JPH03183375A - 圧電振動子 - 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、超音波モータなどの振動子型アクチュエータ
に用いられる電気−機械変換素子として好適な圧電振動
子に関する。

（従来の技術） 従来、振動子型アクチュエータに駆動源として用いられ
ている圧電振動子として、分極軸に垂直な両端面に電極
か形成されている角柱状の圧電磁器を備え、一方の前記
端面に形成されている電極は互いに絶縁されている２つ
の部分に分割されているものがある。

振動子型アクチュエータとして、前記圧電振動子と、該
圧電振動子の圧電磁器の側面に圧着され、前記圧電振動
子によって回転される回転子とを備え、前記回転子の回
転運動を出力するものがある。

振動子型アクチュエータの駆動時、圧電振動子の共振周
波数に等しい周波数を有する交流信号が一方の端面の電
極部分を介して圧電振動子に印加される。圧電振動子は
励振され、圧電磁器の曲面には振動変位が生じる。回転
子は振動変位を受けて一方の回転方向に回転される。

回転子の回転方向を切換えるとき、交流信号の印加は一
方の端面の一方の電極部分から他方の電極部分に切換え
られる。圧電振動子は励振され、圧電磁器の測面に生じ
る振動変位の方向は逆向きになる。回転子は前記振動変
位を受けて一方の回転方向と逆方向に回転される。

また、回転子の回転速度を変更するとき、電圧値の異な
る交流信号が圧電振動子に印加される。

圧電磁ｄの曲面に生じる振動変位の大きさは、交流信号
の電圧値に対応して変化し、回転子は該振動変位の大き
さに対応する回転数で回転される。

（発明か解決しようとする課題） しかし、回転子の回転方向すなわち圧電振動子の振動変
位の方向は、圧電振動子の一方の端面の電極の一方から
他方へまたは他方から一方へ切換えることによって制御
され、また、回転子の回転速度すなわち圧電振動子の振
動変位の大きさは、印加交流信号の電圧値を変えること
によって制御されるから、電極の切り替え制御および印
加交流信号の電圧制御などの異なる対象物を制御する手
段が必要になり、制御方法が複雑化する。

本発明の目的は、振動変位の大きさおよび方向を容易に
かつ任意に制御することができる圧電振動子を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の圧電振動子は、軸に垂直な平面に両端面があり
かつ該軸に平行な方向に分極軸がある角柱状の圧電磁器
と、該圧電磁器の両端面にそれぞれ形成されている電極
とを備え、前記一方の端面の電極と前記他方の端面の電
極とは、互いに前記分極軸に直交する仮想平面に対して
非対称である。

前記一方の端面の電極は該一方の端面を規定する２つの
部分端面の内の１つに位置し、前記他方の端面の電極は
前記一方の端面の他の部分端面に対向する該他方の端面
の部分端面に位置することが好ましい。

前記一方の端面に形成されている電極の平面形状と、前
記他方の端面に形成されている電極の平面形状とは、前
記圧電磁器の中心位置に対して点対称であることが好ま
しい。

前記圧電磁器における端面をなす矩形の各辺の長さしお
よびＷとするとき、前記長さしとＷとが等しいことが好
ましい。

前記圧電磁器における両端面間の距離をＨとするとき、
前記Ｈと前記Ｌとの比の値がほぼ０．７３であることが
好ましい。

前記圧電磁器の側面の少なくとも一部分に被覆が設けら
れ、前記被覆は前記圧電磁器の耐摩耗性より優れている
ｉｆ＃摩耗性および前記圧電磁器の熟伝導率より大きい
熟伝導率を有する材料からなることか好まし、い。

他の発明の圧電振動子は、軸に垂直な平面に両端面があ
りかつ該軸に平行な方向に分極軸がある角柱状の圧電磁
器と、それぞれが前記圧電磁器の一方の端面に形成され
、互いに絶縁されている２つの電極と、それぞれが前記
圧電磁器の他方の端面に形成され、互いに絶縁されてい
る２つの電極とを有し、前記一方の端面の電極のそれぞ
れは、対応する前記他方の端面の電極と前記分極軸に直
交する仮想平面に対して対称である。

さらに池の発明の圧電振動子は、軸に平行な分極軸があ
る直方体状の圧電磁器と、該圧電磁器において互いに対
向しかつ前記分極軸に平行な１対の面にそれぞれ設けら
れている電極とを備え、前記一方の面の電極と前記他方
の面の電極とは前記一方の面に平行な仮想平面に対して
非対称である。

（作用） 前記圧電振動子の一方の端面の電極と他方の端面の電極
とが前記圧電磁器の分極軸に直交する仮想平面に対して
非対称であることより、前記圧電振動子の周波数特性に
おいて共振割れか前記圧電磁器の第１の共振点の近傍で
生じるから、前記圧電振動子は第１の共振点の近傍に２
つの共振周波数を有する。

第１の共振点の共振割れの内の低い周波数に等しい周波
数および所定の電圧値を有する交流信号を前記圧電振動
子に印加すると、前記圧電振動子は励振され、前記圧電
磁器の側面には振動変位が生じる。前記振動変位の大き
さは前記圧電磁器の測面に対応して決定される。

