JP2007209073A - Ultrasonic transducer - Google Patents

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博通 坂野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To apply pressing force without breaking a piezoelectric laminate to enhance driving force transmitted to a driven body. <P>SOLUTION: A ultrasonic transducer 1 includes: the piezoelectric laminate 4 formed by laminating multiple piezoelectric ceramic sheets 2 having an internal electrode 3 on their surface; a pressing-side protection plate 8 that covers the side faces of the piezoelectric laminate 4 in the direction of pressing against a driven body X and is formed of a material higher in ductility than the piezoelectric laminate 4; a pressing member 7 that applies pressing force to the substantial center of the piezoelectric laminate 4 in the direction of the length through the pressing-side protection plate 8; and a frictional contactor 5 that is disposed on the side directly opposite the pressing member 7 and is brought into contact with the driven body X. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、超音波振動子に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic transducer.

近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波振動子を備える超音波モータが注目されている。
従来の超音波振動子としては、特許文献1および特許文献2に開示された構造のものがある。
In recent years, an ultrasonic motor including an ultrasonic vibrator has attracted attention as a new motor that replaces an electromagnetic motor.
Conventional ultrasonic transducers include structures disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献1に開示された超音波振動子は、表面に内部電極を備えた複数の圧電セラミックスシートを積層してなる圧電積層体の一側面に被駆動体に密着させられる摩擦接触子を備えるとともに、該摩擦接触子が設けられている側面に隣接する2側面のほぼ中央から突出させたピンを備えている。そして、ピンを介して加えられた押圧力により、摩擦接触子が被駆動体の表面に押し付けられ、その押圧力に応じた摩擦力により被駆動体を駆動することができるようになっている。   The ultrasonic transducer disclosed in Patent Document 1 includes a friction contact that is brought into close contact with a driven body on one side surface of a piezoelectric laminate formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramic sheets having internal electrodes on the surface. And a pin projecting from substantially the center of two side surfaces adjacent to the side surface on which the friction contact is provided. The friction contact is pressed against the surface of the driven body by the pressing force applied via the pin, and the driven body can be driven by the frictional force corresponding to the pressing force.

一方、特許文献2に開示された超音波振動子は、圧電素子の側面に、直接または押圧部材を介して押圧力を加えることにより摩擦接触子を被駆動体に密着させる方式のものである。押圧力の大きさは、摩擦接触子から被駆動体に伝達する駆動力の大きさに比例するので、可能な限り大きく確保することが、超音波振動子の性能向上に直結する。
特開平7−163162号公報 特開2004−96984号公報
On the other hand, the ultrasonic transducer disclosed in Patent Document 2 is of a type in which a friction contact is brought into close contact with a driven body by applying a pressing force directly or via a pressing member to a side surface of a piezoelectric element. Since the magnitude of the pressing force is proportional to the magnitude of the driving force transmitted from the friction contact to the driven body, securing it as much as possible directly leads to an improvement in the performance of the ultrasonic transducer.
JP 7-163162 A JP 2004-96984 A

しかしながら、特許文献1の超音波振動子は、押圧力を加えるピンを圧電積層体の側面から直接突出させているため、ピンの付け根に配される圧電積層体に大きな応力が集中することが考えられる。また、特許文献2の超音波振動子においても、圧電積層体の側面に、直接あるいは押圧部材を介して間接的に、局所的な押圧力を加えているので、加圧点あるいは圧電積層体に接触する押圧部材の角部において圧電積層体に大きな応力が集中し、大きな押圧力を加えた場合には、圧電積層体が応力集中位置から破断することが考えられる。   However, in the ultrasonic vibrator of Patent Document 1, since the pin for applying the pressing force protrudes directly from the side surface of the piezoelectric laminate, it is considered that a large stress is concentrated on the piezoelectric laminate disposed at the base of the pin. It is done. Also, in the ultrasonic vibrator of Patent Document 2, a local pressing force is applied directly or indirectly to the side surface of the piezoelectric laminate through a pressing member. It is conceivable that a large stress concentrates on the piezoelectric laminate at the corner portion of the pressing member that comes into contact, and the piezoelectric laminate breaks from the stress concentration position when a large pressing force is applied.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、圧電積層体を破断させることなく大きな押圧力を加えることを可能とし、被駆動体に伝達する駆動力を向上することができる超音波振動子を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is possible to apply a large pressing force without breaking the piezoelectric laminated body, and to improve the driving force transmitted to the driven body. The object is to provide a vibrator.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、表面に内部電極を備えた複数の圧電セラミックスシートを積層してなる圧電積層体と、該圧電積層体の被駆動体への押圧方向の側面を被覆し、前記圧電積層体よりも延性の高い材質からなる押圧側保護プレートと、該押圧側保護プレートを介して前記圧電積層体の長さ方向の略中央位置に押圧力を加える押圧部材と、該押圧部材とは正反対の側面に配置され、被駆動体に接触させられる摩擦接触子とを備える超音波振動子を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention covers a piezoelectric laminate formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramic sheets having internal electrodes on the surface, and a side surface in the pressing direction of the piezoelectric laminate to a driven body, A pressing side protection plate made of a highly ductile material, a pressing member that applies a pressing force to a substantially central position in the length direction of the piezoelectric laminate through the pressing side protection plate, and a side opposite to the pressing member. Provided is an ultrasonic transducer comprising a friction contact disposed and brought into contact with a driven body.

