JPH07163162A - 超音波振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】接着工程が少なく制作工程が単純な、振動特性
のばらつきが小さい、接着剥がれが起き難い超音波振動
子を提供することを目的とする。 【構成】圧電板１１に駆動信号を印加し、第１の電極群
（内部電極）１７ａが設けられた領域には、縦振動によ
って生じる伸縮歪成分の符号と屈曲振動によって生じる
伸縮歪成分の符号とが同一になる振動が生じ、また、第
２の電極群（内部電極）１７ｂが設けられた領域には、
縦振動によって生じる伸縮歪成分の符号と屈曲振動によ
って生じる歪成分とが異なる振動が生じることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動子、詳しく
は、超音波モータに使用される超音波振動子に関する。

【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。

【０００３】（１）ギヤー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）磁気的ノイズを発せず、また、ノイズの影響もう
けない。 また、本出願人は先に特願平４−３２１０９６号におい
て、従来の超音波振動子と該振動子を用いた超音波リニ
アモータを提案している。以下、図を参照して該従来の
超音波振動子と該振動子を用いた超音波リニアモータに
ついて説明する。

【０００４】図２４は、上記従来の技術手段における超
音波振動子の構成を示した正面図である。

【０００５】この図に示すように、超音波振動子１１０
は、基本弾性体１１１の上部の、２次の共振屈曲振動の
ほぼ腹に対応する部分に積層型圧電素子１１３が配設さ
れている。該積層型圧電素子１１３は、保持用弾性体１
１２により上記基本弾性体１１１上に固定されている。
すなわち、図示しないが該基本弾性体１１１には３か所
にネジのタップが穿設されており、さらに、上記保持用
弾性体１１２は３本のビス１１４により基本弾性体１１
１に固定され、これにより、上記積層型圧電素子１１３
は保持用弾性体１１２に側方から押圧されて保持され
る。

【０００６】また、上記積層型圧電素子１１３と保持用
弾性体１１２とが接触する部分はエポキシ系の接着剤で
固定され、該積層型圧電素子１１３におけるその他の部
分は樹脂等により被覆されている。さらに、上記保持用
弾性１１２と基本弾性体１１１とが接触する部分もエポ
キシ系の接着剤により接合される。

【０００７】上記基本弾性体１１１において上記積層型
圧電素子１１３が配置されている面（図中、上面）に対
して反対側の面、すなわち、被駆動体と接触する側の面
における屈曲振動の腹に対応する部分には、アモルファ
スカーボンで構成された駆動子１１６がエポキシ系の接
着剤を用いて接合されている。

【０００８】このような構成をなす上記超音波振動子の
摺動部材に対し、ステンレス材等の被駆動体（図示せ
ず）をある一定の押圧力で直線移動可能な如く保持する
ことで超音波リニアモータが構成できる。

【０００９】次に、上記超音波振動子１１０の動作につ
いて説明する。

【００１０】上記超音波振動子１１０の寸法を適当にと
ることで１次の共振縦振動、および２次の共振屈曲振動
がほぼ同一周波数で励起できる。図２４において左側の
積層型圧電素子１１３から取り出されている図示しない
電気端子をＡ，Ｇ（Ａ相と呼ぶ）とし、右側の積層型圧
電素子１１３から取り出されている図示しない電気端子
をＢ，Ｇ（Ｂ相と呼ぶ）とする。まず、上記Ａ相および
Ｂ相に３０Ｖの直流電圧を印加する。こうすることで、
積層型圧電素子１１３にほぼ７０Ｎの圧縮力（与圧）を
かけることができる。

【００１１】その後、上記Ａ相に周波数Ｆｒで振幅１０
Ｖｐ−ｐの交番電圧を印加し、Ｂ相に同一周波数、同振
幅で同位相の交番電圧を印加すると一次の共振縦振動が
励起できる。次に、Ａ相に周波数Ｆｒで振幅１０Ｖｐ−
ｐの交番電圧を印加し、Ｂ相に同一周波数、同振幅で逆
位相の交番電圧を印加すると２次の共振屈曲振動が励起
できる。

