WO1996006482A1

WO1996006482A1 - Vibrateur piezoelectrique pour moteur a ondes ultrasoniques, sa production, son montage dans ce moteur

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Publication number: WO1996006482A1
Application number: PCT/JP1995/001609
Authority: WO
Inventors: Kouichi Kanayama; Hiroaki Saigoh; Mayumi Kawasaki; Nobuhiro Maruko
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries, Ltd.
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1996-02-29
Also published as: KR100276632B1; CA2174515A1; JPH08111991A; KR960706220A; EP0725476A1; CA2174515C; EP0725476A4

Description

明細書超音波モータ用圧電振動子およびその製造方法、圧電振動子の取付け方法ならびに超音波モー夕技術分野

本発明は、固定具と接合させるための取付け部材を有する超音波モータ用圧電振動子、固定具を有する超音波モータ用圧電振動子および圧電振動子の取付け方法、固定具と結合させるための結合部材を有する超音波モータ用圧電振動子およびその製造方法、ならびに- 圧電振動子の押圧手段として磁力を用いた定在波型超音波モー夕に関するものである。従来技術

近年、超音波モータは、巻線を必要としないモータとして、機器の小型化用途などに注目されている。超音波モ一夕の分類としては. 定在波型と進行波型がある。進行波型は回転モー夕用として一般化しており、定在波型はリニア動作用として期待されている。

このような超音波モータでは、圧電振動子を固定し加圧することが不可欠である。たとえばリニア動作用の超音波モータを構成する圧電振動子は、従来では、たとえば図 1 6 に示すように、レール 2 2上に載置された圧電振動子 2 0 を支持板 2 1 で支持し、さらにネジ 2 3 により加圧することにより組み込んでいた。なお、図 1 6中 2 4 はベアリングであり、 2 5 は摩擦材である。このように従来の圧電振動子は、取り付けのための手段を有していないめ、超音波モー夕に組み込む際には、上記のようにネジなどで圧電振動子を加圧しつつ圧電振動子の機械振動を損なわないように支持板などで E電振動子を挟み込むように支持することが必要であった。しかしながら、このような方法では長期的に安定な動作を維持することは困難であった。また、圧電振動子を固定具に直接ネジ止めや接着固定する方法では、モータ動作発現の要点である振動子の固有共振周波数が圧電振動子を固定することにより変化し理想的な振動モード間結合が阻害されるだけでなく、機械振動エネルギ一が前記固定具を介して機器側に散逸してしまい効率を低下させてしまうという問題点があった。

本発明者らは、鋭意検討した結果、圧電振動子と、取付け部材または固定具とを弾性部材を介して結合すれば、上記のような問題点を解決しうることを見出した。

また、モータの動作特性は圧電振動子の固定方法および固定位置によって大きく変化することがある。特に定在波型（多重モード型）モー夕では、圧電振動子の固定位置が、 2つの固有振動特性にそれぞれ独立に影響を及ぼす。定在波型モー夕は、 2つの固有振動のマッチングが重要であり、このため圧電振動子の固定は、圧電振動子の固有振動を阻害しない振動の節部での固定が有効とされる。節部での固定方法としては、固定具による方法が簡便であるが、これは一定面積の接着面を必要とするため、理想的なボイント固定が難しい。また、節部のボルト締めなどによる締め付け固定は、圧電振動子の安定固定が難しく、その機構も複雑になる。このため圧電振動子を加工してその節部に固定のための手段を設けることが考えられる。圧電セラミックス振動子の加工は、焼結前または焼結後に行うことができるが、焼結前は、セラミツクス振動子の粉末成形体が強度的に脆いため加工が困難であり、焼結後の加ェは超音波加工などの特殊技術が必要であつた。

本発明者らは、鋭意検討した結果、圧電振動子側面の節部に固定のための手段を有する圧電振動子を製造するには、グリーンシート積層体の側面にあって圧電振動子を形成したときに節部となる部位に凹部を形成した後焼成し、次に前記凹部に結合部材を嵌合すればよいことを見出した。

一般に超音波モー夕では、圧電振動子を駆動面に対し加圧固定する方法としては、通常ネジゃパネによる機械的加圧手段が用いられるが、この方法は部品点数が多くなり、加圧機構が複雑になるため- モータ構成の自由度に対して制限が大きい。また、バネなどの加圧手段と回転体などが接触することにより、モータの効率を低下させることがあった。

そこで加圧機構を簡略化するために種々の方法が検討されており - たとえば、特開昭 5 9 — 1 8 5 1 7 9号公報には、超音波モー夕の振動子と移動体（回転体）とを加圧接触させる手段として磁石を用いる方法が提案されている。ここで示されている超音波モー夕は、進行弾性波型モータであり、このようなモータは、駆動力を得るために振動子と移動体との間全体に大きな接触面積を必要とする。駆動力を生み出すためには、単位面積当たり一定以上の加圧力を必要とするが、接触面積が大きいと加圧力が分散するため、駆動力を生ーみ出すには大きな加圧力が必要となる。また、同公報の実施例中にみられるように磁石と磁性体（振動子）の間に介在物（摩擦体）がある場合にはその磁力は著しく弱まるため、磁力の利用によって加圧を行う場合には広範囲の接触面積をカバーする大型で強力な磁石が必要となる。従って進行弾性波型モータでは、モータを小型化するための手段、振動子と移動体とを加圧接触させる手段として磁石を使用することには限界がある。

また、特開平 4 — 8 8 8 9 0号公報には、進行波型超音波モー夕と永久磁石の組み合わせによる弾性移動体と移動子間の加圧機構を不要とした回転型モータ及びリニア型モー夕が提案されている。しかしながらここで示されているモー夕は、前記と同様の欠点を有する他、振動体をレーストラック状にするため形状の自由度がなく、またリニア型の場合には移動子の特性として磁性と弾性とを両立させた材質が必要などの問題がある。

本発明者らは、鋭意検討した結果、圧電振動子を磁性体からなる駆動面に押圧するための磁石が結合部材により結合され、かつ該磁石は前記駆動面と非接触状態である定在波型超音波モー夕は、上記のような問題点を解決しうることを見出した。発明の開示

本発明に係る第 1 の超音波モータ用圧電振動子は、圧電振動子に縦振動 -屈曲振動を発生させ可動子を駆動する超音波モータ用圧電振動子であって、圧電振動子と、固定具との結合手段を有する取付け部材とが、弾性部材を介して結合されて（合わさって）いる。このような超音波モータ用圧電振動子は、圧電振動子の固有振動が弾性部材により取付け部材と弾性的に分離されているので、圧電振動子の共振特性を低下させることがなく、高効率で超音波モー夕を動作させることが可能となる。また、圧電振動子の超音波モー夕への組み込みが従来より容易かつ確実にでき、モータ動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。

本発明では、前記圧電振動子の可動子と対向する面に耐摩耗部材が設けられていてもよく、前記取付け部材に電気入力端子が設けられていてもよい。

本発明に係る第 2の超音波モータ用圧電振動子は、圧電振動子に縦振動 -屈曲振動を発生させ可動子を駆動する超音波モータ用圧電振動子であって、圧電振動子と、固定具とが、弾性部材を介して結合されている。

このような超音波モータ用圧電振動子は、圧電振動子の固有振動が弾性部材により固定具と弾性的に分離されているので、圧電振動子の共振特性を低下させることがなく、高効率で超音波モータを動作させることが可能となる。また、圧電振動子の超音波モータへの組み込みが従来より容易かつ確実にでき、モータ動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。

