JPH0316188A - 圧電楕円運動振動子 - 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、ＯＡ機器や玩具などに用いられる小型モータ
に関し、特にローター直径の小さい小型の超音波モータ
に用いられる圧電楕円運動振動子に関するものである。

［従来の技術］ 超音波モータは、従来の電磁モータと比較して、低回転
で高いトルクが得られること、停止保持力を有すること
、電磁ノイズが少ないことなどの利点を有しておりカメ
ラのオートフォーカス用や自動本のバワーモー夕などに
使用されている。

第第４図は従来の超音波モータに用いられている圧電楕
円運動振動子の構造の一例を示す概略図であり、ほぼ正
方形断面を有する金属角柱６０ａの隣り合う２つの面に
、両面に電極が形成され、ｌｙさ方向に分極された圧電
セラミックス薄板６１ａ及び６ｌｂが接着されている。

圧電セラミックス薄板６１ａ及び６ｌｂの表面電極から
リード端子６２ａ及び６２ｂが引出され、金属角柱６０
ａから共通のアース端子６３が引き出されている。

金属角柱６０ａの断面形状がほぼ正方形をしているので
金属角柱６０ａは互いに直角方向にほぼ同じ共振周波数
で屈曲振動する。従って、リード端子６２ａ−６３及び
６２ｂ−６３に夫々周波数が共振周波数に等しく、位相
が（好ましくは９０”）異なる交流電圧を印加すると金
属角柱６０ａの両端部は円振動或いは楕円振動する。

第１５図は第第４図に示した金属角柱６０ａより構成し
た角柱楕円運動振動子６０を用いた超音波モータの構造
例を示す図である。この角柱楕円運動振動子６０の両端
部に円板６４ａ及び６４ｂが装着され、さらに角柱振動
子６０の振動の節の位置に、長さ方向の中点に対して対
称的に支持ピン６５ａ及び６５ｂが形成され、角柱振動
子６０は、支持ピン６５ａ及び６５ｂにより安定に支持
されている。

角柱振動子６０の両端部に設けられた円板６４ａ及び６
４ｂ（図示せず）は、回転自在に回転軸に支持されたカ
ップ状回転ローラー６６ａ，６６ｂの空洞部内壁に加圧
接触されている。従って、角柱振動子６０の端部が円振
動あるいは楕円振動した場合に、カップ状凹転ローラー
６６ａ．６６ｂを口転させる。

［発明が解決しようとする課題コ 第第４図に示した従来の角柱状楕円運動振動子において
は、振動子が正方形断面の角柱であるため、亙いに直角
な方向の屈曲モードの共振周波数を制度良く一致させる
ために角柱の加工精度を厳しく押さえなければならない
。また、圧電セラミックス薄板を金属角柱に接着すると
きの接着状態のばらつきが大きく、屈曲モードの共振周
波数のばらつきが大きくなるという欠点を有していた。

そこで、本発明の技術的課題は、加工精度に影響されず
、屈曲モードの共振周波数のばらつきが小さな圧電楕円
運動振動子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に寄れば、圧電セラミックス巾空円柱の外周向の
円周を４等分する位置に、該圧電セラミックス巾空円柱
の長さ方向に平行な第１、第２、ｔ！Ｂ３及び第４の分
割電極を円周方向に沿って順に施し、互いに対向する前
記第１及び第３の分割電極を第１の接続線で電気的に接
続すると共に、互いに対向する前記第２及び第４の分割
電極を第２の接続線で電気的に接続し、前記第１の接続
線がプラスの極性で、前記第２の接続線がマイナスの極
性となるように直流電圧を印加し、これにより前記圧電
セラミックス巾空円柱に周に沿って前記第１の分割電極
から前記第２及び第４の分割電極の方向に向い、且つ前
記第３の分割電極から前記第２及び第４の分割電極に向
う方向に分極させ、更に互いに隣り合う前記第１及び第
４の分割電極間及び前記第２及び第３の分割電極間に該
圧電セラミックス巾空円柱の共振周波数に等しい周波数
で、且つ第１の位相を有する第１の交流電圧を印加して
、該圧電セラミックス巾空円柱に第１の屈曲振動を励振
可能とし、一方互いに隣り合う前記第１及び第２の分割
電極間，及び前記第４及び第３の分割電極間に該圧電セ
ラミックス巾空円柱の共振周波数に等しい周波数で且つ
第１の位相と異なる第２の位相を有する第２の交流電圧
を印加して該圧電セラミックス巾空円柱に第２の屈曲振
動を励振可能とし、前記第１及び第２の屈曲振動により
前記圧電セラミックス円柱の両端部に楕円振動を励起可
能としたことを特徴とする圧電楕円運動振動子が得られ
る。

本発明によれば、圧電セラミックス巾空円柱の外周面の
円周を４等分する位置に、該圧電セラミックス巾空円柱
の長さ方向に平行な第１、第２、第３及び第４の外周面
分割電極を円周方向に沿って順に施し、該圧電セラミッ
クス巾空円柱の内周面に前記第１、第２、第３及び第４
の外周面分割電極と夫々対向して第１、第２、第３及び
第４の内周面分割電極を施し、前記第１、第２、第３及
び第４の外周面分割電極と前記第２の内周面分割電極を
夫々第１，第２、第３及び第４の接続線で電気的に接続
して、さらに該第１及び第３の接続線をｍｌの端子に電
気的に接続し、また該第２及び第４の接続線を第２の端
子に電気的に接続して、該第１及第２の端子間に第１の
端子がプラスの極性及び該第２の端子がマイナスの極性
となるように直流電圧を印加してこれにより前記第１の
外周面及び内周面分割電極から前記第２及び第４の外周
面及び内周面分割電極の方向に向い、且つ前記第３の外
周面及び内周面分割電極から前記第２及び第４外周面及
び内周面の分割電極に向う方向に分極させ、更に互いに
隣り合う前記第１及び第４の接続線間、及び前：ｃ！第
２及び第３の接続線間に該圧電セラミックス巾空円柱の
共振周波数に等しい周波数で、且つ第１の位相を有する
第１の交流電圧を印加して、該圧電セラミックス巾空円
柱にｍｌの屈曲振動を励振可能とし、一方互いに隣り合
う前記第１及び第２の接続線間、及び前記第４及び第３
の接続線間に該圧電セラミックス巾空円柱の共振周波数
に等しい周波数で、且つ第１の位相と異なる第２の位相
を有する第２の交流電圧を印加して該圧電セラミックス
巾空円柱に第２の屈曲振動を励振可能とし、前記第１及
び第２の屈曲振動により前記圧電セラミックス円柱の両
端部に楕円振動を励起可能としたことを特徴とする圧電
楕円運動振動子が得られる。