本発明によれば、内部電極に所定の位相差および所定の駆動周波数の2層の交番電圧を供給することにより、圧電積層体に異なる2つの振動モードを同時に発生させて、摩擦接触子に略楕円振動を発生させ、該摩擦接触子に接触する被駆動体を駆動することができる。この場合において、摩擦接触子と被駆動体とは、押圧部材を介して圧電積層体の長さ方向の略中央位置に供給される押圧力により接触圧力を高められ、その接触圧力の大きさに依存した摩擦力を発生する。したがって、押圧力が大きいほど摩擦接触子を介した被駆動体の駆動力を大きくすることができる。   According to the present invention, by supplying two layers of alternating voltages having a predetermined phase difference and a predetermined driving frequency to the internal electrode, two different vibration modes are simultaneously generated in the piezoelectric laminate, and the friction contactor is substantially Elliptical vibration can be generated to drive the driven body that contacts the friction contact. In this case, the contact between the friction contact and the driven body is increased by the pressing force supplied to the approximate center position in the length direction of the piezoelectric laminate through the pressing member, and the magnitude of the contact pressure is increased. Generates a dependent friction force. Therefore, the driving force of the driven body via the friction contact can be increased as the pressing force is increased.

本実施形態においては、押圧部材と圧電積層体との間に圧電セラミックスシートからなる圧電積層体よりも延性の高い材料からなる押圧側保護プレートが配置されているので、押圧力により圧電積層体に発生する応力集中が分散し、圧電積層体が応力集中により破断することを防止することができる。したがって、より大きな押圧力を圧電積層体に加えることが可能となり、大きな駆動力を得ることができる。   In the present embodiment, the pressure-side protective plate made of a material having higher ductility than the piezoelectric laminated body made of the piezoelectric ceramic sheet is disposed between the pressing member and the piezoelectric laminated body. The generated stress concentration is dispersed, and the piezoelectric laminate can be prevented from breaking due to the stress concentration. Therefore, a larger pressing force can be applied to the piezoelectric laminate, and a large driving force can be obtained.

上記発明においては、前記押圧側保護プレートが、金属または樹脂により構成されていることとしてもよい。
このようにすることで、大きな駆動力が得られる超音波振動子を簡易に構成することができる。
In the said invention, the said press side protection plate is good also as being comprised with the metal or resin.
By doing in this way, the ultrasonic transducer | vibrator which can obtain big driving force can be comprised simply.

また、上記発明においては、前記押圧側保護プレートと前記押圧部材とが一体的に構成されていることが好ましい。
このようにすることで、部品点数を削減し、コストの削減を図ることができる。
Moreover, in the said invention, it is preferable that the said press side protection plate and the said press member are comprised integrally.
By doing in this way, a number of parts can be reduced and cost reduction can be aimed at.

また、上記発明においては、前記圧電積層体の前記摩擦接触子が設けられている側面を被覆する接触子側保護プレートを備え、前記摩擦接触子が、前記接触子側保護プレートを介して前記圧電積層体の側面に固定されていることとしてもよい。
このようにすることで、摩擦接触子の取付部近傍において圧電積層体に発生する応力集中が接触子側保護プレートにより分散され、この部位においても圧電積層体の破断を未然に防止することができる。したがって、さらに大きな押圧力を圧電積層体に加えることが可能となり、大きな駆動力を得ることができる。
In the above invention, a contact-side protection plate that covers a side surface of the piezoelectric laminate on which the friction contact is provided is provided, and the friction contact is connected to the piezoelectric via the contact-side protection plate. It is good also as being fixed to the side of a layered product.
By doing so, the stress concentration generated in the piezoelectric laminate in the vicinity of the attaching portion of the friction contact is dispersed by the contact-side protection plate, and it is possible to prevent the piezoelectric laminate from being broken in this portion as well. . Therefore, it becomes possible to apply a larger pressing force to the piezoelectric laminate and obtain a large driving force.

また、上記発明においては、前記接触子側保護プレートが、金属または樹脂により構成されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記摩擦接触子と前記接触子側保護プレートとが一体的に構成されていることとしてもよい。
このようにすることで、部品点数を削減し、コストの削減を図ることができる。
Moreover, in the said invention, the said contactor side protection plate is good also as being comprised with the metal or resin.
Moreover, in the said invention, it is good also as the said friction contact and the said contact side protection plate being comprised integrally.
By doing in this way, a number of parts can be reduced and cost reduction can be aimed at.

