JPH05237458A - 超音波振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱が少なく、振動振幅を最大に維持できる超
音波振動子を提供することを目的とする。 【構成】厚さ方向に重合され、該厚さ方向の分極領域の
境界面が中心軸周りに互いに所定角度にて傾斜する第
１、第２の電気−機械エネルギー変換素子１，２と、こ
れら第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子１，２
を厚さ方向の端面にて互いに挟み込む複数の共振器５，
６と、上記第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子
および複数の共振器の中心を貫通し、これらを軸方向に
一体に締結する締結部材１０とを具備しており、上記第
１、第２の電気−機械エネルギー変換素子１，２に、互
いに位相が１／４波長程ずれた正弦波電圧をそれぞれ印
加することにより、１次モードの屈曲振動が中心軸を中
心に回転しながら発生させる超音波振動子であって、上
記第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子１，２は
上記屈曲振動の腹位置に配置され、上記共振器５，６は
該振動子の両端面付近となる部分で締結部材１０と接触
しないことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波振動子は種々提案されてい
るが、１例を図１３に示す。

【０００３】この超音波振動子は、第１円筒状圧電振動
子１０１および第２円筒状圧電振動子１０２と、これら
の円筒状圧電振動子１０１，１０２の一端間に挾まれた
第１の金属円筒１０３と、該圧電振動子１０１，１０２
の他端にそれぞれ設けられた第２の金属円筒１０４，第
３の金属円筒１０５とを貫通部材１０６により固着した
圧電楕円運動振動子である。上記第１円筒状圧電振動子
１０１はその中心軸に層方向で２分割する第１の境界面
１０７および厚さ方向で２分割する第２の境界面１０８
を境として厚さ方向に互いに逆向きとなるように分極さ
れている。上記第２円筒状圧電振動子１０２は、その中
心軸に沿う方向で２分割され、かつ第１の境界面１０７
と所定角度で傾斜した第３の境界面１０９および厚さ方
向で２分割する第４の境界面１１０を境にして厚さ方向
に互いに逆向きとなるように分極されており、第２の境
界面１０８、第４の境界面１１０にそれぞれ第１、第２
の中間端子板１１１を有し、第１、第２、第３の金属円
筒１０３，１０４，１０５を共通アースとし、中間端子
板１１１に互いに異なる位相の交流電圧を印加して、圧
電楕円運動振動子の両端部に円を含む楕円運動を励起可
能としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
に示される楕円運動振動子は、図１４に示すように１次
の屈曲振動を発生し中心軸を中心に回転する。このよう
な楕円運動振動子は、円筒状圧電振動子が振動の節位置
に配置され、中心をボルト等の貫通部材で圧着固定され
るが、共振周波数付近における機械的な振動の鋭さを表
す機械的品質係数（以下、機械的Ｑｍと略す）が大きく
できる反面、起動直後、電流が多く流れ込むため楕円運
動振動子が発熱しやすくなる。この発熱によって、共振
周波数のインピーダンスが上昇し、逆に電流が流れ込み
にくくなる現象が発生し、振動子の振動振幅を減少させ
る。また、貫通部材自身も屈曲振動によって振動する
が、貫通部材の剛性によって屈曲振動を抑制し、振動振
幅を減少させる。このように、従来例のような貫通部材
は振動子の機械的Ｑｍを上昇させることができるが、発
熱、振動振幅の低減も引き起こしている。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、発熱が少なく、振動振幅を最大に維持できる
超音波振動子を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による超音波振動子は、厚さ方向に重合さ
れ、該厚さ方向の分極領域の境界面が中心軸周りに互い
に所定角度にて傾斜する第１、第２の電気−機械エネル
ギー変換素子と、これら第１、第２の電気−機械エネル
ギー変換素子を厚さ方向の端面にて互いに挟み込む複数
の共振器と、上記第１、第２の電気−機械エネルギー変
換素子および複数の共振器の中心を貫通し、これらを軸
方向に一体に締結する締結部材とを具備しており、上記
第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子に、互いに
位相が１／４波長程ずれた正弦波電圧をそれぞれ印加す
ることにより、１次モードの屈曲振動が中心軸を中心に
回転しながら発生させる超音波振動子であって、上記第
１、第２の電気−機械エネルギー変換素子は上記屈曲振
動の腹位置に配置され、上記共振器は振動子の両端面付
近となる部分で締結部材と接触しないことを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本発明においては、上記第１、第２の電気−機
械エネルギー変換素子に、互いに位相が１／４波長程ず
れた正弦波電圧をそれぞれ印加して、１次モードの屈曲
振動を中心軸を中心に回転しながら発生させる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【０００９】図１は、本発明の第１実施例を示す超音波
振動子の分解斜視図である。