本発明によれば、圧電セラミックス巾空円柱の外周面の
円周を４等分する位置に、該圧電セラミックス巾空円柱
の長さ方向に平行な第１、第２、第３及び第４の外周面
分割電極を円周方向に順に施し、該圧電セラミックス巾
空円柱の内周面で、前記第１及び第２の外周面分割電極
間、前記第２及び第３の外周面分割電極間、前記第３及
び第４の外周面分割電極間、及び前記第１及び第２の外
周面分割電極間に対応する位置に夫々第１、第２、第３
及び第４の浮遊電極を施して、前記第１及び第３の外周
面分割電極を第１の接続線で電気的に接続すると共に、
前記第２及び第４の外周面分割電極を第２の接続線で電
気的に接続し、前記第１の接続線がプラスの極性で、前
記第２の接続線がマイナスの極性となるように直流電圧
を印加し、これにより前記圧電セラミックス巾空円柱に
周に沿って前記第１の外周面分割電極から前記第１の浮
遊電極を経て前記第２の外周面分割電極に、及び前記第
１の外周面分割電極から前記第４の浮遊電極を経て前記
第４の外周面分割電極に向い、且つ前記第３の分割電極
から前記第２の浮遊電極を経て前記第２の外周面分割電
極に、及び前記第３の外周面分割電極から前記第３の浮
遊電極を経て前記第４の外周面分割電極に向う方向に分
極させ、更に互いに隣り合う前記第１及び第４の外周面
分割電極間、及び前記第２及び第３の外周面分割電極間
に該圧電セラミックス巾空円柱の共振周波数に等しい周
波数で、且つ第１の位相を有する第１の交流電圧を印加
して、該圧電セラミックス巾空円柱に第１の屈曲振動を
励振可能とし、一方互いに隣り合う前記第１及び第２の
外周面分割電極間、及び前記第４及び第３の外周面分割
電極間に該圧電セラミックス巾空円柱の共振周波数に等
しい周波数で、且つ前記第１の位相と異なる第２の位相
を有する第２の交流電圧を印加して、該圧電セラミック
ス巾空円柱に第２の屈曲振動を励振可能とし、前記第１
及び第２の屈曲振動により前記圧電セラミックス円柱の
両端部に楕円振動を励起可能としたことを特徴とする圧
電楕円運動振動子が得られる。

本発明によれば，圧電セラミックス巾空円柱の外周面の
円周を４等分する位置に、該圧電セラミックス中空円住
の長さ方向に平行な第１、第２、第３及び第４の外周面
分割電極を円周方向に沿って順に施し、該圧電セラミッ
クス巾空円柱の内周面に治って前記第１、第２、第３及
び第４のの外周面分割電極に対向する位置に夫々′ｉｓ
１、第２、第３及び第４の内周面分割電極を施し、前記
第１、第２、第３及び第４の外周面分割電極を第１の接
続線で電気的に接続すると共に、前記第１、第２、沁３
及び第４の内周面分割電極を第２の接続線で電気的に接
続し、前記第１の接続線がプラスの極性で、前記第２の
接続線がマイナスの極性となるように直流電圧を印加し
、これにより前記圧電セラミックス巾空円柱に前記第１
、第２、第３及び第４の内周面分割電極から夫々前記第
１、第２、第３及び第４の外周面分割電極に向う径方向
の分極処理を施し、更に前記第１の内周面分割電極と前
記第１の外周面分割電極との間、及び前記第３の外周面
分割電極と前記第３の内周面分割電極との間に該圧電セ
ラミックス巾空円柱の共振周波数に等しい周波数で、且
つ第１の位相を有する第１の交ｉ７ｉｔ電圧を印加して
該圧電セラミックス巾空円柱に第１の屈曲振動を励振可
能とし、前記第２の内周面分割電極と第２の外周面分割
電極との間，及び前記第３の外周面分割電極と第３の内
周面分割電極との間に該圧電セラミックス巾空円柱の共
振周波数に等しい周波数で、且つ第１の位相と異なる第
２の位相を有する第２の交流電圧を印加して該圧電セラ
ミックス巾空円柱に第２の屈曲振動を励振可能とし、前
記第１の屈曲振動と前記第２の屈曲振動により前記圧電
セラミックス巾空円柱の両端部に楕円運動を励振可能と
したことを特徴とする圧電楕固運動振動子が得られる。

