JP3311446B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP3311446B2
JP3311446B2 JP30040193A JP30040193A JP3311446B2 JP 3311446 B2 JP3311446 B2 JP 3311446B2 JP 30040193 A JP30040193 A JP 30040193A JP 30040193 A JP30040193 A JP 30040193A JP 3311446 B2 JP3311446 B2 JP 3311446B2
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piezoelectric
electrode
ultrasonic
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ultrasonic vibrator
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朋樹 舟窪
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動子を有する
超音波モータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has an ultrasonic vibrator.
It relates to an ultrasonic motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電磁型モータに代わる新しいモー
タとして超音波モータが注目されている。この超音波モ
ータは、従来の電磁型モータに比べ以下のような利点を
有している。
2. Description of the Related Art In recent years, an ultrasonic motor has attracted attention as a new motor replacing an electromagnetic motor. This ultrasonic motor has the following advantages over a conventional electromagnetic motor.

【0003】(1)ギヤーなしで低速高推力が得られ
る。 (2)保持力が大きい。 (3)ストロークが長く、高分解能である。 (4)静粛性にとんでいる。 (5)磁気的ノイズを発せず、また、ノイズの影響もう
けない。 また、本出願人は先に特願平4−321096号におい
て、従来の超音波振動子と該振動子を用いた超音波リニ
アモータを提案している。以下、図を参照して該従来の
超音波振動子と該振動子を用いた超音波リニアモータに
ついて説明する。
(1) A low speed and high thrust can be obtained without a gear. (2) Large holding force. (3) Long stroke and high resolution. (4) Quiet and quiet. (5) No magnetic noise is generated, and no influence of noise is generated. The present applicant has previously proposed a conventional ultrasonic vibrator and an ultrasonic linear motor using the vibrator in Japanese Patent Application No. 4-321096. Hereinafter, the conventional ultrasonic transducer and an ultrasonic linear motor using the transducer will be described with reference to the drawings.

【0004】図24は、上記従来の技術手段における超
音波振動子の構成を示した正面図である。
FIG. 24 is a front view showing the structure of an ultrasonic vibrator in the above-mentioned conventional technical means.

【0005】この図に示すように、超音波振動子110
は、基本弾性体111の上部の、2次の共振屈曲振動の
ほぼ腹に対応する部分に積層型圧電素子113が配設さ
れている。該積層型圧電素子113は、保持用弾性体1
12により上記基本弾性体111上に固定されている。
すなわち、図示しないが該基本弾性体111には3か所
にネジのタップが穿設されており、さらに、上記保持用
弾性体112は3本のビス114により基本弾性体11
1に固定され、これにより、上記積層型圧電素子113
は保持用弾性体112に側方から押圧されて保持され
る。
[0005] As shown in FIG.
The laminated piezoelectric element 113 is disposed on the upper part of the basic elastic body 111 at a portion substantially corresponding to the antinode of the secondary resonance bending vibration. The laminated piezoelectric element 113 is provided with the holding elastic body 1.
12 fixed on the basic elastic body 111.
That is, although not shown, the basic elastic body 111 is provided with three screw taps at three locations.
1 so that the multilayer piezoelectric element 113
Is pressed and held by the holding elastic body 112 from the side.

【0006】また、上記積層型圧電素子113と保持用
弾性体112とが接触する部分はエポキシ系の接着剤で
固定され、該積層型圧電素子113におけるその他の部
分は樹脂等により被覆されている。さらに、上記保持用
弾性112と基本弾性体111とが接触する部分もエポ
キシ系の接着剤により接合される。
A portion where the laminated piezoelectric element 113 contacts the holding elastic body 112 is fixed with an epoxy adhesive, and other parts of the laminated piezoelectric element 113 are covered with a resin or the like. . Further, a portion where the holding elastic 112 and the basic elastic body 111 are in contact with each other is also joined by an epoxy adhesive.

【0007】上記基本弾性体111において上記積層型
圧電素子113が配置されている面(図中、上面)に対
して反対側の面、すなわち、被駆動体と接触する側の面
における屈曲振動の腹に対応する部分には、アモルファ
スカーボンで構成された駆動子116がエポキシ系の接
着剤を用いて接合されている。
The surface of the basic elastic body 111 opposite to the surface on which the multilayer piezoelectric element 113 is arranged (the upper surface in the figure), that is, the bending vibration on the surface in contact with the driven body. A driver 116 made of amorphous carbon is joined to a portion corresponding to the antinode using an epoxy-based adhesive.

【0008】このような構成をなす上記超音波振動子の
摺動部材に対し、ステンレス材等の被駆動体(図示せ
ず)をある一定の押圧力で直線移動可能な如く保持する
ことで超音波リニアモータが構成できる。
The driven member (not shown) made of stainless steel or the like is held by the sliding member of the ultrasonic vibrator having such a structure so as to be linearly movable with a certain pressing force. A sonic linear motor can be configured.

【0009】次に、上記超音波振動子110の動作につ
いて説明する。
Next, the operation of the ultrasonic transducer 110 will be described.

【0010】上記超音波振動子110の寸法を適当にと
ることで1次の共振縦振動、および2次の共振屈曲振動
がほぼ同一周波数で励起できる。図24において左側の
積層型圧電素子113から取り出されている図示しない
電気端子をA,G(A相と呼ぶ)とし、右側の積層型圧
電素子113から取り出されている図示しない電気端子
をB,G(B相と呼ぶ)とする。まず、上記A相および
B相に30Vの直流電圧を印加する。こうすることで、
積層型圧電素子113にほぼ70Nの圧縮力(与圧)を
かけることができる。
By appropriately setting the dimensions of the ultrasonic vibrator 110, the primary resonance longitudinal vibration and the secondary resonance bending vibration can be excited at almost the same frequency. In FIG. 24, electric terminals (not shown) taken out of the left laminated piezoelectric element 113 are denoted by A and G (referred to as A phase), and electric terminals (not shown) taken out of the right laminated piezoelectric element 113 are denoted by B and B. G (called B phase). First, a DC voltage of 30 V is applied to the A phase and the B phase. By doing this,
A compression force (pressurization) of approximately 70 N can be applied to the multilayer piezoelectric element 113.

【0011】その後、上記A相に周波数Frで振幅10
Vp−pの交番電圧を印加し、B相に同一周波数、同振
幅で同位相の交番電圧を印加すると一次の共振縦振動が
励起できる。次に、A相に周波数Frで振幅10Vp−
pの交番電圧を印加し、B相に同一周波数、同振幅で逆
位相の交番電圧を印加すると2次の共振屈曲振動が励起
できる。
Thereafter, the phase A is applied to the phase A at a frequency Fr and an amplitude of 10
When an alternating voltage of Vp-p is applied and an alternating voltage having the same frequency, the same amplitude, and the same phase is applied to the B phase, the primary resonance longitudinal vibration can be excited. Next, in the A phase, at a frequency Fr and an amplitude of 10 Vp-
When an alternating voltage of p is applied and an alternating voltage of the same frequency, the same amplitude and the opposite phase is applied to the B phase, a secondary resonance bending vibration can be excited.

【0012】さて、A相及びB相に周波数Frで振幅1
0Vp−pの交番電圧を印加し、その位相差を90度又
は−90度にすると駆動子116の位置において、時計
廻り又は反時計廻りの超音波楕円振動が励起できる。こ
のとき駆動子116に押圧された被駆動体は右方向また
は左方向に駆動される。
Now, the A-phase and the B-phase have an amplitude of 1 at a frequency Fr.
When an alternating voltage of 0 Vp-p is applied and the phase difference is set to 90 degrees or -90 degrees, clockwise or counterclockwise ultrasonic elliptical vibration can be excited at the position of the driver 116. At this time, the driven body pressed by the driver 116 is driven rightward or leftward.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波モータは、黄銅等の弾性体と積層型圧電
素子を接着剤を用いて接合しているため、制作工程が複
雑であり、また、各部品の相対的な位置が狂い易く、振
動特性がばらつき易い。さらに、共振状態で接着剥がれ
が起き易い等の問題点があった。
However, the above-described conventional ultrasonic motor has a complicated manufacturing process because an elastic body such as brass and a laminated piezoelectric element are joined using an adhesive. In addition, the relative positions of the respective components are likely to be out of order, and the vibration characteristics are likely to vary. Further, there has been a problem that the adhesive is easily peeled off in a resonance state.

