildet aufweisen. Die piezoelektrischen Stapel sind derart angeordnet, daß sie wechselweise relativ zueinander um 90º verschoben sind.
Erfindungsgemäß wird ein Vibrationsantrieb mit einem Vibrationsteil und einer Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente zur Erzeugung einer Vibration in dem Vibrationsteil bereitgestellt, wobei die Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente eine Vielzahl erster Energieumwandlungselemente aufweist, die jeweils zumindest vier Teilelektroden in jeweiligen Bereichen der ersten Energieumwandlungselemente aufweisen, und die Vielzahl erster Energieumwandlungelemente geschichtet und eingerichtet ist, das Vibrationsteil derart anzutreiben, daß es vibriert. Der Vibrationsantrieb ist dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden, die sich an derselben relativen Position an den ersten Energieumwandlungselementen befinden, getrennt elektrisch in Reihe geschaltet sind, so daß ein an eine der Teilelektroden angelegtes Signal auch an andere der Teilelektroden an derselben relativen Position an den anderen ersten Energieumwandlungselementen angelegt wird.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene Draufsicht, die die Anordnung eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 2 eine auseinandergezogene Draufsicht, die die Anordnung eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 3A und 3B jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht, die ein Polarisationsverarbeitungsverfahren des geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß Fig. 1 darstellen,
Fig. 4A und 4B Draufsichten, die die Anordnung von Elektrodenfilmen an dem piezoelektrischen Element darstellen,
Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselements, das das in Fig. 1 gezeigte geschichtete piezoelektrische Element verwendet,
Fig. 6 eine Draufsicht, die eine flexible gedruckte Leiterplatte darstellt, die in dem stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselement gemäß Fig. 5 verwendet wird,
Fig. 7A und 7B jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht, die ein Polarisationsverarbeitungsverfahren des geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß Fig. 2 darstellen,
Fig. 8 eine Ansicht einer anderen Anordnung des geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß Fig. 2,
Fig. 9 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselements, das das in Fig. 2 gezeigte geschichtete piezoelektrische Element verwendet,
Fig. 10 eine Draufsicht, die eine flexible gedruckte Leiterplatte darstellt, die in dem stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselement gemäß Fig. 9 verwendet wird,
Fig. 11 ein Schaltbild der Anordnung einer Antriebsschaltung für einen Ultraschallwellenmotor, der gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird,
Fig. 12 eine Schnittansicht einer Linsenfassung (Objektivtubus), bei der ein Linsenantriebsmechanismus, der einen stabförmigen Ultraschallwellenmotor mit dem in Fig. 1 oder 2 gezeigten geschichteten piezoelektrischen Element als Antriebsquelle verwendet, zusammengesetzt ist,
Fig. 13 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines herkömmlichen stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselements,
Fig. 14 eine Schnittansicht eines herkömmlichen stabförmigen Ultraschallwellenmotors,
Fig. 15 eine Draufsicht der Struktur einer herkömmlichen piezoelektrischen Keramik,
Fig. 16A und 16B Draufsichten, die die Funktionsweise der herkömmlichen piezoelektrischen Keramik darstellen,
Fig. 17 ein Schaltbild, das die Anordnung einer Antriebsschaltung für einen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Ultraschallwellenmotor darstellt,
Fig. 18 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 19A bis 19F Draufsichten, die Elektroden von piezoelektrischen Elementplatten darstellen, die das in Fig. 18 gezeigte geschichtete piezoelektrische Element bilden,
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht, die ein Polarisationsverarbeitungsverfahren des in Fig. 18 gezeigten geschichteten piezoelektrischen Elements darstellt,
Fig. 21 eine Entwicklungsansicht, die die Polarisationsrichtungen des geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß Fig. 18 darstellt,
Fig. 22 eine Draufsicht der Elektroden der obersten piezoelektrischen Elementplatte gemäß einer Abänderung des in Fig. 18 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig. 23 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Vibrationselements eines Ultraschallwellenmotors, der das in Fig. 18 gezeigte geschichtete piezoelektrische Element verwendet,
Fig. 24A bis 24F Draufsichten, die Elektroden der piezoelektrischen Elementplatten gemäß einer Abänderung des in den Fig. 19A bis 19F gezeigten Ausführungsbeispiels zeigen,
Fig. 25 eine Draufsicht einer flexiblen gedruckten Leiterplatte zur Verbindung, die bei dem in den Fig. 24A bis 24F gezeigten geschichteten piezoelektrischen Element verwendet wird,
Fig. 26A bis 26F Draufsichten, die Elektroden von piezoelektrischen Elementplatten darstellen, die ein geschichtetes piezoelektrisches Element gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden,
Fig. 27A bis 27F Draufsichten, die Elektroden von piezoelektrischen Elementplatten darstellen, die ein geschichtetes piezoelektrisches Element gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden,
Fig. 28 eine Entwicklungsansicht, die die Polarisationsrichtungen des geschichteten piezoelektrischen Elements gemäß den Fig. 27A bis 27F darstellt,
Fig. 29 eine Draufsicht einer flexiblen gedruckten Leiterplatte zur Verbindung, die in dem geschichteten piezoelektrischen Element gemäß den Fig. 27A bis 27F verwendet wird, und
Fig. 30 eine Schnittansicht einer Linsenfassung (Objektivtubus), die einen Ultraschallmotor verwendet, der das geschichtete piezoelektrische Element gemäß einem der dritten bis fünften Ausführungsbeispiele als Antriebsquelle verwendet.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Elements gemäß der Erfindung, und Fig. 3 zeigt ein Polarisationsverarbeitungsverfahren des piezo elektrischen Elements. Fig. 5 zeigt die Anordnung eines stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselements, das eine geschichtete piezoelektrische Elementgruppe gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet, und Fig. 6 zeigt eine gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendete Schaltungsplatine (gedruckte Leiterplatte).
Gemäß Fig. 1 handelt es sich bei einer geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 um eine piezoelektrische Keramik, die durch Übereinanderschichten von insgesamt 23 ebenen piezoelektrischen Elementen 4-1, 4-2 und 4-3 bis 4-23 als elektromechanische Umwandlungselemente wie in Fig. 1 gezeigt erhalten wird.
In jedem der piezoelektrischen Elemente mit Ausnahme des untersten piezoelektrischen Elements 4-23 sind fünf Verbindungsöffnungen 9A1, 9A2, 9B1, 9B2 und 9 G ausgebildet, die in Richtung der Dicke verlaufen. Gemäß Fig. 1 sind insgesamt fünf Teilelektrodenfilme (Teilelektrodendünnschichten) 8A2, 8B1, 8B2, 8A1 und 8S in fünf Bereichen auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elements 4-1 als oberstes, d. h. der ersten Schicht ausgebildet, die erhalten werden, indem der gesamte Umfang ungefähr gleichmäßig in vier Bereichen in Umfangsrichtung unterteilt wird sowie einer der Teilbereiche in zwei, das heißt, in einen inneren und einen äußeren Umfangsbereich unterteilt wird. Außerdem wird zwischen den Teilelektrodenfilmen 8A1 und 8B1 ein Teilelektrodenfilm 8G ausgebildet, der kleiner als die vorstehend beschriebenen fünf Teilelektrodenfilme ist.
Weiterhin sind die in Richtung der Dicke verlaufenden fünf Verbindungsöffnungen 9A1, 9A2, 9B1, 9B2 und 9G derart ausgebildet, daß sie jeweils in den Bereichen der Teilelektrodenfilme 8A1, 8A2, 8B1, 8B2 und 8G angeordnet sind.
Im wesentlichen auf der gesamten oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elements 4-2 als die zweite Schicht ist ein Elektrodenfilm (Elektrodendünnschicht) 7 ausgebildet. Das piezoelektrische Element 4-2 weist Nicht-Elektrodenfilmabschnitte 11E, auf denen kein Elektrodenfilm ausgebildet ist, um die Verbindungsöffnungen 9A1, 9A2, 9B1 und 9B2 auf. Die Verbindungsöffnung 9 G verläuft durch den Elektrodenfilm 7.
Teilelektrodenfilme 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2 sind auf vier im wesentlichen gleichmäßig unterteilten Bereichen auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elements 4-3 als die dritte Schicht ausgebildet. Ebenfalls weist das piezoelektrische Element 4-3 einen Nicht-Elektrodenfilmabschnitt 11G, an dem kein Elektrodenfilm ausgebildet ist, zwischen den Teilelektrodenfilmen 12A1 und 12B1 auf. Die Verbindungsöffnungen 9A1, 9A2, 9B1 und 9B2 sind derart ausgebildet, daß sie durch die Bereiche der Teilelektrodenfilme 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2 jeweils verlaufen, wobei die Verbindungsöffnung 9G in dem Bereich des Nicht- Elektrodenfilmabschnitts 11G angeordnet ist.