［作　用コ 本発明においては、圧電セラミックス巾空円柱の外周面
の円周を４分割する位置に電極を施したものと、更に内
周面のこれらの電極と対向する位置及びこれらの電極間
に対応する位置のいずれかに電極を施したものよりなる
圧電楕円運動振動子を構或している。これらの電極に直
流電圧を印加して円周方向或いは径方向に分極し、中心
に対して対称的な位置の電極部に、分極方向と同じ方向
及び分極方向と逆方向になるようにこの圧電楕円運動振
動子の共振周波数に等しい第１の交流電圧を印加するこ
とによって、分極方向と同じ方向に対しては伸び、及び
分極方向と逆方向に対しては縮みの振動を励起すると、
軸を含む市内でこの圧電セラミックス巾空円柱は屈曲振
動を生じる。

さらに、これらの電極に対して、周面の９０℃同転した
位置にある電極部に同様な共振周波数の第２の交流電圧
を印加すると、軸を含む面内で先の第１の屈曲振動に対
して直交する同様な第２の屈曲振動を励起する。これら
２種の第１及び第２の交流電圧の位相を（好ましくは９
ｏ１）ずらすことにより圧電楕円運動振動子の両端に円
を含む楕円運動を励起することができる。

［実施例］ 本発明の第１の実施例に係る圧電楕円運動振動子につい
て、図面を用いて詳しく説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る圧電楕円運動振動
子の構造を示す概略図であり、圧電セラミックス巾空円
柱１０の外周面を４等分する位置に、前記圧電セラミッ
クス巾空円柱１０の長さ方向に沿って平行に第１、ｗ＆
２、第３及び第４の分割電極１１，１２，１３．第４が
順に施されている。

，＠２図は第１図に示した圧電セラミックス巾空円柱１
の振動の原理の説明に供する横断面図であり、朶２図Ｃ
Ｂ＞において、破線の矢印は第１及び第３の分割電極１
１．１３を第１の接続線１５により電気的に接続して十
端子、第２及び第４の分割電極１２．第４を第２の接続
線１６により電気的に接続して一端子とし、直流電圧を
印加して分極処理を施したときの分極の向きを示してい
る。

この図において、分極方向は圧電セラミックス巾空円柱
１０の周に沿って第１の分割電極１１から第２の分割電
極１２及び第４の分割電極第４の方向へ向い、第３の分
割電極１３から第２の分割電極１２及び第４の分割電極
第４に向う方向である。

第２図（ｂ）は第２図（ａ）のように分極処理された圧
電セラミックス巾空円柱１０において、互いに隣り合う
第１及び第２の分割電極１１．１２を第３の接続線１７
により電気的に接続し十端子、もう一組の互いに隣り合
う第３及び第４の分割電極１３．第４を第４の接続線１
８により電気的に接続して一端子として直流電圧を印加
した場合に圧電セラミックス巾空円柱１０の断面方向に
発生する歪みの状態を示している。

第２図（ｂ）において電界は丈線の矢印で示される向き
に印加されるため、第１及び第４の分割′ＰＲ極１１と
第４の間は分極の向きと電界の向きが同じ向きになり、
円周方向の伸び歪みが発生し、第２及び第３の分割電極
１２と１３の間は、分極の向きと電界の向きとが逆向き
になり、円周方向の縮み歪みが発土する。その結果とし
て、第２図（ｂ）において圧電セラミックス巾空円柱１
０は、長さ方向に下側が膨らむように屈曲する。また、
印加電圧の向きを逆向きにした場合は、屈曲の向きも逆
向きになる。

第３図は第２図（ａ）のように、分極処理された圧電セ
ラミックス巾空円柱ｌＯに交流電圧を印加した場合の振
動状態の説明図である。第３図（ａ）において、第１及
び第４の分割電極１１．第４間、及び第２及び第３の分
割電極１２．１３間に夫々圧電セラミックス巾空円柱１
０の屈曲振動の共振周波数に等しく、また第１の位相を
有する第１の交流電圧を印加すると圧電セラミックス巾
空円柱１０は第３図（ａ）の二点鎖線で示すように矢印
の方向に屈曲する第１の屈曲振動を発生する。第３図（
ａ）において、同様にして第１及び第２の分割電極１１
．１２間，及び第４及び第３の分割電極４．３間を夫々
に圧電セラミックス巾空円柱１０の第１の屈曲振動の共
振周波数に等しく第２の位相を有する第２の交流電圧を
印加すると圧電セラミックス巾空円柱１０は第３図（ａ
）に示す矢印の方向と直角な方向の第２の屈曲振動を発
生する。

第４図は本発明の第１の実施例に係る超音波モータの交
流電圧印加法の具体例を示す図である。

この図において、第１の交流電圧はＶ。ｓｉｎωｔなる
交流を第１のトランスの１次側に入力することにより、
２次側の端子２１及び２２間，端了２３及び２４間より
Ｖ，ｓｉｎωｔなる交流として分割して取出され、箇２
の交流電圧は、第１の交流電圧と９０°位相の進んだＶ
。ｃｏｓωｔなる交流を第２のトランスの１次側に入力
することにより、２次側の端子２５及び２６間，端子２
７及び２８間よりＶ，ｃｏｓｗｔなる交流として分割し
て取出されている。第１のトランスの２次側端子の符号
十，一及び第２のトランスの２次側端子の符号（＋），
　　（−）は夫々同符号により同極性をｈ゜することを
示している。端子２１と端子２５は第１の分割電極に、
端子２３と２６は第２の分割電極に、端子２４と２８は
第３の分割電極、端子２２及び２７は第４の分割電極に
夫々接続されている。

従って、前述の二つの方向の第１及び第２の屈曲振動の
位相をずらせることにより、具体的には夫々の屈曲振動
を励振するための第１及び第２の交流駆動電圧の第１の
位相と第２の位相とをずらすことにより（第４図）、圧
電セラミックス巾空円柱１０の両端部に第３図（ｂ）の
二点鎖線で示すような、円運動あるいは楕円運動を励振
することができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る圧電楕円運動振動子
について図面を用いて詳しく説明する。