【0014】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、積層圧電体を弾性基体に接着する工程が必要
なく、接着剥がれ等が起こらず、振動特性のばらつきの
小さい超音波モータを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and requires a step of bonding a laminated piezoelectric body to an elastic substrate.
No peeling of adhesive, etc.
An object is to provide a small ultrasonic motor.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による第1の超音波モータは、被駆動体と、
圧電板を同一方向に積層して構成される第1の圧電積層
体及び第2の圧電積層体であって、絶縁部を介して一体
に構成されている第1及び第2の圧電積層体と、前記第
1及び第2の圧電積層体の側面であって、前記被駆動体
と接触する面の屈曲振動の腹の位置にそれぞれ設けられ
た駆動子と、前記第1及び第2の圧電積層体の層間であ
って前記積層された圧電板側面に交互に設けられた第1
の電極群及び第2の電極群を有する内部電極と、前記第
1の圧電積層体の外部表面に設けられ、前記第1の電極
群と導通した第1の外部電極と、前記第1の圧電積層体
の外部表面に設けられ、前記第2の電極群と導通した第
2の外部電極と、前記第2の圧電積層体の外部表面に設
けられ、前記第1の電極群と導通した第3の外部電極
と、前記第2の圧電積層体の外部表面に設けられ、前記
第2の電極群と導通した第4の外部電極と、を具備し
前記第1及び第2の外部電極間と前記第3及び第4の外
部電極間に互いに位相の異なる電圧を印加することによ
り、縦振動と屈曲振動とを励起して前記駆動子を楕円運
動させて被駆動体を駆動することを特徴とする。 また、
本発明による第2の超音波モータは、上記第1の超音波
モータにおいて、前記第1及び第2の圧電積層体は、前
記被駆動体の駆動方向に積層された圧電板を絶縁部によ
り2つの積層体に分割することで、直列配置となるよう
構成され、前記第1の電極群及び第2の電極群は、前記
圧電板の側面であって、前記駆動子と逆側に設けられて
いることを特徴とする。また、本発明による第3の超音
波モータは、上記第1の超音波モータにおいて、前記第
1及び第2の圧電積層体は、前記被駆動体の駆動方向に
直交する方向に積層し、前記第1及び第2の電極群を各
圧電板の中央部に設けた絶縁部により2つの領域に分割
することで、並列配置となるよう構成されていることを
特徴とする。
In order to achieve the above object, a first ultrasonic motor according to the present invention comprises a driven body,
First piezoelectric lamination configured by laminating piezoelectric plates in the same direction
And a second piezoelectric laminate, which are integrated via an insulating portion.
The first and second piezoelectric laminates configured as
A side face of the first and second piezoelectric laminates, wherein the driven body
A driver provided at a position of an antinode of the bending vibration on a surface in contact with the first and second piezoelectric laminates, and a first driver alternately provided on a side surface of the laminated piezoelectric plate between the first and second piezoelectric laminates.
An internal electrode having a first electrode group and a second electrode group ; a first external electrode provided on an outer surface of the first piezoelectric laminate and electrically connected to the first electrode group; A second external electrode provided on the external surface of the multilayer body and electrically connected to the second electrode group; and a third external electrode provided on the external surface of the second piezoelectric multilayer body and electrically connected to the first electrode group. An external electrode, and a fourth external electrode provided on the external surface of the second piezoelectric laminate and electrically connected to the second electrode group .
Between the first and second external electrodes and between the third and fourth external electrodes;
By applying voltages having different phases to each other between the
To excite the longitudinal and bending vibrations to move the driver elliptically.
The driven body is driven by being moved. Also,
The second ultrasonic motor according to the present invention includes the first ultrasonic motor
In the motor, the first and second piezoelectric laminates are
The piezoelectric plates laminated in the driving direction of the driven body are
By dividing into two laminates, it becomes a serial arrangement
And wherein the first electrode group and the second electrode group are
The side surface of the piezoelectric plate, provided on the opposite side to the driver
It is characterized by being. Also, a third supersonic according to the present invention
The wave motor according to the first ultrasonic motor,
The first and second piezoelectric laminates are arranged in a driving direction of the driven body.
The first and second electrode groups are stacked in a direction orthogonal to each other.
Divided into two areas by the insulating part provided in the center of the piezoelectric plate
By doing so, it is
Features.

【0016】[0016]

【作用】本発明による超音波振動子は、電気−機械エネ
ルギー変換素子に駆動信号を印加し、上記第1の電極群
が設けられた領域には、縦振動によって生じる伸縮歪成
分の符号と屈曲振動によって生じる伸縮歪成分の符号と
が同一になる振動が生じ、また、上記第2の電極群が設
けられた領域には、縦振動によって生じる伸縮歪成分の
符号と屈曲振動によって生じる歪成分とが異なる振動が
生じる。
The ultrasonic vibrator according to the present invention applies a drive signal to the electro-mechanical energy conversion element, and in the area where the first electrode group is provided, the sign and the bending of the expansion / contraction strain component generated by the longitudinal vibration. Vibration occurs in which the sign of the stretching component generated by the vibration is the same as the sign of the stretching component, and in the area where the second electrode group is provided, the sign of the stretching component caused by the longitudinal vibration and the strain component caused by the bending vibration are Causes different vibrations.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1は、本発明の第1実施例を示す超音波
振動子の正面図であり、また、図2は、該超音波振動子
の上面図である。
FIG. 1 is a front view of an ultrasonic vibrator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the ultrasonic vibrator.

【0019】図に示すように、本第1実施例の超音波振
動子10の基本的な部分は、内部電極処理が施された矩
形状のPZT−PMN系の圧電板11が積層されて構成
された2つの圧電体積層部18が、同じく矩形状のPZ
T−PMN系の3つの絶縁板12に図に示すように挟設
され構成されている。
As shown in the figure, a basic portion of the ultrasonic vibrator 10 of the first embodiment is configured by laminating a rectangular PZT-PMN-based piezoelectric plate 11 which has been subjected to internal electrode treatment. The two stacked piezoelectric members 18 are similarly rectangular PZs.
As shown in the figure, it is configured to be sandwiched between three T-PMN-based insulating plates 12.

【0020】図3は、上記超音波振動子10の基本的な
部分を詳しく示した要部分解斜視図である。また、図4
は、上記超音波振動子10における一圧電板11の両側
面を示した要部斜視図であり、図5は、上記図4に示す
圧電板11に隣接する圧電板11の両側面を示した要部
斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the essential parts of the ultrasonic transducer 10 in detail. FIG.
FIG. 5 is a perspective view of relevant parts showing both side surfaces of one piezoelectric plate 11 in the ultrasonic transducer 10, and FIG. 5 shows both side surfaces of the piezoelectric plate 11 adjacent to the piezoelectric plate 11 shown in FIG. It is a principal part perspective view.

【0021】上記圧電板11は高さ10mm、奥行き4
mm、厚さ100μmの形状を有する圧電素子であり、
その一側面上部には内部電極17aが、さらに該内部電
極17aの裏面側上部には内部電極17bがそれぞれ配
設されている。
The piezoelectric plate 11 has a height of 10 mm and a depth of 4 mm.
mm, a piezoelectric element having a thickness of 100 μm,
An internal electrode 17a is provided on an upper portion of one side surface, and an internal electrode 17b is provided on an upper portion of a back surface of the internal electrode 17a.

【0022】上記内部電極17aは、厚さ10μm程度
の銀−パラジウム合金が矩形状に塗布された薄膜電極で
あり、図4,図5に示すように、圧電板11の一側面に
図中、背面側端部に1mm程度、上面側端部に1mm、
下部に該圧電板11の高さの約2/3程度の絶縁部をそ
れぞれ有するように配置されている。一方、上記内部電
極17bは、上記圧電板11において上記内部電極17
aの裏面がわに配設されており、同様に厚さ10μm程
度の銀−パラジウム合金が塗布された薄膜電極である。
そして、該裏面に図中、正面側端部に1mm程度、上面
側端部に1mm、下部に該圧電板11の高さの約2/3
程度の絶縁部をそれぞれ有するように配置されている。
The internal electrode 17a is a thin film electrode on which a silver-palladium alloy having a thickness of about 10 μm is applied in a rectangular shape. As shown in FIGS. About 1 mm at the back end, 1 mm at the top end,
The piezoelectric plates 11 are arranged so as to have an insulating portion at a lower portion thereof, which is approximately の of the height of the piezoelectric plate 11. On the other hand, the internal electrode 17b is connected to the internal electrode 17 on the piezoelectric plate 11.
a is a thin-film electrode having a back surface allotted to a side and similarly coated with a silver-palladium alloy having a thickness of about 10 μm.
Then, on the back surface, about 1 mm at the front end, 1 mm at the upper end, and about / of the height of the piezoelectric plate 11 at the bottom in the figure.
It is arranged so as to have a degree of insulation.