これに対し、第１の共振点の共振割れの内の高い周波数
に等しい周波数を有する交流信号を前記圧電振動子に印
加すると、前記圧電振動子は励振され、前記圧電磁器の
側面には振動変位が生じる。

前記振動変位の方向は、第１の共振点の共振割れの内の
低い周波数に等しい周波数の交流信号の印加によって生
じる振動変位の方向に逆になる。

２つの共振周波数の内の低い共振周波数より僅かに低い
周波数から高い共振周波数より僅かに高い周波数迄の周
波数範囲内で印加交流信号の周波数か可変されるとき、
前記圧電磁器の測面には、印加交流信号の周波数に対応
する大きさおよび方向を有する振動変位が生じる。

前記一方の端面の電極は、前記一方の端面の１つの端一
面部分に位置し、前記他方の端面の電極は、前記一方の
端面の１つの端面部分に対向する前記他の端面の端面部
分に位置することより、前記一方の端面の電極と前記他
方の端面の電極との非対称性が強くなるから、周波数特
性における極大値と極小値との差が大きくなり、前記圧
電磁器の側面に生じる振動変位の大きさは、大きくなる
。

前記一方の端面の電極の平面形状と前記他方の端面の電
極の平面形状とは前記圧電磁器の中心位置に対して点対
称であることより、前記一方の端面の電極と前記他方の
端面の電極との非対称がより増大するから、前記圧電磁
器の測面に生じる振動変位はより大きくなる。

前記圧電磁器の長さＬがＷに等しいことにより、前記圧
電磁器の側面に生じる振動変位の大きさは大きくなる。

前記圧電磁器の前記Ｈと前記Ｌとの比の値が０．７３に
ほぼ等しいことにより、前記圧電磁器の測面に生じる振
動変位の大きさは大きくなる。

前記圧電磁器の測面の少なくとも一部分に被覆が形成さ
れている圧電振動子では、その励振時に圧電磁器の曲面
には振動変位が生じる。前記振動変位は前記被覆に伝達
され、前記被覆の外面には振動変位が生じる。前記被覆
が前記圧電磁器に形成されていることより、前記圧電磁
器の発生熱は前記被覆を介して放散され易くなるから、
前記圧電磁器の温度上昇は抑制され、熱に起因する共振
周波数の変動はより少なくなる。また、耐摩耗性が向上
する。

圧電磁器の端面のそれぞれに２つの電極が形成されてい
る圧電振動子において、前記一方の端面の電極の内のい
ずれか１つを交流信号に接続し、前記１つの電極と非対
称となる前記他方の端面の１つの電極を接続することに
よって、電極の非対称性を導入することができる。

直方体状の圧電磁器の互いに対向しかつ前記分極軸に平
行な１対の面にそれぞれ設けられている電極を備える圧
電振動子において、前記一方の面の電極と前記他方の面
の電極とは前記一方の面に平行な仮想平面に対して非対
称であることにより、電極の非対称性か導入されるから
、前記圧電磁器の各面に生じる振動変位の大きさおよび
方向を印加交流信号の周波数および電圧によって制御す
ることができる。

（実施例） 第１図は本発明の圧電振動子の一実施例を示す斜視図、
第２図は第１図の圧電振動子のアドミッタンスの振幅お
よび位相の周波数特性を示す図、第３図は第１図の圧電
振動子の振動変位の方向を示す図、第４図は第１図の圧
電振動子の別の周波数での振動変位の方向を示す図であ
る。

圧電振動子１０は、第１図に示すように、角柱状の圧電
磁器■２を舗える。本実施例においては、圧電磁器１２
は立方体状の形状を有し、圧電磁器１２の軸線は分極軸
に一致している。圧電磁器１２の両端面は圧電磁器１２
の軸線に垂直である。

圧電磁器１２の長さ寸法しは１０＋＋ｒｎ＋であり、そ
の幅寸法Ｗは１０ＩＩＩＩｌであり、その高さ寸法Ｈは
１０間である。圧電磁器１２の一方の端面には、平面形
状が長方形の電極１４が形成され、他方の端面には、電
＆１４の形状および寸法に等しい形状および寸法を有す
る電極１６が形成されている。電ｉ＃！１４はそれが電
ｔｆ１１６と圧電磁器１２の中心点に対して点対称とな
るように前記一方の端面に配置されていることより、電
極１４と電極１６とは、圧電磁器１２の軸線に直交する
仮想平面に対して非対称になるから、周波数特性におい
て共振割れか圧電磁器１２の第１の共振点（圧電振動子
の共振点の内の共振周波数が最も低い点）の近傍で生じ
る。第２図を参照するに、第１の共振点の共振割れの内
の低い周波数は１０９　ｋ　Ｈｚ　、高い周波数は１２
９ｋＨｚである。従って、圧電振動子ｌＯは、２つの共
振周波数を有し、それぞれの値は、１０９ｋＨｚおよび
１２９ｋＨｚである。