In ähnlicher Weise sind derselbe Elektrodenfilm und dieselben Verbindungsöffnungen wie die des piezoelektrischen Elements 4-2 an dem piezoelektrischen Element 4-4 als die vierte Schicht ausgebildet, und sind dieselben Elektrodenfilme und Verbindungsöffnungen wie die des piezoelektrischen Elements 4-3 auf dem piezoelektrischen Element 4-5 als die fünfte Schicht ausgebildet. Auf der sechsten Schicht und den darauffolgenden geradzahligen Schichten sind dieselben Elektrodenfilme und Verbindungsöffnungen wie die an dem piezoelektrischen Element 4-4 ausgebildet, und auf der siebten Schicht und den darauffolgenden ungeradzahligen Schichten sind dieselben Elektrodenfilme und Verbindungslöcher wie die an dem piezoelektrischen Element 4-5 ausgebildet. Auf dem piezoelektrischen Element 4-23 als die unterste, d. h. die dreiundzwanzigste Schicht sind vier Teilelektrodenfilme 12'A1, 12'A2, 12'B1 und 12'B2 wie bei dem piezoelektrischen Element 4-3 ausgebildet, wobei ebenfalls ein Nicht-Elektrodenfilmabschnitt 11'G ausgebildet ist. Jedoch sind keine Verbindungsöffnungen an den Elektrodenfilmabschnitten und dem Nicht-Elektrodenfilmabschnitt ausgebildet. Es sei bemerkt, daß die vorstehend beschriebenen Elektrodenfilme lediglich auf einer Oberfläche jedes der piezoelektrischen Elemente ausgebildet sind, jedoch nicht auf der anderen Oberfläche ausgebildet sind.
Die vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Elemente 4 als die ersten bis dreiundzwanzigsten Schichten sind derart geschichtet, daß die oberen Oberflächen nach oben zeigen, auf die die Elektrodenfilme wie in Fig. 1 gezeigt ausgebildet sind, so daß die Elektrodenfilmabschnitte sich miteinander in bezug auf die Mittelachse in Phase befinden, während die Positionen der Elektrodenfilme und der Verbindungsöffnungen 9 der piezoelektrischen Elemente ausgerichtet sind, wodurch eine geschichtete Struktur aufgebaut wird. Wenn die piezoelektrischen Elemente wie vorstehend beschrieben geschichtet sind, sind Durchgangsöffnungen 10A1, 10A2, 10B1, 10B2 und 10G durch die fünf Verbindungsöffnungen 9A1, 9A2, 95B1, 95B2 und 9G in der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 abgegrenzt. Wenn bei Ausbildung der Teilelektroden im wesentlichen dieselbe Metallelektrodenpaste wie die Teilelektrodenfilme vorab in die Verbindungsöffnungen 9 gefüllt wird, können nicht nur die elektrischen Verbindungen in den Durchgangsöffnungen 10 erreicht werden, sondern ebenfalls elektrische Verbindungen mit den Teilelektrodenfilmen und den Oberflächenelektrodenfilmen erreicht werden, die die Verbindungsöffnungen berühren. Als Ergebnis werden beispielsweise die Teilelektrodenfilme der jeweiligen Schichten, d. h. des Teilelektrodenfilms 9A1, auf dem piezoelektrischen Element 4-1 als die erste Schicht, der Teilelektrodenfilm 12A1 auf dem piezoelektrischen Element 4-3 als die dritte Schicht, der Teilelektrodenfilm 12A1 auf der fünften Schicht, ... und der Teilelektrodenfilm 12'A1 des piezoelektrischen Elements 4-23 als die unterste Schicht über die Durchgangsöffnung 10A1 elektrisch miteinander verbunden. In ähnlicher Weise sind der Elektrodenfilm 9 G des piezoelektrischen Elements 4-1 als die erste Schicht, der Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 des piezoelektrischen Elements 4-2 als die zweite Schicht, der Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 des piezoelektrischen Elements 4-4 als die vierte Schicht und der Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 eines (in Fig. 1 nicht gezeigten) piezoelektrischen Elements unmittelbar über dem piezoelektrischen Element 4-23 als die unterste Schicht durch die Durchgangsöffnung 10 G elektrisch miteinander verbunden. In ähnlicher Weise können die Teilelektrodenfilme der piezoelektrischen Elemente der ungeradzahligen Schichten elektrisch durch die verbleibenden Durchgangsöffnungen 10A2, 1051 und 1052 elektrisch verbunden werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist jedes piezoelektrische Element 4 einen äußeren Durchmesser von 10 mm, einen inneren Durchmesser von 4,3 mm und eine Dicke von 0,1 mm auf, wobei die gesamte Dicke der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 2,3 mm beträgt.
Wie in Fig. 3A gezeigt, wurde die wie vorstehend beschrieben ausgebildete geschichtete piezoelektrische Ele mentgruppe zu einem Schaltkreis verbunden, so daß ein Spannungsteilungsvorgang unter Verwendung zweier Hochomegawiderstände 102 von 100 MΩ erreicht werden konnte, wobei Kontaktstifte 103 mit den Teilelektrodenfilmen 8 auf der oberen Endfläche der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe in Kontakt gebracht wurden. Von einer Gleichspannungsversorgung 101 wurde eine Gleichspannung von 500 V an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe für 30 Minuten in einer Luftatmosphäre einer thermostatischen Kammer bei 140ºC angelegt, wodurch eine Polarisationsverarbeitung durchgeführt wurde.
Als Ergebnis wird eine Spannung von 500 V an die Teilelektrodenfilme 8A1, 8B1 und 8S, eine Spannung von 250 V an den Teilelektrodenfilm 8G und eine Spannung von 0 V an die Teilelektrodenfilme 8A2 und 8B2 angelegt. Auf diese Weise wird, wie in Fig. 3B gezeigt, in der ein Schnitt X- X aus Fig. 3A gezeigt ist, ein zwischen den Teilelektrodenfilmen 8A1 und 8S und dem Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 angeordnete Bereich des piezoelektrischen Elements 4-1 als die erste Schicht (wobei die Polarisationsrichtung durch Pfeile angegeben ist) und ein zwischen den Teilelektrodenfilm 8A2 und dem Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 angeordnete Bereich (wobei die Polarisationsrichtung durch Pfeile angegeben ist) in unterschiedlichen Richtungen polarisiert.
In ähnlicher Weise wird wie in Fig. 3B gezeigt ein zwischen dem Teilelektrodenfilm 12A1 und dem Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 angeordneter Bereich und ein zwischen dem Teilelektrodenfilm 12A2 und dem Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 angeordneter Bereich polarisiert. Auch wenn nicht gezeigt, wird ein Abschnitt, der um 90º von dem Schnitt X-X in Fig. 3A verdreht ist und die Tei lelektrodenfilme 8B1 und 8B2 schneidet, in ähnlicher Weise polarisiert.
In der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 werden Abschnitte, die von den Teilelektrodenfilmen 8A1 und 8A2 der ersten Schicht zur der untersten Schicht verlaufen, als A-Phasen A als Antriebsphasen definiert, Abschnitte, die von den Teilelektrodenfilmen 8B1 und 8B2 der ersten Schicht zu der untersten Schicht verlaufen, als eine B-Phase B als Antriebsphase definiert, und ein Abschnitt, der zwischen dem Teilelektrodenfilm 8S und dem Gesamtoberflächenelektrodenfilm 7 angeordnet ist, als eine S-Phase S als Sensorphase definiert. Die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 1 wird zusammengebaut und in einem stabförmigen Ultraschallwellenmotor verwendet.
In dem im Stand der Technik beschriebenen piezoelektrischen Element wird eine Biegungsvibration in dem Vibrationselement dadurch erzeugt, daß der gesamte Umfang im wesentlichen gleich in zwei Bereiche unterteilt wird, und diese zwei Bereiche in zueinander entgegengesetzten Richtungen polarisiert werden, wobei die A- und B-Phasen durch unterschiedliche piezoelektrische Elementplatten gebildet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das piezoelektrische Element als eine Schicht der einfachen geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe im wesentlichen in zumindest vier Bereiche gleich unterteilt, wobei die A- und B-Phasen durch Paare einander gegenüberliegender Teilelektroden der vier Teilbereiche definiert werden. Da das piezoelektrische Element in vier Bereiche unterteilt ist, kann von einer einzelnen geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe eine größere Biegungsvibration erzeugt werden, als die durch das piezoelektrische Element erzeugte, das in zwei Bereiche unterteilt ist. Genauer hängt grundsätzlich im Prinzip ein Anstieg der Ausgangsleistung eines stabförmigen Ultraschallwellenmotors davon ab, wie effektiv eine in Richtung der Dicke des piezoelektrischen Elementes erzeugte Versetzung in eine Versetzung der Biegungsvibration des Vibrationselements umgewandelt wird, wobei in dieser Hinsicht ein piezoelektrisches Element mit vier Teilelektrodenfilmen einem mit zwei Teilelektrodenfilmen überlegen ist.
Fig. 4A zeigt ein Beispiel als eine Voraussetzung für die vorliegende Anwendung. In einem einzelnen piezoelektrischen Element 200 ist die in (1) gezeigte obere Oberfläche in zwei Bereiche unterteilt, und sind Teilelektrodenfilme 202-1 und 202-2 darauf ausgebildet. Auf der in (2) gezeigten unteren Oberfläche ist ein Gesamtoberflächenelektrodenfilm 203 ausgebildet. Demgegenüber sind in Fig. 4B vier Teilelektrodenfilme 204-1, 204-2, 205-1 und 205-2 auf der oberen Oberfläche eines in (1) gezeigten einzelnen piezoelektrischen Elements wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, wobei auf der in (2) gezeigten unteren Oberfläche ein Gesamtoberflächenelektrodenfilm 203 ausgebildet ist. Eine Biegungskraft α, die in einem Abschnitt eines Teilelektrodenfilms des in Fig. 4A gezeigten piezoelektrischen Elements 200 erzeugt wird, wird durch die nachfolgende Formel unter Verwendung eines Produktes der Fläche eines Bereichs ds des piezoelektrischen Elements 200 und eines Abstands h des Bereichs ds von der Y-Achse ausgedruckt:
