JP2001179179A - Ultrasonic vibrator transducer and composite vibration generating ultrasonic vibrator transducer - Google Patents

Ultrasonic vibrator transducer and composite vibration generating ultrasonic vibrator transducer

Info

Publication number
JP2001179179A
JP2001179179A JP36942399A JP36942399A JP2001179179A JP 2001179179 A JP2001179179 A JP 2001179179A JP 36942399 A JP36942399 A JP 36942399A JP 36942399 A JP36942399 A JP 36942399A JP 2001179179 A JP2001179179 A JP 2001179179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
sub
vibration mode
frequency
piezoelectric element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP36942399A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3730467B2 (en
Inventor
Seishi Hamada
晴司 浜田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taga Electric Co Ltd
Original Assignee
Taga Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taga Electric Co Ltd filed Critical Taga Electric Co Ltd
Priority to JP36942399A priority Critical patent/JP3730467B2/en
Publication of JP2001179179A publication Critical patent/JP2001179179A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3730467B2 publication Critical patent/JP3730467B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic vibrator transducer which can continuously, stably and completely match respective resonance frequencies even when a plurality of different resonance elements exist in one vibrator. SOLUTION: The ultrasonic vibrator transducer 6 is provided with a frequency variable means 13 for forcibly changing the resonance frequency of the vibrator transducer 6 by impressing the voltage offset in the phase angle at the same frequency as the frequency of the voltage to be impressed to a main piezoelectric elements 1 to at least a pair of remaining sub-piezoelectric elements 2 when the vibrator transducer is vibrated by impressing the driving voltage to >=1 pair of the main piezoelectric elements 1, by which the resonance frequencies of the vibrator transducers 6 are forcibly offset to the arbitrary frequencies and the stable vibration by automatic tracking is made possible. Consequently, if this vibrator transducer is applied to the case the plural vibrator transducers are driven at the same frequency as with, for example, an ultrasonic power synthesizer, the efficient and stable operation is realized by easily matching the frequencies.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種加工を行うた
めに用いられる超音波振動子ないしは複合振動発生超音
波振動子に関する。
The present invention relates to an ultrasonic vibrator or a composite vibration generating ultrasonic vibrator used for performing various kinds of processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、比較的大きなパワーが必要とされ
ている超音波加工分野では、超音波振動子として容易に
高出カが得られるランジュバン型振動子が多く使用され
ている。このランジュバン型振動子の共振周波数はこれ
を構成する部品のヤング率や密度及び寸法などの物理的
特性で略決定されるが、かなり鋭い共振を示す。つま
り、電気的先鋭度いわゆるQ(Quality Factor)が非
常に大きいので共振周波数付近でインピーダンスが大き
く変化し、僅かに駆動周波数がずれただけで振動子のイ
ンピーダンスや振幅が大きく変わる。従って、効率の良
い超音波振動を実現させるには振動子の共振周波数を精
密に自動追尾しなければならない。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of ultrasonic machining requiring relatively large power, Langevin type vibrators which can easily obtain high output are often used as ultrasonic vibrators. The resonance frequency of this Langevin type vibrator is substantially determined by physical characteristics such as Young's modulus, density, and dimensions of components constituting the same, but shows a fairly sharp resonance. That is, since the electrical sharpness, so-called Q (Quality Factor), is very large, the impedance greatly changes near the resonance frequency, and the impedance and amplitude of the vibrator greatly change even if the driving frequency is slightly shifted. Therefore, in order to realize efficient ultrasonic vibration, the resonance frequency of the vibrator must be accurately and automatically tracked.

【0003】もし、僅かでも駆動周波数が共振周波数と
異なると希望の振動振幅が得られなかったり、異常電流
が流れて振動子や発振装置を破壊してしまう危険があ
る。そのために温度変化や負荷変動による共振周波数の
微変動が無視できず、振動子の共振周波数の変化を常に
検出して、その周波数に精密に自動追尾させて駆動する
技術が不可欠である。従って、発振器は振動子の振動状
況をフィードバックしてその振動状況の電気信号の位相
変化に応じて発振周波数を制御するPLL(Phase Lo
cked Loop)方式等が従来より広く使われている。
[0003] If the driving frequency is slightly different from the resonance frequency, there is a risk that a desired vibration amplitude cannot be obtained or an abnormal current flows to destroy the vibrator or the oscillation device. For this reason, a slight change in the resonance frequency due to a temperature change or a load change cannot be ignored, and a technology for always detecting the change in the resonance frequency of the vibrator and automatically and precisely tracking the frequency to drive is indispensable. Therefore, the oscillator feeds back the vibration state of the vibrator and controls the oscillation frequency in accordance with the phase change of the electric signal in the vibration state.
The "cked loop" method is widely used.

【0004】例えば、金属の塑性加工のような分野に超
音波振動を応用する場合、加工部分で数kW以上のパワ
ーを要求されることが多い。このような場合には多数の
振動子の出力パワーを合成して大パワーとして取り出し
て使用する方法がとられる。
For example, when ultrasonic vibration is applied to a field such as plastic working of metal, a power of several kW or more is often required in a working portion. In such a case, a method is used in which the output powers of a large number of transducers are combined, taken out as a large power, and used.