【００１０】この第１実施例の超音波振動子は、たとえ
ば厚さ２ｍｍのドーナツ形状の第１圧電素子１および第
２圧電素子２を具備していて、この各圧電素子１，２は
ともに、図２に示すように、分極方向Ｍが互いに反転す
るように分極されていて２つの領域に分割されている。
そして、この第１圧電素子１の分極領域の第１境界線１
ａと、第２圧電素子２の分極領域の第２境界線２ａとが
互いに９０°程ずれるようにして配置されている。

【００１１】また、第１圧電素子１と共振器５、第２圧
電素子２と共振器６の間にはそれぞれ、たとえば厚さ
０．１ｍｍの銅製電極板３，４が配置されている。この
銅製電極板３，４は、それぞれリード線半田付け用の突
出部３ａ，４ａを有しており、この突出部３ａ，４ａに
はそれぞれ、端子Ａ，Ｂ（図３参照）が接続されるよう
になっている。そして、上記電極板３と電極板４にはそ
れぞれ、上記端子Ａ，Ｂより互いに位相が１／４波長ず
れた共振周波数附近の正弦波電圧が印加されるようにな
っている。

【００１２】上記第１圧電素子１と第２圧電素子２との
間には、電極板７が配置されている。この電極板７には
２ヶ所の突出部７ａ，７ｂが設けられており、ともに外
部支持部７ｃ（図３参照）により揺動自在に一点にて支
持されるようになっている。さらに、上記突出部７ａに
は、接地端子Ｇ（図３参照）が接続されるようになって
いて、これにより上記電極板７は接地されるようになっ
ている。

【００１３】上記共振器５，６は上記第１圧電素子１お
よび第２圧電素子２と同等な外径を有する外周面を有
し、振動伝達に優れた材質（アルミ合金、ステンレス、
リン青銅、ジュラルミン、チタン合金等）で形成され、
本第１実施例ではアルミ合金にシュウ酸フルマイト処理
を施したものを採用している。また、該共振器５，６の
中心軸孔の内周面には締結部材１０（図３参照）と締結
するねじ部１１が設けられている。さらに、同共振器
５，６の内部には、当該超音波振動子の両端面（該共振
器５，６の端面）から上記第１圧電素子１，第２圧電素
子２の方向に向けてカップ形状の凹部５ａ，６ａが形成
されていて、該端面附近では薄肉円環形状になってい
る。これにより、該共振器５，６の端面では上記締結部
材１０と接触しないようになっている。

【００１４】上記第１圧電素子１および第２圧電素子２
と、各電極板３，４，７と、共振器５，６とを図１に示
すように積層し、各構成部材間にエポキシ系接着剤等の
接着剤を塗布後、中心をボルト等の締結部材１０を貫通
させ各構成部材を圧着し、その後、上記接着剤を硬化さ
せ本第１実施例の超音波振動子を構成する。

【００１５】なお、図１中の符号８および９は、本第１
実施例の超音波振動子に押圧される回転子およびベアリ
ングであり、詳細は後述する。

【００１６】図３は、本第１実施例の超音波振動子が適
用される超音波モータの側断面図である。

【００１７】上記締結部材１０は本第１実施例の超音波
振動子の中心軸方向に延長され、ベアリング９を内蔵し
た回転子８が当該超音波振動子の端面に押圧手段によっ
て圧着固定される。本第１実施例では、この押圧手段
は、２枚の円錘形状座板１２と、この円錐形状座板１２
の間に挟まれたコイルバネ１３とを、ナット１４によっ
て圧着量を可変できるようにして構成している。また、
本第１実施例では、上記回転子８はＳＫ材で硬度Ｈｖ６
５０の熱処理が施されており、アルマイト処理された上
記共振器５，６との接触面は表面粗さＲｍａｘ０．１μ
ｍ以下に設定されている。

