JPH08228494A - 超音波振動子および超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動子全体として効率のよい振動を励起させ、
超音波モータの推力や速さが十分得られるような超音波
振動子を提供する。 【構成】少なくとも２つの積層型圧電素子１２Ａ，１２
Ｂと、積層型圧電素子１２Ａ，１２Ｂを固着した弾性体
１１とを有し、積層型圧電素子１２Ａ，１２Ｂに互いに
位相の異なる交番電圧を印加することにより超音波楕円
振動を励起する超音波振動子１０において、積層型圧電
素子１２Ａ，１２Ｂは保護膜なしに弾性体１１と密着し
て固着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動子とそれを
用いた超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、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注目されている。この超音波モ
ータは、従来の電磁型モータに比べ以下のような利点を
有している。 （１）ギヤなしで低速高推力が得られる。 （２）保持力が大きい。 （３）ストロークが長く高分解能である。 （４）静粛性にとんでいる。 （５）磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も
うけない。

【０００３】従来、超音波振動子とそれを用いた超音波
モータについては、本出願人により出願された特開平６
−１０５５７１号公報所載の技術が開示されている。図
１５はこの従来技術の超音波モータの要部をなす電気−
機械エネルギー変換素子たる超音波振動子の斜視図であ
る。この超音波振動子１１０は、基本弾性体１１１の上
面に３つの保持用弾性体１１２を固定し、それぞれの保
持用弾性体１１２の間に積層型圧電素子１１３Ａ，１１
３Ｂを挟持固定したものである。

【０００４】基本弾性体１１１は、黄銅材料を直方体形
状に加工したもので、上面の両端と中央部の３個所に保
持用弾性体１１２をエポキシ系接着剤で固定した上、さ
らにネジ１１４止めしている。そして、各々の保持用弾
性体１１２の間に積層型圧電素子１１３Ａ，１１３Ｂを
つき当てて保持している。即ち、積層型圧電素子１１３
Ａ，１１３Ｂは基本弾性体１１１と接触しないように保
持用弾性体１１２に接着固定されている。また、積層型
圧電素子１１３Ａ，１１３Ｂの側面部は樹脂被覆がなさ
れている。ここで、図１５の左側の積層型圧電素子１１
３Ａへの電極をＡ、ＧとしＡ相と呼ぶことにする。同様
に右側の積層型圧電素子１１３Ｂへの電極をＢ、Ｇとし
Ｂ相と呼ぶことにする。

【０００５】基本弾性体１１１の底面両端部には、摺動
部材１１５が接着されている。この摺動部材１１５はポ
リイミドに充填剤としてカーボンファイバー（２０重量
％）とマイカ（３０重量％）とを混入したもので、厚さ
約０．１mmのものである。

【０００６】次に、超音波振動子の動作について説明す
る。まず、Ａ相及びＢ相に３０Ｖの直流電圧を印加して
積層型圧電素子１１３Ａ，１１３Ｂに圧縮予圧を加えた
上、Ａ相及びＢ相に周波数５３．５ｋＨｚ振幅１０Ｖｐ
−ｐの交番電圧を印加する。ここで、Ａ相とＢ相の位相
を同位相にすると、１次の共振縦振動が励起される。つ
ぎに、Ａ相とＢ相の位相を逆位相にすると、２次の共振
屈曲振動が励起される。つぎに、Ａ相とＢ相の位相を９
０度ずらすと、摺動部材１１５付近に超音波楕円振動を
励起することができる。

【０００７】つぎに、上述の超音波振動子を使用した超
音波リニアモータについて説明する。図１６は超音波リ
ニアモータの正面図である。図示の通り、この超音波リ
ニアモータでは、超音波振動子１１０がレール１２１上
を左右に自走するようになっており、これをガイドする
ためにレール１２１の裏面にリニアガイド移動部１２３
を設けたものである。

