JPH10163541A - Electromechanical conversion element, its manufacture, vibration actuator and its manufacture - Google Patents

Electromechanical conversion element, its manufacture, vibration actuator and its manufacture

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Publication number
JPH10163541A
JPH10163541A JP31787196A JP31787196A JPH10163541A JP H10163541 A JPH10163541 A JP H10163541A JP 31787196 A JP31787196 A JP 31787196A JP 31787196 A JP31787196 A JP 31787196A JP H10163541 A JPH10163541 A JP H10163541A
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JP
Japan
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electromechanical
vibration
electromechanical conversion
electromechanical transducer
piezoelectric element
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Application number
JP31787196A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Muramatsu
研一 村松
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the drive force of a vibration actuator by making a plurality of electromechanical conversion sections by which main bodies of electromagnetic conversion element generate different piezoelectric effects, which are simultaneously displaceable in different directions. SOLUTION: A torsional oscillation displacement to be excited by means of a piezoelectric element 24 can be made roughly matched with that of an elastic body 23, to be excited actually by arranging two groups of torsional oscillation excited electromechanical conversion sections 24b-1 and 24d-1 and 24b-2 and 24d-2 with respect to secondary torsional oscillation and on group of longitudinal oscillation exciting electromechanical conversion sections 24c-1 and 24c-2 with respect to primary longitudinal oscillation. Therefore, the drive force and driving efficiency of an ultrasonic actuator can be improved, because the excitation of torsional oscillation and longitudinal oscillation becomes easier. So that the oscillating amplitudes of both oscillations can be secured.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギを機
械的変位に、又は機械的変位を電気エネルギに変換する
電気機械変換素子、この電気機械変換素子の製造法、こ
の電気機械変換素子を用いる振動アクチュエータ及びこ
の振動アクチュエータの製造法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromechanical transducer for converting electrical energy into mechanical displacement or mechanical displacement into electrical energy, a method for manufacturing the electromechanical transducer, and using the electromechanical transducer. The present invention relates to a vibration actuator and a method for manufacturing the vibration actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は、縦−捩じり振動型の振動アク
チュエータの従来例の構造を示した斜視図である。
2. Description of the Related Art FIG. 12 is a perspective view showing the structure of a conventional example of a longitudinal-torsional vibration type vibration actuator.

【0003】従来、この種の振動アクチュエータの固定
子(ステータ)101では、2つの円柱型の振動子10
2,103間に捩じり振動用圧電素子104が配置され
る。また、振動子103の上側に縦振動用圧電素子10
5が配置される。捩じり振動用圧電素子104は周方向
に分極される。一方、縦振動用圧電素子105は厚さ方
向に分極される。さらに、移動子(ロータ)106は、
縦振動用圧電素子105の上側に配置される。
Conventionally, a stator (stator) 101 of this type of vibration actuator has two cylindrical vibrators 10.
A piezoelectric element 104 for torsional vibration is arranged between the elements 2 and 103. The piezoelectric element 10 for longitudinal vibration is provided above the vibrator 103.
5 are arranged. The torsional vibration piezoelectric element 104 is polarized in the circumferential direction. On the other hand, the longitudinal vibration piezoelectric element 105 is polarized in the thickness direction. Further, the moving element (rotor) 106
It is arranged above the longitudinal vibration piezoelectric element 105.

【0004】固定子101を構成する振動子102,1
03及び圧電素子104,105は、シャフト107の
ねじ部にネジ止めされて固定される。移動子106は、
中心部に設けられたボールベアリング108を介してシ
ャフト107に回転可能に設けられる。シャフト107
の先端にはばね109を介してナット110がネジ止め
される。これにより、移動子106を固定子101に所
定の大きさの加圧力Fで加圧された状態で接触させる。
The vibrators 102, 1 constituting the stator 101
03 and the piezoelectric elements 104 and 105 are fixed to the threaded portion of the shaft 107 by screws. The mover 106 is
The shaft 107 is rotatably provided via a ball bearing 108 provided at the center. Shaft 107
A nut 110 is screwed to the tip of the nut via a spring 109. As a result, the moving element 106 is brought into contact with the stator 101 while being pressed by the pressing force F having a predetermined magnitude.

【0005】捩じり振動用圧電素子104と縦振動用圧
電素子105とは、発振器111から発振される同一周
波数の電圧を、移相器112により位相制御することに
より、駆動される。
The piezoelectric element for torsional vibration 104 and the piezoelectric element for longitudinal vibration 105 are driven by controlling the phase of a voltage of the same frequency oscillated from an oscillator 111 by a phase shifter 112.

【0006】捩じり振動用圧電素子104は、移動子1
06が回転するための機械的変位を与える。一方、縦振
動用圧電素子105は固定子101と移動子106との
間に働く摩擦力を、圧電素子104による捩じり振動の
周期に同期させて周期的に変動させる。これにより、振
動を一方向への運動に変換するクラッチ的役割を果た
す。
The torsional vibration piezoelectric element 104 is
06 provides a mechanical displacement for rotation. On the other hand, the longitudinal vibration piezoelectric element 105 periodically fluctuates the frictional force acting between the stator 101 and the moving element 106 in synchronization with the period of the torsional vibration by the piezoelectric element 104. This serves as a clutch that converts vibration into motion in one direction.

【0007】図13は、この従来の振動アクチュエータ
の固定子101を展開して示す斜視図である。捩じり振
動用圧電素子104は、円周方向に複数に分極する必要
がある。そのため、圧電材料を図13に示すように、6
〜8個程度の扇形の小片に一端分割し、各小片を円周方
向に分極した後に再度環状に組み合わせていた。なお、
図13における符号104aは捩じり振動用圧電素子1
04に駆動電圧を印加するための電極である。
FIG. 13 is an exploded perspective view showing a stator 101 of the conventional vibration actuator. The torsional vibration piezoelectric element 104 needs to be polarized plurally in the circumferential direction. Therefore, as shown in FIG.
One end was divided into about 8 fan-shaped small pieces, and each piece was polarized in the circumferential direction and then assembled in an annular shape again. In addition,
Reference numeral 104a in FIG. 13 denotes a torsional vibration piezoelectric element 1.
04 is an electrode for applying a drive voltage.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の振動アクチュエータでは、捩じり振動用圧電素子10
4を環状に組み合わせる時に、形状精度を出すことが難
しかった。
However, in the above-described conventional vibration actuator, the piezoelectric element 10 for torsional vibration is used.
When combining 4 in a ring shape, it was difficult to obtain shape accuracy.

【0009】一方、縦振動用圧電素子105,及び捩じ
り振動用圧電素子104それぞれの面積は、ともに、移
動子106の断面積と略等しいか、又は、移動子106
の断面積よりも小さかった。また、シャフト107を貫
通させるために縦振動用圧電素子105,及び捩じり振
動用圧電素子104それぞれの中央部に孔を開ける必要
もあった。そのため、縦振動用圧電素子105,及び捩
じり振動用の圧電素子104それぞれの面積はさらに小
さくなり、振動アクチュエータの高トルク化及び高回転
化をともに図ることが難しかった。
On the other hand, the area of each of the longitudinal vibration piezoelectric element 105 and the torsional vibration piezoelectric element 104 is substantially equal to the cross-sectional area of the moving element 106 or
Was smaller than the cross-sectional area. Further, in order to penetrate the shaft 107, it is necessary to make a hole in the center of each of the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration and the piezoelectric element 104 for torsional vibration. Therefore, the area of each of the longitudinal vibration piezoelectric element 105 and the torsional vibration piezoelectric element 104 is further reduced, and it has been difficult to achieve both high torque and high rotation of the vibration actuator.

【0010】このような問題を解決するために、本出願
人は、既に特開平8−103089号公報により、高ト
ルク及び高回転で駆動することができ、しかも、構造及
び製造がともに容易な異形モード縮退型の振動アクチュ
エータを提案した。この振動アクチュエータは、一次の
縦振動と一次の捩じり振動とを発生する異形モード縮退
型の振動子を用いるものである。
In order to solve such a problem, the present applicant has already disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-103089 a variant that can be driven with high torque and high rotation and that is easy to structure and manufacture. A mode degenerate type vibration actuator was proposed. This vibration actuator uses a deformed mode degenerate type vibrator that generates primary longitudinal vibration and primary torsional vibration.

【0011】また、本出願人は、特開平8−14037
7号公報により、振動子を構成する円柱状の弾性体の外
周面に、2つの大径部と1つの小径部とを形成すること
により、振動子に1次の縦振動と2次の捩じり振動とを
同時に発生させて、振動アクチュエータを構成できるこ
とを提案した。
Further, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-14037.
According to Japanese Patent Publication No. 7 (1994), two large-diameter portions and one small-diameter portion are formed on the outer peripheral surface of a columnar elastic body constituting a vibrator, so that the vibrator has primary longitudinal vibration and secondary screw. We have proposed that a vibration actuator can be constructed by simultaneously generating torsional vibration.

【0012】図14は、これらの提案にかかる振動アク
チュエータにおいて、振動子1に縦振動と捩じり振動と
発生させ、これらの振動の合成により、振動子駆動面D
に楕円運動を発生させることを経時的に示す説明図であ
る。
FIG. 14 shows a vibration actuator according to these proposals, in which the vibrator 1 generates longitudinal vibration and torsional vibration, and by combining these vibrations, the vibrator driving surface D
FIG. 6 is an explanatory diagram showing generation of elliptical motion over time.

【0013】振動子1は、2つの半円柱状の弾性部材に
より構成される弾性体2(図14においては図示しな
い。後述する図15を参照しながら詳述する。)と、こ
の弾性体2に保持されて電気エネルギを機械的変位に変
換する電気機械変換素子である圧電素子3(図14にお
いては図示しない。後述する図15を参照しながら詳述
する。)とにより構成される。圧電素子3は、圧電定数
15を用いる捩じり振動用圧電素子3aと圧電定数d31
を用いる縦振動用圧電素子3bとによって構成される。
The vibrator 1 has an elastic body 2 (not shown in FIG. 14 and will be described in detail with reference to FIG. 15 described later) composed of two semi-cylindrical elastic members. And a piezoelectric element 3 (not shown in FIG. 14 and described in detail with reference to FIG. 15 described later) which is an electromechanical conversion element that converts electric energy into mechanical displacement. The piezoelectric element 3, the piezoelectric element for torsional vibration using a piezoelectric constant d 15 3a and the piezoelectric constant d 31
And a piezoelectric element 3b for longitudinal vibration using the same.

【0014】これら2種の圧電素子3a,3bに、図示
しない駆動電圧発生装置から位相差が(π/2)である
2相の交流電圧をそれぞれ印加する。すると、2種の圧
電素子3a,3bは励振する。これにより、弾性体2に
は、軸方向に関する捩じり振動と軸方向への縦振動とが
それぞれ発生する。これらの縦振動及び捩じり振動それ
ぞれの共振周波数を略一致させると、弾性体2には縦振
動及び捩じり振動が同時に生じる(以下、このような状
態を「縮退」という。)。この縮退により、振動子1の
端面である駆動面Dには楕円運動が発生し、この楕円運
動が駆動力として取り出される。
A two-phase AC voltage having a phase difference of (π / 2) is applied to these two types of piezoelectric elements 3a and 3b from a drive voltage generator (not shown). Then, the two kinds of piezoelectric elements 3a and 3b are excited. Thereby, torsional vibration in the axial direction and longitudinal vibration in the axial direction are generated in the elastic body 2. When the resonance frequencies of the longitudinal vibration and the torsional vibration are substantially matched, the longitudinal vibration and the torsional vibration are simultaneously generated in the elastic body 2 (hereinafter, such a state is referred to as “degenerate”). Due to this contraction, an elliptical motion is generated on the driving surface D, which is the end face of the vibrator 1, and the elliptical motion is extracted as a driving force.

【0015】図15及び図16は、いずれも、この弾性
体2に接合される2種の圧電素子3a,3bの配置を示
す説明図であり、図15は振動子1の上面図,図16は
振動子1の側面図である。
FIGS. 15 and 16 are explanatory views showing the arrangement of two types of piezoelectric elements 3a and 3b joined to the elastic body 2. FIG. 15 is a top view of the vibrator 1, and FIG. 3 is a side view of the vibrator 1. FIG.

【0016】図15及び図16に示すように、図示例の
振動アクチュエータでは、弾性体2は、中空の略円柱体
を略中心軸を含む平面で縦に2分割することにより得ら
れる2つの半弾性部材2a,2bを、再度、略円柱状に
組み合わせて、構成される。
As shown in FIGS. 15 and 16, in the illustrated vibration actuator, the elastic body 2 is obtained by vertically dividing a hollow substantially cylindrical body into two halves on a plane including a substantially central axis. The elastic members 2a and 2b are again assembled in a substantially cylindrical shape.

【0017】2つの半弾性部材2a,2bの2つの分割
面には、捩じり振動用圧電素子3a,縦振動用圧電素子
3b及び電極板4が積層された状態で配置される。圧電
素子3a,3bは、2つの分割面それぞれに、2層ずつ
合計4層配置される。
On the two divided surfaces of the two semi-elastic members 2a and 2b, a torsional vibration piezoelectric element 3a, a longitudinal vibration piezoelectric element 3b and an electrode plate 4 are arranged in a stacked state. The piezoelectric elements 3a and 3b are arranged in two layers on each of the two divided surfaces, for a total of four layers.

【0018】4層のうちの2層の圧電素子3aは、圧電
定数d15を用いる圧電素子により構成される。一方、残
り2層の圧電素子3bは、圧電定数d31を用いる圧電素
子により構成される。前者の圧電定数d15を用いる圧電
素子3aは、弾性体2の軸方向について剪断変位を発生
する。
The two layers of the four-layer piezoelectric element 3a is constituted by a piezoelectric element using a piezoelectric constant d 15. On the other hand, the piezoelectric element 3b in the remaining two layers, composed of a piezoelectric element using a piezoelectric constant d 31. The former piezoelectric element 3 a using the piezoelectric constant d 15 generates a shear displacement in the axial direction of the elastic body 2.

【0019】このような圧電定数d15を用いる捩じり振
動用圧電素子3aに駆動電圧を印加すると、弾性体2に
は軸方向に関する捩じり変位が発生する。一方、圧電定
数d31を用いる縦振動用圧電素子3bに駆動電圧を印加
すると、弾性体2には軸方向への縦変位が発生する。
[0019] Upon application of such a piezoelectric constant d 15 a driving voltage to the vibrating piezoelectric element 3a torsional used, displacement torsion in the axial direction is generated in the elastic body 2. On the other hand, when a drive voltage is applied to the piezoelectric element 3b for longitudinal vibration using a piezoelectric constant d 31, the longitudinal displacement in the axial direction is generated in the elastic body 2.

【0020】したがって、捩じり振動用圧電素子3aに
正弦波電圧を入力することにより、弾性体2にはこれに
応じて捩じり運動が発生する。一方、縦振動用圧電素子
3bに正弦波電圧を入力することにより、弾性体2には
これに応じて伸縮運動が発生する。
Therefore, when a sine wave voltage is input to the torsional vibration piezoelectric element 3a, a torsional motion is generated in the elastic body 2 in response thereto. On the other hand, when a sinusoidal voltage is input to the piezoelectric element for longitudinal vibration 3b, the elastic body 2 expands and contracts accordingly.

【0021】ところで、捩じり振動用圧電素子3a,縦
振動用圧電素子3bを弾性体2に装着して振動を発生さ
せる場合には、捩じり振動に関しては弾性体2に発生す
る捩じり振動の節位置に捩じり振動用圧電素子3aを配
置する。一方、縦振動に関しては弾性体2に発生する縦
振動の節位置に縦振動用圧電素子3bを配置する。この
ように各振動の節位置に各振動用圧電素子を配置するこ
とにより、最も効率的に捩じり振動,縦振動をそれぞれ
発生させることが可能となる。
When the torsional vibration piezoelectric element 3a and the longitudinal vibration piezoelectric element 3b are attached to the elastic body 2 to generate vibration, the torsional vibration generated in the elastic body 2 is to be reduced. The torsional vibration piezoelectric element 3a is arranged at a node position of the torsional vibration. On the other hand, regarding the longitudinal vibration, the longitudinal vibration piezoelectric element 3b is arranged at a node position of the longitudinal vibration generated in the elastic body 2. By arranging the respective piezoelectric elements for vibration at the nodes of the respective vibrations, it is possible to generate the torsional vibration and the longitudinal vibration most efficiently.

【0022】これに対し、捩じり振動用圧電素子3a,
縦振動用圧電素子3bをそれぞれの振動の腹位置に配置
しても、捩じり振動,縦振動の発生には余り寄与しな
い。そのため、腹位置に配置される圧電素子に入力する
電力量が無駄になって、振動アクチュエータの駆動効率
が低下してしまう。
On the other hand, the torsional vibration piezoelectric elements 3a,
Even if the piezoelectric element 3b for longitudinal vibration is arranged at the antinode position of each vibration, it does not contribute much to the occurrence of torsional vibration and longitudinal vibration. Therefore, the amount of electric power input to the piezoelectric element disposed at the antinode position is wasted, and the driving efficiency of the vibration actuator is reduced.

【0023】すなわち、前述した図14〜図16に示す
構造の振動アクチュエータでは、捩じり振動用圧電素子
3a,縦振動用圧電素子3bは、いずれも、弾性体2の
分割面全体に接合されることにより挟まれた状態で保持
される。そのため、各振動の節位置だけではなくて腹位
置にも跨がって装着されており、駆動効率の低下は避け
られなかった。
That is, in the vibration actuator having the structure shown in FIGS. 14 to 16, the torsional vibration piezoelectric element 3 a and the longitudinal vibration piezoelectric element 3 b are both joined to the entire divided surface of the elastic body 2. It is held in a state of being sandwiched. For this reason, it is mounted not only at the node position of each vibration but also over the antinode position, and a reduction in driving efficiency cannot be avoided.

【0024】また、特に特開平8−140377号公報
により提案した振動アクチュエータでは、捩じり振動は
2次モードであるため、節位置を2つ有する。一方の節
位置では、捩じり振動用圧電素子3aが振動子1に励起
しようとする振動と同じ方向への捩じり振動変位を発生
する。これに対し、他方の節位置では、これとは反対方
向への捩じり振動変位を発生する。そのため、捩じり振
動用圧電素子3a,縦振動用圧電素子3bを用いて2つ
の異なった振動変位を発生させようとすると、他方の節
位置では、入力エネルギを駆動力として充分に出力する
ことができず、振動振幅をある程度以上には大きくする
ことができなかった。
In particular, in the vibration actuator proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-140377, since the torsional vibration is a secondary mode, it has two joint positions. At one node position, the torsional vibration piezoelectric element 3a generates a torsional vibration displacement in the same direction as the vibration to be excited on the vibrator 1. On the other hand, at the other node position, torsional vibration displacement occurs in the opposite direction. Therefore, if two different vibration displacements are to be generated using the torsional vibration piezoelectric element 3a and the longitudinal vibration piezoelectric element 3b, the input energy must be sufficiently output as the driving force at the other node position. However, the vibration amplitude could not be increased to a certain degree or more.

【0025】そこで、本出願人は、先に特願平7−23
9603号により、n次(n:自然数)の縦振動とm次
(m:自然数)の捩じり振動とを発生する振動子を用い
た振動アクチュエータにおいて、縦振動用圧電素子をそ
の中心位置が縦振動の節位置に一致するようにn群配置
するとともに、捩じり振動用圧電素子をその中心位置が
捩じり振動の節位置に一致するようにm群配置した新型
の振動アクチュエータを提案した。
Therefore, the applicant of the present application has previously filed Japanese Patent Application No.
According to No. 9603, in a vibration actuator using a vibrator that generates an n-th (n: natural number) longitudinal vibration and an m-th (m: natural number) torsional vibration, the longitudinal vibration piezoelectric element is positioned at the center position. A new type of vibration actuator has been proposed, in which n groups are arranged so as to coincide with the nodes of longitudinal vibration, and m groups of piezoelectric elements for torsional vibration are arranged so that the center position thereof coincides with the nodes of torsional vibration. did.