また、上記発明においては、前記押圧側保護プレートと前記接触子側保護プレートとを連結する連結部材を備えることとしてもよい。
このようにすることで、異なる2つの振動モードで振動する圧電積層体の2つの側面を被覆する押圧側保護プレートおよび接触子側保護プレートが圧電積層体から剥離してしまうことを未然に防止することができる。また、連結部材により連結された形態の圧電側保護プレートおよび接触子側保護プレートを、例えば、樹脂により圧電積層体の2つの側面に一体成形することとすれば、製造コストの削減および部品点数の削減を図ることが可能となる。
Moreover, in the said invention, it is good also as providing the connection member which connects the said press side protection plate and the said contactor side protection plate.
By doing so, it is possible to prevent the pressing-side protection plate and the contact-side protection plate covering the two side surfaces of the piezoelectric laminate that vibrate in two different vibration modes from being peeled off from the piezoelectric laminate. be able to. Moreover, if the piezoelectric side protection plate and the contactor side protection plate connected by the connection member are integrally formed on the two side surfaces of the piezoelectric laminate, for example, by resin, the manufacturing cost can be reduced and the number of parts can be reduced. Reduction can be achieved.

また、上記発明においては、前記連結部材が、前記押圧側保護プレートおよび接触子側保護プレートを、前記圧電積層体の側面に押し付ける方向に付勢することとしてもよい。
このようにすることで、異なる2つの振動モードで振動する圧電積層体の2つの側面に押圧側保護プレートおよび接触子側保護プレートを密着状態に保ち、圧電積層体から剥離してしまうことを未然に防止することができる。
Moreover, in the said invention, the said connection member is good also as urging | biasing the said press side protection plate and the contactor side protection plate in the direction pressed against the side surface of the said piezoelectric laminated body.
By doing so, it is possible to keep the pressing-side protection plate and the contact-side protection plate in close contact with the two side surfaces of the piezoelectric laminate that vibrates in two different vibration modes, and to peel off from the piezoelectric laminate. Can be prevented.

また、上記発明においては、前記押圧側保護プレートおよび前記接触子側保護プレートが、前記圧電積層体における圧電セラミックスシートの積層方向の両端側面に配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、連結部材による付勢力により、積層された圧電セラミックスシート間の剥離を抑えることが可能となる。
Moreover, in the said invention, the said press side protection plate and the said contactor side protection plate are good also as arrange | positioning at the both end side surface of the lamination direction of the piezoelectric ceramic sheet in the said piezoelectric laminated body.
By doing in this way, it becomes possible to suppress peeling between the laminated piezoelectric ceramic sheets by the urging force by the connecting member.

本発明によれば、圧電積層体を破断させることなく大きな押圧力を加えることを可能とし、被駆動体に伝達する駆動力を向上することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to apply a large pressing force without breaking the piezoelectric laminated body, and it is possible to improve the driving force transmitted to the driven body.

以下、本発明の第1の実施形態に係る超音波振動子について、図1〜図5を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る超音波振動子1は、図1に示されるように、矩形板状の圧電セラミックスシート2の片側面にシート状の内部電極3(図3参照)を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体4と、該圧電積層体4の一側面に接着され被駆動体Xに密着させられる2個の摩擦接触子5と、該摩擦接触子5が設けられた側面に隣接する側面からピン6を突出させる押圧部材7とを備えている。
Hereinafter, the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic transducer 1 according to the present embodiment includes a plurality of rectangular plate-like piezoelectric ceramic sheets 2 provided with a sheet-like internal electrode 3 (see FIG. 3) on one side surface. A stacked rectangular parallelepiped piezoelectric laminate 4, two friction contacts 5 adhered to one side surface of the piezoelectric laminate 4 and brought into close contact with the driven body X, and the friction contacts 5 are provided. And a pressing member 7 for projecting the pin 6 from the side surface adjacent to the side surface.

前記圧電積層体4には、前記摩擦接触子5が接着されている側面およびその正反対の側面に、これらの側面を被覆する保護プレート(押圧側保護プレート、接触子側保護プレート)8,9が接着されている。保護プレート8,9は、樹脂または金属のように、圧電セラミックスシート2よりも延性の高い材料により構成されている。各保護プレート8,9の厚さ寸法は、例えば、圧電積層体4の厚さ寸法Lの1/10程度である。   The piezoelectric laminate 4 has protective plates (press-side protective plate, contact-side protective plate) 8 and 9 covering the side surface to which the friction contact 5 is bonded and the opposite side surface thereof. It is glued. The protection plates 8 and 9 are made of a material having higher ductility than the piezoelectric ceramic sheet 2 such as resin or metal. The thickness dimension of each protection plate 8 and 9 is about 1/10 of the thickness dimension L of the piezoelectric laminated body 4, for example.