【0005】一例として、図12に超音波パワー合成器
201を示す。十字型の縦横の長さが各々1/2波長
(λ/2)のパワー合成用振動体202の3面に励振用
振動子203を装着し、残りの1面に加工用ホーン20
4を装着した超音波パワー合成器201の場合、3体の
励振用振動子203の合成した超音波パワーが加工用ホ
ーン204から得られる。
As an example, FIG. 12 shows an ultrasonic power synthesizer 201. Exciting vibrators 203 are mounted on three surfaces of a power-combining vibrating body 202 having a cruciform shape each having a half-wave length (λ / 2), and a processing horn 20 is mounted on the remaining one surface.
In the case of the ultrasonic power combiner 201 equipped with 4, the combined ultrasonic power of the three excitation transducers 203 is obtained from the processing horn 204.

【0006】しかし、この場合、各々の励振用振動子2
03の共振周波数などの電気的特性が一致しないと効率
よい出力が得られ難い。共振周波数などの電気的特性が
一致しない振動子を複数個結合させると、各々の共振周
波数が異なることによって幾つかのスプリアスレスポン
スが現れることになり、理想的な自動追尾ができなくな
る。このような状態で使用し続けると、必要とするだけ
の超音波パワーが得られなかったり、特定の振動子にの
み負担が加わり、その振動子を破損させてしまったり発
振装置を破壊してしまうなどの不具合が発生する。
However, in this case, each of the excitation vibrators 2
If the electrical characteristics such as the resonance frequency of 03 do not match, it is difficult to obtain an efficient output. If a plurality of transducers having electrical characteristics such as resonance frequencies that do not match are coupled, some spurious responses appear due to the different resonance frequencies, and ideal automatic tracking cannot be performed. If used continuously in such a state, the required ultrasonic power cannot be obtained, or a load is applied only to a specific vibrator, which may damage the vibrator or destroy the oscillator. Such troubles occur.

【0007】このような現象を回避するためには、振動
子を製造する最終段階で、例えば、振動子の寸法を切り
詰めたりして互いの周波数が一致するよう調節する方法
がとられてきたが、非常に煩雑である上に、場合によっ
ては経時変化で各々の共振周波数が再びずれてしまうこ
ともあり、万全でなかった。
In order to avoid such a phenomenon, in the final stage of manufacturing the vibrator, for example, a method has been adopted in which the dimensions of the vibrator are trimmed or the frequency is adjusted so as to match each other. In addition, it is very complicated, and in some cases, each resonance frequency may be shifted again due to aging, which is not perfect.

【0008】以前より、超音波振動の有効利用の目的で
様々な振動形態の振動子が提案され実用化が試みられて
きており、以前から存在する軸方向と一致した方向に振
動する軸振動モードはもちろん、軸心を中心にねじれる
方向に振動するねじれ振動モードや、軸と直角方向に曲
げモーメントが働くたわみ振動モード等を利用した振動
子が各種提案され使用されてきている。ここで言う“軸
振動モード”とは縦波(粗密波)であり、ねじり振動モ
ードは横波(せん断波)であり、その振動伝播メカニズ
ムは全く異なり、かつ、同一形状で同一素材でも各々の
モードの音速は異なる。また、たわみ振動モードは屈曲
波とも呼ばれ、振動体の形状次第で音速が大きく変化
し、ねじり振動の横波とはまた異質のものである。λ=
V/F(λ:波長、V:音速、F:共振周波数)の公式
で表される共振周波数における波長λも各振動モードで
全く異なる。従って、異なる振動モード間では負荷や温
度等の条件が変化すると各々の振動モードにおける共振
周波数の変化率も異なる。
[0008] For the purpose of effective use of ultrasonic vibration, vibrators of various vibration modes have been proposed and put into practical use, and an axial vibration mode that vibrates in a direction coinciding with the axial direction existing before has been proposed. Of course, various types of vibrators utilizing a torsional vibration mode that vibrates in the direction of twisting about the axis, a flexural vibration mode in which a bending moment acts in a direction perpendicular to the axis, and the like have been proposed and used. The "axial vibration mode" referred to here is a longitudinal wave (compression wave), and the torsional vibration mode is a transverse wave (shear wave). The vibration propagation mechanism is completely different. Sound speeds are different. Further, the flexural vibration mode is also called a bending wave, and the speed of sound changes greatly depending on the shape of the vibrating body, and is different from the transverse wave of torsional vibration. λ =
The wavelength λ at the resonance frequency expressed by the formula of V / F (λ: wavelength, V: sound speed, F: resonance frequency) is completely different in each vibration mode. Therefore, when conditions such as load and temperature change between different vibration modes, the rate of change of the resonance frequency in each vibration mode also differs.

【0009】昨今の工業技術の進歩に伴い、超音波の有
効利用の試みが盛んになるにつれ、従来にない振動形
態、特に複数の振動モードを1つの振動子で実現する複
合振動発生超音波振動子の実現の要求が高まりつつあ
り、振動子先端部を2次元或いは3次元的に複雑な振動
軌跡を描かせて、超音波による更なる性能の向上を得よ
うと試みられている。
[0009] With the recent progress of industrial technology, as the attempts to use ultrasonic waves have become more active, there has been an unprecedented vibration mode, especially a composite vibration generating ultrasonic vibration which realizes a plurality of vibration modes with one vibrator. There is an increasing demand for realizing a vibrator, and attempts have been made to obtain a further improvement in performance by ultrasonic waves by drawing a two-dimensional or three-dimensional complicated vibration trajectory at the vibrator tip.

