JPH0732613B2 - 超音波振動子およびこの振動子を有する駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電素子等の電気・機械変換素子を振動源と
して用いた超音波振動子およびこの振動子を有する駆動
装置に関する。

［従来の技術］ 最近、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波
モータが脚光を浴びている。この超音波モータは原理的
に新しいというだけでなく、従来の電磁型モータに比べ
て次のような利点を有している。

薄型，軽量，コンパクトである。

ギヤなしで低速・高トルクが得られる。

部品構成が単純で信頼性が高い。

磁気的影響の授受がない。

バックラッシュがなく位置決めが容易である。

かくしてこれらの利点を生かすべく、種々の応用技術の
研究が進められている。

超音波モータは大きくは円環型とリニア型に分けられ
る。第14図〜第17図はリニア型の超音波モータの従来例
を示す図である。

第14図は第１の従来例を示す図である。図中左側のラン
ジュバン型圧電振動子１を振動させて、ホーン２の先端
を弾性体からなる伝播棒３につきあてると、伝播棒３に
は屈曲進行波が発生する。この屈曲進行波は実線矢印Ｄ
で示すように伝播棒３を右方向に伝播して行く。そして
この進行波は伝播棒３の右端につきあてられている同様
なホーン４を介してランジュバン型圧電振動子５を励振
させる。この時、図のＬとＲとを適当に選択してインピ
ーダンスマッチングさせ、上記進行波のエネルギーをす
べて吸収させる。こうすると上記進行波は常に定常的に
左方から右方に進むことになる。

さてこのような屈曲進行波の生じている伝播棒３の表面
にスライダー６をある一定の押圧力で圧接保持させる
と、スライダー６は実線矢印Ｈで示すように図中左方向
へと移動していく。

第15図は上記伝播棒３の屈曲進行波とスライダー６との
関係を模式的に示す斜視図である。なお同図中3Aは伝播
棒３に相当する弾性体、6Aはスライダー６に相当する移
動体である。第15図に示すように弾性体3Aの質点Ｐは楕
円軌跡を描いている。したがってこの図中左回りの楕円
軌跡を描いている弾性体3Aの上に移動体6Aを所定圧力で
圧接させると、移動体6Aはその進行波の進行方向Ｄとは
逆方向すなわち図中左方向に駆動される。なお進行波の
伝搬方向を逆にすれば、移動体6Aは図中右方向へ駆動さ
れる。

第16図は他の従来例の構成を示す図である。ランジュバ
ン型振動子７の先端には振動片８が取付けられている。
そして上記振動体８の先端がスライダ6Bに対し、このス
ライダ6Bの面の法線に対して所定の角度θだけ傾斜した
状態で、一定の押圧力で接触している。このランバジュ
型振動子７に対して交流電源９からランバジュ型振動子
の固有振動数と同一の周波数の交流電圧を印加すると、
ランジュバン型振動子７は縦振動を行なう。このとき振
動片８の先端がスライダ6Bに所定角度θで当接している
ことから、横振動をも行なう。これらの振動の合成によ
り振動片８の先端は楕円軌跡を描く。かくしてスライダ
6Bは図中矢印で示すように左の方向に移動する。

第17図はさらに別の従来例を示す図で、特開昭62−1352
78号により開示された振動子の構成を示している。矩形
状をなす導電性の振動子10の両面には圧電素子11,12が
接着されている。この圧電素子11,12からは電圧印加用
のリード端子A,Bが引出されており、振動子10からは、
接地端子Ｅが引き出されている。振動子10の形状は、こ
の振動子10の縦振動の共振周波数とたわみ振動の共振周
波数とが一致するような形状となっている。かくして上
記リード端子A,Bに上記共振周波数を有する交流電圧を
一定の位相差をもって印加すると、振動子10の端面Ｓの
質点が楕円運動を行なう。そこでスライダ6Cを上記端面
Ｓに対して一定の力で押圧すると、このスライダ6Cは図
中矢印HHの方向に移動する。この移動方向は端子Ａと端
子Ｂとに印加する電圧の位相差により決定される。