【００１２】さて、Ａ相及びＢ相に周波数Ｆｒで振幅１
０Ｖｐ−ｐの交番電圧を印加し、その位相差を９０度又
は−９０度にすると駆動子１１６の位置において、時計
廻り又は反時計廻りの超音波楕円振動が励起できる。こ
のとき駆動子１１６に押圧された被駆動体は右方向また
は左方向に駆動される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波モータは、黄銅等の弾性体と積層型圧電
素子を接着剤を用いて接合しているため、制作工程が複
雑であり、また、各部品の相対的な位置が狂い易く、振
動特性がばらつき易い。さらに、共振状態で接着剥がれ
が起き易い等の問題点があった。

【００１４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、接着工程が少なく制作工程が単純な、振動特
性のばらつきが小さい、接着剥がれが起き難い超音波振
動子を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による超音波振動子は、電気−機械エネルギ
ー変換素子に駆動信号を印加することにより、縦振動と
屈曲振動とを励起する超音波振動子において、上記電気
−機械エネルギー変換素子を交互に積層された、該電気
−機械エネルギー変換素子に上記駆動信号を印加するた
めの複数の電極と、この複数の電極の内、上記縦振動に
よって生じる伸縮歪成分の符号と上記屈曲振動によって
生じる伸縮歪成分の符号とが同一になる少なくとも一つ
の領域に設けられた第１の電極群と、上記複数の電極の
内、上記縦振動によって生じる伸縮歪成分の符号と上記
屈曲振動によって生じる歪成分とが異なる少なくとも一
つの領域に設けられた第２の電極群と、上記両電極群の
各電極を一層おきに接続する２つの電気接続手段とを具
備する。

【００１６】

【作用】本発明による超音波振動子は、電気−機械エネ
ルギー変換素子に駆動信号を印加し、上記第１の電極群
が設けられた領域には、縦振動によって生じる伸縮歪成
分の符号と屈曲振動によって生じる伸縮歪成分の符号と
が同一になる振動が生じ、また、上記第２の電極群が設
けられた領域には、縦振動によって生じる伸縮歪成分の
符号と屈曲振動によって生じる歪成分とが異なる振動が
生じる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１８】図１は、本発明の第１実施例を示す超音波
振動子の正面図であり、また、図２は、該超音波振動子
の上面図である。

【００１９】図に示すように、本第１実施例の超音波振
動子１０の基本的な部分は、内部電極処理が施された矩
形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の圧電板１１が積層されて構成
された２つの圧電体積層部１８が、同じく矩形状のＰＺ
Ｔ−ＰＭＮ系の３つの絶縁板１２に図に示すように挟設
され構成されている。

【００２０】図３は、上記超音波振動子１０の基本的な
部分を詳しく示した要部分解斜視図である。また、図４
は、上記超音波振動子１０における一圧電板１１の両側
面を示した要部斜視図であり、図５は、上記図４に示す
圧電板１１に隣接する圧電板１１の両側面を示した要部
斜視図である。

【００２１】上記圧電板１１は高さ１０ｍｍ、奥行き４
ｍｍ、厚さ１００μｍの形状を有する圧電素子であり、
その一側面上部には内部電極１７ａが、さらに該内部電
極１７ａの裏面側上部には内部電極１７ｂがそれぞれ配
設されている。

【００２２】上記内部電極１７ａは、厚さ１０μｍ程度
の銀−パラジウム合金が矩形状に塗布された薄膜電極で
あり、図４，図５に示すように、圧電板１１の一側面に
図中、背面側端部に１ｍｍ程度、上面側端部に１ｍｍ、
下部に該圧電板１１の高さの約２／３程度の絶縁部をそ
れぞれ有するように配置されている。一方、上記内部電
極１７ｂは、上記圧電板１１において上記内部電極１７
ａの裏面がわに配設されており、同様に厚さ１０μｍ程
度の銀−パラジウム合金が塗布された薄膜電極である。
そして、該裏面に図中、正面側端部に１ｍｍ程度、上面
側端部に１ｍｍ、下部に該圧電板１１の高さの約２／３
程度の絶縁部をそれぞれ有するように配置されている。