本発明に係る圧電振動子の取付け方法は、縱振動 -屈曲振動を発生して可動子を駆動する圧電振動子を弾性部材を介して固定具に結合している。

このような圧電振動子の取付け方法は、圧電振動子の固有振動が弾性部材により固定具と弾性的に分離されているので、圧電振動子 6— の共振特性を低下させることがなく、高効率で超音波モータを動作させることが可能となる。また、モータ動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。

なお本発明において固定具とは圧電振動子を固定又は保持する機能を有する器具、部品、装置、あるいはその他の物品（物体）を意味し、本発明における固定具は圧電振動子を固定又は保持する機能を有していれば、更に他の機能を有するものであってもよい。

本発明に係る第 3の超音波モータ用圧電振動子は、一体焼結型の超音波モータ用積層型圧電振動子であって、対向する側面にそれぞれ固定具と結合させるための捧状の結合部材が突設され、かつ該結合部材の一部が圧電振動子側面の節部に形成された凹部に嵌合されている。

このような超音波モータ用圧電振動子は、固定部に結合するための結合部材を有しているので、超音波モー夕への組み込みが容易である。また、結合部材は振動の節部に設けられているので圧電振動子の固有振動を阻害することがない。

本発明では、前記積層型圧電振動子が縦振動モード-屈曲振動モ ― ド利用の圧電振動子であることが好ましい。

本発明に係る超音波モータ用圧電振動子の製造方法は、圧電効果を有するセラミック材料を主成分とするグリーンシートを積層一体化してグリーンシート積層体とし、前記グリーンシート積層体の対向する側面にあって圧電振動子を形成したときに節部となる部位にそれぞれ凹部を形成した後焼成してセラミック積層体とし、前記セラミック積層体の凹部に、固定具と結合させるための棒状の結合部一 Ί一材の一端を嵌合して、側面から突出する結合部材を有する積層型圧電振動子を製造している。

このような超音波モータ用圧電振動子の製造方法は、粉末成形体から作製する圧電振動子の製造方法と異なり穴開け加工が容易であり、特殊な技術を用いることなく、固定部に結合するための結合部材を有する超音波モー夕用圧電振動子を製造することができる。本発明に係る第 1 の超音波モータは、 1 個の圧電振動子に駆動電圧を印加することにより 2種の異なった固有振動を励振し、この 2 種の固有振動が合成した楕円運動と、前記圧電振動子と駆動面との間の摩擦力とを駆動力とする定在波型超音波モー夕であって、駆動面と対向する面の駆動方向の端部近傍に耐摩耗部材が設けられた圧電振動子と、該圧電振動子を磁性体からなる駆動面に押圧するための磁石が結合部材により結合され（合わさって一体になつており） - かつ前記磁石は前記駆動面と非接触状態である。

このような超音波モータは、加圧機構の簡略化、およびモータの小型化を図れ、しかも駆動効率が高い。

本発明では、前記結合部材が磁性体からなり、前記磁石は結合部材に磁力により結合していてもよい。また、前記圧電振動子が縱振動モ一ドー屈曲振動モード利用の積層型圧電振動子であることが好ましい。そして、前記圧電振動子と結合部材とが非接着（非固定）の状態で結合されていることが好ましい。さらに、前記圧電振動子と結合部材とが弾性部材を介して結合されている（合わさって一体になっている）ことが好ましい。 95/01609

図面の簡単な説明

図 1 は、本発明に係る第 1 の超音波モータ用圧電振動子の第 1 の実施例を示す概略斜視図である。

図 2 ( A) は、積層型の圧電振動子の一例を示す概略側面図であり、図 2 ( B ) は、同圧電振動子を長さ方向に要素区分した説明図であり、図 2 ( C ) は、同圧電振動子の概略正面図である。

図 3は、第 1 の実施例に係る超音波モータ用圧電振動子の組み込み例を示す説明図である。

図 4は、本発明に係る第 1 の超音波モータ用圧電振動子の第 2の実施例を示す概略斜視図である。

図 5 (A) は、単板型の圧電振動子の一例を示す概略側面図であり、図 5 ( B) は、同圧電振動子を長さ方向に要素区分した説明図であり、図 5 ( C ) は、同圧電振動子の概略正面図である。

図 6は、本発明に係る第 1 の超音波モータ用 E電振動子の第 3の実施例を示す概略斜視図である。

図 7 ( A) は、本発明に係る第 1 の超音波モータ用圧電振動子の第 4の実施例を示す概略斜視図であり、図 7 ( B ) は（A) の縦断面図である。

図 8は、弾性部材の厚さが 0. 1 mmの超音波モー夕用圧電振動子を動作させたときの加圧力と移動速度の関係を示す図である。

図 9は、弾性部材の厚さが 0. 6 mmの超音波モータ用圧電振動子を動作させたときの加圧力と移動速度の関係を示す図である。

図 1 0 (A) は、本発明に係る第 2の超音波モー夕用圧電振動子を用いた超音波モータの一例を示す一部破断して示す概略側面図であり、図 1 0 ( B) は、（A) の一部破断して示す概略正面図である

図 1 1 (A) は、本発明に係る第 3の超音波モータ用圧電振動子の一実施例を示す概略斜視図であり、図 1 1 ( B) 同圧電振動子の概略断面図である。

図 1 2 (A) は、図 1 1 に示す超音波モータ用圧電振動子を固定具に固定した状態を示す概略斜視図であり、図 1 2 ( B ) は同概略正面図である。

図 1 3 ( A) は、本発明に係る第 1 の超音波モー夕の実施例を示す概略正面図であり、図 1 3 ( B ) は、（A) に示す超音波モー夕の概略側面図である。

図 1 4は、図 1 3に示す超音波モータの概略斜視図である。

図 1 5は、本発明に係る第 2の超音波モータの実施例を示す概略正面図である。

図 1 6 ( A) は、従来の超音波モータ用圧電振動子の組み込み方法を示す概略側面図であり、図 1 6 ( B) は、（A) の概略正面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に係る第 1 および第 2の超音波モータ用圧電振動子および圧電振動子の取付け方法について図面を参照しつつ具体的に説明する。

本発明に係る第 1 の超音波モー夕用圧電振動子 1 は、図 1 に示すように圧電振動子 1 0 と、結合手段 1 4を有する取付け部材 1 2 と — 〗0— を有し、該圧電振動子 1 0 と該取付け部材 1 2 とが、弾性部材 1 1 を介して結合されている。また、圧電振動子 1 0の摺動面には耐摩耗部材 1 3 a、 1 3 bが設けられている。

圧電振動子 1 0 は、後述するように縦振動-屈曲振動（縦振動モード屈曲振動モード結合振動）を利用した圧電振動子であり、駆動電圧を印加することにより圧電振動子 1 0の可動子、駆動面などと対向する面（摺動面）の駆動方向に対し前後の端部が楕円運動を行い、駆動力が一定方向に発生する。図 1 に示す圧電振動子 1 0では駆動力は、矢印方向または反矢印方向に発生する。

圧電振動子 1 0の摺動面の駆動方向に対して前後の端部には、酎磨耗部材 1 3 a , 1 3 bが駆動方向に対してほぼ直角に線状に設けられている。本実施例では、耐磨耗部材 1 3 a , 1 3 bが圧電振動子 1 0の摺動面端部に線状に形成されているが、本発明では、摺動面の駆動方向に対して前後の端部近傍に面状に設けられていてもよく、摺動面の全面に設けられていてもよい。