α = sd·E·ds·h
Demgegenüber wird eine Biegungskraft β, die in einem Abschnitt eines Teilelektrodenfilms des in Fig. 4B gezeigten piezoelektrischen Elements erzeugt wird, durch die folgende Formel ausgedrückt:
β = sd·E·ds·h
Dabei ist d eine piezoelektrische Konstante, E die angelegte Spannung, h der Abstand des Bereichs ds von der Y- Achse, wobei ein Schlitzabschnitt ignoriert wird, da dessen Fläche klein ist. Als Ergebnis wird das Verhältnis γ zwischen Biegungsvibrationen der Vibrationselemente erzeugende Versetzungen des piezoelektrischen Elements gemäß Fig. 4A und Fig. 4B derart berechnet, daß γ = 4β/2α = 2 gilt, wobei das piezoelektrische Element mit vier Teilelektrodenfilmen eine Beugungskraft erzeugt, die 2mal größer als die durch das piezoelektrische Element mit zwei Teilelektrodenfilmen ist.
Dieses Ergebnis legt nahe, daß der Biegungswert des Vibrationselements des stabförmigen Ultraschallwellenmotors erhöht wird, wobei eine Erhöhung der Ausgangsleistung des stabförmigen Ultraschallwellenmotors verwirklicht werden kann. Demgegenüber kann, wenn die Ausgangsleistung dieselbe bleibt, die angelegte Spannung auf 1/ 2 verringert werden, wobei ein Ansteuervorgang mit geringer Spannung verwirklicht werden kann. Aus den vorstehend beschriebenen Gründen weisen annähernd alle Schichten des geschichteten Piezoelektrischen Elements im wesentlichen vier Teilelektroden auf.
Gemäß dem Stand der Technik ist die S-Phase durch ein einzelnes piezoelektrisches Element verwirklicht. Jedoch ist wie in Fig. 3B gezeigt der Teilelektrodenfilm 8S an der äußeren Umfangsseite des Teilelektrodenfilms 8A1 der ersten Schicht ausgebildet, und wird der zwischen dem Teilelektrodenfilm 8S und dem Gesamtelektrodenfilm 7 zwischen der ersten Schicht und der Oberfläche der zweiten Schicht aufgebauter Abschnitt als die S-Phase verwendet. Die S-Phase ist in der einzelnen geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 eingebaut.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die S-Phase an der äußeren Umfangsseite unter Verwendung der Hälfte einer Teilelektrode der A-Phase auf der oberen Oberfläche der ersten Schicht ausgebildet. Mit dieser Anordnung kann dementsprechend eine größere Ausgangsleistung des Sensors leicht erhalten werden, da eine Verzerrung an der äußeren Oberflächenseite der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe bei Ansteuerung des stabförmigen Ultraschallwellenmotors größer wird. Jedoch ist die Position und Größe der S-Phase nicht besonders eingeschränkt, solange wie die Ausgangsleistung aus der S-Phase zur Steuerung ausreichend ist. Beispielsweise kann die S-Phase an der inneren Umfangsseite der A-Phase oder an beiden Teilelektroden der A-Phase angeordnet werden, oder kann in der B- Phase oder sowohl an der A- als auch an der B-Phase angeordnet werden.
Außerdem ist die Position der S-Phase nicht auf die oberste Schicht der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe beschränkt, solange wie die Ausgangsleistung der S-Phase zu einem Schaltkreis außerhalb des Elements ausgegeben werden kann. Die S-Phase kann entfallen, falls bei der Steuerung kein Problem auftritt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl der Schichten in der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 23, jedoch ist die Anzahl der Schichten nicht besonders eingeschränkt und muß auf der Grundlage verschiedener Bedingungen bestimmt werden, wie die Spezifikationen des stabförmigen Ultraschallwellenmotors, der erforderlichen Leistungsfähigkeit eines Vibrationselements, der Spezifikation eines Ansteuerschaltkreisabschnitts und dergleichen.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel eines Vibrationselementes beschrieben, bei dem die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eingesetzt ist.
Fig. 5 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselements, das die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Das Vibrationselement besteht aus der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1, oberen und unteren Vibrationselementen b1 und b2, die aus einem metallischen Material bestehen, einer gedruckten Leiterplatte j, die elektrisch mit der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 verbunden ist, um eine Verbindung zu einer externen Steuerschaltung zu schaffen, und einen Befestigungsbolzen c zur Integration dieser Elemente.
Für die gedruckte Leiterplatte j wurde eine flexible gedruckte Leiterplatte verwendet, die aus einer hochpolymeren Folie besteht. Wie in Fig. 6 gezeigt, besteht die gedruckte Leiterplatte j aus einem Scheibenabschnitt, der in das Vibrationselement eingefügt ist, und einem Verbindungsabschnitt, der zu einem externen Abschnitt zu verbinden ist. Auf dem scheibenförmigen Abschnitt sind Leiterplattenelektroden 21 an Positionen angeordnet, die die auf der oberen Oberfläche der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 ausgebildeten Teilelektrodenfilme 8 berühren, und ein Muster 21A3 zur elektrischen Verbindung der Leiterplattenelektroden 21A1 und 21A2 sowie ein Muster 21B3 zur elektrischen Verbindung der Leiterplattenelektroden 21B1 und 21B2 sind ebenfalls angeordnet. An ei ne externe Steuerungsschaltung anzuschließenden Verbindungsanschlüsse 22 sind an den Verbindungsabschnitt der gedruckten Leiterplatte j angeordnet, wobei die Elektroden 21A1, 21B1, 21G und 21S jeweils mit den Anschlüssen 22A, 22B, 22G und 22S über ein gedrucktes Verdrahtungsmuster verbunden sind. Wenn das Vibrationselement wie in Fig. 5 gezeigt eingesetzt wird, werden die Leiterplattenelektrode 21A1 und die Teilelektrode 8A1 sowie die Leiterplattenelektrode 21A2 und die Teilelektrode 8A2 jeweils miteinander derartig in Kontakt gebracht, daß sie elektrisch verbunden sind, wobei die verbleibenden Leiterplattenelektroden und Teilelektroden in ähnlicher Weise miteinander in Kontakt gebracht werden, so daß sie elektrisch verbunden sind.
Zusammengefaßt erzeugt das Vibrationselement, wenn die Teilelektrodenfilme 8 auf der obersten Schicht der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe elektrisch mit den Anschlüssen 22S, 22A, 22G und 22B an dem Endabschnitt der gedruckten Leiterplatte j verbunden sind, sowie diese Anschlüsse mit einem Schaltungsabschnitt zur Ansteuerung des stabförmigen Ultraschallwellenmotors verbunden sind, geeignete Biegungsvibrationen für den stabförmige Vibrationswellenmotor, wobei die Sensorphase ein zur Steuerung der Ansteuerschaltung erforderliches Ausgangssignal zurückführen kann.
Die gedruckte Leiterplatte j gemäß Fig. 6 verwendet einen 25 um dicken Polyimidfilm als Träger und eine 35 um dicke Kupferfolie als Elektrodenmaterial, wobei zwischen dem Träger und dem Elektrodenmaterial ein Material für eine gedruckte Leiterplatte ohne eine Klebeschicht verwendet wird. Dies dient zur Verhinderung eines Anstiegs der Vibrationsabdämpfung aufgrund des Vorhandenseins eines Harzmaterials und dergleichen in dem Vibrationselement.
Mit der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene geschichtete piezoelektrischen Elementgruppe 1 werden elektrische Verbindungen mit einer externen Schaltung an einer Endfläche erreicht. Mit dieser Struktur kann die Anzahl von Verbindungselementen wie einer in dem Ultraschallwellenvibrationselement angeordneten gedruckten Leiterplatte 1 sein, wobei ein Vibrationselement mit einer einfachen Anordnung und hoher Zuverlässigkeit verwirklicht werden kann.
Wie in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben kann die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe eine Spannungsverringerung und eine Verringerung der Anzahl der Komponenten erreichen. Diese Wirkungen führen zu einer Verringerung der Anzahl der Herstellungsvorgänge und einer Verringerung der Kosten. Dabei kann gleichzeitig die Anzahl von Kontaktschnittstellen zwischen den Komponenten verringert werden, wobei ein einwandfreies Vibrationselement mit geringerer Vibrationsabdämpfung bereitgestellt werden kann.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
Eine in Fig. 2 gezeigte gegeschichtette piezoelektrische Elementgruppe 2 ist durch Übereinanderschichten von 23 piezoelektrischen Elementen 5 wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut.
Die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 2 ist durch sechs verschiedene Bauarten piezoelektrischer Elemente 5 aufgebaut. Piezoelektrische Elemente 5-1, 5-2, 5- 3, 5-4, 5-5 und 5-23 weisen verschiedene unterteilte Fil manordnungen sowie unterschiedliche Verbindungsöffnungsanordnungen auf. Von der sechsten Schicht bis zur zweiundzwanzigsten Schicht weisen geradzahlige Schichten dieselbe Anordnung wie die der vierten Schicht (5-4) auf, wobei ungeradzahlige Schichten dieselbe Anordnung wie die der fünften Schicht (5-5) aufweisen.
Auf der obersten Schicht (erste Schicht 5-1) sind sieben unterteilte Elektrodenfilme 13A1, 13A2, 13B1, 13B2, 13S, 13 GA und 13GB ausgebildet.
