JPH02254981A - 超音波振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 本発明は、略楕円振動が励振される超音波振動子の改良
に関するものである。 ［従来技術Ｊ 従来、電気的な信号を機械的な振動に変換して超音波振
動を発生させるために、電歪素子、磁歪素子あるいは圧
電素子を利用した電気機械変換素子が用いられている。 超音波振動子は、これらの電気機械変換素子に共振器を
着設し、振幅の大きな超音波振動を得るように構成され
ている。 定在波型超音波モータに利用される超音波振動子は、前
記共振器に略直交する２方向振動を同時励振する事によ
り、略楕円振動を得ている。 従来、この上うな略楕円振動を励振する超音波振動子に
おいでは、該振動を高効率で励振するために、前記２方
向振動の節を一致させた位置で支持する事により該超音
波振動子を固定していた。 その−例を第４図及び！＃５図に示す、同図において、
１１は超音波振動子、２１は弾性体、２２は第１圧電体
、２３ａ及び２３ｂは第２圧電体、２４ａ及び２５＆は
固定ボルト、２５ａ及び２６ｂは基台、２６，２７ａ及
び２７ｂは正電極を示している。 該超音波振動子１１においては、前記第１圧電体２２は
、前記弾性体２１に少なくとも曲げ振動を与える。同時
に、前記ｔｔｆＪ２圧電体２３ａ及び２３ｂは該弾性体
２１に少なくとも縦振動を励振する。 上記２つの振動は、振動の節が少なくとも１ケ所で一致
するような振動モードが選んである。 上記超音波振動子１１は該節の位置において固定部が形
成され、固定されている。そして、前記第１圧電体２２
及び＄２圧電体２３ａ及び２３ｂに印加する電圧位相を
調節する事により、前記弾性体２１に任意の形状の略楕
円振動を得る事ができる。 ［発明が解決しようとする課Ｉ！！１ しかしながら、前記超音波振動子においては、前記２方
向振動の節を一致させるために、前記共振器の形状寸法
が着しく制限されてしまうという問題があった。＊た、
前記２方向振動において、利用できる振動モードの組合
せが着しく限定されてしまうという問題があった。 ［発明の目的〕 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、前記超音波振動子の共振器形状の自由度が大
きく、支持による損失の小さい超音波振動子を提供する
事にある。 【課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の超音波振動子は、交
流電気信号が印加されることにより超音波振動が発生す
る電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の振動によ
り略直交する少なくとも２方向の振動が励振される弾性
体とを具備し、所定の部位に略楕円運動が励起される超
音波振動子において、前記２方向の振動のうち少なくと
も一方の振動の節に位置に異方弾性特性を有するような
材質又は構造から成る支持部材を備え、該支持部材は前
記節を有する振動方向の剛性よりも、該方向と略直交方
向の剛性が小さ（なるように設定されでいる。 【作用１ 上記の構成を有する本発明の超音波振動子は、共振器形
状を何ら制限せずに、かつ前記２方向振動を阻害する事
なく該超音波振動子を支持する事ができる。 ［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。 第１図ないし第３図は、本実施例の超音波振動子である
。 本実施例の超音波振動子１１は、板状弾性体２１の上面
に、該弾性体２１に第１図中ｙ方向の自げ振動を励振す
るための第１圧電体２２が着設されている。該弾性体２
１において、前記着設面と略直交する側面には、該弾性
体２１に×方向の縦振動を励振するための第２圧電体２
３ｍ及び２３ｂが着設されている。 前記弾性体の長手方向中心には、該弾性体２１を支持す
るための梁２４が固定されており、該梁の他端は基台２
５に固定されている。 前記第１圧電体２２の上面には、正電極２６が着設され
ている。また、前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面
にも、正電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。そし
て、該圧電体２２及び２３の他の一面は、基台２５に接
地されて（する。 該弾性体２１の振動モードを、第２図を参照しつつ説明
する。該弾性体２１は、×方向に所定の周波数ｆにおい
て両端自由端２次モードで縦振動するようその形状寸法
により調節されて−する。そのときの節はＡ、Ｂの２点