【0026】すなわち、この振動アクチュエータでは、
縦振動用圧電素子,捩じり振動用圧電素子が、各振動の
節位置及びその近傍に独立して軸方向に関して配設され
る。そのため、各振動の腹位置には各振動用圧電素子が
配置されておらず、振動振幅を減少させることなく入力
エネルギを低減することが可能となる。
That is, in this vibration actuator,
The piezoelectric element for longitudinal vibration and the piezoelectric element for torsional vibration are arranged independently at the node position of each vibration and in the vicinity thereof in the axial direction. Therefore, each vibration piezoelectric element is not arranged at the antinode position of each vibration, and it is possible to reduce the input energy without reducing the vibration amplitude.

【0027】また、この提案にかかる振動アクチュエー
タによれば、利用する振動に節位置が複数存在しても、
それぞれ、捩じり振動用圧電素子により励起しようとす
る捩じり振動変位と実際に励起しようとする弾性体の捩
じり振動変位とを略一致させることができる。そのた
め、振動振幅を大きくすることが可能であり、さらに振
動エネルギの損失をできるだけ少なくすることも可能で
ある。
Further, according to the vibration actuator according to this proposal, even if there are a plurality of node positions in the vibration to be used,
In each case, the torsional vibration displacement to be excited by the torsional vibration piezoelectric element and the torsional vibration displacement of the elastic body to be actually excited can be substantially matched. Therefore, the vibration amplitude can be increased, and the loss of vibration energy can be reduced as much as possible.

【0028】図17は、この提案にかかる振動アクチュ
エータにおいて、振動子11を構成する弾性体12への
圧電素子13の装着状況を示す説明図であり、図17
(a)は振動子11の上面図,図17(b)は発生する
縦振動,捩じり振動の一例を併せて示す振動子11の側
面図である。
FIG. 17 is an explanatory view showing the mounting state of the piezoelectric element 13 on the elastic body 12 constituting the vibrator 11 in the vibration actuator according to this proposal.
FIG. 17A is a top view of the vibrator 11, and FIG. 17B is a side view of the vibrator 11 showing examples of generated longitudinal vibration and torsional vibration.

【0029】中空円柱状の弾性体12は、厚肉の中空円
筒状弾性体を略中心軸を含む平面で縦に2分割すること
により得られる半中空円筒状弾性体12a,12bを、
再度円柱状に組み合わせることにより得られる弾性部材
である。この弾性体12の外周面には、2つの溝部が設
けられることにより形成される2つの小径部14a,1
4bと、小径部14a,14bによって区切られること
により形成される三つの大径部14A,14B及び14
Cとが形成される。半中空円筒状弾性体12a,12b
の2つの分割面それぞれには、2層の圧電素子13a〜
13cと電極15a〜15cとが挟み込まれた状態で装
着される。
The hollow columnar elastic member 12 is obtained by dividing a thick hollow cylindrical elastic member into two vertically by a plane including a substantially central axis, and obtains semi-hollow cylindrical elastic members 12a and 12b.
It is an elastic member obtained by assembling again in a cylindrical shape. On the outer peripheral surface of the elastic body 12, two small diameter portions 14a, 1 formed by providing two grooves are provided.
4b and three large diameter portions 14A, 14B and 14 formed by being separated by the small diameter portions 14a and 14b.
C is formed. Semi-hollow cylindrical elastic bodies 12a, 12b
Each of the two divided surfaces has two layers of piezoelectric elements 13a to 13a to
13c and the electrodes 15a to 15c are mounted in a sandwiched state.

【0030】小径部14a,14bの形成位置は、弾性
体12に発生する捩じり振動の2つの節位置である。図
示するように、捩じり振動用圧電素子13a,13c
は、いずれも、捩じり振動の2つの節位置を含む位置に
配置される。また、縦振動用圧電素子13bは、縦振動
の1つの節位置を含む位置に配置される。
The positions where the small diameter portions 14a and 14b are formed are the two nodes of the torsional vibration generated in the elastic body 12. As shown, the torsional vibration piezoelectric elements 13a, 13c
Are arranged at positions including two nodal positions of torsional vibration. The piezoelectric element 13b for longitudinal vibration is disposed at a position including one node position of longitudinal vibration.

【0031】捩じり振動用圧電素子13a,13cは、
周波電圧が印加されると、電圧印加方向に応じた剪断変
形を発生し、これにより捩じり振動が発生する。すなわ
ち、第1捩じり振動用圧電素子13aは、図面上手前側
に位置する2枚の捩じり振動用圧電素子13a−1と図
面上向こう側に位置する2枚の捩じり振動用圧電素子1
3a−2とにより構成される。
The torsional vibration piezoelectric elements 13a and 13c
When a frequency voltage is applied, a shear deformation is generated in accordance with the voltage application direction, thereby generating a torsional vibration. That is, the first torsional vibration piezoelectric element 13a is composed of two torsional vibration piezoelectric elements 13a-1 positioned on the near side in the drawing and two torsional vibration piezoelectric elements 13a-1 positioned on the other side in the drawing. Element 1
3a-2.

【0032】捩じり振動用圧電素子13a−1,13a
−2それぞれの剪断変形は、同じ方向への駆動電圧が印
加されると、それぞれ反対方向に発生する。そのため、
弾性体12には、軸方向に関する捩じり変位が発生す
る。例えば、図17(b)に矢印で示すように、捩じり
振動用圧電素子13a−1,13a−2がそれぞれ剪断
変形すると、駆動面Dは、図17(a)に矢印で示す方
向へ捩じれる。また、この場合とは逆方向へ駆動電圧を
印加すると、逆向きの剪断変形が発生するため、駆動面
Dは図17(a)に矢印で示す方向とは反対方向へ捩じ
れる。
The piezoelectric elements 13a-1, 13a for torsional vibration
-2 each shear deformation occurs in the opposite direction when the drive voltage in the same direction is applied. for that reason,
A torsional displacement occurs in the elastic body 12 in the axial direction. For example, as shown by the arrow in FIG. 17B, when the torsional vibration piezoelectric elements 13a-1 and 13a-2 each undergo shear deformation, the drive surface D moves in the direction indicated by the arrow in FIG. 17A. Twist. In addition, when a driving voltage is applied in a direction opposite to that in this case, a shearing deformation in the opposite direction occurs, so that the driving surface D is twisted in a direction opposite to the direction indicated by the arrow in FIG.

【0033】また、第2捩じり振動用圧電素子13c
は、図面上手前側に位置する2枚の捩じり振動用圧電素
子13c−1と図円上向こう側に位置する2枚の捩じり
振動用圧電素子13c−2とにより構成される。捩じり
振動用圧電素子13c−1,13c−2それぞれの剪断
変形は、同じ方向への電圧が印加されると、それぞれ反
対方向に発生する。そのため、弾性体12には、軸方向
に関する捩じり変位が発生する。
The second torsional vibration piezoelectric element 13c
Is composed of two torsional vibration piezoelectric elements 13c-1 located on the near side in the drawing and two torsional vibration piezoelectric elements 13c-2 located on the other side in the drawing circle. The shear deformation of each of the torsional vibration piezoelectric elements 13c-1 and 13c-2 occurs in opposite directions when a voltage is applied in the same direction. Therefore, torsional displacement occurs in the elastic body 12 in the axial direction.

【0034】また、第1捩じり振動用圧電素子13a−
1と第2捩じり振動用圧電素子13c−1とは、同じ方
向への駆動電圧が印加されると、異なった方向へ剪断変
形するように、配置する。さらに、第1捩じり振動用圧
電素子13a−2と第2捩じり振動用圧電素子13c−
2とは、同じ方向への駆動電圧が印加されると、異なっ
た方向へ剪断変形するように配置される。
The first torsional vibration piezoelectric element 13a-
The first and second torsional vibration piezoelectric elements 13c-1 are arranged so that when a driving voltage in the same direction is applied, the piezoelectric elements 13c-1 are sheared in different directions. Further, the first torsional vibration piezoelectric element 13a-2 and the second torsional vibration piezoelectric element 13c-
2 is arranged so that when a driving voltage in the same direction is applied, it is sheared in a different direction.

【0035】例えば、図17(b)に示すように、第2
捩じり振動用圧電素子13c−1,13c−2がともに
剪断変形すると、駆動面Dは、図17(a)に矢印で示
す方向とは反対方向へ捩じれる。
For example, as shown in FIG.
When the torsional vibration piezoelectric elements 13c-1 and 13c-2 are both sheared, the drive surface D is twisted in the direction opposite to the direction indicated by the arrow in FIG.

【0036】このように、捩じり振動用圧電素子13
a,13cを配列することにより、第1捩じり振動用圧
電素子13aと第2捩じり振動用圧電素子13cとに同
じ周波電圧を印加すると、発生する捩じり振動の第一節
及び第二節それぞれにおける振動方向が反対方向とな
り、2次の捩じり振動モードが励起され易くなる。
As described above, the torsional vibration piezoelectric element 13
When the same frequency voltage is applied to the first torsional vibration piezoelectric element 13a and the second torsional vibration piezoelectric element 13c by arranging the first and second torsional vibration elements 13a and 13c, The vibration direction in each of the second nodes is opposite, and the secondary torsional vibration mode is easily excited.

【0037】また、縦振動用圧電素子13bは、周波電
圧が印加されたときに振動子軸方向へ伸縮変形を発生
し、これにより弾性体12には縦振動が発生する。この
縦振動用圧電素子13bは、図面上手前側に位置する2
枚の縦振動用圧電素子13b−1と図面上向こう側に位
置する2枚の縦振動用圧電素子13b−2とにより構成
される。縦振動用圧電素子13bは、同じ方向への駆動
電圧が印加されると、それぞれ同方向へ縦変形するよう
に配置される。縦振動用圧電素子13bをこのように配
置することにより、縦振動用圧電素子13bに同じ周波
電圧を印加すると、1次の縦振動モードは励起され易く
なる。
When a frequency voltage is applied, the longitudinal vibration piezoelectric element 13b expands and contracts in the axial direction of the vibrator, whereby the elastic body 12 generates longitudinal vibration. The piezoelectric element for vertical vibration 13b is located on the front side in the drawing.
It is composed of two longitudinal vibration piezoelectric elements 13b-1 and two longitudinal vibration piezoelectric elements 13b-2 located on the upper side in the drawing. The longitudinal vibration piezoelectric elements 13b are arranged so as to be vertically deformed in the same direction when a driving voltage in the same direction is applied. By arranging the longitudinal vibration piezoelectric element 13b in this manner, when the same frequency voltage is applied to the longitudinal vibration piezoelectric element 13b, the primary longitudinal vibration mode is easily excited.

【0038】このように構成された振動子11を備える
振動アクチュエータにおいて、(1/4)λ(λ:波
長)位相差がある2つの駆動信号を、縦振動用圧電素子
13bと捩じり振動用圧電素子13a,13cとに入力
すると、縦振動と捩じり振動との振動の位相差が90°
ずれ、縦振動及び捩じり振動を合成した楕円運動が駆動
面Dに発生する。
In the vibration actuator having the vibrator 11 configured as described above, two drive signals having a (1/4) λ (λ: wavelength) phase difference are transmitted to the longitudinal vibration piezoelectric element 13b and the torsional vibration. Input to the piezoelectric elements 13a and 13c, the phase difference between the longitudinal vibration and the torsional vibration is 90 °.
An elliptical motion that combines the displacement, the longitudinal vibration, and the torsional vibration occurs on the drive surface D.

【0039】駆動面Dに発生するこのような楕円運動
は、図示しない加圧機構により駆動面Dに加圧接触され
る移動子(図示しない。)に伝搬される。移動子は図示
しない支持機構により回転自在に支持されるため、一方
向に連続的に駆動される。
Such an elliptical motion generated on the drive surface D is propagated to a moving element (not shown) which is brought into pressure contact with the drive surface D by a pressure mechanism (not shown). Since the movable element is rotatably supported by a support mechanism (not shown), it is continuously driven in one direction.

【0040】このように、既に提案されている各種の振
動アクチュエータは、弾性体12に発生する縦振動及び
捩じり振動を組み合わせ、駆動面Dに発生する楕円運動
を移動子に伝達するものである。そのため、少なくと
も、縦振動を発生するための圧電素子13bと捩じり振
動を発生するための圧電素子13a,13cとを弾性体
12に装着する必要があった。
As described above, the various vibration actuators already proposed combine the longitudinal vibration and the torsional vibration generated in the elastic body 12 to transmit the elliptical motion generated in the drive surface D to the moving element. is there. Therefore, it is necessary to attach at least the piezoelectric element 13b for generating the longitudinal vibration and the piezoelectric elements 13a and 13c for generating the torsional vibration to the elastic body 12.

【0041】さらに、圧電素子13a〜13cに行う必
要があるポーリング(永久分極処理)の方向は、捩じり
振動用圧電素子13a,13c,縦振動用圧電素子13
bそれぞれで異なる。
Further, the direction of the poling (permanent polarization processing) that needs to be performed on the piezoelectric elements 13a to 13c depends on the torsional vibration piezoelectric elements 13a and 13c and the longitudinal vibration piezoelectric element 13a.
b is different for each.

【0042】図18は、圧電素子のポーリング方向を示
す斜視図であって、図18(a)は縦振動用圧電素子1
3bのポーリング方向を、図18(b)は捩じり振動用
圧電素子13a,13cのポーリング方向をそれぞれ示
す。
FIG. 18 is a perspective view showing the poling direction of the piezoelectric element. FIG.
FIG. 18B shows the poling direction of the piezoelectric elements 13a and 13c for torsional vibration, respectively.

【0043】縦振動用圧電素子13bと捩じり振動用圧
電素子13a,13cとでポーリング方向が異なるた
め、これらの圧電素子13a〜13cはそれぞれ異なっ
た製造工程により生産されていた。そのため、図17に
示す振動子を構成するには、少なくとも、4枚の縦振動
用圧電素子13bと8枚の捩じり振動用圧電素子13
a,13cとを、別個に弾性体12に装着する必要があ
った。
Since the poling directions are different between the longitudinal vibration piezoelectric element 13b and the torsional vibration piezoelectric elements 13a and 13c, these piezoelectric elements 13a to 13c have been produced by different manufacturing processes. Therefore, in order to configure the vibrator shown in FIG. 17, at least four piezoelectric elements 13b for longitudinal vibration and eight piezoelectric elements 13 for torsional vibration are used.
a and 13c had to be separately mounted on the elastic body 12.

【0044】このように、図17に示す振動アクチュエ
ータを構成するために、少なくとも合計12枚もの多数
の圧電素子13a〜13cを、一枚一枚弾性体12の所
定の位置に正確に装着しなければならない。したがっ
て、弾性体12への圧電素子13a〜13cの装着に多
大の工数を要するとともに、所定の位置に正確に装着す
ることが難しく、振動アクチュエータの性能を設計目標
値に維持することが容易ではないという課題があった。
As described above, in order to constitute the vibration actuator shown in FIG. 17, a large number of at least 12 piezoelectric elements 13a to 13c in total must be accurately mounted at predetermined positions on the elastic body 12 one by one. Must. Therefore, the mounting of the piezoelectric elements 13a to 13c to the elastic body 12 requires a great deal of man-hours, it is difficult to accurately mount the piezoelectric elements 13a to 13c at predetermined positions, and it is not easy to maintain the performance of the vibration actuator at the design target value. There was a problem that.

【0045】さらに、図17に示す振動アクチュエータ
を高効率で駆動するためには、振動子11の構成要素で
ある全ての圧電素子13a〜13cが弾性体12に対し
て有効に、縦変位,捩じり変位を伝達することが必要と
なる。そのためには、全ての圧電素子13a〜13cが
弾性体12及び電極15a〜15cに対して少しの隙間
も有さずに確実に密着されている必要がある。
Further, in order to drive the vibration actuator shown in FIG. 17 with high efficiency, all the piezoelectric elements 13a to 13c, which are the constituent elements of the vibrator 11, are effectively displaced with respect to the elastic body 12 in the longitudinal displacement and the screw. It is necessary to transmit the torsion displacement. For that purpose, it is necessary that all the piezoelectric elements 13a to 13c are securely adhered to the elastic body 12 and the electrodes 15a to 15c without any gap.

【0046】しかし、図17に示す振動アクチュエータ
では、装着する圧電素子13a〜13cは、その設置数
が多いとともに全く異なる製造工程で製造されるために
厚さを一定に揃えることが極めて難しい。そのため、全
ての圧電素子13a〜13cを弾性体12及び電極15
a〜15cに対して少しの隙間も有さずに確実に密着さ
せることは極めて難しい。そのため、振動アクチュエー
タの駆動効率及び性能の低下を回避することはできなか
った。
However, in the vibration actuator shown in FIG. 17, the piezoelectric elements 13a to 13c to be mounted have a large number of installations and are manufactured in completely different manufacturing steps, so that it is extremely difficult to make the thickness uniform. Therefore, all the piezoelectric elements 13a to 13c are connected to the elastic body 12 and the electrode 15
It is extremely difficult to ensure close contact with a to 15c without any gap. For this reason, it has not been possible to avoid a decrease in drive efficiency and performance of the vibration actuator.

【0047】[0047]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、電気
エネルギを機械的変位に、又は機械的変位を電気エネル
ギに変換する電気機械変換素子であって、電気機械変換
素子の本体が、互いに異なる圧電効果(所定の圧電定数
によって起こされる効果)を発生する複数の電気機械変
換部分を有し、これらの複数の電気機械変換部分が、各
々が異なる方向へ同時に変位自在であることを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electromechanical transducer for converting electrical energy into mechanical displacement or mechanical displacement into electrical energy, wherein the main body of the electromechanical transducer comprises: It has a plurality of electromechanical transducers that generate different piezoelectric effects (effects caused by a predetermined piezoelectric constant), and each of the plurality of electromechanical transducers is simultaneously displaceable in a different direction. And

【0048】請求項2の発明は、請求項1に記載された
電気機械変換素子において、本体が、複数の電気機械変
換部分によって、異なる振動モードを同時に発生させる
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the electromechanical transducer according to the first aspect, the main body simultaneously generates different vibration modes by a plurality of electromechanical transducers.

【0049】請求項3の発明は、請求項1に記載された
電気機械変換素子において、本体が、複数の電気機械変
換部分によって、本体に同時に発生している異なる振動
モードを同時にかつ独立して電気エネルギに変換可能で
あることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the electromechanical transducer according to the first aspect, the main body simultaneously and independently operates different vibration modes generated in the main body by a plurality of electromechanical conversion portions. It can be converted into electric energy.

【0050】請求項4の発明は、請求項1に記載された
電気機械変換素子において、本体が、複数の電気機械変
換部分によって、異なる振動モードを同時に発生させる
とともに、本体に同時に発生している異なる振動モード
を同時にかつ独立して電気エネルギに変換可能であるこ
とを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the electromechanical transducer according to the first aspect, the main body simultaneously generates different vibration modes by the plurality of electromechanical conversion portions and simultaneously generates the vibration modes in the main body. It is characterized in that different vibration modes can be converted into electric energy simultaneously and independently.

【0051】請求項5の発明は、請求項1に記載された
電気機械変換素子において、複数の電気機械変換部分
が、圧電すべり効果(圧電定数d15により生じる効果)
を発生する第1の電気機械変換部分と、圧電横効果(圧
電定数d31により生じる効果)を発生する第2の電気機
械変換部分とを備えていることを特徴とする。
The invention of claim 5 is the electromechanical transducer according to claim 1, a plurality of electro-mechanical conversion portion, the piezoelectric shear effect (caused by the piezoelectric constant d 15 effect)
A first electromechanical conversion portion for generating, characterized in that it comprises a second electromechanical conversion portion generating a piezoelectric transverse effect (effect caused by the piezoelectric constant d 31).

