JPH0937577A

JPH0937577A - 超音波振動子

Info

Publication number: JPH0937577A
Application number: JP7184453A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Funakubo; 朋樹舟窪
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、二つの異形モードの共振周波数を
精度よく一致させることができる超音波振動子を提供す
る。【解決手段】本発明の超音波振動子１０は、基本弾性
体１１の方向による弾性定数の異方性を５％以内と小さ
くしているので、基本弾性体１１の寸法さえ一定にして
おけば、基本弾性体１１をロット内、若しくはロット間
の弾性体を用いて形成することにより、この超音波振動
子１０の二つの異形共振モードの共振周波数を精度よく
一致させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに用
い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）ギヤ無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。

【０００４】従来の超音波モータの一例である超音波リ
ニアモータとして、本願出願人による提案である特開平
６−１０５５７１号公報に開示したものがある。

【０００５】以下、同公報に開示した従来の超音波リニ
アモータについて図１３を参照して説明する。

【０００６】図１３において、２００は、従来の超音波
リニアモータの超音波振動子であり、基本弾性体２１１
の上部に、２次の共振屈曲振動の略腹に対応する部分に
二個の積層型圧電素子２１３を配置している。そして、
保持用弾性部材２１２により基本弾性体２１１上に固定
する。図示しないが基本弾性体２１１には３箇所のネジ
のタップが切ってあり、保持用弾性体２１２はビス２１
４により基本弾性体２１１に固定される。このとき、積
層型圧電素子２１３は保持用弾性体２１２により突きき
当てられた状態で保持される。

【０００７】また、積層型圧電素子２１３の保持用弾性
体２１２と接触する部分は、エポキシ系の接着剤で固定
され、保持用弾性体２１２と基本弾性体２１１の接触す
る部分もエポキシ系の接着剤により接合される。但し、
積層型圧電素子２１３は基本弾性体２１１とは接触しな
いようにする。基本弾性体２１１の積層型圧電素子２１
３が配置されている面に対して反対側の面（被駆動体と
接触する側の面）の両端部には摺動部材２１５がエポキ
シ系の接着剤を用いて接合されている。摺動部材２１５
はポリイミドに充填材としてカーボンファイバーとマイ
カを充填材として混入したものである（カーボンファイ
バー：２０重量％，マイカ３０重量％）。

【０００８】次に、超音波振動子２００の動作について
説明する。超音波振動子２００の寸法を適当に設定する
ことで、１次の共振縦振動及び２次の共振屈曲振動が略
同一周波数で励起出来る。

【０００９】図１３に示す左側の積層型圧電素子２１３
から取り出されている電気端子をＡ，Ｇ（Ａ相と呼ぶ）
とし、右側の積層型圧電素子２１３から取り出されてい
る電気端子をＢ，Ｇ（Ｂ相と呼ぶ）とする。

【００１０】まず、Ａ相及びＢ相に３０Ｖの直流電圧を
印加する。これにより、積層型圧電素子２１３に圧縮力
（予圧）をかけることが出来る。そこで、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、同振幅で同位相の交番電圧を印加すると、図
１４に示すような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
を印加すると図１５に示すような二次の共振屈曲振動が
励起できる。

【００１１】更に、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度にすると摺動部材２１５の位置に於て、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。超
音波楕円振動が励起されている摺動部材２１５の位置に
図示しない被駆動体を押圧すると、被駆動体は右方向、
又は左方向に駆動される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波波振動子２００の場合には以下のような
問題がある。

【００１３】即ち、超音波波振動子２００は、図１４、
図１５に示すように、縦１次振動と屈曲２次振動を同一
周波数で励起して超音波楕円振動を形成するものである
から、縦１次振動の共振周波数と屈曲２次振動の共振周
波数を一致させる必要がある。このためには、実際には
基本弾性体２１１の寸法（長さと高さ）を調整して、該
両共振周波数を一致させるものである。

【００１４】しかし、基本弾性体２１１の寸法を一定に
したとしても、基本弾性体２１１の母材である黄銅材料
のロット内の黄銅材料で基本弾性体を加工し、超音波振
動子２００を試作した場合、上述した両共振周波数が一
致しないという場合が多々あり、また、基本弾性体２１
１の母材である黄銅材料のロット間の黄銅材料で基本弾
性体２１１を加工し超音波振動子２００を構成した場
合、上述した両共振周波数が一致しないという場合が多
々ある。