［発明が解決しようとする課題］ 第14図〜第17図に示した超音波モータは、振動子の質点
における楕円軌跡運動のエネルギを移動体（スライダ
ー）へ摩擦により伝達することを基本原理としている。

第14図に示した第１の従来例では、伝播棒３の全体に進
行波を発生させなければならない為、効率が悪い上、装
置全体が大型化してしまうという問題があった。また第
16図に示した第２の従来例ではスライダ6Bの進行方向が
一方向に限定される上、第１の従来例と同様に装置全体
が大型化してしまうという問題があった。さらに第17図
に示す第３の従来例では振動子10の両面に接着した圧電
素子11と12とで振動出力を得るものであるため、スライ
ダ6Cを移動するための大きな力を確保することが困難で
ある。より大きな振動出力を得るべく上記振動子10の側
面に接着する圧電素子11,12の枚数を増やすと、その分
だけ装置が大型化してしまうという欠点があった。また
上記第17図に示した従来例は振動子10の縦振動とたわみ
振動とを合成して楕円振動を発生させようとするもので
あるが、両振動がいずれも共振状態でないと大きな出力
が得られない。よって縦振動の共振周波数とたわみ振動
の共振周波数を一致させる必要がある。この為に、トラ
イアンドエラーで振動子10の形状を決めていかねばなら
ず、大きな労力を要し、製作が容易でないという問題が
あった。

そこで本発明の目的は、コンパクトでエネルギー変換効
率が良く、しかも大きな振動出力を取出すことができ、
リニアモータとして用いた場合に駆動対象物を可逆的に
移動可能である上、設計上の制約が少なく、製作容易な
超音波振動子およびこの振動子を有する駆動装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音
波振動子および駆動装置は次の如く構成されている。

（１）本発明の超音波振動子は、 複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部に配置される
出力取り出し用の四角板と、他方の端部に配置される固
定用の四角板とを積層してなる圧電積層体と、該圧電積
層体の積層方向と平行な四側面の対向する二面に絶縁部
材を介して接合された二枚の側面四角板状圧電素子と、
該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
れ取り出された電気端子と、を有する超音波振動子であ
って、 前記圧電積層体に交番電圧を印加して振動子全体に積層
方向の縦振動を発生させ、対向する二枚の該側面四角板
状圧電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番
電圧を印加して前記振動子全体に屈曲振動を発生させ、
該縦振動と該屈曲振動とを合成することにより、上記出
力取りだし用の四角板の位置に超音波楕円振動を発生さ
せる超音波振動子である。

（２）本発明の超音波振動子は、 複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部に配置され該
四角板状圧電素子より積層方向と直交する方向の寸法が
大きい出力取り出し用の四角板と、他方の端部に配置さ
れ該四角板状圧電素子より積層方向と直交する方向の寸
法が大きい固定用の四角板とを積層してなる圧電積層体
と、該圧電積層体の両端部の四角板同士を連結するごと
く接合された二枚の対向する側面四角板状圧電素子と、
該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
れ取り出された電気端子と、を有する超音波振動子であ
って、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
の縦振動を発生させ、対向する二枚の該側面四角板状圧
電子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧を
印加して前記振動子全体に屈曲振動を発生させ、該縦振
動と該屈曲振動とを合成することにより、上記出力取り
だし用の四角板の位置に超音波楕円振動を発生させる超
音波振動子である。

（３）本発明の超音波振動子は、 複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部に配置される
出力取り出し用の四角板と、他方の端部に配置される固
定用の四角板とを積層してなる圧電積層体と、該圧電積
層体の固定用の四角板もしくは出力取り出し用の四角板
の対向する二側面に接合された二枚の側面四角板状圧電
素子と、該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子か
らそれぞれ取り出された電気端子と、を有する超音波振
動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
の縦振動を発生させ、対向する二枚の該側面四角板状圧
電子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧を
印加して前記振動子全体に屈曲振動を発生させ、該縦振
動と該屈曲振動とを合成することにより、上記出力取り
だし用の四角板の位置に超音波楕円振動を発生させる超
音波振動子である。