【００２３】上記圧電板１１における内部電極１７ａ，
１７ｂの塗布位置は、図４，図５に示すように、互いに
隣接する圧電板１１で塗布位置が一側面とその裏面とで
逆になっている。このような内部電極１７ａ，１７ｂが
施された２種類の圧電板１１（図４，図５）を交互に１
００層程度積層して、本第１実施例の圧電板積層部１８
（図１参照）が構成されている。

【００２４】図１に戻って、上記絶縁板１２は矩形状の
ＰＺＴ−ＰＭＮ系の素子であり、高さ１０ｍｍ、奥行き
４ｍｍ、厚さ３ｍｍの形状をなしている。また、上記２
つの圧電体積層部１８を挟むように３か所に設けられた
該絶縁板１２のうち、中央部の絶縁板には、その中心部
に直径φ１ｍｍの穿孔１５が正面から背面に向けて穿設
されている。

【００２５】また、超音波振動子１０の圧電体積層部１
８における正面上部および背面上部には、上記内部電極
１７ａ，１７ｂの一部が露呈しており、４つの露呈部群
を形成している（図示せず）。この４つの露呈部群に
は、それぞれ導電性銀ペーストからなる４つの外部電極
１４が、該内部電極１７ａあるいは内部電極１７ｂと導
通するように互いに独立して設けられている。

【００２６】上記外部電極１４からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子１０の正面に配設された
２つの外部電極１４は、図１，図２に示すように電気端
子Ａ，Ｂとして、また、超音波振動子１０の背面に配設
された外部電極１４はグランド（ＧＮＤ）端子として、
図示しない圧電板１１の駆動回路に接続されている。

【００２７】一方、上記超音波振動子１０底部におい
て、長手方向端部から９ｍｍの位置には幅４ｍｍ、奥行
き４ｍｍ、厚さ１ｍｍの駆動子１６が接着剤により該底
部に接合されている。なお、該駆動子１６は、高分子材
料にアルミナを分散して形成されている。また、上記中
央の絶縁板１２の穿孔１５には、ステンレス材よりなる
ピン１９が貫通して接着されている（図２参照）。

【００２８】このように構成された上記超音波振動子１
０の全体の寸法は、幅３０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、奥行き
４ｍとなっている。

【００２９】次に、上記超音波振動子１０の基本的な部
分の製造方法について説明する。

【００３０】上記矩形状の圧電板１１および絶縁板１２
は、上述したようにＰＺＴ−ＰＭＮ系の材料で構成され
ている。まず、圧電板１１の製造方法を説明する。すな
わち、上記ＰＺＴ−ＰＭＮ系の材料の仮焼結粉末とバイ
ンダーとを混合して泥しょうを作成し、この泥しょうを
ドクターブレード法によりフィルム状にキャスティング
してグリーンシートとする。そして、グリーンシートを
乾燥した後、フィルムから剥離して矩形状の圧電板１１
を作成する。その後、上述したように該圧電板１１の両
面には内部電極１７ａ，１７ｂがそれぞれ塗布される。
一方、絶縁板１２は、型を用いた方法により作成する。

【００３１】次に、これらの圧電板１１と絶縁板１２と
を図３に示すように積層し、熱をかけつつ押圧する。そ
の後、１２００℃で本焼成を行い、超音波振動子１０の
基本的な部分を作成する。その後、上述したように外部
電極１４を配設し、上記電気端子Ａ，Ｂ，ＧＮＤに直流
電圧を１０分間程度印加し、内部電極１７ａ，１７ｂが
施された部分の圧電板１１を分極する。

【００３２】次に、上記第１実施例の超音波振動子１０
の動作について説明する。

【００３３】該第１実施例の超音波振動子１０の寸法形
状を上述したように設定すると、１次の共振縦振動、お
よび２次の共振屈曲振動がほぼ同一周波数Ｆｒ（５３ｋ
Ｈｚ〜５６ｋＨｚ）で励起できる。また、本出願人は、
これらの振動を有限要素法を用いてコンピュータ解析し
た結果、図６（Ａ）に示すような共振縦振動状態、およ
び図６（Ｂ）に示すような共振屈曲振動状態が予想さ
れ、かつ、振動測定の結果、それが実証された。以下、
該振動測定について説明する。