Auf den geradzahligen Schichten der vierten bis zweiundzwanzigsten Schichten sind vier im wesentlichen gleich unterteilte Elektrodenfilme beziehungsweise Teilelektrodenfilme 19A1, 19A2, 19B1 und 19B2 ausgebildet, wobei die durch dieselben Bezugszeichen bezeichneten Elektrodenfilme über Verbindungsöffnungen 14 und Durchgangsöffnungen 15 miteinander verbunden sind. Elektrodenfilme 16A und 16B auf der zweiten Schicht und ein Elektrodenfilm 16A2 auf der dritten Schicht verbinden jeweils die Elektrodenfilme 19A1 und 19A2, sowie die Elektrodenfilme 19B1 und 19B2 und verbinden diese ebenfalls mit den Elektrodenfilmen 13 GA und 13GB auf der ersten Schicht darüber.
Ebenfalls sind auf den ungeradzahligen Schichten der fünften bis dreiundzwanzigsten (untersten Schicht) vier im wesentlichen gleich unterteilte Elektrodenfilme beziehungsweise Teilelektrodenfilme 20A1 (20'A1), 20A2 (20'A2), 20B1 (20'B1) und 20B2 (20'B2) ausgebildet, wobei die durch dieselben Bezugszeichen bezeichneten Elektrodenfilme über Verbindungsöffnungen miteinander verbunden sind. Diese Elektrodenfilme sind mit den Elektrodenfilmen 13A1, 13A2, 13B1 und 13B2 auf der ersten Schicht über die Elektrodenfilme 18A1, 18A2, 18B1 und 18B2 auf der dritten Schicht verbunden.
Wie in Fig. 7A gezeigt, wurde die wie vorstehend beschrieben ausgebildete geschichtete piezoelektrische Elementgruppe mit einer Schaltung verbunden, so daß ein Spannungsteilungsvorgang unter Verwendung zweier Hochomegawiderstände 102 von 100 MΩ erreicht werden konnte, wobei Kontaktstifte 103 mit den Teilelektrodenfilmen 13 auf der oberen Endfläche der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 2 in Kontakt gebracht wurden.
Eine Gleichspannung von 500 V wurde von einer Gleichspannungsversorgung 101 an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe für 30 Minuten in einer Luftatmosphäre einer thermostatischen Kammer bei 140ºC angelegt, wobei somit eine Polarisationsverarbeitung durchgeführt wurde. Folglich wurden die piezoelektrischen Elemente 5 in den Pfeilrichtungen gemäß Fig. 7B polarisiert, da eine Spannung von 0 V an die Teilelektrodenfilme 13A2 und 13B2, eine Spannung von 250 V an die Teilelektrodenfilme 13 GA und 13GB sowie eine Spannung von 500 V an die Teilelektrodenfilme 13A1, 13B1 und 13S angelegt wurden.
Zur Polarisation der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe gemäß diesem Ausführungsbeispiel müssen die sieben Kontaktstifte mit der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe wie in Fig. 7A gezeigt in Kontakt gebracht werden. Jedoch ist der äußere Durchmesser der piezoelektrischen Elementgruppe 2 etwa 10 mm, und es ist schwierig, diese Kontaktstifte innerhalb dieser Fläche anzuordnen. Fig. 8 zeigt ein Beispiel, das dieses Problem lösen kann. Für das piezoelektrische Element auf der obersten Schicht wird ein piezoelektrisches Element 5-1' mit Elektroden mit in Fig. 8 gezeigten Formen verwendet. Ein abwechselnd lang und kurz gestrichelter Kreis in Fig. 8 bezeichnet die fertige äußere Durchmessergröße, und jedes piezoelektrische Element 5 ist in einer Scheibenform ausgebildet, die größer als diese Größe ist. Auf dem piezoelektrischen Element 5-1' sind vier Teilelektrodenfilmabschnitte, d. h. die über einen Elektrodenfilm 13C1 verbundenen Teilelektrodenfilme 13S, 13A1 und 13B1, die zu dem äußeren Umfangsabschnitt über den vorstehend beschriebenen abwechselnd lang und kurz gestrichelten Kreis herüber verlaufen, die über einen ähnlichen Elektrodenfilm 13C2 verbundenen Teilelektrodenfilme 13GA und 13GB, die mit einem ähnlichen Elektrodenfilm 13C3 verbundenen Teilelektrodenfilm 13B2 und der Teilelektrodenfilm 13A2 ausgebildet, der an der inneren Umfangsseite angeordnet ist und unverändert bleibt.
Daher kann die Anzahl der Polarisationskontaktstifte vier sein. Wenn der äußere Durchmesser nach der Polarisation auf die Position des abwechselnd lang und kurz gestrichelten Kreises verringert wird, kann dasselbe piezoelektrische Element wie in Fig. 2 erhalten werden.
Fig. 9 zeigt ein stabförmiges Ultraschallwellenvibrationselement, das die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet, wobei dieses Element dieselbe Anordnung wie das gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Vibrationselement aufweist. Fig. 10 zeigt die Elektrodenanordnung auf einer gedruckten Leiterplatte, die in dem stabförmigen Ultraschallwellenvibrationselement gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine flexible gedruckte Leiterplatte j' als die gedruckte Leiterplatte verwendet. Leiterplattenelektroden 24 sind an dem Scheibenabschnitt der gedruckten Leiterplatte j' an Positionen angeordnet, die die auf der oberen Oberfläche der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 2 ausgebildeten Teilelektrodenfilme 13 berühren. Die Leiterplattenelektrode 24A ist elektrisch mit den Teilelektrodenfilmen 13A1 und 13A2 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Leiterplattenelektrode 24B elektrisch mit den Teilelektrodenfilmen 13B1 und 13B2 verbunden. In ähnlicher Weise sind die Leiterplattenelektroden 24GA und 24GB elektrisch mit den Teilelektrodenfilmen 13GA und 13GB jeweils verbunden.
An eine externe Steuerungsschaltung zu verbindende Verbindungsanschlüsse 25 sind an dem Verbindungsabschnitt der gedruckten Leiterplatte j' angeordnet, wobei die Anschlüsse 25S, 25A, 25B, 25GA und 25GB jeweils mit den Elektroden 24S, 24A, 24B, 24GA und 24GB über ein gedrucktes Muster verbunden sind.
Die gedruckte Leiterplatte j' ist in dem Vibrationselement angeordnet, so daß die Leiterplattenelektroden die Oberfläche mit den Teilelektrodenfilmen der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe wie in Fig. 9 berühren. Mit dieser Anordnung ist der Verbindungsanschluß 25A der gedruckten Leiterplatte j' elektrisch mit den Teilelektrodenfilmen 13A1 und 13A2 der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 2 verbunden und legt daran ein A- Phasenpotential. In ähnlicher Weise ist der Verbindungsanschluß 25 GA mit dem Teilelektrodenfilm 13 GA der piezoelektrischen Elementgruppe 2 verbunden und legt daran ein A'-Phasenpotential als eine Massenphase (GND-Phase) der A-Phase an. In ähnlicher Weise legt der Verbindungsanschluß 25B ein B-Phasenpotential an und legt der Verbindungsanschluß 25GB ein B'-Phasenpotential als eine Massenphase der B-Phase an. Der Verbindungsschluß 25S gibt ein S-Phasenpotential aus.
Die S-Phase ist unnötig, falls diese nicht für eine Steuerung erforderlich ist, wobei in diesem Fall die Verbindungsanschlüsse 13S, 24S und 25S entfallen können.
Wie vorstehend beschrieben ist bei der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Gesamtoberflächenelektrodenfilm entsprechend der Massenphase (GND-Phase) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in vier Bereiche wie bei den gegenüberliegenden vier Teilelektrodenfilmen unterteilt, im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die den A- und B-Phasen gegenüberliegenden Massenphasen unabhängig angeordnet sind.
Fig. 17 zeigt eine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete Ansteuerschaltung. Fig. 11 zeigt eine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendete Ansteuerschaltung.
Die in Fig. 17 gezeigte Ansteuerschaltung weist Ansteuerelektroden A und B zum Anlegen von Wechselspannungen an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe, einer Ansteuerelektrode GND zum Anlegen eines Massepotentials (GND-Potentials) an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe, Oszillatoren 2 zur Erzeugung von Wechselspannungen, 90º-Phasenschieber 3, Schalterschaltungen 44A und 45B zum Schalten von Wechselspannungen aus den Oszillatoren und den Phasenschiebern durch eine Energieversorgungsspannung sowie Verstärkungsspulen (Booster-Spulen) 46 und 47 zur Verstärkung von Impulsspannungen, die durch die Schalterschaltungen 44A und 45B geschaltet werden.
In der nachstehenden Beschreibung ist die A-Phase als Beispiel genommen. Eine aus der Schalterschaltung 44A ausgegebene Spannung wird an die an der Endfläche der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 angeordneten Ansteuerelektrode A angelegt, die die A-Phase bildet. Da sich die an der anderen Endfläche der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 1 angeordnete Ansteuerelektrode GND sich auf dem Massepotential befindet, ist die an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 1 angelegte Spannung eine aus der Schalterschaltung 44A ausgegebene Spannung. Dasselbe gilt für die B-Phase.
Die in Fig. 11 gezeigte Ansteuerschaltung weist Ansteuerelektroden A, A', B und B' zum Anlegen von Wechselspannungen an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 2, einen Oszillator 42 zur Erzeugung einer Wechselspannung, einen π/2-(rad)-Phasenschieber 43, Schalterschaltungen 44A, 44A', 45B und 45B' zum Schalten von Wechselspannungen aus dem Oszillator und dem Phasenschieber durch eine Versorgungsspannung, Verstärkungsspulen (Booster- Spulen) 46 und 47 zur Verstärkung von durch die Schalterschaltungen 44A, 44A', 45B und 45B' geschalteten Impulsspannungen sowie einen Steuerungsmikrocomputer 48 auf.