耐磨耗部材 1 3 a , 1 3 bの厚さは、特に限定されないが、通常 1 0〜 1 0 0 0 〃 m、より好ましくは 1 0 0〜 6 0 0 / mである。耐磨耗部材 1 3 a , 1 3 bの材料としては、ソーダガラス、鉛ガラス、ホウ珪酸ガラス（例： P y r e x ^TM：) 、クラウンガラス、フリントガラス、重フリントガラス、石英ガラスなどのガラス；アルミナ、ジルコニァ、炭化珪素、窒化珪素、炭化タングステン、炭化チタンなどのセラミックス；およびガラスコーティングしたセラミックスなどを挙げることができる。これらのなかでは、石英ガラスであることが好ましい。また、耐磨耗部材 1 3 a , 1 3 bの表面粗さは、小さいことが好ましく、具体的には触針式表面あらさ測定機で測定した中心線平均あらさ（R a ) が 5〜5 O Aの範囲にあることが好ましい。

このような耐磨耗部材 1 3 a， 1 3 bは、圧電振動子 1 0の摺動面に、たとえば接着剤などを用いて設けることができる。

この圧電振動子 1 0 の上面には、弾性部材 1 1 を介して取付け部材 1 2が設けられている。

取付け部材 1 2の上面には、超音波モータ用圧電振動子 1 を固定するための固定具と結合させる結合手段 1 4 としてのネジ穴が形成されている。本実施例では、超音波モータ用圧電振動子 1 は、固定具にボルトにより固定される。

本実施例では、取付け部材 1 2はほぼ直方体であるが、本発明では取付け部材 1 2の形状はこれに限定されず、本発明の目的の範囲内で種々の形状のものを用いることが可能である。また、本実施例では、結合手段は取付け部材 1 2上面に形成されたネジ穴（めねじ）であるが、本発明では取付け部材 1 2上面に設ける結合手段はこれに限定されず、ピン穴、ネジ（おねじ）、円筒形の凸部など従来公知のあらゆる結合手段を用いることができる。なお、これらの結合手段は取付け部材 1 2上面のほぼ中央に形成されることが望ましい。結合手段を取付け部材 1 2上面のほぼ中央に形成すると、圧電振動子の駆動効率を低下させることが少ない。

この取付け部材 1 2の材料としては、たとえばアルミ合金、黄銅. ステンレスなどの鉄基合金などの金属；アルミナ、ジルコニァ、炭化珪素、窒化珪素、マグネシアなどのセラミックス；ポリアミド、纏 ₀₉

ボリイミド、フエノール樹脂、ボリブチレンテレフ夕レート、ポリフエ二レンスルフィドなどの合成樹脂などが挙げられる。

圧電振動子 1 0上面のほぼ全面と、取付け部材 1 2下面のほぼ全面とは、弾性部材 1 1 を介して結合され、圧電振動子 1 0 と取付け部材 1 2 とが一体になつている。

弾性部材 1 1 の材料としては、シリコーンゴム、ブタジエンゴム, スチレン一ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン一プロピレンゴム、ブチルゴ厶、アクリロニトリル一ブタジエンゴム、力ルボキン二トリルゴム、アクリルゴム、水素添加二トリルゴム、ウレ夕ンゴムなどの弾性材料が挙げられる。

弾性部材 1 1 の厚さは、通常 0. 1 〜 2. 5 mm、好ましくは 0. 1 〜 1 mmfe度である。

弾性部材 1 1 と圧電振動子 1 0、および弾性部材 1 1 と取付け部材 1 2 とは、それぞれ接着剤などにより結合させることができる。また、弾性部材 1 1 に接着機能をもたせることにより、結合させることも可能である。

圧電振動子 1 0は、縦振動 -屈曲振動を利用した圧電振動子であり、本実施例では積層型の圧電振動子である。

積層型の圧電振動子は、図 2 ( B) に示すように上部の A要素および B要素、中間部の C要素、下部の A' 要素および B' 要素の 5 つの駆動要素に区分される。各駆動要素のうち、 A要素、 A' 要素. B要素および B' 要素は屈曲二次励振用であり、 C要素は縱一次励振用である。

図 2 (A) 、 (C) に示すように、 A要素、 A' 要素、 B要素、 B' 要素および C要素は、圧電効果を有する材料を主成分とするセラミックシート 3が、それぞれ内部に内部電極 2 aまたは 2 bを介装しつつ複数枚積層されている。圧電振動子 1 0の対向する一方の側面には外部電極 5 a , 5 b, 5 c , 5 d , 5 eが形成され、他方の側面には外部電極 5が形成されている。

A要素、 A' 要素、 B要素および B' 要素は、内部電極 2 bを介装しつつセラミックシ一ト 3を積層することにより形成されており . また、 A要素と B要素、 A' 要素と B ' 要素とは、絶縁部 4 bによつて長辺方向のほぼ中央で区分される。

そして、 A要素の内部電極 2 bは、一層おきに短辺方向の一方の端部が外部電極 5 c と接続されており、外部電極 5 c と接続されていない内部電極 2 bの短辺方向の端部は、外部電極 5 と接続されている。 A' 要素の内部電極 2 bは、一層おきに短辺方向の一方の端部が外部電極 5 d と接続されており、外部電極 5 d と接続されていない内部電極 2 bの短辺方向の端部は、外部電極 5 と接続されている o

B要素の内部電極 2 bは、一層おきに短辺方向の一方の端部が外部電極 5 b と接続されており、外部電極 5 b と接続されていない内部電極 2 bの短辺方向の端部は、外部電極 5 と接続されている。 Β' 要素の内部電極 2 bは、一層おきに短辺方向の一方の端部が外部電極 5 e と接続されており、外部電極 5 e と接続されていない内部電極 2 bの短辺方向の端部は、外部電極 5 と接続されている。

C要素は、セラミックシート 3が内部電極 2 aを介装しつつ積層されており、前記 A要素、 B要素のように絶縁部は設けられていな一 u— い。そして、 C要素の内部電極 2 aは、短辺方向の一方の端部は一層おきに外部電極 5 aと接続されており、外部電極 5 aと接続されていない内部電極 2 aの短辺方向の端部は、外部電極 5 と接続されている。

また、 A要素、 A' 要素、 B要素、 B' 要素および C要素は、図 2 (C) に示すように、絶縁部 4 aが積層方向に対して左右交互に位置するように複数形成されている。なお、絶縁部 4 aは、必ずしも左右交互に配置する必要はなく、積層方向に隣り合うセラミックシート間では、ずれた位置となり、一層おきのセラミックシート間では、同じ位置になるように配置すれば良い。また、絶縁部 4 aは通常空所である。なお、図 2 ( A) においては、絶縁部 4 aは図示していない。

セラミックシート 3は、通常、 A要素、 A' 要素、 B要素および B ' 要素では 2〜 3 0枚、好ましくは 3〜 2 0枚が積層され、 C要素では 2〜 3 0枚、好ましくは 3〜2 0枚が積層されている。

セラミックシート 3は、圧電効果を有する材質（圧電材料）で構成されており、圧電材料としては、例えば、 P ZT系、あるいは、 P b T i 0₃などの P b T i 0₃ 系の圧電効果を有するセラミックスが用いられる。 P ZT系セラミックスとしては、例えば、 P ZT P b (N i i/₃ b 2/3 ) 03 - P b ( Z n ,_/3N b _2/3) 03 - P b T i 03 - P b Z r 0₃系のセラミックスが挙げられる。