【００１５】そこで、本発明は、二つの異形モードの共
振周波数を精度よく一致させることができる超音波振動
子を提供することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る超音波振動子は、弾性体と該弾性体に接合された電気
機械変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成
して超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、
前記弾性体が、方向による弾性定数の異方性が僅少な材
料からなることを特徴とするものである。

【００１７】請求項２記載の発明に係る超音波振動子
は、弾性体と該弾性体に接合された電気機械変換素子と
からなり、二つの異形共振モードを合成して超音波楕円
振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が、
方向による弾性定数の異方性が５％以内である材料から
なることを特徴とするものである。

【００１８】請求項３記載の発明に係る超音波振動子
は、弾性体と該弾性体に接合された電気機械変換素子と
からなり、二つの異形共振モードを合成して超音波楕円
振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が、
方向による縦音速及び横音速の異方性が５％以内である
材料からなることを特徴とするものである。

【００１９】請求項４記載の発明に係る超音波振動子
は、弾性体と該弾性体に接合された電気機械変換素子と
からなり、二つの異形共振モードを合成して超音波楕円
振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が焼
鈍処理された金属材料であることを特徴とするものであ
る。

【００２０】請求項１記載の超音波振動子によれば、弾
性体材料の弾性定数の異方性が僅少であるので、該弾性
体の寸法さえ一定にしておけば、弾性体母材のロット
内、若しくはロット間の弾性体を用いて超音波振動子を
構成した場合、この超音波振動子の二つの異形共振モー
ドの共振周波数を精度よく一致させることができる。

【００２１】請求項２記載の超音波振動子によれば、弾
性体材料の方向による弾性定数の異方性が小さいので、
該弾性体の寸法さえ一定にしておけば、弾性体母材のロ
ット内、若しくはロット間の弾性体を用いて超音波振動
子を構成した場合、この超音波振動子の二つの異形共振
モードの共振周波数を精度よく一致させることができ
る。

【００２２】請求項３記載の超音波振動子によれば、弾
性体材料の方向による縦音速及び横音速の異方性が小さ
いので、縦振動とねじれ振動の共振周波数を弾性体母材
のロット内、若しくはロット間の弾性体を用いて超音波
振動子を構成した場合、この超音波振動子の二つの異形
共振モードの共振周波数を精度よく一致させることがで
きる。

【００２３】請求項４記載の超音波振動子によれば、前
記弾性体を焼鈍処理された金属材料により形成したの
で、超音波振動子の二つの異形共振モードの共振周波数
を精度よく一致させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００２５】［発明の実施の形態１］（構成）図１に発明の実施の形態１の超音波振動子１０
を示す。この超音波振動子１０を図１に基づき説明す
る。

【００２６】超音波振動子１０は、黄銅材なる金属材料
により凸の字型に形成された基本弾性体１１を具備して
いる。基本弾性体１１の寸法は、凸部分を除き、幅３０
ｍｍ、奥行４ｍｍ、高さ７．５ｍｍである。凸部分の寸
法は、幅４ｍｍ、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
の位置に圧入によって直径２ｍｍのステンレス材からな
るピン１６が打ち込まれている。

【００２７】電気機械変換素子たる一対の積層型圧電素
子１２は、基本弾性体１１の凸部の両側に配置されてい
る。この積層型圧電素子１２は電極処理された圧電素子
を数十枚から数百枚積層したものであり、本発明の実施
の形態において、はトーキン（株）の積層型圧電素子Ｎ
ＬＡ−２×３×９を用いた。その寸法は、２ｍｍ×３．
１ｍｍ×９ｍｍである。積層型圧電素子１２の両端部以
外の部分は、図１には示さないが、エポキシ系樹脂によ
り被覆されている（被覆厚：約２０μｍ）。

【００２８】図１において、左側の積層型圧電素子１２
から取り出されている電気端子をＡ、ＧＮＤ（Ａ相と呼
ぶ）とし、図１において、右側の積層型圧電素子１２か
ら取り出されている電気端子をＢ、ＧＮＤ（Ｂ相と呼
ぶ）とする。

【００２９】前記基本弾性体１１の積層型圧電素子１２
が配置されている面に対して反対側の面（被駆動体と接
触する側の面）の両端部から各々９ｍｍの位置（共振屈
曲振動の振動振幅が極大値を示す位置）に、矩形状（寸
法：幅３ｍｍ、奥行４ｍｍ、厚み１ｍｍ）の一対の駆動
子（砥石材料：樹脂にアルミナの砥粒を分散させたも
の）１５がエポキシ系の接着剤を用いて接合している。