【００３４】まず、上記外部電極１４のうち、電気端子
Ａ（図１，図２参照）となる外部電極１４に周波数Ｆｒ
で振幅１０Ｖｐ−ｐの交番電圧を印加し、また、電気端
子Ｂとなる外部電極１４に同一周波数、同振幅で同位相
の交番電圧を印加すると図６（Ａ）に示すような１次の
共振縦振動が励起できた。次に、電気端子Ａに周波数Ｆ
ｒで振幅１０Ｖｐ−ｐの交番電圧を印加し、電気端子Ｂ
に同一周波数、同振幅で逆位相の交番電圧を印加すると
図６（Ｂ）に示すような２次の共振屈曲振動が励起でき
た。次に、電気端子Ａに周波数Ｆｒで振幅１０Ｖｐ−ｐ
の交番電圧を印加し、電気端子Ｂ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、共振屈曲振動が合成されて、駆動子１６の位置に
おいて楕円振動が励起できた。

【００３５】次に、図７を参照して上記超音波振動子１
０を適用した超音波リニアモータ５０について説明す
る。

【００３６】図７に示すように、該超音波リニアモータ
５０は、上記超音波振動子１０がそのピン１９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。上記
保持板２１はピン１９の直径とほぼ同径の孔が穿設され
ていて、該孔と超音波振動子１０のピン１９とが係合す
るようになっている。該超音波振動子１０をこのように
保持することで、同超音波振動子１０はピン１９まわり
の回転に対してのみ自由度を有する。

【００３７】一方、上記保持板２１はビス２３により保
持板固定部材２２に固定されている。該保持板固定部材
２２はリニアブッシュ２４により保持されていて、ま
た、このリニアブッシュ２４は軸２５に沿ってリニアに
移動するようになっている。さらに、上記軸２５は軸固
定部材２６に固定され、該軸固定部材２６はベース２７
にビスにより固定されている。また、上記軸固定部材２
６のほぼ中央部にはタップがきられていて、押圧ビス２
８がねじ込まれている。該押圧ビス２８と保持板固定部
材２２との間にはバネ２９が挿入されている。

【００３８】上記ベース２７にはクロスローラーガイド
の固定部３０が基台にビス３１により固定されている。
また、クロスローラーガイドの移動部３２には摺動部材
保持部３３が図示しないビスにより固定され、この摺動
部材保持部３３には摺動部材３４としてＨＩＰ処理され
たジルコニアセラミックスが接着されている。このよう
な構成にして、押圧ビス２８を調整することで超音波振
動子１０の摺動部材３４（被駆動部材）への押圧力を調
整することができる。

【００３９】先に示したように超音波振動子１０の電気
端子Ａと電気端子Ｂとに周波数Ｆｒ（５３ｋＨｚ〜５６
ｋＨｚの間の周波数）、振幅１０Ｖｐ−ｐ、位相差＋９
０度又は−９０度の交番電圧を印加する。すると被駆動
部材３４は右方向または左方向に駆動される。

【００４０】この第１実施例の超音波振動子によると、
上記超音波振動子１０の基本的な部分が接着工程なしに
作成されているので振動特性のばらつきが小さい、信頼
性の高い超音波振動子が得られる。

【００４１】次に、本発明の第２実施例の超音波振動子
について説明する。

【００４２】図８ないし図１２は、本発明の第２実施例
の超音波振動子６０を示した説明図であり、図８は、該
超音波振動子６０の正面図であり、また、図９は、該超
音波振動子の上面図である。また、図１０は、上記超音
波振動子６０の基本的な部分を詳しく示した要部分解斜
視図である。また、図１１は、上記超音波振動子６０に
おける一圧電板１１の両側面を示した要部斜視図であ
り、図１２は、図１１に示す圧電板１１に隣接する圧電
板１１の両側面を示した要部斜視図である。

【００４３】この第２実施例の超音波振動子は、基本的
には上記第１実施例と同等な構成を有するので、ここで
は、該第１実施例と異なる点のみについて述べる。

【００４４】本第２実施例においても、圧電板１１の積
層体である圧電体積層部１８，絶縁板１２等が上記第１
実施例と同様に構成されているが、該圧電体積層部１８
に接合される外部電極１４の数が異なっている。