圧電積層体4は、図2に示されるように、例えば、長さ18mm、幅4.4mm、厚さ2mmの外形寸法を備えている。
圧電積層体4を構成する圧電セラミックスシート2は、図3に示されるように、例えば、厚さ約80μmのチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス素子(以下、PZTという。)である。PZTとしては、Qm値の大きなハード系材料を選択した。Qm値は約1800である。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric laminate 4 has external dimensions of, for example, a length of 18 mm, a width of 4.4 mm, and a thickness of 2 mm.
The piezoelectric ceramic sheet 2 constituting the piezoelectric laminate 4 is, for example, a lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic element (hereinafter referred to as PZT) having a thickness of about 80 μm, as shown in FIG. As PZT, a hard material having a large Qm value was selected. The Qm value is about 1800.

また、内部電極3は、例えば、厚さ約4μmの銀パラジウム合金からなっている。積層方向の一端に配置される圧電セラミックスシート2aは内部電極を備えていない。それ以外の圧電セラミックスシート2は、図3に示されるような2種類の内部電極3を備えている。   The internal electrode 3 is made of, for example, a silver palladium alloy having a thickness of about 4 μm. The piezoelectric ceramic sheet 2a disposed at one end in the stacking direction does not include an internal electrode. The other piezoelectric ceramic sheet 2 includes two types of internal electrodes 3 as shown in FIG.

図3(a)に示される圧電セラミックスシート2は、そのほぼ全面に内部電極3を備えている。内部電極3は、圧電セラミックスシート2の長さ方向に約0.4mmの絶縁距離を開けて2つ配列されている。各内部電極3は、圧電セラミックスシート2の周縁から約0.4mmの隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート2の周縁まで延びている。   The piezoelectric ceramic sheet 2 shown in FIG. 3A includes an internal electrode 3 on almost the entire surface. Two internal electrodes 3 are arranged with an insulation distance of about 0.4 mm in the length direction of the piezoelectric ceramic sheet 2. Each internal electrode 3 is disposed with a gap of about 0.4 mm from the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 2, and a part thereof extends to the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 2.

図3(b)に示される圧電セラミックスシート2は、その幅方向の略半分に内部電極3を備えている。内部電極3は、圧電セラミックスシート2の長さ方向に約0.4mmの絶縁距離を開けて2つ配列されている。各内部電極3は、圧電セラミックスシート2の周縁から約0.4mmの隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート2の周縁まで延びている。   The piezoelectric ceramic sheet 2 shown in FIG. 3B is provided with an internal electrode 3 in substantially half of its width direction. Two internal electrodes 3 are arranged with an insulation distance of about 0.4 mm in the length direction of the piezoelectric ceramic sheet 2. Each internal electrode 3 is disposed with a gap of about 0.4 mm from the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 2, and a part thereof extends to the periphery of the piezoelectric ceramic sheet 2.

これら内部電極3を備えた圧電セラミックスシート2は、図3(a)に示される内部電極3の大きいものと、図3(b)に示される内部電極3の小さいものとが交互に複数枚積層されることにより、直方体状の圧電積層体4を構成している。   The piezoelectric ceramic sheet 2 provided with these internal electrodes 3 is formed by laminating a plurality of sheets each having a large internal electrode 3 shown in FIG. 3A and a small internal electrode 3 shown in FIG. As a result, a rectangular parallelepiped piezoelectric laminate 4 is formed.

圧電積層体4の長さ方向の両端面には2個ずつ、合計4個の外部電極10が設けられている。各外部電極10には、同種の圧電セラミックスシート2の同一位置に配される全ての内部電極3が接続されている。これにより、同種の圧電セラミックスシート2の同一位置に配される内部電極3は、同一の電位とされるようになっている。なお、外部電極10には図示しない配線が接続されている。配線は、リード線、フレキシブル基板等、可撓性を有する配線であれば任意のものでよい。   A total of four external electrodes 10 are provided on each end face in the length direction of the piezoelectric laminate 4, two each. All the internal electrodes 3 arranged at the same position of the same kind of piezoelectric ceramic sheet 2 are connected to each external electrode 10. Thereby, the internal electrodes 3 arranged at the same position of the same kind of piezoelectric ceramic sheet 2 are set to the same potential. The external electrode 10 is connected to a wiring (not shown). The wiring may be any wiring as long as it is flexible, such as a lead wire or a flexible substrate.

次に、このようにして構成された圧電積層体4の動作について説明する。
圧電積層体4の長さ方向の一端に形成された2つの外部電極10をA相(A+,A−)、他端に形成された2つの外部電極10をB相(B+,B−)とする。A相およびB相に同位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図4に示されるような1次の縦振動が励起されるようになっている。また、A相とB相とに逆位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図5に示されるような2次の屈曲振動が励起されるようになっている。図4および図5は、有限要素法によるコンピュータ解析結果を示す図である。
Next, the operation of the piezoelectric laminate 4 configured as described above will be described.
Two external electrodes 10 formed at one end in the longitudinal direction of the piezoelectric laminate 4 are A phase (A +, A−), and two external electrodes 10 formed at the other end are B phase (B +, B−). To do. When an alternating voltage having the same phase and corresponding to the resonance frequency is applied to the A phase and the B phase, the primary longitudinal vibration as shown in FIG. 4 is excited. Further, when an alternating voltage corresponding to the resonance frequency is applied to the A phase and the B phase in opposite phases, a secondary bending vibration as shown in FIG. 5 is excited. 4 and 5 are diagrams showing computer analysis results by the finite element method.