【0023】上記圧電板11における内部電極17a,
17bの塗布位置は、図4,図5に示すように、互いに
隣接する圧電板11で塗布位置が一側面とその裏面とで
逆になっている。このような内部電極17a,17bが
施された2種類の圧電板11(図4,図5)を交互に1
00層程度積層して、本第1実施例の圧電板積層部18
(図1参照)が構成されている。
The internal electrodes 17a, 17a,
As shown in FIGS. 4 and 5, the application position of 17b is reversed between one side surface and the back surface of the piezoelectric plates 11 adjacent to each other. The two types of piezoelectric plates 11 (FIGS. 4 and 5) provided with such internal electrodes 17a and 17b are alternately set to one.
About 00 layers are laminated, and the piezoelectric plate laminated portion 18 of the first embodiment is laminated.
(See FIG. 1).

【0024】図1に戻って、上記絶縁板12は矩形状の
PZT−PMN系の素子であり、高さ10mm、奥行き
4mm、厚さ3mmの形状をなしている。また、上記2
つの圧電体積層部18を挟むように3か所に設けられた
該絶縁板12のうち、中央部の絶縁板には、その中心部
に直径φ1mmの穿孔15が正面から背面に向けて穿設
されている。
Returning to FIG. 1, the insulating plate 12 is a rectangular PZT-PMN-based element and has a shape of 10 mm in height, 4 mm in depth, and 3 mm in thickness. In addition, the above 2
Of the insulating plates 12 provided at three places so as to sandwich the two piezoelectric laminate portions 18, a central portion of the insulating plate 12 is provided with a perforation 15 having a diameter of 1 mm at the center from the front to the back. Have been.

【0025】また、超音波振動子10の圧電体積層部1
8における正面上部および背面上部には、上記内部電極
17a,17bの一部が露呈しており、4つの露呈部群
を形成している(図示せず)。この4つの露呈部群に
は、それぞれ導電性銀ペーストからなる4つの外部電極
14が、該内部電極17aあるいは内部電極17bと導
通するように互いに独立して設けられている。
The piezoelectric laminated portion 1 of the ultrasonic vibrator 10
A part of the internal electrodes 17a and 17b is exposed in the upper front part and the upper rear part in FIG. 8 to form four exposed part groups (not shown). The four exposed portions are provided with four external electrodes 14 each made of a conductive silver paste independently of each other so as to be electrically connected to the internal electrode 17a or 17b.

【0026】上記外部電極14からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子10の正面に配設された
2つの外部電極14は、図1,図2に示すように電気端
子A,Bとして、また、超音波振動子10の背面に配設
された外部電極14はグランド(GND)端子として、
図示しない圧電板11の駆動回路に接続されている。
Lead wires extend from the external electrodes 14, respectively, and the two external electrodes 14 disposed on the front surface of the ultrasonic vibrator 10 are electrically connected as shown in FIGS. The external electrodes 14 disposed on the back of the ultrasonic transducer 10 as terminals A and B, as ground (GND) terminals,
It is connected to a drive circuit for a piezoelectric plate 11 (not shown).

【0027】一方、上記超音波振動子10底部におい
て、長手方向端部から9mmの位置には幅4mm、奥行
き4mm、厚さ1mmの駆動子16が接着剤により該底
部に接合されている。なお、該駆動子16は、高分子材
料にアルミナを分散して形成されている。また、上記中
央の絶縁板12の穿孔15には、ステンレス材よりなる
ピン19が貫通して接着されている(図2参照)。
On the other hand, a driver 16 having a width of 4 mm, a depth of 4 mm, and a thickness of 1 mm is joined to the bottom of the ultrasonic vibrator 10 by an adhesive at a position 9 mm from the longitudinal end. The driver 16 is formed by dispersing alumina in a polymer material. Further, a pin 19 made of a stainless steel material is penetrated and adhered to the perforation 15 of the central insulating plate 12 (see FIG. 2).

【0028】このように構成された上記超音波振動子1
0の全体の寸法は、幅30mm、高さ10mm、奥行き
mmとなっている。
The ultrasonic vibrator 1 thus constructed
The overall dimensions of 0 are 30 mm in width, 10 mm in height, and 4 mm in depth.

【0029】次に、上記超音波振動子10の基本的な部
分の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a basic portion of the ultrasonic transducer 10 will be described.

【0030】上記矩形状の圧電板11および絶縁板12
は、上述したようにPZT−PMN系の材料で構成され
ている。まず、圧電板11の製造方法を説明する。すな
わち、上記PZT−PMN系の材料の仮焼結粉末とバイ
ンダーとを混合して泥しょうを作成し、この泥しょうを
ドクターブレード法によりフィルム状にキャスティング
してグリーンシートとする。そして、グリーンシートを
乾燥した後、フィルムから剥離して矩形状の圧電板11
を作成する。その後、上述したように該圧電板11の両
面には内部電極17a,17bがそれぞれ塗布される。
一方、絶縁板12は、型を用いた方法により作成する。
The above-mentioned rectangular piezoelectric plate 11 and insulating plate 12
Is made of a PZT-PMN-based material as described above. First, a method for manufacturing the piezoelectric plate 11 will be described. That is, a pre-sintered powder of the PZT-PMN-based material and a binder are mixed to prepare a slurry, and the slurry is cast into a film by a doctor blade method to form a green sheet. Then, after drying the green sheet, the green sheet is peeled off from the film to form a rectangular piezoelectric plate 11.
Create Thereafter, as described above, the internal electrodes 17a and 17b are applied to both surfaces of the piezoelectric plate 11, respectively.
On the other hand, the insulating plate 12 is formed by a method using a mold.

【0031】次に、これらの圧電板11と絶縁板12と
を図3に示すように積層し、熱をかけつつ押圧する。そ
の後、1200℃で本焼成を行い、超音波振動子10の
基本的な部分を作成する。その後、上述したように外部
電極14を配設し、上記電気端子A,B,GNDに直流
電圧を10分間程度印加し、内部電極17a,17bが
施された部分の圧電板11を分極する。
Next, the piezoelectric plate 11 and the insulating plate 12 are laminated as shown in FIG. 3 and pressed while applying heat. After that, main firing is performed at 1200 ° C. to form a basic portion of the ultrasonic vibrator 10. After that, the external electrodes 14 are provided as described above, and a DC voltage is applied to the electric terminals A, B, and GND for about 10 minutes to polarize the portion of the piezoelectric plate 11 on which the internal electrodes 17a and 17b are provided.

【0032】次に、上記第1実施例の超音波振動子10
の動作について説明する。
Next, the ultrasonic vibrator 10 of the first embodiment will be described.
Will be described.

【0033】該第1実施例の超音波振動子10の寸法形
状を上述したように設定すると、1次の共振縦振動、お
よび2次の共振屈曲振動がほぼ同一周波数Fr(53k
Hz〜56kHz)で励起できる。また、本出願人は、
これらの振動を有限要素法を用いてコンピュータ解析し
た結果、図6(A)に示すような共振縦振動状態、およ
び図6(B)に示すような共振屈曲振動状態が予想さ
れ、かつ、振動測定の結果、それが実証された。以下、
該振動測定について説明する。
When the size and shape of the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment are set as described above, the primary resonance longitudinal vibration and the secondary resonance bending vibration have substantially the same frequency Fr (53 k
Hz to 56 kHz). In addition, the applicant has
As a result of computer analysis of these vibrations using the finite element method, a resonance longitudinal vibration state as shown in FIG. 6A and a resonance bending vibration state as shown in FIG. 6B are expected. The measurement proved it. Less than,
The vibration measurement will be described.