（４）本発明の超音波振動子は、 複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部に配置される
出力取り出し用の四角板と、他方の端部に配置される固
定用の四角板とを積層してなる圧電積層体と、該圧電積
層体の積層方向と平行な四側面に絶縁部材を介して接合
された四枚の側面四角板状圧電素子と、該圧電積層体お
よび該側面四角板状圧電素子からそれぞれ取り出された
電気端子と、を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
の縦振動を発生させ、第１の対向する該側面四角板状圧
電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧
を印加して前記振動子全体に第１の屈曲振動を発生さ
せ、第２の対向する該側面四角板状圧電素子にはそれぞ
れが逆位相で振動するごとく交番電圧を印加して前記振
動子全体に第１の屈曲振動とは直交する第２の屈曲振動
を発生させ、該縦振動と該第１の屈曲振動と該第２の屈
曲振動とを合成することにより、上記出力取りだし用の
四角板の位置において、積層方向を含む任意の方向の面
内に超音波楕円振動を発生させる超音波振動子である。

（５）本発明の超音波振動子は、 複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部に配置され該
四角板状圧電素子より積層方向と直交する方向の寸法が
大きい出力取り出し用の四角板と、他方の端部に配置さ
れ該四角板状圧電素子より積層方向と直交する方向の寸
法が大きい固定用の四角板とを積層してなる圧電積層体
と、該圧電積層体の両端部の四角板同士を連結するごと
く接合された四枚の側面四角板状圧電素子と、該圧電積
層体および該側面四角板状圧電素子からのそれぞれ取り
出された電気端子と、を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
の縦振動を発生させ、第１の対向する該側面四角板状圧
電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧
を印加して前記振動子全体に第１の屈曲振動を発生さ
せ、第２の対向する該側面四角板状圧電素子にはそれぞ
れが逆位相で振動するごとく交番電圧を印加して前記振
動子全体に第１の屈曲振動とは直交する第２の屈曲振動
を発生させ、該縦振動と該第１の屈曲振動と該第２の屈
曲振動とを合成することにより、上記出力取りだし用の
四角板の位置において、積層方向を含む任意の方向の面
内に超音波楕円振動を発生させる超音波振動子である。

（６）本発明の超音波振動子は、 複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部に配置される
出力取り出し用の四角板と、他方の端部に配置される固
定用の四角板とを積層してなる圧電積層体と、該圧電積
層体の固定用の四角板もしくは出力取り出し用の四角板
の四側面に接合された四枚の側面四角板状圧電素子と、
該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
れ取り出された電気端子と、を有する超音波振動子であ
って、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
の縦振動を発生させ、第１の対向する該側面四角板状圧
電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧
を印加して前記振動子全体に超音波振動子に第１の屈曲
振動を発生させ、第２の対向する該側面四角板状圧電素
子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧を印
加して前記振動子全体に第１の屈曲振動とは直交する第
２の屈曲振動を発生させ、該縦振動と該第１の屈曲振動
と該第２の屈曲振動とを合成することにより上記出力取
りだし用の四角板の位置において、積層方向を含む任意
の方向の面内に超音波楕円振動を発生させる超音波振動
子である。

（７）本発明の駆動装置は、 請求項１または２または３に記載の超音波振動子と、こ
の超音波振動子の出力取り出し用の四角板に接触する可
動部材とからなり、この可動部材を直線方向に移動させ
るように構成したことを特徴とする駆動装置である。

（８）本発明の駆動装置は、 請求項４または５または６に記載の超音波振動子と、こ
の超音波振動子の出力取り出し用四角板に接触する可動
部材とからなり、この可動部材を平面内の任意の方向に
移動させるように構成したことを特徴とする駆動装置で
ある。