このような圧電振動子 1 0は、たとえば下記のようにして製造することができる。

まず、主成分となるセラミックスの仮焼粉末に、溶媒、結合剤、可塑剤などを加えた後にこれらを混合し、泥漿を調製する。

この際、溶媒として水を用いる場合には、結合剤として、ヒドロキンェチルセルロース、メチルセルロース、ボリビニルアルコール, ワックス系滑剤、カルボキシメチルセルロースなどが用いられ、可塑剤として、グリセリン、ボリアルキルグリコール、ソルビ夕ン酸エステル類、トリエチレングリコール、ペトリオール、ポリオールなどが用いられる。また、溶媒としてエチルアルコール、メチルェチルケトン、ベンゼン、トルエンなどの有機溶媒を用いる場合には- 結合剤として、ポリメチルメタクリレート、ボリビニルアルコール- ポリビニルブチラール、セルロースアセテートなどが用いられ、可塑剤として、ジブチルフタレート、ポリエチレングリコール、グリセリンなどが用いられる。

得られた泥漿を、ドク夕一ブレード法、押出成形法などの方法により薄板状に成形し、所定の形状に切断してグリーンシートを得る, このグリーンシートを乾燥後、所定の形状に切断することによりセラミツクシ一ト前駆体が得られる。このセラミツクシ一ト前駆体の厚さは、特に限定されないが、好ましくは 0 . 0 2〜 2 m m、さらに好ましくは 0 . 0 5〜 0 . 5 m mである。

グリーンシートの成形方法としては、溶媒として水を用い、押出成形法によりシートを得る方法が好ましい。このような成形方法によれば、結合剤および Zまたは可塑剤の配合量を減少させることが容易であり、しかも乾燥時にセラミツクシ一ト前駆体同士が接着しにくくなる。このためセラミックシート前駆体を積層して焼成する際に、絶縁部 4 a , 4 bにおいて、上下のセラミックシート前駆体が接着することを防止でき、この部分に空所（絶縁部）を確実に形成することが容易になる。なお、有機溶媒を用いた押出成形法、または有機溶媒もしくは水を用いたドク夕一ブレード法によっても、結合剤および可塑剤の種類や配合量によっては、絶縁部 4 a， 4 b を確実に形成できるようなグリーンシートを得ることも可能である _c 結合剤および可塑剤の種類や量およびグリ一ンシートの乾燥条件は、セラミックシート前駆体同士を 5 0〜 1 5 0 °C、 2 0〜2 0 0 k g / c m ² の条件で加圧した場合に、引張り剪断接着強さがセラミックシート前駆体自身の引張り強さの 1 0 %以下、好ましくは 5 %以下となるように選ばれる。

溶媒として水を用い、押出成形法により、グリーンシートを成形する際の結合剤の添加量は、仮焼粉末の量を 1 0 0重量部とした場合に、通常 1〜 1 0重量部、好ましくは 2〜 5重量部である。また, 可塑剤の添加量は、仮焼粉末の量を 1 0 0重量部とした場合に、通常 1〜 1 0重量部、好ましくは 2〜 5重量部である。

膜状の内部電極 2 a , 2 bは、たとえば、セラミックシート前駆体の表面に金属ペーストを塗布することにより形成することができる。内部電極 2 a , 2 bを形成する金属としては、たとえば白金、パラジウム、銀—パラジウム合金、銀などが例示される。

セラミツクシ一ト前駆体は、積層状態で焼成されることから、内部電極 2 a， 2 bを形成するための金属ペーストとしては、セラミックシ一ト前駆体の焼成温度で焼付け可能な金属ペーストを選択することが好ましい。なお、金属ペーストには、焼成後にセラミックシート 3 と内部電極 2 a , 2 b との密着強度を向上させるために、ジルコニァ粉末、ガラス粉末、前記圧電材料の粉末等を混合させるようにしても良い。

金属ペーストをセラミツクシ一ト前駆体の表面に塗布する際には. セラミツクシ一ト前駆体の周縁の一端部に金属ペースト非塗布部分を設け、内部電極 2 bの端部に絶縁部 4 aの予定部分を形成するとともに、長さ方向の中央部に金属ペースト非塗布部分を設け、内部電極 2 b、 2 bの間に絶縁部 4 bの予定部分を形成する。また、セラミツクシ一ト前駆体の周縁の一端部に金属ペースト非塗布部分を設けることにより、内部電極 2 aの端部に絶縁部 4 aの予定部分を形成する。なお、絶縁部 4 aは、形状や位置は特に限定されず、セラミツクシ一ト前駆体の一角部に形成するようにしてもよい。

このような内部電極 2 a , 2 bの膜厚は、特に限定されないが、焼成後の膜厚で、好ましくは 0. 5〜 2 0 m、さらに好ましくは 1〜 1 0 mである。なお、金属ペーストの塗布は、スクリーン印刷法、口一ラー印刷法等の方法で行なうことができる。

そして、このように内部電極 2 bが形成されたセラミックシ一ト前駆体を、絶縁部 4 aが積層方向に対して左右交互に位置するように複数枚積層して、 A要素、 B要素となるべき積層体（A-B) 、および A' 要素、 B ' 要素となるべき積層体（Α' - Β' ) を製造する一方、内部電極 2 aが形成されたセラミツクシ一卜前駆体を、絶縁部 4 aが積層方向に対して左右交互に位置するように複数枚積層して. C要素となるべき積層体（ C ) を製造する。この積層体（A-B) 、積層体（ C ) および積層体（Α' -Β' ) をこの順序で重ね合わせてセラミックシート前駆体の積層体を形成する。この積層体を熱プレスで圧着した後、所定の温度で脱脂および焼成するとともに、内部電極 2 a , 2 bを焼き付け、セラミツクシ一ト 3 と内部電極 2 a , 2 b とを接着する。なお、脱脂に先立って積層体をさらに所定の大きさに切断しても良いが、焼成後に切断するようにしても良い。このように積層体を焼成しても、上下のセラミックシート 3同士は相互に接着せず、絶縁部 4 a , 4 bが確実に形成される。

圧電振動子 1 0 は、図 2 ( A) 、 ( C ) に示すように、一方の側面では C要素の内部電極 2 aがー層おきに外部電極 5 a と接铳され, A要素の内部電極 2 bがー層おきに外部電極 5 c と接続され、 A' 要素の内部電極 2 bがー層おきに外部電極 5 d と接続され、 B要素の内部電極 2 bがー層おきに外部電極 5 b と接続され、 B ' 要素の内部電極 2 bがー層おきに外部電極 5 e と接続されている。また、他方の側面では、内部電極 2 aおよび 2 bがー層おきに外部電極 5 と接続されている。ここで、外部電極 5 a , 5 b, 5 c， 5 d , 5 e は、相互に絶縁して形成されている。

このような外部電極 5， 5 a , 5 b , 5 c , 5 d , 5 e は、圧電振動子 1 0の長さ方向の側面に電極材料を塗布後焼付することにより容易に形成することができる。

外部電極 5 , 5 a , 5 b , 5 c , 5 d , 5 eに用いられる電極材料としては、特に限定されないが、たとえば銀、ハンダなどが用いられる。

圧電振動子 1 0 は、外部電極 5 , 5 a , 5 b , 5 c , 5 d , 5 e に電圧を加えれば、圧電振動子 1 0の積層方向に電界が印加される < そして電界が印加されると、 A要素と B要素が逆向きに、 A' 要素と B' 要素が逆向きに伸縮し、屈曲二次振動を励振するとともに C 要素は独立に伸縮し、縦一次振動を励振する。なお A要素と A' 要素とは同じ向きに伸縮する。