Der Steuerungsmikrocomputer 48 führt dem Oszillator eine Anweisung zu, eine Wechselspannung mit einer Frequenz zu erzeugen, mit der der Ultraschallwellenmotor anzusteuern ist. Dabei werden Signale, deren Phasen um π (rad) verschoben sind, in die Schalterschaltungen 44A, 44A', 45B und 45B' angegeben, wobei diese Schalterschaltungen bei entsprechenden Zeitverläufen geschaltet werden.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die A-Phase als Beispiel genommen. Eine aus der Schalterschaltung 44A ausgegebene Spannung wird an die an der Endfläche der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 2 angeordne ten Ansteuerelektrode A angelegt, die die A-Phase bildet, wobei eine aus der Schalterschaltung 44A' ausgegebene Spannung an die Ansteuerelektrode A' angelegt wird. Die Spannungsdifferenz zwischen diesen Spannungen entspricht der Ansteuerspannung, die an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 2 anzulegen ist. Die aus den Schalterschaltungen 44A und 44A' ausgegebenen Spannungen werden um π (rad) verschoben, wobei die an die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 2 anzulegende Ansteuerspannung doppelt so groß wie die einer Schaltungsanordnung (beispielsweise Fig. 17) sein kann, bei der die Ansteuerelektrode A' auf dem Massepotential liegt. Dasselbe gilt für die B-Phase. Aus diesem Grund kann die Versorgungsspannung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Hälfte von der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel betragen.
Die Spulen 46 und 47 können entfallen, falls sie nicht in der Steuerung erforderlich sind.
Fig. 12 zeigt eine Antriebsvorrichtung (Antriebssystem), die einen stabförmigen Ultraschallwellenmotor verwendet, bei dem die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 1 gemäß der Erfindung eingesetzt ist.
Die grundsätzliche Struktur dieses stabförmigen Ultraschallwellenmotors ist im wesentlichen dieselbe wie die des Stands der Technik gemäß Fig. 14 mit Ausnahme der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe und der Leiterbahnplatte, die in das Vibrationselement eingefügt ist, um Verbindungen mit einer externen Schaltung zu erreichen. Ein einstückig mit dem Rotor des Ultraschallwellenmotors zusammengebautes Zahnrad f steht im Eingriff mit einem Eingangszahnrad GI eines Getriebemechanismus G, wobei ein Ausgangszahnrad GO des Mechanismus G im Eingriff mit einem Zahnrad HI steht, das an einem eine Linse L1 haltenden Linsenhalteelement H ausgebildet ist. Das Linsenhalteelement H ist mittels einer Schraubverbindung mit einem stationären Zylinder K verbunden und wird über den Getriebemechanismus G durch eine Antriebskraft aus dem Ultraschallwellenmotor in Drehung versetzt, wodurch ein Fokussierungsvorgang ausgeführt wird.
Wie beschrieben kann gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein ausreichender Antriebsvorgang selbst bei einer niedrigen Spannung gewährleistet werden, da die vier Teilelektrodenfilme ausgebildet sind. Wenn die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe gemäß jeden der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in einem stabförmigen Ultraschallelement verwendet wird, kann ein kompakter Motor mit hoher Ausgangsleistung bereitgestellt werden.
Da eine flexible gedruckte Leiterplatte oder dergleichen eingefügt ist, um Verbindungen zwischen dem stabförmigen Ultraschallwellenmotor und der Ansteuerschaltung zu erreichen, kann ein leichter Zusammenbau und eine hohe Zuverlässigkeit des Vibrationselements gewährleistet werden.
Weiterhin kann eine Polarisationsverarbeitung für vier oder mehr Teilelektrodenfilme durch denselben Vorgang wie den Polarisationsvorgang für die vier Teilelektrodenfilme erreicht werden, wobei nicht erforderliche Abschnitte nach der Polarisationsverarbeitung lediglich abgeschnitten werden müssen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 18 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das dritte Ausführungsbeispiel einer geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe gemäß der Erfindung darstellt, wobei die Fig. 19A bis 19F Draufsichten von Elektroden zeigen, die auf einer Oberflächenseite von die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe gemäß Fig. 18 bildenden piezoelektrischen Keramikplatten ausgebildet sind.
Die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird durch Übereinanderschichten von sechs Ebenen piezoelektrischen Elementen aufgebaut, die jeweils aus einer in den Fig. 19A bis 19F gezeigten ringförmigen piezoelektrischen Keramik bestehen, wobei diese piezoelektrischen Elemente in drei verschiedene Elementetypen in Abhängigkeit von auf jeweils einer Oberflächenseite der piezoelektrischen Keramikplatten ausgebildeten Elektrodenmuster klassifiziert.
Auf einem obersten piezoelektrischen Element 104, das ein erstes Elektrodenmuster aufweist, ist eine Masseelektrode (GND-Elektrode) 114G zum Anschluß an Masse (OND) derart ausgebildet, daß es eine Länge von einer 1/4-Wellenlänge (λ) in Umfangsrichtung aufweist, und sind A-Phasen- Versorgungselektroden 114A (114A(+) und 114A(-)) sowie B- Phasen-Versorgungselektroden 114B (114B(+) und 114B(-)) an den zwei Seiten der Masseelektrode 114G ausgebildet. Der Grund, weshalb die Versorgungselektroden 114A(-) und 114B(-) an der inneren Umlaufseite derart ausgebildet sind, daß sie kürzer als die Versorgungselektroden 114A(+) und 114B(+) an der äußeren Umlaufseite sind, ist der, daß in der positiven (+) Richtung polarisierte Abschnitte der A- und B-Phasen (wie nachstehend beschrie ben) an Positionen angeordnet sind, die weiter von der Masseelektrode 114G beabstandet sind, als es die in der negativen (-) Richtung polarisierten Abschnitte sind. Da ein Ende jeder dieser Versorgungselektroden in der Nähe der Masseelektrode 114G angeordnet ist, kann dieses mit einem an einer (nicht gezeigten) Ansteuerschaltung anzuschließenden flexiblen gedruckten Leiterplatte 130 mit einer kompakten Struktur wie in Fig. 23 gezeigt verbunden werden.
Piezoelektrische Elemente mit einem zweiten Elektrodenmuster sind ein zweites piezoelektrisches Element 102, ein viertes piezoelektrisches Element 102 und ein sechstes (unterstes) piezoelektrisches Element 103 (Fig. 19B, 19D und 19F) von der obersten Position an gesehen. Mit Bezug auf die Masseelektrode 114G auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 ist auf jedem dieser piezoelektrischen Elemente ein erster Nicht-Elektrodenabschnitt 115-1 angeordnet, der eine Länge von einer 3/4- Wellenlänge (λ) aufweist, dieselbe Mitte wie die umlaufende Mitte der Masseelektrode 114G aufweist und auf dem keine Elektrode ausgebildet ist, sowie ein zweiter Nicht- Elektrodenabschnitt 115-2, der eine Länge von einer 1/4- Wellenlänge (λ) und auf dem keine Elektrode ausgebildet ist, an einer Position angeordnet, die symmetrisch zu dem ersten Nicht-Elektrodenabschnitt 115-1 ist. Zwischen diesen Nicht-Elektrodenabschnitten sind positive und negative A-Phasenelektroden 112A(+) (113A(+)) und 112A(-) (113A(-)) sowie positive und negative B-Phasenelektroden 112B(+) (113B(+)) und 112B(-) (113B(-)) an den zwei Seiten derart ausgebildet, daß sie eine Länge von einer halben Wellenlänge aufweisen.
Der Unterschied zwischen den zweiten und vierten piezoelektrischen Elementen 102 und dem sechsten (untersten) piezoelektrischen Element 103 liegt darin, daß Verbindungsöffnungen 150 durch die Verbindungsleitungen 142 bis 145 zum Kontakten der Elektroden verlaufen, in den zweiten und vierten piezoelektrischen Elementen ausgebildet sind, die zwischen dem ersten (obersten) piezoelektrischen Element 104 und dem untersten piezoelektrischen Element 103 angeordnet sind, wobei eine Verbindungsöffnung 150a, durch die eine Verbindungsleitung 141 zur elektrischen Verbindung verläuft, ebenfalls in dem ersten Nicht-Elektrodenabschnitt ausgebildet ist. Andere Anordnungen dieser piezoelektrischen Elemente sind dieselben.
Bei piezoelektrischen Elementen mit einem dritten Elektrodenmuster handelt es sich um dritte und fünfte piezoelektrische Elemente 101 (Fig. 19C und 19E) von oben. Auf jedem dieser Elemente ist eine Masseelektrode (GND- Elektrode) 111G auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, wobei Durchgangsöffnungen 151 durch die die Verbindungsleitungen 142 bis 145 derart verlaufen, daß sie nicht in Kontakt mit der Masseelektrode 111G treten, sowie eine Durchgangsöffnung 152 ausgebildet sind, durch das die Verbindungsleitung 141 derart verläuft, daß sie in Kontakt mit der Elektrode 111G steht.
Die sechs piezoelektrischen Elemente 101, 102, 103 und 104 mit den vorstehend beschriebenen Anordnungen werden mit den in den Fig. 19A bis 19F gezeigten Anordnungsphasen geschichtet. Die Verbindungsleitung 141 ist elektrisch mit der Masseelektrode 114G der ersten Schicht sowie den Masseelektroden 111G der ersten und fünften piezoelektrischen Elemente 101 verbunden. Die Verbindungsleitung 142 ist elektrisch mit den Elektroden 114B(-), 112B(-) und 113B(-) auf den zweiten, vierten und sechsten piezoelektrischen Elementen 102 und 103 verbunden. Die Verbindungsleitung 143 ist elektrisch mit den Elektroden 114B(+), 112B(+) und 113b(+) verbunden. Die Verbindungsleitung 144 ist elektrisch mit den Elektroden 114A(-), 112A(-) und 113A(-) verbunden. Die Verbindungsleitung 145 ist elektrisch mit den Elektroden 114B(+), 112B(+) und 113B(+) verbunden.