【００４５】図１１，図１２に示すように、圧電板１１
の内部電極は、その一側面および裏面の両面とも２つの
部分に設けられている。一側面がわは、第１の領域（１
７ｃ）と第２の領域（１７ｄ）との境の２ｍｍ程度の絶
縁部と、それぞれの領域の背面側端部に１ｍｍ程度の絶
縁部、上面または下面側端部の１ｍｍの絶縁部を残し
て、厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布され
ており、上記側面の裏面がわは、第１の領域（１７ｅ）
と第２の領域（１７ｆ）との境の２ｍｍ程度の絶縁部
と、それぞれの領域の正面側端部に１ｍｍ程度の絶縁
部、上面または下面側端部の１ｍｍの絶縁部を残して、
厚さ１０μｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布されてい
る。

【００４６】上記圧電板１１の内部電極１７ｃ，１７ｄ
と内部電極１７ｅ，１７ｆとは、図１１，図１２に示す
ように、互いに隣接する圧電板１１同士で、塗布位置が
一側面がわとその裏面がわとで逆になっている。このよ
うな内部電極１７ｃ〜１７ｆが施された２種類の圧電板
（図１１，図１２）を交互に１００層程度積層して本第
２実施例の圧電板積層部１８（図８参照）が構成され
る。

【００４７】また、図８，図９に示すように、超音波振
動子６０の圧電体積層部１８における正面上下部および
背面上下部には、上記第１実施例と同様に上記内部電極
１７ｃ〜１７ｆの一部が露呈しており、８つの露呈部群
を形成している（図示せず）。この８つの露呈部群に
は、それぞれ導電性銀ペーストからなる８つの外部電極
１４が、該内部電極１７ｃ，１７ｄ，１７ｅあるいは１
７ｆと導通するように互いに独立して設けられている。

【００４８】上記外部電極１４からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子６０の正面がわ，背面が
わ共に、対角線上にある外部電極１４同士はリード線に
より短絡されている。また、超音波振動子６０の正面が
わ，背面がわの上部に配設された４つの外部電極１４
は、図８，図９に示すように電気端子Ａ，Ｂ，グランド
（ＧＮＤ）端子として、図示しない圧電板１１の駆動回
路に接続されている。

【００４９】本超音波振動子６０のその他の部分の構成
については上記第１実施例と同様なので、ここでの説明
は省略する。

【００５０】また、本第２実施例の超音波振動子の基本
的な部分の製造方法、動作、さらに、本第２実施例の超
音波振動子を用いた超音波リニアモータの構成と動作に
ついては上記第１実施例と同様なので、ここでの説明は
省略する。

【００５１】この第２実施例の超音波振動子によると、
超音波振動子６０の圧電体積層部１８の部分の体積が大
きいので超音波振動子の出力が大きくなると共に、モー
タ出力の増大がはかれる。

【００５２】次に、本発明の第３実施例の超音波振動子
について説明する。

【００５３】図１３ないし図１７は、本発明の第３実施
例の超音波振動子を示す説明図であり、図１３は、該超
音波振動子の正面図，図１４は、該超音波振動子の上面
図である。

【００５４】この第３実施例の超音波振動子７０は、そ
の基本的な部分は、内部電極処理を施された矩形状のＰ
ＺＴ−ＰＭＮ系の圧電板１１が積層されている圧電体積
層部１８、および矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の絶縁板１
２が図示の如く積層されて構成されている。

【００５５】図１５は、上記超音波振動子７０の基本的
な部分を詳しく示した要部分解斜視図である。また、図
１６は、上記超音波振動子７０における一圧電板１１の
上下面を示した要部斜視図であり、図１７は、図１６に
示す圧電板１１に隣接する圧電板１１の上下面を示した
要部斜視図である。

【００５６】該第３実施例における圧電板１１は、幅３
０ｍｍ、奥行き４ｍｍ、１００μｍの厚さを有する圧電
素子である。該圧電板１１の上面（あるいは下面）に
は、上記第１実施例と同様に厚さ１０μｍ程度の銀−パ
ラジウム合金が塗布された内部電極１７ａが、背面側端
部、左および右側端部、幅方向の中央部にそれぞれ１ｍ
ｍの絶縁部を設け、さらに２つの領域に分割されるよう
に配置されている。