【００３０】次に、超音波振動子１０の組立方法につい
て説明する。図１に示すように、基本弾性体１１の凸部
の両側に積層型圧電素子１２を配置する。そして、保持
用弾性部材１３（幅４ｍｍ、奥行４ｍｍ、高さ２．５ｍ
ｍ）を基本弾性体１１上に固定する。図示しないが基本
弾性体１１には二箇所にネジのタップが切ってあり、図
１に示すように保持用弾性体１３は２本のビス１４によ
り基本弾性体１１に固定する。

【００３１】このとき、積層型圧電素子１２は基本弾性
体１１の凸部と保持用弾性体１３間で圧縮力（約５Ｋｇ
ｆ）をかけた状態で保持固定される。また、積層型圧電
素子１２は基本弾性体１１の凸部及び保持用弾性体１３
とエポキシ系の接着剤で固定される。基本弾性体１１と
接する積層型圧電素子１２の側面部分と基本弾性体１１
とはやはりエポキシ系樹脂を用いて接着される。更に、
保持用弾性体１３と基本弾性体１１の接触する部分もエ
ポキシ系の接着剤により接合される。

【００３２】（作用）次に超音波振動子１０の動作につ
いて説明する。上記に示した寸法形状によれば、二つの
異形共振モード、即ち、最大長さ方向の１次の共振縦振
動、及び最大面積を有する面内の２次の共振屈曲振動が
略同一周波数Ｆｒ（５３ｋＨｚ〜５６ｋＨｚ）で励起で
きた。このときの超音波振動子１０の振動状態を図２、
図３に示す。図２は１次の共振縦振動の場合を示し、図
３は２次の共振屈曲振動の場合を示す。図２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、実際にもこのように振動していることが確認され
た。そして、Ａ相とＢ相に周波数Ｆｒ、振幅１０Ｖｐ−
ｐ、位相差±９０°の交番電圧を印加することにより駆
動子１５の位置で右廻り又は左廻りの超音波楕円振動が
励起できた。なお、印加電圧として交番電圧にＤＣバイ
アスを同時に印加することもできる。

【００３３】（超音波リニアモータの構成）次に、図４
を参照して、前記超音波振動子１０を用いた超音波リニ
アモータについて説明する。

【００３４】図４に示すように超音波振動子１０は、そ
のピン１６の部分で二つの保持板２１により両面から保
持されている。保持板２１にはピン１６の直径とほぼ同
径の孔が開けられていて、その孔と超音波振動子１０の
ピン１６が係合するようになっている。このように超音
波振動子１０を保持することで、超音波振動子１０はピ
ン１６の回りの回転方向に対してのみ自由度を持つ。

【００３５】前記保持板２１は、ビス２３により保持板
固定部材２２に固定される。保持板固定部材２２には、
リニアブッシュ２４が保持されている。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。軸２５は
軸固定部材２６に固定され、軸固定部材２６はベース２
７にビス３６により固定されている。軸固定部材２６の
略中央部にはタップが切られていて、押圧ビス２８がね
じ込まれる。押圧ビス２８と保持板固定部材２２の間に
はバネ２９が挿入されている。

【００３６】また、前記超音波振動子１０の下側におい
て、ベース２７には、クロスローラーガイドを構成する
固定部３０、移動部３２が配置されている。この固定部
３０はベース２７に対しビス３１により固定されてい
る。また、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、さらに、この摺動部材保持部
３３にはジルコニアセラミックスからなる被駆動部材で
ある摺動部材３４が接着されている。

【００３７】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可能となっている。

【００３８】（超音波リニアモータの動作）次に本発明
の実施の形態の超音波リニアモータの動作について説明
する。先に示したように超音波振動子１０のＡ相とＢ相
に周波数Ｆｒ（５３ｋＨｚ〜５６ｋＨｚの間の周波
数）、振幅１０Ｖｐ−ｐ、位相差＋９０度又は−９０度
の交番電圧を印加する。すると、摺動部材３４は図４に
おいて右方向又は左方向に駆動される。この時、超音波
リニアモータの起動推力として５Ｎ、無負荷速度として
３００ｍｍ／ｓｅｃが得られた。

【００３９】さて、発明者等は、黄銅材料の弾性特性に
着目し、黄銅材料に焼鈍処理を行ったものと焼鈍処理を
行っていないもの２種について、実際に超音波振動子１
０をロット内でそれぞれ数個づつ、ロット間でそれぞれ
数個づつ作成し、縦振動及び屈曲振動の共振周波数の測
定を行った。