【００１８】次に、本第１実施例の作用について説明す
る。

【００１９】上記電極板３，４に、互いに位相が１／４
波長ずれた正弦波電圧を印加すると、１次の屈曲振動が
発生し、中心軸を中心に回転する楕円振動が発生する。
これにより、当該超音波振動子の端面、すなわち、共振
器５の端面に回転子８を圧着すると、該回転子８が回動
する超音波モータが構成される。また、上記２つの正弦
波電圧の位相差を１８０°程に設定すると当該超音波振
動子に生じる楕円振動の方向が逆転し、上記回転子８を
逆方向に回転させる。

【００２０】ところで、上記共振器５，６が仮に中実で
ある、全体長さＬの超音波振動子を想定すると、この場
合、１次の屈曲振動は該超音波振動子の両端面から約
０．２２４Ｌの位置に振動の節が存在し、該超音波振動
子の中心が振動の腹となり、振幅が最大となる。

【００２１】しかし、本第１実施例では、上述したよう
に共振器５，６の内部に両端面方向からカップ状の凹部
５ａ，６ａを設け、該端面附近において上記締結部材１
０との接触を避けるように構成しているので、該共振器
５，６の屈曲方向の剛性を下げると共に、該締結部材１
０の剛性による影響を最小限に抑え、振動の節の位置を
当該超音波振動子の中心、すなわち第１および第２圧電
素子１，２が配置されている位置に近づけ、当該超音波
振動子の両端面において振動振幅が最大となるようにす
ることができる。また、剛性の低下によって共振器５，
６および締結部材１０の金属内部摩擦の発生を少なくす
ることができ、これにより発熱現象を抑えることも可能
となった。さらに、共振器５，６の空気に触れる表面積
が相対的に増加したことで放熱効果も増大する。

【００２２】一方、締結部材１０は共振器５，６の端面
附近とは接触していないため、超音波振動子の屈曲振動
による励振が生じにくく、回転子８を常に水平に保つこ
とができる。

【００２３】また、圧電素子を振動の腹位置に集中させ
ているため、製造工程における組立を容易にする。

【００２４】以上、まとめると、このような第１実施例
によれば、振動の最大振幅位置を当該超音波振動子の両
端面に発生させることができ、該端面位置に設置された
回転子を効率よく回動させることができる。また、締結
部材で圧着固定しているため、機械的Ｑｍが高く、振動
の発生力が大きく高トルクの超音波モータが実現でき
る。さらに、発熱現象が抑えられるため、共振周波数で
駆動した際のインピーダンスが低い状態で維持でき、常
に安定した振動振幅、回動が得られる超音波モータを得
ることができる。

【００２５】なお、実験により、直径φ１５、全体長さ
４０ｍｍの超音波モータにおいて、１００ＶP-P の正弦
波電圧を印加時、無負荷回転６００ｒｐｍ、起動トルク
３５０ｇ−ｃｍの特性が得られた。

【００２６】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。

【００２７】図４は、上記第２実施例の超音波振動子を
適用した超音波モータの側断面図、また、図５は、該超
音波振動子における圧電素子群を示した分解斜視図であ
る。

【００２８】この第２実施例の超音波振動子は、図５に
示すような、たとえば厚さ０．５ｍｍのドーナツ形状の
第１圧電素子群３１と第２圧電素子群３２とを具備し、
これら圧電素子は、その分極が２つの領域に分割され分
極方向Ｍが互いに反転するように分極されている。各圧
電素子群３１，３２は、２枚の上記第１実施例と同様な
圧電素子１，２とでそれぞれ構成され、分極方向が相反
するようにしかも分極領域の境界線１ａ，２ａが一致す
るように積層される。そして、第１圧電素子群３１の分
極領域の第１境界線１ａと第２圧電素子群３２の分極領
域の第２境界線２ａとが互いに９０°程ずれるように配
置されている。

【００２９】また、第１圧電素子群３１の２枚の圧電素
子１の間、および第２圧電素子群３２の２枚の圧電素子
２の間には、それぞれ上記第１実施例と同様な、たとえ
ば厚さ５０μｍの銅製電極板３および４が配置されてい
る。そして、上記電極板３および電極板４には、それぞ
れ端子ＡおよびＢより位相が１／４波長程ずれた共振周
波数附近の正弦波電圧が印加されるようになっている。
さらに、第１圧電素子群３１，第２圧電素子群３２，共
振器１５の各間には、たとえば厚さ０．１ｍｍを有する
銅製電極板２０が配置されている。この各電極板２０は
突出部２０ａを有していて、該突出部２０ａには接地端
子Ｇが接続されており、接地されるようになっている。