【0052】請求項6の発明は、請求項5に記載された
電気機械変換素子において、圧電すべり効果によって捩
じり振動が発生し、圧電横効果によって縦振動が発生す
ることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the electromechanical transducer according to the fifth aspect, a torsional vibration is generated by a piezoelectric slip effect and a longitudinal vibration is generated by a piezoelectric transverse effect.

【0053】請求項7の発明は、請求項5に記載された
電気機械変換素子において、第1の電気機械変換部分
が、互いに離間して2つ形成され、第2の電気機械変換
部分が、2つの第1の電気機械変換部分の間に1つ形成
されていることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the electromechanical conversion element according to the fifth aspect, two first electromechanical conversion parts are formed apart from each other, and the second electromechanical conversion part is formed by: One is formed between the two first electromechanical conversion parts.

【0054】請求項8の発明は、請求項5に記載された
電気機械変換素子において、第1の電気機械変換部分と
第2の電気機械変換部分とが、本体に隣接して1つずつ
形成されていることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the electromechanical conversion element according to the fifth aspect, the first electromechanical conversion portion and the second electromechanical conversion portion are formed one by one adjacent to the main body. It is characterized by having been done.

【0055】請求項9の発明は、請求項7又は請求項8
に記載された電気機械変換素子において、隣接して配置
された第1の電気機械変換部分と第2の電気機械変換部
分とが、電気エネルギを機械的変位に変換する部分であ
り、これら第1の電気機械変換部分と第2の電気機械変
換部分の配置方向に関して本体の少なくとも一方の端部
側には、さらに、機械的変位を電気エネルギに変換する
部分が形成されていることを特徴とする。
The ninth aspect of the present invention is the seventh or eighth aspect.
In the electromechanical conversion element described in the above, the first electromechanical conversion part and the second electromechanical conversion part disposed adjacent to each other are parts that convert electric energy into mechanical displacement, A portion for converting mechanical displacement into electric energy is further formed on at least one end side of the main body with respect to the arrangement direction of the electromechanical conversion portion and the second electromechanical conversion portion. .

【0056】請求項10の発明において、請求項5から
請求項9までのいずれか1項に記載された電気機械変換
素子において、本体が板状に形成されるとともに、第1
の電気機械変換部分と第2の電気機械変換部分それぞれ
の厚さが略等しい範囲にあることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the electromechanical transducer according to any one of the fifth to ninth aspects, the main body is formed in a plate shape and the first
The thickness of each of the electromechanical conversion part and the second electromechanical conversion part is in a range that is substantially equal.

【0057】請求項11の発明は、電気エネルギを機械
的変位に、又は機械的変位を電気エネルギに変換する電
気機械変換素子の母材に複数方向へのポーリングを行う
ことにより、母材に、互いに異なる圧電効果(所定の圧
電定数によって起こされる効果)を発生し、異なる方向
へ同時に変位自在な複数の電気機械変換部分を形成する
ことを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, the base material of the electromechanical transducer for converting electric energy into mechanical displacement or converting mechanical displacement into electric energy is subjected to polling in a plurality of directions, so that It is characterized in that a plurality of electromechanical conversion portions which generate mutually different piezoelectric effects (effects caused by a predetermined piezoelectric constant) and are simultaneously displaceable in different directions are formed.

【0058】請求項12の発明は、電気エネルギを機械
的変位に変換する電気機械変換素子の母材に対し、第1
のポーリングを行って第1の電気機械変換部分を形成し
た後、第1の電気機械変換部分の一部を含む部分に第2
のポーリングを行うことにより、第1の電気機械変換部
分と異なる圧電効果(所定の圧電定数によって起こされ
る効果)を発生する第2の電気機械変換部分を形成する
ことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法である。
According to a twelfth aspect of the present invention, a base material of an electromechanical transducer for converting electric energy into mechanical displacement is provided with a first material.
After forming the first electro-mechanical conversion part by performing the polling of the second electro-mechanical conversion part, the second electro-mechanical conversion part
A second electromechanical transducer that generates a piezoelectric effect (effect caused by a predetermined piezoelectric constant) different from that of the first electromechanical transducer by performing polling of the electromechanical transducer. It is a manufacturing method of.

【0059】請求項13の発明は、請求項12に記載さ
れた電気機械変換素子の製造方法において、第1の電気
機械変換部分が、圧電すべり効果(圧電定数d15により
生じる効果)を発生し、第2の電気機械変換部分が、圧
電横効果(圧電定数d31により生じる効果)を発生する
ことを特徴とする。
[0059] The invention of claim 13 is the manufacturing method of the electro-mechanical conversion device according to claim 12, the first electro-mechanical converting portion generates a piezoelectric shear effect (effect caused by the piezoelectric constant d 15) a second electro-mechanical converting portion, characterized by generating a piezoelectric transverse effect (effect caused by the piezoelectric constant d 31).

【0060】請求項14の発明は、請求項12に記載さ
れた電気機械変換素子の製造方法において、電気機械変
換素子の母材を板状に形成するとともに、母材の平面方
向に関して所定の間隔をあけて母材の両面に電極対を形
成して複数の電極対を設け、第1のポーリングが、複数
組の電極対のうち、少なくとも1組の隣り合う電極対間
に電界を印加することで行われ、第2のポーリングが、
複数組の電極対のうち、少なくとも一対を構成する各電
極間に電界を印加することで行われることを特徴とす
る。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electromechanical transducer according to the twelfth aspect, the base material of the electromechanical transducer is formed in a plate shape and has a predetermined distance in a plane direction of the base material. Forming a pair of electrodes on both sides of the base material with a gap, and providing a plurality of pairs of electrodes, wherein the first poling applies an electric field between at least one pair of adjacent pairs of the plurality of pairs of electrodes. And the second poll is
It is characterized in that it is performed by applying an electric field between at least one pair of electrodes among a plurality of pairs of electrodes.

【0061】請求項15の発明は、請求項14に記載さ
れた電気機械変換素子の製造方法において、第1のポー
リング及び第2のポーリングを行った後に、第1の電気
機械変換部分及び第2の電気機械変換部分それぞれの厚
さを均一化する処理を行うことを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electromechanical transducer according to the fourteenth aspect, after the first polling and the second polling are performed, the first electromechanical conversion portion and the second Characterized in that a process for equalizing the thickness of each of the electromechanical conversion parts is performed.

【0062】請求項16の発明は、請求項15に記載さ
れた電気機械変換素子の製造方法において、均一化のた
めの処理は、第1の電気機械変換部分の表面に、第1の
電気機械変換部分の厚さが第2の電気機械変換部分の厚
さと等しくなるように電極を形成すること、第1の電気
機械変換部分の表面に電極を形成してから、第1の電気
機械変換部分及び第2の電気機械変換部分それぞれの厚
さが等しくなるように、第1の電気機械変換部分及び第
2の電気機械変換部分それぞれの表面に形成された電極
の一部を除去すること、又は、第2の電気機械変換部分
に形成された電極と電気機械変換素子の一部とを除去し
て電気機械変換素子の厚さを均一にした後、第1の電気
機械変換部分及び第2の電気機械変換部分それぞれの表
面に電極を形成することにより行われることを特徴とす
る。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an electromechanical transducer according to the fifteenth aspect, the processing for uniforming is performed by first electromechanical conversion on the surface of the first electromechanical conversion portion. Forming an electrode so that the thickness of the conversion portion is equal to the thickness of the second electromechanical conversion portion; forming the electrode on the surface of the first electromechanical conversion portion; Removing a part of the electrode formed on the surface of each of the first electromechanical conversion part and the second electromechanical conversion part such that the thickness of each of the first and second electromechanical conversion parts is equal, or After removing the electrode formed on the second electromechanical conversion part and a part of the electromechanical conversion element to make the thickness of the electromechanical conversion element uniform, the first electromechanical conversion part and the second Form electrodes on the surface of each electromechanical transducer Characterized in that it is carried out by.

【0063】請求項17の発明は、請求項16に記載さ
れた電気機械変換素子の製造方法において、均一化のた
めの処理の過程で電気機械変換素子に電極を形成する際
に、第1の電気機械変換部分及び第2の電気機械変換部
分それぞれの電気機械変換能を喪失させる温度域への加
熱を伴わない形成法を用いることを特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electromechanical transducer according to the sixteenth aspect, when the electrode is formed on the electromechanical transducer in a process of uniforming, the first The method is characterized by using a forming method that does not involve heating to a temperature range that causes loss of the electromechanical conversion capability of each of the electromechanical conversion part and the second electromechanical conversion part.

【0064】請求項18の発明は、請求項17に記載さ
れた電気機械変換素子の製造方法において、形成法が、
スパッタリング,蒸着等の薄膜形成法又は無電界めっき
法であることを特徴とする。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electromechanical transducer according to the seventeenth aspect, the forming method comprises:
It is characterized by a thin film forming method such as sputtering or vapor deposition or an electroless plating method.

【0065】請求項19の発明は、電気機械変換素子を
有し、電気機械変換素子により複数の異なる種類の振動
が発生する振動子と、振動子との間で相対運動を行う相
対運動部材とを備える振動アクチュエータであって、電
気機械変換素子の本体が、互いに異なる圧電効果(所定
の圧電定数によって起こされる効果)を発生する複数の
電気機械変換部分を有し、複数の電気機械変換部分が、
各々が異なる方向へ同時に変位自在であることを特徴と
する。
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a vibrator having an electromechanical transducer, wherein a plurality of different types of vibrations are generated by the electromechanical transducer, and a relative motion member for performing relative motion between the vibrator and Wherein the main body of the electromechanical transducer has a plurality of electromechanical transducers that generate different piezoelectric effects (effects caused by a predetermined piezoelectric constant), and the plurality of electromechanical transducers are ,
Each can be simultaneously displaced in different directions.

【0066】請求項20の発明は、請求項19に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、複数の電気機械変換
部分が、圧電すべり効果(圧電定数d15により生じる効
果)を発生する第1の電気機械変換部分と、圧電横効果
(圧電定数d31により生じる効果)を発生する第2の電
気機械変換部分とを備えていることを特徴とする。
[0066] The invention of claim 20 is the vibration actuator according to claim 19, a plurality of electro-mechanical conversion portion, a first electro-mechanical conversion to generate a piezoelectric shear effect (effect caused by the piezoelectric constant d 15) a portion, characterized in that it comprises a second electromechanical conversion portion generating a piezoelectric transverse effect (effect caused by the piezoelectric constant d 31).

【0067】請求項21の発明は、請求項20に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、振動子が、複数の弾
性部材を組み合わされることで柱状に形成され、電気機
械変換素子が、少なくとも1つの弾性部材に装着される
とともに、複数の振動が、振動子の軸方向に関する捩じ
り振動と、振動子の軸方向に振動する縦振動であること
を特徴とする。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the twentieth aspect, the vibrator is formed in a column shape by combining a plurality of elastic members, and the electromechanical conversion element includes at least one elastic member. And the plurality of vibrations are torsional vibration in the axial direction of the vibrator and longitudinal vibration oscillating in the axial direction of the vibrator.

【0068】請求項22の発明は、請求項21に記載さ
れた振動アクチュエータにおいて、電気機械変換素子の
第1の電気機械変換部分が、振動子に発生する捩じり振
動の少なくとも1つの節となる位置を含む位置に存在す
るとともに、電気機械変換素子の第2の電気機械変換部
分が、振動子に発生する縦振動の少なくとも1つの節と
なる位置を含む位置に存在することを特徴とする。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the twenty-first aspect, the first electromechanical transducer of the electromechanical transducer includes at least one node of torsional vibration generated in the vibrator. And a second electromechanical transducer of the electromechanical transducer is present at a location including at least one node of longitudinal vibration generated in the vibrator. .

【0069】請求項23の発明は、複数の弾性部材の間
に、互いに異なる複数の振動を発生させる電気機械変換
素子を配置する振動アクチュエータの製造方法におい
て、電気機械変換素子が、請求項1から請求項7までの
いずれか1項に記載された電気機械変換素子であること
を特徴とする。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in a method of manufacturing a vibration actuator in which an electromechanical transducer for generating a plurality of vibrations different from each other is arranged between a plurality of elastic members, An electromechanical transducer according to any one of the preceding claims.

【0070】請求項24の発明は、請求項23に記載さ
れた振動アクチュエータの製造方法において、電気機械
変換素子が、第1の電気機械変換部分が振動子に発生す
る捩じり振動の節となる位置を含む位置に存在し、第2
の電気機械変換部分が振動子に発生する縦振動の節とな
る位置を含む位置に存在するように配置されることを特
徴とする。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a vibration actuator according to the twenty-third aspect, the electromechanical transducer includes a node for torsional vibration generated by the first electromechanical transducer in the vibrator. Exists at a position including the position
Wherein the electromechanical conversion part is disposed at a position including a position serving as a node of longitudinal vibration generated in the vibrator.

【0071】[0071]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1実施形態)以下、本発明の実施形態を、添付図面
を参照しながら、詳細に説明する。なお、以降の各実施
形態の説明は、振動アクチュエータとして超音波の振動
域を利用する超音波アクチュエータを例にとって、行
う。また、以降の各実施形態の説明は、電気エネルギを
機械的変位に、又は機械的変位を電気エネルギに変換す
る電気機械変換素子として圧電素子を例にとって、行
う。
(First Embodiment) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of each embodiment, an ultrasonic actuator using an ultrasonic vibration region is used as an example of the vibration actuator. In the following description of each embodiment, a piezoelectric element is used as an example of an electromechanical conversion element that converts electrical energy into mechanical displacement or mechanical displacement into electrical energy.

【0072】図1は、第1実施形態の超音波アクチュエ
ータ21を構成する振動子22の要素である圧電素子2
4の構成を示す斜視図である。この圧電素子24は、P
ZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる矩形薄板状の本
体を有する。この本体は、機能的に異なる5つの電気機
械変換部分に分かれて構成される。本実施形態では、5
つの電気機械変換部分に分けて構成しているが、これに
限定されるものではなく、複数であればよい。例えば2
つ又は3つであってもよい。
FIG. 1 shows a piezoelectric element 2 which is an element of a vibrator 22 constituting an ultrasonic actuator 21 of the first embodiment.
4 is a perspective view showing a configuration of FIG. This piezoelectric element 24 has P
It has a rectangular thin plate-shaped main body made of ZT (lead zirconate titanate). This body is divided into five functionally different electromechanical conversion parts. In this embodiment, 5
Although the configuration is divided into one electromechanical conversion part, the configuration is not limited to this, and a plurality may be used. For example, 2
Or three.

【0073】この5つの電気機械変換部分は、それぞれ
縦振動ピックアップ用電気機械変換部分24aと、本発
明における第2電気機械変換部分をなす捩じり振動励振
用電気機械変換部分24bと、本発明における第1電気
機械変換部分をなす縦振動励振用電気機械変換部分24
cと、本発明における第2電気機械変換部分をなす捩じ
り振動励振用電気機械変換部分24dと、捩じり振動ピ
ックアップ用電気機械変換部分24eとにより構成され
る。この圧電素子24の分極状態は、図1に矢印により
分極方向を示す通りであり、1枚の圧電素子24中に、
厚さ方向,平面方向にそれぞれ2つずつ合計4つの分極
領域が順次形成される。
The five electromechanical conversion parts are respectively a longitudinal vibration pickup electromechanical conversion part 24a, a torsional vibration excitation electromechanical conversion part 24b which constitutes a second electromechanical conversion part in the present invention, and the present invention. Electromechanical conversion part 24 for longitudinal vibration excitation forming a first electromechanical conversion part in
c, a torsion vibration exciting electromechanical conversion part 24d and a torsion vibration pickup electromechanical conversion part 24e, which form a second electromechanical conversion part in the present invention. The polarization state of the piezoelectric element 24 is as shown by the arrow in FIG.
A total of four polarization regions, two each in the thickness direction and the plane direction, are sequentially formed.

【0074】本実施形態では、縦振動励振用電気機械変
換部分24cは、圧電素子24の本体の厚さ方向にポー
リングされて形成される。また、捩じり振動励振用電気
機械変換部分24b,24dは、圧電素子24の平面方
向にポーリングされて形成される。
In this embodiment, the electromechanical transducer 24c for longitudinal vibration excitation is formed by poling in the thickness direction of the main body of the piezoelectric element 24. Further, the torsion vibration exciting electromechanical transducer portions 24b and 24d are formed by being polled in the plane direction of the piezoelectric element 24.

【0075】また、捩じり振動励振用電気機械変換部分
24b,24dは、図示するように、本体の平面方向に
互いに離間して2つ形成されるとともに、縦振動励振用
電気機械変換部分24cは、捩じり振動励振用電気機械
変換部分24b,24dの間に形成される。
As shown in the figure, the electromechanical converters 24b and 24d for torsional vibration excitation are formed separately from each other in the plane direction of the main body, and the electromechanical converters 24c for longitudinal vibration excitation are formed. Is formed between the electromechanical transducer portions 24b and 24d for torsional vibration excitation.

【0076】さらに、本実施形態では、捩じり振動励振
用電気機械変換部分24b,24dの本体の平面方向の
両側に、本体の平面方向に関する機械的変位を電気エネ
ルギに変換する捩じり振動ピックアップ用電気機械変換
部分24eと、本体の厚さ方向に関する機械的変位を電
気エネルギに変換する縦振動ピックアップ用電気機械変
換部分24aとが形成される。
Further, in the present embodiment, the torsional vibration for converting the mechanical displacement in the plane direction of the main body into electric energy is provided on both sides in the plane direction of the main body of the electromechanical conversion parts for torsional vibration excitation 24b and 24d. A pickup electromechanical conversion part 24e and a longitudinal vibration pickup electromechanical conversion part 24a that converts mechanical displacement in the thickness direction of the main body into electric energy are formed.

【0077】本実施形態では、縦振動ピックアップ用電
気機械変換部分24a、捩じり振動励振用電気機械変換
部分24b、縦振動励振用電気機械変換部分24c、捩
じり振動励振用電気機械変換部分24d、及び、捩じり
振動ピックアップ用電気機械変換部分24eそれぞれの
両面には、各電気機械変換部分に駆動電圧を印加するた
めの電極27a,27b,27c,27d,27eが互
いに離れて形成される。
In the present embodiment, the electromechanical converter for longitudinal vibration pickup 24a, the electromechanical converter for torsional vibration excitation 24b, the electromechanical converter for longitudinal vibration excitation 24c, the electromechanical converter for torsional vibration excitation Electrodes 27a, 27b, 27c, 27d, 27e for applying a drive voltage to each electromechanical conversion part are formed on both sides of each of the electromechanical conversion parts 24d and the torsion vibration pickup electromechanical conversion part 24e. You.

【0078】さらに、本実施形態の圧電素子24では、
縦振動ピックアップ用電気機械変換部分24a、捩じり
振動励振用電気機械変換部分24b、縦振動励振用電気
機械変換部分24c、捩じり振動励振用電気機械変換部
分24d、及び、捩じり振動ピックアップ用電気機械変
換部分24eそれぞれの厚さは、電極27a〜27eの
厚さ分も含めて、全て等しく設定される。
Further, in the piezoelectric element 24 of this embodiment,
Electromechanical conversion part 24a for longitudinal vibration pickup, electromechanical conversion part 24b for torsional vibration excitation, electromechanical conversion part 24c for longitudinal vibration excitation, electromechanical conversion part 24d for torsional vibration excitation, and torsional vibration The thickness of each of the pickup electromechanical conversion parts 24e is set to be equal, including the thickness of the electrodes 27a to 27e.

