(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁形状をなすベース部と梁形状を成し上記ベース部の梁形状の一端部から一体的に延びて先端を自由端になすように突出する片持ち梁部とを有し上記ベース部と上記片持ち梁部とでL字状に形成されて屈曲振動可能な弾性体から成る駆動体と、
少なくとも上記片持ち梁部に固着され、交番電圧が印加され、上記ベース部に上記梁部の共振屈曲振動と同期した屈曲振動を発生させて上記片持ち梁部を屈曲振動させる電気−機械エネルギー変換素子と、
上記屈曲振動により発生する上記片持ち梁部自身の屈曲変位方向と垂直な上記片持ち梁部の屈曲面に圧接され、回転される回転体と、
を具備していることを特徴とする超音波振動子。
【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、圧電素子又は電歪素子を用いた超音波振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電素子又は電歪素子を用いた超音波振動子は種々提案されており、たとえば、特開平２−２２３３８８号公報には、固定部材と屈曲振動体の間に圧電素子を圧着材によって加圧固定し、さらに、該屈曲振動体に突起を設け、上記圧電素子に高周波電源を印加して上記突起を左方向に振動させ、これに移動体を圧接して移動させる技術手段が開示されている。
【０００３】
また、特開平１−１０７６６９号公報には、共振周波数の異なる２本の駆動足を設け、さらに該足に振動を与える圧電素子を設け、この２本の足の端部に移動子を接触させて圧電素子に所定の周波数を印加し、移動子を移動させる技術手段が開示されている。
【０００４】
一方、実開昭６４−５０６９５号において、圧電素子が固定された弾性体からなる基部を具備し、該基部の裏面に垂直方向に足を設けた移動子を形成して該圧電素子に所定の周波数を印加して移動子を移動させる技術手段が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平２−２２３３８８号公報に示された技術手段では、突起先端の振幅は、たとえ屈曲振動体の共振周波数に合わせて交流電圧を印加しても該突起部の下方には積層体があり、上記屈曲振動体の自由振動が阻害されるため大きな振幅が得られず移動速度が遅いという問題点がある。
【０００６】
また、上記特開平１−１０７６６９号および実開昭６４−５０６９５号において提案技術手段では、弾性体が構成されている足部の先端でしか駆動できず設計の自由度がないという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、設計の自由度が大きい超音波振動子を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、
【請求項１】梁形状をなすベース部と梁形状を成し上記ベース部の梁形状の一端部から一体的に延びて先端を自由端になすように突出する片持ち梁部とを有し上記ベース部と上記片持ち梁部とでL字状に形成されて屈曲振動可能な弾性体から成る駆動体と、
少なくとも上記片持ち梁部に固着され、交番電圧が印加され、上記ベース部に上記梁部の共振屈曲振動と同期した屈曲振動を発生させて上記片持ち梁部を屈曲振動させる電気−機械エネルギー変換素子と、
上記屈曲振動により発生する上記片持ち梁部自身の屈曲変位方向と垂直な上記片持ち梁部の屈曲面に圧接され、回転される回転体と、
を具備していることを特徴とする。
【０００９】
【作  用】
本発明による超音波振動子は、上記電気ー機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加し、上記ベース部に上記梁部の共振屈曲振動と同期した屈曲振動を発生させて該梁部を屈曲振動させ、上記梁部の屈曲平面に圧接された回転体を回転させる。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施例を示す超音波振動子の（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【００１２】
図に示すように、この第１実施例は、棒状の弾性体からなるベース部２と該ベース部２と一体的に形成されており、該ベース部２の両端より直角に延出する梁部１，３とからなり、コの字型形状を呈する弾性体４と、上記梁部１、３を屈曲振動させる積層圧電素子からなる振動体６とで構成される駆動体５を具備している。
【００１３】
上記振動体６は、上記梁部１と梁部３との間にエポキシ樹脂等の接着材で挟着された積層圧電素子で構成されている。また、上記振動体６には高周波駆動するための高周波電源８が接続されている。
【００１４】
一方、上記弾性体４の梁部１上面には、移動体として回転体７が配設されている。この回転体７は上記弾性体４の梁部１の上面に該回転体７の回転中心７ａを軸として圧着機構（図示せず）によって圧着力を与えるようになっている。
【００１５】
図２は、このように構成された上記第１実施例の超音波振動子において、上記高周波電源８により振動体６が駆動された際の、上記梁部１付近の振動状態を示した側面図である。
【００１６】