【0010】例えば、ねじれ方向に振動するねじり振動
(Totional)と、軸方向に振動する軸振動(Longitud
inal)を1つの振動子で実現するT−L型複合振動子の
場合、通常は各々の振動モードの音速が異なるので軸振
動とねじれ振動では共振周波数は全く異なることにな
る。
For example, torsional vibration (Totional) that vibrates in the torsional direction and axial vibration (Longitud) that vibrates in the axial direction.
In the case of a TL-type composite vibrator that realizes (inal) with one vibrator, the sound speed of each vibration mode is usually different, so that the resonance frequency is completely different between the axial vibration and the torsional vibration.

【0011】しかし、形状を工夫することでねじり振動
の共振周波数と軸振動の共振周波数とを設計上一致させ
ることは可能である。一般に、軸振動の波長に対してね
じり振動の波長は短いが、形状を工夫し且つ互いの最小
公倍数の波長になるよう振動子を設計すれば共振周波数
を一致させられる。
However, it is possible to make the resonance frequency of the torsional vibration coincide with the resonance frequency of the shaft vibration by designing the shape. Generally, the wavelength of torsional vibration is shorter than the wavelength of axial vibration, but the resonance frequency can be matched by modifying the shape and designing the vibrators so that the wavelengths have the least common multiple of each other.

【0012】この場合、振動子先端部の振動軌跡は、軸
振動とねじれ振動を駆動する電圧位相が同じであれば螺
旋振動を発生させることが可能となる。一例として、図
13にT−L型複合振動子211の構成とその振動分布
図を示す。前部ホーン212と後部ホーン213で軸振
動用圧電素子214とねじり振動用圧電素子215を挟
み込み、締着ボルト216で締着したランジュバン型の
T−L型複合振動子211において、設計の段階で互い
の共振周波数を一致させる形状とし、各々の圧電素子2
14,215に共振周波数に同期した高周波電圧を印加
すれば、軸振動とねじり振動を同時に発生させることが
可能になる。
In this case, the vibration trajectory at the vibrator tip can generate a helical vibration if the voltage phase for driving the axial vibration and the torsional vibration is the same. As an example, FIG. 13 shows a configuration of a TL composite vibrator 211 and a vibration distribution diagram thereof. At the design stage, the Langevin-type TL composite vibrator 211 in which the axial vibration piezoelectric element 214 and the torsional vibration piezoelectric element 215 are sandwiched between the front horn 212 and the rear horn 213 and fastened with the fastening bolts 216. Each of the piezoelectric elements 2
If a high-frequency voltage synchronized with the resonance frequency is applied to 14, 215, it becomes possible to simultaneously generate shaft vibration and torsional vibration.

【0013】このとき、振幅を縦軸に採った場合、図1
3中に示すように軸振動を軸振動分布217、ねじり振
動をねじり振動分布218として表される。
At this time, when the amplitude is taken on the vertical axis, FIG.
3, the axial vibration is represented as an axial vibration distribution 217, and the torsional vibration is represented as a torsional vibration distribution 218.

【0014】しかし、実用上安定して共振周波数が一致
し続けることは非常に困難である。即ち、振動子21
4,215に装着された工具の摩耗や再研削若しくは交
換等によっては勿論、温度変化や負荷の大きさによって
変化する共振周波数は、その振動モードによって変化率
が異なり、諸条件の変化によって各共振周波数の差は大
きく離れてしまう。
However, it is very difficult to keep the resonance frequencies consistently stable in practical use. That is, the vibrator 21
The change rate of the resonance frequency that varies depending on the temperature change and the magnitude of the load, as well as the wear, re-grinding, or replacement of the tool mounted on the 4,215, is different depending on the vibration mode. The frequency differences are far apart.

【0015】更に、このような複合振動子を用いて楕円
振動の発生についても数々の試みがなされてきている。
Further, various attempts have been made to generate elliptical vibration using such a composite vibrator.

【0016】しかし、楕円振動もそもそも異なる振動モ
ードを同一の周波数で駆動してその位相を調整すること
で得られるもので、既に説明した通り、やはり安定して
長時間楕円振動を得るのは非常に困難である。
However, the elliptical vibration is obtained by driving different vibration modes in the first place at the same frequency and adjusting the phase thereof. As described above, it is very difficult to obtain the elliptical vibration stably for a long time. Difficult.

【0017】もっとも、短時間であれ自動追尾を用いて
安定した楕円振動を得ようとの試みもあり、その基本的
な構成の一例を図14に示す。前部ホーン212と後部
ホーン213で軸振動用圧電素子214とたわみ振動用
圧電素子219,220を挟み込み、締着ボルト216
で締着したランジュバン型のB−L(Bending−Longi
tudinal)型複合振動子221を形成する。ここで、た
わみ振動用圧電素子219,220は2枚の互いの圧電
方向が向き合うように合わせた円環状の圧電素子を2分
割して半円環状に形成している。
However, there has been an attempt to obtain a stable elliptical vibration by using automatic tracking even for a short time, and FIG. 14 shows an example of the basic configuration. The front horn 212 and the rear horn 213 sandwich the axial vibration piezoelectric element 214 and the flexural vibration piezoelectric elements 219 and 220, and tighten the fastening bolt 216.
Langevin-type BL (Bending-Longi)
A composite type vibrator 221 is formed. Here, the flexural vibration piezoelectric elements 219 and 220 are formed into a semi-annular shape by dividing a ring-shaped piezoelectric element in which two piezoelectric directions are opposed to each other into two.