【0034】まず、上記外部電極14のうち、電気端子
A(図1,図2参照)となる外部電極14に周波数Fr
で振幅10Vp−pの交番電圧を印加し、また、電気端
子Bとなる外部電極14に同一周波数、同振幅で同位相
の交番電圧を印加すると図6(A)に示すような1次の
共振縦振動が励起できた。次に、電気端子Aに周波数F
rで振幅10Vp−pの交番電圧を印加し、電気端子B
に同一周波数、同振幅で逆位相の交番電圧を印加すると
図6(B)に示すような2次の共振屈曲振動が励起でき
た。次に、電気端子Aに周波数Frで振幅10Vp−p
の交番電圧を印加し、電気端子Bに同一周波数、同振幅
で位相が90度異なった交番電圧を印加すると共振縦振
動と、共振屈曲振動が合成されて、駆動子16の位置に
おいて楕円振動が励起できた。
First, of the external electrodes 14, the frequency Fr is applied to the external electrodes 14 which are to be the electric terminals A (see FIGS.
When an alternating voltage having an amplitude of 10 Vp-p is applied to the external electrode 14 serving as the electrical terminal B, and an alternating voltage having the same frequency, the same amplitude and the same phase is applied to the external electrode 14, the primary resonance as shown in FIG. Longitudinal vibration could be excited. Next, the frequency F is applied to the electrical terminal A.
r, an alternating voltage having an amplitude of 10 Vp-p
When an alternating voltage having the same frequency, the same amplitude, and the opposite phase was applied to, a secondary resonance bending vibration as shown in FIG. 6B could be excited. Next, the electrical terminal A is applied with a frequency Fr and an amplitude of 10 Vp-p.
When an alternating voltage having the same frequency, the same amplitude, and a phase different by 90 degrees is applied to the electric terminal B, the resonance longitudinal vibration and the resonance bending vibration are combined, and the elliptical vibration is generated at the position of the driver 16. Could be excited.

【0035】次に、図7を参照して上記超音波振動子1
0を適用した超音波リニアモータ50について説明す
る。
Next, referring to FIG.
The ultrasonic linear motor 50 to which 0 is applied will be described.

【0036】図7に示すように、該超音波リニアモータ
50は、上記超音波振動子10がそのピン19の部分で
2つの保持板21により両面から保持されている。上記
保持板21はピン19の直径とほぼ同径の孔が穿設され
ていて、該孔と超音波振動子10のピン19とが係合す
るようになっている。該超音波振動子10をこのように
保持することで、同超音波振動子10はピン19まわり
の回転に対してのみ自由度を有する。
As shown in FIG. 7, in the ultrasonic linear motor 50, the ultrasonic vibrator 10 is held on two sides by two holding plates 21 at the pin 19 thereof. The holding plate 21 is provided with a hole having substantially the same diameter as the diameter of the pin 19, and the hole is engaged with the pin 19 of the ultrasonic transducer 10. By holding the ultrasonic vibrator 10 in this manner, the ultrasonic vibrator 10 has a degree of freedom only with respect to rotation around the pin 19.

【0037】一方、上記保持板21はビス23により保
持板固定部材22に固定されている。該保持板固定部材
22はリニアブッシュ24により保持されていて、ま
た、このリニアブッシュ24は軸25に沿ってリニアに
移動するようになっている。さらに、上記軸25は軸固
定部材26に固定され、該軸固定部材26はベース27
にビスにより固定されている。また、上記軸固定部材2
6のほぼ中央部にはタップがきられていて、押圧ビス2
8がねじ込まれている。該押圧ビス28と保持板固定部
材22との間にはバネ29が挿入されている。
On the other hand, the holding plate 21 is fixed to the holding plate fixing member 22 by screws 23. The holding plate fixing member 22 is held by a linear bush 24, and the linear bush 24 moves linearly along a shaft 25. Further, the shaft 25 is fixed to a shaft fixing member 26, and the shaft fixing member 26 is
Are fixed by screws. Further, the shaft fixing member 2
6 has a tap at almost the center, and a pressing screw 2
8 is screwed. A spring 29 is inserted between the pressing screw 28 and the holding plate fixing member 22.

【0038】上記ベース27にはクロスローラーガイド
の固定部30が基台にビス31により固定されている。
また、クロスローラーガイドの移動部32には摺動部材
保持部33が図示しないビスにより固定され、この摺動
部材保持部33には摺動部材34としてHIP処理され
たジルコニアセラミックスが接着されている。このよう
な構成にして、押圧ビス28を調整することで超音波振
動子10の摺動部材34(被駆動部材)への押圧力を調
整することができる。
A fixing portion 30 of a cross roller guide is fixed to the base 27 with a screw 31 on a base.
Further, a sliding member holding portion 33 is fixed to the moving portion 32 of the cross roller guide with a screw (not shown), and zirconia ceramics subjected to HIP processing as a sliding member 34 is adhered to the sliding member holding portion 33. . By adjusting the pressing screw 28 in such a configuration, the pressing force of the ultrasonic vibrator 10 on the sliding member 34 (driven member) can be adjusted.

【0039】先に示したように超音波振動子10の電気
端子Aと電気端子Bとに周波数Fr(53kHz〜56
kHzの間の周波数)、振幅10Vp−p、位相差+9
0度又は−90度の交番電圧を印加する。すると被駆動
部材34は右方向または左方向に駆動される。
As described above, the frequency Fr (53 kHz to 56 kHz) is applied to the electric terminals A and B of the ultrasonic vibrator 10.
kHz), amplitude 10 Vp-p, phase difference +9
An alternating voltage of 0 degrees or -90 degrees is applied. Then, the driven member 34 is driven rightward or leftward.

【0040】この第1実施例の超音波振動子によると、
上記超音波振動子10の基本的な部分が接着工程なしに
作成されているので振動特性のばらつきが小さい、信頼
性の高い超音波振動子が得られる。
According to the ultrasonic vibrator of the first embodiment,
Since the basic part of the ultrasonic vibrator 10 is formed without the bonding step, a highly reliable ultrasonic vibrator with small fluctuation in vibration characteristics can be obtained.

【0041】次に、本発明の第2実施例の超音波振動子
について説明する。
Next, an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0042】図8ないし図12は、本発明の第2実施例
の超音波振動子60を示した説明図であり、図8は、該
超音波振動子60の正面図であり、また、図9は、該超
音波振動子の上面図である。また、図10は、上記超音
波振動子60の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜
視図である。また、図11は、上記超音波振動子60に
おける一圧電板11の両側面を示した要部斜視図であ
り、図12は、図11に示す圧電板11に隣接する圧電
板11の両側面を示した要部斜視図である。
FIGS. 8 to 12 are explanatory views showing an ultrasonic vibrator 60 according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a front view of the ultrasonic vibrator 60. 9 is a top view of the ultrasonic vibrator. FIG. 10 is an exploded perspective view of a main part showing a basic part of the ultrasonic transducer 60 in detail. FIG. 11 is a perspective view of a main part showing both sides of one piezoelectric plate 11 in the ultrasonic transducer 60, and FIG. 12 is a side view of both sides of the piezoelectric plate 11 adjacent to the piezoelectric plate 11 shown in FIG. It is the principal part perspective view which showed.

【0043】この第2実施例の超音波振動子は、基本的
には上記第1実施例と同等な構成を有するので、ここで
は、該第1実施例と異なる点のみについて述べる。
The ultrasonic transducer according to the second embodiment has basically the same configuration as that of the first embodiment, and therefore, only the differences from the first embodiment will be described.

【0044】本第2実施例においても、圧電板11の積
層体である圧電体積層部18,絶縁板12等が上記第1
実施例と同様に構成されているが、該圧電体積層部18
に接合される外部電極14の数が異なっている。
Also in the second embodiment, the piezoelectric laminated portion 18, which is a laminated body of the piezoelectric plate 11, the insulating plate 12 and the like are provided in the first embodiment.
It is configured in the same manner as the embodiment,
Are different in the number of external electrodes 14 to be joined.