第５図は本発明の第２の実施例に係る圧電楕円運動振動
子の構造を示す概略図である。第５図において、圧電セ
ラミックス巾空円柱３０の外周面を４等分する位置に、
前記圧電セラミックス中空内柱３０の長さ方向と平行な
第１，第２，！ｆｓ３及び第４の外周面分割電極３１，
３２，３３．３４が周面に沿ってこの順で形成され、さ
らに前記圧電セラミックス巾空円柱３０の内周面に夫々
の第１，第２，第３及び第４の外周面分割電極３１．３
２，３３．３４と対向する位置に第１，第２．第３及び
第４の内周面分割電極３１”　　３２”３３−，３４−
が夫々対応して形戊されている。

第６図は第５図に示した圧電セラミックス巾空円柱３０
の断面図であり、第６図（ａ）において破線の矢印は第
１の外周面分割電極３１と第１の内周面分割電極３１′
とを第１の接続線３５ａで．電気的に接続すると共に、
第２の外周面分割電極３２と第２の内周面分割電極３２
″を第２の接続線３５ｂで、第３の外周面分割電極３３
と第３の内周面分割電極３３゛を第３の接続線３５ｃで
、第４の外周面分割電極３４と第３の内周面分割電極３
４゛を第４の接続線３５ｄで夫々電気的接続している。

そして、第１の接続線３５ａと第３の接続線３５ｃとを
電気的に接続して第１の端子３６ａとし、第２の接続線
３５ｂと第４の接続線３５ｄとを電気的に接続して第２
の端子３６ｂとし、第１の端子３６ａが十端子、第２の
端子３６ｂが一端子となるように直流電圧を印加して分
極処理を施した。このときの分極の向きは、第１の外周
面及び内周面分割電極３１及び３１′から第２の外周面
及び内周面分割電極３２及び３２″、及び第１の外周面
及び内周面分割電極３１及び３１′から第２の外周面及
び内周面分割電極３２及び３２′と、第３の外周面及び
内周面分割電極３３及び３３′から第２の外周面及び内
周面分割電極３２及び３２′、及び第３の外周面及び内
周面分割電極３３及び３３゛から第２の外周面及び内周
面分割電極３２及び３２′とである。

第６図（ｂ）は本発明の第２の実施例に係る圧電楕円運
動振動子の振動の原理を示す断面図で、第６図（ａ）の
ように分極処理された圧電セラミックス巾空円柱３０に
おいて、互いに隣り合う第１の接続線３５ａと第２の接
続線３５ｂとを接続して第３の端子３７ａを形或し、更
に互いに隣り合う第３の接続線３５ｃと第４の接続線３
５ｄとを接続して第４の端子３７ｂを形成して、第３の
端子を十端子、第４の端子を一端子として直流電圧を印
加した場合に圧電セラミックス巾空円柱３０の断面方向
に発生する歪みの状態を示している。

第６図（ｂ）において電界は実線の矢印で示す向きに印
加されるため、第１の外周面及び内周面分割電極３１及
び３１゛と、第４の外周面及び内周面分割電極３４及び
３４゛の間は分極の向きと電界の向きが同じになり、円
周方向の伸び歪みが発生し、第２の外周面及び内周面３
２及び３２″と第３の外周面及び内周ｉ１ｊ３３及び３
３″との間は分極の向きと電界の向きが逆向きになり円
周方向の縮み歪みが発生する。その結果として、第６図
（ｂ）においては圧電セラミックス巾空円柱３ｏは長さ
方向に下側が膨らむように屈曲する。また、印加電圧の
方向を逆向きにした場合は屈曲の向きも逆向きとなる。

第６図において、第４図に示される本発明の第１の実施
例と同様に第１及び第２のトランスを端子２１と端子２
５は第１の接続線３５ａに、端子２３と２６は第２の接
続線３５ｂに、端子２４と２８は第３の接続線３５ｃに
、端子２２及び２７は第４の接続線３５ｄに夫々接続す
ることにより、第１の実施例と同様に第１及び第２の２
Ｎの交流電圧を印加することができる。

第７図は第６図（ａ）のように、分極処理された圧電セ
ラミックス巾空円柱３０に第１の交流電圧を印加した場
合の振動状態の説明図である。

第７図（ａ）において、第１の外周面及び内周面分割電
極３１及び３１゛を接続した第１の接続線３５ａと第４
の外周面及び内周面分割電極３４及び３４゛とを接続し
た第２の接続線３５ｄ間，及び第２の外周面及び内周面
分割電極３２及び３２゛を接続した第２の接続線３５ｂ
及び第３の外周面及び内周面分割電極３３及び３３′を
接続した第３の接続線３５ｃ間に圧電セラミックス巾空
円柱３０の屈曲振動の共振周波数に等しく、且つ第１の
位相を有する第１の交流電圧を印加すると圧電セラミッ
クス巾空円柱３０は第７図（ａ）の二点鎖線で示すよう
に矢印３６の方向に第１の屈曲振動を発生する。

第７図（ａ）において、同様にして第１の外周面及び内
周面分割電極３１．３１”を接続した第１の接続線３５
ａ及び第２の外周面及び内周面分割電極３２．３２”を
接続した第２の接続線３５ｂ間，及び第４の外周面及び
内周面分割電極３４．３４′を接続した第４の接続線３
５ｄ及び第３の外周面及び内周面分割電極３３．３３”
を接続した第３の接続線３５ｃ間の夫々に圧電セラミッ
クス巾空円柱３０の屈曲振動の共振周波数に等しく且つ
第２の位相を有する第２の交流電圧を印加すると圧電セ
ラミックス巾空円柱３０は第７図（ａ）に示す矢印３６
の方向と直角な方向の第２の屈曲振動を発生する。