【0079】本実施形態の圧電素子24は、以上のよう
に構成される。次に、この圧電素子24の製造方法を、
添付図面を参照しながら工程毎に詳細に説明する。
The piezoelectric element 24 of this embodiment is configured as described above. Next, a method for manufacturing the piezoelectric element 24 will be described.
Each step will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0080】図2(a)〜図2(d)は、本実施形態で
用いる圧電素子24の製造方法を工程毎に示す説明図で
ある。略述すれば、この圧電素子24には2回のポーリ
ングを行うことにより、4つの分極領域が形成される。
FIGS. 2A to 2D are explanatory views showing a method of manufacturing the piezoelectric element 24 used in the present embodiment for each step. Briefly, by performing two pollings on the piezoelectric element 24, four polarization regions are formed.

【0081】(第1工程)図2(a)に示すように、ポ
ーリング処理を施す前の矩形平板状の圧電素子母材25
の両面に、第1方向である平面方向について離した状態
で、3つのポーリング用電極26a,26b及び26c
を形成する。
(First Step) As shown in FIG. 2A, a rectangular flat piezoelectric element base material 25 before the poling process is performed.
The three poling electrodes 26a, 26b, and 26c are spaced apart from each other in the plane direction, which is the first direction.
To form

【0082】ポーリング用電極26a〜26cの形成時
点では、圧電素子母材25へはポーリングは行われてい
ないため、加熱を行っても分極が破壊されることがな
い。そこで、ポーリング用電極26a〜26cの形成
は、銀合金やニッケル合金等を含有するペーストを、所
定の温度域に加熱することにより形成してもよい。
When the poling electrodes 26a to 26c are formed, no poling is performed on the piezoelectric element base material 25, so that the polarization is not destroyed even if heating is performed. Therefore, the poling electrodes 26a to 26c may be formed by heating a paste containing a silver alloy, a nickel alloy, or the like to a predetermined temperature range.

【0083】ポーリング用電極26aの形成位置は、こ
の圧電素子24を超音波アクチュエータに装着した際
に、縦振動ピックアップのための領域としたい範囲であ
る。また、ポーリング用電極26bの形成位置は、縦振
動励振のための領域としたい範囲である。さらに、ポー
リング用電極26cの形成位置は、圧電素子24の最端
部であればよく、後続して行うポーリング処理に支障を
来さない範囲であればよい。
The position where the poling electrode 26a is formed is in a range where the piezoelectric element 24 is to be set as a region for a vertical vibration pickup when the piezoelectric element 24 is mounted on an ultrasonic actuator. Further, the formation position of the poling electrode 26b is a range to be set as a region for exciting longitudinal vibration. Further, the poling electrode 26c may be formed at the end of the piezoelectric element 24 as long as it does not hinder the subsequent poling process.

【0084】(第2工程)次に、このようにして、ポー
リング用電極26a〜26cを形成した圧電素子母材2
5について、図2(b)に示すように、ポーリング用電
極26a〜26b間、ポーリング用電極26b〜26c
間にそれぞれ強電界を印加することにより、図2(b)
に矢印で示す平面方向(第1方向)へのポーリング処理
を行う。すなわち、圧電素子母材25の面内長手方向へ
のポーリングを行うことにより、図2(b)に示す平面
方向(第1方向)への2つの分極領域を形成する。
(Second Step) Next, the piezoelectric element base material 2 on which the poling electrodes 26a to 26c are thus formed
5, as shown in FIG. 2B, between the poling electrodes 26 a to 26 b, the poling electrodes 26 b to 26 c
By applying a strong electric field between them, FIG.
, A polling process is performed in the plane direction (first direction) indicated by the arrow. That is, by performing poling in the in-plane longitudinal direction of the piezoelectric element base material 25, two polarization regions in the plane direction (first direction) shown in FIG. 2B are formed.

【0085】このようにして、捩じり振動励振のための
2つの電気機械変換部分(捩じり振動励振用電気機械変
換部分24b及び、捩じり振動励振用電気機械変換部分
24d)と捩じり振動ピックアップのための電気機械変
換部分(捩じり振動ピックアップ用電気機械変換部分2
4e)とが形成される。なお、捩じり振動励振用電気機
械変換部分24dと捩じり振動ピックアップ用電気機械
変換部分24eとは、一体に形成される。
In this way, the two electromechanical conversion parts for torsional vibration excitation (the torsion vibration excitation electromechanical conversion part 24b and the torsional vibration excitation electromechanical conversion part 24d) and the screw Electromechanical converter for torsional vibration pickup (electromechanical converter for torsional vibration pickup 2
4e) are formed. The torsion vibration exciting electromechanical conversion part 24d and the torsional vibration pickup electromechanical conversion part 24e are integrally formed.

【0086】(第3工程)次に、対向して配置された一
対のポーリング用電極26a,26bを用いて、図2
(c)に示すように、圧電素子母材25の厚さ方向に強
電界を印加することにより、圧電素子24の厚さ方向へ
の分極処理を行う。このような分極処理により、縦振動
励振のための部分(縦振動励振用電気機械変換部分24
c)と縦振動ピックアップのための部分(縦振動ピック
アップ用電気機械変換部分24a)とが形成される。こ
れにより、図2(c)に示すように、圧電素子母材25
の厚さ方向,平面方向への2つの分極領域がさらに形成
される。
(Third Step) Next, using a pair of poling electrodes 26a and 26b arranged opposite to each other, FIG.
As shown in (c), a polarization process in the thickness direction of the piezoelectric element 24 is performed by applying a strong electric field in the thickness direction of the piezoelectric element base material 25. By such a polarization process, a portion for longitudinal vibration excitation (electromechanical conversion portion 24 for longitudinal vibration excitation)
c) and a portion for vertical vibration pickup (electromechanical conversion portion 24a for vertical vibration pickup) are formed. As a result, as shown in FIG.
Further, two polarization regions in the thickness direction and the plane direction are further formed.

【0087】第2工程によるポーリング処理では、ポー
リング処理に使用する電極の配置がポーリング方向と直
交する方向には配置されていない。そのため、ポーリン
グ用電極26b〜26cの近傍においては正確に平面方
向にポーリングされずに端部近傍が円弧状に曲折する。
しかし、第3工程によるポーリング処理はこの曲折部分
を含んで行うため、第2工程による分極の曲折部分が厚
さ方向に正確にポーリングされ、ポーリング用電極26
b〜26cの近傍における円弧状の曲折(ポーリング方
向の不正確さ)は問題にならない。
In the polling process in the second step, the electrodes used for the polling process are not arranged in a direction orthogonal to the poling direction. Therefore, in the vicinity of the poling electrodes 26b to 26c, the poling is not accurately performed in the plane direction, and the vicinity of the end is bent in an arc shape.
However, since the poling process in the third step is performed including the bent portion, the bent portion of the polarization in the second step is accurately polled in the thickness direction, and the poling electrode 26 is formed.
An arc-shaped bend (inaccuracy in the polling direction) in the vicinity of b to 26c is not a problem.

【0088】(第4工程)次に、このようにして形成さ
れた4つの分極領域を有する圧電素子24の厚さの均一
化を図る。本実施形態では、圧電素子24の両面に形成
したポーリング用電極26b〜26cを研磨することに
より、圧電素子24を所定の厚さに仕上げる。
(Fourth Step) Next, the thickness of the piezoelectric element 24 having the four polarization regions thus formed is made uniform. In this embodiment, the piezoelectric element 24 is finished to a predetermined thickness by polishing the poling electrodes 26b to 26c formed on both surfaces of the piezoelectric element 24.

【0089】一般に、圧電素子は、ポーリングの際に電
界印加方向について伸張するとともに電界印加方向と直
交する方向について収縮するという性質を有する。その
ため、圧電素子の板厚方向にポーリングが行われると板
厚が増加し、一方、圧電素子の平面方向にポーリングが
行われると板厚が減少する。したがって、本実施形態の
圧電素子24では、ポーリングを行うことにより、板厚
が増加する部分(縦振動ピックアップ用電気機械変換部
分24a,縦振動励振用電気機械変換部分24c)と板
厚が減少する部分(捩じり振動励振用電気機械変換部分
24b,捩じり振動励振用電気機械変換部分24d,捩
じり振動ピックアップ用電気機械変換部分24e)とが
交互に形成されることになる。そのため、圧電素子24
に要求する一定板厚を保つことができないおそれがあ
る。
In general, a piezoelectric element has the property of expanding in the direction of application of electric field and contracting in the direction perpendicular to the direction of application of electric field during poling. Therefore, when the poling is performed in the direction of the thickness of the piezoelectric element, the thickness increases. On the other hand, when the poling is performed in the plane direction of the piezoelectric element, the thickness decreases. Therefore, in the piezoelectric element 24 of the present embodiment, by performing the polling, the plate thickness is reduced by the portion where the plate thickness increases (the electromechanical conversion portion 24a for vertical vibration pickup and the electromechanical conversion portion 24c for vertical vibration excitation). The parts (the torsion vibration excitation electromechanical conversion part 24b, the torsional vibration excitation electromechanical conversion part 24d, and the torsional vibration pickup electromechanical conversion part 24e) are alternately formed. Therefore, the piezoelectric element 24
May not be able to maintain the required constant plate thickness.

【0090】そこで、本実施形態では、ポーリング終了
後に、圧電素子24の両面を研磨することにより、圧電
素子24の本体を一定の厚さを一定にする。本実施形態
では、圧電素子24に形成されたポーリング用電極26
b〜26cと圧電素子24の一部とを研磨することによ
り、ポーリング後における圧電素子24の厚さを一定に
するが、本発明にかかる電気機械変換素子の製造法は、
この態様に限定されるものではない。例えば、以下に列
記するようにして、圧電素子24の本体を一定の厚さに
保つようにしてもよい。
Therefore, in the present embodiment, after poling, both sides of the piezoelectric element 24 are polished so that the main body of the piezoelectric element 24 has a constant thickness. In the present embodiment, the poling electrode 26 formed on the piezoelectric element 24 is used.
By polishing b to 26c and a part of the piezoelectric element 24, the thickness of the piezoelectric element 24 after poling is kept constant.
It is not limited to this embodiment. For example, the main body of the piezoelectric element 24 may be kept at a constant thickness as listed below.

【0091】(1)捩じり振動励振用電気機械変換部分
24b,24d(第1電気機械変換部分)の表面に、捩
じり振動励振用電気機械変換部分24b,24dの厚さ
が縦振動励振用電気機械変換部分24c(第2電気機械
変換部分)の厚さと同じになるように、適宜手段により
電極を形成する。
(1) The thickness of the torsion vibration exciting electromechanical conversion parts 24b, 24d is set on the surface of the torsional vibration excitation electromechanical conversion parts 24b, 24d (the first electromechanical conversion part). Electrodes are formed by appropriate means so as to have the same thickness as the excitation electromechanical conversion part 24c (second electromechanical conversion part).

【0092】(2)捩じり振動励振用電気機械変換部分
24b,24d(第1電気機械変換部分)の表面に電極
を形成してから、縦振動励振用電気機械変換部分24c
及び捩じり振動励振用電気機械変換部分24b,24d
それぞれの厚さが同じになるように、縦振動励振用電気
機械変換部分24c及び捩じり振動励振用電気機械変換
部分24b,24dそれぞれの表面に形成された電極の
一部を適宜手段により除去する。
(2) The electrodes are formed on the surfaces of the torsion vibration excitation electromechanical conversion parts 24b and 24d (first electromechanical conversion parts), and then the longitudinal vibration excitation electromechanical conversion parts 24c are formed.
And electromechanical converters 24b and 24d for torsional vibration excitation
A part of the electrodes formed on the surface of each of the electromechanical conversion part 24c for longitudinal vibration excitation and the electromechanical conversion parts 24b and 24d for torsional vibration excitation is removed by appropriate means so that the respective thicknesses are the same. I do.

【0093】本実施形態では、図2(d)に示すよう
に、研磨後に、均一な厚さに形成された圧電素子24の
両面の所定の位置に、電気エネルギ入力及び出力用の電
極27a〜27eを、それぞれが電気的に絶縁された状
態で形成する。
In this embodiment, as shown in FIG. 2D, after the polishing, the electrodes 27a to 27e for inputting and outputting electric energy are placed at predetermined positions on both surfaces of the piezoelectric element 24 formed to have a uniform thickness. 27e are formed in a state where they are electrically insulated.

【0094】このようにして、縦振動ピックアップ用電
気機械変換部分24a,捩じり振動励振用電気機械変換
部分24b,縦振動励振用電気機械変換部分24c,捩
じり振動励振用電気機械変換部分24d,捩じり振動ピ
ックアップ用電気機械変換部分24eが形成される。
As described above, the electromechanical conversion part 24a for the vertical vibration pickup, the electromechanical conversion part 24b for the torsional vibration excitation, the electromechanical conversion part 24c for the vertical vibration excitation, and the electromechanical conversion part for the torsional vibration excitation 24d, an electromechanical conversion part 24e for torsional vibration pickup is formed.

【0095】なお、電気エネルギ入力及び出力用の電極
27a〜27eの形成時には、圧電素子24に形成され
た分極を破壊しないようにするスパッタリングや蒸着等
の成膜法や無電界めっき等の形成法を用いることが望ま
しい。
When the electrodes 27a to 27e for inputting and outputting electric energy are formed, a film forming method such as sputtering or vapor deposition or a forming method such as electroless plating is performed so as not to destroy the polarization formed on the piezoelectric element 24. It is desirable to use

【0096】このようにして、本実施形態では、弾性体
23を構成する2つの半弾性体23a,23bに挟持さ
れる圧電素子24の厚さを一定にして、弾性体23の全
ての部分において発生する縦変位及び捩じり変位を効率
的に半弾性体23a,23bに伝搬することが可能とな
る。
As described above, in the present embodiment, the thickness of the piezoelectric element 24 sandwiched between the two semi-elastic bodies 23a and 23b constituting the elastic body 23 is made constant, and all parts of the elastic body 23 are formed. The generated longitudinal displacement and torsional displacement can be efficiently propagated to the semi-elastic bodies 23a and 23b.

【0097】換言すれば、弾性体23に圧電素子24を
配置するに際し、従来は別個独立の工程により製造され
るために厚さが不均一である圧電素子を一枚ずつ装着し
ていたが、本発明では一体の圧電素子24として厚さを
揃える加工までを簡単かつ確実に行うことができ、圧電
素子24の全ての部分において簡単に板厚を揃えること
ができる。
In other words, when arranging the piezoelectric elements 24 on the elastic body 23, conventionally, the piezoelectric elements having non-uniform thickness are mounted one by one because they are manufactured by separate and independent processes. In the present invention, it is possible to easily and surely perform processing to make the thickness of the integral piezoelectric element 24 uniform, and to easily make the thickness of all the piezoelectric elements 24 uniform.

【0098】したがって、複数の圧電素子の厚さのばら
つきに起因して発生する圧電素子と半弾性体との隙間に
基づいて生じる半弾性体への装着不良が解消され、弾性
体23へのエネルギ伝搬損失が最小限に抑制される。
Therefore, the mounting failure to the semi-elastic body caused by the gap between the piezoelectric element and the semi-elastic body caused by the variation in the thickness of the plurality of piezoelectric elements is eliminated, and the energy to the elastic body 23 is reduced. Propagation loss is minimized.

【0099】図3は、第1実施形態の超音波アクチュエ
ータ21の構成を示す縦断面図である。振動子22は、
図1に示す構造の本実施形態の圧電素子24(図3にお
いては図示しない。後述する図4を参照しながら説明す
る。)と、圧電素子24が接合されて圧電素子24の励
振によって1次の縦振動及び2次の捩じり振動が発生す
ることにより、駆動面Dに駆動力が発生する弾性体23
とから構成される。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the ultrasonic actuator 21 of the first embodiment. The vibrator 22
The piezoelectric element 24 of the present embodiment having the structure shown in FIG. 1 (not shown in FIG. 3; will be described with reference to FIG. 4 described later) and the piezoelectric element 24 are joined, and the primary The elastic body 23 which generates a driving force on the driving surface D by generating longitudinal vibration and secondary torsional vibration of
It is composed of

【0100】振動子22を構成する弾性体23は、外周
部に溝部が2つ設けられることにより形成される2つの
小径部28a,28bと、小径部28a,28bにより
区切られることにより形成される3つの大径部28A,
28B及び28Cとを備える中空の厚肉円柱状の弾性体
23を、その略中心軸を含む平面で縦に2つに分割する
ことにより得られる半弾性体23a,23bを、再度円
柱状に組み合わせることにより、構成される。
The elastic body 23 constituting the vibrator 22 is formed by being divided by two small diameter portions 28a and 28b formed by providing two grooves on the outer peripheral portion, and by the small diameter portions 28a and 28b. Three large diameter portions 28A,
The semi-elastic bodies 23a and 23b obtained by vertically dividing a hollow thick cylindrical elastic body 23 having 28B and 28C into two in a plane including a substantially central axis thereof are combined into a cylindrical shape again. It is constituted by doing.

【0101】弾性体23の2つの分割面には、それぞ
れ、本実施形態で用いる前述した圧電素子24が、二層
装着される。弾性体23の外周面に形成される小径部2
8a,28bは、弾性体23に発生する捩じり振動の二
つの節位置に一致するように形成される。
On the two divided surfaces of the elastic body 23, two layers of the above-described piezoelectric elements 24 used in this embodiment are mounted. Small diameter portion 2 formed on outer peripheral surface of elastic body 23
8a and 28b are formed so as to coincide with two node positions of torsional vibration generated in the elastic body 23.

【0102】一方、圧電素子24の捩じり振動励振用電
気機械変換部分24b,24dは、捩じり振動の節位置
に配置され、圧電素子24の縦振動励振用電気機械変換
部分24cは、縦振動の節位置に配置される。
On the other hand, the electromechanical converters 24b and 24d for torsional vibration excitation of the piezoelectric element 24 are arranged at the nodes of the torsional vibration, and the electromechanical converter 24c for longitudinal vibration excitation of the piezoelectric element 24 is It is located at the node of longitudinal vibration.

【0103】半弾性体23a,23bは、高さ方向の略
中心位置に、圧電素子24の積層方向と平行な方向(図
面中の左右方向)に貫通孔29a,29bが形成され
る。半弾性体23a,23bは、貫通孔29a,29b
にボルト30a,30bを挿入し、ボルト30a,30
bを、弾性体23の軸方向中央部に縦に挿入された固定
軸31にネジ止めすることにより、圧電素子24を2つ
の分割面に2層ずつ挟み込んだ状態で保持するとともに
固定軸31に支持される。
The semi-elastic bodies 23a and 23b have through holes 29a and 29b at a substantially central position in the height direction in a direction parallel to the laminating direction of the piezoelectric elements 24 (the left-right direction in the drawing). The semi-elastic bodies 23a and 23b have through holes 29a and 29b.
Bolts 30a, 30b are inserted into the bolts 30a, 30b.
b is screwed to a fixed shaft 31 vertically inserted into the axial center of the elastic body 23, thereby holding the piezoelectric element 24 in a state of being sandwiched between two divided surfaces by two layers, and also fixing the piezoelectric element 24 to the fixed shaft 31. Supported.

【0104】相対運動部材である移動子32は、中空の
厚肉円柱状の移動子母材32aと,移動子母材32aの
振動子22側端面に貼付されて振動子22の駆動面Dに
接触する摺動材32bとから構成される。移動子32
は、その内周部に嵌合された位置決め部材であるベアリ
ング33によって固定軸31に対して回動自在に位置決
めされる。
The moving element 32, which is a relative moving member, is provided with a hollow thick cylindrical moving element base material 32a and an end face of the moving element base material 32a on the vibrator 22 side, and is provided on a driving surface D of the vibrator 22. And a sliding member 32b that comes into contact with the sliding member 32b. Mover 32
Is rotatably positioned with respect to the fixed shaft 31 by a bearing 33 which is a positioning member fitted to the inner peripheral portion thereof.