【0018】たわみ振動用圧電素子219は圧電方向が
プラス側の面を向き合わせて構成し(→←で表す)、たわ
み振動用圧電素子220は圧電方向がマイナス側の面を
向き合わせて(←→で表す)構成している。これで共通の
電極に駆動電圧を印加すれば一方の圧電素子219又は
220が膨張するサイクルで他方の圧電素子220又は
219が収縮するため、簡単にたわみ振動を発生するこ
とが可能になり、軸振動用圧電素子214との組合せで
B−L型複合振動子221が構成される。この振動子は
設計の段階で形状を工夫して互いの共振周波数を一致さ
せる形状とし、各々の圧電素子219,220に共振周
波数に同期した高周波電圧を印加すれば、軸振動とたわ
み振動を同時に発生させることが可能になる。
The flexural vibration piezoelectric element 219 has a positive piezoelectric surface facing the positive side (indicated by → ←), and the flexural vibration piezoelectric element 220 has a negative piezoelectric direction facing the negative surface (←←). (Represented by →). When a driving voltage is applied to the common electrode, the other piezoelectric element 220 or 219 contracts in a cycle in which one piezoelectric element 219 or 220 expands, so that it is possible to easily generate flexural vibration, and The B-L type composite vibrator 221 is configured in combination with the vibration piezoelectric element 214. The shape of this vibrator is devised at the design stage to match the resonance frequencies of each other. If a high-frequency voltage synchronized with the resonance frequency is applied to each of the piezoelectric elements 219 and 220, the axial vibration and the flexural vibration can occur simultaneously. Can be generated.

【0019】いま、電圧制御発振器(VCO)222の
出力をたわみ振動用出力増幅回路223で増幅し、たわ
み振動速度検出器224を介してたわみ振動用圧電素子
219,220に印加する。
Now, the output of the voltage controlled oscillator (VCO) 222 is amplified by the flexural vibration output amplifier circuit 223 and applied to the flexural vibration piezoelectric elements 219 and 220 via the flexural vibration speed detector 224.

【0020】ここに、印加される電圧及び電流の位相差
をたわみ振動速度検出器224で検出して共振周波数と
のずれを周波数制御電圧V1として出力して電圧制御発
振器222にフィードバックし、駆動周波数と本来の共
振周波数が外れれば、その差分が周波数制御電圧V1に
表れ電圧制御発振器222の発振周波数を制御すること
で常に共振周波数で安定して発振するPLL型自動追尾
回路が構成され、たわみ振動は共振周波数にて安定した
振動を継続することが可能になる。
Here, the phase difference between the applied voltage and current is detected by the flexural vibration speed detector 224, and the deviation from the resonance frequency is output as a frequency control voltage V1 and fed back to the voltage control oscillator 222, and the driving frequency If the resonance frequency deviates from the original resonance frequency, the difference appears in the frequency control voltage V1 and the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 222 is controlled to form a PLL type automatic tracking circuit that constantly oscillates stably at the resonance frequency. Makes it possible to continue stable vibration at the resonance frequency.

【0021】次に、電圧制御発振器222の出力を位相
制御器225を介して軸振動用出力増幅回路226にて
増幅して軸振動用圧電素子214に印加すれば、同時に
軸振動も発生することになる。ここで、位相制御器22
5で位相をずらせば、たわみ振動と軸振動の動作タイミ
ングも位相がずれることになり、リサージュ波形の振動
軌跡を発生させ、90度位相がずれていれば振動子先端
は図14中に示すように楕円振動の軌跡Sを描くことに
なる。
Next, if the output of the voltage controlled oscillator 222 is amplified by the shaft vibration output amplifying circuit 226 via the phase controller 225 and applied to the shaft vibration piezoelectric element 214, the shaft vibration is simultaneously generated. become. Here, the phase controller 22
If the phase is shifted by 5, the operation timings of the flexural vibration and the shaft vibration are also shifted in phase, and a vibration trajectory of a Lissajous waveform is generated. If the phase is shifted by 90 degrees, the tip of the vibrator is as shown in FIG. Trajectory S of the elliptical vibration is drawn.

【0022】しかし、これはあくまで両振動モードの共
振周波数が完全に一致しているときに実現できること
で、何れか一方が僅かでも共振周波数からずれていれ
ば、共振周波数からずれたその振動モードの効率は極端
に悪化し、僅かな振幅しか得られず、ほぼ直線振動の振
動軌跡になってしまう。
However, this can be realized only when the resonance frequencies of the two vibration modes are completely the same. If at least one of them is slightly deviated from the resonance frequency, the vibration mode of the vibration mode deviated from the resonance frequency is deviated. The efficiency is extremely deteriorated, and only a small amplitude is obtained, which results in an almost linear vibration trajectory.

【0023】一例として示した図14の回路の場合、た
わみ振動の共振周波数は常に自動追尾しているので安定
して共振周波数で振動することが可能であるが、軸振動
に関してはたわみ振動の共振周波数で駆動されているに
過ぎない。
In the case of the circuit shown in FIG. 14 as an example, since the resonance frequency of the flexural vibration is always automatically tracked, it is possible to stably vibrate at the resonant frequency. It is only driven at a frequency.