第３図を参照するに、圧電振動子１０に低い共振周波数
１０９ｋＨｚに等しい周波数の交流信号を電極１４を介
して印加すると、圧電振動子１０は励振され、圧電磁器
１２の側面には、振動変位か生じる。互いに対向する側
面に生じる振動変位はそれぞれ同じ方向および大きさを
有する。第３図の矢印の示す方向は振動変位の方向であ
り、その矢印の示す長さは振動変位の大きさを示さない
。

本図から期らかなように、圧電磁器１２の側面に生じる
振動変位の方向は一方向でない。

第４図を参照するに、圧電振動子１０に高い共振周波数
１２９ｋＨｚに等しい周波数の交流信号を電ｉ１４を介
して印加すると、圧電磁器１２の側面には、振動変位か
生じる。本図から明らかなように、前記振動変位の方向
は低い共振周波数の交流信号か印加されているどきに生
じる振動変位の方向と逆になる。

圧電振動子】Ｏの振動変位の大きさと印加交流信号の周
波数および電圧値との関係を明らかにすべく、圧電振動
子１０を駆動源とする振動子型アクチュエータ２４を構
成し、該振動子アクチュエータ２４の出力を計測する。

振動子型アクチュエータ２４は超音波モータである。第
５図は振動子型アクチュエータを示す正面図、第６図は
第５図のＡ−Ａ線に沿って得られた断面の部分拡大図、
第７図は第５図の振動子型アクチユエータに印加される
交流信号の周波数と回転数との関係を示す図である。

振動子型アクチエエータ２４は、第５図および第６図に
示すように、支持面２６に置かれる支持台２８を備える
。支持台２８は、円板部と、該円板部の下面の縁部に沿
って伸びる脚部とを有する。

前記脚部は支持面２６に固定されている。

支持台２８には、２つの支持手段３０．３２が設けられ
ている。一方の支持手段３０は、支持台２８の円板部に
置かれている長方形の平板３４を有する。平板３４の幅
方向が円板部の接線方向となるように円板部に配置され
ている。平板３４の幅方向に沿う一方の縁部には、その
縁部から垂直に立ち上がる支持板３６が取り付けられ、
他方の縁部には、支持板３６に平行な支持板３８が取り
付けられている。支持板３６および支持板３８は英銅製
である。支持板３６の内面および支持板３８の内面のそ
れぞれには、板状のゴム部材４０か接着されている。支
持手段３０の平板３４は、ポル１へ４２およびボルト４
２に螺合されているナツト４３によって支持台２８の円
板部に固定されている。

他方の支持手段３２は、一方の支持手段３０と同様に、
平板３４および支持板３６．３８からなる。平板３４は
、ボルト４２およびボルト４２に螺合されているナツト
４３によって支持台２８の円板部に固定されている。支
持子Ｖｊ、３２は、それが支持手段３０と円板部の直径
方向に対向するように、支持台２８の円板部に配置され
ている。

支持手段３０には、圧電振動子１０が支持されている。

圧電振動子１０は、支持板３６のゴム部材４０と支持板
３８のゴム部材４０との間に挟み込まれている。各ゴム
部材４０とそれぞれに対向する圧電磁器１２の四面とは
、支持板３６と支持板３８とを連結する１対のボルト４
４およびそれぞれに螺合されるナラＩ・４５によって圧
着されている。圧電磁器１２の一方の端面は斜め上方に
向けられ、前記一方の端面の電極１４が形成されていな
い縁部に対応する四面の縁部は支持板３６の上方に突出
している。

支持手段３２には、支持台２８の円板部に平行にかつ円
板部の直径方向に伸びる軸４６が取り付けられている。

軸４６の一方の端部は支持板３６に固定され、他方の端
部は支持板３８に固定されている。軸４６には、ベアリ
ング４８が支持されている。ベアリング４８の外径寸法
は１３關である。

圧電振動子１０の上方には、被駆動部材５ｏが配置され
ている。被駆動部材５ｏはｇｊ製の円板がちなり、その
下面は圧電磁器１２の外周面およびベアリング４８の外
周面のそれぞれに圧着されている。被駆動部材５０は、
その中心部位および支持台２８の円板部の中心部位を貫
通して伸びるボルト５２と、支持面２６の測に配置され
ているナツト５４とによって支持されている。

ボルト５２の頭部と被駆動部材５０との間には、ばね部
材５６が配置されている。ボルト５２とナツト５４とを
螺合することにより、ばね部材５６は変形されるから、
ばね部材５６のばね力によって、被駆動部材５０の圧電
磁器１２に対する圧着力は決定される。

圧電振動子１０は、電源装置（図示せず）に接続されて
いる。前記電源装置は、無線周波の交流信号を発生ずる
手段を存する。前記交流信号の周波数ｆは９０　ｋ　Ｈ
ｚから２００　ｋ　Ｈｚまでの間で可変され、その電圧
値（Ｖｐ−ｐ）は２００Ｖまで可変される。電源装置の
第１の端子（図示せず）は導線によって電極１４に接続
され、第２の端子（図示せず）は導線によって電極１６
に接続されている。第１の端子は交流信号発生手段に接
続され、第２の端子は接地側に接続されている。