従って、以上示した互いに垂直な二つの方向の第１及び
筆２の屈曲振動の位相をずらせることにより、具体的に
は夫々の屈曲振動を励振するための第１及び第２の交流
駆動電圧の第１及び第２の位相をずらせることにより、
圧電セラミックス巾空円柱３０の両端部に第７図（ｂ）
の二点鎖線で示すような、円運動を含む楕円運動を励振
することができる。

次に、本発明の第３の実施例に係る圧電楕円運動振動子
について図面を用いて詳しく説明する。

第８図は本発明の第３の実施例に係る圧電楕円運動振動
子の構造を示す概略図である。′Ｗ＆８図において、圧
電セラミックス巾空円柱４０の外周面を４等分する位置
に、前記圧電セラミックス巾空円柱４０の長さ方向と平
行に第１，第２．第３及び第４の外周面分割電極４１，
４２．４３．４４が順に形成され、さらに前記圧電セラ
ミックス巾空円柱４０の内周面に第１及び第２の外周面
分割電極４１．４２間，第２及び第３の外周面分割電極
４２．４３間，第３及び第４の外周面分割電極４３．４
４間，及び第４及び第１の外周面分割電極４４．４１間
の対応する位置に第１，第２，第３，及び第４の浮遊電
極４１−，４２＝，４３”及び４４′が夫々施されてい
る。

第９図は第８図に示した圧電セラミックス巾空円柱２１
の断面図であり、第９図（ａ）において破線の矢印は第
１及び第３の外周面分割電極４１及び４３を第１の接続
線４５ａで電気的に接続すると」（に、＠２及び地４の
外周面分割電極４２及び４４を第２の接続線４５ｂで電
気的に接続して、第１の接続線４５ａを十端子とし第２
の接続線４５ｂを一端子として直流電圧を印加して分極
処理を施したときの分極の向きを示している。

第９図（ａ）において、圧電セラミックス巾空円柱４０
は、第１の外周面分割電極４１より第１の浮遊電ｈ４１
′を経て第２の外周面分割電極４２に至る方向．及び第
１の外周面分割電極４１より第４の浮遊電極４４′を経
て第４の外周面分割竃他４４に至る方向に分極処理され
、また第３の外周面分割電極４３より第２の浮遊電極４
２゛を経て第２の外周面分割電極４２に至る方向，及び
第３の外周面分割電極４３より第３の浮遊電極４３′を
通り第４の外周面分割電極４４に至る方向に分極処理さ
れている。

第９図（ｂ）は本発明の第３の実施例に係る圧電楕円運
動振動子の動作原理を示す図である。

第９図（ａ）のように分極処理された圧電セラミックス
巾空円柱４０において、互いに隣り合う第１及び筆２の
外周面分割電極４１及び４２を第３の接続線４６ａで接
続すると共に、互いに隣り合う第３及び第４の外周面分
割電極４３及び４４を第４の接続線４６ｂで接続して、
第３の接続線を十端子、第４の接続線を一端子として直
流電圧を印加した場合に圧電セラミックス巾空円柱４０
の断面方向に発生する歪みの状態を示している。

第９図（ｂ）において電界は、第１の外周面分割電極４
１より第４の浮遊電極４４゛を経て第４の外周面分割電
極４４を通る実線の矢印で示す向きに印加されるため、
第１の外周面分割電極４１一第４の浮遊電極４４゛一第
４の外周面分割電極４４の間は分極の向きと電界の向き
が同じになり円周方向の伸び歪みが発生し、一方第３の
外周面分割電極４３一第２の浮遊電極４２′一節２の外
周面分割電極４２の間は分極の向きと電昇の向きが逆向
きになり、円周方向の縮み歪みが発生する。

その結果として、第９図（ｂ）において圧電セラミック
ス巾空円柱４０は長さ方向に下側が膨らむように屈曲す
る。また、印加電圧の向きを逆向きにした場合は屈曲の
向きも逆向きとなる。

第１０図は第９図（ａ）のように、分極処理された圧電
セラミックス巾空円柱４０に第１及び第２の交流電圧を
印加した場合の振動状態の説明図である。第１０図（ａ
）において、第１及び第４の外周面分割電極４１及び４
４間．及び第２及び第３の外周面分割電極４２及び４３
間に、圧電セラミックス巾空円柱４０の屈曲振動の共振
周波数に等しくｑつ第１の位相をＨする第１の交流電圧
を印加すると圧電セラミックス巾空円柱４ｏは第１０図
（ａ）の二点鎖線で示すように矢印４７の方向に第１の
屈曲振動を発生する。

第１０図（ａ）において、同様にして第１及び第２の外
周面分割電極４１及び４２間，及び第４及び第３の外周
面分割電極４４及び４３間に、圧電セラミックス巾空円
柱２１の第１の屈曲振動の共振周波数に等しく且つ第２
の位相を有する第２の交流電圧を夫々印加すると圧電セ
ラミックス巾空円柱２１は第１０図（ａ）に示す矢印４
７の方向と直角な方向の第２の屈曲振動を発生する。

第４図に示した交流電源により、第１及び第２の２次側
の端子２１と端子２５は第１の分割電極に、端子２３と
２６は第２の分割電極に、端子２４と２８は第３の分割
電極、端子２２及び２７は第４の分割電極に夫々接続す
ることにより、以上示した互いに垂直な二つの方向の第
１及び第２の屈曲振動の位相をずらせることにより、具
体的には夫々の屈曲振動を励振するための第１及び第２
の交流駆動電圧の第１及び第２の位相をずらせる（好ま
しくは９０’）ことにより、圧電セラミックス中空円柱
４０の両端部に第１０図（ｂ）の二点鎖線で示すような
、円を含む楕円運動を励振することができる。