前記摩擦接触子5は、前記圧電積層体4の2次の屈曲振動の腹となる2カ所の位置に、保護プレート9を介して圧電積層体4に接着されている。これにより、圧電積層体4に1次の縦振動が発生したときには、摩擦接触子5が圧電積層体4の長さ方向(図1に示されるX方向)に変位させられるようになっている。一方、圧電積層体4に2次の屈曲振動が生じたときには、摩擦接触子5が、圧電積層体4の幅方向(図1に示されるZ方向)に変位させられるようになっている。   The frictional contacts 5 are bonded to the piezoelectric laminate 4 via protective plates 9 at two positions that become antinodes of secondary bending vibration of the piezoelectric laminate 4. Thus, when primary longitudinal vibration occurs in the piezoelectric laminate 4, the friction contact 5 is displaced in the length direction of the piezoelectric laminate 4 (X direction shown in FIG. 1). On the other hand, when secondary bending vibration occurs in the piezoelectric laminate 4, the frictional contact 5 is displaced in the width direction of the piezoelectric laminate 4 (Z direction shown in FIG. 1).

したがって、超音波振動子1のA相とB相とに、位相が90°ずれた共振周波数に対応する交番電圧を加えることにより、1次の縦振動と2次の屈曲振動とが同時に発生して、図1に矢印Cで示されるように、摩擦接触子5の位置において時計回りまたは反時計回りの略楕円振動が発生するようになっている。   Therefore, by applying an alternating voltage corresponding to the resonance frequency whose phase is shifted by 90 ° to the A phase and the B phase of the ultrasonic vibrator 1, the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration are generated simultaneously. Thus, as indicated by an arrow C in FIG. 1, a substantially elliptical vibration that is clockwise or counterclockwise is generated at the position of the friction contact 5.

前記押圧部材7は、断面略コ字状に形成された保持部11と、該保持部11の両側面から垂直に突出する該保持部11と一体的なピン6とを備えている。保持部11は、保護プレート8で被覆されている圧電積層体4の側面側から圧電積層体4を囲むようにして、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂により圧電積層体4に接着されている。保持部11が圧電積層体4に接着された状態で、保持部11の両側面に一体的に設けられた2つのピン6は、圧電積層体4の縦振動と屈曲振動の共通の節となる位置に同軸に配置されるようになっている。ピン6を位置決め状態に保持することにより、圧電積層体4の振動に影響を与えることなく超音波振動子1を位置決め状態に保持することができるようになっている。   The pressing member 7 includes a holding portion 11 having a substantially U-shaped cross section, and a pin 6 integral with the holding portion 11 protruding perpendicularly from both side surfaces of the holding portion 11. The holding unit 11 is bonded to the piezoelectric laminate 4 with, for example, a silicone resin or an epoxy resin so as to surround the piezoelectric laminate 4 from the side surface side of the piezoelectric laminate 4 covered with the protective plate 8. In a state where the holding unit 11 is bonded to the piezoelectric laminate 4, the two pins 6 integrally provided on both side surfaces of the holding unit 11 serve as a common node for the longitudinal vibration and the bending vibration of the piezoelectric laminate 4. It is arranged coaxially at the position. By holding the pin 6 in the positioning state, the ultrasonic vibrator 1 can be held in the positioning state without affecting the vibration of the piezoelectric laminate 4.

このように構成された本実施形態に係る超音波振動子1の作用について以下に説明する。本実施形態に係る超音波振動子1を作動させて被駆動体Xを駆動するには、図1に示されるように、押圧部材7に押圧力Fを加えて摩擦接触子5を被駆動体Xに密着させ、外部電極10に接続された配線を介して、位相が90°異なる高周波電圧(A相およびB相)を供給する。
これにより、超音波振動子1に接着された摩擦接触子5には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が発生し、その略楕円振動の接線方向に沿って被駆動体Xのとの間の生ずる摩擦力により、被駆動体Xが推進されることになる。
The operation of the ultrasonic transducer 1 according to this embodiment configured as described above will be described below. To drive the driven body X by operating the ultrasonic transducer 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the pressing force F is applied to the pressing member 7 so that the friction contact 5 is driven. High-frequency voltages (A phase and B phase) that are 90 ° different in phase are supplied through a wire that is in close contact with X and connected to the external electrode 10.
As a result, a substantially elliptical vibration in which the longitudinal vibration mode and the bending vibration mode are mixed is generated in the frictional contact 5 bonded to the ultrasonic vibrator 1 and driven along the tangential direction of the substantially elliptical vibration mode. The driven body X is propelled by the frictional force generated between the body X and the body X.