Zum leichteren Verständnis sind in der vorstehenden Beschreibung die Elektroden der geschichteten piezoelektrischen Elemente elektrisch über die Verbindungsleitungen 141 bis 145 verbunden. Jedoch werden in der Praxis diese elektrischen Verbindungen durch Durchgangsöffnungen erreicht. Mit dieser Struktur müßten Leitungen nicht an andere Schichten angeschlossen werden, und es können Vorsprünge vermieden werden, die durch eine an den äußeren Randabschnitten aufgetragene leitende Farbe ausgebildet werden.
Fig. 20 zeigt eine schematische Ansicht, die das Polarisationsverarbeitungsverfahren der in Fig. 18 gezeigten geschichteten piezoelektrischen Keramikplatten darstellt.
Alle Kontaktstifte für die Polarisationsverarbeitung werden mit den Elektroden auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 in Kontakt gebracht, wobei positive und negative Spannungen in bezug auf die Masseelektrode 114 G jeweils an die positiven Elektroden 114A(+) und 114B(+) der A- und B-Phasen sowie den negativen Elektroden 114A(-) und 114B(-) der A- und B-Phasen angelegt werden. An die Gesamtoberflächenelektroden 111G auf den dritten und fünften piezoelektrischen Elementen 101 wird über eine elektrisch mit der Masseelektrode 114G auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 verbundene (durch die Verbindungsleitung 141 in Fig. 18 dargestellte) Durchgangs öffnung eine Polarisationsspannung angelegt. Ebenso werden an den positiven Elektroden 112A(+) (113A(+)) und 112B(+) (1138(+)) auf den zweiten, vierten und sechsten piezoelektrischen Elementen 102 und 103, die derart angeordnet sind, daß sie die dritten und fünften piezoelektrischen Elemente 101 dazwischen einschließen, eine Polarisationsverarbeitungsspannung über elektrisch mit den Elektroden 114A(+) und 114B(+) auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 verbundenen (durch die Verbindungsleitungen 143 und 145 in Fig. 18 dargestellten) Durchgangsöffnungen angelegt, und an die negativen Elektroden 112A(-) (113A(-)) und 1128(-) (1138(-)) auf diesen piezoelektrischen Elementen die Polarisationsverarbeitungsspannung über elektrisch mit den Elektroden 114A(-) und 114B(-) auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 verbundenen (durch die Verbindungsleitungen 142 und 144 in Fig. 18 dargestellten) Durchgangsöffnungen angelegt.
Fig. 21 zeigt eine (an der Mitte der Elektrode 114 G entwickelte) Entwicklungsansicht, die den Polarisationszustand einer geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 110 darstellt, die der in Fig. 20 gezeigten Polarisationsverarbeitung unterzogen wird. In Fig. 21 geben Pfeile die Polarisationsrichtungen an.
Es sei bemerkt, daß es sich bei den piezoelektrischen Elementen (Keramikplatten), die der Polarisationsverarbeitung zu unterziehen sind, um die zweiten, dritten, vierten und fünften piezoelektrischen Elemente (Keramikplatten) handelt. Die Polarisationsverarbeitung wird zu der Masseelektrode 111G hin zwischen den positiven Elektroden 112A(+) (113A(+)) und 112B(+) (113B(+)), an die eine Spannung auf hohem Potential in bezug auf die Masseelektrode 111G angelegt wird, und die Polarisations verarbeitung wird von der Masseelektrode 111G zu den negativen Elektroden 112A(-) (113A(-)) und 112B(-) (113B(- )) zwischen den negativen Elektroden 112A(-) (113A(-)) und 112B(-) (113B(-)) durchgeführt.
Daher ziehen sich Abschnitte entsprechend den positiven Elektroden 112A(+) (113A(+)) und 112B(+) (113B(+)) der mittleren piezoelektrischen Elemente (Keramikplatten) sich in der Richtung der Dicke zusammen, wenn eine positive Spannung über die positiven Versorgungselektroden 119A(+) und 119B(+) sowie der Masseelektrode 114G auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 110 angelegt wird, die der vorstehend beschriebenen Polarisationsverarbeitung unterzogen werden. Demgegenüber dehnen sich Abschnitte entsprechend den negativen Elektroden 112A(-) (113A(-)) und 112B(-) (113B(-)) der mittleren piezoelektrischen Elemente (Keramikplatten) in Richtung der Dicke aus, wenn eine negative Spannung über die negativen Versorgungselektroden 114A(-) und 114B(-) sowie der Masseelektrode 114G angelegt wird. Daher wird die Ausdehnung beziehungsweise das Zusammenziehen (Expansion / Kontraktion) wiederholt, wenn Wechselspannungen an diese Versorgungselektroden angelegt werden, wodurch eine Vibration erregt wird.
Gemäß Fig. 23 wird die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 110 an die untere Oberflächenseite eines ringförmigen elastischen Vibrationselements 120 über ein Klebemittel befestigt und ist eine flexible Verbindungsleiterplatte 130 an die Versorgungselektroden des ersten piezoelektrischen Elements 104 angebracht. Die flexible Leiterplatte 130 ist mit einer (nicht gezeigten) Ansteuerschaltung verbunden, ein A-Phasen-Versorgungsmuster 131A ist mit den A-Phasen-Versorgungselektroden 114A(+) und 114A(-) verbunden, ein B-Phasen-Versorgungsmuster 131B ist mit den A-Phasen-Versorgungselektroden 114B(+) und 114B(-) verbunden, und ein Masseversorgungsmuster 131G ist mit der Masseelektrode 114G verbunden.
Wenn von einer (nicht gezeigten) Ansteuerschaltung Wechselspannungen mit einer Phasendifferenz an einen Anschlußabschnitt 132A an der anderen Endseite des A- Phasen-Versorgungsmuster 131A und an den Anschlußabschnitt 132B an der anderen Endseite des B-Phasen- Versorgungsmusters 131B angelegt werden, wird an Oberflächenpartikeln an der Antriebsoberfläche des elastischen Vibrationselements 120 eine elliptische Bewegung erzeugt, da die A- und B-Phasen eine 1/4-Positionsphasendifferenz zueinander aufweisen. Daher kann, wenn ein durch die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 110 und das elastische Vibrationselement 120 aufgebaute Vibrationselement als Stator verwendet wird und ein (nicht gezeigter) Rotor sich in Preßkontakt mit der Antriebsoberfläche des elastischen Vibrationselements 120 befindet, das Vibrationselement in einem Ultraschallmotor verwendet werden, der den Rotor in Drehung versetzt. Demgegenüber kann, wenn ein Blattelement wie ein Papierblatt sich in Preßkontakt mit der Antriebsoberfläche des elastischen Vibrationselements 120 befindet, das Vibrationselement als Blattvorschubvorrichtung verwendet werden. Weiterhin kann, wenn die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe und das elastische Vibrationselement 120 in einer verlängerten elliptischen Form ausgebildet sind, und ein linearer Abschnitt der elliptischen Form sich in Preßkontakt mit einem (nicht gezeigten) schienenförmigen Stator befindet, das Vibrationselement in einer Linearantriebsvorrichtung verwendet werden. Auf diese Weise kann das Vibrationselement in verschiedenen Vibrationswellenantriebsvorrichtungen verwendet werden.
Bei dem in Fig. 20 dargestellten Polarisationsverarbeitungsverfahren werden verschiedene Kontaktstifte in Kontakt mit den positiven und negativen Elektroden der A- und B-Phasen gebracht und Spannungen desselben Potentials daran angelegt. Alternativ dazu werden wie in Fig. 22 gezeigt die positiven Versorgungselektroden 114A(+) und 114B(+) auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 vorab miteinander verbunden, und werden die negativen Versorgungselektroden 114A(-) und 114B(-) vorab miteinander verbunden, wodurch die Anzahl der anzuschließenden Kontaktstifte verringert wird. Nach der Polarisationsverarbeitung kann durch Abschneiden von Verbindungsabschnitten 114C und 114D dieselbe geschichtete piezoelektrische Elementgruppe wie die in Fig. 18 gezeigte erhalten werden.
Die in Fig. 18 gezeigte geschichtete piezoelektrische Elementgruppe 110 weist keine Sensorphase zur Erfassung eines Vibrationszustands auf. Wie in Fig. 24B gezeigt ist eine Sensorelektrode 112S mit einer Breite von einer 1/4- Wellenlänge auf dem ersten Nicht-Elektrodenabschnitt 115- 1 derart angeordnet, daß sie nicht mit der Verbindungsöffnung 150a in Kontakt steht, wobei eine elektrisch mit der Sensorelektrode 1125 über beispielsweise einer Durchgangsöffnung verbundenen Elektrode 114S auf dem obersten piezoelektrischen Element 104 ausgebildet ist.
Daher wird bei Anlegen einer positiven oder negativen Spannung an die Elektrode 1145 bei der Polarisationsverarbeitung eine Polarisationsverarbeitung für den Sensor zwischen der Elektrode 1145 und der Elektrode 111G auf dem dritten piezoelektrischen Element 101 ausgeführt. Falls die Elektrode 114S mit einer anderen Versorgungselektrode, beispielsweise der Versorgungselektrode 114A(+) über den äußeren Umfangsabschnitt verbunden ist, muß für den Sensor keine besondere Verdrahtung für die Polarisationsverarbeitung vorbereitet werden.
Auf der mit einer Ansteuerschaltung zur Ansteuerung verbundenen flexiblen gedruckten Leiterplatte 130 ist ein S- Phasen-Versorgungsmuster 1315 derart angeordnet, daß es nicht in Kontakt mit dem Masseversorgungsmuster 131G wie in Fig. 25 gezeigt steht.