【0105】移動子母材32aの外周面上端部側には、
出力取出用の歯車34が設けられる。この歯車34は図
示しない被駆動体の歯車と噛合しており、これにより移
動子32の回転が被駆動体へ伝達される。
At the upper end of the outer peripheral surface of the moving element base material 32a,
A gear 34 for taking out output is provided. The gear 34 meshes with a gear of a driven body (not shown), whereby the rotation of the moving element 32 is transmitted to the driven body.

【0106】また、移動子母材32aは、本実施形態で
は加圧部材である皿バネ35(スプリングバネや板バネ
等でもよい。)により、振動子22の駆動面Dに加圧接
触される。
In the present embodiment, the moving element base material 32a is brought into pressure contact with the drive surface D of the vibrator 22 by a disc spring 35 (a spring or a leaf spring or the like) which is a pressing member. .

【0107】固定軸31は、弾性体23の軸方向に形成
された中空部に貫通し、振動子22を固定・保持すると
ともに、移動子32を半径方向について回動自在に位置
決めする。この固定軸31の一端には、ねじ部31aが
形成され、皿バネ35の加圧力調整部材であるナット3
6がネジ止めされる。ナット36の固定軸31に対する
ネジ止め位置を調整することにより、皿バネ35の加圧
力が調整される。固定軸31の他端は、図示しない固定
部に適宜手段により固定される。
The fixed shaft 31 penetrates through a hollow portion formed in the axial direction of the elastic body 23, fixes and holds the vibrator 22, and positions the movable member 32 so as to be rotatable in the radial direction. At one end of the fixed shaft 31, a screw portion 31a is formed, and a nut 3 serving as a pressing force adjusting member of the disc spring 35 is formed.
6 is screwed. By adjusting the screw fixing position of the nut 36 with respect to the fixed shaft 31, the pressing force of the disc spring 35 is adjusted. The other end of the fixed shaft 31 is fixed to a fixing part (not shown) by appropriate means.

【0108】図4は、振動子22への圧電素子24の装
着状況を示す説明図であり、図4(a)は振動子22の
上面図,図4(b)は発生する縦振動及び捩じり振動の
発生状況を併せて示す振動子22の側面図である。な
お、図4(b)の側面図は、図3に示す縦断面図とは9
0°ずれた方向から見た側面図である。
FIGS. 4A and 4B are explanatory views showing the state of attachment of the piezoelectric element 24 to the vibrator 22. FIG. 4A is a top view of the vibrator 22, and FIG. It is a side view of the vibrator 22 which also shows the occurrence state of torsional vibration. The side view of FIG. 4B is 9% different from the longitudinal sectional view shown in FIG.
It is the side view seen from the direction shifted by 0 degrees.

【0109】2つの半弾性体23a,23bの2つの分
割面には、2層の圧電素子24が挟み込まれる。弾性体
23の外周面に形成される小径部28a,28bは、弾
性体23に発生する捩じり振動の節位置に一致するよう
に設けられる。圧電素子24の捩じり振動励振用電気機
械変換部分24b,24dは、弾性体23に発生する捩
じり振動の節位置を含む位置に配置される。一方、縦振
動励振用電気機械変換部分24cは、弾性体23に発生
する縦振動の節位置を含む位置に配置される。
A two-layer piezoelectric element 24 is sandwiched between the two divided surfaces of the two semi-elastic bodies 23a and 23b. The small-diameter portions 28a and 28b formed on the outer peripheral surface of the elastic body 23 are provided so as to coincide with nodes of torsional vibration generated in the elastic body 23. The electromechanical converters 24b and 24d for torsional vibration excitation of the piezoelectric element 24 are arranged at positions including nodes of torsional vibration generated in the elastic body 23. On the other hand, the electromechanical conversion part 24c for longitudinal vibration excitation is arranged at a position including a node position of the longitudinal vibration generated in the elastic body 23.

【0110】捩じり振動励振用電気機械変換部分24
b,24dは、周波電圧が印加されることにより駆動電
圧の方向に応じた剪断変形を発生し、これにより弾性体
23には2次の捩じり振動が発生する。
Electromechanical converter 24 for torsional vibration excitation
When the frequency voltage is applied, b and 24d generate shearing deformation in accordance with the direction of the driving voltage, whereby the elastic body 23 generates secondary torsional vibration.

【0111】捩じり振動励振用電気機械変換部分24
b,24d群は、図面上手前側に位置する捩じり振動励
振用電気機械変換部分24b−1,24d−1と、図面
上向こう側に位置する捩じり振動励振用電気機械変換部
分24b−2,24d−2とにより構成される。圧電素
子24に同じ方向への駆動電圧が印加された場合、捩じ
り振動励振用電気機械変換部分24b−1,24d−1
による剪断変形と、捩じり振動励振用電気機械変換部分
24b−2,24d−2による剪断変形とが、それぞれ
反対方向に発生するように配置すると、振動子22には
中心軸に関する捩じり振動が発生する。
Electromechanical converter 24 for torsional vibration excitation
The b and 24d groups include the torsion vibration excitation electromechanical conversion parts 24b-1 and 24d-1 located on the near side in the drawing and the torsion vibration excitation electromechanical conversion part 24b- located on the other side in the drawing. 2, 24d-2. When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 24 in the same direction, the electromechanical converters for torsional vibration excitation 24b-1, 24d-1
And the shear deformation by the torsional vibration excitation electromechanical transducers 24b-2 and 24d-2 are arranged to be generated in opposite directions, respectively. Vibration occurs.

【0112】例えば、図4(b)に示すように、捩じり
振動励振用電気機械変換部分24b−1,24d−1と
捩じり振動励振用電気機械変換部分24b−2,24d
−2とが剪断変形すると、駆動面Dは図4(a)に矢印
で示す方向へ捩じれる。また、圧電素子24にこれとは
反対方向への電圧を印加すると、逆方向への剪断変形が
発生するため、駆動面Dは図4(a)に矢印で示す方向
とは反対方向へ捩じれる。
For example, as shown in FIG. 4B, torsional vibration excitation electromechanical conversion parts 24b-1 and 24d-1 and torsional vibration excitation electromechanical conversion parts 24b-2 and 24d.
When −2 is sheared, the drive surface D is twisted in the direction indicated by the arrow in FIG. When a voltage is applied to the piezoelectric element 24 in the opposite direction, shearing deformation occurs in the opposite direction, so that the drive surface D is twisted in the direction opposite to the direction indicated by the arrow in FIG. .

【0113】このように、圧電素子24を弾性体23に
装着して、捩じり振動励振用電気機械変換部分24b−
1,24d−1と捩じり振動励振用電気機械変換部分2
4b−2,24d−2とに同じ周波電圧を印加すると、
図4(b)における弾性体23に発生する捩じり振動の
第一節E及び第二節Fそれぞれにおける振動方向が反対
方向となり、2次の捩じれ振動モードは励起され易くな
る。
As described above, the piezoelectric element 24 is mounted on the elastic body 23, and the electromechanical transducer 24b for torsional vibration excitation is mounted.
1,24d-1 and electromechanical converter for torsional vibration excitation 2
When the same frequency voltage is applied to 4b-2 and 24d-2,
The directions of the torsional vibration generated in the elastic body 23 in FIG. 4B in the first node E and the second node F are opposite to each other, so that the secondary torsional vibration mode is easily excited.

【0114】また、圧電素子24の縦振動励振用電気機
械変換部分24cは、周波電圧が印加されると弾性体軸
方向に伸縮変形を生じ、この伸縮変形により弾性体23
には縦振動が発生する。
The electromechanical transducer 24c for longitudinal vibration excitation of the piezoelectric element 24 expands and contracts in the axial direction of the elastic body when a frequency voltage is applied.
Generates longitudinal vibration.

【0115】縦振動励振用電気機械変換部分24cは、
手前側に位置する2枚の縦振動励振用電気機械変換部分
24c−1と、向こう側に位置する2枚の縦振動励振用
電気機械変換部分24c−2とから構成される。縦振動
励振用電気機械変換部分24c−1,24c−2は、同
じ方向の電圧が印加されると、それぞれ同じ方向へ縦変
形するように配置される。
The electromechanical conversion part 24c for longitudinal vibration excitation is
It is composed of two electromechanical conversion parts for longitudinal vibration excitation 24c-1 located on the near side and two electromechanical conversion parts for longitudinal vibration excitation 24c-2 located on the other side. The electromechanical converters 24c-1 and 24c-2 for longitudinal vibration excitation are arranged so as to be vertically deformed in the same direction when a voltage in the same direction is applied.

【0116】このように、圧電素子24を弾性体23に
装着して、縦振動励振用電気機械変換部分24c−1,
24c−2に同じ周波電圧を印加すると、1次の縦振動
モードは励起され易くなる。
As described above, the piezoelectric element 24 is mounted on the elastic body 23, and the electromechanical transducer 24c-1 for longitudinal vibration excitation is mounted.
When the same frequency voltage is applied to 24c-2, the primary longitudinal vibration mode is easily excited.

【0117】本実施形態の超音波アクチュエータ21
は、以上のように構成される。この超音波アクチュエー
タ21に用いる圧電素子24に形成される捩じり振動励
振用電気機械変換部分24b,24dと縦振動励振用電
気機械変換部分24cとに、2つの(1/4)λ位相差
を有する駆動信号をそれぞれ入力すると、弾性体23に
発生する縦振動及び捩じり振動それぞれの位相が90°
ずれ、これらの振動が合成されることにより駆動面Dに
は楕円運動が発生する。
The ultrasonic actuator 21 of the present embodiment
Is configured as described above. The two (1/4) λ phase differences between the electromechanical converters 24b and 24d for torsional vibration excitation and the electromechanical converter 24c for longitudinal vibration excitation formed on the piezoelectric element 24 used in the ultrasonic actuator 21. When a drive signal having the following is input, the phase of each of the longitudinal vibration and the torsional vibration generated in the elastic body 23 is 90 °.
When the vibrations are combined, an elliptical motion is generated on the driving surface D.

【0118】図5は、この振動子22に発生する縦振動
と捩じり振動とを組み合わせて、駆動面Dに楕円運動が
発生することを経時的に示す説明図である。なお、図5
では、説明の便宜上、振動子22の駆動面Dに加圧接触
する移動子32と、移動子32を振動子22に向けて加
圧接触させる加圧機構とは、ともに図示しない。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing, over time, the occurrence of an elliptical motion on the drive surface D by combining the longitudinal vibration and the torsional vibration generated in the vibrator 22. FIG.
Here, for convenience of explanation, neither the moving member 32 that presses and contacts the driving surface D of the vibrator 22 nor the pressing mechanism that presses the moving member 32 toward the vibrator 22 is illustrated.

【0119】すなわち、弾性体23に発生する捩じり運
動及び縦運動それぞれの周期の位相差を(1/4)λ
(λは波長を示す。)ずらして設定すると、振動子22
の駆動面D上の定点には楕円運動が生じる。
That is, the phase difference between the periods of the torsional motion and the longitudinal motion generated in the elastic body 23 is (1 /) λ
(Λ indicates the wavelength.) If the setting is shifted, the vibrator 22
An elliptical motion occurs at a fixed point on the drive surface D of.

【0120】すなわち、駆動周波数をfとし、このとき
の角周波数をω(=2πf)とすると、図5において、
t=(6/4)・(π/ω)の時点では、捩じり振動の
変位は左側に最大であり、一方、縦振動の変位は零であ
る。この状態では、移動子32は、加圧機構によって振
動子22の駆動面Dに接触する。
That is, assuming that the driving frequency is f and the angular frequency at this time is ω (= 2πf), in FIG.
At time t = (6/4) · (π / ω), the displacement of the torsional vibration is maximum on the left side, while the displacement of the longitudinal vibration is zero. In this state, the moving element 32 contacts the driving surface D of the vibrator 22 by the pressing mechanism.

【0121】この状態から、t=(7/4)・(π/
ω)〜0〜(2/4)・(π/ω)までは、捩じり振動
は、左側の最大から右側の最大まで変位する。一方、縦
振動は、零から上側の最大に変位し、再び零に戻る。し
たがって、振動子22の駆動面Dの定点は、移動子32
を押しながら右方向に向けて回転し、移動子32は駆動
される。
From this state, t = (7/4) · (π /
From (ω) to 0 (2/4) · (π / ω), the torsional vibration is displaced from the maximum on the left to the maximum on the right. On the other hand, the longitudinal vibration is displaced from zero to an upper maximum and returns to zero again. Therefore, the fixed point of the driving surface D of the vibrator 22 is
The moving member 32 is driven rightward while pressing and the moving member 32 is driven.

【0122】次に、t=(2/4)・(π/ω)〜(6
/4)・(π/ω)までは、捩じり振動は、右側の最大
から左側の最大まで変位する。一方、縦振動は、零から
下側の最大に変位し再び零に戻る。したがって、振動子
22の駆動面Dは、移動子32から離れながら左方向に
向けて回転するため、移動子32は駆動されない。この
ときに、移動子32は、加圧部材により加圧されている
が、加圧部材の固有振動数が超音波振動域より著しく低
いため、振動子22の縮みに追従しない。
Next, t = (2/4) · (π / ω)-(6
/ 4) · (π / ω), the torsional vibration is displaced from the maximum on the right to the maximum on the left. On the other hand, the longitudinal vibration is displaced from zero to a lower maximum and returns to zero again. Therefore, the driving surface D of the vibrator 22 rotates to the left while moving away from the moving element 32, so that the moving element 32 is not driven. At this time, the moving element 32 is pressed by the pressing member, but does not follow the contraction of the vibrator 22 because the natural frequency of the pressing member is significantly lower than the ultrasonic vibration range.

【0123】本実施形態では、2次の捩じり振動に対し
て2群の捩じり振動励振用電気機械変換部分24b−
1,24d−1及び24b−2,24d−2を配置する
とともに、1次の縦振動に対して1群の縦振動励振用電
気機械変換部分24c−1,24c−1を配置すること
により、捩じり振動の腹位置に捩じり振動励振用電気機
械変換部分24b−1,24d−1及び24b−2,2
4d−2が配置されることが防止されるとともに、縦振
動の腹位置に縦振動励振用電気機械変換部分24c−1
及び24c−1が配置されることが防止される。これに
より、圧電素子24の静電容量が低減される。
In the present embodiment, two groups of torsion vibration exciting electromechanical conversion parts 24b-
By arranging 1,24d-1 and 24b-2, 24d-2 and arranging a group of electromechanical transducers 24c-1, 24c-1 for longitudinal vibration for primary longitudinal vibration, Electromechanical converters 24b-1, 24d-1 and 24b-2, 2 for torsional vibration excitation are provided at antinode positions of torsional vibration.
4d-2 is prevented from being arranged, and the electromechanical conversion part 24c-1 for longitudinal vibration excitation is provided at the antinode of longitudinal vibration.
And 24c-1 are prevented from being arranged. Thereby, the capacitance of the piezoelectric element 24 is reduced.

【0124】ここで、このような超音波アクチュエータ
21に入力される電流は、下記式により近似される。 入力電流I=V/((R2 +(ωL)2 1/2 /ωC)・・・・・・・
The current input to the ultrasonic actuator 21 is approximated by the following equation. Input current I = V / ((R 2 + (ωL) 2 ) 1/2 / ωC)

【0125】ただし、 C:超音波アクチュエータ21のコンデンサ成分(主に
圧電素子の静電容量) V:印加電圧 R:超音波アクチュエータ21の抵抗成分 ω:周波電圧の角速度 L:超音波アクチュエータ21のインダクタンス成分
Where C: capacitor component of the ultrasonic actuator 21 (mainly the capacitance of the piezoelectric element) V: applied voltage R: resistance component of the ultrasonic actuator 21 ω: angular velocity of the frequency voltage L: of the ultrasonic actuator 21 Inductance component

【0126】式に示すように、振動に余り寄与しない
振動の腹位置の部分の励振部を無くすことにより、圧電
素子24の静電容量Cを低減することにより、超音波ア
クチュエータ21への入力電流を低減することが可能と
なる。したがって、振動アクチュエータ21の駆動効率
が向上する。
As shown in the equation, the input current to the ultrasonic actuator 21 is reduced by reducing the capacitance C of the piezoelectric element 24 by eliminating the excitation portion at the antinode position of the vibration that does not contribute much to the vibration. Can be reduced. Therefore, the driving efficiency of the vibration actuator 21 is improved.

【0127】また、本実施形態では、2次の捩じり振動
に対して2群の捩じり振動励振用電気機械変換部分24
b−1,24d−1及び24b−2,24d−2を配置
するとともに、1次の縦振動に対して1群の縦振動励振
用電気機械変換部分24c−1及び24c−1を配置す
ることにより、それぞれ、圧電素子24により励起しよ
うとする捩じり振動変位と実際に励起しようとした弾性
体23の捩じり振動変位とを略一致させることができ
る。したがって、捩じり振動と縦振動とがそれぞれ励起
され易くなり、それぞれの振動振幅を大きく確保するこ
とができ、超音波アクチュエータ21の駆動力や駆動効
率を向上させることができる。
Further, in this embodiment, two groups of torsion vibration exciting electromechanical transducers 24 are provided for the secondary torsional vibration.
b-1 and 24d-1 and 24b-2 and 24d-2, and a group of electromechanical transducers 24c-1 and 24c-1 for longitudinal vibration excitation for primary longitudinal vibration. Accordingly, the torsional vibration displacement to be excited by the piezoelectric element 24 and the torsional vibration displacement of the elastic body 23 to be actually excited can be made substantially equal to each other. Therefore, the torsional vibration and the longitudinal vibration are each easily excited, and the vibration amplitude of each can be secured large, and the driving force and the driving efficiency of the ultrasonic actuator 21 can be improved.

【0128】また、本実施形態では、圧電素子24の捩
じり振動励振用電気機械変換部分24b−1,24d−
2は、それぞれの中央部が弾性体23に発生する捩じり
振動の第1節部に一致するように、配置する。また、圧
電素子24の捩じり振動励振用電気機械変換部分24b
−2,24d−2は、その中央部が弾性体23に発生す
る捩じり振動の第2節部に一致するように、配置する。
In this embodiment, the electromechanical converters 24b-1, 24d- for torsional vibration excitation of the piezoelectric element 24 are used.
2 are arranged such that their respective central portions coincide with the first nodes of the torsional vibration generated in the elastic body 23. Also, the electromechanical conversion part 24b for torsional vibration excitation of the piezoelectric element 24
−2 and 24d−2 are arranged such that the center thereof coincides with the second node of the torsional vibration generated in the elastic body 23.

【0129】このように、捩じり振動励振用電気機械変
換部分24b−1,24d−1及び24b−2,24d
−2を配置することにより、弾性体23には自然な捩じ
り振動が励起され易くなり、捩じり振動振幅をさらに大
きく確保することが可能となる。
As described above, the torsion vibration exciting electromechanical converters 24b-1, 24d-1 and 24b-2, 24d
By arranging -2, natural torsional vibration is likely to be excited in the elastic body 23, and it is possible to secure a larger torsional vibration amplitude.

【0130】また、縦振動励振用電気機械変換部分24
c−1及び24c−2は、その中央部が弾性体23に発
生する縦振動の節部に一致するように、配置する。この
ように、縦振動励振用電気機械変換部分24c−1及び
24c−2を配置することにより、弾性体23には自然
な捩じり振動が励起され易くなり、縦振動の振幅をさら
に大きく確保することが可能となる。
Further, the electromechanical conversion part 24 for longitudinal vibration excitation
c-1 and 24c-2 are arranged such that the center thereof coincides with the node of the longitudinal vibration generated in the elastic body 23. By arranging the electromechanical converters 24c-1 and 24c-2 for longitudinal vibration excitation in this manner, natural torsional vibration is easily excited in the elastic body 23, and the amplitude of the longitudinal vibration is further increased. It is possible to do.