【0024】従って、軸振動の共振周波数が何らかの要
因でずれてしまえば安定した楕円振動は得られなくな
る。ランジュバン型振動子はかなり鋭い共振、つまり、
Q(Quality Factor)が非常に大きいため、設計の段
階で軸振動とたわみ振動の各々の共振周波数を一致させ
たとしても、負荷や温度等の条件が変化すると互いの共
振周波数の変化率も違うことで全く異なる共振周波数に
なってしまい、その結果相対位相や相対振幅がずれて振
動形態を正しく制御することができなくなる。
Therefore, if the resonance frequency of the shaft vibration is shifted for some reason, stable elliptical vibration cannot be obtained. The Langevin type vibrator has a rather sharp resonance,
Since Q (Quality Factor) is very large, even if the resonance frequencies of the shaft vibration and the flexural vibration are matched at the design stage, the change rate of the resonance frequency is different when the conditions such as load and temperature change. As a result, the resonance frequency becomes completely different, and as a result, the relative phase and the relative amplitude are shifted, and the vibration mode cannot be properly controlled.

【0025】従って、ランジュバン型複合振動子におけ
る超音波楕円振動は応用研究段階での一時的な実験的結
果しか得られていない現状にある。
Therefore, ultrasonic elliptical vibration in the Langevin-type composite vibrator is in a state where only temporary experimental results have been obtained in the applied research stage.

【0026】この他に、軸と直角方向に振動するたわみ
振動(Bending)と、軸心に対してねじれる方向に振動
するねじり振動(Totional)を1つの振動子で実現す
るB−T型複合振動子や3つの振動モードを組合せたT
−B−L型複合振動子などもあるが、何れの場合も同様
の理由で各共振周波数を満足して一致し続けることは実
用上不可能である。
In addition, a BT type composite vibration that realizes a bending vibration (Bending) vibrating in a direction perpendicular to the axis and a torsional vibration (Totional) vibrating in a direction torsion with respect to the axis with one vibrator. T that combines a child and three vibration modes
Although there are -BL type composite vibrators, etc., it is practically impossible to satisfy each resonance frequency and keep the same in each case for the same reason.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】以上、このような従来
技術では、複数の超音波振動子を合成して大出力を得る
装置において簡単に各々の振動子の共振周波数を一致さ
せ、それを継続して安定させることは困難である。ま
た、超音波振動子の固有の共振周波数の変動を検出して
その周波数に合った周波数で駆動を行うのが従来の一般
的な制御技術であるため、複合振動発生超音波振動子の
場合に各々のモードで勝手に変動する共振周波数に各々
発振器を接続して別駆動することはできても、リアルタ
イムで振動子の共振周波数をアクティブに制御する技術
は存在せず、各々の振動モードで同期の取れた振動制御
を安定して行うことは不可能である。
As described above, in such a conventional technique, in a device for obtaining a large output by synthesizing a plurality of ultrasonic vibrators, the resonance frequencies of the respective vibrators can be easily made to match each other, and this can be continued. It is difficult to stabilize. In addition, since it is a conventional general control technique to detect the fluctuation of the resonance frequency inherent in the ultrasonic vibrator and drive at a frequency corresponding to the frequency, in the case of a composite vibration generating ultrasonic vibrator, Although it is possible to drive each oscillator separately by connecting it to the resonance frequency that fluctuates in each mode, there is no technology that actively controls the resonance frequency of the vibrator in real time. It is impossible to perform stable vibration control stably.

【0028】即ち、1つの振動体の中で異なる共振要素
が複数存在する場合、各々の共振周波数を設計段階で合
わせたとしても、それを継続的に安定し続けることは物
理的に不可能であり、その対処方法としてアクティブに
共振周波数を制御する方法が長年待ち望まれている。
That is, when there are a plurality of different resonance elements in one vibrating body, it is physically impossible to continuously stabilize them even if the respective resonance frequencies are matched at the design stage. There has been a long-awaited need for a method of actively controlling the resonance frequency as a countermeasure.

【0029】そこで、本発明は、超音波振動子を構成す
る圧電素子の一部に、位相の異なった信号を印加した
り、インピーダンス素子を接続してその値を制御したり
することで振動子の共振周波数を強制的に制御でき、こ
れによって1つの振動体の中で異なる共振要素が複数存
在する場合でも、各々の共振周波数を継続的かつ安定し
て完全に一致させることが可能な超音波振動子及び複合
振動発生超音波振動子を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a vibrator by applying a signal having a different phase to a part of the piezoelectric element constituting the ultrasonic vibrator or connecting an impedance element to control the value. Ultrasonic frequency that can forcibly control the resonance frequency of each of the oscillators continuously and stably, even when there are a plurality of different resonance elements in one vibrator. It is an object to provide a vibrator and a composite vibration generating ultrasonic vibrator.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の超
音波振動子は、一対以上の主圧電素子と一対以上の副圧
電素子とを組合せた超音波振動子において、一対以上の
前記主圧電素子に駆動電圧を印加して振動させる場合
に、残りの少なくとも一対の前記副圧電素子に対して前
記主圧電素子に印加する電圧と同一周波数で位相角をず
らした電圧を印加して当該振動子の共振周波数を強制的
に変化させる周波数可変手段を備える。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic vibrator comprising a combination of at least one main piezoelectric element and at least one sub-piezoelectric element. When a driving voltage is applied to the piezoelectric element to cause vibration, a voltage having a phase angle shifted by the same frequency as the voltage applied to the main piezoelectric element is applied to at least a pair of the sub piezoelectric elements. Frequency changing means for forcibly changing the resonance frequency of the slave.