Viertes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 26A bis 26F zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel.
Eine geschichtete piezoelektrische Elementgruppe gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist durch sechs piezoelektrische Elemente (Keramikplatten) wie gemäß dem in den Fig. 19A bis 19F gezeigten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Ein Unterschied zu der Anordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß Elektroden auf der gesamten Umgrenzung bei Intervallen von einer 1/4- Wellenlänge auf einer Oberfläche jeweils der zweiten, vierten und sechsten piezoelektrischen Elemente 102 und 103 gemäß den Fig. 26B, 26D und 26F ausgebildet sind. Da positive Elektroden 112A(+) (113A(+)) und negative Elektroden 112A(-) (113A(-)) der A-Phase und positive Elektroden 112B(+) (113B(+)) und negative Elektroden 112B(-) (113B(-)) der B-Phase abwechselnd angeordnet sind, weisen die A- und B-Phasen insgesamt ein Intervall von einer 1/4-Wellenlänge zueinander auf.
Daher kann, da jedes piezoelektrische Element (Keramikplatte) über die gesamte Umgrenzung verwendet werden kann, dieselbe Ausgangsleistung wie gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel bei einer niedrigen Spannung erhalten werden.
Da A- und B-Phasenelektroden abwechselnd auf der gesamten Umgrenzung jedes der zweiten, vierten und sechsten piezoelektrischen Elemente 102 und 103 wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einem ersten piezoelektrischen Element 104 ausgebildete Versorgungselektroden, die auf der obersten Schicht zur Polarisationsverarbeitung und Energieversorgung angeordnet sind, als vier innere und äußere umlaufende konzentrische Abschnitte angeordnet und können mit Durchgangsöffnungen der zweiten und darauffolgenden piezoelektrischen Elemente wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel verbunden werden.
Eine Endseite jeder dieser Versorgungselektroden 114A(+), 114A(-), 114B(+) und 114B(-) ist in der Nähe einer Masseelektrode 114G angeordnet, wobei diese Struktur gleichzeitige Verbindungen mit einer flexiblen gedruckten Leiterplatte wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erleichtert.
Es sei bemerkt, daß eine Elektrode zur Erfassung eines Vibrationszustands an einem Abschnitt des zweiten piezoelektrischen Elements wie in den Fig. 24A bis 24F gezeigt angeordnet werden kann.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 27A bis 27F zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind wie in den Fig. 27B, 27D und 27F gezeigt Elektroden auf der gesamten Um grenzung bei ¼ Wellenlängenintervallen auf jedem der zweiten, vierten und sechsten piezoelektrischen Elemente 102 und 103 wie gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 26A bis 26F ausgebildet. Jedoch sind auf den dritten und fünften piezoelektrischen Elementen 106 gemäß den Fig. 27C und 27E Masseelektroden 116A und 116B abwechselnd bei 1/4-Wellenlängenintervallen derart ausgebildet, daß sie sich räumlich (positionsmäßig) in Phase mit den Elektroden der A- und B-Phasen auf den piezoelektrischen Elementen 102 und 103 über und unter den dritten und fünften piezoelektrischen Elementen befinden. Demgegenüber sind auf dem obersten (ersten) piezoelektrischen Element 104 Polarisations- und Versorgungselektroden als sechs konzentrische Abschnitte ausgebildet, wobei zwei Versorgungselektroden 114AG und 114BG an der inneren umlaufenden Seite mit den Elektroden auf den dritten und fünften piezoelektrischen Elementen 106 über Durchgangsöffnungen wie gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verbunden sind. Genauer ist die Versorgungselektrode 114AG mit den Masseelektroden 116A für die A-Phase über die Durchgangsöffnungen verbunden, und ist die Versorgungselektrode 114BG mit den Masseelektroden 116B für die B-Phase über die Durchgangsöffnungen verbunden. Versorgungselektroden 114A(+), 114A(-), 114B(+) und 114B(-) sind jeweils mit Elektroden 112B(+) (113B(+)) und 112B(-) (113B(-)) mit denselben Phasen und denselben Polaritäten auf den zweiten, vierten und sechsten piezoelektrischen Elementen 102 und 103 über Durchgangsöffnungen verbunden.
Das Polarisationsverarbeitungsverfahren der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe mit der vorstehend beschriebenen Struktur ist im wesentlichen dieselbe wie die gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme daß die zwei Masseversorgung selektroden 114AG und 114BG angeordnet sind. Wenn an diese zwei Masseversorgungselektroden 114AG und 114BG ein Mittelpotential angelegt wird, wird dieses Mittelpotential an die Masseelektroden 116A und 116B auf den dritten und fünften piezoelektrischen Elementen 106 angelegt.
Wenn von einer (nicht gezeigten) Ansteuerschaltung eine positive Spannung an die Versorgungselektroden 114A(+) und 114B(+) und eine negative Spannung von der Ansteuerschaltung an die Versorgungselektroden 114A(-) und 114B(-) angelegt werden, werden die positiven und negativen Spannungen jeweils an die positiven und negativen Elektroden auf den zweiten, vierten und sechsten piezoelektrischen Elementen 102 und 103 angelegt. Fig. 28 zeigt den Polarisationszustand dieser geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe.
Eine mit den Versorgungselektroden dieser geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe verbundene flexible Leiterplatte 130 ist wie in Fig. 29 gezeigt ausgelegt, so daß ein Versorgungsmuster 131A¹ mit der Masseelektrode 114AG verbunden ist und ein Versorgungsmuster 131B¹ mit der Masseelektrode 114BG verbunden ist. Diese zwei Versorgungsmuster 131A¹ und 131B¹ empfangen Ansteuerspannungen aus einer (nicht gezeigten) Ansteuerschaltung über Anschlußabschnitte 132A¹ und 132B¹, wie nachstehend beschrieben.
Genauer beträgt die Phasendifferenz zwischen Ansteuerwechselspannungen, die an einen elektrisch mit den Versorgungselektroden 114A(+) und 114A(-) verbundenen Anschlußabschnitt 132A und einen elektrisch mit den Versorgungselektroden 114B(+) und 114B(-) verbundenen Anschlußabschnitt 132B angelegt werden, +90º oder -90º, jedoch wird die Phasendifferenz zwischen Ansteuerwechselspannun gen, die über den Anschlußabschnitten 132A und 132A1 und über die Anschlußabschnitte 132B und 132B1 angelegt werden, 180º. Aus diesem Grunde wird an die zweiten, dritten, vierten und fünften piezoelektrischen Elemente (Keramikplatten) die zwischen den Masseelektroden 116A und 116B sowie den Elektroden 112A(+) (113A(+)), 112A(-) (113A(-)), 112B(+) (113B(+)) und 112B(-) (113B(-)) angeordnet sind, eine Spannung angelegt, die doppelt so hoch wie gemäß den vorstehend beschriebenen dritten und vierten Ausführungsbeispielen ist. Daher kann ein Ansteuervorgang mit einer noch niedrigeren Spannung verwirklicht werden.
Zur Verringerung der Anzahl der Verdrahtungsleitungen bei der Polarisationsverarbeitung können die Elektroden 114A(+) und 114B(+), 114A(-) und 114B(-) sowie 114AG und 114BG über nicht verwendete Abschnitte verbunden werden, wobei diese Verbindungsabschnitte nach der Polarisationsverarbeitung wie gemäß den dritten und vierten Ausführungsbeispielen abgeschnitten werden können. Alternativ dazu können wie gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel Elektrode zur Erfassung eines Vibrationszustandes teilweise auf den ersten und zweiten Schichten angeordnet werden.
Fig. 30 zeigt eine Linsenfassung (Objektivtubus), die als Antriebsquelle einen Ultraschallmotor verwendet, der Gebrauch von der geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele macht.
Ein Vibrationselement 1100 ist durch Verbindung einer geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe 110 mit einem beispielsweise in Fig. 23 gezeigten elastischen Element 120 aufgebaut. Das Vibrationselement 1100 berührt ein Stoppelement 1102 über eine Druckfeder 1101. Ein Außenelement 1103 als ringförmiger Rotor steht in Preßkontakt mit der Antriebsoberfläche des Vibrationselements 1100 über ein Reibungselement 1104. Eine Walze 1105 ist mit einem Fokussierungsbetätigungsglied 1106 gekoppelt und wird um die optische Achse zur Bewegung einer Fokussierungslinse L in Richtung der optischen Achse gedreht. Die Walze 1105 steht in Reibkontakt mit dem Außenelement 1103 des Ultraschallwellenmotors und einem manuellen Außenring 1108, die um die optische Achse gedreht wird, wenn dieser mit einem manuellen Fokussierring 1107 verbunden ist, der sich in Richtung der optischen Achse bewegt, um die Fokussierungsbetriebsart zwischen einer manuellen Fokussierungsbetriebsart und einer Autofokus-Betriebsart zu wechseln. In der Autofokus-Betriebsart, in der der manuelle Fokussierungsring 1107 nicht mit dem manuellen Ausgangsring 1108 gekoppelt ist, wird die Walze 1105 differentiell bei Drehung des Ausgangselements 1103 gedreht, um das Fokussierungsbetätigungsglied 1106 in Drehung zu versetzen, wodurch die Fokussierungslinse L über den Ultraschallwellenmotor zum Erreichen eines Fokussierungsvorgangs angetrieben wird. Wenn der manuelle Fokussierungsring 1107 mit dem manuellen Ausßenring 1108 gekoppelt ist, wird die Fokussierungslinse L in ähnlicher Weise durch das Fokussierungbetätigungsglied 1106 bei differentieller Rotation der Walze 1105 bewegt, falls der manuelle Fokussierungsring 1107 in Drehung versetzt wird, wodurch ein manueller Fokussierungsvorgang erreicht wird.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe durch Übereinanderschichten von sechs piezoelektrischen Elementen (Keramikplatten) aufgebaut. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Zusätzlich kann die Anzahl der auf den piezoelektrischen Elementen als Zwischenschichten ausgebildeten Elektroden entsprechend der Wellenzahl einer erforderlichen Wanderwelle bestimmt werden.
Wie vorstehend beschrieben kann die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe gemäß jedem der dritten bis fünften vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Wanderwelle bei Überlagerung von stehenden Wellen mit einer oder mehreren Wellenzahlen erzeugen, und kann die Anzahl der für die Polarisationsverarbeitung und den Energieversorgungsvorgang zur Ansteuerung erforderlichen Verdrahtungsleitungen verringern.
Da die Elektroden auf den jeweiligen Schichten über Durchgangsöffnungen verbunden sind, kann ein Vorgang zur Verbindung von leitenden Drähten zu jeweiligen anderen Schichten entfallen, und können Vorsprünge vermieden werden, die durch Aufbringen einer leitenden Farbe auf externen Randabschnitten gebildet werden.
Außerdem kann, da die Polarisationsverarbeitung und der Energieversorgungsvorgang zur Ansteuerung lediglich durch die auf dem obersten piezoelektrischen Element ausgebildeten Elektroden durchgeführt werden können, die Anzahl der Verdrahtungsleitungen dafür verringert werden.
Demgegenüber kann wie für die Verbindungen mit einer Ansteuerschaltung die Fläche des Verbindungsabschnitts einer flexiblen Leiterplatte verringert werden, da die Versorgungselektroden auf einer einzelnen Schicht konzentriert sind, wodurch Kosten verringert werden und eine Vibrationsdämpfung aufgrund von Leiterplattenharz unterdrückt wird. Daher kann der Antriebswirkungsgrad einer diese piezoelektrische Elementgruppe verwendenden Vibra tionswellenantriebsvorrichtung wie eines Vibrationswellenmotors verbessert werden.
Da bei dieser geschichteten piezoelektrischen Elementgruppe die Sensorphase vorgesehen werden kann, kann selbstverständlich eine Antriebssteuerung der Vibrationswellenantriebsvorrichtung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Da die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe keine Elektrode an der äußeren Oberfläche der untersten Schicht aufweist, kann das unterste piezoelektrische Element an ein elastisches Element unter Verwendung eines Klebemittels befestigt werden, wenn die geschichtete piezoelektrische Elementgruppe mit einem elastischen Vibrationselement verbunden wird. Daher braucht im Gegensatz zum Stand der Technik keine leitende Farbe auf den seitlichen Oberflächen der piezoelektrischen Elemente (Keramikplatten) aufgebracht werden, um die Verbindungen der auf der Verbindungsoberflächenseite ausgebildeten Gesamtoberflächenelektrode mit der Massenseite (GND-Seite) einer Ansteuerschaltung zu erleichtern.