この場合において、本実施形態に係る超音波振動子1によれば、押圧力Fを加える押圧部材7と圧電積層体4との間に圧電積層体4の側面を被覆する保護プレート8が配置されており、該保護プレート8が、圧電積層体4を構成する圧電セラミックスシート2よりも延性の高い材料により構成されているので、押圧力Fが加えられることにより押圧部材7の角部近傍の圧電積層体4に発生する応力集中が保護プレート8により分散される。   In this case, according to the ultrasonic transducer 1 according to this embodiment, the protective plate 8 that covers the side surface of the piezoelectric laminate 4 is disposed between the pressing member 7 that applies the pressing force F and the piezoelectric laminate 4. Since the protective plate 8 is made of a material having higher ductility than the piezoelectric ceramic sheet 2 constituting the piezoelectric laminate 4, the piezoelectric plate near the corner of the pressing member 7 is applied by the pressing force F. Stress concentration generated in the laminate 4 is dispersed by the protective plate 8.

したがって、比較的大きな押圧力Fを加えても、圧電積層体4を破断させることなく保護することができる。そして、大きな押圧力Fを加えることにより、摩擦接触子5と被駆動体Xとの間に発生する摩擦力を増加させ、大きな駆動力を得ることができるという利点がある。   Therefore, even if a relatively large pressing force F is applied, the piezoelectric laminate 4 can be protected without breaking. Then, by applying a large pressing force F, there is an advantage that a large driving force can be obtained by increasing the frictional force generated between the friction contact 5 and the driven body X.

一方、本実施形態に係る超音波振動子1によれば、摩擦接触子5と圧電積層体4との間にも圧電積層体4の表面を被覆する保護プレート9が配置されているので、押圧力Fが加えられることにより摩擦接触子5の角部近傍の圧電積層体4に発生する応力集中も保護プレート9により分散される。したがって、この部位においても、圧電積層体4を破断させることなく保護することができる。   On the other hand, according to the ultrasonic vibrator 1 according to the present embodiment, the protective plate 9 that covers the surface of the piezoelectric laminate 4 is also disposed between the friction contact 5 and the piezoelectric laminate 4. The stress concentration generated in the piezoelectric laminate 4 in the vicinity of the corners of the friction contact 5 by the pressure F is also dispersed by the protective plate 9. Therefore, also in this part, it is possible to protect the piezoelectric laminate 4 without breaking it.

このように本実施形態に係る超音波振動子1によれば、圧電積層体4を破断させることなく大きな押圧力Fを加えることが可能であり、摩擦接触子5と被駆動体Xとの間に大きな摩擦力を生じさせて、より大きな駆動力を得ることができる。   As described above, according to the ultrasonic vibrator 1 according to the present embodiment, it is possible to apply a large pressing force F without breaking the piezoelectric laminated body 4, and between the friction contact 5 and the driven body X. A larger frictional force can be generated in the first, and a larger driving force can be obtained.

なお、本実施形態においては、押圧部材7と保護プレート8とを別々に設けた例を示したが、これに代えて、図6に示されるように、押圧部材7と保護プレート8とを一体的に単一の押圧部材7′として構成してもよい。このようにすることで、部品点数の削減および組立工数の削減を図りコストを低減することができるという利点がある。   In the present embodiment, an example in which the pressing member 7 and the protection plate 8 are provided separately has been shown, but instead, the pressing member 7 and the protection plate 8 are integrated as shown in FIG. Alternatively, it may be configured as a single pressing member 7 '. By doing in this way, there exists an advantage that reduction of a number of parts and reduction of an assembly man-hour can be aimed at, and cost can be reduced.

また、摩擦接触子5と保護プレート9とを別々に設けた例を示したが、これに代えて、摩擦接触子5と保護プレート9とを一体的に単一部品として構成してもよい。同様にして、部品点数の削減および組立工数の削減を図りコストを低減することができるという利点がある。   Moreover, although the example which provided the friction contact 5 and the protection plate 9 separately was shown, it replaces with this and you may comprise the friction contact 5 and the protection plate 9 integrally as a single component. Similarly, there is an advantage that the cost can be reduced by reducing the number of parts and the number of assembly steps.

また、圧電積層体4の2側面を被覆する保護プレート8,9を別々に設けた例を示したが、これに代えて、図7に示されるように、保護プレート8,9どうしを一体的に連結する連結部材12を設けることとしてもよい。図中、外部電極10は図示を省略している。   Moreover, although the example which provided separately the protective plates 8 and 9 which coat | cover two side surfaces of the piezoelectric laminated body 4 was shown, it replaces with this and as shown in FIG. It is good also as providing the connection member 12 connected to. In the drawing, the external electrode 10 is not shown.