【００５７】一方、圧電板１１における上記内部電極１
７ａの裏面がわには、上記同様厚さ１０μｍ程度の銀−
パラジウム合金が塗布された内部電極１７ｂが、正面側
端部、左および右端部、幅方向の中央部にそれぞれ１ｍ
ｍの絶縁部を設け、さらに２つの領域に分割されるよう
に配置されている。

【００５８】上記内部電極１７ａ，１７ｂは図に示すよ
うに、互いに隣接する圧電板１１の電極塗布位置が上面
と下面とで逆になっている。このような内部電極１７
ａ，１７ｂが施された２種類の圧電板１１（図１６，図
１７）を交互に４０層程度積層したものが図１３に示す
圧電板積層部１８である。

【００５９】この第３実施例の超音波振動子７０では、
矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の上部の絶縁板１２は幅３０
ｍｍ、奥行き４ｍｍ、１ｍｍの厚さを有する素子であ
る。また、下部の絶縁板１２は幅３０ｍｍ、奥行き４ｍ
ｍ、５ｍｍの厚さを有し、その上部に直径φ１ｍｍの穿
孔１５が設けられている。

【００６０】図１３，図１４において、上記超音波振動
子７０の圧電体積層部１８における正面および背面の両
側方部には、上記内部電極１７ａ，１７ｂの一部が露呈
しており、４つの露呈部群を形成している（図示せ
ず）。この４つの露呈部群には、それぞれ導電性銀ペー
ストからなる４つの外部電極１４が、該内部電極１７ａ
あるいは内部電極１７ｂと導通するように互いに独立し
て設けられている。

【００６１】上記外部電極１４からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子７０の正面に配設された
２つの外部電極１４は、図１３，図１４に示すように電
気端子Ａ，Ｂとして、また、超音波振動子７０の背面に
配設された外部電極１４はグランド（ＧＮＤ）端子とし
て、図示しない圧電板１１の駆動回路に接続されてい
る。

【００６２】一方、上記超音波振動子７０底部におい
て、長手方向端部から９ｍｍの位置には幅４ｍｍ、奥行
き４ｍｍ、厚さ１ｍｍの駆動子１６が接着剤により該底
部に接合されている。なお、該駆動子１６は、高分子材
料にアルミナを分散して形成されている。また、上記中
央の絶縁板１２の穿孔１５には、ステンレス材よりなる
ピン１９が貫通して接着されている（図２参照）。

【００６３】このような構成をなす第３実施例の超音波
振動子７０の全体の寸法は、幅３０ｍｍ、高さ１０ｍ
ｍ、奥行き４ｍｍである。

【００６４】本超音波振動子７０の基本的な部分の製造
方法については上記第１実施例と同様なので、ここでの
説明は省略する。また、該超音波振動子７０のその他の
構成動作、さらに該超音波振動子７０を用いた超音波リ
ニアモータの構成と動作については上記第１実施例と同
様なので、ここでの説明は省略する。

【００６５】一般に、積層された超音波振動子は積層方
向の引張力により破壊し易いが、上述した第３実施例の
超音波振動子によると、上記第１，第２実施例の超音波
振動子に対し、積層方向が上下方向なので上下方向の押
圧力に強い超音波振動子が得られる。また、本第３実施
例は、上記第１，第２実施例の超音波振動子に比べて高
さの低い超音波振動子を作成するときに有利となる。

【００６６】なお、本第３実施例の変形例として、上記
第１実施例に対する第２実施例のように、内部電極が施
された圧電板１１が積層されたものを下半分に設けても
よい。

【００６７】次に、本発明の第４実施例の超音波振動子
について説明する。

【００６８】図１８ないし図２３は、本発明の第４実施
例の超音波振動子を示す説明図であり、図１８，図１
９，図２０は、それぞれ該超音波振動子８０の正面図，
上面図，側面図である。