【０００８】超音波振動子１１０は厚さ１mmのシリコン
ゴム（図示せず）を介してアルミニウム材からなる振動
子保持部材１２４により保持されている。振動子保持部
材１２４はコの字形状のもので、連結棒１２５が連結さ
れている。この連結棒１２５の上端にはバネ受け１２６
が形成されている。一方、レール１２１は表面を焼入硬
化されたステンレス材からなり、表面は滑らかに研磨さ
れており、裏面にはリニアガイド固定部１２２が一体に
固定されている。リニアガイド移動部１２３には枠１３
０が固定されており、上枠１３１と一体をなしている。
上枠１３１の中央部はタップが切られ、ボルト１２９が
螺入している。ボルト１２９にはバネ押さえ１２８が取
り付けられ、バネ１２７の長さを調節し、超音波振動子
１１０とレール１２１との間の接触圧を調節できるよう
になっている。

【０００９】つぎに、この超音波モータの動作を説明す
る。前述のように超音波振動子１１０のＡ相とＢ相に交
番電圧を印加し、位相差を９０度（または−９０度）と
する。すると超音波振動子１１０の摺動面に超音波楕円
振動が励起されて、レール１２１に対して右方向に（ま
たは左方向に）移動する。この超音波モータのモータ特
性は、無負荷速度１５０ｍｍ／ｓｅｃ、起動推力２Ｎで
あった。この性能は１０万回の往復動作後も維持され
た。

【００１０】この従来技術によれば、積層型圧電素子を
用いて圧電縦効果を利用したので、電気−機械変換効率
が向上し、低電圧駆動が可能となった。また極めて簡易
な構成でコンパクトでありながら、出力の大きい超音波
リニアモータを得ることができるとともに、積層型圧電
素子に予圧をかけながら使用するので、モータの耐久性
を向上させることができるというものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術に示された超音波振動子は、これを構成する積層型圧
電素子と基本弾性体とが接触しないように構成されてい
るので、積層型圧電素子と基本弾性体との結合性が悪い
という問題点があった。超音波振動子１１０の振動状態
を図１７に示す。図１７（ａ）は縦１次振動を示し、図
１７（ｂ）は屈曲２次振動を示す。これは、有限要素法
を用いたシミュレーションにより解析したものである
が、実験によっても確認されている。変形状態と静止状
態とを比較すると、縦１次振動、屈曲２次振動ともに基
本弾性体と積層型圧電素子とは互いに独立して振動して
いる。これは、積層型圧電素子の持つ大きな発生力が、
保持用弾性体を介して基本弾性体には伝達されていない
ことを示している。

【００１２】そこで、積層型圧電素子と弾性体との結合
性を高めるために、積層型圧電素子と弾性体とを接着し
た超音波振動子を試作してみた。しかし、積層型圧電素
子には、保護膜として数十μｍ〜数百μｍの樹脂がコー
ティングされているため、基本弾性体と積層型圧電素子
とが接する部分には、上記樹脂による保護膜が介在する
こととなった。そのため、積層型圧電素子と基本弾性体
との結合性はあまり改善されず、超音波振動子の振動状
態を精密に解析した結果、やはり、基本弾性体と積層型
圧電素子とが独立して振動してしまい、積層型圧電素子
の発生力が十分に基本弾性体に伝わらず、超音波振動子
全体として、効率のよい振動が励起できないという問題
点が明らかになった。そのため、これらの積層型圧電素
子を用いた超音波リニアモータは十分な推力や速さが得
られなかった。

【００１３】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、請求項１、２または３に係る発明の目的は、
振動子全体として効率のよい振動を励起させ、超音波モ
ータの推力や速さが十分得られるような超音波振動子を
提供することである。請求項４または５に係る発明の目
的は、前記超音波振動子を用いて、十分な推力や速さを
有する超音波モータを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１、２または３に係る発明は、少なくとも２
つの積層型圧電素子と、該積層型圧電素子を固着した弾
性体とを有し、前記積層型圧電素子に互いに位相の異な
る交番電圧を印加することにより超音波楕円振動を励起
する超音波振動子において、前記積層型圧電素子は保護
膜なしに前記弾性体と密着して固着したことを特徴とす
る。請求項４に係る発明は、超音波モータにおいて、請
求項１、２または３記載の超音波振動子と、該超音波振
動子の駆動子と直進ガイドとの間に摺動自在に押圧保持
された移動体とを有することを特徴とする。請求項５に
係る発明は、超音波モータにおいて、請求項１、２また
は３記載の超音波振動子と、該超音波振動子の中心軸に
回転自在に押圧保持されたロータとを有することを特徴
とする。