【００３０】一方、第２圧電素子群３２と共振器１６の
間には、前記第１実施例と同様な、２ヶ所の突出部７
ａ，７ｂを有する電極板７が配置されている。そして、
該突出部７ａ，７ｂはゴム等で形成された緩衝部材２３
を介して外部に固定されている。

【００３１】上記共振器１５，１６は、上記第１実施例
と同様に振動伝達に優れた材質（アルミ合金、ステンレ
ス、リン青銅、ジュラルミン、チタン合金等）で形成さ
れている。該共振器１５，１６の中心軸孔内周面には締
結部材２１と締結するねじ部１５ｂ，１６ｂが設けら
れ、当該超音波振動子の両端面、すなわち、共振器１
５，１６の端面から第１および第２の圧電素子群３１，
３２の方向に、円錘カップ形状の凹部１５ａ，１６ａが
形成されていて、摺鉢形状になっている。これにより、
該共振器１５，１６の端面が上記締結部材２１と接触す
るのを防ぐようになっている。

【００３２】上記共振器１５の上方には、該共振器１５
の端面と同形状の、たとえば、炭化珪素セラミックス
（ＳｉＣ）で形成されている摺動部材２５を介して回転
子８が配置されている。なお、上記摺動部材２５は上記
共振器１５と回転子８との両方の接触位置に接着固定さ
れている。

【００３３】さらに、第１圧電素子群３１と、第２圧電
素子群３２と、各電極板３，４，７，２０と、共振器１
５，１６との各間にエポキシ系接着剤等の接着剤を塗布
後、中心をねじ等の締結部材２１を貫通させ各構成部材
を圧着し、その後、上記接着剤を硬化させ本第２実施例
の超音波振動子を構成する。

【００３４】上記締結部材２１は本第２実施例の超音波
振動子の中心軸方向に延長され、ベアリング９を内蔵し
た回転子８が該超音波振動子の両端面に押圧手段によっ
て圧着固定される。本第２実施例では、該押圧手段とし
て皿ばね２２が２枚の円垂形状の開口部を対向させて積
層し、ナット１４によって圧着量を可変できる押圧手段
を用いている。

【００３５】このような構成を有する上記第２実施例の
作用は上記第１実施例と同様であるのでここでの説明は
省略する。

【００３６】さて、この第２実施例の超音波振動子の両
端面には同方向に回転する楕円振動が発生するため、締
結部材２１を上記両端面方向に延長して、回転子８を該
両端面にそれぞれ設置して出力取り出し箇所を２ヶ所に
している。また、共振器１５，１６の端面附近と締結部
材２１を接触させない構造として、該共振器１５，１６
の両端面から第１および第２の圧電素子群３１，３２の
方向へ、円錘カップ形状の凹部１５ａ，１６ａを形成し
ているため、上記第１実施例と同様に、超音波振動子の
端面に最大振幅を発生させることができ、しかも、発熱
現象を迎えることができる。

【００３７】そして、当該超音波振動子の屈曲振動をさ
らに効率良くするために、支持板の役目も果たす電極板
７と外部との間に緩衝部材としてゴム等を介して固定し
たため、支持による振動減衰を低減することができる。

【００３８】なお、上述したように、摺動部材２５とし
てＳｉＣ（炭化珪素セラミックス）を回転子８と共振器
１５，１６の両端面の間に配置した。ところで、一般
に、同種の材料同士の摩擦力は大きく摩耗が懸念される
ところだが、本実施例で用いたＳｉＣに関しては、摩耗
は特に問題にはならず非常に良い摺動特性を示す。しか
もセラミックスであるため高い振動電圧効率があり、高
トルクを発生させやすくなる。さらに、本第２実施例に
おいては、圧電素子を４枚にしたため、上記第１実施例
に比べより高トルクを発生させることができる。

【００３９】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。

【００４０】図６は、上記第３実施例の超音波振動子が
適用される超音波モータの側断面図である。

【００４１】この第３実施例の超音波振動子は、上記第
２実施例における締結部材２１（図４参照）を中心軸方
向にさらに延長し、該締結部材２１の一方に上記第２実
施例と同様な押圧手段を用いて回転子８を設置し、他方
において外部との固定を行い、当該超音波振動子を支持
する構成を有している。