図２に示すように、上記振動体６が振動すると上記梁部１は該振動体６の振動方向に屈曲振動を起こす。なお、本出願人による実験では、このとき、上記梁部１の屈曲振動力によってベース部２に振動体６の振動方向とは垂直方向に屈曲振動が起こることが確認されている。
【００１７】
上記振動体６が振動した際に、梁部１の先端の振動軌跡を見ると、図３に矢印で示すように右上方に縦長の楕円軌跡となっている。この振動状態で梁部１に回転体７を圧接させると、該回転体７は図１（ａ）に示すＬ方向に回転することになる。
【００１８】
本実施例では、上記振動体６として積層圧電素子を使用しており、該振動体６を共振させなくても大きな縦振幅が得られるため、上記梁部１の共振条件で振動体６を駆動させている。
【００１９】
すなわち、梁部１の屈曲振動共振周波数をｆとし、図４に示す、該梁部１のベース部２取付け端から自由端までの長さをｌ、梁部１の横弾性率をＧ、梁部１の断面２次モーメントをＩ、梁部１の密度をρ、梁部１の断面積をＡとすると上記共振周波数ｆの値は、
0003556249.tif 000002
となる。
【００２０】
たとえば、梁部１を幅Ｂ、厚さｈの長方形断面とすれば、
0003556249.tif 000003
となり、この周波数で振動体６を駆動すればよい。
【００２１】
本実施例では超音波振動子における振動体６として多層積層圧電素子を用いているが、数枚の圧電素子を梁部１と梁部３の間に挟着させ、該圧電素子を共振させてもよい。この場合には、数枚からなる圧電素子と梁部１の共振周波数を略一致させればよい。
【００２２】
なお、本実施例では、弾性体４の梁部１に圧接する移動体として回転体７を採用したが、これに限ることなく該回転体７の代わりに棒状等の移動体を圧接し、該棒状移動体を移動させてもよい。
【００２３】
また、ベース部２および梁部１，３の材質は機構的Ｑｍの高い弾性材料、すなわち、ステンレス，黄銅，リン青銅，アルミニウム，セラミクスガラスあるいはこれらの複合材料等が適している。さらに、上記移動体の駆動体５との摩擦接触面は耐摩性のすぐれた材料を採用している。
【００２４】
図５は、本発明の第２実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。なお、ここでは移動体等を除いた弾性体１４のみを示している。
【００２５】
本第２実施例は、上記第１実施例における梁部３を振動体６の挟着用にのみ使用した例であり、梁部１より梁部３の長さが短かくなっている（図中、符号１３）。
【００２６】
このように構成された本第２実施例においても、上記第１実施例と同様に振動体６に梁部１の屈曲共振周波数である高周波電圧を印加して該梁部１を共振させ、同梁部１に回転体７（図１参照）を圧着して該回転体７を回転させる。また、梁部１３を固定物等に固定しても回転体が回転する。
【００２７】
図６は、本発明の第３実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【００２８】
本第３実施例は、弾性体の形状としては上記第１実施例と同様に、コの字型形状を呈しているが、本実施例における振動体２６は板状圧電素子を梁部１の屈曲振動の振動方向の下面に固着して、この板状圧電素子に梁部１の屈曲共振周波数である高周波電圧を印加することによって該梁部１に共振振動を発生させ、この梁部１の板状圧電素子固着面と反対の面に回転体７（図１参照）を圧接して該回転体７を回転させる。
【００２９】
なお、本第３実施例では振動体２６を梁部１の下面に固着したが、該振動体２６を梁部１の上面、あるいは梁部３に固着してもかまわない。
【００３０】
図７は、本発明の第４実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【００３１】
本第４実施例は、上記第３実施例における梁部３を取り除いたＬ字型の形状を呈している。
【００３２】
この第４実施例においても、上記第３実施例と同様に、上記振動体２６に梁部１の屈曲共振周波数である高周波電圧を印加して該梁部１を共振振動させ、この梁部１に回転体７（図１参照）を圧接して該回転体７を回転させる。
【００３３】
図８は、本発明の第５実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【００３４】
本第５実施例は、弾性体４４の形状として、梁部４１と梁部４３とベース部４２とからなるＨ型形状を呈しており、積層圧電素子である振動体６が上記梁部４１と梁部４３とに挟着されている。
【００３５】
本実施例の場合にも、振動体６に梁部４１の屈曲共振周波数である高周波電圧を印加することで該梁部４１に共振振動を発生させ、この梁部４１の屈曲振動の振動方向の面に回転体７（図１参照）を圧接して該回転体７を回転させる。
【００３６】
また、上記積層圧電素子に梁部４３の屈曲共振周波数である高周波電圧を印加すれば、該梁部４３においても上記同様、回転体７（図１参照）を回転させることが可能であり、さらに、上記梁部４１と梁部４３との屈曲共振周波数が同じであれば、該梁部４１と梁部４３とにおいて同時に回転体７を回転させることが可能である。
【００３７】