このような積層型の圧電振動子 1 0を駆動させる具体的な方法としては、たとえば下記のような方法が挙げられる。

A要素と B要素、 A' 要素と B' 要素がそれぞれ逆向きの分極 (ポーリング）がされ、 A要素、 A' 要素および C要素にそれぞれ同じ向きに分極されている圧電振動子 1 0に、驟動電圧を、 A要素- A' 要素、 B要素および B' 要素には sin o t (ωは角周波数）の周波数で印加し、 C要素には coso) t (ωは角周波数）の周波数で印加する。これにより、 Α要素、 A' 要素、 B要素および B' 要素により屈曲振動が励搌され、 C要素により伸縮振動が励振され、圧電振動子 1 0は、駆動方向端部が楕円運動をおこない、駆動力が一定方向に発生する。そして、駆動力は圧電振動子 1 0の摺動面と可動子等との接触部、あるいは耐磨耗部材 1 3 a， 1 3 b と可動子等との接触部に伝達されるので、接触部で生じる摩擦力によつて振動子 1 0は超音波モータとして駆動する。

このような本発明の超音波モータ用圧電振動子は、たとえば図 3 に示すように組み込まれる。図 3では、超音波モータ用圧電振動子 1 は固定具 2 9にボルト 2 6により固定された状態でレール（可動子） 2 2上に載置されている。そしてパネ 2 7 a , 2 7 bにより下方に加圧されている。図 3中、 2 8はベアリングである。

本発明の超音波モータ用圧電振動子は、圧電振動子と、結合手段を有する取付け部材とが、弾性部材を介して結合されているので、圧電振動子の共振特性を低下させることなく、高効率のモータ動作が可能となる。また、圧電振動子の組み込みが従来より容易かつ確実にでき、モータ動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。

以上、本発明に係る第 1 の超音波モータ用圧電振動子の一実施例について説明したが、本発明は種々変形可能であり、たとえば、図 4 に示すように、圧電振動子として単板型圧電振動子 1 0 aを用いてもよく、また、取付け部材として側面に結合手段 1 4 a としてのピン穴を有する取付け部材 1 2 aを用いてもよい。

本実施例では、圧電振動子として単板型圧電振動子 1 0 aが用いられ、取付け部材として、側面に結合手段 1 4 a としてのピン穴が設けられている取付け部材 1 2 aが用いられている。本実施例では、超音波モータ用圧電振動子 1 aは、固定具にピンで固定される。本実施例では、取付け部材 1 2 aはほぼ直方体であるが、本発明では取付け部材 1 2 aの形状はこれに限定されず、本発明の目的の範囲内で種々の形状のものを用いることが可能である。また、本実施例では、結合手段は取付け部材 1 2 aの対向する 2つの側面にそれぞれ開口を有する貫通したピン穴であるが、本発明では取付け部材 1 2 aの対向する 2つの側面に設ける結合手段はこれに限定されず、ネジ穴（めねじ）、ネジ（おねじ）、円筒形の凸部など従来公知のあらゆる結合手段を用いることができる。なお、これらの結合手段は取付け部材 1 2 a側面のほぼ中央に形成されることが望ましい。結合手段を取付け部材 1 2 a側面のほぼ中央に形成すると、駆動効率を低下させることが少ない。

圧電振動子として用いられる単板型の圧電振動子 1 O aは、圧電効果を有する材料を主成分とするセラミックスから形成され、図 5 ( B ) に示すように上部の A要素および B要素、下部の A' 要素および B' 要素の 4つの駆動要素に区分される。

単板型の圧電振動子 1 O aは、図 5 (A) 、 ( C ) に示すように、一方の側面に、 A要素には外部電極 5 c、 Α' 要素には外部電極 5 d、 B要素には外部電極 5 b、 B ' 要素には外部電極 5 aがそれぞれ形成されており、他方の側面には、ほぼ全面に外部電極 5が形成されている。ここで、外部電極 5 a , 5 b , 5 c , 5 dは、相互に絶縁して形成されている。

単板型の圧電振動子 1 0 aは、外部電極 5 , 5 a , 5 b , 5 c , 5 dに電圧を加えれば、単板型の圧電振動子 1 0 aの厚さ方向に電界が印加される。このように電解が印加されると、 A要素、 Α' 要素、 Β要素および B' 要素がそれぞれ伸縮し、縦振動一屈曲振動を励振する。

このような単板型の圧電振動子 1 0 aを駆動させる、具体的な方法としてはたとえば下記のような方法が挙げられる。

圧電振動子 1 0 aに、駆動電圧を、 A要素および A' 要素には s ΐηω t (ωは角周波数）の周波数で印加し、 Β要素および B' 要素には coso) t (ωは角周波数）の周波数で印加する。これにより単板型の圧電振動子 1 0 aは、駆動方向端部において楕円運動をおこない、駆動力が一定方向に発生する。図 4では駆動力は、矢印方向または反矢印方向に発生する。そして、駆動力は単板型圧電振動子 „

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1 0 aの摺動面と可動子等との接触部、あるいは耐磨耗部材 1 3 a， 1 3 b と可動子等との接触部に伝達されるので、接触部で生じる摩擦力によって超音波モータとして駆動する。

本実施例では、圧電振動子と、結合手段を有する取付け部材とが、弾性部材を介して結合されているので、前記第 1 の実施例と同様の作用効果を有する。

本発明の超音波モー夕用圧電振動子は、さらに変形可能であり、たとえば、図 6、図 7に示すように、取付け部材 1 2、 1 2 aに電気入力端子が設けられていてもよい。

図 6 に示す実施例では、前記第 1 の実施例で示した超音波モータ用圧電振動子 1 の取付け部材 1 2の側面のほぼ中央部に電気入力用端子 1 6が設けられいている。そして、該端子と外部電極 5 a , 5 b , 5 c とは、それぞれ電線などの導電性材料により電気的に結合されている。また外部電極 5 c と 5 d、 5 a と 5 bは、それぞれ電線などの導電性材料により電気的に結合されている。

本実施例では、圧電振動子と、結合手段を有する取付け部材とが弾性部材を介して結合されているので、前記第 1 の実施例と同様の作用効果を有する。さらに、本実施例では、電気入力端子が設けられているので、電源との接続が容易である。

図 7 に示す実施例では、前記第 2の実施例で示した超音波モータ用圧電振動子 l aの取付け部材 1 2 aの側面に電気入力用端子 1 6 が設けられいている。そして、該端子と外部電極 5， 5 b , 5 c とは、それぞれ電線などの導電性材料により電気的に結合されている, また外部電極 5 c と 5 d、 5 b と 5 eは、それぞれ電線などの導電性材料により電気的に結合されている。

本実施例では、圧電振動子と、結合手段を有する取付け部材とが. 弾性部材を介して結合されているので、前記第 1 の実施例と同様の作用効果を有する。さらに、本実施例では、電気入力端子が設けられているので、電源との接続が容易である。

次に、本発明に係る第 1 の超音波モータ用圧電振動子を用いたリニァモータの実験例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。前記第 1 の実施例に示したような超音波モータ用圧電振動子を図 3に示すように組み込みリニアモー夕を構成した。

圧電振動子は、積層方向に、 A要素、 A' 要素、 B要素および B ' 要素の内部電極が 1 3層、 C要素の内部電極が 1 4層である積層型の圧電振動子であり。この積層型の圧電振動子は、 1 1 5 um 厚のセラミックシートが 4 0枚積層されており、寸法は、長さ X幅 X高さ = 2 1 . 0 mm X 4. 8 mm x 5. 4 mmである。また、圧電振動子の上下には、絶縁層を形成してある。弾性部材の材料としては、シリコーンゴムを用いた。