【００１５】

【作用】請求項１、２または３に係る発明の作用では、
超音波振動子に交番電圧を印加し超音波楕円振動を励起
すると、積層型圧電素子と弾性体との結合性がよく、一
体となって振動する。よって、積層型圧電素子に発生す
る力が効率よく弾性体に伝達される。。請求項２に係る
発明の作用では、上記作用に加え、積層型圧電素子の構
造が単純なもので済む。請求項３に係る発明の作用で
は、上記作用に加え、積層型圧電素子の弾性体に密着す
る部分は絶縁体で形成されているので、弾性体に絶縁処
理をする必要がなくなる。請求項４に係る発明の作用で
は、直進型の超音波モータに前記超音波振動子を組み込
むことにより、十分な推力と速度とが得られる。請求項
５に係る発明の作用では、回転型の超音波モータに前記
超音波振動子を組み込むことにより、十分な起動トルク
と速度とが得られる。

【００１６】

【実施例１】図１〜図４は実施例１を示し、図１は超音
波振動子の斜視図、図２および図３は超音波振動子の作
用を示す斜視図、図４は超音波モータの正面図である。

【００１７】図１において、１０は超音波振動子であ
り、主に基本弾性体１１と積層型圧電素子１２Ａ，１２
Ｂと駆動子１５とから構成されている。基本弾性体１１
は、凸の字状に形成されたアルミニウム材からなり、表
面はアルマイト処理されて絶縁性を確保している。その
寸法は、凸部１１ａを除いて、幅３０ｍｍ、奥行４ｍ
ｍ、高さ７．５ｍｍである。凸部１１ａの寸法は、幅４
ｍｍ、奥行４ｍｍ、高さ２．５ｍｍである。基本弾性体
１１の幅方向の中心部で、かつ底面から６ｍｍの位置
に、径２ｍｍのステンレス材からなるピン１６が圧入さ
れている。

【００１８】積層型圧電素子１２は電極を付設した圧電
素子を数十枚から数百枚積層したものであって、その寸
法は、２ｍｍ×３．１ｍｍ×９ｍｍである。積層型圧電
素子１２は保護膜たるエポキシ系樹脂などによる被覆は
されておらず、４側面にわたり内部電極が露出してい
る。図１の左側の積層型圧電素子１２Ａから取り出され
ている電気端子をＡ，ＧＮＤ（Ａ相とよぶ）とし、右側
の積層型圧電素子１２Ｂから取り出されている電気端子
をＢ，ＧＮＤ（Ｂ相とよぶ）とする。基本弾性体１１の
積層型圧電素子１２Ａ，１２Ｂが配置されている面の反
対側の面（被駆動体と接触する面）の両端部から９ｍｍ
の位置（共振屈曲振動の振動振幅が極大値を示す位置）
２ヶ所に、矩形状（寸法：幅３ｍｍ、奥行４ｍｍ、厚さ
１ｍｍ）の駆動子１５（砥石材料：樹脂にアルミナの砥
粒を分散させたもの）がエポキシ系の接着剤を用いて接
合されている。

【００１９】つぎに、超音波振動子１０の組立構造につ
いて説明する。図１に示すように、基本弾性体１１の凸
部１１ａの両側に積層型圧電素子１２Ａ，１２Ｂを配設
する。基本弾性体１１と積層型圧電素子１２Ａ，１２Ｂ
とは、互いに接触する部分にてエポキシ系接着剤により
接着され、さらに積層型圧電素子１２Ａ，１２Ｂは、基
本弾性体１１の凸部１１ａに向かって圧縮力（５kgf 〜
５０kgf ）をかけた状態で、保持用弾性体１３（幅４ｍ
ｍ、奥行４ｍｍ、高さ２．５ｍｍ）により保持固定され
ている。保持用弾性体はアルミニウム材からなり、表面
はアルマイト処理され絶縁性を確保している。保持用弾
性体１３と基本弾性体１１、保持用弾性体１３と積層型
圧電素子１２Ａ，１２Ｂとは、互いに接触する部分にて
エポキシ系接着剤により接着されている。さらに、保持
用弾性体１３は、２本のビス１４によりそれぞれ基本弾
性体１１へ固着されている。