【0031】即ち、複数対の圧電素子のうち、主圧電素
子に対して位相角をずらした電圧を副圧電素子に印加す
ることで超音波振動子の共振周波数を強制的に制御でき
るようにしたものであり、主圧電素子に電圧を印加して
振動させ、副圧電素子に同一周波数で位相角をずらした
電圧を加えることで超音波振動子の共振周波数を任意の
周波数に強制的にずらしかつ自動追尾による安定した振
動が可能となる。この結果、超音波パワー合成器のよう
に複数の振動子を同一の周波数で駆動する場合も、本発
明を適用することで、容易に周波数を一致させ効率よく
安定した動作が実現でき、また経時変化の問題もなくな
る。
That is, the resonance frequency of the ultrasonic vibrator can be forcibly controlled by applying a voltage having a phase angle shifted from that of the main piezoelectric element to the sub-piezoelectric element among a plurality of pairs of piezoelectric elements. The resonance frequency of the ultrasonic transducer is forcibly shifted to an arbitrary frequency by applying a voltage to the main piezoelectric element to vibrate, and applying a voltage to the sub-piezoelectric element at the same frequency with a phase angle shifted, and Stable vibration by automatic tracking becomes possible. As a result, even when a plurality of transducers are driven at the same frequency as in the case of an ultrasonic power synthesizer, by applying the present invention, the frequencies can be easily matched to achieve an efficient and stable operation, and The problem of change is gone.

【0032】請求項2記載の発明の超音波振動子は、一
対以上の主圧電素子と一対以上の副圧電素子とを組合せ
た超音波振動子において、一対以上の前記主圧電素子に
駆動電圧を印加して振動させる場合に、残りの少なくと
も一対の前記副圧電素子の両端を前記主圧電素子に印加
する電圧と同一周波数で位相角をずらしたタイミングで
短絡させて当該振動子の共振周波数を強制的に変化させ
る周波数可変手段を備える。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic vibrator comprising a combination of at least one pair of main piezoelectric elements and at least one pair of sub piezoelectric elements, wherein a driving voltage is applied to at least one pair of the main piezoelectric elements. When applying and vibrating, both ends of the remaining at least one pair of the sub-piezoelectric elements are short-circuited at the same frequency as the voltage applied to the main piezoelectric element and at a timing shifted in phase angle to force the resonance frequency of the vibrator. Frequency varying means for dynamically changing the frequency.

【0033】即ち、複数対の圧電素子のうち、主圧電素
子に対して位相角をずらしたタイミングで副圧電素子両
端に発生する起電力を短絡することで超音波振動子の共
振周波数を強制的に制御できるようにしたものであり、
一対以上の主圧電素子に電圧を印加して振動させ、残り
の一対以上の副圧電素子は主圧電素子に印加する電圧と
同一周波数で位相角をずらしたタイミングでその副圧電
素子の両端を短絡させることで超音波振動子の共振周波
数を任意の周波数に強制的にずらしかつ自動追尾による
安定した振動が可能となる。この結果、超音波パワー合
成器のように複数の振動子を同一の周波数で駆動する場
合も、本発明を適用することで、容易に周波数を一致さ
せ効率よく安定した動作が実現でき、また経時変化の問
題もなくなる。
That is, the resonance frequency of the ultrasonic vibrator is forcibly set by short-circuiting the electromotive force generated at both ends of the sub-piezoelectric element at the timing of shifting the phase angle with respect to the main piezoelectric element among the plural pairs of piezoelectric elements. That can be controlled
A voltage is applied to one or more main piezoelectric elements to vibrate, and the remaining one or more sub piezoelectric elements are short-circuited at both ends of the sub piezoelectric element at the same frequency as the voltage applied to the main piezoelectric element and at a phase angle shifted. By doing so, the resonance frequency of the ultrasonic transducer is forcibly shifted to an arbitrary frequency, and stable vibration by automatic tracking becomes possible. As a result, even when a plurality of transducers are driven at the same frequency as in the case of an ultrasonic power synthesizer, by applying the present invention, the frequencies can be easily matched to achieve an efficient and stable operation, and The problem of change is gone.

【0034】請求項3記載の発明の超音波振動子は、一
対以上の主圧電素子と一対以上の副圧電素子とを組合せ
た超音波振動子において、一対以上の前記主圧電素子に
駆動電圧を印加して振動させる場合に、残りの少なくと
も一対の前記副圧電素子の両端をコイルにより短絡さ
せ、前記コイルのインダクタンスを変化させて当該振動
子の共振周波数を強制的に変化させる周波数可変手段を
備える。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic vibrator in which at least one pair of main piezoelectric elements and at least one pair of sub piezoelectric elements are combined, a driving voltage is applied to at least one pair of the main piezoelectric elements. When applying and vibrating, there is provided frequency variable means for short-circuiting both ends of at least a pair of the remaining sub-piezoelectric elements with a coil and changing the inductance of the coil to forcibly change the resonance frequency of the vibrator. .