次に、本発明の第４の実施例に係る圧電楕円運動振動子
について図面を用いて詳しく説明する。

第１１図は本発明の１＠４の実施例に係る圧電楕円運動
振動子の構逍を示し、第４図の本発明の第２の実施例に
係る圧電楕円運動振動子との結線以外は同様の構造を示
し、圧電セラミックス巾空円柱５０の外周面を４等分す
る位置に、前記圧電セラミックス巾空円柱５０の長さ方
向と平行に円周方向に沿って、第１、第２、第３及び第
４の外周面分割電極５１，５２．５３．５４がこの順に
形或され、さらに前記圧電セラミックス巾空円柱５０の
内周面にｍｌ、ｍ２、第３及び第４の外周面分割電極５
１，５２．５３．５４に対向する位置に第１、第２、第
３及び第４の内周面分割電極５１５２−，５３＝．５４
−が対応して夫々施されている。

第１２図は本発明の第４の実施例に係る圧電セラミック
ス中空円柱５０の断面図であり、第１２図（ａ）におい
て破線の矢印は、第１，第２，第３及び第４の外周面分
割電極５１，５２．５３及び５４を第１の接続線５５で
接続すると共に、第１，第２，第３及び第４の内周面分
割電極５１′５２−，５３−及び５４゛を第２の接続線
５６で接続して第１の接続線５５が十の極性及び第２の
接続線５６がーの極性となるように第１及び第２の接続
線５５．５６間に直流電圧を印加して前記圧電セラミッ
クス巾空円柱５０の断面の径方向に分極も理を施したと
きの分極の向きを示している。

分極方向は、夫々対応する外周面分割電極から内周面分
割電極に向う方向で、圧電セラミックス巾空円柱の中心
に向う方向である。

第１２図（ｂ）第１２図（ａ）のように分極処理された
圧電セラミックス巾空円柱５０において、互いに圧電セ
ラミックス巾空円柱５０の長さ方向の中心線に対称な第
１の内周面及び第３の外周面分割電極５１′及び５３を
第３の接続線５８で接続すると共に、第１の外周面及び
第２の内周面分割電極５１及び５３゛を第４の接続線５
９で接続し、第１の接続線の極性が十及び第３の接続線
の極性が一となるように、直流電圧を印加した場合に圧
電セラミックス巾空円柱５０の断面方向に発生する歪み
の状態を示している。

第１２図（ｂ）において電界は実線の矢印で示す向きに
印加されるため、第１の外周面分割電極５１一第１の内
周面分割電極５１′間では分極の向きと電界の向きが逆
向きになるため、厚さ方向の縮み歪みが発生し、第２の
外周面分割電極５２一第２の内周面分割電極５２゛間で
は分極の向きと電界の向きが同じになるため、厚さ方向
の伸び歪みが発生する。その結果として、第１２図（ｂ
）において圧電セラミックス巾空円柱５０は長さ方向に
上側が膨らむように屈曲する。また、印加電圧の向きを
逆向きにした場合は屈曲の向きも逆向きとなる。

第１３図は第１２図（ａ）のように、分極処理された圧
電セラミックス巾空円柱５０に交流電圧を印加した場合
の振動状態の説明図である。

第１３図（ａ）において、第１の内周面分割電極５１゛
と第３の外周面分割電極５３を電気的に接続した第３の
接続線５８と、第１の外周面分割電極５１と第３の内周
面分割電極５３゛を電気的に接続した第４の接続線５つ
との間に圧電セラミックスΦ空円柱５０のＪｔｉｌ曲振
動の共振周波数に等しい第１の交流電圧を印加すると圧
電セラミックス中空円柱５０は第１３図（ａ）の二点鎖
線で示すように矢印５７の方向に第１のＩｔｔｌ曲振動
を発生する。

第１３図（ａ）において、同様にして第２の内周面分割
電極５２′と第４の外周面分割電極５４を電気的に接続
した第５の接続線（図示せず）と、第２の外周面分割電
極５２゛と第４の内周面分割電極５４を電気的に接続し
た第６の接続線（図示せず）の間に圧電セラミックス巾
空円柱５０の屈曲振動の共振周波数に等しく且つ第２の
位相を有する第２の交流電圧を印加すると圧電セラミッ
クス巾空円柱５０は第１３図（ａ）に示す矢印の方向と
直角な方向の屈曲振動を発生する。

従って、以上示した互いに垂直な二つの方向の第１及び
第２の屈曲振動の位相をずらせることにより、具体的に
は夫々の屈曲振動を励振するための第１の交流電圧の第
１の位相と第２の交流電圧の第２の位相をずらせること
により、圧電セラミックス巾空円柱５０の両端部に第１
３図（ｂ）の二点鎖線で示すような、円を含む楕円運動
を励振することができる。

第１２図（ｂ）及び第１３図（ａ）においては、分極方
向が各々の分割電極対の部分ですべて同じ向き（放射方
向）場合について示したが、対向する分割電極対の部分
の分極の向きが逆向き（一方が中心に向い，他方が外側
）の場合は、夫々の分割電極対で分割電他を接続し、対
向する分割電極対を二端子とすれば、同一印加電圧に対
して夫々の分割電極対の部分に発生する歪みが伸び及び
縮みとなり、上記したと間様な屈曲振動が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、圧電振動子の形
状が単純で、特に断面がリング状となっているため、高
い精度の加工が可能であり、互いに直角な方向の共振周
波数のばらつきの少ない楕固運動振動子が得られる。ま
た、断面がリング状であることは、例えば第４図に示し
たような超音波モータを構威した場合にカップ状回転ロ
ーラーとの接触状態が良く、安定したモーターが得られ
る。