【００２０】つぎに、超音波振動子１０の動作について
説明する。上記に示した超音波振動子１０の形状寸法に
よれば、最大長さ方向の１次の共振縦振動、および最大
面積を有する２次の共振屈曲振動が同一共振周波数Ｆｒ
で励起することができる。超音波振動子１０の振動状態
を図２および図３に示す。図２は１次の共振縦振動、図
３は２次の共振屈曲振動を示す。これは、有限要素法を
用いたシミュレーションにより解析したものであるが、
実験によってもこのように振動していることが確認され
た。Ａ相とＢ相とに、周波数Ｆｒ、振幅１０Ｖｐ−ｐ、
位相差±９０°の交番電圧を印加すると、駆動子１５の
位置で右回り、または左回りの超音波楕円振動が励起さ
れた。

【００２１】つぎに、超音波振動子１０を用いた超音波
リニアモータ１９について説明する。図４において、超
音波リニアモータ１９は、主に、超音波振動子１０と、
超音波振動子１０を押圧保持する振動子押圧機構２０
と、超音波振動子１０に対向して配設されたクロスロー
ラガイド３０と、超音波振動子１０とクロスローラガイ
ド３０との間を移動する移動体３５とから構成される。

【００２２】まず、振動子押圧機構２０では、超音波振
動子１０がそのピン１６の部分で、２つの保持板２１に
より両面から保持されている。保持板２１には、ピン１
６の外径とほぼ同径の穴が穿設されており、その穴と超
音波振動子１０のピン１６とが嵌合している。このよう
に保持することで、超音波振動子１０はピン１６の周り
の回転に対してのみ自由度を有する。保持板２１は、ビ
ス２３により保持板固定部材２２に固着されている。保
持板固定部材２２には、リニアブッシュ２４が取着され
ており、このリニアブッシュ２４は軸２５に沿って摺動
自在に嵌合している。軸２５は軸固定部材２６に固着さ
れ、軸固定部材２６はベース２７にビス２６ａにより固
着されている。軸固定部材２６のほぼ中央部には、タッ
プ穴が設けられ、押圧ビス２８が螺合している。押圧ビ
ス２８と保持板固定部材２２との間には、バネ２９が装
着されて、保持板固定部材２２を下方に押圧している。

【００２３】ベース２７の下部には、超音波振動子１０
に対向してクロスローラガイド３０が配設されており、
直進ガイドたるその固定部３１がビス３１ａによりベー
ス２７に固着されている。クロスローラガイド３０の移
動部３２には、摺動部材保持板３３が図示を省略したビ
スにより固着され、この摺動部材保持板３３には、ジル
コニアセラミックスからなる摺動部材３４が接着されて
いる。超音波振動子１０の駆動子１５の下面と摺動部材
３４の上面とで、超音波リニアモータの駆動面を形成し
ている。また、クロスローラガイド３０の移動部３２と
摺動部材保持板３３と摺動部材３４とから移動体３５を
構成している。押圧ビス２８を回動してバネ２９を圧縮
することにより、移動体３５と駆動子１５とが接する駆
動面における超音波振動子１０の押圧力を調整すること
ができる。

【００２４】つぎに、超音波リニアモータ１９の動作に
ついて説明する。上述のように、超音波振動子１０のＡ
相とＢ相とに、共振周波数Ｆｒ、振幅１０Ｖｐ−ｐ、位
相差＋９０度または−９０度の交番電圧を印加する。す
ると移動体３５は右方向または左方向に駆動される。こ
れにより、超音波リニアモータの起動推力として８Ｎ、
無負荷速度として３００ｍｍ／ｓｅｃが得られた。

【００２５】本実施例によれば、積層型圧電素子と基本
弾性体との間には、接着剤の樹脂層のみしか介在しない
ため、その樹脂層は非常に薄く、そのため振動子全体と
して効率のよい振動を励起させることができる。すなわ
ち、超音波振動子としての電気機械変換効率を大きくす
ることができる。また、この超音波振動子を用いた超音
波リニアモータは、起動推力、無負荷速度などのモータ
特性を向上させることができる。

【００２６】

【実施例２】図５〜図７は実施例２を示し、図５は積層
型圧電素子の単板を上面側から見た斜視図、図６は積層
型圧電素子の単板を下面側から見た斜視図、図７は積層
型圧電素子の斜視図である。本実施例では積層型圧電素
子が実施例１と異なるのみで、積層型圧電素子を組み込
んだ超音波振動子とそれを用いた超音波モータは実施例
１と同様なので、超音波振動子および超音波リニアモー
タの図と説明を省略する。