振動子型アクチュエータ２４の駆動時、電源装置から供
給される交流信号は第１の端子から電極１４へ導線によ
って導かれる。交流信りが圧電振動子１０に印加される
と、圧電磁器１２の側面には、振動変位か生じる。

振動変位の大きさおよび方向は印加交流信号の電圧およ
び周波数に応じて決定される。圧電磁器Ｉ２の被駆動部
材５０との接触部位には、他の部位より強い振動変位が
生じる。

被駆動部材５０は圧電磁器１２の四面に圧着されている
ことより、前記振動変位は被駆動部材５０に伝達される
から、被駆動部材５０は前記振動変位の大きさに対応す
る速度で回転され、その回転方向は前記振動変位の方向
によって決定される。

印加交流信号の電圧を１４０Ｖｐ−ｐに保持し、周波数
ｆを９０ｋＨｚから１．４０　ｋ　Ｈｚまでの間で変え
ると、第７図に示すように、周波数が９９ｋＨｚを超え
るときに被駆動部材５０の回転は開始されるから、圧電
磁器１４の側面に振動変位か生じていることが明らかに
なる。そのときの被駆動部材５０の回転方向を正転方向
とする。

周波数ｆが次の（１）式を満足するとき、９９ｋＨｚ＜
ｆ＜１２４ｋＨｚ　　・・・　・・・　　（１）被駆動
部材５００回転数はほぼ放物線状に変化し周波数ｆか１
０９ｋＨｚのときに最大値（５２回回転弁）となるから
、圧電磁器１２の被駆動部材５０との接触部位から被駆
動部材５０に伝達される振動変位の大きさは周波数ｒの
上昇に伴いほぼ放物線状に変化し、周波数ｆが１０９ｋ
Ｈｚのときにすなわち印加交流信号の周波数ｆが圧電振
動子１０の共振周波数に等しくなるときに、前記振動変
位の大きさは最大になる。また、周波数ｆが前記範囲内
にあるときには、被駆動部材５０の回転方向は正転方向
であるから、圧電磁器１２の被駆動部材５０との接触部
位に発生ずる振動変位の内被駆動部材５０の回転方向に
対応する方向を有する振動変位の大きさが他の方向を有
する振動変位の大きさより大きい。

印加交流信号の周波数ｆか１２４ｋＨｚであるとき、被
駆動部材５０の回転は停止されるから、圧電磁器１２の
被駆動部材５０との接触部位に振動変位が生じていない
ことがわかる。

印加交流信号の周波数ｆが次の（２）式を満足するとき
、 １　２　４　　ｋ　　Ｈｚ　　＜　　ｆ　　≦　１３４
ｋＨｚ　　・・・　・・・　　（２）被駆動部材５０の
回転数はほぼ放物線状に変化し、その回転方向は逆回転
方向となる。被駆動部材５０の最大回転数は約１０回転
／分であり、そのときの周波数ｆは１２９ｋＨｚである
。その結果、圧′Ｓ磁器１２の被駆動部材５０との接触
部位から被駆動部材５０に伝達される振動変位の大きさ
は周波数ｆの上昇に伴いほぼ放物線状に変化し、周波数
ｆが１２９ｋＨｚのときに前記振動変位の大きさは最大
になる。また、周波数ｆが前記範囲内にあるときには、
被駆動部材５０の回転方向は逆方向であるから、圧電磁
器１２の被駆動部材５０との接触部位に発生する振動変
位の内の被駆動部材５０を回転させる振動変位の方向は
、周波数ｆが（１）式を満足するときの振動変位の方向
の逆である。

周波数ｆが１３４ｋＨｚに等しいとき、被駆動部材５０
の回転は停止されるから、圧電磁器１２の被駆動部材５
０との接触部位には、振動変位が生じていない。

第１３図を参照するに、被駆動部材５０の回転数と印加
交流信号の電圧との関係により、圧電磁器Ｉ２の被駆動
部材５０との接触部位に発生ずる振動変位と印加交流信
号の電圧との関係か明らかになる。

第１３図の○印は圧電振動子１０を用いている振動子型
アクチュエータ２４の回転数を示す。

印加交流信号の周波数を１０９ｋＨｚに保持し、その電
圧を変化させるとき、印加交流信号の電圧の上昇に伴い
被駆動部材５０の回転数は上昇するから、圧電磁器１２
から被駆動部材５０に伝達される振動変位は大きくなる
。

以上より、圧電振動子１０の被駆動部材５０との接触部
位に生じる振動変位の内、被駆動部材５０を回転させる
振動変位の大きさおよび方向は印加交流信号の周波数を
変えることによって変化するから、振動変位の大きさお
よび方向の制御が容易になる。また、印加交流信号の電
圧を制御することによって振動変位の大きさの制御が可
能となる。