【0035】即ち、複数対の圧電素子のうち、副圧電素
子の両端にコイルを接続しそのインダクタンスを変化さ
せることで超音波振動子の共振周波数を強制的に制御で
きるようにしたものであり、一対以上の主圧電素子に駆
動電圧を印加して振動させる場合、残りの一対以上の副
圧電素子にはコイルを接続してその副圧電素子の両端を
短絡し、そのコイルのインダクタンスを変化させること
で超音波振動子の共振周波数を強制的にずらしかつ自動
追尾による安定した振動が可能となる。この結果、超音
波パワー合成器のように複数の振動子を同一の周波数で
駆動する場合も、本発明を適用することで、容易に周波
数を一致させ効率よく安定した動作が実現でき、また経
時変化の問題もなくなる。
That is, of the plurality of pairs of piezoelectric elements, a coil is connected to both ends of the sub-piezoelectric element and the inductance thereof is changed so that the resonance frequency of the ultrasonic vibrator can be forcibly controlled. When a drive voltage is applied to one or more main piezoelectric elements to vibrate, a coil is connected to the remaining one or more sub piezoelectric elements, and both ends of the sub piezoelectric element are short-circuited to change the inductance of the coil. Thus, the resonance frequency of the ultrasonic vibrator is forcibly shifted, and stable vibration by automatic tracking becomes possible. As a result, even when a plurality of transducers are driven at the same frequency as in the case of an ultrasonic power synthesizer, by applying the present invention, the frequencies can be easily matched to achieve an efficient and stable operation, and The problem of change is gone.

【0036】請求項4記載の発明の複合振動発生超音波
振動子は、振動モードの異なる圧電素子を複数対組合せ
て、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モード
で同時に振動させることが可能で、前記副振動モードで
振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上
の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波振動
子において、前記主振動モードで振動している圧電素子
に印加する電圧と同一周波数で位相角をずらした電圧を
前記副振動モードで振動する前記副圧電素子に印加して
前記副振動モードで振動する前記副圧電素子の共振周波
数を強制的に変化させる周波数可変手段を備え、常に前
記主振動モードの共振周波数に前記副振動モードの共振
周波数を一致させるようにした。
The composite vibration generating ultrasonic vibrator according to the fourth aspect of the present invention is capable of simultaneously vibrating in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode by combining a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which a vibrator portion that vibrates in the sub-vibration mode is a combination of one or more main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements, the piezoelectric vibrating in the main vibration mode A voltage whose phase angle is shifted at the same frequency as the voltage applied to the element is applied to the auxiliary piezoelectric element vibrating in the auxiliary vibration mode, and the resonance frequency of the auxiliary piezoelectric element vibrating in the auxiliary vibration mode is forcibly changed. Frequency varying means for causing the resonance frequency of the auxiliary vibration mode to always match the resonance frequency of the main vibration mode.

【0037】請求項5記載の発明の複合振動発生超音波
振動子は、振動モードの異なる圧電素子を複数対組合せ
て、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モード
で同時に振動させることが可能で、前記副振動モードで
振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上
の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波振動
子において、前記副振動モードで振動する前記副圧電素
子の両端を前記主振動モードで振動する圧電素子に印加
する電圧と同一周波数で位相角をずらしたタイミングで
短絡させて前記副振動モードで振動する前記副圧電素子
の共振周波数を強制的に変化させる周波数可変手段を備
え、常に前記主振動モードの共振周波数に前記副振動モ
ードの共振周波数を一致させるようにした。
In the composite vibration generating ultrasonic vibrator according to the fifth aspect of the present invention, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to vibrate simultaneously in the main vibration mode and the sub vibration mode. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which a vibrator portion vibrating in the sub-vibration mode is a combination of one or more main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements, the sub piezoelectric vibrating in the sub vibration mode The two ends of the element are short-circuited at the same frequency as the voltage applied to the piezoelectric element vibrating in the main vibration mode and at a timing shifted in phase angle to forcibly change the resonance frequency of the sub piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode. Frequency varying means for causing the resonance frequency of the auxiliary vibration mode to always match the resonance frequency of the main vibration mode.

【0038】請求項6記載の発明の複合振動発生超音波
振動子は、振動モードの異なる圧電素子を複数対組合せ
て、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モード
で同時に振動させることが可能で、前記副振動モードで
振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上
の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波振動
子において、前記副振動モードで振動する前記副圧電素
子の両端をコイルにより短絡させ、前記コイルのインダ
クタンスを変化させて前記副振動モードで振動する前記
圧電素子の共振周波数を強制的に変化させる周波数可変
手段を備え、常に前記主振動モードの共振周波数に前記
副振動モードの共振周波数を一致させるようにした。
In the composite vibration generating ultrasonic vibrator according to the sixth aspect of the present invention, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to vibrate simultaneously in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which a vibrator portion vibrating in the sub-vibration mode is a combination of one or more main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements, the sub piezoelectric vibrating in the sub vibration mode A frequency variable means for short-circuiting both ends of the element by a coil, forcibly changing a resonance frequency of the piezoelectric element vibrating in the auxiliary vibration mode by changing an inductance of the coil, and always providing a resonance frequency of the main vibration mode The resonance frequency of the sub-vibration mode is made to match.