【0131】以上のように、捩じり振動励振用電気機械
変換部分24b−1,24d−1及び24b−2,24
d−2,縦振動励振用電気機械変換部分24c−1及び
24c−2それぞれの中央部と弾性体23に発生するそ
れぞれの振動の節部とが一致するように、圧電素子24
を構成・配置することにより、縦振動振幅及び捩じり振
動振幅を大きく確保することができ、超音波アクチュエ
ータ21の駆動効率や駆動力を向上させることができ
る。
As described above, the torsion vibration exciting electromechanical converters 24b-1, 24d-1 and 24b-2, 24
d-2, the piezoelectric element 24 so that the central part of each of the electromechanical transducer parts 24c-1 and 24c-2 for longitudinal vibration excitation coincides with the node of each vibration generated in the elastic body 23.
By constructing and arranging, the longitudinal vibration amplitude and the torsional vibration amplitude can be secured large, and the driving efficiency and driving force of the ultrasonic actuator 21 can be improved.

【0132】このように、本実施形態の超音波アクチュ
エータ21は、略述すれば、弾性体23に挟持させる捩
じり振動用及び縦振動用の圧電素子を、別部品として一
列に配列するのではなく、一枚の圧電素子24で置換す
る。
As described above, in the ultrasonic actuator 21 of this embodiment, the piezoelectric elements for torsional vibration and longitudinal vibration sandwiched by the elastic body 23 are arranged in a row as separate components. Instead, it is replaced with a single piezoelectric element 24.

【0133】したがって、本実施形態の超音波アクチュ
エータ21によれば、圧電素子24の部品点数を大幅に
低減することが可能となる。したがって、超音波アクチ
ュエータ21の生産性が著しく向上する。
Therefore, according to the ultrasonic actuator 21 of the present embodiment, it is possible to greatly reduce the number of components of the piezoelectric element 24. Therefore, the productivity of the ultrasonic actuator 21 is significantly improved.

【0134】また、圧電素子24の厚さを極めて簡単に
一定にすることができるため、別部品である多数の圧電
素子24間の厚さの変動を完全に解消することができ、
弾性体23へのエネルギ伝搬損失を最小限に抑制するこ
とができる。
Further, since the thickness of the piezoelectric element 24 can be made very simple and constant, the variation in the thickness between many piezoelectric elements 24 as separate components can be completely eliminated.
Energy propagation loss to the elastic body 23 can be minimized.

【0135】また、弾性体23に発生する振動の節位置
が複数存在しても、それぞれ、圧電素子により励起しよ
うとする捩じれ振動変位と実際に励起しようとする弾性
体の捩じれ振動変位とを略一致させることができる。こ
れにより、振動が励起され易くなり、超音波アクチュエ
ータ21の駆動力や駆動効率を向上させることができ
る。
Further, even if there are a plurality of node positions of the vibration generated in the elastic body 23, the torsional vibration displacement to be excited by the piezoelectric element and the torsional vibration displacement of the elastic body to be actually excited are substantially equal. Can be matched. Thereby, the vibration is easily excited, and the driving force and the driving efficiency of the ultrasonic actuator 21 can be improved.

【0136】また、縦振動励振用電気機械変換部分24
cの中心部と縦振動の節位置とを略一致させるととも
に、捩じり振動励振用電気機械変換部分24b,24d
の中心部と捩じり振動の節位置とを略一致させるため、
極めて効率的に振動を発生させることができる。
The electromechanical converter 24 for exciting longitudinal vibrations
c and the node position of the longitudinal vibration substantially coincide with each other, and the electromechanical converters 24b and 24d for torsional vibration excitation
In order to make the central part of the
Vibration can be generated very efficiently.

【0137】さらに、弾性体23に発生する振動の節位
置が複数存在しても、振動の腹位置にその振動の励振部
を配置することが解消され、入力エネルギを低減するこ
とができる。これにより、超音波アクチュエータ21の
駆動効率が向上する。
Further, even if there are a plurality of node positions of the vibration generated in the elastic body 23, the arrangement of the vibration excitation section at the antinode of the vibration is eliminated, and the input energy can be reduced. Thereby, the driving efficiency of the ultrasonic actuator 21 is improved.

【0138】(第2実施形態)第1実施形態の説明にお
いても詳述したように、本発明では、超音波アクチュエ
ータに一列に配列される多数の圧電素子を一体化して、
一枚の圧電素子板に置換することを最大の特徴とする。
(Second Embodiment) As described in detail in the first embodiment, in the present invention, a large number of piezoelectric elements arranged in a line are integrated with an ultrasonic actuator,
The greatest feature is that it is replaced with one piezoelectric element plate.

【0139】図6は、第2実施形態の超音波アクチュエ
ータ40に用いる圧電素子41の構成を示す斜視図であ
る。この圧電素子41は、機能的に4つの部分に分かれ
て構成される。それぞれが、縦振動ピックアップ用圧電
素子41a,縦振動励振用圧電素子41b,捩じり振動
励振用圧電素子41c,捩じり振動ピックアップ用圧電
素子41dに対応する。この圧電素子41の分極状態
は、図6中に矢印で示す分極方向を呈しており、1枚の
圧電素子41中に大別すると2つの分極領域(41a,
41b)及び分極領域(41c,41d)を有する。
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of a piezoelectric element 41 used in the ultrasonic actuator 40 according to the second embodiment. The piezoelectric element 41 is functionally divided into four parts. These correspond to the vertical vibration pickup piezoelectric element 41a, the vertical vibration excitation piezoelectric element 41b, the torsional vibration excitation piezoelectric element 41c, and the torsional vibration pickup piezoelectric element 41d, respectively. The polarization state of the piezoelectric element 41 has a polarization direction indicated by an arrow in FIG. 6, and is roughly classified into two polarization regions (41a, 41a, 41a) in one piezoelectric element 41.
41b) and polarization regions (41c, 41d).

【0140】次に、この圧電素子41の製造方法につい
て説明する。図7は、この製造方法を工程毎に示す説明
図である。まず、図7(a)に示すように、ポーリング
処理を施す前の圧電素子板42の一方の端面とこれと対
向する端面近傍の平面に、ポーリング用電極43a,4
3bを設ける。ポーリング用電極43a,43bの形成
手段は特定の手段には限定されない。この時点では圧電
素子板42にはポーリングは行われていないためにポー
リング処理が壊れる心配がないからである。そのため、
ポーリング用電極43a,43bの形成は加熱工程を伴
う銀,ニッケル等のペーストを盛り付けることにより行
ってもよい。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric element 41 will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram showing this manufacturing method for each step. First, as shown in FIG. 7A, the poling electrodes 43a, 4a are placed on one end surface of the piezoelectric element plate 42 before the poling process and a plane near the end surface facing the one end surface.
3b is provided. The means for forming the poling electrodes 43a and 43b is not limited to a specific means. At this point, since no poling is performed on the piezoelectric element plate 42, there is no fear that the poling process is broken. for that reason,
The formation of the poling electrodes 43a and 43b may be performed by applying a paste of silver, nickel, or the like accompanied by a heating step.

【0141】次に、図7(b)に示すように、ポーリン
グ用電極43a,43bに強電界を印加することによ
り、圧電素子板42の面内長手方向へのポーリング処理
を行う。これにより、捩じり振動励振部41cと、捩じ
り振動ピックアップ部41dとが形成される。このポー
リング処理により、図7(b)に示すような分極が形成
される。
Next, as shown in FIG. 7B, by applying a strong electric field to the poling electrodes 43a and 43b, a poling process in the longitudinal direction of the piezoelectric element plate 42 is performed. As a result, a torsional vibration excitation section 41c and a torsional vibration pickup section 41d are formed. By this poling process, a polarization as shown in FIG. 7B is formed.

【0142】次に、図7(c)に示すように、ポーリン
グ用電極43b,43bを利用して、圧電素子板42の
板厚方向に強電界を印加することにより、圧電素子板4
2の厚さ方向へのポーリング処理を行う。これにより、
縦振動励振部41bと縦振動ピックアップ部41aとの
形成を行う。このポーリング処理により、図7(c)に
示すような分極が形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, a strong electric field is applied in the thickness direction of the piezoelectric element plate 42 using the poling electrodes 43b, 43b, thereby
The polling process in the thickness direction 2 is performed. This allows
The vertical vibration excitation section 41b and the vertical vibration pickup section 41a are formed. By this poling process, a polarization as shown in FIG. 7C is formed.

【0143】次に、図7(d)に示すように、このよう
にして形成された2つの分極領域(41a,41b)及
び分極領域(41c,41d)を有する圧電素子板42
を両面研磨することにより、圧電素子板42を所定の厚
さに一定に仕上げる。
Next, as shown in FIG. 7D, a piezoelectric element plate 42 having two polarization regions (41a, 41b) and polarization regions (41c, 41d) formed in this way.
Is polished on both sides to finish the piezoelectric element plate 42 to a predetermined thickness.

【0144】最後に、図7(e)に示すように、各分極
領域41a〜41dそれぞれの両面に、電気エネルギの
入出力用の電極44a〜44dを形成する。本実施形態
の圧電素子板42では、電極44a〜44dを含めた分
極領域41a〜41dが、それぞれ縦振動ピックアップ
部,縦振動励振部,捩じり振動励振部,捩じり振動ピッ
クアップ部の4つの機能を備える。
Finally, as shown in FIG. 7E, electrodes 44a to 44d for inputting and outputting electric energy are formed on both surfaces of each of the polarization regions 41a to 41d. In the piezoelectric element plate 42 according to the present embodiment, the polarization regions 41a to 41d including the electrodes 44a to 44d are respectively formed by a vertical vibration pickup unit, a vertical vibration excitation unit, a torsional vibration excitation unit, and a torsional vibration pickup unit. It has two functions.

【0145】なお、図7(e)においては、電極44a
〜44dの形成は、分極領域41a〜41dについて行
われた分極の破壊を回避するため、圧電素子板42に対
する加熱をできるだけ行わないようにすることが好まし
い。そのために、電極44a〜44dは、スパッタリン
グ,蒸着等の成膜法又は無電界めっき等の方法により、
形成することが望ましい。
In FIG. 7E, the electrode 44a
It is preferable that the heating of the piezoelectric element plate 42 is performed as little as possible to avoid the destruction of the polarization performed on the polarization regions 41a to 41d. Therefore, the electrodes 44a to 44d are formed by a film forming method such as sputtering or vapor deposition or a method such as electroless plating.
It is desirable to form.

【0146】また、前述したように、一般に圧電素子は
ポーリング処理により電界印加方向に伸張するとともに
電界印加方向と直交する方向では収縮する。そのため、
本実施形態においても、圧電素子板42の厚さは、分極
領域41a,41bでは厚くなるのに対し、分極領域4
1c,41dでは薄くなり、圧電素子板42の厚さが一
定にならない可能性があるからである。
As described above, the piezoelectric element generally expands in the direction of applying the electric field by the poling process and contracts in the direction perpendicular to the direction of applying the electric field. for that reason,
Also in the present embodiment, the thickness of the piezoelectric element plate 42 increases in the polarization regions 41a and 41b, while the thickness of the polarization region 4a increases.
This is because 1c and 41d become thin, and the thickness of the piezoelectric element plate 42 may not be constant.

【0147】図7(d)における研磨工程を行って、分
極領域41a,41b及び分極領域41c,41dそれ
ぞれの厚さを一定とすることにより、後述する弾性体へ
の振動伝搬を全域において効果的に行うことができる。
By performing the polishing step shown in FIG. 7D to make the thicknesses of the polarization regions 41a and 41b and the polarization regions 41c and 41d constant, it is possible to effectively propagate the vibration to the elastic body described later in the entire region. Can be done.

【0148】換言すれば、従来は独立の工程により製造
していた多数の圧電素子を所定の位置に並列・配置させ
ていたが、本実施形態によれば、一体の圧電素子板42
として加工までの処理を行うことができる。そのため、
圧電素子板42の長さ方向及び幅方向の全てにおいて、
極めて容易に厚さを一定にすることができる。
In other words, a large number of piezoelectric elements conventionally manufactured by independent processes are arranged in parallel at predetermined positions, but according to the present embodiment, the integrated piezoelectric element plate 42
The processing up to the processing can be performed. for that reason,
In all of the length direction and the width direction of the piezoelectric element plate 42,
The thickness can be very easily made constant.

【0149】そのため、後述する図11に示すように、
対向する2つの弾性体の間に挟んだ状態で圧電素子板4
2を配置した場合、圧電素子板42と2つの弾性体との
間に隙間の発生が抑制され、圧電素子から弾性体へのエ
ネルギ伝搬の損失が最小限に抑制される。
For this reason, as shown in FIG.
The piezoelectric element plate 4 is sandwiched between two opposing elastic bodies.
When 2 is arranged, the generation of a gap between the piezoelectric element plate 42 and the two elastic bodies is suppressed, and the loss of energy propagation from the piezoelectric element to the elastic body is suppressed to a minimum.

【0150】なお、図7では2回のポーリング処理を行
って分極領域41a〜41dを形成したが、1回のポー
リング処理で形成することも可能である。この場合の圧
電素子41の製造方法を図19を用いて説明する。
In FIG. 7, the poling regions 41a to 41d are formed by performing the polling twice, but they may be formed by a single polling process. A method of manufacturing the piezoelectric element 41 in this case will be described with reference to FIG.

【0151】まず、図7(a)と同様にして、ポーリン
グ処理を施す前の板状の圧電素子本体42の一方の端面
にポーリング用電極43aを形成する。また、この端面
と対向する端面近傍の平面の一方側にポーリング用電極
43bを、他方側にポーリング用電極43b’を設ける
(図19(a)参照)。
First, in the same manner as in FIG. 7A, a poling electrode 43a is formed on one end surface of the plate-shaped piezoelectric element body 42 before the poling process is performed. Also, a poling electrode 43b is provided on one side of a plane near the end face opposed to the end face, and a poling electrode 43b 'is provided on the other side (see FIG. 19A).

【0152】次に、図19(b)に示すように、ポーリ
ング用電極43bとポーリング用電極43aの間、及び
ポーリング用電極43bとポーリング用電極43b’と
の間に同時に強電界を印加する。ポーリング用電極43
bとポーリング用電極43aに強電界を印加することに
より、捩じり振動励振部41cと、捩じり振動ピックア
ップ部41dとが形成される。また、ポーリング用電極
43bとポーリング用電極43b’とを用いて圧電素子
42の板厚方向に強電界を印加することにより、縦振動
励振部41bと縦振動ピックアップ部41aとが形成さ
れる。こうして、1回のポーリング処理により、図19
(b)に示すような分極が形成される。
Next, as shown in FIG. 19B, a strong electric field is applied simultaneously between the poling electrode 43b and the poling electrode 43a and between the poling electrode 43b and the poling electrode 43b '. Polling electrode 43
By applying a strong electric field to b and the poling electrode 43a, a torsional vibration excitation section 41c and a torsional vibration pickup section 41d are formed. By applying a strong electric field in the thickness direction of the piezoelectric element 42 using the poling electrode 43b and the poling electrode 43b ', the longitudinal vibration excitation unit 41b and the longitudinal vibration pickup unit 41a are formed. In this manner, one polling process is performed as shown in FIG.
Polarization is formed as shown in FIG.

【0153】次に、図19(c)に示すように、形成さ
れた2つの分極領域(41a,41b)及び(41c,
41d)を有する圧電素子42を両面研摩する。こうす
ることで、圧電素子42を所定の厚さで一定に仕上げ
る。
Next, as shown in FIG. 19C, the two polarization regions (41a, 41b) and (41c,
The piezoelectric element 42 having 41d) is polished on both sides. By doing so, the piezoelectric element 42 is finished with a predetermined thickness.

【0154】最後に、図19(d)に示すように、各分
極領域41a〜41dそれぞれの両面に、電気エネルギ
の入出力用の電極44a〜44dを形成する。図19に
示す方法では、圧電素子42の製造工程で1回のポーリ
ング処理を行うだけで済み、工程が減ってより生産性が
向上する。このような製造方法は、圧電素子42の板厚
が薄いときに有効である。なお、圧電素子42の板厚方
向の分極と長手方向の分極との境界部分では、図7に示
す方法を用いた場合よりもポーリング方向の正確さが劣
ることがある。そのため、この境界部分を避けて電極を
設けてもよい。
Finally, as shown in FIG. 19D, electrodes 44a to 44d for inputting and outputting electric energy are formed on both surfaces of each of the polarization regions 41a to 41d. In the method shown in FIG. 19, only one polling process is required in the manufacturing process of the piezoelectric element 42, and the number of steps is reduced, and the productivity is further improved. Such a manufacturing method is effective when the thickness of the piezoelectric element 42 is small. At the boundary between the polarization in the thickness direction and the polarization in the longitudinal direction of the piezoelectric element 42, the accuracy of the poling direction may be inferior to the case where the method shown in FIG. 7 is used. Therefore, an electrode may be provided avoiding this boundary portion.

【0155】なお、図6及び図7に示す例では、縦振動
励振部41bを一つ形成した態様を示したが、本発明は
このような態様に限定されるものではない。図8は、図
6に示す圧電素子41を変形した圧電素子51を示す斜
視図である。
In the examples shown in FIGS. 6 and 7, an embodiment in which one longitudinal vibration excitation section 41b is formed is shown, but the present invention is not limited to such an embodiment. FIG. 8 is a perspective view showing a piezoelectric element 51 obtained by modifying the piezoelectric element 41 shown in FIG.

【0156】図8に示す圧電素子51では、機能的に5
つの部分に分かれて構成される。それぞれが、縦振動ピ
ックアップ用圧電素子51a,縦振動励振用圧電素子5
1b−1,縦振動励振用圧電素子51b−2,捩じり振
動励振用圧電素子51c,捩じり振動ピックアップ用圧
電素子51dが形成されている。
The piezoelectric element 51 shown in FIG.
It is divided into two parts. Each of the piezoelectric element 51a for vertical vibration pickup and the piezoelectric element 5 for vertical vibration excitation
1b-1, a piezoelectric element 51b-2 for longitudinal vibration excitation, a piezoelectric element 51c for torsional vibration excitation, and a piezoelectric element 51d for torsional vibration pickup are formed.

【0157】図8に示す圧電素子51のように、縦振動
励振用圧電素子が二つ形成されると、発生させたい縦変
位量に応じて、入力面積を大幅に変更することが可能と
なる。これにより、超音波アクチュエータの制御の自由
度が大きくなる。
When two piezoelectric elements for longitudinal vibration excitation are formed as in the piezoelectric element 51 shown in FIG. 8, the input area can be largely changed according to the amount of vertical displacement to be generated. . Thereby, the degree of freedom in controlling the ultrasonic actuator is increased.

【0158】すなわち、捩じり振動に対して1群の捩じ
り振動励振部を配置することにより、2群の捩じり振動
励振部を配置する場合に比較すると、変位量的には若干
減少するものの、振動励振部への入力エネルギを半減す
ることができるため、駆動効率を向上させることが可能
となる。
That is, by disposing a group of torsional vibration excitation units for torsional vibration, the displacement amount is slightly smaller than when two groups of torsional vibration excitation units are disposed. Although it is reduced, the input energy to the vibration excitation unit can be halved, so that the driving efficiency can be improved.

【0159】図9は、図8に示す圧電素子51の製造方
法を工程毎に示す説明図である。なお、図9に示す製造
方法は図8に示す製造方法と基本的に同一であるので、
相違する部分のみを説明し、図8に示す製造方法と共通
する部分については50番台に変えた符号を付すことに
より、重複する説明を省略する。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a method of manufacturing the piezoelectric element 51 shown in FIG. 8 for each step. The manufacturing method shown in FIG. 9 is basically the same as the manufacturing method shown in FIG.
Only different portions will be described, and portions common to those of the manufacturing method shown in FIG. 8 will be denoted by reference numerals changed to the 50's, and redundant description will be omitted.