【００６９】この第４実施例の超音波振動子７０は、そ
の基本的な部分は内部電極処理を施された矩形状のＰＺ
Ｔ−ＰＭＮ系の圧電板１１が積層されている圧電体積層
部１８、および矩形状のＰＺＴ−ＰＭＮ系の絶縁板１２
が図に示すように積層されて構成されている。

【００７０】図２１は、上記超音波振動子８０の基本的
な部分を詳しく示した要部分解斜視図である。また、図
２２は、上記超音波振動子８０における一圧電板１１の
前後面を示した要部斜視図であり、図２３は、図２２に
示す圧電板１１に隣接する圧電板１１の前後面を示した
要部斜視図である。

【００７１】本第４実施例における圧電板１１は、幅３
０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ１００μｍを有する圧電素
子であり、その前面（あるいは後面）には、厚さ１０μ
ｍ程度の銀−パラジウム合金が塗布された内部電極１７
ａが、上端部に１ｍｍ、下部に５ｍｍ、また、幅方向の
中央部に１ｍｍの絶縁部がそれぞれ設けられ、さらに、
２つの領域に分割されて配置されている。

【００７２】一方、上記圧電板１１における上記内部電
極１７ａの裏面がわには、内部電極１７ｂが、左および
右端部に１ｍｍ、下部に５ｍｍ、また、幅方向の中央部
に１ｍｍの絶縁部がそれぞれ設けられ、さらに、２つの
領域に分割されて配置されている。

【００７３】上記圧電板１１は、図２２，図２３に示す
ように、互いに隣接する圧電板１１同士の内部電極１７
ａ，１７ｂの塗布位置が逆になっている。このような内
部電極１７ａ，１７ｂが施された２種類の圧電板１１
（図２２，図２３）を交互に４０層程度積層して、本第
４実施例の圧電板積層部１８（図１８参照）が構成され
る。

【００７４】本第４実施例においては、上記超音波振動
子８０の前後面に配設された矩形状の絶縁板１２は、幅
３０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍを有する素子
である。また、超音波振動子８０の圧電体積層部１８に
おける上面両側方部および両側面上部には、上記内部電
極１７ａ，１７ｂの一部が露呈しており、４つの露呈部
群を形成している（図示せず）。この４つの露呈部群に
は、それぞれ導電性銀ペーストからなる４つの外部電極
１４が、該内部電極１７ａあるいは内部電極１７ｂと導
通するように互いに独立して設けられている。

【００７５】上記外部電極１４からはぞれぞれリード線
が延出しており、超音波振動子８０の上面に配設された
２つの外部電極１４は、図１８，図１９に示すように電
気端子Ａ，Ｂとして、また、超音波振動子８０の側面に
配設された外部電極１４はグランド（ＧＮＤ）端子とし
て、図示しない圧電板１１の駆動回路に接続されてい
る。

【００７６】一方、上記超音波振動子８０底部におい
て、長手方向端部から９ｍｍの位置には幅４ｍｍ、奥行
き４ｍｍ、厚さ１ｍｍの駆動子１６が接着剤により該底
部に接合されている。なお、該駆動子１６は、高分子材
料にアルミナを分散して形成されている。また、上記超
音波振動子８０のほぼ中央部には直径φ１ｍｍの穿孔が
穿設されており、該穿孔には、ステンレス材よりなるピ
ン１９が貫通して接着されている（図１９参照）。

【００７７】このように構成された上記超音波振動子８
０の全体の寸法は、幅３０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、奥行き
４ｍとなっている。

【００７８】本第４実施例の超音波振動子８０における
基本的な部分の製造方法については上記第１実施例と同
様なので、ここでの説明は省略する。

【００７９】また、該第４実施例の超音波振動子８０の
その他の構成、動作、さらに本第４実施例の超音波振動
子８０を用いた超音波リニアモータの構成と動作につい
ては上記第１実施例と同様なので、ここでの説明は省略
する。

【００８０】この第４実施例の超音波振動子によると、
上記第１，第２，第３実施例と比較してより奥行きの寸
法の小さい超音波振動子を提供することができる。

【００８１】また、本第４実施例の変形例として、上記
第１実施例に対する第２実施例のように圧電板の下半分
にも内部電極を設けたものを積層してもよい。

【００８２】このように、上述した各実施例によると以
下に示す効果を得ることができる。 （１）弾性体と圧電体を一体的に同時に成形されている
ので、接着剥がれ等がおこらず、信頼性が高い。 （２）上と同じ理由により、振動特性のばらつきが小さ
い。 （３）製作工程が簡単である。