［作用］ 上記手段を講じたことにより次のような作用を呈する。
圧電積層体と、この圧電積層体に取付けた圧電素子とを
振動させると、発生した縦方向および横方向の振動が合
成されると共に、その合成状態が制御されるので、振動
子上の質点が任意な大きさおよび態様の楕円振動または
傾斜往復振動を行なう。そこで振動子の上面に可動部材
を接触させると、可動部材は所定方向へ移動する。この
場合、振動源の主体として積層型の圧電アクチェータを
用いているので、本質的に大きな機械的出力を取出せ得
る上、駆動電源の周波数を従来のように弾性体の固有振
動数に合わせなくても大きな機械的出力が取出せるの
で、非共振で駆動してもよく、そのため設計上の制約が
少なく、製作し易いものとなる。

［第１実施例］ 第１図〜第５図は本発明の第１実施例の構成を示す図
で、第１図（ａ）は超音波楕円振動子の斜視図、第１図
（ｂ）は同振動子の上面図である。振動子20は板状の圧
電素子21を多数枚積層してなる圧電積層部材25と、圧電
素子22と、上台23と、下台24とにより構成されている。
上記圧電素子21,22はPZT等の圧電セラミックスの両面
に、焼付け銀またはNiのスパッタリング処理またはNiの
メッキ処理などにより電極を付け、この電極に接地用お
よび電圧印加用のリード線を接続したものとなってい
る。上記圧電素子21は分極方向が交互に逆になるように
数枚〜数十枚重ねられ、エポキシ等の接着剤により接着
して積層され、圧電積層部材25となっている。上台23は
ステンレス鋼等の金属またはアルミナ等のセラミックス
材から成り、所定の厚みを持った四角板である。この上
台23は圧電積層部材25の上面に接着されている。上台23
の上面中央部には半球状の突起部26が設けられている。
下台24は上台23と同じ材質からなり、上記圧電積層部材
25の下面に接着されている。またこの下台24には、基台
（不図示）に対して容易に取付け得るようにネジ穴（不
図示）が形成されている。圧電積層部材25に上台23,下
台24,により圧電積層体が構成されている。

圧電積層部材25を構成するそれぞれの圧電素子21に接続
されている電極は一層おきにコモン接続され、このコモ
ン接続された一方は、電圧印加用のリード線を介して端
子Ａに接続され、他方は、接地用のリード線を介して接
地されている。

圧電素子22は第１図（ｂ）に示すように一対の圧電素子
22aと圧電素子22bとからなり、圧電積層体の両側に、相
対向するような状態でしかも分極方向が同一方向となる
様に絶縁部材（不図示）を介して接着されている。上記
圧電素子22a,22bの接着面側の電極は接地されており、
外面側の電極は電圧印加用のリード線を介して端子Ｂに
共通に接続されている。

第２図は振動子20を振動させるための駆動回路の構成を
示す図である。30は周波数ｆの交流を出力する交流電源
であり、この電源30の出力は一方において移相器31,電
力増幅器32を介して端子Ｂに与えられ、他方において電
力増幅器33を介して端子Ａに与えられる。移相器31は交
流電源30から出力される交流の位相を０〜360゜まで移
相可能なものである。電力増幅器32,33は交流電源30ま
たは移相器31からの交流電力を増幅するためのものであ
る。

次にこのように構成された本実施例の振動子20の動作に
ついて第３図〜第５図を適時参照して説明する。交流電
源30からの周波数ｆの交流が電力増幅器33で増幅されて
端子Ａに与えられると、振動子20は第３図（ａ）に示す
ような縦振動を行なう。この縦振動の1/4波長共振の共
振周波数feは電気入力周波数に比べて十分高い周波数と
なる。すなわち上記縦振動は非共振による振動である。
他方、交流電源30からの交流が移相器31によりその位相
を０〜360゜の範囲で移相された状態で、電力増幅器32
により増幅されて端子Ｂに与えられると、振動子20は第
３図（ｂ）に示すような横振動すなわちベンディング振
動を行なう。このときベンディング振動における1/4波
長共振の共振周波数fbを電気入力周波数と一致させるこ
とにより共振駆動させる。上記二つの振動を同時に励起
させ、かつ移相制御を行なうと、突起部26は第４図
（ａ）〜（ｉ）に示すような各種の軌跡を描くことにな
る。