【0160】図9(e)において、圧電素子板52に形
成された各分極領域51a,51b−1,51b−2,
51c及び51dそれぞれの両面に、電気エネルギの入
出力用の電極54a,54b−1,54b−2,54c
及び54dを形成する。このようにして、図8に示す圧
電素子51が形成される。
In FIG. 9E, each of the polarization regions 51a, 51b-1, 51b-2,
Electrodes 54a, 54b-1, 54b-2, 54c for input / output of electric energy are provided on both surfaces of 51c and 51d, respectively.
And 54d. Thus, the piezoelectric element 51 shown in FIG. 8 is formed.

【0161】図10は、本実施形態の超音波アクチュエ
ータ60を示す断面図である。振動子61は、駆動信号
により励振される電気機械変換素子である本実施形態の
圧電素子41と,圧電素子41が接合されており、圧電
素子41の励振によって1次の縦振動と2次の捩じり振
動とが生じることによって、駆動面62cに駆動力が発
生する弾性体62とから構成される。
FIG. 10 is a sectional view showing an ultrasonic actuator 60 according to this embodiment. The vibrator 61 is formed by joining the piezoelectric element 41 of the present embodiment, which is an electromechanical conversion element excited by a drive signal, to the primary longitudinal vibration and the secondary longitudinal vibration by excitation of the piezoelectric element 41. The elastic member 62 generates a driving force on the driving surface 62c by the occurrence of torsional vibration.

【0162】弾性体62は、側面に溝状に形成される3
つの小径部62a,62b,62cと、小径部62a〜
62cに区切られることにより形成される4つの大径部
62A,62B,62C,62Dとを有した中空厚肉の
弾性体を縦に2つに分割することにより得られる半弾性
体61a,61bを、再度円柱状に組み合わせることに
より得られる。
The elastic body 62 has a groove formed on the side surface.
Three small-diameter portions 62a, 62b, 62c and the small-diameter portions 62a to 62c.
Semi-elastic bodies 61a and 61b obtained by vertically dividing a hollow thick elastic body having four large-diameter portions 62A, 62B, 62C and 62D formed by being divided into 62c are divided into two. , Again obtained by combining them in a columnar shape.

【0163】半弾性体61a,61bの分割面には、圧
電素子41が挟まれた状態で装着される。小径部62
a,62cは、振動子61に発生する2次の捩じり振動
の二つの節部に位置する。一方、小径部62bは,振動
子61に発生する1次の縦振動の節部に位置する。
The piezoelectric element 41 is mounted on the divided surfaces of the semi-elastic bodies 61a and 61b with the piezoelectric element 41 sandwiched therebetween. Small diameter section 62
a and 62c are located at two nodes of the secondary torsional vibration generated in the vibrator 61. On the other hand, the small-diameter portion 62 b is located at a node of the primary longitudinal vibration generated in the vibrator 61.

【0164】圧電素子41に形成された捩じり振動励振
部41cは、2次の捩じり振動の一方の節部を含む位置
に配置され、縦振動励振部41bは、縦振動の節部と捩
じり振動の他方の節部とを含む位置に配置される。
The torsional vibration excitation section 41c formed on the piezoelectric element 41 is disposed at a position including one node of the secondary torsional vibration, and the longitudinal vibration excitation section 41b is connected to the longitudinal vibration node. And the other node of the torsional vibration.

【0165】弾性体62は、各大径部62A〜62Dそ
れぞれの高さ方向の略中心に、圧電素子41の厚さ方向
と平行な方向に向けて貫通孔63a〜63dが形成され
る。半弾性体61a及び61bは、これらの貫通孔63
a〜63dにボルト64a〜64dを挿入してナット6
5a〜65dをネジ止めすることにより、締結・固定さ
れる。このようにして、弾性体62は、圧電素子41を
挟み込んだ状態で保持する。
In the elastic body 62, through holes 63a to 63d are formed substantially at the centers of the large diameter portions 62A to 62D in the height direction, respectively, in the direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric element 41. The semi-elastic bodies 61a and 61b
Insert the bolts 64a to 64d into the nuts 6a to 63d.
It is fastened and fixed by screwing 5a to 65d. In this way, the elastic body 62 holds the piezoelectric element 41 sandwiched therebetween.

【0166】また、弾性体長手方向の略中心部には、固
定ピン66の貫通孔が形成されており、固定ピン66が
弾性体62と弾性体62の軸方向に貫通する固定軸67
とを貫通することにより、弾性体62は固定軸67に固
定・保持される。
A through hole for a fixing pin 66 is formed substantially at the center of the elastic body in the longitudinal direction, and the fixing pin 66 passes through the elastic body 62 and the fixed shaft 67 in the axial direction of the elastic body 62.
, The elastic body 62 is fixed and held on the fixed shaft 67.

【0167】移動子68は、厚肉環状の移動子母材68
aと,振動子61側の端面に環状に突設された摺動部に
貼付された摺動材68bとにより構成される。移動子母
材68aの反振動子側の端面内周部には、位置決め部材
であるベアリング69が嵌合されており、このベアリン
グ69により固定軸67に対しての位置決めが行われ
る。
The moving element 68 is a thick annular moving element base material 68.
a, and a sliding member 68b affixed to a sliding portion annularly protruding from the end face on the vibrator 61 side. A bearing 69, which is a positioning member, is fitted to the inner peripheral portion of the end face of the movable element base material 68a on the anti-vibrator side, and the bearing 69 performs positioning with respect to the fixed shaft 67.

【0168】移動子母材68aの外周面には、駆動力取
出用の歯車が設けられており(図示しない。)、この歯
車に被駆動体の歯車(図示しない。)が噛み合うことに
より、駆動力が外部に出力される。
A gear for taking out driving force is provided on the outer peripheral surface of the moving element base material 68a (not shown), and a gear of a driven body (not shown) meshes with this gear to drive. The force is output to the outside.

【0169】また、移動子68は、加圧部材である皿バ
ネ70(スプリングバネや板バネ等であってもよい。)
により、加圧力伝達部材71を介して、振動子61の駆
動面62cに加圧接触される。
The moving element 68 is a coned disc spring 70 as a pressing member (a spring or a leaf spring may be used).
As a result, the driving surface 62 c of the vibrator 61 is brought into pressurized contact with the vibrator 61 via the pressing force transmitting member 71.

【0170】固定軸67は、弾性体62の軸方向に形成
された中空部を貫通して配置されており、振動子61を
固定するとともに、移動子68をその半径方向について
位置決めする。固定軸67の一方の先端部にはネジ部6
7aが形成されており、皿バネ70の加圧力を調整する
加圧力調整部材であるナット72がネジ止めされる。ナ
ット72のネジ止め位置を変更することにより、皿バネ
70のバネ力が変更され、移動子68の振動子61への
加圧力が調整される。
The fixed shaft 67 is disposed so as to penetrate a hollow portion formed in the axial direction of the elastic body 62, and fixes the vibrator 61 and positions the movable member 68 in the radial direction. A screw 6 is provided at one end of the fixed shaft 67.
7a is formed, and a nut 72 which is a pressing force adjusting member for adjusting the pressing force of the disc spring 70 is screwed. By changing the screwing position of the nut 72, the spring force of the disc spring 70 is changed, and the pressing force of the moving element 68 on the vibrator 61 is adjusted.

【0171】図11は、本実施形態において、振動子に
おける圧電素子の配置を示す説明図である。なお、図1
1の説明においては、圧電素子の配置を中心に説明し、
図10と共通する部分については同一の図中符号を付す
ことにより、重複する説明を省略する。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the arrangement of the piezoelectric elements in the vibrator in the present embodiment. FIG.
In the description of 1, the arrangement of the piezoelectric element will be mainly described,
The same reference numerals as in FIG. 10 denote the same parts in FIG. 10, and a redundant description will be omitted.

【0172】圧電素子41における捩じり振動励振部4
1cは、周波電圧が印加したときに電圧の方向に応じた
剪断変形を発生し、これにより、振動子61には捩じり
振動が発生する。
The torsional vibration excitation section 4 in the piezoelectric element 41
1c generates a shear deformation according to the direction of the voltage when the frequency voltage is applied, whereby torsional vibration is generated in the vibrator 61.

【0173】捩じり振動励振部群は、図面における手前
側2枚の捩じり振動励振部41cと向こう側2枚の捩じ
り振動励振部41cとから構成される。手前側,向こう
側それぞれの捩じり振動励振部41cにより発生する剪
断変形は、同じ方向の電圧が印加した場合に、それぞれ
反対方向になるようにすると、振動子61にはある方向
への捩じり変位が発生する。
The torsional vibration exciting section group is composed of two torsional vibration exciting sections 41c on the front side and two torsional vibration exciting sections 41c on the other side in the drawing. If the shearing deformations generated by the torsional vibration excitation portions 41c on the front side and the opposite side are made to be in opposite directions when a voltage in the same direction is applied, the vibrator 61 may be twisted in a certain direction. Torsion occurs.

【0174】例えば、図11に示すように捩じり振動励
振部41cを配置すると、手前側2枚及び向こう側2枚
の捩じり振動励振部41cが剪断変形することにより、
振動子61の駆動面62cは、白抜き矢印で示す方向に
捩じれる。また、反対方向の電圧を印加すると、逆の剪
断変形が発生するため、駆動面62cは図11に示す方
向とは反対方向へ捩じれる。
For example, when the torsional vibration exciting parts 41c are arranged as shown in FIG. 11, the two torsional vibration exciting parts 41c on the near side and the two on the other side are sheared and deformed.
The drive surface 62c of the vibrator 61 is twisted in the direction indicated by the white arrow. When a voltage in the opposite direction is applied, reverse shearing deformation occurs, so that the driving surface 62c is twisted in the direction opposite to the direction shown in FIG.

【0175】また、圧電素子41における縦振動励振部
41bは、周波電圧が印加したときに伸縮変形し、これ
により、振動子61には縦振動が発生する。縦振動励振
部群は、図面における手前側2枚の縦振動励振部41b
と向こう側2枚の縦振動励振部41bとから構成され
る。それぞれの縦振動励振部41bに同じ方向の電圧が
印加した場合に、それぞれ同方向に縦変形するようにす
る。以上のような圧電素子の縦振動励振部41bの配列
にすることにより、全ての縦振動励振部41b群に同じ
周波電圧を印加すると、縦1次振動モードは励起され易
くなる。
Further, the vertical vibration excitation section 41b of the piezoelectric element 41 expands and contracts when a frequency voltage is applied, whereby the vibrator 61 generates a vertical vibration. The vertical vibration excitation unit group includes two vertical vibration excitation units 41b on the front side in the drawing.
And two longitudinal vibration exciters 41b on the other side. When a voltage in the same direction is applied to each of the vertical vibration excitation sections 41b, each of the vertical vibration excitation sections 41b is vertically deformed in the same direction. By arranging the above-described arrangement of the longitudinal vibration excitation sections 41b of the piezoelectric elements, when the same frequency voltage is applied to all the longitudinal vibration excitation sections 41b, the longitudinal primary vibration mode is easily excited.

【0176】このように構成された超音波アクチュエー
タ60に、2つの(1/4)λ位相差を有する駆動信号
をそれぞれ縦振動励振部41bと捩じり振動励振部41
cとに入力すると、縦振動と捩じり振動との振動の位相
が90°ずれ、その振動を合成した楕円運動が駆動面6
2cに発生する。
The ultrasonic actuator 60 thus configured is supplied with a drive signal having two (1/4) λ phase differences, respectively, by the longitudinal vibration exciter 41b and the torsional vibration exciter 41.
c, the phases of the longitudinal vibration and the torsional vibration are shifted by 90 °, and an elliptical motion obtained by combining the vibrations is formed on the driving surface 6.
2c.

【0177】振動の発生原理は、第1実施形態の超音波
アクチュエータ21と全く同じであるため(図5参
照)、これ以上の説明は省略する。このように、本実施
形態によれば、多数の圧電素子を一枚の圧電素子板に一
体化することにより、圧電素子部品点数を大幅に低減す
ることが可能になる。これにより、圧電素子の超音波ア
クチュエータへの装着工数が大幅に低減されるために生
産性が著しく向上するとともに、多数の圧電素子に不可
避的に存在する厚さのばらつきが解消されるために圧電
素子から弾性体へのエネルギ伝搬の損失が最小限に抑制
される。
Since the principle of generation of vibration is exactly the same as that of the ultrasonic actuator 21 of the first embodiment (see FIG. 5), further description is omitted. As described above, according to the present embodiment, it is possible to greatly reduce the number of piezoelectric element parts by integrating a large number of piezoelectric elements into one piezoelectric element plate. As a result, the man-hour for mounting the piezoelectric element on the ultrasonic actuator is greatly reduced, thereby significantly improving the productivity. In addition, since the thickness variation inevitably present in many piezoelectric elements is eliminated, the piezoelectric element is eliminated. Energy transmission loss from the element to the elastic body is minimized.

【0178】(変形形態)以上説明した実施形態では、
振動アクチュエータとして超音波の振動域を用いる超音
波アクチュエータを例にとった。しかし、本発明にかか
る振動アクチュエータは、このような態様に限定される
ものではなく、他の振動域を利用する振動アクチュエー
タについても等しく適用される。
(Modification) In the embodiment described above,
An ultrasonic actuator using an ultrasonic vibration region is taken as an example of the vibration actuator. However, the vibration actuator according to the present invention is not limited to such a mode, and is equally applicable to a vibration actuator using another vibration region.

【0179】また、第1実施形態では、2つの半弾性部
材により弾性体を構成したが、本発明はこのような態様
のみに限定されるものではない。3つ以上の複数の弾性
部材により弾性体を柱状に構成するようにしてもよい。
また、第1実施形態では、電気機械変換素子である圧電
素子を弾性部材の分割面に挟持させるように配置してい
るが、本発明はこのような態様のみに限定されるもので
はない。例えば、弾性体の外周面に例えば接着等の適宜
手段により装着するようにしてもよい。
Further, in the first embodiment, the elastic body is constituted by the two semi-elastic members, but the present invention is not limited to such an embodiment. The elastic body may be formed in a columnar shape by three or more elastic members.
In the first embodiment, the piezoelectric element, which is an electromechanical conversion element, is disposed so as to be sandwiched between the divided surfaces of the elastic member. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the elastic member may be mounted on the outer peripheral surface by an appropriate means such as bonding.

【0180】また、各実施形態では、1次の縦振動と2
次の捩じり振動とを発生する振動子を備える振動アクチ
ュエータを用いたが、本発明にかかる振動アクチュエー
タはこのような態様に限定されるものではない。すなわ
ち、n次(n:自然数)の縦振動とm次(m:自然数)
の捩じり振動とを発生する振動子を備える振動アクチュ
エータに対しては、n群の縦振動励振部を各節部に配置
するとともに、m群の捩じり振動励振部を各節部に配置
することにより、実施形態と同様の効果を得られる。
In each embodiment, the primary longitudinal vibration and the
Although a vibration actuator including a vibrator that generates the following torsional vibration is used, the vibration actuator according to the present invention is not limited to such an embodiment. That is, the n-th (n: natural number) longitudinal vibration and the m-th (m: natural number)
For a vibration actuator having a vibrator that generates a torsional vibration, an n-group longitudinal vibration excitation unit is disposed at each node, and an m-group torsional vibration excitation unit is disposed at each node. By arranging, the same effect as in the embodiment can be obtained.

【0181】また、各実施形態では、電気機械変換素子
として圧電素子を用いたが、本発明にかかる振動アクチ
ュエータはこのような態様のみに限定されるものではな
い。例えば、圧電素子以外に、電歪素子を用いることも
可能である。
In each of the embodiments, the piezoelectric element is used as the electromechanical transducer. However, the vibration actuator according to the present invention is not limited to such an embodiment. For example, it is also possible to use an electrostrictive element other than the piezoelectric element.

【0182】また、第1実施形態では、圧電素子本体の
厚さ方向に関する第2電気機械変換部分を2つ形成する
とともに、圧電素子本体の平面方向に関する第1電気機
械変換部分を1つ形成するが、本発明にかかる振動アク
チュエータはこのような態様のみに限定されるものでは
ない。例えば、第2実施形態に示すように、第1電気機
械変換部分と第2電気機械変換部分とが、圧電素子本体
の平面方向に隣接して1つずつ形成される態様を例示す
ることができる。
In the first embodiment, two second electromechanical converters in the thickness direction of the piezoelectric element main body are formed, and one first electromechanical converter in the planar direction of the piezoelectric element main body is formed. However, the vibration actuator according to the present invention is not limited to only such an embodiment. For example, as shown in the second embodiment, a mode in which the first electromechanical conversion part and the second electromechanical conversion part are formed one by one adjacently in the planar direction of the piezoelectric element body can be exemplified. .

【0183】また、第1実施形態では、形成された第1
電気機械変換部分24bに隣接させて、平面方向に関す
る機械的変位を電気エネルギに変換する機械電気変換部
分である縦振動ピックアップ用電気機械変換部分24a
を配置するとともに、形成された第1電気機械変換部分
24dに隣接させて、厚さ方向に関する機械的変位を電
気エネルギに変換する機械電気変換部分である捩じり振
動ピックアップ用電気機械変換部分24eを形成してい
る。
In the first embodiment, the formed first
An electromechanical conversion part 24a for a longitudinal vibration pickup, which is a electromechanical conversion part which is adjacent to the electromechanical conversion part 24b and converts mechanical displacement in a planar direction into electric energy
And a torsion vibration pickup electro-mechanical conversion portion 24e which is a electro-mechanical conversion portion for converting mechanical displacement in the thickness direction into electric energy adjacent to the formed first electro-mechanical conversion portion 24d. Is formed.

【0184】しかし、本発明にかかる振動アクチュエー
タはこのような態様に限定されるものではない。すなわ
ち、縦振動ピックアップ用電気機械変換部分24a,捩
じり振動ピックアップ用電気機械変換部分24eの一方
だけを設置してもよく、又は双方ともに設置しなくても
よい。
However, the vibration actuator according to the present invention is not limited to such an embodiment. That is, only one of the electromechanical conversion part 24a for the longitudinal vibration pickup and the electromechanical conversion part 24e for the torsional vibration pickup may be installed, or both may not be installed.

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

【図1】第1実施形態の超音波アクチュエータを構成す
る振動子の要素である圧電素子を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric element which is an element of a vibrator constituting an ultrasonic actuator according to a first embodiment.

【図2】第1実施形態で用いる圧電素子の製造方法を工
程毎に示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of manufacturing a piezoelectric element used in the first embodiment for each step.

【図3】第1実施形態の超音波アクチュエータの構成を
示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view illustrating a configuration of the ultrasonic actuator according to the first embodiment.

【図4】第1実施形態の振動子への圧電素子の装着状況
を示す説明図であり、図4(a)は振動子の上面図,図
4(b)は発生する縦振動及び捩じり振動の発生状況を
併せて示す振動子の側面図である。
FIGS. 4A and 4B are explanatory views showing how the piezoelectric element is mounted on the vibrator according to the first embodiment. FIG. 4A is a top view of the vibrator, and FIG. FIG. 4 is a side view of the vibrator, also showing the state of occurrence of vibration.

【図5】第1実施形態の振動子に発生する縦振動と捩じ
り振動とを組み合わせて、駆動面に楕円運動が発生する
ことを経時的に示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing, over time, generation of elliptical motion on a drive surface by combining longitudinal vibration and torsional vibration generated in the vibrator of the first embodiment.

【図6】第2実施形態の超音波アクチュエータに用いる
圧電素子の構成を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration of a piezoelectric element used for an ultrasonic actuator according to a second embodiment.

【図7】第2実施形態の圧電素子の製造方法を工程毎に
示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a method of manufacturing a piezoelectric element according to a second embodiment for each step.

【図8】第2実施形態の圧電素子の変形例を示す斜視図
である。
FIG. 8 is a perspective view showing a modification of the piezoelectric element of the second embodiment.

【図9】第2実施形態の圧電素子の変形例の製造方法を
工程毎に示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view showing a manufacturing method of a modified example of the piezoelectric element of the second embodiment for each step.