なお、本実施例では超音波振動子の振動体である積層圧電素子を、図中、ベース部４２の右側に挟着しているが、該ベース部４２の左側であっても同様な効果が得られることは云うまでもない。
【００３８】
図９は、本発明の第６実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【００３９】
本第６実施例では、上記第５実施例における積層圧電素子よりなる振動体６の代わりに板状圧電素子からなる振動体５６を梁部４１に固着したものである。
【００４０】
この第６実施例においても、上記振動体５６に梁部４１の屈曲共振波数である高周波電圧を印加して該梁部４１に共振振動を発生させ、この梁部４１に回転体７（図１参照）を圧接して該回転体７を回転させる。
【００４１】
図１０は、本発明の第７実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【００４２】
本第７実施例は、弾性体６４の形状が梁部６１とベース部６２とからなるＬ字型形状をなしている。また、積層圧電素子からなる振動体６６の両端が上記梁部６１とベース部６２とに設けられた溝に固着され構成されている。
【００４３】
本実施例においても上記振動体６６に梁部６１の屈曲共振周波数である高周波電圧を印加することによって該梁部６１に共振振動を発生させ、この梁部６１に回転体７（図１参照）を圧接して該回転体７を回転させる。
【００４４】
なお、本実施例では梁部６１とベース部６２とは直角をなしているが、これに限ることなく、該角度は鋭角でも鈍角でもかまわない。
【００４５】
図１１は、本発明の第８実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【００４６】
本第８実施例は、弾性体７４の形状が梁部７１とベース部７２とからなるＴ字型形状をなしている。また、積層圧電素子からなる振動体７６の両端が上記梁部７１とベース部７２に設けられた溝に固着され構成されている。
【００４７】
本実施例においても、振動体７６に梁部７１の屈曲共振周波数である高周波電圧を印加することによって該梁部７１に共振振動を発生させ、この梁部７１に回転体７（図１参照）を圧接して該回転体７を回転させる。
【００４８】
なお、本実施例は振動体７６に積層圧電素子を使用しているが、梁部７１に板状圧電素子を固着させてももちろんよい。
【００４９】
このように、上記各実施例によると、梁部を屈曲振動と該梁部の屈曲振動力によるベース部の屈曲振動が合成されることにより、梁部の先端および上下面に長楕円が発生するので、この梁部先端と上下面の何れの箇所に移動体を圧接しても該移動体を動かすことが可能である。したがって、非常に広い範囲の駆動箇所を有する超音波振動子を提供することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、設計の自由度が大き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（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【図２】上記第１実施例の超音波振動子において、高周波電源により振動体が駆動された際の、梁部付近の振動状態を示した側面図である。
【図３】上記第１実施例の超音波振動子における振動体が振動した際の、梁部先端の振動軌跡を示した線図である。
【図４】上記第１実施例の超音波振動子における梁部の屈曲振動共振周波数を説明する該実施例の要部側面図である。
【図５】本発明の第２実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【図６】本発明の第３実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【図７】本発明の第４実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【図８】本発明の第５実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【図９】本発明の第６実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【図１０】本発明の第７実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【図１１】本発明の第８実施例の超音波振動子の要部を示す側面図である。
【符号の説明】
１，３…梁部
２…ベース部
４…弾性体
５…駆動体
６…振動体
７…回転体
８…高周波電源
【図１】
0003556249.tif 000004
【図２】
0003556249.tif 000005
【図３】
0003556249.tif 000006
【図４】
0003556249.tif 000007
【図５】
0003556249.tif 000008
【図６】
0003556249.tif 000009
【図７】
0003556249.tif 000010
【図８】
0003556249.tif 000011
【図９】
0003556249.tif 000012
【図１０】
0003556249.tif 000013
【図１１】
0003556249.tif 000014