振動子20をリニアモータとして用いる場合には（ｃ），
（ｇ）なる楕円軌跡が得られれば良い。また電力増幅器
32,33の増幅率を変えることにより、第５図に示す楕円
軌跡の成分v,uの大きさを変化させる事が可能である。

第６図は振動子20の変形例を示す斜視図である。本変形
例は、第１図（ａ）で示した振動子20の圧電素子22a,22
bが圧電積層体の側面全域に密着した状態に接着されて
いたのに対し、圧電素子22a,22bを上記積層部材25の積
層面の面積より大きな面積を有する上台23および下台24
に対して橋渡しするような状態で接着した例である。こ
のようにしても第１図に示した振動子20と同様に作動す
る。

第７図（ａ）（ｂ）は他の変形例を図である。本変形例
は下台24としてステンレス鋼などの金属またはアルミナ
等のセラミックス材からなる四角柱状のものを用い、こ
の下台の側壁に圧電素子22a,22bを接着させた例であ
る。本変形例においても、第１図示の振動子20とほぼ同
様に作動する。

なお上記した実施例においては圧電素子22a,22bとして
単板を用いた例を示したが、例えばベンディング振動の
出力を大きくするために圧電素子22を多数枚積層しても
よい。このようにした場合には、第３図（ｂ）に示すベ
ンディング振動を非共振で発生させるようにしても大変
位を得ることが可能なので、結局前記第３図（ａ）に示
す縦振動および第３図（ｂ）に示すベンディング振動
を、共に非共振で発生させることが可能である。また圧
電積層部材25として、板状の圧電素子21をエポキシ樹脂
等の接着剤などで接着したものを示したが、グリーンシ
ートの両面に白金等の電極を印刷し、積層，プレス後に
一体焼成することによって作られた圧電積層部材であっ
ても良い。

第８図（ａ）〜（ｄ）は、上述した振動子20を用いた駆
動装置の構成を示す図である。第８図（ａ）に示すよう
に板状のスライダ40を振動子20の突起部26に対して一定
の押圧力により接触させる。この場合、上記スライダ40
を突起部26に対し一定の力で押圧する手段としては、第
８図（ｂ）に示すように、コロとバネとを備えた押圧機
構41によるものが考えられる。このような押圧機構41を
用いれば、スライダ40は振動子20に対して一定の力で押
圧された状態で矢印に示す如くスムーズに移動可能とな
る。またスライダ40が突起部26に圧接する部分に、第８
図（ｃ）に示すような断面コの字形の溝42を設け、この
溝42の内底面に対して突起部26が第８図（ｄ）に示す如
く係合させれば、上記溝42によるガイド作用により、ス
ライダ40を真すぐに移動させ得る。

圧電積層体と、この圧電積層体に取付けた圧電素子22a,
22bとを振動させると、発生した縦方向および横方向の
振動が合成されると共に、その合成状態が制御されるの
で、振動子10上の質点が任意な大きさおよび態様の楕円
振動または傾斜往復振動を行なう。そこで振動子10の上
面に可動部材を接触させると、可動部材は所定方向へ移
動する。この場合、振動源の主体として積層型の圧電ア
クチェータを用いているので、本質的に大きな機械的出
力を取出せ得る上、駆動電源の周波数を従来のように弾
性体の固有振動数に合わせなくても大きいな機械的出力
が取出せるので、非共振で駆動してもよく、そのため設
計上の制約が少なく、製作し易いものとなる。

［第２実施例］ 第９図（ａ）（ｂ）は本発明の第２実施例を示す図で、
（ａ）は超音波楕円振動子の斜視図、（ｂ）は同振動子
の上面図である。なお第１図に示した超音波楕円振動子
と同一部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略す
る。本実施例が第１実施例と相違する点は、一対の圧電
素子22a,22bと同様に構成された他の一対の圧電素子51
（51a,51b）を圧電積層体の他の二側面に対して接着し
た点である。なお上記圧電素子51a,51bの電極のうち、
一方は電圧印加用のリード線を介して端子Ｂ′に接続さ
れ、他方は接地用のリード線を介して接地されている。