このような構成のリニアモータを用い、弾性部材の厚さ 0. l m ΙΏ、駆動電圧 5 V_P-_P 、駆動周波数 7 6. 6 1 k H z として、加圧力を約 1 5 0〜 7 5 0 g f の範囲で変化させたときのレールの平均移動速度を測定した。結果を図 8に示す。

なお、加圧力は超音波モータ用圧電振動子をフオースゲージ上でレールに加圧することにより測定した。移動距離は 1 1 O mmであり、レール重量は 3 8. 7 gである。

また、弾性部材の厚さ 0. 6 mm、駆動電圧 5 V_P-_P 、駆動周波 - 2 - 数 7 6. 4 O k H z として、加圧力を約 1 9 0〜 7 0 O g f の範囲で変化させたときのレールの平均移動速度を前記と同様にして測定した。結果を図 9に示す。

弾性部材の厚さが 0. 1 mmの超音波モータ用圧電振動子では、加圧力がほぼ 6 5 0〜 7 3 0 g f の範囲で、レール移動速度が最大 (左方向： 5 O mm/秒、右方向： 3 0 mmZ秒）となった。また, 弾性部材の厚さが 0. 6 mmの圧電モータ用振動子では、加圧力がほぼ 6 1 0〜 7 0 O g f の範囲で、レール移動速度が最大（左方向： 1 0 6 mm/秒、右方向： δ δ πιιηΖ秒）となった。

取付け部材と振動子とを直接結合した超音波モータ用圧電振動子を、駆動周波数 7 5〜 7 9 k H z、加圧力を 3 0 0〜 6 0 O g iの範囲で変化させて動作確認を行ったがリニァ動作は確認できなかつた。

次に、本発明に係る第 2の超音波モータ用圧電振動子について説明する。

本発明に係る第 2の超音波モー夕用圧電振動子 1 bは、たとえば図 1 0に示すように圧電振動子 1 O bと固定具 3 1 とを有し、該圧電振動子 1 0 b と固定具 3 1 とは、弾性部材 1 1 を介して結合され一体になつている。圧電振動子 1 O bと弾性部材 1 1 、および弾性部材 1 1 と固定具 3 1 とはそれぞれ接着剤などにより結合させることができる。また、弾性部材 1 1 に接着機能をもたせることにより. 結合させることも可能である。

圧電振動子を固定具に弾性部材を介して取付けると、圧電振動子の固有振動が弾性部材により固定具と弾性的に分離され、圧電振動子の共振特性を低下させることがなく、モータ動作時における安定性、信頼性が大幅に向上する。

本発明では、圧電振動子 1 0 bは、積層型の圧電振動子でも、単板型の圧電振動子であつてもよい。

このような本発明に係る超音波モータ用圧電振動子 1 bは、図 1 0のように超音波モータに組み込まれる。可動子 3 3は、圧電振動子 1 0 bの摺動面に設けられた耐磨耗性部材 1 3 a、 1 3 bに接するように配設され、ローラー 3 5により支持されるとともに、加圧バネ 3 7により圧電振動子 1 0 b方向に押圧される。

本発明に係る第 2の超音波モータ用圧電振動子は、圧電振動子と固定具とが、弾性部材を介して結合されているので、圧電振動子の共振特性を低下させることなく、高効率のモー夕動作が可能となる, また、圧電振動子の組み込みが従来より容易かつ確実にでき、モー夕動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる, 以上、本発明に係る第 2の超音波モータ用圧電振動子の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されず本発明の技術的思想の範囲内で種々変形可能である。

次に、本発明に係る第 3の超音波モータ用圧電振動子およびその製造方法について具体的に説明する。

本発明に係る第 3の超音波モータ用圧電振動子 1 cは、図 1 1 に示すように一体焼結型の超音波モータ用積層型圧電振動子であって圧電振動子 1 0の対向する側面の節部に固定具と結合させるための棒状の結合部材 7 a、 7 bが側面から突出するように設けられてい o 圧電振動子 1 0は、前記したような縦振動 -屈曲振動を利用した積層型の圧電振動子であり、駆動電圧を印加することにより圧電振動子 1 0の可動子と対向する面（摺動面）の端部に楕円運動が励振され、一定方向への駆動力が発生する。図 1 1 では駆動力は、矢印または反矢印の向きに生じる。

圧電振動子 1 0の摺動面の駆動方向に対して前後の端部には、耐磨耗部材 1 3 a , 1 3 bが駆動方向に対してほぼ直角に線状に設けられている。本実施例では、耐磨耗部材 1 3 a , 1 3 bが圧電振動子 1 0の摺動面端部に線状に形成されているが、本発明では、摺動面の駆動方向に対して前後の端部近傍に面状に設けられていてもよく、摺動面の全面に設けられていてもよい。

圧電振動子 1 0の対向する側面の節部には、固定具と結合させるための棒状の結合部材 7 a、 7 bが側面から突出するように形成されている。ここで節部とは該圧電振動子に駆動電圧を印加して縱振動 -屈曲固有振動を発生させたときに振幅が零となる部位を表す。圧電振動子 1 0の対向する側面の節部には、それぞれ凹部 9 a , 9 bが形成されており、この凹部 9 a , 9 bにそれぞれ結合部材 7 a、 7 bの一方の端部が嵌合され、他方の端部が側面から突出している。なお、図 1 1 ( B) においては、結合部材 7 a , 7 bのネジ山は省略した。

本実施例では結合部材 7 a、 7 bは、ネジ山が形成されているが. 本発明では結合部材 7 a、 7 bは、ネジ山が形成されていない円筒状の部材であってもよい。また凹部 9 a、 9 bは貫通孔であって、結合部材が 1本の棒状であってもよい。このような本発明の超音波モータ用圧電振動子 1 c は、たとえば図 1 2 に示すように固定具に結合される。

図 1 2では、固定具 4 0 として端部に結合部材 7 a , 7 bを挿入するための切欠 4 3 a , 4 3 b (図示せず）を有し、上面の中央部にネジ（おねじ） 4 2を有するコの字型の部材 4 1 が用いられている。超音波モータ用圧電振動子 1 cの結合部材 7 a , 7 bはそれぞれ切欠 4 3 a， 4 3 bに挿入され、ナット 4 5 a , 4 5 bにより固定されている。

本発明の超音波モータ用圧電振動子は、固定部に結合させ圧電振動子を固定するための結合部材を有しているので、超音波モー夕への安定固定が容易である。しかも、結合部材が圧電振動子の振動の節部に設けられているので、圧電振動子の固有振動を阻害することがない。

以上、本発明に係る第 3の超音波モータ用圧電振動子について説明したが、本発明はこれに限定されず種々変形可能であり、圧電振動子として様々な形態の積層型圧電素子を用いることができる。上述したような本発明に係る第 3の超音波モー夕用圧電振動子は、たとえば下記にようにして製造することができる。

本発明に係る超音波モータ用圧電振動子に用いられる圧電振動子は、図 2 に示される積層型の圧電振動子と同様の構造であり、ほぼ前記と同様にして製造することができる。

すなわち、まず前記第 1 および第 2の超音波モータ用圧電振動子に用いられる圧電振動子を製造する場合と同様にしてグリーンシートを得る。このグリーンシートの厚さは、特に限定されないが、好ましくは 0. 0 2〜 2 mm、さらに好ましくは 0. 0 5〜 0. 5 m mである。