【0045】図11,図12に示すように、圧電板11
の内部電極は、その一側面および裏面の両面とも2つの
部分に設けられている。一側面がわは、第1の領域(1
7c)と第2の領域(17d)との境の2mm程度の絶
縁部と、それぞれの領域の背面側端部に1mm程度の絶
縁部、上面または下面側端部の1mmの絶縁部を残し
て、厚さ10μm程度の銀−パラジウム合金が塗布され
ており、上記側面の裏面がわは、第1の領域(17e)
と第2の領域(17f)との境の2mm程度の絶縁部
と、それぞれの領域の正面側端部に1mm程度の絶縁
部、上面または下面側端部の1mmの絶縁部を残して、
厚さ10μm程度の銀−パラジウム合金が塗布されてい
る。
As shown in FIGS. 11 and 12, the piezoelectric plate 11
Are provided in two portions on both one side and the back side. One side is in the first region (1
7c) and an insulating part of about 2 mm at the boundary between the second area (17d), an insulating part of about 1 mm at the rear end of each area, and an insulating part of 1 mm at the upper or lower end. , A silver-palladium alloy having a thickness of about 10 μm is applied, and the back surface of the side surface is covered with the first region (17e).
Leaving approximately 2 mm of insulation at the boundary between the first and second regions (17f), approximately 1 mm of insulation at the front end of each region, and 1 mm of insulation at the top or bottom surface of each region.
A silver-palladium alloy having a thickness of about 10 μm is applied.

【0046】上記圧電板11の内部電極17c,17d
と内部電極17e,17fとは、図11,図12に示す
ように、互いに隣接する圧電板11同士で、塗布位置が
一側面がわとその裏面がわとで逆になっている。このよ
うな内部電極17c〜17fが施された2種類の圧電板
(図11,図12)を交互に100層程度積層して本第
2実施例の圧電板積層部18(図8参照)が構成され
る。
The internal electrodes 17c and 17d of the piezoelectric plate 11
As shown in FIG. 11 and FIG. 12, the piezoelectric plates 11 adjacent to each other and the inner electrodes 17e and 17f have application positions opposite to each other on one side and the back side. About 100 layers of two types of piezoelectric plates (FIGS. 11 and 12) provided with such internal electrodes 17c to 17f are alternately laminated to form the piezoelectric plate laminated portion 18 (see FIG. 8) of the second embodiment. Be composed.

【0047】また、図8,図9に示すように、超音波振
動子60の圧電体積層部18における正面上下部および
背面上下部には、上記第1実施例と同様に上記内部電極
17c〜17fの一部が露呈しており、8つの露呈部群
を形成している(図示せず)。この8つの露呈部群に
は、それぞれ導電性銀ペーストからなる8つの外部電極
14が、該内部電極17c,17d,17eあるいは1
7fと導通するように互いに独立して設けられている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the upper and lower front and rear portions of the piezoelectric laminated portion 18 of the ultrasonic vibrator 60 have the internal electrodes 17c to 17c as in the first embodiment. Part of 17f is exposed, forming eight exposed part groups (not shown). Each of the eight exposed portions is provided with eight external electrodes 14 made of conductive silver paste, respectively, with the internal electrodes 17c, 17d, 17e or 1
7f are provided independently of each other so as to conduct with 7f.

【0048】上記外部電極14からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子60の正面がわ,背面が
わ共に、対角線上にある外部電極14同士はリード線に
より短絡されている。また、超音波振動子60の正面が
わ,背面がわの上部に配設された4つの外部電極14
は、図8,図9に示すように電気端子A,B,グランド
(GND)端子として、図示しない圧電板11の駆動回
路に接続されている。
Lead wires extend from the external electrodes 14, respectively, and the external electrodes 14 on the diagonal line are short-circuited by the lead wires at both front and back sides of the ultrasonic transducer 60. ing. In addition, four external electrodes 14 disposed on the front and back sides of the ultrasonic vibrator 60 are provided.
Are connected to a drive circuit of the piezoelectric plate 11 (not shown) as electrical terminals A and B and a ground (GND) terminal as shown in FIGS.

【0049】本超音波振動子60のその他の部分の構成
については上記第1実施例と同様なので、ここでの説明
は省略する。
The other parts of the structure of the ultrasonic vibrator 60 are the same as those of the first embodiment, and the description is omitted.

【0050】また、本第2実施例の超音波振動子の基本
的な部分の製造方法、動作、さらに、本第2実施例の超
音波振動子を用いた超音波リニアモータの構成と動作に
ついては上記第1実施例と同様なので、ここでの説明は
省略する。
The manufacturing method and operation of the basic part of the ultrasonic vibrator of the second embodiment, and the configuration and operation of the ultrasonic linear motor using the ultrasonic vibrator of the second embodiment. Is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here.

【0051】この第2実施例の超音波振動子によると、
超音波振動子60の圧電体積層部18の部分の体積が大
きいので超音波振動子の出力が大きくなると共に、モー
タ出力の増大がはかれる。
According to the ultrasonic vibrator of the second embodiment,
Since the volume of the portion of the piezoelectric vibrator 18 of the ultrasonic vibrator 60 is large, the output of the ultrasonic vibrator is increased and the output of the motor is increased.

【0052】次に、本発明の第3実施例の超音波振動子
について説明する。
Next, an ultrasonic transducer according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0053】図13ないし図17は、本発明の第3実施
例の超音波振動子を示す説明図であり、図13は、該超
音波振動子の正面図,図14は、該超音波振動子の上面
図である。
FIGS. 13 to 17 are explanatory views showing an ultrasonic vibrator according to a third embodiment of the present invention. FIG. 13 is a front view of the ultrasonic vibrator, and FIG. It is a top view of a child.

【0054】この第3実施例の超音波振動子70は、そ
の基本的な部分は、内部電極処理を施された矩形状のP
ZT−PMN系の圧電板11が積層されている圧電体積
層部18、および矩形状のPZT−PMN系の絶縁板1
2が図示の如く積層されて構成されている。
The ultrasonic vibrator 70 of the third embodiment is basically composed of a rectangular P which has been subjected to internal electrode treatment.
A piezoelectric laminated portion 18 on which a ZT-PMN-based piezoelectric plate 11 is laminated; and a rectangular PZT-PMN-based insulating plate 1
2 are laminated as shown in the figure.

【0055】図15は、上記超音波振動子70の基本的
な部分を詳しく示した要部分解斜視図である。また、図
16は、上記超音波振動子70における一圧電板11の
上下面を示した要部斜視図であり、図17は、図16に
示す圧電板11に隣接する圧電板11の上下面を示した
要部斜視図である。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing the essential parts of the ultrasonic transducer 70 in detail. 16 is a perspective view showing the upper and lower surfaces of one piezoelectric plate 11 of the ultrasonic vibrator 70, and FIG. 17 is an upper and lower surface of the piezoelectric plate 11 adjacent to the piezoelectric plate 11 shown in FIG. It is the principal part perspective view which showed.

【0056】該第3実施例における圧電板11は、幅3
0mm、奥行き4mm、100μmの厚さを有する圧電
素子である。該圧電板11の上面(あるいは下面)に
は、上記第1実施例と同様に厚さ10μm程度の銀−パ
ラジウム合金が塗布された内部電極17aが、背面側端
部、左および右側端部、幅方向の中央部にそれぞれ1m
mの絶縁部を設け、さらに2つの領域に分割されるよう
に配置されている。
The piezoelectric plate 11 in the third embodiment has a width 3
The piezoelectric element has a thickness of 0 mm, a depth of 4 mm, and a thickness of 100 μm. On the upper surface (or lower surface) of the piezoelectric plate 11, an internal electrode 17a coated with a silver-palladium alloy having a thickness of about 10 μm as in the first embodiment is provided with a back end, left and right ends, 1m each at the center in the width direction
m insulating portions are provided, and are arranged so as to be further divided into two regions.

【0057】一方、圧電板11における上記内部電極1
7aの裏面がわには、上記同様厚さ10μm程度の銀−
パラジウム合金が塗布された内部電極17bが、正面側
端部、左および右端部、幅方向の中央部にそれぞれ1m
mの絶縁部を設け、さらに2つの領域に分割されるよう
に配置されている。
On the other hand, the internal electrode 1 on the piezoelectric plate 11
The back side of 7a has a silver-like thickness of about 10 μm as described above.
The internal electrodes 17b coated with a palladium alloy are 1 m each at the front end, the left and right ends, and the center in the width direction.
m insulating portions are provided, and are arranged so as to be further divided into two regions.