第10図は上記振動子50を振動させるための回路の構成を
示す図である。移相器31からの出力を２分岐し、電力増
幅器32,32′によってそれぞれ電力増幅が可能なように
接続する。電力増幅器32は端子Ｂに，電力増幅器32′は
端子Ｂ′にそれぞれ接続される。かくして交流電源30か
らの周波数ｆなる交流は移相器31により所要の移相（０
〜360゜）が行なわれた後、電力増幅器32,32′により電
力増幅され、端子B,B′を介して圧電素子22a,22bおよび
51a,51bに印加される。

第11図は第９図に示す振動子50とスライダ52とを示す斜
視図である。端子Ａに電圧が印加されると、振動子50に
は第３図（ａ）に示すような縦振動が第９図に示すＺ軸
方向に生じる。また端子Ｂに電圧が印加されると、振動
子50には第３図（ｂ）に示すようなベンディング振動が
第９図に示すＸ軸方向に生じる。さらに端子Ｂ′に電圧
が印加されると、振動子50には第３図（ｂ）に示すよう
なベンデディング振動が第９図に示すＹ軸方向に生じ
る。

本実施例の振動子50の特徴は、上記の三つの振動を合成
した楕円軌跡運動を発生させ得ると共に、かつその楕円
軌跡を含む面がＺ軸を含む任意の面に一致させるように
制御することが可能な点である。例えば電力増幅器32′
の増幅度を「０」にし、電力増幅器32,33の増幅度をあ
る値として各端子に電圧を印加すると、突起部26は第11
図に示すＸ−Ｚ平面内において第４図（ａ）〜（ｉ）に
示すような軌跡を描くことになる。また、電力増幅器32
の増幅度を「０」にし、電力増幅器32′,33の増幅度を
ある値として各端子に電圧を印加すると、突起部26は第
11図に示すＹ−Ｚ平面内において第４図（ａ）〜（ｉ）
に示すような軌跡を描くことになる。したがって電力増
幅器32,32′の増幅度を適宜調整すれば、突起部26の楕
円軌跡をＺ軸を含んだ任意な面に一致させることができ
る。その結果、突起部26に所定の力で押圧されているス
ライダ52をＸ−Ｙ平面内の任意方向に移動させ得るもの
となる。上記の点以外は第１実施例と同様の作用効果を
奏する。

第12図および第13図は上記した第２実施例の変形例を示
す図であって、第１実施例における変形例（第６図，第
７図）と同様の趣旨による変形例である。すなわち第12
図の例は圧電素子22a,22bおよび51a,51bを、圧電積層部
材25の積層面の面積より大きな面積の上台23および下台
24に対して橋渡しするような状態で接着された例であ
る。また第13図の例は下台24を四角柱のものとなし、そ
の側面に圧電素子22a,22bおよび51a,51bを接着した例で
ある。

なお上述した第２実施例において各振動子を駆動する周
波数ｆと、縦振動周波数feおよびベンディング振動周波
数fbを一致させた場合、その周波数が可聴域にあると、
この振動子は人に対するノイズ源となる。このため、上
記周波数fe,fbが超音波領域すなわち20kHz以上となるよ
うに振動子を設計することが望ましい。