【００４２】このような構成を有する本第３実施例で
は、超音波振動子を中心軸上に設置された締結部材２１
で支持することによって、確実にしかも屈曲振動を抑制
せずに固定できる。たとえば、共振器が中実の超音波振
動子の場合、締結部材も屈曲振動を起こし強く励振して
いるため、該締結部材を延長させて外部との固定を図る
と大きな振動減衰を生じて振動振幅が減少する。また、
回転子を設置する場合も締結部材が屈曲振動の方向に倒
れを生じ、回転子を水平に保てず出力低下を招く。

【００４３】しかしながら、本第３実施例の超音波振動
子の場合、共振器１５，１６の端面附近が締結部材２１
と接触していないため該締結部材２１に発生する屈曲振
動は弱く、外部と締結しても当該超音波振動子全体にお
ける振動減衰が少ない。そして、回転子８を水平状態に
保ち、超音波振動子だけが１次の屈曲振動で中心軸周り
に回転する振動モードを発生させることができる。ま
た、本第３実施例の場合、電極板の形状をすべて共通に
できるという利点もある。

【００４４】したがって、このような第３実施例の超音
波振動子は、該超音波振動子を非常に簡単な構造で支持
することができ、上記第１および第２実施例のような外
部との固定位置に設けられる緩衝部材や支持板を必要と
しない。また、部品の共通化を図ることも可能であり、
部品コスト，加工コストの低減が実現できる。

【００４５】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。

【００４６】図７は、上記第４実施例の超音波振動子が
適用される超音波モータの側断面図である。

【００４７】この第４実施例の超音波振動子は、上記第
３実施例の超音波振動子おける共振器１５，１６を、図
８に示すような共振器４５，４６に置き換え、また、圧
電素子および電極群を簡略にした構成を有している他
は、上記第３実施例と同様な構成・作用を示す。

【００４８】上記共振器４５，４６は、図８に示すよう
に、その外周面に外周から中心軸に向かって外周と同心
円形状となる複数本、たとえば４本の溝４５ｂ，４６ｂ
が形成されている。なお、この溝４５ｂ，４６ｂは共振
器４５，４６内部の円錘カップ形状の凹部４５ａ，４６
ａとは貫通しないようになっている。また、本第４実施
例では、該共振器４５，４６はアルミ合金で硫酸アルマ
イト処理が施され、回転子８はＳＵＳ４４０ＣでＨｖ７
００の熱処理が施されている。

【００４９】このような構成を有する本第４実施例の超
音波振動子は、共振器４５，４６の外周に複数の溝４５
ｂ，４６ｂを形成したため、屈曲方向の剛性が低下して
該超音波振動子が強く屈曲するようになり、これにより
端面での振動振幅の増加がさらに向上できる。

【００５０】なお、実験により、直径φ１０ｍｍ，長さ
１２ｍｍの共振器４５，４６において、溝４５ｂ，４６
ｂをそれぞれ４本形成したものと溝が無いものとで超音
波振動子を構成して、該超音波振動子のインピーダンス
カーブを測定した結果を図９のインピーダンス特性図に
示す。

【００５１】この図９において、実線は溝４５ｂ，４６
ｂを施した本第４実施例の超音波振動子のインピーダン
ス特性であり、共振周波数ｆ1 ，インピーダンスＺ1 は
それぞれ、 ｆ1 ＝ ７６KHz Ｚ1 ＝ １１２Ω となり、破線で示す、該溝のない超音波振動子の共振周
波数ｆ2 ，インピーダンスＺ2 はそれぞれ、 ｆ2 ＝ １０２KHz Ｚ2 ＝ ３１１Ω となる。すなわち、共振器４５，４６に溝４５ｂ，４６
ｂを形成したことによって共振周波数が低下しインピー
ダンスも小さくなる。つまり、小型の超音波振動子を構
成した場合、波長が短くなるために共振周波数が高くな
りすぎるが、上述のように共振器の外周面に溝を形成す
ることによって駆動周波数を低下させることができる。
また、小型の超音波振動子の場合、機械的Ｑｍが圧電素
子の堆積の現象によって大きくできないが、溝を形成す
ることで共振状態でのインピーダンスを低下させ、機械
的Ｑｍを増加させることができ、端面での振動振幅が非
常に増大し、高トルク化が実現できる。さらに、放熱効
果を増加させることが可能となる。