【0058】上記内部電極17a,17bは図に示すよ
うに、互いに隣接する圧電板11の電極塗布位置が上面
と下面とで逆になっている。このような内部電極17
a,17bが施された2種類の圧電板11(図16,図
17)を交互に40層程度積層したものが図13に示す
圧電板積層部18である。
As shown in the figure, the inner electrodes 17a and 17b are arranged such that the electrode application positions of the piezoelectric plates 11 adjacent to each other are reversed on the upper surface and the lower surface. Such an internal electrode 17
The piezoelectric plate laminated portion 18 shown in FIG. 13 is obtained by alternately laminating about 40 layers of two types of piezoelectric plates 11 (FIGS. 16 and 17) provided with a and 17b.

【0059】この第3実施例の超音波振動子70では、
矩形状のPZT−PMN系の上部の絶縁板12は幅30
mm、奥行き4mm、1mmの厚さを有する素子であ
る。また、下部の絶縁板12は幅30mm、奥行き4m
m、5mmの厚さを有し、その上部に直径φ1mmの穿
孔15が設けられている。
In the ultrasonic vibrator 70 of the third embodiment,
The upper insulating plate 12 of the rectangular PZT-PMN system has a width of 30.
mm, a depth of 4 mm, and a thickness of 1 mm. The lower insulating plate 12 has a width of 30 mm and a depth of 4 m.
m, a thickness of 5 mm, and a perforation 15 having a diameter of 1 mm is provided on an upper portion thereof.

【0060】図13,図14において、上記超音波振動
子70の圧電体積層部18における正面および背面の両
側方部には、上記内部電極17a,17bの一部が露呈
しており、4つの露呈部群を形成している(図示せ
ず)。この4つの露呈部群には、それぞれ導電性銀ペー
ストからなる4つの外部電極14が、該内部電極17a
あるいは内部電極17bと導通するように互いに独立し
て設けられている。
In FIGS. 13 and 14, a part of the internal electrodes 17a and 17b is exposed on both sides of the front and back sides of the piezoelectric layered portion 18 of the ultrasonic vibrator 70. An exposed part group is formed (not shown). In the four exposed part groups, four external electrodes 14 each made of conductive silver paste are provided with the internal electrodes 17a.
Alternatively, they are provided independently of each other so as to be electrically connected to the internal electrode 17b.

【0061】上記外部電極14からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子70の正面に配設された
2つの外部電極14は、図13,図14に示すように電
気端子A,Bとして、また、超音波振動子70の背面に
配設された外部電極14はグランド(GND)端子とし
て、図示しない圧電板11の駆動回路に接続されてい
る。
Lead wires extend from the external electrodes 14 respectively, and the two external electrodes 14 disposed in front of the ultrasonic vibrator 70 are electrically connected as shown in FIGS. The external electrodes 14 disposed on the back of the ultrasonic transducer 70 as terminals A and B are connected to a drive circuit for the piezoelectric plate 11 (not shown) as ground (GND) terminals.

【0062】一方、上記超音波振動子70底部におい
て、長手方向端部から9mmの位置には幅4mm、奥行
き4mm、厚さ1mmの駆動子16が接着剤により該底
部に接合されている。なお、該駆動子16は、高分子材
料にアルミナを分散して形成されている。また、上記中
央の絶縁板12の穿孔15には、ステンレス材よりなる
ピン19が貫通して接着されている(図2参照)。
On the other hand, a driver 16 having a width of 4 mm, a depth of 4 mm and a thickness of 1 mm is joined to the bottom of the ultrasonic transducer 70 at a position 9 mm from the longitudinal end by an adhesive. The driver 16 is formed by dispersing alumina in a polymer material. Further, a pin 19 made of a stainless steel material is penetrated and adhered to the perforation 15 of the central insulating plate 12 (see FIG. 2).

【0063】このような構成をなす第3実施例の超音波
振動子70の全体の寸法は、幅30mm、高さ10m
m、奥行き4mmである。
The overall size of the ultrasonic vibrator 70 of the third embodiment having such a configuration is 30 mm in width and 10 m in height.
m, depth 4 mm.

【0064】本超音波振動子70の基本的な部分の製造
方法については上記第1実施例と同様なので、ここでの
説明は省略する。また、該超音波振動子70のその他の
構成動作、さらに該超音波振動子70を用いた超音波リ
ニアモータの構成と動作については上記第1実施例と同
様なので、ここでの説明は省略する。
The method of manufacturing the basic portion of the ultrasonic vibrator 70 is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here. Further, the other configuration and operation of the ultrasonic vibrator 70, and the configuration and operation of the ultrasonic linear motor using the ultrasonic vibrator 70 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted. .

【0065】一般に、積層された超音波振動子は積層方
向の引張力により破壊し易いが、上述した第3実施例の
超音波振動子によると、上記第1,第2実施例の超音波
振動子に対し、積層方向が上下方向なので上下方向の押
圧力に強い超音波振動子が得られる。また、本第3実施
例は、上記第1,第2実施例の超音波振動子に比べて高
さの低い超音波振動子を作成するときに有利となる。
In general, the laminated ultrasonic vibrators are easily broken by the tensile force in the laminating direction. However, according to the ultrasonic vibrator of the third embodiment, the ultrasonic vibrators of the first and second embodiments are used. Since the lamination direction is the up-down direction with respect to the transducer, an ultrasonic vibrator that is strong against the pressing force in the up-down direction can be obtained. Further, the third embodiment is advantageous when producing an ultrasonic transducer having a lower height than the ultrasonic transducers of the first and second embodiments.

【0066】なお、本第3実施例の変形例として、上記
第1実施例に対する第2実施例のように、内部電極が施
された圧電板11が積層されたものを下半分に設けても
よい。
As a modification of the third embodiment, as in the second embodiment with respect to the first embodiment, a piezoelectric plate 11 provided with internal electrodes may be provided in the lower half. Good.

【0067】次に、本発明の第4実施例の超音波振動子
について説明する。
Next, an ultrasonic transducer according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0068】図18ないし図23は、本発明の第4実施
例の超音波振動子を示す説明図であり、図18,図1
9,図20は、それぞれ該超音波振動子80の正面図,
上面図,側面図である。
FIGS. 18 to 23 are explanatory views showing an ultrasonic transducer according to a fourth embodiment of the present invention.
9, FIG. 20 is a front view of the ultrasonic vibrator 80,
It is a top view and a side view.

【0069】この第4実施例の超音波振動子80は、そ
の基本的な部分は内部電極処理を施された矩形状のPZ
T−PMN系の圧電板11が積層されている圧電体積層
部18、および矩形状のPZT−PMN系の絶縁板12
が図に示すように積層されて構成されている。
The ultrasonic vibrator 80 of the fourth embodiment has a rectangular PZ having a basic portion treated with an internal electrode.
A piezoelectric laminate portion 18 on which a T-PMN-based piezoelectric plate 11 is laminated, and a rectangular PZT-PMN-based insulating plate 12
Are stacked as shown in the figure.

【0070】図21は、上記超音波振動子80の基本的
な部分を詳しく示した要部分解斜視図である。また、図
22は、上記超音波振動子80における一圧電板11の
前後面を示した要部斜視図であり、図23は、図22に
示す圧電板11に隣接する圧電板11の前後面を示した
要部斜視図である。
FIG. 21 is an exploded perspective view showing the essential parts of the ultrasonic transducer 80 in detail. 22 is a perspective view showing the front and rear surfaces of one piezoelectric plate 11 in the ultrasonic vibrator 80. FIG. 23 is a front and rear view of the piezoelectric plate 11 adjacent to the piezoelectric plate 11 shown in FIG. It is the principal part perspective view which showed.

【0071】本第4実施例における圧電板11は、幅3
0mm、高さ10mm、厚さ100μmを有する圧電素
子であり、その前面(あるいは後面)には、厚さ10μ
m程度の銀−パラジウム合金が塗布された内部電極17
aが、上端部に1mm、下部に5mm、また、幅方向の
中央部に1mmの絶縁部がそれぞれ設けられ、さらに、
2つの領域に分割されて配置されている。
The piezoelectric plate 11 according to the fourth embodiment has a width 3
A piezoelectric element having a thickness of 0 mm, a height of 10 mm, and a thickness of 100 μm, and a front surface (or a rear surface) having a thickness of 10 μm.
Internal electrode 17 coated with a silver-palladium alloy of about m
a is provided with an insulating portion of 1 mm at the upper end, 5 mm at the lower portion, and 1 mm at the center in the width direction, respectively.
It is divided into two regions and arranged.