更・に、本発明の圧電楕円運動振動子においては、第第
４図に示した従来の圧電運動振動子は、圧電振動子と金
属角柱との接着で用いた接着剤を使用しているが、本発
明は使用しないため、従来のものより接着による特性の
ばらつきの少ない楕円運動振動子が得られ、実用的にそ
の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る圧電楕円運動振動
子の斜視図、第２図（ａ）及び（ｂ）は第１図の圧電楕
円運動振動子の歪みの発生状態の説明に供する断面図、
第３図（ａ）及び（ｂ）は第１図の圧電楕円運動振動子
の振動を示す斜視図、第４図は本発明の第１の実施例に
係る超音波モータの駆動回路の一例を示す図、第５図は
本発明の第２の実施例に係る圧電楕円運動振動子の斜視
図、第６図（ａ）及び（ｂ）は第５図の圧電楕円運動振
動子の歪みの発生状態の説明に供する図、第７図（ａ）
及び第７図（ｂ）は第５図の圧電楕円運動振動子の振動
を示す斜視図、第８図は本発明の第４３の実施例に係る
圧電楕固運動振動子の斜視図、第９図（ａ）及び（ｂ）
は第８図の圧電楕円運動振動子の歪みの発生状態の説明
に供する断面図、昂１０図（ａ）及び（ｂ）は第８図の
圧電楕円運動振動子の振動を示す斜視図、第１１図は本
発明の第４の実施例に係る圧電楕円運動振動子の斜視図
、第１２図（ａ）及び（ｂ）は第１１図の圧電？円運動
振動子の歪みの発生状態の説明に供する断面図、第１３
図（ａ）及び（ｂ）は第１１図の圧電楕円運動振動子の
振動を示す斜視図、第第４図は従来例に係る圧電楕円運
動振動子の動作原理を示す斜視図、第１５図は従来例に
係る圧電楕円運動振動子を使用した超音波モータの構戊
を示す斜視図である。 図中１０は圧電セラミックス巾空円柱、１２，１３．第
４．１５は分割電極、１５，１６．１７．１８は接続線
、２１．２２，２３．２４．２５，２６．２７．２８は
端子、３０は圧電セラミックス巾空円柱、３１，３２，
３３．３４は外周面分割電極、３１−，３２−，３３”
，３４−は内周面分割電極、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，
３５ｄ，３６ａ．４０は圧電セラミックス巾空円柱、４
１，４２，４３．４４は外周面分割電極、４１′　４２
−，４３−．４４−は浮遊電極、４５ａ，４５ｂ，４６
ａ，４６ｂは接続線、４７は矢印、５ｏは圧電セラミッ
クス中空■柱、５１，５２■　５３，５４は分割電極、
５１−．５２−　　５３−　　５４゛は分割電極、５５
，５６，５８．５９は接続線、５７は矢印、６０ａは金
属角柱、６１ａ，６ｌｂは圧電セラミックス薄板、６　
２　ａ　，　　６　２　ｂ　ハ！Ｊ　−ド端子、６３は
アース端子、６４　ａ，６４ｂは円板、６５ａ及び６５
ｂは支持ビン、６６ａ，６６ｂはカップ状回転ローラー
である。 第３図 （α） Ｔｏ） 莞４図 ２１ 第７図 （α） （ｂ） 第１０図 （α） （ｂ） 第１１ 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．　圧電セラミックス中空円柱の外周面の円周を４等
   分する位置に、該圧電セラミックス中空円柱の長さ方向
   に平行な第１、第２、第３及び第４の分割電極を円周方
   向に沿って順に施し、互いに対向する前記第１及び第３
   の分割電極を第１の接続線で電気的に接続すると共に、
   互いに対向する前記第２及び第４の分割電極を第２の接
   続線で電気的に接続し、前記第１の接続線がプラスの極
   性で、前記第２の接続線がマイナスの極性となるように
   直流電圧を印加し、これにより前記圧電セラミックス中
   空円柱に周に沿って前記第１の分割電極から前記第２及
   び第４の分割電極の方向に向い、且つ前記第３の分割電
   極から前記第２及び第４の分割電極に向う方向に分極さ
   せ、更に互いに隣り合う前記第１及び第４の分割電極間
   及び前記第２及び第３の分割電極間に該圧電セラミック
   ス中空円柱の共振周波数に等しい周波数で、且つ第１の
   位相を有する第１の交流電圧を印加して、該圧電セラミ
   ックス中空円柱に第１の屈曲振動を励振可能とし、一方
   互いに隣り合う前記第１及び第２の分割電極間、及び前
   記第４及び第３の分割電極間に該圧電セラミックス中空
   円柱の共振周波数に等しい周波数で且つ第１の位相と異
   なる第２の位相を有する第２の交流電圧を印加して該圧
   電セラミックス中空円柱に第２の屈曲振動を励振可能と
   し、前記第１及び第２の屈曲振動により前記圧電セラミ
   ックス円柱の両端部に楕円振動を励起可能としたことを
   特徴とする圧電楕円運動振動子。
2. ２．　圧電セラミックス中空円柱の外周面の円周を４等
   分する位置に、該圧電セラミックス中空円柱の長さ方向
   に平行な第１、第２、第３及び第４の外周面分割電極を
   円周方向に沿って順に施し、該圧電セラミックス中空円
   柱の内周面に前記第１、第２、第３及び第４の外周面分
   割電極と夫々対向して第１、第２、第３及び第４の内周
   面分割電極を施し、前記第１、第２、第３及び第４の外
   周面分割電極と前記第２の内周面分割電極を夫々第１、
   第２、第３及び第４の接続線で電気的に接続して、さら
   に該第１及び第３の接続線を第１の端子に電気的に接続
   して、また該第２及び第４の接続線を第２の端子に電気
   的に接続して、該第１及第２の端子間に第１の端子がプ