なお本発明は上述した各実施例および変形例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施可能であるのは勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば、振動子全体に二種類の振動を励起させ
ることができるので、振動子自体の形状が小型になると
共に、大きな振動出力を取り出す事ができる。また積層
された圧電素子からなる圧電積層体を用いているため、
縦振動に関しては非共振で動作させても大きな振動が得
られる。その結果、二つの振動の共振周波数を一致させ
る必要はなく、製作が容易である。さらに本発明による
超音波振動子は形状が角柱状であるため、無駄な空間が
なく、振動子自体ひいては駆動装置を小型に出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）〜第８図（ａ）〜（ｄ）は本発明の
第１実施例を示す図であり、第１図（ａ）（ｂ）は振動
子の斜視図および上面図、第２図は同振動子の駆動回路
の構成図、第３図（ａ）（ｂ）は振動子の動作モードを
示す略式側面図、第４図（ａ）〜（ｉ）は第３図（ａ）
（ｂ）に示す動作モードを合成した場合の突起部の軌跡
を示す図、第５図は楕円軌跡の縦および横成分を示す
図、第６図は同振動子の変形例を示す斜視図、第７図
（ａ）（ｂ）は同振動子の他の変形例を示す斜視図、第
８図（ａ）〜（ｄ）は同振動子を用いた駆動装置の構成
を示す図である。第９図（ａ）（ｂ）〜第13図（ａ）
（ｂ）は本発明の第２実施例を示す図であり、第９図
（ａ）（ｂ）は振動子の斜視図および上面図、第10図は
同振動子の駆動回路の構成図、第11図はスライダ及び振
動子の斜視図、第12図は同振動子の変形例を示す斜視
図、第13図（ａ）（ｂ）は同振動子の他の変形例を示す
斜視図である。第14図〜第17図は従来の超音波リニアモ
ータを示す図であり、第14図は従来の超音波リニアモー
タの構成を示す図、第15図は同従来例の弾性体に生ずる
進行波を示す図、第16図は他の従来例の構成を示す図、
第17図はさらに別の従来例の構成を示す図である。 1,5,20,50……振動子、6,40,41,52……スライダ、21,22
a,22b,51a,51b……圧電素子、23……上台、24……下
台、25……圧電積層部材、26……突起部、30……交流電
源、31……移相器、32,32′,33……電力増幅器。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部
   に配置される出力取り出し用の四角板と、他方の端部に
   配置される固定用の四角板とを積層してなる圧電積層体
   と、 該圧電積層体の積層方向と平行な四側面の対向する二面
   に絶縁部材を介して接合された二枚の側面四角板状圧電
   素子と、 該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
   れ取り出された電気端子と、 を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に交番電圧を印加して振動子全体に積層
   方向の縦振動を発生させ、対向する二枚の該側面四角板
   状圧電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番
   電圧を印加して前記振動子全体に屈曲振動を発生させ、
   該縦振動と該屈曲振動とを合成することにより、上記出
   力取りだし用の四角板の位置に超音波楕円振動を発生さ
   せる超音波振動子。
2. 【請求項２】複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部
   に配置され該四角板状圧電素子より積層方向と直交する
   方向の寸法が大きい出力取り出し用の四角板と、他方の
   端部に配置され該四角板状圧電素子より積層方向と直交
   する方向の寸法が大きい固定用の四角板とを積層してな
   る圧電積層体と、 該圧電積層体の両端部の四角板同士を連結するごとく接
   合された二枚の対向する側面四角板状圧電素子と、 該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
   れ取り出された電気端子と、 を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
   の縦振動を発生させ、対向する二枚の該側面四角板状圧
   電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧
   を印加して前記振動子全体に屈曲振動を発生させ、該縦
   振動と該屈曲振動とを合成することにより、上記出力取
   りだし用の四角板の位置に超音波楕円振動を発生させる
   超音波振動子。
3. 【請求項３】複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部
   に配置される出力取り出し用の四角板と、他方の端部に
   配置される固定用の四角板とを積層してなる圧電積層体
   と、 該圧電積層体の固定用の四角板もしくは出力取り出し用
   の四角板の対向する二側面に接合された二枚の側面四角
   板状圧電素子と、 該圧電積層体よび該側面四角板状圧電素子からそれぞれ