【0072】一方、上記圧電板11における上記内部電
極17aの裏面がわには、内部電極17bが、左および
右端部に1mm、下部に5mm、また、幅方向の中央部
に1mmの絶縁部がそれぞれ設けられ、さらに、2つの
領域に分割されて配置されている。
On the other hand, on the back side of the internal electrode 17a of the piezoelectric plate 11, an internal electrode 17b has an insulating portion of 1 mm at the left and right ends, 5 mm at the lower portion, and 1 mm at the center in the width direction. Each is provided and further divided into two regions.

【0073】上記圧電板11は、図22,図23に示す
ように、互いに隣接する圧電板11同士の内部電極17
a,17bの塗布位置が逆になっている。このような内
部電極17a,17bが施された2種類の圧電板11
(図22,図23)を交互に40層程度積層して、本第
4実施例の圧電板積層部18(図18参照)が構成され
る。
As shown in FIGS. 22 and 23, the piezoelectric plate 11 is provided with an internal electrode 17 between adjacent piezoelectric plates 11.
The application positions of a and 17b are reversed. Two types of piezoelectric plates 11 provided with such internal electrodes 17a and 17b
By stacking about 40 layers (FIGS. 22 and 23) alternately, the piezoelectric plate laminated portion 18 (see FIG. 18) of the fourth embodiment is formed.

【0074】本第4実施例においては、上記超音波振動
子80の前後面に配設された矩形状の絶縁板12は、幅
30mm、高さ10mm、厚さ0.5mmを有する素子
である。また、超音波振動子80の圧電体積層部18に
おける上面両側方部および両側面上部には、上記内部電
極17a,17bの一部が露呈しており、4つの露呈部
群を形成している(図示せず)。この4つの露呈部群に
は、それぞれ導電性銀ペーストからなる4つの外部電極
14が、該内部電極17aあるいは内部電極17bと導
通するように互いに独立して設けられている。
In the fourth embodiment, the rectangular insulating plate 12 disposed on the front and rear surfaces of the ultrasonic vibrator 80 is an element having a width of 30 mm, a height of 10 mm, and a thickness of 0.5 mm. . Further, a part of the internal electrodes 17a and 17b is exposed on both sides of the upper surface and upper portions of both sides of the piezoelectric laminated portion 18 of the ultrasonic vibrator 80 to form four exposed portion groups. (Not shown). The four exposed portions are provided with four external electrodes 14 each made of a conductive silver paste independently of each other so as to be electrically connected to the internal electrode 17a or 17b.

【0075】上記外部電極14からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子80の上面に配設された
2つの外部電極14は、図18,図19に示すように電
気端子A,Bとして、また、超音波振動子80の側面に
配設された外部電極14はグランド(GND)端子とし
て、図示しない圧電板11の駆動回路に接続されてい
る。
Lead wires extend from the external electrodes 14, respectively. The two external electrodes 14 disposed on the upper surface of the ultrasonic vibrator 80 are electrically connected to each other as shown in FIGS. The external electrodes 14 disposed on the side surfaces of the ultrasonic vibrator 80 as terminals A and B are connected to a drive circuit for the piezoelectric plate 11 (not shown) as ground (GND) terminals.

【0076】一方、上記超音波振動子80底部におい
て、長手方向端部から9mmの位置には幅4mm、奥行
き4mm、厚さ1mmの駆動子16が接着剤により該底
部に接合されている。なお、該駆動子16は、高分子材
料にアルミナを分散して形成されている。また、上記超
音波振動子80のほぼ中央部には直径φ1mmの穿孔が
穿設されており、該穿孔には、ステンレス材よりなるピ
ン19が貫通して接着されている(図19参照)。
On the other hand, a driver 16 having a width of 4 mm, a depth of 4 mm, and a thickness of 1 mm is joined to the bottom of the ultrasonic vibrator 80 at a position 9 mm from an end in the longitudinal direction by an adhesive. The driver 16 is formed by dispersing alumina in a polymer material. A hole having a diameter of φ1 mm is formed in a substantially central portion of the ultrasonic vibrator 80, and a pin 19 made of a stainless steel material is penetrated and bonded to the hole (see FIG. 19).

【0077】このように構成された上記超音波振動子8
0の全体の寸法は、幅30mm、高さ10mm、奥行き
4mとなっている。
The ultrasonic vibrator 8 thus configured
The overall dimensions of 0 are 30 mm in width, 10 mm in height, and 4 m in depth.

【0078】本第4実施例の超音波振動子80における
基本的な部分の製造方法については上記第1実施例と同
様なので、ここでの説明は省略する。
The method of manufacturing the basic part of the ultrasonic vibrator 80 of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

【0079】また、該第4実施例の超音波振動子80の
その他の構成、動作、さらに本第4実施例の超音波振動
子80を用いた超音波リニアモータの構成と動作につい
ては上記第1実施例と同様なので、ここでの説明は省略
する。
The other structure and operation of the ultrasonic vibrator 80 of the fourth embodiment, and the structure and operation of an ultrasonic linear motor using the ultrasonic vibrator 80 of the fourth embodiment are described in the above-described first embodiment. Since it is the same as the first embodiment, the description is omitted here.

【0080】この第4実施例の超音波振動子によると、
上記第1,第2,第3実施例と比較してより奥行きの寸
法の小さい超音波振動子を提供することができる。
According to the ultrasonic vibrator of the fourth embodiment,
An ultrasonic vibrator having a smaller depth dimension than the first, second, and third embodiments can be provided.

【0081】また、本第4実施例の変形例として、上記
第1実施例に対する第2実施例のように圧電板の下半分
にも内部電極を設けたものを積層してもよい。
Further, as a modification of the fourth embodiment, a structure in which internal electrodes are provided on the lower half of the piezoelectric plate as in the second embodiment with respect to the first embodiment may be laminated.

【0082】このように、上述した各実施例によると以
下に示す効果を得ることができる。 (1)弾性体と圧電体を一体的に同時に成形されている
ので、接着剥がれ等がおこらず、信頼性が高い。 (2)上と同じ理由により、振動特性のばらつきが小さ
い。 (3)製作工程が簡単である。
As described above, according to the above-described embodiments, the following effects can be obtained. (1) Since the elastic body and the piezoelectric body are integrally formed at the same time, adhesion and peeling do not occur and the reliability is high. (2) For the same reason as above, variation in vibration characteristics is small. (3) The manufacturing process is simple.

【0083】以上、本発明の実施例においてはリニア型
の超音波モータについてのみ応用を述べたが、本発明の
超音波振動子を用いて移動体を回転体とすれば回転型の
超音波モータに応用することも可能である。また、上記
各実施例においては電気−機械エネルギー変換素子とし
て圧電素子を用いて説明したが、電歪素子を用いても同
様の効果が得られるのはいうまでもない。
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to only the linear type ultrasonic motor, the rotary type ultrasonic motor can be used if the moving body is a rotary body using the ultrasonic vibrator of the present invention. It is also possible to apply to. In each of the above embodiments, the piezoelectric element is used as the electro-mechanical energy conversion element. However, it goes without saying that the same effect can be obtained by using the electrostrictive element.

【0084】以上説明したように本発明によれば、圧電
板を積層して絶縁部と一体に形成し、該圧電積層体に駆
動子を形成しているので、従来のように積層圧電体を弾
性基体に接着する工程が必要なく、接着剥がれ等が起こ
らず、振動特性のばらつきの小さい超音波モータを提供
するができる。
As described above, according to the present invention, the piezoelectric
The plates are laminated to form an integral part with the insulating part, and the piezoelectric laminate is driven.
Since a moving element is formed, the laminated piezoelectric
There is no need for a step of bonding to a conductive substrate, and adhesive peeling may occur.
Provides an ultrasonic motor with less variation in vibration characteristics
I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す超音波振動子の正面
図である。
FIG. 1 is a front view of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1実施例を示す超音波振動子の正面図で
ある。
FIG. 2 is a front view of the ultrasonic transducer according to the first embodiment.

【図3】上記超音波振動子の基本的な部分を詳しく示し
た要部分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part showing a basic part of the ultrasonic transducer in detail.

【図4】上記超音波振動子における一圧電板の両側面を
示した要部斜視図である。
FIG. 4 is an essential part perspective view showing both side surfaces of one piezoelectric plate in the ultrasonic transducer.