圧電振動子１０の形状比と異なる形状比を有する池の圧
電振動子を第８図および第９図に示す。

第８図は本発明の圧電振動子の他の実施例を示す斜視図
、第９図は本発明の圧電振動子のさらに他の実施例を示
す斜視図、第１０図は圧電振動子の形状比（幅寸法／長
さ寸法）と共振周波数との関係を示す図、第１１図は第
１０図の異なる形状比を有する圧電振動子のそれぞれを
駆動源として用いるときの振動子型アクチュエータの出
力回転数と印加交流信号の電圧値との関係を示す図、第
１２図は圧電振動子の形状比（高さ寸法／長さ寸法）と
共振周波数との関係を示す図、第１３図は第１２図の異
なる形状比を有する圧電振動子のそれぞれを駆動源とし
て用いているときの振動子型アクチュエータの出力回転
数と印加交流信号の電圧値との関係を示す図である。

他の圧電振動子６０は、第８図に示すように、長さ寸法
りか１０關、幅寸法Ｗが７．５ｍｍ、高さ寸法）−Ｉが
１０間である角柱状の圧電磁器６２を備える。圧電磁器
６２の一方の端面には電極１４が形成され、他方の端面
には電極１６が形成されている。圧電振動７−６０の形
状比ｐ（＝幅寸法Ｗ／長さ寸法Ｌ）は０．７５であり、
形状比９く−高さ寸法Ｈ／長さ寸法Ｌ　）は１．０であ
る。

さらに他の圧電振動子６４は、第９図に示すように、長
さ寸法１−か１０ｍ＋ｎ、幅寸法Ｗが１０ｍｍ、高さ寸
法１−１が７．３ｍｍである圧電磁器６６を備える。圧
電磁器６６の一方の端面には電［ｉ１４か形成され、他
方の端面には電極１６か形成されている。圧電振動子６
４の形状比ｐ（−Ｗ／Ｌ）は１．０であり、形状比ｑ（
＝Ｈ／Ｌ）は０．７３である。

第１０図から明らかなように、形状比ｑが一定であると
き、形状比ｐか小さくなるに伴い圧電振動子のｊ（振周
波数は高くなる。形状比ｐが１．０である圧電振動子１
０の共振割れの内の低い共振周波は１０９　ｋ　Ｈｚ、
であり、その高い共振周波数は１２９　ｋ”）Ｔ　ｚで
ある。形状比Ｐが０．７５である圧電振動子６０の低い
共振周波数は１１８ｋＨｚである。形状比ｐが０．５で
ある圧電振動子（図示せず）の低い共振周波数は１２２
ｋＨｚである。

第１１図を参照するに、圧電振動子１０を用いている振
動子型アクチュエータ２４には、周波数か１０９　ｋ　
ｌ−Ｔ　ｚである交流信号が印加され、振動子型アクチ
ュエータ２４は○印で示されている。

圧電振動子６０を用いている振動子型アクチュエータに
は、周波数が１１８ｋＨｚである交流信号が印加され、
前記振動子型アクチュエータは目印で示されている。形
状比ｐ＝０．５．ｑ＝１．０である圧電振動子を用いて
いる振動子型アクチュエータには、周波数か１２２ｋＨ
ｚである交流信号か印加され、前記振動子型アクチュエ
ータはΔ印で示されている。

本図から明らかなように、同一の入力電圧値に対して、
形状比ρが１，０である圧電振動子１０を用いている振
動子型アクチュエータは他の圧電振動子を用いている振
動子型アクチュエータの出力回転数より高い出力回転数
を有するから、圧電振動子１０の側面に生じる振動変位
の大きさは他の圧電振動子の測面に生じる振動変位の大
きさより大きい。

第１２図から明らかなように、形状比ｐか一定であると
き、形状比ｑが小さくなるに伴い圧電振動子の共振周波
数は高くなる。形状比ｑが０．７３である圧電振動子６
４の低い共振周波数は１．２７　ｋ　Ｈｚであり、その
高い共振周波数は１４５ｋＨｚである。形状比ｑが０．
５である圧電振動子（図示せず）の低い共振周波数は１
５９ｋ　Ｈｚであり、その高い共振周波数は１８０ｋ）
ｌｚである。１旦し、形状比ｑか０．５である圧電振動
子は長さ寸法Ｉ７か１０ｍ＋ｎ、＠寸法Ｗが］Ｏｎｉ、
高さ寸法Ｈか５　ｍ＋ｎである圧電磁器を備える。

第１３図を参照するに、圧電振動子１０を用いている振
動子型アクチュエータ２４には、周波数が１０９ｋＨｚ
である交流信号が印加され、振動子型アクチュエータ２
４は○印で示されている。

圧電振動子６４を用いている振動子型アクチュエータに
は、周波数が１．２７　ｋ　Ｈｚである交流信号が印加
され、前記振動子型アクチュエータは■印で示されてい
る。形状比９が０．５である圧電振動子を用いている振
動子型アクチュエータには、周波数が１５９ｋＨｚであ
る交流信号が印加され、前記振動子型アクチュエータは
・印で示されている。

本図から明らかなように、形状比ｐか一定あるとき、同
一の入力電圧値に対して、形状比ｑが０．７３である圧
電振動子６４を用いている振動子型アクチュエータは他
の圧電振動子を用いている振動子型アクチュエータの出
力回転数より高い出力回転数を有するから、圧電振動子
６４の側面に生じる振動変位の大きさは他の圧電振動子
１０゜６４の測面に生じる振動変位の大きさより大きい
。