【００５２】次に、本第４実施例の変形例について説明
する。

【００５３】図１０（ａ）〜（ｆ）は上記第４実施例に
おける共振器の変形例を示す側面図あるいは斜視図であ
る。

【００５４】図１０（ａ）に示す例は、上記第４実施例
における共振器４５，４６の溝４５ｂ，４６ｂをＶ字型
の溝５２に変えたもので、上記第４実施例と同様の作用
をするとともに、ばね特性を有することになる。。

【００５５】図１０（ｂ）に側面を，（ｃ）に斜め上方
より見た図を示す例は、上記第４実施例における共振器
４５，４６の外周面に、外周から中心軸に向かって切込
み溝５３を中心軸を横切るまで形成したものである。こ
れにより該共振器はばね特性を有することになる。

【００５６】図１０（ｄ）に示す例は、上記第４実施例
における共振器４５，４６の端面から内径をくりぬき、
締結部材の締結部５６と外周側面との間に薄肉のフラン
ジ５７を設け、該フランジ５７にばね特性を有するよう
にしたものである。

【００５７】図１０（ｅ）に示す例は、上記第４実施例
における共振器４５，４６の外周面に螺旋形状の溝５８
を形成し、ばね特性を有するようにしたものである。

【００５８】図１０（ｆ）に示す例は、上記第４実施例
における共振器４５，４６の外周面にねじ状の溝を形成
し、ばね特性を有するようにしたものである。なお、こ
の変形例を、上記図１０（ｄ）に示す例においても実施
することが可能であり、当該例においても上記（ｄ）例
と同様な締結部５９とフランジ５４とを有している。

【００５９】ところで、金属部材を使用して機械的Ｑｍ
を増大させるには、ばね構造が最も効果的である。上記
変形例はこのばね構造による機械的Ｑｍの増大効果を巧
みに利用しようとするもので、超音波振動子の機械的Ｑ
ｍをさらに大きくし、振動振幅の増大・高トルク化を図
るものである。

【００６０】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。

【００６１】図１１は、上記第５実施例の超音波振動子
が適用される超音波モータを示す側面図である。

【００６２】この第５実施例は、たとえば厚さ２ｍｍの
ドーナツ形状の第１圧電素子１と第２圧電素子２とを具
備しており、該圧電素子が上記第１実施例と同様に分
極，配置されている。また、第１圧電素子１と共振器６
５、第２圧電素子２と共振器６６、第１圧電素子１と第
２圧電素子２との間には、それぞれ、たとえば厚さ０．
１ｍｍの銅製電極板３，４，２０が配置されている。上
記共振器６５，６６は、上記第１実施例同様に振動伝達
に優れた材質（アルミ合金、ステンレス、リン青銅、ジ
ュラルミン、チタン合金等）で形成され、本実施例では
アルミ合金にシュウ酸アルマイト処理を施してものが採
用されている。

【００６３】上記共振器６５，６６の中心軸孔内周面に
は締結部材６０と締結するねじ部が設けられ、また、該
共振器６５，６６の両端面から圧電素子１，２の方向へ
は、同共振器６５，６６の端面が上記締結部材６０と接
触しないようにカップ形状の凹部６５ａ，６６ａが形成
され、該端面附近では薄肉円環形状になっている。さら
に、２つの共振器６５，６６の端部にはフランジが形成
されていて、上記圧電素子１，２の外周よりも大きく構
成されている。そして、該フランジの外周面には雄ねじ
６１が形成され、また、共振器６６の該雄ねじ６１の一
部にはリード線通過用の貫通孔６２が形成されている。

【００６４】上記第１圧電素子１と、第２圧電素子２
と、電極板３，４，２０と、共振器６５，６６とを積層
し、各構成部材間にエポキシ系接着剤等の接着剤を塗布
後、中心を埋め込みネジの締結部材６０を貫通させ各構
成部材を圧着し、その後、上記接着剤を硬化させ本第５
実施例の超音波振動子を構成する。

【００６５】上記雄ねじ６１は円筒管６３の内周面に形
成された雌ねじ６４と螺合されるようになっている。ま
た、電極板３，４，２０には位相が１／４波長程ずれた
共振周波数附近の正弦波電圧が印加されるようになって
いる。なお、電極板２０は接地されるようになってい
る。