【００２７】図５において、単板５０ａ，５０ｂは、積
層型圧電素子を分解して、連続する単板の一部を取り出
し、上面側から見て示す。単板５０ａと単板５０ｂと
は、下面側から見た図６と比較してみれば明らかなよう
に、１８０°回してみれば全く同一のものである。単板
５０ａは、基板として厚み０．１ｍｍ、電気機械結合係
数（ｋ３３）０．６〜０．７（１Ｖｐ−ｐ測定時）、機
械的品質係数（Ｑｍ）５００〜１５００（１Ｖｐ−ｐ測
定時）の圧電セラミクスを用いた。単板５０の端部３ヵ
所は、幅０．５〜１ｍｍ程度の絶縁部５１が設けられ、
他の１ヶ所は、中央から端面まで内部電極５２が付設さ
れている。図６に示すように、下面側にも同様に、絶縁
部５１と内部電極５２とが設けられ、電極５２は上面側
とは反対の端面まで延びるように形成されている。さら
に、図５に示す矢印ｐの方向に分極処理がなされてい
る。

【００２８】単板５０ａ，５０ｂ等を分極の方向ｐが互
いに交互になるように積層すると、図７に示す積層型圧
電素子６０となる。なお、積層型圧電素子６０の上面と
下面とに積層される単板５０ｗ，５０ｘは片面に内部電
極が形成されないものを用い、その面を外側にして積層
する。積層方法は、接着によってもよいし、一体焼成法
で作製してもよい。図７において、積層型圧電素子６０
の右側面と左側面とには、外部電極６１がそれぞれ付設
され、それぞれの内部電極５２と連通し、さらに、電気
端子６２がそれぞれ接続される。積層型圧電素子６０の
正面６０ａは、内部電極５２が露出していないため、こ
の面と基本弾性体の装着面とで接着され、超音波振動子
が構成される。基本弾性体には、ステンレス鋼材を用い
た。

【００２９】本実施例によれば、実施例１と同様の効果
に加え、積層型圧電素子の１面に内部電極が露出してい
ないため、基本弾性体には、アルマイト処理などの表面
の絶縁処理の必要がなくなり、無垢の金属材料を用いる
ことができる。従って、基本弾性体に用いることのでき
る材料の幅を広げることができる。

【００３０】本実施例では、基本弾性体にステンレス鋼
材を用いたが、黄銅材、鉄系材料、無垢のアルミニウム
材でもよい。

【００３１】

【実施例３】図８〜図１４は実施例３を示し、図８は超
音波振動子の上面図、図９は超音波振動子の正面図、図
１０は超音波振動子の裏面図、図１１は超音波振動子の
構成を示す説明図、図１２超音波モータの正面図、図１
３は超音波モータの上面図、図１４は超音波モータの縦
断面図である。

【００３２】図８〜図１１において、超音波振動子７０
は、主に弾性体７１と２つの積層型圧電素子７４と駆動
子７５とから構成されている。弾性体７１は角柱形状の
アルミニウム材からなり、表面をアルマイト処理して絶
縁性を確保している。弾性体７１には、図８のα方向か
ら見た図９とβ方向から見た図１０とに示すように、そ
れぞれの面に、傾斜面を有する突出部７２が弾性体７１
と一体に形成されている。さらに弾性体７１の中心部に
は、貫通穴７７が穿設され、図１１にて破線で示すよう
に、その中間付近はタップ穴７７ａが形成されている。

【００３３】積層型圧電素子７４は、電極を付設した圧
電素子を数十枚から数百枚積層したものであって、その
寸法は２ｍｍ×３．１ｍｍ×９ｍｍである。積層型圧電
素子７４は、エポキシ系樹脂などによる被覆はされてお
らず、４側面にわたり、内部電極が露出している。積層
型圧電素子７４のそれぞれの電極から電気端子が接続さ
れており、一方をＡ端子またはＢ端子とし、他方をＧＮ
Ｄ端子とする。駆動子７５は、アルミナセラミックの砥
粒を樹脂に分散して結合した円環状の砥石からなり、弾
性体７１の上面に接着されている。