グリーンシートの成形方法としては、溶媒として水を用い、押出成形法によりシートを得る方法が好ましい。このような成形方法によれば、結合剤および/または可塑剤の配合量を減少させることが容易であり、しかも焼成時にグリーンシート同士が接着しにくくなる。このためグリーンシートを積層して焼成する際に、絶縁部 4 a , 4 bにおいて、上下のシート 3が接着することを防止でき、この部分に空所（絶縁部）を確実に形成することが容易になる。なお、有機溶媒を用いた押出成形法、または有機溶媒もしくは水を用いたドクタ一ブレード法によっても、結合剤および可塑剤の種類や配合量によっては、絶縁部 4 a , 4 bを確実に形成できるようなグリ一ンシートを得ることも可能である。

膜状の内部電極 2 a , 2 bは、たとえばグリーンシートの表面に金属ペーストを塗布することにより形成することができる。内部電極 2 a， 2 bを形成する金属としては、前記と同様のものが例示される。

グリーンシートは、積層後焼成されることから、内部電極 2 a , 2 bを形成するための金属ペーストとしては、セラミックスの焼成温度で焼付け可能な金属ペーストを選択することが好ましい。なお- 金属ペーストには、焼成後にグリーンシートと内部電極 2 a , 2 b との密着強度を向上させるために、ジルコニァ粉末、ガラス粉末、前記圧電材料の粉末等を混合させるようにしても良い。

金属ペーストをグリーンシー卜の表面に塗布形成する際には、グリーンシートの周縁の一端部に金属ペースト非塗布部分を設け、内部電極 2 bの端部に絶縁部 4 aの予定部分を形成するとともに、長さ方向の中央部に金属ペースト非塗布部分を設け、内部電極 2 b、 2 bの間に絶縁部 4 bの予定部分を形成する。また、グリーンシー卜の周縁の一端部に金属ペースト非塗布部分を設けることにより、内部電極 2 aの端部に絶縁部 4 aの予定部分を形成する。なお、絶縁部 4 a は、形状や位置は特に限定されず、グリーンシートの一角部に形成するようにしてもよい。

このような内部電極 2 a , 2 bの膜厚は、特に限定されないが、焼成後の膜厚で、好ましくは 0 . 5〜 2 0 m、さらに好ましくは 1〜 1 0 mである。なお、金属ペーストの塗布は、スクリーン印刷法、口一ラー印刷法等の方法で行なうことができる。

そして、このように内部電極 2 bが形成されたグリーンシートを. 絶縁部 4 aが積層方向に対して左右交互に位置するように複数枚積層して、 A要素、 B要素となるべき積層体（A-B) 、および A ' 要素、 B ' 要素となるべき積層体（Α' -Β' ) を製造する一方、内部電極 2 aが形成されたグリーンシートを、絶縁部 4 aが積層方向に対して左右交互に位置するように複数枚積層して、 C要素となるべき積層体（ C ) を製造する。この積層体（A-B) 、積層体（ C ) および積層体（Α' - B' ) をこの順序で重ね合わせてグリーンシート積層体を形成する。

次に、得られたグリ一ンシート積層体の対向する側面の節部となるべき部位凹部を形成する。すなわち、このグリーンシート積層体から圧電振動子を製造したときに得られた圧電振動子側面の節部と /JP95/01609 一 30 - なる部位に凹部を形成する。

次に、この凹部が形成されたグリーンシート積層体を所定の温度で脱脂および焼成してセラミックシートの積層体とするとともに、内部電極 2 a , 2 bを焼き付け、セラミックシートと内部電極 2 a , 2 b とを接着する。脱脂に先立って積層体をさらに所定の大きさに切断しても良いが、焼成後に切断するようにしても良い。なお、焼成によって上下のセラミックシート同士は相互に接着せず、絶縁部 4 a , 4 bが確実に形成される。

得られたセラミツクシ一ト積層体（圧電振動子）の凹部に必要に応じて切削加工などを行い、該凹部に固定具と結合させるための棒状の結合部材の一端を嵌合する。なお、結合部材を凹部に嵌合する際には、接着剤などを用いてもよい。

外部電極 5 , 5 a , 5 b , 5 c , 5 d , 5 eは、圧電振動子 1 0 の長さ方向の側面に電極材料を塗布後焼付することにより容易に形成することができる。

このようにして、対向する側面に、固定具と結合させるための棒状の結合部材が側面から突出するように設けられている圧電振動子を得る。

次に、本発明に係る第 1 の超音波モータについて具体的に説明する

図 1 3および図 1 4 に示すように、本実施例では超音波モー夕 5 0 は、ほぼ矩形の結合材 5 1 の一面のほぼ中央に圧電振動子 1 0が配設され、同一面の対向する辺の近傍にそれぞれ磁石 5 2 a , 5 2 bが配設されている。結合材 5 1 は、合成樹脂、金属などから形成されている。本実施例では、結合材 5 1 は、ほぼ矩形であるが本発明では結合材 5 1 の形状は、圧電振動子 1 0 と磁石 5 2 a , 5 2 b とを結合しうる形状であれば特に限定されず、たとえば棒状であってもよい。また、本実施例では結合材 5 1 の一面のほぼ中央に溝が形成され、該溝部に圧電振動子 1 0が配設されているが、本発明ではこの溝は、必ずしも形成する必要はない。

圧電振動子 1 0 と結合材 5 1 とは、接着剤などにより結合（固定）されていてもよく、非接着（非固定）であってもよい。この場合は、たとえば板状の結合材 5 1 の下面に圧電振動子 1 0の上部の形状に合わせた凹部を形成し、圧電振動子 1 0の上部を前記凹部に緩やかに嵌めるようにすればよい。

圧電振動子 1 0は、前記のような縦振動 -屈曲振動を利用した圧電振動子であり、駆動電圧を印加することにより圧電振動子 1 0の駆動面 5 5 と対向する面（摺動面）の両端部に楕円運動が発生し、一定方向への駆動力が生じる。図 1 3 ( B ) では超音波モータ 5 0 は、矢印方向または反矢印方向に移動する。

圧電振動子 1 0の摺動面の駆動方向に対して前後の端部、すなわち圧電振動子 1 0に駆動力を発生させる部位には、耐磨耗部材 1 3 a , 1 3 bが驟動方向に対してほぼ直角に線状に設けられている。磁石 5 2 a， 5 2 bは、結合材 5 1 の圧電振動子 1 0が配設さている面と同一の面に、圧電振動子 1 0を中心としてほぼ対称に配設されている。また、磁石 5 2 a , 5 2 bと、駆動面 5 5 とは接触することがないように設けられる。すなわち、駆動面 5 5 とは、前記耐磨耗部材 1 3 a， 1 3 bのみが接触するように磁石 5 2 a . 5 2 bを設ける。

この磁石 5 2 a , 5 2 bは、通常結合材 5 1 の一面に接着されるが、結合材 5 1 が磁性体である場合は、磁石 5 2 a , 5 2 b と結合材 5 1 とは磁力で結合（吸着）されていてもよい。

本発明の超音波モータは、圧電振動子を磁性体からなる駆動面に押圧するための手段として磁石を用いているので、加圧機構を簡略化することができる。

また、圧電振動子の摺動面の特定の位置に耐摩耗部材を設け、駆動面との接触部分を限定しているので、不要な摩擦抵抗を防ぐことができるとともに、甎動の妨げとなる逆向きの楕円運動の影響を防ぐことができ、駆動効率を高めることができる。さらに、駆動に必要な加圧力を小型の磁石で得ることができ、超音波モータの小型化が図れる。