【図10】第2実施形態の超音波アクチュエータを示す
断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an ultrasonic actuator according to a second embodiment.

【図11】第2実施形態において、振動子における圧電
素子の配置を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an arrangement of a piezoelectric element in a vibrator in a second embodiment.

【図12】縦−捩じり振動型の振動アクチュエータの従
来例の構造を示した斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a structure of a conventional example of a longitudinal-torsion vibration type vibration actuator.

【図13】従来の振動アクチュエータの固定子を展開し
て示した斜視図である。
FIG. 13 is an exploded perspective view showing a stator of a conventional vibration actuator.

【図14】振動子に縦振動と捩じり振動と発生させ、こ
れらの振動の合成により、振動子駆動面に楕円運動を発
生させる振動アクチュエータを経時的に示す説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing, with time, a vibration actuator that generates a longitudinal vibration and a torsional vibration in a vibrator and generates an elliptical motion on a vibrator driving surface by combining these vibrations.

【図15】弾性体に接合される圧電素子の配置を示す振
動子の上面図である。
FIG. 15 is a top view of a vibrator showing an arrangement of piezoelectric elements bonded to an elastic body.

【図16】弾性体に接合される圧電素子の配置を示す振
動子の側面図である。
FIG. 16 is a side view of the vibrator showing an arrangement of piezoelectric elements bonded to an elastic body.

【図17】先に提案した振動アクチュエータにおいて、
振動子を構成する弾性体への圧電素子の装着状況を示す
説明図であり、図17(a)は振動子の上面図,図17
(b)は発生する縦振動モード,捩じり振動モードをと
もに示す振動子の側面図である。
FIG. 17 shows a vibration actuator proposed earlier.
FIG. 17A is an explanatory view showing a state of mounting a piezoelectric element to an elastic body constituting a vibrator, and FIG.
(B) is a side view of the vibrator showing both the longitudinal vibration mode and the torsional vibration mode that occur.

【図18】圧電素子のポーリング方向を示す斜視図であ
って、図18(a)は縦振動用圧電素子のポーリング方
向を、図18(b)は捩じり振動用圧電素子のポーリン
グ方向をそれぞれ示す。
18A and 18B are perspective views showing the poling direction of the piezoelectric element. FIG. 18A shows the poling direction of the longitudinal vibration piezoelectric element, and FIG. 18B shows the poling direction of the torsional vibration piezoelectric element. Shown respectively.

【図19】第2実施形態の圧電素子の製造方法の変形例
を工程毎に示す説明図である。
FIG. 19 is an explanatory view showing a modification of the method for manufacturing a piezoelectric element of the second embodiment for each step.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 振動アクチュエータ(超音波アクチュエータ) 22 振動子 23 弾性体 24 圧電素子(電気機械変換素子) 24a 縦振動ピックアップ用電気機械変換部分 24b 捩じり振動励振用電気機械変換部分 24c 縦振動励振用電気機械変換部分 24d 捩じり振動励振用電気機械変換部分 24e 捩じり振動ピックアップ用電気機械変換部分 25 圧電素子本体 26a〜26e ポーリング用電極 27a〜27e 電極 28A〜28C 大径部 28a〜28b 小径部 29a,29b 貫通孔 30a,30b ボルト 31 固定軸 31a ねじ部 32 移動子(相対運動部材) 33 ベアリング 34 ネジ部 35 皿バネ(加圧部材) 36 ナット(加圧力調整部材) DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Vibration actuator (ultrasonic actuator) 22 Vibrator 23 Elastic body 24 Piezoelectric element (Electro-mechanical conversion element) 24a Electromechanical conversion part for vertical vibration pickup 24b Electromechanical conversion part for torsional vibration excitation 24c Electric machine for vertical vibration excitation Conversion part 24d Electromechanical conversion part for torsional vibration excitation 24e Electromechanical conversion part for torsional vibration pickup 25 Piezoelectric element main body 26a to 26e Polling electrode 27a to 27e Electrode 28A to 28C Large diameter part 28a to 28b Small diameter part 29a , 29b Through hole 30a, 30b Bolt 31 Fixed shaft 31a Screw part 32 Movement member (relative motion member) 33 Bearing 34 Screw part 35 Disc spring (pressing member) 36 Nut (pressing force adjusting member)

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気エネルギを機械的変位に、又は機械
的変位を電気エネルギに変換する電気機械変換素子であ
って、 前記電気機械変換素子の本体は、互いに異なる圧電効果
を発生する複数の電気機械変換部分を有し、該複数の電
気機械変換部分は、各々が異なる方向へ同時に変位自在
であることを特徴とする電気機械変換素子。
1. An electromechanical transducer for converting electrical energy into mechanical displacement or mechanical displacement into electrical energy, wherein a main body of the electromechanical transducer includes a plurality of electrical devices generating different piezoelectric effects. An electromechanical conversion element having a mechanical converting part, wherein each of the plurality of electromechanical converting parts is simultaneously displaceable in different directions.
【請求項2】 請求項1に記載された電気機械変換素子
において、 前記本体は、前記複数の電気機械変換部分によって、異
なる振動モードを同時に発生させることを特徴とする電
気機械変換素子。
2. The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the main body generates different vibration modes simultaneously by the plurality of electromechanical transducers.
【請求項3】 請求項1に記載された電気機械変換素子
において、 前記本体は、前記複数の電気機械変換部分によって、該
本体に同時に発生している異なる振動モードを同時にか
つ独立して電気エネルギに変換可能であることを特徴と
する電気機械変換素子。
3. The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the main body is configured to simultaneously and independently generate different vibration modes simultaneously generated in the main body by the plurality of electromechanical conversion portions. An electromechanical conversion element characterized in that it can be converted into an electromechanical element.
【請求項4】 請求項1に記載された電気機械変換素子
において、 前記本体は、前記複数の電気機械変換部分によって、異
なる振動モードを同時に発生させるとともに、該本体に
同時に発生している異なる振動モードを同時にかつ独立
して電気エネルギに変換可能であることを特徴とする電
気機械変換素子。
4. The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the main body causes different vibration modes to be simultaneously generated by the plurality of electromechanical conversion portions, and different vibrations simultaneously generated in the main body. An electromechanical conversion element capable of simultaneously and independently converting modes into electric energy.
【請求項5】 請求項1に記載された電気機械変換素子
において、 前記複数の電気機械変換部分は、圧電すべり効果を発生
する第1の電気機械変換部分と、圧電横効果を発生する
第2の電気機械変換部分とを備えていることを特徴とす
る電気機械変換素子。
5. The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the plurality of electromechanical transducers include a first electromechanical transducer that generates a piezoelectric slip effect and a second electromechanical transducer that generates a piezoelectric transverse effect. An electromechanical conversion element, comprising:
【請求項6】 請求項5に記載された電気機械変換素子
において、 前記圧電すべり効果によって捩じり振動が発生し、前記
圧電横効果によって縦振動が発生することを特徴とする
電気機械変換素子。
6. The electromechanical transducer according to claim 5, wherein a torsional vibration is generated by the piezoelectric slip effect, and a longitudinal vibration is generated by the piezoelectric transverse effect. .
【請求項7】 請求項5に記載された電気機械変換素子
において、 前記第1の電気機械変換部分は、互いに離間して2つ形
成され、前記第2の電気機械変換部分は、前記2つの第
1の電気機械変換部分の間に1つ形成されていることを
特徴とする電気機械変換素子。
7. The electromechanical conversion element according to claim 5, wherein the first electromechanical conversion part is formed two apart from each other, and the second electromechanical conversion part is formed of the two electromechanical conversion parts. An electromechanical transducer, wherein one is formed between the first electromechanical transducers.
【請求項8】 請求項5に記載された電気機械変換素子
において、 前記第1の電気機械変換部分と前記第2の電気機械変換
部分とは、前記本体に隣接して1つずつ形成されている
ことを特徴とする電気機械変換素子。
8. The electromechanical transducer according to claim 5, wherein the first electromechanical transducer and the second electromechanical transducer are formed one by one adjacent to the main body. An electromechanical conversion element characterized in that:
【請求項9】 請求項7又は請求項8に記載された電気
機械変換素子において、 隣接して配置された前記第1の電気機械変換部分と前記
第2の電気機械変換部分は、電気エネルギを機械的変位
に変換する部分であり、これら第1の電気機械変換部分
と第2の電気機械変換部分の配置方向に関して前記本体
の少なくとも一方の端部側には、さらに、機械的変位を
電気エネルギに変換する部分が形成されていることを特
徴とする電気機械変換素子。
9. The electromechanical conversion element according to claim 7, wherein the first electromechanical conversion part and the second electromechanical conversion part disposed adjacent to each other transfer electric energy. A portion for converting mechanical displacement into mechanical displacement, wherein at least one end side of the main body with respect to the disposition direction of the first electromechanical converting portion and the second electromechanical converting portion is further provided with mechanical energy. An electromechanical conversion element, characterized in that a part for converting into an element is formed.
【請求項10】 請求項5から請求項9までのいずれか
1項に記載された電気機械変換素子において、 前記本体は板状に形成されるとともに、前記第1の電気
機械変換部分と前記第2の電気機械変換部分それぞれの
厚さが略等しい範囲にあることを特徴とする電気機械変
換素子。
10. The electromechanical transducer according to claim 5, wherein the main body is formed in a plate shape, and the first electromechanical transducer and the first electromechanical transducer are connected to each other. 2. The electromechanical conversion element according to claim 2, wherein the thickness of each of the electromechanical conversion portions is substantially equal to each other.
【請求項11】 電気エネルギを機械的変位に、又は機
械的変位を電気エネルギに変換する電気機械変換素子の
母材に複数方向へのポーリングを行うことにより、前記
母材に、互いに異なる圧電効果を発生し、異なる方向へ
同時に変位自在な複数の電気機械変換部分を形成するこ
とを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
11. A base material of an electromechanical transducer for converting electric energy into mechanical displacement or converting mechanical displacement into electric energy in a plurality of directions, so that the base material has different piezoelectric effects. And forming a plurality of electromechanical conversion parts which are simultaneously displaceable in different directions.
【請求項12】 電気エネルギを機械的変位に変換する
電気機械変換素子の母材に対し、第1のポーリングを行
って第1の電気機械変換部分を形成した後、前記第1の
電気機械変換部分の一部を含む部分に第2のポーリング
を行うことにより、前記第1の電気機械変換部分と異な
る圧電効果を発生する第2の電気機械変換部分を形成す
ることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
12. A first electromechanical conversion part is formed by performing a first polling on a base material of an electromechanical conversion element that converts electric energy into mechanical displacement, and then forming the first electromechanical conversion part. Performing a second polling operation on a portion including a part of the portion to form a second electromechanical conversion portion that generates a piezoelectric effect different from the first electromechanical conversion portion. Device manufacturing method.
【請求項13】 請求項12に記載された電気機械変換
素子の製造方法において、 前記第1の電気機械変換部分は、圧電すべり効果を発生
し、前記第2の電気機械変換部分は、圧電横効果を発生
することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
13. The method of manufacturing an electromechanical transducer according to claim 12, wherein the first electromechanical transducer generates a piezoelectric slip effect, and wherein the second electromechanical transducer includes a piezoelectric transverse element. A method for producing an electromechanical transducer, wherein the method produces an effect.
【請求項14】 請求項12に記載された電気機械変換
素子の製造方法において、 前記電気機械変換素子の母材を板状に形成するととも
に、前記母材の平面方向に関して所定の間隔をあけて前
記母材の両面に電極対を形成して複数の電極対を設け、 前記第1のポーリングは、前記複数組の電極対のうち、
少なくとも1組の隣り合う電極対間に電界を印加するこ
とで行われ、 前記第2のポーリングは、前記複数組の電極対のうち、
少なくとも1対を構成する各電極間に電界を印加するこ
とで行われることを特徴とする電気機械変換素子の製造
方法。
14. The method for manufacturing an electromechanical transducer according to claim 12, wherein a base material of the electromechanical transducer is formed in a plate shape and at a predetermined interval in a plane direction of the base material. An electrode pair is formed on both surfaces of the base material to provide a plurality of electrode pairs, and the first poling is performed among the plurality of electrode pairs.
The second polling is performed by applying an electric field between at least one pair of adjacent electrode pairs.
A method for manufacturing an electromechanical conversion element, wherein the method is performed by applying an electric field between at least one pair of electrodes.
【請求項15】 請求項14に記載された電気機械変換
素子の製造方法において、 前記第1のポーリング及び前記第2のポーリングを行っ
た後に、前記第1の電気機械変換部分及び前記第2の電
気機械変換部分それぞれの厚さを均一化する処理を行う
ことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
15. The method for manufacturing an electromechanical transducer according to claim 14, wherein after performing the first polling and the second polling, the first electromechanical transducer and the second A method for manufacturing an electromechanical transducer, wherein a process for equalizing the thickness of each electromechanical transducer is performed.
【請求項16】 請求項15に記載された電気機械変換
素子の製造方法において、 前記均一化のための処理は、 前記第1の電気機械変換部分の表面に、前記第1の電気
機械変換部分の厚さが前記第2の電気機械変換部分の厚
さと等しくなるように電極を形成すること、 前記第1の電気機械変換部分の表面に電極を形成してか
ら、前記第1の電気機械変換部分及び前記第2の電気機
械変換部分それぞれの厚さが等しくなるように、前記第
1の電気機械変換部分及び前記第2の電気機械変換部分
それぞれの表面に形成された電極の一部を除去するこ
と、又は、 前記第2の電気機械変換部分に形成された電極と前記電
気機械変換素子の一部とを除去して前記電気機械変換素
子の厚さを均一にした後、前記第1の電気機械変換部分
及び前記第2の電気機械変換部分それぞれの表面に電極
を形成することにより行われることを特徴とする電気機
械変換素子の製造方法。
16. The method for manufacturing an electro-mechanical conversion element according to claim 15, wherein the processing for uniforming is performed on a surface of the first electro-mechanical conversion part. Forming an electrode such that the thickness of the first electromechanical conversion portion is equal to the thickness of the second electromechanical conversion portion. After forming an electrode on the surface of the first electromechanical conversion portion, the first electromechanical conversion portion is formed. A part of an electrode formed on a surface of each of the first electromechanical conversion part and the second electromechanical conversion part is removed so that a thickness of each of the part and the second electromechanical conversion part is equal. Or, after removing the electrode formed on the second electromechanical conversion part and a part of the electromechanical conversion element to make the thickness of the electromechanical conversion element uniform, An electromechanical converter and the second Method for manufacturing electromechanical transducer, characterized in that it is carried out by forming electrodes on transducer portion each surface.
【請求項17】 請求項16に記載された電気機械変換
素子の製造方法において、 前記均一化のための処理の過程で前記電気機械変換素子
に前記電極を形成する際に、前記第1の電気機械変換部
分及び前記第2の電気機械変換部分それぞれの電気機械
変換能を喪失させる温度域への加熱を伴わない形成法を
用いることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
17. The method for manufacturing an electromechanical transducer according to claim 16, wherein the first electrode is formed on the electromechanical transducer in a process of the homogenization process. A method for manufacturing an electromechanical conversion element, characterized by using a forming method that does not involve heating to a temperature range where the electromechanical conversion capability of each of the mechanical conversion part and the second electromechanical conversion part is lost.
【請求項18】 請求項17に記載された電気機械変換
素子の製造方法において、 前記形成法は、スパッタリング,蒸着等の薄膜形成法又
は無電界めっき法であることを特徴とする電気機械変換
素子の製造方法。
18. The method for manufacturing an electromechanical transducer according to claim 17, wherein the forming method is a thin film forming method such as sputtering or vapor deposition or an electroless plating method. Manufacturing method.
【請求項19】 電気機械変換素子を有し、該電気機械
変換素子により複数の異なる種類の振動が発生する振動
子と、該振動子との間で相対運動を行う相対運動部材と
を備える振動アクチュエータであって、 前記電気機械変換素子の本体は、互いに異なる圧電効果
を発生する複数の電気機械変換部分を有し、該複数の電
気機械変換部分は、各々が異なる方向へ同時に変位自在
であることを特徴とする振動アクチュエータ。
19. A vibration having an electromechanical transducer, a vibrator in which a plurality of different types of vibrations are generated by the electromechanical transducer, and a relative motion member performing relative motion between the vibrator. An actuator, wherein the main body of the electromechanical transducer has a plurality of electromechanical transducers that generate different piezoelectric effects, and the plurality of electromechanical transducers are each simultaneously displaceable in different directions. A vibration actuator, characterized in that:
【請求項20】 請求項19に記載された振動アクチュ
エータにおいて、 前記複数の電気機械変換部分は、圧電すべり効果を発生
する第1の電気機械変換部分と、圧電横効果を発生する
第2の電気機械変換部分とを備えていることを特徴とす
る振動アクチュエータ。
20. The vibration actuator according to claim 19, wherein the plurality of electromechanical transducers include a first electromechanical transducer that generates a piezoelectric slip effect and a second electric machine that generates a piezoelectric transverse effect. A vibration actuator comprising a mechanical conversion part.
【請求項21】 請求項20に記載された振動アクチュ
エータにおいて、 前記振動子は、複数の弾性部材を組み合わされることで
柱状に形成され、 前記電気機械変換素子は、少なくとも1つの前記弾性部
材に装着されるとともに、 前記複数の振動は、前記振動子の軸方向に関する捩じり
振動と、前記振動子の軸方向に振動する縦振動であるこ
とを特徴とする振動アクチュエータ。
21. The vibration actuator according to claim 20, wherein the vibrator is formed in a column shape by combining a plurality of elastic members, and the electromechanical transducer is mounted on at least one of the elastic members. The vibration actuator is characterized in that the plurality of vibrations are torsional vibration in the axial direction of the vibrator and longitudinal vibration in the axial direction of the vibrator.
【請求項22】 請求項21に記載された振動アクチュ
エータにおいて、 前記電気機械変換素子の前記第1の電気機械変換部分
は、前記振動子に発生する捩じり振動の少なくとも1つ
の節となる位置を含む位置に存在するとともに、 前記電気機械変換素子の前記第2の電気機械変換部分
は、前記振動子に発生する縦振動の少なくとも1つの節
となる位置を含む位置に存在することを特徴とする振動
アクチュエータ。
22. The vibration actuator according to claim 21, wherein the first electromechanical transducer portion of the electromechanical transducer element is a position serving as at least one node of torsional vibration generated in the vibrator. And the second electromechanical transducer portion of the electromechanical transducer element is present at a location including at least one node of longitudinal vibration generated in the vibrator. Vibration actuator.
【請求項23】 複数の弾性部材の間に、互いに異なる
複数の振動を発生させる電気機械変換素子を配置する振
動アクチュエータの製造方法において、 前記電気機械変換素子は、請求項1から請求項7までの
いずれか1項に記載された電気機械変換素子であること
を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
23. A method of manufacturing a vibration actuator in which electromechanical transducers for generating a plurality of vibrations different from each other are arranged between a plurality of elastic members, wherein the electromechanical transducers are configured as described above. A method for manufacturing a vibration actuator, comprising the electromechanical transducer described in any one of the above.
【請求項24】 請求項23に記載された振動アクチュ
エータの製造方法において、 前記電気機械変換素子は、前記第1の電気機械変換部分
が前記振動子に発生する前記捩じり振動の節となる位置
を含む位置に存在し、 前記第2の電気機械変換部分が前記振動子に発生する前
記縦振動の節となる位置を含む位置に存在するように配
置されることを特徴とする振動アクチュエータの製造方
法。
24. The method of manufacturing a vibration actuator according to claim 23, wherein the electromechanical transducer is a node of the torsional vibration generated in the vibrator by the first electromechanical transducer. Wherein the second electromechanical transducer is disposed at a position including a position that is a node of the longitudinal vibration generated in the vibrator. Production method.
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