【００８３】以上、本発明の実施例においてはリニア型
の超音波モータについてのみ応用を述べたが、本発明の
超音波振動子を用いて移動体を回転体とすれば回転型の
超音波モータに応用することも可能である。また、上記
各実施例においては電気−機械エネルギー変換素子とし
て圧電素子を用いて説明したが、電歪素子を用いても同
様の効果が得られるのはいうまでもない。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
着工程が少なく制作工程が単純な、振動特性のばらつき
が小さい、接着剥がれが起き難い超音波振動子を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す超音波振動子の正面
図である。

【図２】上記第１実施例を示す超音波振動子の正面図で
ある。

【図３】上記超音波振動子の基本的な部分を詳しく示し
た要部分解斜視図である。

【図４】上記超音波振動子における一圧電板の両側面を
示した要部斜視図である。

【図５】上記図４に示す圧電板に隣接する圧電板の両側
面を示した要部斜視図である。

【図６】上記第１実施例の超音波振動子の、（Ａ）共振
縦振動状態、（Ｂ）共振屈曲振動状態を示す斜視図であ
る。

【図７】上記第１実施例の超音波振動子を適用した超音
波リニアモータを示す正面図である。

【図８】本発明の第２実施例を示す超音波振動子の正面
図である。

【図９】上記第２実施例の超音波振動子の上面図であ
る。

【図１０】上記第２実施例の超音波振動子の基本的な部
分を詳しく示した要部分解斜視図である。

【図１１】上記第２実施例の超音波振動子における一圧
電板の両側面を示した要部斜視図である。

【図１２】上記図１１に示す圧電板に隣接する圧電板の
両側面を示した要部斜視図である。

【図１３】本発明の第３実施例を示す超音波振動子の正
面図である。

【図１４】上記第３実施例を示す超音波振動子の上面図
である。

【図１５】上記第３実施例の超音波振動子の基本的な部
分を詳しく示した要部分解斜視図である。

【図１６】上記第３実施例の超音波振動子における一圧
電板の上下面を示した要部斜視図である。

【図１７】上記図１６に示す圧電板に隣接する圧電板の
上下面を示した要部斜視図である。

【図１８】本発明の第４実施例を示す超音波振動子の正
面図である。

【図１９】上記第４実施例を示す超音波振動子の上面図
である。

【図２０】上記第４実施例を示す超音波振動子の側面図
である。

【図２１】上記第４実施例の超音波振動子の基本的な部
分を詳しく示した要部分解斜視図である。

【図２２】上記第４実施例の超音波振動子における一圧
電板の前後面を示した要部斜視図である。

【図２３】上記図２２に示す圧電板に隣接する圧電板の
前後面を示した要部斜視図である。

【図２４】従来の一超音波振動子の構成を示した正面図
である。

【符号の説明】

１０…超音波振動子 １１…圧電板 １２…絶縁板 １４…外部電極 １６…駆動子 １７ａ〜１７ｆ…内部電極 １８…圧電体積層部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気−機械エネルギー変換素子に駆動信号
   を印加することにより、縦振動と屈曲振動とを励起する
   超音波振動子において、 上記電気−機械エネルギー変換素子を交互に積層され
   た、該電気−機械エネルギー変換素子に上記駆動信号を
   印加するための複数の電極と、 この複数の電極の内、上記縦振動によって生じる伸縮歪
   成分の符号と上記屈曲振動によって生じる伸縮歪成分の
   符号とが同一になる少なくとも一つの領域に設けられた
   第１の電極群と、 上記複数の電極の内、上記縦振動によって生じる伸縮歪
   成分の符号と上記屈曲振動によって生じる歪成分とが異
   なる少なくとも一つの領域に設けられた第２の電極群
   と、 上記両電極群の各電極を一層おきに接続する２つの電気
   接続手段と、 を具備したことを特徴とする超音波振動子。