このようにすることで、連結部材12により保護プレート8,9の間隔が変化しないように維持されるので、保護プレート8,9が圧電積層体4の表面から剥離しないように保持することができる。特に、圧電積層体4の外面にアウトサート樹脂成形等により保護プレート8,9および連結部材12を一体的に成形すれば、製造容易であり、製品コストを削減することも可能となる。   By doing in this way, since it maintains so that the space | interval of the protective plates 8 and 9 may not change with the connection member 12, it can hold | maintain so that the protective plates 8 and 9 may not peel from the surface of the piezoelectric laminated body 4. FIG. . In particular, if the protective plates 8 and 9 and the connecting member 12 are integrally formed on the outer surface of the piezoelectric laminate 4 by outsert resin molding or the like, it is easy to manufacture and the product cost can be reduced.

また、本実施形態においては、圧電積層体4を構成する圧電セラミックスシート2の幅方向の側面に摩擦接触子5を接着した超音波振動子1を例に挙げて説明したが、図8に示されるように、圧電セラミックスシート2の積層方向の一側面に摩擦接触子5を接着した超音波振動子1において、該摩擦接触子5を接着する側面およびその正反対の側面を保護プレート8,9により被覆することとし、両保護プレート8,9を連結する連結部材12を設けることとしてもよい。このようにすることで、連結部材12により、圧電積層体4から保護プレート8,9の剥離防止のみならず、圧電積層体4を構成する圧電セラミックスシート2どうしの剥離をも防止することが可能となる。   In the present embodiment, the ultrasonic vibrator 1 in which the friction contact 5 is bonded to the side surface in the width direction of the piezoelectric ceramic sheet 2 constituting the piezoelectric laminate 4 is described as an example. In the ultrasonic vibrator 1 in which the friction contact 5 is bonded to one side surface of the piezoelectric ceramic sheet 2 in the stacking direction, the side surface to which the friction contact member 5 is bonded and the opposite side surface thereof are protected by protective plates 8 and 9. It is good also as providing, and providing the connection member 12 which connects both the protection plates 8 and 9. By doing so, the connecting member 12 can prevent not only the protective plates 8 and 9 from being peeled off from the piezoelectric laminate 4 but also the peeling between the piezoelectric ceramic sheets 2 constituting the piezoelectric laminate 4. It becomes.

また、連結部材12としては、図7および図8に示されるような保護プレート8,9と一体的に設けられたものの他、図9および図10に示されるように、保護プレート8,9とは別部材により構成されたもの連結部材12′を採用することとしてもよい。この場合、連結部材12′の弾性により保護プレート8,9を圧電積層体4の表面に押し付ける付勢力を作用させることが好ましい。図9は、図1の超音波振動子1に連結部材12′を設けたもの、図10は、図6の超音波振動子1に連結部材12′を設けたものであり、外部電極の図示は省略している。なお、図示しないが、図8の超音波振動子1に連結部材12′を取り付けることとしてもよい。   Further, as the connecting member 12, in addition to those integrally provided with the protective plates 8 and 9 as shown in FIGS. 7 and 8, as shown in FIGS. 9 and 10, the protective plates 8 and 9 and Alternatively, a connecting member 12 'constituted by another member may be adopted. In this case, it is preferable to apply an urging force that presses the protective plates 8 and 9 against the surface of the piezoelectric laminate 4 by the elasticity of the connecting member 12 ′. FIG. 9 shows the ultrasonic transducer 1 of FIG. 1 provided with a connecting member 12 ′, and FIG. 10 shows the ultrasonic transducer 1 of FIG. 6 provided with a connecting member 12 ′. Is omitted. Although not shown, a connecting member 12 'may be attached to the ultrasonic transducer 1 shown in FIG.

また、本実施形態においては、ピン6を保持する保持部11として、圧電積層体4を一側面方向から覆うように配置される断面コ字状の部材を採用したが、これに代えて、図11に示されるように、保護プレート8を介して圧電積層体4に固定される第1のブロック13と、該第1のブロック13に隙間をあけて対向配置される第2のブロック14とにより保持部11′を構成し、これらのブロック13,14に形成されたV字溝13a,14aにピン6を挟んで保持することとしてもよい。押圧力Fはブロック13,14およびピン6を介して圧電積層体4に伝達されるとともに、ピン6を挟持状態に保持するようになっている。   Further, in the present embodiment, a U-shaped member arranged so as to cover the piezoelectric laminate 4 from one side surface direction is adopted as the holding portion 11 that holds the pin 6. 11, the first block 13 that is fixed to the piezoelectric laminate 4 via the protective plate 8 and the second block 14 that is opposed to the first block 13 with a gap therebetween. It is good also as comprising holding | maintenance part 11 'and pinching the pin 6 in V-shaped groove 13a, 14a formed in these blocks 13,14. The pressing force F is transmitted to the piezoelectric laminate 4 through the blocks 13 and 14 and the pin 6 and holds the pin 6 in a sandwiched state.