   取り出された電気端子と、 を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
   の縦振動を発生させ、対向する二枚の該側面四角板状圧
   電子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧を
   印加して前記振動子全体に屈曲振動を発生させ、該縦振
   動と該屈曲振動とを合成することにより、上記出力取り
   だし用の四角板の位置に超音波楕円振動を発生させる超
   音波振動子。
4. 【請求項４】複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部
   に配置される出力取り出し用の四角板と、他方の端部に
   配置される固定用の四角板とを積層してなる圧電積層体
   と、 該圧電積層体の積層方向と平行な四側面に絶縁部材を介
   して接合された四枚の側面四角板状圧電素子と、 該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
   れ取り出された電気端子と、 を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
   の縦振動を発生させ、第１の対向する該側面四角板状圧
   電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧
   を印加して前記振動子全体に第１の屈曲振動を発生さ
   せ、第２の対向する該側面四角板状圧電素子にはそれぞ
   れが逆位相で振動するごとく交番電圧を印加して前記振
   動子全体に第１の屈曲振動とは直交する第２の屈曲振動
   を発生させ、該縦振動と該第１の屈曲振動と該第２の屈
   曲振動とを合成することにより、上記出力取りだし用の
   四角板の位置において、積層方向を含む任意の方向の面
   内に超音波楕円振動を発生させる超音波振動子。
5. 【請求項５】複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部
   に配置され該四角板状圧電素子より積層方向と直交する
   方向の寸法が大きい出力取り出し用の四角板と、他方の
   端部に配置され該四角板状圧電素子より積層方向と直交
   する方向の寸法が大きい固定用の四角板とを積層してな
   る圧電積層体と、 該圧電積層体の両端部の四角板同士を連結するごとく接
   合された四枚の側面四角板状圧電素子と、 該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
   れ取り出された電気端子と、 を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
   の縦振動を発生させ、第１の対向する該側面四角板状圧
   電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧
   を印加して前記振動子全体に第１の屈曲振動を発生さ
   せ、第２の対向する該側面四角板状圧電素子にはそれぞ
   れが逆位相で振動するごとく交番電圧を印加して前記振
   動子全体に第１の屈曲振動とは直交する第２の屈曲振動
   を発生させ、該縦振動と該第１の屈曲振動と該第２の屈
   曲振動とを合成することにより、上記出力取りだし用の
   四角板の位置において、積層方向を含む任意の方向の面
   内に超音波楕円振動を発生させる超音波振動子。
6. 【請求項６】複数枚の四角板状圧電素子と、一方の端部
   に配置される出力取り出し用の四角板と、他方の端部に
   配置される固定用の四角板とを積層してなる圧電積層体
   と、 該圧電積層体の固定用の四角板もしくは出力取り出し用
   の四角板の四側面に接合された四枚の側面四角板状圧電
   素子と、 該圧電積層体および該側面四角板状圧電素子からそれぞ
   れ取り出された電気端子と、 を有する超音波振動子であって、 前記圧電積層体に電圧を印加して振動子全体に積層方向
   の縦振動を発生させ、第１の対向する該側面四角板状圧
   電素子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧
   を印加して前記振動子全体に超音波振動子に第１の屈曲
   振動を発生させ、第２の対向する該側面四角板状圧電素
   子にはそれぞれが逆位相で振動するごとく交番電圧を印
   加して前記振動子全体に第１の屈曲振動とは直交する第
   ２の屈曲振動を発生させ、該縦振動と該第１の屈曲振動
   と該第２の屈曲振動とを合成することにより上記出力取
   りだし用の四角板の位置において、積層方向を含む任意
   の方向の面内に超音波楕円振動を発生させる超音波振動
   子。
7. 【請求項７】請求項１または２または３に記載の超音波
   振動子と、この超音波振動子における出力取り出し用の
   四角板に接触する可動部材とからなり、この可動部材を
   直線方向に移動させるように構成したことを特徴とする
   駆動装置。
8. 【請求項８】請求項４または５または６に記載の超音波
   振動子と、この超音波振動子における出力取り出し用の
   四角板に接触する可動部材とからなり、この可動部材を
   平面内の任意の方向に移動させるように構成したことを
   特徴とする駆動装置。