【００４０】また、弾性定数の指標となる縦音速、横音
速の方向による差について、焼鈍処理を行ったもの及び
焼鈍処理を行っていないものについて測定した。ここ
で、焼鈍処理を行ったものをＡ材と称し、焼鈍処理を行
っていないものをＢ材と称することにする。また、黄銅
母材の引き抜き方向をＸ方向とし、Ｘ方向に対し直交す
る方向をＹ方向、Ｚ方向とする。また、Ｙ方向、Ｚ方向
は互いに直交する方向とする。

【００４１】この結果、Ａ材については縦音速、横音速
ともにロット内及びロット間で、異方性、即ち、方向
（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）による差が５％以内であっ
た。このとき、Ａ材を用いて試作した超音波振動子１０
の縦共振振動、屈曲共振振動からなる両振動の共振周波
数の差は５％以内であった。このような超音波振動子１
０を用いて構成した超音波リニアモータは、推力、速度
とも所定の特性が得られた。

【００４２】一方、Ｂ材については、縦音速、横音速と
もに、ロット内及びロット間で、異方性が最大１０％程
度であった。このとき、Ｂ材を用いて試作した超音波振
動子１０の縦共振振動と屈曲共振振動は、その共振周波
数の差が最大１０％程度であった。縦共振周波数と屈曲
共振周波数の差が５％を越える超音波振動子１０を用い
て構成した超音波リニアモータは、推力、速度とも上述
したＡ材を用いて試作した場合に比べ低下してしまっ
た。

【００４３】（効果）本発明の実施の形態によれば、方
向による弾性定数の異方性が５％以内と少ない材料を用
いて超音波振動子１０を構成したので、縦振動と屈曲振
動の共振周波数を弾性体母材のロット内、ロット間にお
いて精度良く一致させることができる。

【００４４】［発明の実施の形態２］次に、本発明の実
施の形態２を図５乃至図９を参照して説明する。

【００４５】（超音波振動子の構成）図５に発明の実施
の形態２の超音波振動子１１０の正面図を示し、図６に
前記超音波振動子１１０の裏面図を示し、図７、図８に
前記超音波振動子１１０の右側面図、左側面図を示す。
また図９に発明の実施の形態２の超音波振動子１１０の
上面図を示す。

【００４６】図５は図９に示す超音波振動子１１０をα
方向から見た図であり、図６は図９に示す超音波振動子
１１０をβ方向から見た図であり、図７は図９に示す超
音波振動子１１０をγ方向から見た図であり、図８は図
９に示す超音波振動子１１０をδ方向から見た図であ
る。

【００４７】超音波振動子１１０を構成する金属材料で
ある黄銅材からなる角柱形状の基本弾性体１１１は、９
ｍｍ×９ｍｍ×４０ｍｍの寸法に形成され、その下端か
ら１６ｍｍの位置に深さ２ｍｍの溝１１２が全周に渡り
設けられている。また、基本弾性体１１１の正面と裏面
に、電気機械変換素子たる積層型圧電素子１１３が１５
°の傾斜角度を持って挟持されている。それぞれの積層
型圧電素子１１３から出されている電気端子をそれぞ
れ、Ａ，ＧＮＤ及びＢ，ＧＮＤとする。

【００４８】前記積層型圧電素子１１３は、保持用弾性
体１１４により圧縮応力を付与された状態で保持固定さ
れる。この積層型圧電素子１１３は、正面と裏面では正
対して見て逆方向に傾けて取り付けられる。前記積層型
圧電素子１１３は、寸法が２ｍｍ×３．１ｍｍ×９ｍｍ
に形成されている。基本弾性体１１１の先端部には円環
状のフェノール樹脂にアルミナセラミックの砥粒を分散
させた砥石からなる摺動用駆動子１１５が接合されてい
る。前記保持用弾性体１１４の中央部には貫通穴１１６
が設けられ、貫通穴１１６の一部にはタップが切られて
いる。

【００４９】前記超音波振動子１１０の作成方法を、図
１０を参照して以下に説明する。前記積層型圧電素子１
１３は、基本弾性体１１１の凹部１１８に挿入される。
保持用弾性体１１４は、基本弾性体１１１上の保持用弾
性体１１４をガイドするための突起部１１７に沿って挿
入され、積層型圧電素子１１３に付き当てられた後、圧
縮応力１００Ｎの力を付与された状態で、ビス及び当接
面全てにエポキシ系接着剤を用いて接着固定される。