その結果、形状比ｐが１．０でかつ形状比ｑが０．７３
であるとき、圧電振動子６４の測面に生じる振動変位の
大きさは最大になる。

圧電振動子１０の電極の非対称性と異なる電極の非対称
性を有する圧電振動子を第１４図に示す。

第１４図は本発明の圧電振動子のさらに他の実施例を示
す斜視図、第１５図は電極が非対称でない圧電振動子を
示す斜視図、第１６図は第１図の圧電振動子、第１４図
の圧電振動子および第１５図の圧電振動子のそれぞれを
駆動源として用いているときの振動子型アクチュエータ
の出力回転数と印加交流はぢの電圧値との関係を示す図
である。

さらに他の圧電振動子６８は、長さ寸法しか１（Ｊｍｍ
て′あり、幅寸法Ｗが１０ｍｍであり、高さ寸法１−Ｔ
が１．　Ｏｒｎｍ　’Ｃ−ある立方体の圧電磁器１２を
備える。圧電磁器１２の一方の端面には、平面形状が長
方形の電極１４か形成されている。電′！ｆ１１４は前
記一方の端面か２等分割されていることによって規定さ
れる１つの端面部分に配置されている。

圧電磁器１２の他方の端面には、平面形状が正方形の電
極７０が形成されている。電極７０は圧電磁器１２の他
方の端面の全面を覆う。圧電振動子６８の形状比Ｐは１
．Ｏである。

圧電振動子７２は、圧電振動子６８の圧電磁器１２の形
状、寸法、材質に等しい形状、寸法、材質を有する圧電
磁器７４を備える。圧電磁器７４の一方の端面には、そ
の全面に拡がる電ｔｉｆ１７０が形成され、他方の端面
にはその全面に拡がる電極７０が形成されている。

第１６図を参照するに、圧電振動子１０を駆動源として
用いているときの振動子型アクチュエータ（図中の○印
）には、周波数が１０９　ｋ　Ｈｚの交流信号が印加さ
れている。圧電振動子６８を駆動源として用いていると
きの振動子型アクチュエータ（図中の■印）には、周波
数１０９　ｋ　１−１　ｚの交流信号が印加されている
。圧電振動子７２を駆動源として用いるときの振動子型
アクチュエータ（図中の・印）には、周波数１１４ｋＨ
ｚの交流信号が印加されている。また、図中のＯ印は、
圧電振動子１０を用いているときの振動子型アクチュエ
ータを示し、その印加交流信号の周波数は１２９ｋＨｚ
である。

本図から明らかなように、同一の入力電圧に対して、圧
電振動子１０を用いている振動子型アクチュエータの出
力回転数は、他の圧電振動子６８７２を用いている振動
子型アクチュエータの出力回転数より高くなるから、圧
電振動子１０の測面に生じる振動変位の大きさは他の圧
電振動子６８゜７２の四面に生じる振動変位の大きさよ
り大きい。

その結果、電極の非対称性を増やすことにより、同一の
入力電圧に対して大きい振動変位を得ることができるか
ら、入力電圧に起因する圧電振動子の発熱か抑制され、
熱に起因する共振周波数の変動を小さくすることができ
る。

電極の非対称性を導入することができる圧電振動子およ
び耐摩耗性および放熱性が優れている圧電振動子を示す
。第１７図は本発明の圧電振動子のさらに池の実施例を
示す斜視図、第１８図は本発明の圧電振動子のさらに他
の実施例を示す斜視図である。

圧電振動子７６は、第１７図に示すように、立方体形状
の圧電磁器１２を備える。圧電磁器１２の一方の端面に
は、２つの電極７８．８０が形成されている。電極７８
と電極８０とは、互いに離隔されていることによって絶
縁されている。電極７８および電極８０の平面形状は同
じ長方形状であり、その平面寸法は等しい。同様に、圧
電磁器１２の他方の端面には、互いに離隔されている２
つの電ｉｆ！８２．８４が形成されている。電極８２は
電極７８と圧電磁器１２の軸線に直交する仮想平面に対
して対称であり、同様に、電極８４と電極８０とは前記
仮想平面に対して対称である。

圧電振動子７６に交流信号を印加するとき、例えば、電
極７８と電ｆ！８４とは前記仮想平面に対して非対称で
あるから、電極７８を交流信号側に接続し、電極８４を
接地醐に接続することによって圧電振動子７６に電極の
非対称性を導入することができる。その結果、圧電振動
子７６の振動変位の大きさおよび方向を印加交流信号の
電圧値および周波数の変更によって任意に制御すること
かできる。

圧電振動子８６は、第１８図に示すように、２つの電極
１．４．１６が形成されている圧電磁器１２を備える。

圧電磁器１２の測面には、被覆８８か形成されている。

被覆８８は燐青銅からなり、その厚さは５０μｍである
。圧電振動子８６の圧電磁器１２のｒｍ面に生じる振動
変位は、被覆８８に伝達され、被覆８８の外面には振動
変位が生じる。