【００３４】つぎに、超音波振動子７０の組立構造につ
いて説明する。図９〜図１０に示すように、弾性体７１
の正面と裏面とに、積層型圧電素子７４をそれぞれ配設
する。図１１に示すように、積層型圧電素子７４は、そ
の上面７４ａが弾性体７１の突出部７２の傾斜面７２ａ
に当接するように、弾性体７１にエポキシ系接着剤によ
り接着される。さらに、積層型圧電素子７４は、傾斜面
７２ａに向かって圧縮力（５kgf 〜５０kgf ）を加えら
れた状態で、突出部７２とほぼ同形状の挟持用弾性体７
３とビス７６とによって挟持固定されている。保持用弾
性体７３はアルミニウム材からなり、表面はアルマイト
処理して絶縁性を確保している。挟持用弾性体７３と弾
性体７１、挟持用弾性体７３と積層型圧電素子７４と
は、互いに接触する部分にてエポキシ系接着剤により接
着されている。

【００３５】つぎに、超音波振動子７０の動作について
説明する。超音波振動子７０の形状寸法は、１次の共振
縦振動（図９の矢印Ｚで示す上下方向の振動）、および
１次の共振捻れ振動（図８の矢印Ｙで示す縦振動の振動
方向を捻れの軸とする振動）がほぼ同一共振周波数Ｆｒ
（５０ｋＨｚ〜５６ｋＨｚ）で励起できるものとなって
いる。そして、この周波数の近傍には、屈曲共振振動の
固有振動はないような形状に設計されている。まず、Ａ
端子に共振周波数Ｆｒで振幅１０Ｖｐ−ｐの交番電圧を
印加し、Ｂ端子に同一周波数、同振幅で同位相の交番電
圧を印加すると、１次の共振縦振動が励起された。つぎ
に、Ａ端子に共振周波数Ｆｒで振幅１０Ｖｐ−ｐの交番
電圧を印加し、Ｂ端子に同一周波数、同振幅で逆位相の
交番電圧を印加すると、１次の共振捻れ振動が励起され
た。さらに、Ａ端子に共振周波数Ｆｒで振幅１０Ｖｐ−
ｐの交番電圧を印加し、Ｂ端子に同一周波数、同振幅で
位相が９０度異なった交番電圧を印加すると、共振縦振
動と、共振捻れ振動が合成されて、駆動子７５の位置に
おいて、楕円振動が励起された。

【００３６】つぎに、超音波振動子７０を用いた超音波
モータ８０について説明する。図１２〜図１４におい
て、超音波モータ８０は、主に超音波振動子７０と、そ
の中心部に取着された軸８１と、軸８１の周りを回転す
るロータ８２とから構成されている。図１４に示すよう
に軸８１は、中間付近にネジ８１ａが形成され、振動子
７０のタップ穴７７ａと螺合し、その部分は接着剤にて
接着固定されている。さらに軸８１には、両端部にネジ
８１ｂ，８１ｃが形成されている。本実施例ではネジ８
１ａとネジ８１ｂ，８１ｃとはネジ径を異にしている
が、軸全体を同一径のネジにしてもよい。円環状のロー
タ８２は、その内側にベアリング８６を圧入しており、
ベアリング８６の内輪は軸８１に摺動自在に挿入され
る。また、ロータ８２の下面には、円環状のジルコニア
セラミックスからなる摺動材８５が接着されている。

【００３７】図１２〜図１３において、ロータ８２は軸
８１に挿入され、下面に付設された摺動材８５が、振動
子７０の上面に付設された駆動子７５と接するように配
設される。ロータ８２の上方にはバネ８３が載置され、
ナット８４が軸８１のネジ８１ｂに螺合してバネ８３を
圧縮することにより、駆動子７５と摺動材８５とが接す
る駆動面を押圧する。超音波モータ８０を固定する場合
には、軸８１の下端のネジ８１ｃを、基台８７に螺合
し、ロックナット８８により固定する。

【００３８】上述のように、超音波振動子７０のＡ端子
とＢ端子とに共振周波数Ｆｒ（５０ｋＨｚ〜５６ｋＨｚ
の間の周波数）、振幅１０Ｖｐ−ｐ、位相差＋９０度ま
たは−９０度の交番電圧を印加する。すると、ロータ８
２が時計回りまたは反時計回りに回転した。