【００６６】このような構成を有する第５実施例の超音
波振動子に正弦波電圧が印加されると該超音波振動子に
１次の屈曲振動が生じ中心軸を中心に図中、矢印Ｎの方
向に回動する。この動作によって、同超音波振動子自身
が共振器６５，６６の雄ねじ６１と円筒管６３の雌ねじ
６４とをガイドとして、回動しながら円筒管６３内を図
中、矢印Ｓの方向に直進する。また、正弦波電圧の位相
を１８０°程ずらして印加すると、逆回転しながら該円
筒管６３内を逆方向に直進する。

【００６７】この第５実施例の超音波振動子によると、
リニア型の超音波モータを実現することができる。ま
た、図１２に示すように、超音波振動子を締結部材６７
によって外部に固定すれば、円筒管６３が回動しながら
可逆に直進することはいうまでもない。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
熱が少なく、振動振幅を両端面において最大にし、端面
附近に設置された回転子を高トルクで、しかも安定して
回転できる超音波振動子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す超音波振動子の分解
斜視図

【図２】上記第１実施例における圧電素子を示す側面
図。

【図３】上記第１実施例の超音波振動子が適用される超
音波モータの側断面図

【図４】本発明の第２実施例を示す超音波振動子が適用
される超音波モータの側断面図。

【図５】上記第２実施例の超音波振動子における圧電素
子群を示した分解斜視図。

【図６】本発明の第３実施例を示す超音波振動子が適用
される超音波モータの側断面図。

【図７】本発明の第４実施例を示す超音波振動子が適用
される超音波モータの側断面図。

【図８】上記第４実施例における共振器を示す側面図。

【図９】上記第４実施例の超音波振動子と従来の超音波
振動子のインピーダンス特性を示した線図。

【図１０】（ａ）〜（ｆ）は上記第４実施例の変形例を
示す側面図および斜視図。

【図１１】本発明の第５実施例を示す超音波振動子が適
用される超音波モータの側面図。

【図１２】上記第５実施例の変形例を示す側面図。

【図１３】従来の超音波振動子を示す斜視図。

【図１４】従来の超音波振動子の動作状態を示す斜視
図。

【符号の説明】

１…第１圧電素子 １ａ…第１境界線 ２…第２圧電素子 ２ａ…第２境界線 ３，４…電極板 ５，６…共振器 ５ａ，６ａ…凹部 ７…電極板 ８…回転子 ９…ベアリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津幡 敏晴 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 若林 勝裕 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 中嶋 勇 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚さ方向に重合され、該厚さ方向の分極領
   域の境界面が中心軸周りに互いに所定角度にて傾斜する
   第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子と、 これら第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子を厚
   さ方向の端面にて互いに挟み込む複数の共振器と、 上記第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子および
   複数の共振器の中心を貫通し、これらを軸方向に一体に
   締結する締結部材と、 を具備しており、 上記第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子に、互
   いに位相が１／４波長程ずれた正弦波電圧をそれぞれ印
   加することにより、１次モードの屈曲振動が中心軸を中
   心に回転しながら発生させる超音波振動子であって、 上記第１、第２の電気−機械エネルギー変換素子は上記
   屈曲振動の腹位置に配置され、上記共振器は該超音波振
   動子の両端面付近となる部分で締結部材と接触しないこ
   とを特徴とする超音波振動子。
2. 【請求項２】上記共振器の少なくとも一方の端面もしく
   は外周側面に圧接され、上記中心軸周りに回転駆動され
   る被駆動部材を具備することを特徴とする請求項１に記
   載の超音波振動子。
3. 【請求項３】上記共振器は外周側面に軸周りに形成され
   た溝を具備することを特徴とする請求項１に記載の超音
   波振動子。
4. 【請求項４】上記共振器は外周側面に千鳥状に配置され
   た複数の切欠を具備することを特徴とする請求項１に記
   載の超音波振動子。
5. 【請求項５】上記共振器は外周側面に螺旋状に形成され
   た溝を具備することを特徴とする請求項１に記載の超音
   波振動子。
6. 【請求項６】上記共振器は締結部材に締結される被締結
   部と、この被締結部の外周に配置された筒状部と、これ
   らの間を弾性を持って連結する連結部とからなることを
   特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
7. 【請求項７】上記締結部材は共振器の端面より軸方向に
   延長され、該延長部分に外部に保持されることを特徴と
   する請求項１に記載の超音波振動子。