被覆８８の外面の振動変位か直接に伝達される被駆動部
材が前記振動変位によって運動されているとき、被覆８
８は圧電磁器１２に比して摩耗され難いことにより、摩
耗による切削くずは少なくなるから、切削くずに起因す
る被駆動部材の運動速度の変動を抑制することができる
。また、交流信号か印加されることによって圧電磁器１
２に発生ずる熱および被覆８８と前記被駆動部材との摩
擦によって発生する熱は外部に放散され易くなることに
より、圧電磁器１２の温度上昇は抑制されるから、圧電
振動子８６の共振周波数は変動され難く、共振周波数の
変動に起因する圧電振動子８６の振動変位の大きさの変
動を抑制することができる。さらに、被覆８８と圧電振
動子８６を支持する手段とをはんだ付などで固着するこ
とが可能になるから、圧電振動子８６は前記支持手段に
対して相対移動されず、被覆８８の振動変位の被駆動部
材への伝達効率の低下を阻止することができる。

圧電磁器の互いに対向しかつ分極軸に平行な１対の面に
電極がそれぞれ設けられている圧電振動子を第１９図お
よび第２０図に示す、第１９図は本発明の圧電振動子の
さらに他の実施例における振動変位の方向を示す図、第
２０図は本発明の圧電振動子のさらに他の実施例におけ
る振動変位の方向を示す図である。

圧電振動子９０は、第１９図に示すように、圧電磁器９
２を備える。本実施例では圧電磁器９２は立方体の形状
を有する。圧電磁器９２の分極軸は、第１９図の矢印◇
の示す方向である。圧電磁器９２の互いに対向しかつ分
極軸に平行な１対の面には、それぞれ電極１４．１６か
設けられている。電極１４の平面形状は電極１６の平面
形状に等しくかつ圧電磁器９２の中心位置に対して点対
称である。

圧電振動子９０に低い共振周波数に等しい周波数の交流
信号を印加すると、圧電磁器９２の各面には振動変位が
生じる。前記振動変位の方向は、矢印−で示され、第３
図に示す圧電振動子１０の振動変位の方向と逆である。

圧電振動子９４は、第２０図に示すように、圧電磁器９
２の分極軸に直交する分極軸がある圧電磁器９６を備え
る。分極軸の方向は本図に矢印ゆで示されている。圧電
振動子９４に低い共振周波数に等しい周波数の交流信号
を印加すると、圧電磁器９６の各面には振動変位が生じ
る。前記振動変位の方向は矢印→で示され、第３図に示
す圧電振動子１０の振動変位の方向に一致する。

（発明の効果） 本発明によれば、前記圧電磁器の一方の端面に形成され
ている電極と他方の端面に形成されている電極とが互い
に前記分極軸に直交する仮想平面に対して非対称である
ことより、印加交流信号の電圧値および周波数を変える
ことによって前記圧電磁器の測面に生じる振動変位の大
きさおよび方向を変えることができる。

前記一方の端面の電極は、前記一方の端面の１つの端面
部分に位置し、前記他方の端面の電極は、前記一方の端
面の１つの端面部分に対向する前記他の端面の端面部分
に位置することより、前記−方の端面の電極と前記他方
の端面の電極との非対称性が強いから、前記圧電磁器の
側面に生じる振動変位は大きくなる。

前記一方の端面の電極の平面形状と前記他方の端面の電
極の平面形状とが前記圧電磁器の分極軸の中心位置に対
して点対称であることより、前記一方の端面の電極と前
記他方の端面の電極との非対称性は増大するから、前記
圧電磁器の側面に生じる振動変位はより大きくなり、印
加交流信ぢの電圧値を低く抑えることができる。その結
果、印加交流信号の電圧による前記圧電磁器の温度上昇
を低く抑えることができ、温度上昇に起因する共振周波
数の変動を抑制することができる。

前記圧電磁器の形状比ｐ（＝Ｗ／Ｌ）が１．０に等しい
ことにより、前記圧電磁器の測面に生する振動変位の大
きさは大きくなる。

前記圧電磁器の形状比Ｐが１．０であり、そσ形状比ｑ
（−Ｊ（／Ｌ）が０２７３にほぼ等しいことにより、前
記圧電磁器の側面に生じる振動変６の大きさはより大き
くなる。

前記被覆が前記圧電磁器の側面に形成されてりることよ
り、前記圧電磁器の放熱性が向上されＺから熟に起因す
る共振周波数の変動を少なくすることかでき、また、耐
摩耗性が向上されるから、寿命を長くすることができる
。

他の発明によれば、前記一方の端面の２つの電極の内の
いずれか１つを交流信号間に接続し、軍記１つの電極と
非対称となる前記他方の端面の１つの電極を接続するこ
とによって、電極の非対称性を導入することかできるか
ら、振動変位の大きさおよび方向を任意に制御すること
ができ、温度上昇に起因する圧電振動子の共振周波数の
変動を抑制することができる。