本発明の超音波モータを駆動させる駆動面は平滑な磁性体であればよく、水平方向の他、鉛直方向へも隱動させることができる。また、 2つ以上の圧電振動子を組み合わせることによって、移動範囲の限定されない X— Y平面自由走行が可能である。さらに、ベアリングへ直接加圧することによる簡易機構の回転型モータを構成することもできる。

以上、本発明の超音波モータについて説明したが、本発明はこれに限定されず種々変形可能であり、たとえば第 2の超音波モータとして図 1 5 に示すように、圧電振動子 1 0 と結合材 5 1 とが弾性部材 1 1 を介して結合されていてもよい。本実施例では、圧電振動子 1 0の摺動面と対向する面のほぼ全面と、結合材 5 1 の一面とは、弾性部材 1 1 を介して結合されている < 弾性部材 1 1 の厚さは、通常 0. 1 〜 2. 5 mm、好ましくは 0. 1 〜 1 mm程度である。

弾性部材 1 1 と圧電振動子 1 0、および弾性部材 1 1 と結合材 5 1 とは、それぞれ接着剤などにより結合することができる。

本発明の超音波モータは、圧電振動子を磁性体からなる駆動面に押圧するための手段として磁石を用い、かつ圧電振動子の摺動面に耐摩耗部材を設け、駆動面との接触部分を限定しているので、前記第 1 の実施例と同様の作用効果を奏する。

また、本発明の超音波モータは、圧電振動子と結合材とが弾性部材を介して結合されているので、圧電振動子の固有振動が弾性部材により結合材と弾性的に分離され、圧電振動子の共振特性を低下させることがないため高効率のモー夕動作が可能となる。

次に、本発明の超音波モータの実験例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。

前記第 1 の実施例に示した超音波モータを用い試験を行った。圧電振動子は、積層方向に、 A要素、 A' 要素、 B要素および B ' 要素の内部電極が 1 3層、 C要素の内部電極が 1 4層である積層型の圧電振動子であり。この圧電振動子は、 1 1 5 m厚のセラミックシートが 4 0枚積層されており、寸法は、長さ X幅 X高さ = 2 1 .

0 mm 4. 8 mm X 5. 4 mmである。また、圧電振動子の上下には、絶縁層を形成してある。結合材は樹脂性であり 2 5 mm X 2

8 mmの大きさである。磁石による加圧力は 2 8 5 g f であり、超 95/01609

3U - 音波モー夕の重量は 1 6 gである。

このような構成の超音波モータを用い、駆動電圧 4 V _P - _P で垂直に設けられた平滑な磁性体面上を走行させたところ、水平方向には 5 5 m m / s , 鉛直上方向には 2 6 m m / s の移動速度が得られた < 発明の効果

本発明に係る第 1 の超音波モー夕用圧電振動子は、圧電振動子の共振特性を低下させることがほとんどないため、高効率で超音波モ一夕を動作させることが可能となるばかりでなく、圧電振動子の組み込みが従来より容易かつ確実に実現でき、モータ動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。

本発明に係る第 2の超音波モータ用圧電振動子は、圧電振動子の共振特性を低下させることがほとんどないため、高効率で超音波モ一夕を動作させることが可能となるばかりでなく、圧電振動子の組み込みが従来より容易かつ確実に実現でき、モータ動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。

本発明に係る圧電振動子の取付け方法は、圧電振動子の共振特性を低下させることがほとんどないため、高効率で超音波モータを動作させることが可能となるばかりでなく、モータ動作時における安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。

本発明に係る第 3の超音波モータ用圧電振動子は、固定部に結合するための結合部材を有しているので、超音波モー夕への組み込みが容易である。また、結合部材は振動の節部に設けられているので圧電振動子の固有振動を阻害することがない。本発明の超音波モータ用圧電振動子の製造方法は、特殊な技術を用いることなく、固定部に結合するための結合部材を有する超音波モー夕用圧電振動子を製造することができる。

本発明の第 1 および第 2の超音波モータは、加圧機構の簡略化、およびモー夕の小型化を図れ、しかも駆動効率が高い。特に、第 2 の超音波モータは、圧電振動子の共振特性を低下させることがほとんどないため、駆動効率をさらに高めることができる。

Claims

請求の範囲

1 .

圧電振動子に縱振動 -屈曲振動を発生させ可動子を駆動する超音波モータ用圧電振動子において、

圧電振動子と、固定具との結合手段を有する取付け部材とが、弾性部材を介して結合されてなることを特徴とする超音波モー夕用圧電振動子。

2 .

前記圧電振動子の可動子と対向する面に耐摩耗部材が設けられている請求の範囲第 1項に記載の超音波モータ用圧電振動子。

3 ·

前記取付け部材に電気入力端子が設けられている請求の範囲第 1 項または第 2項に記載の超音波モータ用圧電振動子。

4 .

圧電振動子に縦振動-屈曲振動を発生させ可動子を駆動する超音波モー夕用圧電振動子において、

圧電振動子と、固定具とが、弾性部材を介して結合されてなることを特徴とする超音波モータ用圧電振動子。

5 .

縱振動 -屈曲振動を発生して可動子を駆動する圧電振動子を弾性部材を介して固定具に結合することを特徴とする圧電振動子の取付け方法。

6 .

—体焼結型の超音波モータ用積層型圧電振動子であって、対向する側面にそれぞれ固定具と結合させるための棒状の結合部材が突設され、かつ該結合部材の一部が圧電振動子側面の節部に形成された凹部に嵌合されてなることを特徴とする超音波モータ用圧電振動子, 前記積層型圧電振動子が縦振動モード-屈曲振動モード利用の振動子である請求の範囲第 6項に記載の超音波モータ用圧電振動子。

8 .

圧電効果を有するセラミック材料を主成分とするグリーンシートを積層一体化してグリーンシート積層体とし、

前記グリーンシート積層体の対向する側面にあつて圧電振動子を形成したときに節部となる部位にそれぞれ凹部を形成した後焼成してセラミツク積層体とし、

前記セラミック積層体の凹部に、固定具と結合させるための棒状の結合部材の一端を嵌合して、側面から突出する結合部材を有する積層型圧電振動子を得ることを特徴とする超音波モータ用圧電振動子の製造方法。

9 .

1 個の圧電振動子に駆動電圧を印加することにより 2種の異なつた固有振動を励振し、この 2種の固有振動が合成した楕円運動と、前記圧電振動子と駆動面との間の摩擦力とを駆動力とする定在波型超音波モータにおいて、駆動面と対向する面の駆動方向の端部近傍に耐摩耗部材が設けられた圧電振動子と、該圧電振動子を磁性体からなる駆動面に押圧するための磁石とが結合材により結合され、前記磁石は前記駆動面と非接触状態であることを特徵とする超音波モ一夕。

1 0 .

前記結合材が磁性体からなり、前記磁石は結合材に磁力により結合している請求の範囲第 9項に記載の超音波モータ。

1 1 .

前記圧電振動子が縦振動モード-屈曲振動モード利用の積層型圧電振動子である請求の範囲第 9項または第 1 0項に記載の超音波モ一夕。

1 2 .

前記圧電振動子と結合材とが非接着（非固定）の状態で結合されている請求の範囲第 9項ないし第 1 1項のいずれかに記載の超音波モー夕。

1 3 .

前記圧電振動子と結合材とが弾性部材を介して結合されている請求の範囲第 9項ないし第 1 2項のいずれかに記載の超音波モータ。