【図5】上記図4に示す圧電板に隣接する圧電板の両側
面を示した要部斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of relevant parts showing both side surfaces of the piezoelectric plate adjacent to the piezoelectric plate shown in FIG. 4;

【図6】上記第1実施例の超音波振動子の、(A)共振
縦振動状態、(B)共振屈曲振動状態を示す斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing (A) a resonance longitudinal vibration state and (B) a resonance bending vibration state of the ultrasonic transducer of the first embodiment.

【図7】上記第1実施例の超音波振動子を適用した超音
波リニアモータを示す正面図である。
FIG. 7 is a front view showing an ultrasonic linear motor to which the ultrasonic transducer of the first embodiment is applied.

【図8】本発明の第2実施例を示す超音波振動子の正面
図である。
FIG. 8 is a front view of an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.

【図9】上記第2実施例の超音波振動子の上面図であ
る。
FIG. 9 is a top view of the ultrasonic transducer according to the second embodiment.

【図10】上記第2実施例の超音波振動子の基本的な部
分を詳しく示した要部分解斜視図である。
FIG. 10 is an exploded perspective view of a main part showing in detail a basic part of the ultrasonic transducer of the second embodiment.

【図11】上記第2実施例の超音波振動子における一圧
電板の両側面を示した要部斜視図である。
FIG. 11 is an essential part perspective view showing both side surfaces of one piezoelectric plate in the ultrasonic transducer according to the second embodiment.

【図12】上記図11に示す圧電板に隣接する圧電板の
両側面を示した要部斜視図である。
12 is an essential part perspective view showing both side surfaces of the piezoelectric plate adjacent to the piezoelectric plate shown in FIG. 11;

【図13】本発明の第3実施例を示す超音波振動子の正
面図である。
FIG. 13 is a front view of an ultrasonic transducer according to a third embodiment of the present invention.

【図14】上記第3実施例を示す超音波振動子の上面図
である。
FIG. 14 is a top view of the ultrasonic vibrator showing the third embodiment.

【図15】上記第3実施例の超音波振動子の基本的な部
分を詳しく示した要部分解斜視図である。
FIG. 15 is an exploded perspective view of a main part showing in detail a basic part of the ultrasonic transducer of the third embodiment.

【図16】上記第3実施例の超音波振動子における一圧
電板の上下面を示した要部斜視図である。
FIG. 16 is an essential part perspective view showing upper and lower surfaces of one piezoelectric plate in the ultrasonic transducer according to the third embodiment.

【図17】上記図16に示す圧電板に隣接する圧電板の
上下面を示した要部斜視図である。
17 is an essential part perspective view showing upper and lower surfaces of a piezoelectric plate adjacent to the piezoelectric plate shown in FIG. 16;

【図18】本発明の第4実施例を示す超音波振動子の正
面図である。
FIG. 18 is a front view of an ultrasonic transducer according to a fourth embodiment of the present invention.

【図19】上記第4実施例を示す超音波振動子の上面図
である。
FIG. 19 is a top view of the ultrasonic vibrator showing the fourth embodiment.

【図20】上記第4実施例を示す超音波振動子の側面図
である。
FIG. 20 is a side view of an ultrasonic transducer according to the fourth embodiment.

【図21】上記第4実施例の超音波振動子の基本的な部
分を詳しく示した要部分解斜視図である。
FIG. 21 is an exploded perspective view of a main part showing in detail a basic part of the ultrasonic transducer of the fourth embodiment.

【図22】上記第4実施例の超音波振動子における一圧
電板の前後面を示した要部斜視図である。
FIG. 22 is an essential part perspective view showing front and rear surfaces of one piezoelectric plate in the ultrasonic transducer of the fourth embodiment.

【図23】上記図22に示す圧電板に隣接する圧電板の
前後面を示した要部斜視図である。
23 is an essential part perspective view showing front and rear surfaces of a piezoelectric plate adjacent to the piezoelectric plate shown in FIG. 22; FIG.

【図24】従来の一超音波振動子の構成を示した正面図
である。
FIG. 24 is a front view showing a configuration of a conventional ultrasonic transducer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…超音波振動子 11…圧電板 12…絶縁板 14…外部電極 16…駆動子 17a〜17f…内部電極 18…圧電体積層部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ultrasonic vibrator 11 ... Piezoelectric plate 12 ... Insulating plate 14 ... External electrode 16 ... Driver 17a-17f ... Internal electrode 18 ... Piezoelectric laminated part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−55585(JP,A) 特開 平3−212173(JP,A) 特開 昭53−80193(JP,A) 実開 昭64−40294(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00 B06B 1/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-55585 (JP, A) JP-A-3-212173 (JP, A) JP-A-53-80193 (JP, A) 40294 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02N 2/00 B06B 1/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被駆動体と、 圧電板を同一方向に積層して構成される第1の圧電積層
体及び第2の圧電積層体であって、絶縁部を介して一体
に構成されている第1及び第2の圧電積層体と、 前記第1及び第2の圧電積層体の側面であって、前記被
駆動体と接触する面の 屈曲振動の腹の位置にそれぞれ設
けられた駆動子と、 前記第1及び第2の圧電積層体の層間であって前記積層
された圧電板側面に交互に設けられた第1の電極群及び
第2の電極群を有する内部電極と、 前記第1の圧電積層体の外部表面に設けられ、前記第1
の電極群と導通した第1の外部電極と、 前記第1の圧電積層体の外部表面に設けられ、前記第2
の電極群と導通した第2の外部電極と、 前記第2の圧電積層体の外部表面に設けられ、前記第1
の電極群と導通した第3の外部電極と、 前記第2の圧電積層体の外部表面に設けられ、前記第2
の電極群と導通した第4の外部電極と、 を具備し、前記第1及び第2の外部電極間と前記第3及
び第4の外部電極間に互いに位相の異なる電圧を印加す
ることにより、縦振動と屈曲振動とを励起して前記駆動
子を楕円運動させて被駆動体を駆動することを特徴とす
る超音波モータ。
1. A first piezoelectric laminate comprising a driven body and a piezoelectric plate laminated in the same direction.
And a second piezoelectric laminate, which are integrated via an insulating portion.
The first and second piezoelectric laminates, and the side surfaces of the first and second piezoelectric laminates, wherein
A driver provided at a position of an antinode of bending vibration on a surface in contact with the driver, and a layer between the first and second piezoelectric laminates,
An internal electrode having a first electrode group and a second electrode group alternately provided on the side surface of the piezoelectric plate; and the first electrode provided on an outer surface of the first piezoelectric laminate.
A first external electrode electrically connected to the second electrode group; a second external electrode provided on an outer surface of the first piezoelectric laminate;
A second external electrode that is electrically connected to the first electrode group; a second external electrode that is provided on an outer surface of the second piezoelectric laminate;
A third external electrode which is electrically connected to the second electrode group; and a third external electrode provided on an external surface of the second piezoelectric laminate,
A fourth external electrode which is electrically connected to the electrode group of the first and second external electrodes.
And voltages having phases different from each other are applied between the first and fourth external electrodes.
By exciting longitudinal vibration and bending vibration,
Characterized in that the driven element is driven by making the child move elliptically.
Ultrasonic motor.
【請求項2】前記第1及び第2の圧電積層体は、前記被
駆動体の駆動方向に積層された圧電板を絶縁部により2
つの積層体に分割することで、直列配置となるよう構成
され、前記第1の電極群及び第2の電極群は、前記圧電
板の側面であって、前記駆動子と逆側に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the first and second piezoelectric laminates include
The piezoelectric plates laminated in the driving direction of the driving body are
Divided into two laminates to form a serial arrangement
Wherein the first electrode group and the second electrode group are
A side surface of the plate, which is provided on a side opposite to the driver.
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記第1及び第2の圧電積層体は、前記被
駆動体の駆動方向に直交する方向に 積層し、前記第1及
び第2の電極群を各圧電板の中央部に設けた絶縁部によ
り2つの領域に分割することで、並列配置となるよう構
成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波
モータ。
3. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the first and second piezoelectric laminates are each
Stacked in a direction perpendicular to the driving direction of the driving body,
And a second electrode group formed by an insulating portion provided at the center of each piezoelectric plate.
By dividing the area into two areas,
The ultrasonic wave according to claim 1, wherein the ultrasonic wave is formed.
motor.
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