さらに他の発明によれば、圧電磁器の分極軸に平行な１
つの面に設けられている電極と、前記■つの面に対向す
る面に設けられている電極とが互いに前記１つの面に平
行な仮想面に対して非対称であることにより、電極の非
対称性が導入されるから、前記圧電磁器の各面に生じる
振動変位の大きさおよび方向を印加交流信号の周波数お
よび電圧によって制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧電振動子の一実施例を示す斜視図、
第２図は第１図の圧電振動子のアドミッタンスの振幅お
よび位相の周波数特性を示す図、第３図は第１図の圧電
振動子の振動変位の方向を示す図、第４図は第１図の圧
電振動子の別の周波数での振動変位の方向を示す図、第
５図は振動子型アクチュエータを示す正面図、第６図は
第５図のＡ−Ａ線に沿って得られた断面の部分拡大図、
第７図は第５図の振動子型アクチ、１エータに印加され
る交流信号の周波数と出力回転数との関係を示す図、第
８図は本発明の圧電振動子の他の実施例を示す斜視図、
第９図は本発明の圧電振動子のさらに他の実施例を示す
斜視図、第１０図は圧電振動子の形状比（幅寸法／長さ
寸法）と共振周波数との関係を示す図、第１１図は第１
０図の異なる形状比を有する圧電振動子のそれぞれを駆
動源として用いているときの振動子型アクチュエータの
出力回転数と印加交流信号の電圧値との関係を示す図、
第】２図は圧電振動子の形状比（高さ寸法／長さ寸法）
と共振周波数との関係を示す図、第１−３図は第１２図
の異なる形状比を有する圧電振動子のそれぞれを駆動源
として用いているときの振動子型アクチュエータの出力
回転数と印加交流信号の電圧値との関係を示す図、第１
４図は本発明の圧電振動子のさらに他の実施例を示す斜
視図、第１５図は対称な電極を備える圧電振動子を示す
斜視図、第１６図は第１図の圧電振動子、第１４図の圧
電振動子および第１５図の圧電振動子のそれぞれを駆動
源として用いているときの振動子型アクチュエータの出
力回転数と印加交流信号の電圧値との関係を示す図、第
１７図は本発明の圧電振動子のさらに他の実施例を示す
斜視図、第１８図は本発明の圧電振動子のさらに池の実
施例を示す斜視図、第１９図は本発明の圧電振動子のさ
らに他の実施例における振動変位の方向を示す図、第２
０図は本発明の圧電振動子のさらに他の実施例における
振動変位の方向を示す図である。 １０．６０　６４，６８，７６．８６．９０９４・・・
圧電振動子、１２，６２．６６．９２゜９６・・・圧電
磁器、１４，１６，１４，７０，７８゜８０．８２．８
４・・・電極、８８・・・被覆。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸に垂直な平面に両端面がありかつ該軸に平行な
   方向に分極軸がある角柱状の圧電磁器と、該圧電磁器の
   両端面にそれぞれ形成されている電極とを備え、前記一
   方の端面の電極と前記他方の端面の電極とは、互いに前
   記分極軸に直交する仮想平面に対して非対称である圧電
   振動子。
2. （２）前記一方の端面の電極は該一方の端面を規定する
   ２つの部分端面の内の１つに位置し、前記他方の端面の
   電極は前記一方の端面の他の部分端面に対向する該他方
   の端面の部分端面に位置する請求項１に記載の圧電振動
   子。
3. （３）前記一方の端面に形成されている電極の平面形状
   と、前記他方の端面に形成されている電極の平面形状と
   は、前記圧電磁器の中心位置に対して点対称である請求
   項２に記載の圧電振動子。
4. （４）前記圧電磁器における端面をなす矩形の各辺の長
   さＬおよびＷとするとき、前記長さＬとＷとが等しい請
   求項１，２または３に記載の圧電振動子。
5. （５）前記圧電磁器における両端面間の距離をＨとする
   とき、前記Ｈと前記Ｌとの比の値がほぼ０．７３である
   請求項４に記載の圧電振動子。
6. （６）前記圧電磁器の側面の少なくとも一部分に被覆が
   設けられ、前記被覆は前記圧電磁器の耐摩耗性より優れ
   ている耐摩耗性および前記圧電磁器の熱伝導率より大き
   い熱伝導率を有する材料からなる請求項１，２，３，４
   または５に記載の圧電振動子。
7. （７）軸に垂直な平面に両端面がありかつ該軸に平行な
   方向に分極軸がある角柱状の圧電磁器と、それぞれが前
   記圧電磁器の一方の端面に形成され、互いに絶縁されて
   いる２つの電極と、それぞれが前記圧電磁器の他方の端
   面に形成され、互いに絶縁されている２つの電極とを有
   し、前記一方の端面の電極のそれぞれは、対応する前記
   他方の端面の電極と前記分極軸に直交する仮想平面に対
   して対称である圧電振動子。
8. （８）軸に平行な分極軸がある直方体状の圧電磁器と、
   該圧電磁器において互いに対向しかつ前記分極軸に平行
   な１対の面にそれぞれ設けられている電極とを備え、前
   記一方の面の電極と前記他方の面の電極とは前記一方の
   面に平行な仮想平面に対して非対称である圧電振動子。