   ラスの極性及び該第２の端子がマイナスの極性となるよ
   うに直流電圧を印加してこれにより前記第１の外周面及
   び内周面分割電極から前記第２及び第４の外周面及び内
   周面分割電極の方向に向い、且つ前記第３の外周面及び
   内周面分割電極から前記第２及び第４外周面及び内周面
   の分割電極に向う方向に分極させ、更に互いに隣り合う
   前記第１及び第４の接続線間、及び前記第２及び第３の
   接続線間に該圧電セラミックス中空円柱の共振周波数に
   等しい周波数で、且つ第１の位相を有する第１の交流電
   圧を印加して、該圧電セラミックス中空円柱に第１の屈
   曲振動を励振可能とし、一方互いに隣り合う前記第１及
   び第２の接続線間、及び前記第４及び第３の接続線間に
   該圧電セラミックス中空円柱の共振周波数に等しい周波
   数で、且つ第１の位相と異なる第２の位相を有する第２
   の交流電圧を印加して該圧電セラミックス中空円柱に第
   ２の屈曲振動を励振可能とし、前記第１及び第２の屈曲
   振動により前記圧電セラミックス円柱の両端部に楕円振
   動を励起可能としたことを特徴とする圧電楕円運動振動
   子。
3. ３．　圧電セラミックス巾空円柱の外周面の円周を４等
   分する位置に、該圧電セラミックス中空円柱の長さ方向
   に平行な第１、第２、第３及び第４の外周面分割電極を
   円周方向に順に施し、該圧電セラミックス中空円柱の内
   周面で、前記第１及び第２の外周面分割電極間、前記第
   ２及び第３の外周面分割電極間、前記第３及び第４の外
   周面分割電極間、及び前記第１及び第２の外周面分割電
   極間に対応する位置に夫々第１、第２、第３及び第４の
   浮遊電極を施して、前記第１及び第３の外周面分割電極
   を第１の接続線で電気的に接続すると共に、前記第２及
   び第４の外周面分割電極を第２の接続線で電気的に接続
   し、前記第１の接続線がプラスの極性で、前記第２の接
   続線がマイナスの極性となるように直流電圧を印加し、
   これにより前記圧電セラミックス中空円柱に周に沿って
   前記第１の外周面分割電極から前記第１の浮遊電極を経
   て前記第２の外周面分割電極に、及び前記第１の外周面
   分割電極から前記第４の浮遊電極を経て前記第４の外周
   面分割電極に向い、且つ前記第３の分割電極から前記第
   ２の浮遊電極経て前記第２の外周面分割電極に、及び前
   記第３の外周面分割電極から前記第３の浮遊電極を経て
   前記第４の外周面分割電極に向う方向に分極させ、更に
   互いに隣り合う前記第１及び第４の外周面分割電極間、
   及び前記第２及び第３の外周面分割電極間に該圧電セラ
   ミックス中空円柱の共振周波数に等しい周波数で且つ第
   １の位相を有する第１の交流電圧を印加して、該圧電セ
   ラミックス中空円柱に第１の屈曲振動を励振可能とし、
   一方互いに隣り合う前記第１及び第２の外周面分割電極
   間、及び前記第４及び第３の外周面分割電極間に該圧電
   セラミックス中空円柱の共振周波数に等しい周波数で、
   且つ前記第１の位相と異なる第２の位相を有する第２の
   交流電圧を印加して、該圧電セラミックス中空円柱に第
   ２の屈曲振動を励振可能とし、前記第１及び第２の屈曲
   振動により前記圧電セラミックス円柱の両端部に楕円振
   動を励起可能としたことを特徴とする圧電楕円運動振動
   子。
4. ４．　圧電セラミックス中空円柱の外周面の円周を４等
   分する位置に、該圧電セラミックス中空円柱の長さ方向
   に平行な第１、第２、第３及び第４の外周面分割電極を
   円周方向に沿って順に施し、該圧電セラミックス中空円
   柱の内周面に沿って前記第１、第２、第３及び第４のの
   外周面分割電極に対向する位置に夫々第１、第２、第３
   及び第４の内周面分割電極を施し、前記第１、第２、第
   ３及び第４の外周面分割電極を第１の接続線で電気的に
   接続すると共に、前記第１、第２、第３及び第４の内周
   面分割電極を第２の接続線で電気的に接続し、前記第１
   の接続線がプラスの極性で、前記第２の接続線がマイナ
   スの極性となるように直流電圧を印加し、これにより前
   記圧電セラミックス中空円柱に前記第１、第２、第３及
   び第４の内周面分割電極から夫々前記第１、第２、第３
   及び第４の外周面分割電極に向う径方向の分極処理を施
   し、更に前記第１の内周面分割電極と前記第１の外周面
   分割電極との間、及び前記第３の外周面分割電極と前記
   第３の内周面分割電極との間に該圧電セラミックス中空
   円柱の共振周波数に等しい周波数で、且つ第１の位相を
   有する第１の交流電圧を印加して該圧電セラミックス中
   空円柱に第１の屈曲振動を励振可能とし、前記第２の内
   周面分割電極と第２の外周面分割電極との間、及び前記
   第３の外周面分割電極と第３の内周面分割電極との間に
   該圧電セラミックス中空円柱の共振周波数に等しい周波
   数で、且つ第１の位相と異なる第２の位相を有する第２
   の交流電圧を印加して該圧電セラミックス中空円柱に第
   ２の屈曲振動を励振可能とし、前記第１の屈曲振動と前
   記第２の屈曲振動により前記圧電セラミックス中空円柱
   の両端部に楕円運動を励振可能としたことを特徴とする
   圧電楕円運動振動子。