【００５０】また、図１０に示すように、基本弾性体１
１１の中央部には貫通穴１１９が設けられている。そし
て、そのほぼ中央部（正確には縦振動の節位置）にはタ
ップ１２０が切られている。

【００５１】（超音波振動子の動作）次に上述した超音
波振動子１１０の動作について説明する。超音波振動子
１１０はその寸法が、１次の共振縦振動（図５に示す上
下方向の振動）及び１次の（溝１２より下方の捻れまで
考慮すると２次の）共振捻れ振動（縦振動の振動方向を
捻れの軸とする振動）が略同一周波数Ｆｒ（３８ｋＨ
ｚ）で励起できるようなものとなっている。そして、こ
の周波数近傍には屈曲共振振動の固有振動が生じないよ
うな形状に設計されている。

【００５２】まず、前記Ａ端子に周波数Ｆｒで振幅２０
Ｖｐ−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、共振縦振動が励
起できた。共振縦振動の節部は、基本弾性体１１１の中
心軸上のほぼ中央位置に存在する。次に、Ａ端子に周波
数Ｆｒで振幅２０Ｖｐ−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
共振捻れ振動が励起できた。共振ねじれ振動では基本弾
性体１１１の中心軸全ての位置が節部である。

【００５３】次に、Ａ端子に周波数Ｆｒで振幅２０Ｖｐ
−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、摺動用駆動子１１５
の位置において楕円振動が励起できた。尚、印加電圧と
してＤＣバイアス電圧を同時に印加するようにしても良
い。

【００５４】（超音波モータの構成と動作）次に、図１
１、図１２を参照して、前記超音波振動子１１０を用い
た超音波モータ１５０について説明する。図１１は超音
波モータ１５０の側面図である。図１２は超音波モータ
１５０の分解図である。

【００５５】前記超音波振動子１１０の貫通穴１１９に
は軸１５１が挿入される。軸１５１は図１２に示すよう
に中央部及び両端部にネジ部１５８が設けられており、
中央部のネジ部１１５は超音波振動子１１０のタップ部
と接着固定される。超音波振動子１１０の上端部にはロ
ータ１５３がスラストベアリング１５４及びバネ保持体
１５５を介してバネ１５６により押圧固定されている。
バネ１５６の押圧力はナット１５７により調節される。
円環状のロータ１５３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１５３ａが接着されてい
る。超音波モータ１５０を固定する場合には、その下部
に突き出た軸１５１を図示しない基台にねじ込み固定す
る。

【００５６】次に、超音波モータ１５０の作用を説明す
る。先に述べたように超音波振動子１１０のＡ端子とＢ
端子に周波数３８ｋＨｚ、振幅２０Ｖｐ−ｐ、位相差＋
９０度又は−９０度の交番電圧を印加する。すると、ロ
ータ１５３が時計回り又は反時計回りに回転した。

【００５７】また、発明の実施の形態１の場合と同様
に、発明者等は、前記黄銅材料の弾性特性に着目し、焼
鈍処理を行ったものと焼鈍処理を行っていないもの２種
について、実際に超音波振動子１１０をロット内でそれ
ぞれ数個づつ、ロット間でそれぞれ数個づつ作成し、縦
振動及びねじれ振動の共振周波数の測定を行った。

【００５８】また、弾性定数の指標となる縦音速、横音
速の方向による差について、焼鈍処理を行ったもの及び
焼鈍処理を行っていないものについて測定した。ここ
で、焼鈍処理を行ったものをＡ材、焼鈍処理を行ってい
ないものをＢ材と称することにする。さらに、黄銅母材
の引き抜き方向をＸ方向とし、Ｘ方向に対し直交する方
向をＹ方向、Ｚ方向とする。また、Ｙ方向、Ｚ方向は互
いに直交する方向とする。

【００５９】この結果、Ａ材については縦音速、横音速
ともに、ロット内及びロット間で、異方性の差、即ち、
方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）による差が５％以内で
あった。このとき、Ａ材を用いて試作した超音波振動子
１１０の縦共振振動とねじれ共振振動は、両振動の共振
周波数の差は５％以内であった。この超音波振動子１１
０を用いて構成した超音波回転モータ１５０はトルク、
回転数とも所定の特性が得られた。