本発明の第1の実施形態に係る超音波振動子を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention. 図1の超音波振動子を構成する圧電積層体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric laminated body which comprises the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 図2の圧電積層体を構成する圧電セラミックスシートを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric ceramic sheet which comprises the piezoelectric laminated body of FIG. 図1の圧電積層体が1次の縦振動モードで振動する様子をコンピュータ解析により示す図である。It is a figure which shows a mode that the piezoelectric laminated body of FIG. 1 vibrates in the primary longitudinal vibration mode by computer analysis. 図1の圧電積層体が2次の屈曲振動モードで振動する様子をコンピュータ解析により示す図である。It is a figure which shows a mode that the piezoelectric laminated body of FIG. 1 vibrates in a secondary bending vibration mode by computer analysis. 図1の超音波振動子の第1の変形例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a first modification of the ultrasonic transducer of FIG. 1. 図1の超音波振動子の第2の変形例を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a second modification of the ultrasonic transducer in FIG. 1. 図1の超音波振動子の第3の変形例を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a third modification of the ultrasonic transducer in FIG. 1. 図1の超音波振動子の第4の変形例を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a fourth modification of the ultrasonic transducer in FIG. 1. 図1の超音波振動子の第5の変形例を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a fifth modification of the ultrasonic transducer in FIG. 1. 図1の超音波振動子の第6の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 6th modification of the ultrasonic transducer | vibrator of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

X 被駆動体
1 超音波振動子
2 圧電セラミックスシート
3 内部電極
4 圧電積層体
5 摩擦接触子
7,7′ 押圧部材
8 保護プレート(押圧側保護プレート)
9 保護プレート(接触子側保護プレート)
12,12′ 連結部材
X Driven body 1 Ultrasonic vibrator 2 Piezoelectric ceramic sheet 3 Internal electrode 4 Piezoelectric laminate 5 Friction contact 7, 7 'Pressing member
8 Protection plate (Pressure side protection plate)
9 Protection plate (Contact side protection plate)
12, 12 'connecting member

Claims (9)

表面に内部電極を備えた複数の圧電セラミックスシートを積層してなる圧電積層体と、
該圧電積層体の被駆動体への押圧方向の側面を被覆し、前記圧電積層体よりも延性の高い材質からなる押圧側保護プレートと、
該押圧側保護プレートを介して前記圧電積層体の長さ方向の略中央位置に押圧力を加える押圧部材と、
該押圧部材とは正反対の側面に配置され、被駆動体に接触させられる摩擦接触子とを備える超音波振動子。
A piezoelectric laminate formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramic sheets having internal electrodes on the surface;
A pressure-side protective plate made of a material having a higher ductility than the piezoelectric laminate, covering the side surface in the pressing direction of the piezoelectric laminate to the driven body;
A pressing member that applies a pressing force to a substantially central position in the length direction of the piezoelectric laminate through the pressing side protection plate;
An ultrasonic transducer comprising a friction contact disposed on a side opposite to the pressing member and brought into contact with a driven body.
前記押圧側保護プレートが、金属または樹脂により構成されている請求項1に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the pressing side protection plate is made of metal or resin. 前記押圧側保護プレートと前記押圧部材とが一体的に構成されている請求項1または請求項2に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the pressing side protection plate and the pressing member are integrally configured. 前記圧電積層体の前記摩擦接触子が設けられている側面を被覆する接触子側保護プレートを備え、
前記摩擦接触子が、前記接触子側保護プレートを介して前記圧電積層体の側面に固定されている請求項1から請求項3のいずれかに記載の超音波振動子。
A contact-side protection plate that covers a side surface of the piezoelectric laminate on which the friction contact is provided;
The ultrasonic vibrator according to claim 1, wherein the friction contact is fixed to a side surface of the piezoelectric laminate through the contact-side protection plate.
前記接触子側保護プレートが、金属または樹脂により構成されている請求項4に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 4, wherein the contact-side protection plate is made of metal or resin. 前記摩擦接触子と前記接触子側保護プレートとが一体的に構成されている請求項4または請求項5に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 4, wherein the friction contact and the contact-side protection plate are integrally formed. 前記押圧側保護プレートと前記接触子側保護プレートとを連結する連結部材を備える請求項4または請求項5に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 4, further comprising a connecting member that connects the pressing side protection plate and the contactor side protection plate. 前記連結部材が、前記押圧側保護プレートおよび接触子側保護プレートを、前記圧電積層体の側面に押し付ける方向に付勢する請求項7に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 7, wherein the connecting member biases the pressing-side protection plate and the contactor-side protection plate in a direction to press the side surface of the piezoelectric laminate. 前記押圧側保護プレートおよび前記接触子側保護プレートが、前記圧電積層体における圧電セラミックスシートの積層方向の両端側面に配置されている請求項8に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 8, wherein the pressing-side protection plate and the contactor-side protection plate are arranged on both side surfaces in the stacking direction of the piezoelectric ceramic sheets in the piezoelectric laminate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009159795A (en) * 2007-12-27 2009-07-16 Olympus Corp Ultrasonic motor

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