である。また同一の周波数ｆにおいで、ｙ方向に両端自
由港２次モードで自げ振動するよう形状寸法により調節
されでいる。そのときの節はＣ，Ｄ、Ｅの３点である。 一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また、弾性体の面げ振動の共
振周波数は、該弾性体の長さおよび振動方向の厚さに依
存する。従って、このような弾性体においては長さ及び
厚さを調節する事によって、前記２方向振動の共振周波
数を大略一致させる事は容易である。 さらに、前記梁２４は、前記周波数ｆにおいて、Ｘ方向
に曲げ振動のみを励振するようその形状寸法により調節
されている。従って、該周波数ｆにおいては、梁２４の
剛性は、Ｘ方向よりもＸ方向の方がはるかに大きくなっ
ている。 以上のように構成された超音波振動子１１の作用を、以
下に説明する。 前記梁２４は、前記市げ振動の節の１つであるＤ点にお
いて、前記弾性体２１に固定されている。 このとき、前記第１圧電体２２と第２圧電体２３ａ及び
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。このとき、前記梁はＸ方向剛性が小さい
ので、前記縦振動を阻害しない。また、Ｘ方向剛性が大
きいので、前記曲げ振動が効率良く励振できる。 すなわち、該超音波振動子１１は、該弾性体２１の形状
に何ら制限を受けずに固定可能となる。 なお、上記実施例では縦振動２次モードと曲げ振動２次
モードを例にとり説明したが、上述の理由により、２方
向振動の共振周波数を一致する事ができるならば、せん
断振動、ねじり振動を利用したり、さらに低次や高次の
モードを利用する事も可能である。 次に、前述した超音波振動子１１を好適に利用するリニ
ア超音波モータの構成について、第４図に基づき説明す
る。 同図において、第１図ないし第３図と同じ符号の付され
た各部材は、前記詳述した各構成部材と同一である事を
意味している。 リニア超音波モータ３１は、ヨーク３２に前記超音波振
動子１１が固定されており、該超音波振動子１１の弾性
体２１の一端に駆動部３３が形成されている。該駆動部
３３には、可動子３４がゴムローラ３５により圧着され
ており、該可動子３４は前記ヨーク３２に固定されたリ
ニアベアリンｆ３６ａ及び３６ｂにより支持されている
。 上述のように構成されたリニア超音波モータ３１におい
て、超音波振動子１１を励振すると、前記可動子３４は
前記弾性体２１の略楕円振動による駆動力を受け、図中
矢印Ａの方向へ動く。この駆動力は、前記弾性体２１と
前記可動子３４との摩擦力によって発生するものである
。 なお、上記実施例は振動子の駆動素子として圧電体を使
用したが、これに限定されるものではなく、電気エネル
ギーを機械エネルギーに変換できるその他の素子、例え
ば電歪素子、磁歪素子等を用いても良い。また、実施例
では超音波振動子の形状を板状とする例について説明し
たが、これに限定されるものではなく、円板、円筒など
、種々の形状が可能である。 その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
可能である。 ［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、超音波振動子の共振器形状の自由度が大きく、支持に
よる損失の小さい超音波振動子を提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本発明を適用する超音波振動子の斜
視図であり、第２図は超音波振動子の振動モードの説明
図であり、第３図はリニア超音波モータの実施例の側面
図であり、第４図は従来の超音波振動子の一実施例を示
す上面図であり、第５図は従来の超音波振動子の一実施
例を示す側面図である。 １１・・・超音波振動子、２１・・・弾性体、２２・・
・第１圧電体、２３・・・第２圧電体、２４・・・梁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．交流電気信号が印加されることにより超音波振動が
   発生する電気機械変換素子と、 該電気機械変換素子の振動により略直交する少なくとも
   ２方向の振動が励振される弾性体とを具備し、 所定の部位に略楕円運動が励起される超音波振動子にお
   いて、 前記２方向の振動のうち少なくとも一方の振動の節に位
   置に異方弾性特性を有するような材質又は構造から成る
   支持部材を備え、 該支持部材は前記節を有する振動方向の剛性よりも、該
   方向と略直交方向の剛性が小さいことを特徴とする超音
   波振動子。