Claims

1. Vibrationsantrieb mit

einem Vibrationsteil (b1, b2, d) und

einer Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente (4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, ..., 4-23) zur Erzeugung einer Vibration in dem Vibrationsteil (b1, b2), wobei die Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente (4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, ..., 4-23) eine Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) aufweist, die jeweils zumindest vier Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) in jeweiligen Bereichen der ersten Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) aufweisen, und die Vielzahl erster Energieumwandlungelemente (4-1, 4-3, 4-5) gestapelt und eingerichtet ist, das Vibrationsteil (b1, b2, c) derart anzutreiben, daß es vibriert,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2), die sich an derselben relativen Position an den ersten Energieumwandlungselementen (4-1, 4-3, 4-5) befinden, getrennt elektrisch in Reihe geschaltet sind, so daß ein an eine der Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) angelegtes Signal auch an andere der Teilelektroden an derselben relativen Position an den anderen ersten Energieumwandlungselementen (4-1, 4-3, 4-5) angelegt wird.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden (8A1, 8A2, SB1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) lediglich an einer Oberflächenseite von jedem Element aus der Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) ausgebildet sind, und die Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) derart gestapelt sind, daß die Oberflächen, an denen die Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) ausgebildet sind, in eine Richtung zeigen.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente (4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, ..., 4-23) in einem gestapelten Zustand verklebt sind und im wesentlichen einen Block bilden.

4. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein auf der Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente gestapeltes mechanisch-elektrisches Energieumwandlungselement.

5. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente (4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, ..., 4-23) eine Vielzahl zweiter Energieumwandlungselemente (4-2, 4-4, 4-23) aufweist, die jeweils eine nicht unterteilte Elektrode (7) aufweisen, wobei die zweiten Energieumwandlungsele mente zwischen der Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) gestapelt sind, und die nicht unterteilten Elektroden (7) der zweiten Energieumwandlungselemente (4-2, 4-4, ..., 4-23) jeweils eine Fläche aufweisen, die größer als die Fläche der zumindest vier Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) der Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) ist und die diese Fläche überlappt.

6. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) in zumindest zwei Gruppen mit unterschiedlichen Potentialen polarisiert sind.

7. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

jedes Element aus der Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente (4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, ..., 4-23) die Form eines hohlen Rings aufweist, und daß

das Vibrationsteil (b1, b2, c) eine Stangenform aufweist und aus zwei Endteilen (b1, b2) ausgebildet ist, wobei die Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente (4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, ..., 4-23) zwischen den beiden Endteilen (b1, b2) angeordnet ist und mit diesen in Kontakt steht.

8. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltungsplatine (j), die zwischen der Vielzahl elektromechanischer Energieumwandlungselemente (4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, ..., 4-23) und dem Vibrationsteil (b1, b2, c) angeordnet ist und unterteilte Teilelektro denbereiche (21A1, 21A2, 21A3, 21B1, 21B2, 21B3, 21S, 21G) aufweist, um Potentiale an die Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) der Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) anzulegen.

9. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit dem Vibrationsteil (b1, b2, c) in Kontakt stehendes Kontaktteil, wobei das Vibrationsteil (b1, b2, c) durch eine in dem Vibrationsteil (b1, b2, c) erzeugte Vibration relativ bewegt wird.

10. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 1282), die sich an derselben relativen Position an der Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) befinden, durch Durchgangsöffnungen elektrisch verbunden sind.

11. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anlegeeinrichtung zum Anlegen von Potentialen an die Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5).

12. Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4-5) scheibenförmig mit einen Umfang und einer Dicke ausgebildet sind und zur Erregung einer Vielzahl stehender Wellen mit einer Wellenlänge λ in Umlaufrichtung bei Kontraktion/Expansion in Richtung der Dicke eingerichtet sind, und daß die Teilelektroden (8A1, 8A2, 881, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) in Intervallen angeordnet sind, die einem ungradzahligen Vielfachen von einem Viertel der Wellenlänge in Umlaufrichtung entsprechen.

13. Antrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Teilelektroden (8A1, 8A2, 8B1, 8B2, 12A1, 12A2, 12B1, 12B2) an zumindest einem Element aus der Vielzahl erster Energieumwandlungselemente (4-1, 4-3, 4- 5) an im wesentlichen einem Abschnitt des zumindest einen Elements aus der Vielzahl erster Umwandlungselemente (4- 1, 4-3, 4-5) konzentriert sind.

14. Gerät zur Bewegung einer Vorrichtung mit einem Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche als Antriebsquelle.

15. Gerät nach Anspruch 14 mit einer Linsenfassung, wobei der Antrieb zur Bewegung einer beweglichen Linse eingerichtet ist.