【００３９】本実施例によれば、積層型圧電素子とし
て、エポキシ系樹脂などによる保護膜のないものを用い
たので、実施例１と同様に、積層型圧電素子と弾性体と
の間に接着剤の樹脂層しか介在しないため、その樹脂層
は非常に薄く、そのため、振動子全体として効率のよい
振動を励起させることができる。すなわち、超音波振動
子としての電気機械変換効率を大きくすることができ
る。また、この超音波振動子を用いた回転型の超音波モ
ータは、起動トルク、無負荷速度などのモータ特性を向
上させることができる。

【００４０】本実施例では、保護膜のない超音波振動子
を用いたが、これに替えて、実施例２で示した、弾性体
との接触面に内部電極が露出していない積層型圧電素子
を用いてもよい。この場合、弾性体にアルマイト処理な
どの表面絶縁処理などが必要なくなり、無垢の黄銅材や
ステンレス鋼材などを用いることができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１、２または３に係る発明によれ
ば、保護膜なしの積層型圧電素子を用いることにより、
積層型圧電素子と弾性体との結合性がよく、一体となっ
て振動し、電気機械変換効率のよい超音波振動子を得る
ことができる。請求項２に係る発明によれば、上記効果
に加え、積層型圧電素子の構造が単純なので、積層型圧
電素子の製作が容易である。請求項３に係る発明によれ
ば、上記効果に加え、弾性体の絶縁処理が不要なので、
弾性体の材料の選択幅を広げることができる。請求項４
に係る発明によれば、起動推力、無負荷速度などのモー
タ特性のよい直進型の超音波モータを得ることができ
る。請求項５に係る発明によれば、起動トルク、無負荷
速度などのモータ特性のよい配転型の超音波モータを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の超音波振動子の斜視図である。

【図２】実施例１の超音波振動子の作用を示す斜視図で
ある。

【図３】実施例１の超音波振動子の作用を示す斜視図で
ある。

【図４】実施例１の超音波モータの正面図である。

【図５】実施例２の積層型圧電素子の単板を上面側から
見た斜視図である。

【図６】実施例２の積層型圧電素子の単板を下面側から
見た斜視図である。

【図７】実施例２の積層型圧電素子の斜視図である。

【図８】実施例３の超音波振動子の上面図である。

【図９】実施例３の超音波振動子の正面図である。

【図１０】実施例３の超音波振動子の裏面図である。

【図１１】実施例３の超音波振動子の構成を示す説明図
である。

【図１２】実施例３の超音波モータの正面図である。

【図１３】実施例３の超音波モータの上面図である。

【図１４】実施例３の超音波モータの縦断面図である。

【図１５】従来技術の超音波振動子の斜視図である。

【図１６】従来技術の超音波リニアモータの正面図であ
る。

【図１７】従来技術の超音波振動子の問題点を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０ 超音波振動子 １１ 基本弾性体 １２ 積層型圧電素子 １３ 保持用弾性体 １４ ビス １５ 駆動子 １６ ピン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２つの積層型圧電素子と、該積
   層型圧電素子を固着した弾性体とを有し、前記積層型圧
   電素子に互いに位相の異なる交番電圧を印加することに
   より超音波楕円振動を励起する超音波振動子において、 前記積層型圧電素子は保護膜なしに前記弾性体と密着し
   て固着したことを特徴とする超音波振動子。
2. 【請求項２】前記保護膜なしの積層型圧電素子と前記弾
   性体とは、接着剤を介して固着したことを特徴とする請
   求項１記載の超音波振動子。
3. 【請求項３】前記保護膜なしの積層型圧電素子の少なく
   とも前記弾性体と密着する部分は絶縁体にて形成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の超音波振動子。
4. 【請求項４】請求項１、２または３記載の超音波振動子
   と、該超音波振動子の駆動子と直進ガイドとの間に摺動
   自在に押圧保持された移動体とを有することを特徴とす
   る超音波モータ。
5. 【請求項５】請求項１、２または３記載の超音波振動子
   と、該超音波振動子の中心軸に回転自在に押圧保持され
   たロータとを有することを特徴とする超音波モータ。