【００６０】一方、Ｂ材については、縦音速、横音速と
もに、ロット内及びロット間で、異方性が最大１０％程
度であった。このとき、Ｂ材を用いて試作した超音波振
動子の縦共振振動とねじれ共振振動は、その共振周波数
の差は最大１０％程度であった。縦共振周波数とねじれ
共振周波数の差が５％を越える場合は、その超音波振動
子１１０を用いて構成した超音波回転モータは、トルク
回転数とも低下してしまった。

【００６１】（効果）本発明の実施の形態によれば、弾
性的に異方性の少ない材料を用いて超音波振動子を形成
したので、縦振動とねじれ振動の共振周波数を、弾性体
母材のロット内、ロット間において、５％以内で一致さ
せることができた。

【００６２】尚、本発明の実施の形態では、基本弾性体
として角柱状のものとしたが、円柱状のものを一部カッ
トして積層型圧電素子を固定するようにしても良い。ま
た、本発明の実施の形態では、積層型圧電素子を２個用
いた例を示したが、４個の積層型圧電素子を４側面にそ
れぞれ配置した構成とすることもできる。

【００６３】以上詳述したように、本発明の実施の形態
の超音波振動子１０、１００によれば、縦振動とねじれ
振動の共振周波数、若しくは縦振動とねじれ振動の共振
周波数を、弾性体母材のロット内、ロット間で５％以内
で一致させることができ、これにより、所望の特性を有
する超音波リニアモータや超音波回転モータを実現でき
る。

【００６４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、縦振動の
共振周波数とねじれ振動の共振周波数からなる二つの異
形モードの共振周波数を精度良く一致させることができ
る超音波振動子を提供することができる。

【００６５】請求項２記載の発明によれば、弾性体の方
向による弾性定数の異方性が小さいので、縦振動の共振
周波数とねじれ振動の共振周波数からなる二つの異形モ
ードの共振周波数を精度良く一致させることができる超
音波振動子を提供することができる。

【００６６】請求項３記載の発明によれば、弾性体の縦
音速、横音速の方向による差が小さいので、請求項１記
載の発明と同様、縦振動の共振周波数とねじれ振動の共
振周波数からなる二つの異形モードの共振周波数を精度
良く一致させることができる超音波振動子を提供するこ
とができる。

【００６７】請求項４記載の発明によれば、弾性体を焼
鈍処理された金属材料を用いて構成したので、請求項１
記載の発明と同様、縦振動の共振周波数とねじれ振動の
共振周波数からなる二つの異形モードの共振周波数を精
度良く一致させることができる超音波振動子を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波振動子の発明の実施の形態１の
構成を示す斜視図である。

【図２】発明の実施の形態１の超音波振動子における一
次の共振振動を示す説明図である。

【図３】発明の実施の形態１の超音波振動子における二
次の共振振動を示す説明図である。

【図４】発明の実施の形態１の前記超音波振動子を用い
た超音波リニアモータの正面図である。

【図５】本発明の実施の形態２の超音波振動子を示す正
面図である。

【図６】本発明の実施の形態２の超音波振動子を示す裏
面図である。

【図７】本発明の実施の形態２の超音波振動子を示す右
側面図である。

【図８】本発明の実施の形態２の超音波振動子を示す左
側面図である。

【図９】本発明の実施の形態２の超音波振動子を示す平
面図である。

【図１０】本発明の実施の形態２の超音波振動子の組み
立て状態を示す分解図である。

【図１１】本発明の実施の形態２の超音波振動子を用い
た超音波モータの正面図である。

【図１２】本発明の実施の形態２の超音波振動子を用い
た超音波モータの組み立て状態を示す分解図である。

【図１３】従来の超音波リニアモータの超音波振動子の
斜視図である。

【図１４】従来の超音波リニアモータの超音波振動子に
おける一次の共振振動を示す説明図である。

【図１５】従来の超音波リニアモータの超音波振動子に
おける一次の共振振動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保持用弾性部材１４ビス１５駆動子１６ピン２１保持板２２保持板固定部材２３ビス２４リニアブッシュ２５軸２６軸固定部材２７ベース２８押圧ビス２９バネ３０固定部３４摺動部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が、方向による弾性定数の異方性が僅少な材
料からなることを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が、方向による弾性定数の異方性が５％以内
である材料からなることを特徴とする超音波振動子。
【請求項３】弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が、方向による縦音速及び横音速の異方性が
５％以内である材料からなることを特徴とする超音波振
動子。
【請求項４】弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が焼鈍処理された金属材料であることを特徴
とする超音波振動子。