【0039】即ち、これらの請求項4ないし6記載の発
明は、振動モードの異なる圧電素子を複数対組合せて、
主振動モードと副振動モードとの異なる振動モードで同
時に振動させることが可能で、前記副振動モードで振動
する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上の副
圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波振動子
で、主振動モードで振動している共振周波数に対して、
別モードで振動している副振動モードの副圧電素子を前
述した請求項1〜3記載の発明における周波数可変手段
の何れかを用いて強制的に共振周波数を変化させて常に
主振動モードの共振周波数に副振動モードの共振周波数
を一致させるようにしたものであり、主振動モードで振
動している共振周波数と、副振動モードの共振周波数と
を強制的に一致させ、継続して安定した複合振動が得ら
れることで、超音波を利用した切削や研削等の加工分野
での応用範囲が広がり高品位な加工が期待できる。
That is, in the inventions according to claims 4 to 6, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes are combined.
It is possible to simultaneously vibrate in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode, and the vibrator portion vibrating in the sub vibration mode is formed by combining one or more main piezoelectric elements and one or more sub piezoelectric elements. For a resonance frequency that vibrates in the main vibration mode in a composite vibration generating ultrasonic vibrator,
The resonance of the main vibration mode is always performed by forcibly changing the resonance frequency of the sub-piezoelectric element in the sub-vibration mode vibrating in another mode by using any one of the frequency variable means in the above-described invention. The resonance frequency of the sub-vibration mode is made to match the frequency, and the resonance frequency of the main vibration mode and the resonance frequency of the sub-vibration mode are forced to match, and a stable composite By obtaining vibration, the application range in the processing field such as cutting and grinding using ultrasonic waves is expanded, and high-quality processing can be expected.

【0040】請求項7記載の発明の複合振動発生超音波
振動子は、振動モードの異なる圧電素子を複数対組合せ
て、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モード
で同時に振動させることが可能で、前記副振動モードで
振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上
の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波振動
子において、前記主振動モードで振動している圧電素子
に印加する電圧と同一周波数で位相角をずらした電圧を
前記副振動モードで振動する前記副圧電素子に印加して
前記副振動モードで振動する前記副圧電素子の共振周波
数を強制的に変化させる周波数可変手段を備え、常に前
記主振動モードの整数倍の共振周波数に前記副振動モー
ドの共振周波数を一致させるようにした。
In the composite vibration generating ultrasonic vibrator according to the seventh aspect of the invention, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined and simultaneously vibrated in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which a vibrator portion that vibrates in the sub-vibration mode is a combination of one or more main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements, the piezoelectric vibrating in the main vibration mode A voltage whose phase angle is shifted at the same frequency as the voltage applied to the element is applied to the auxiliary piezoelectric element vibrating in the auxiliary vibration mode, and the resonance frequency of the auxiliary piezoelectric element vibrating in the auxiliary vibration mode is forcibly changed. A frequency varying means for causing the resonance frequency of the sub-vibration mode to always match the resonance frequency of an integral multiple of the main vibration mode.

【0041】請求項8記載の発明の複合振動発生超音波
振動子は、振動モードの異なる圧電素子を複数対組合せ
て、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モード
で同時に振動させることが可能で、前記副振動モードで
振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上
の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波振動
子において、前記副振動モードで振動する前記副圧電素
子の両端を前記主振動モードで振動する圧電素子に印加
する電圧と同一周波数で位相角をずらしたタイミングで
短絡させて前記副振動モードで振動する前記副圧電素子
の共振周波数を強制的に変化させる周波数可変手段を備
え、常に前記主振動モードの整数倍の共振周波数に前記
副振動モードの共振周波数を一致させるようにした。
In the composite vibration generating ultrasonic vibrator according to the present invention, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to vibrate simultaneously in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which a vibrator portion vibrating in the sub-vibration mode is a combination of one or more main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements, the sub piezoelectric vibrating in the sub vibration mode The two ends of the element are short-circuited at the same frequency as the voltage applied to the piezoelectric element vibrating in the main vibration mode and at a timing shifted in phase angle to forcibly change the resonance frequency of the sub piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode. A frequency varying means for causing the resonance frequency of the sub-vibration mode to always match the resonance frequency of an integral multiple of the main vibration mode.

【0042】請求項9記載の発明の複合振動発生超音波
振動子は、振動モードの異なる圧電素子を複数対組合せ
て、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モード
で同時に振動させることが可能で、前記副振動モードで
振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上
の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波振動
子において、前記副振動モードで振動する前記副圧電素
子の両端をコイルにより短絡させ、前記コイルのインダ
クタンスを変化させて前記副振動モードで振動する前記
圧電素子の共振周波数を強制的に変化させる周波数可変
手段を備え、常に前記主振動モードの整数倍の共振周波
数に前記副振動モードの共振周波数を一致させるように
した。
In the composite vibration generating ultrasonic vibrator according to the ninth aspect, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined and simultaneously vibrated in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which a vibrator portion vibrating in the sub-vibration mode is a combination of one or more main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements, the sub piezoelectric vibrating in the sub vibration mode A frequency variable means for short-circuiting both ends of the element by a coil and changing the inductance of the coil to forcibly change the resonance frequency of the piezoelectric element vibrating in the sub-vibration mode is always provided as an integral multiple of the main vibration mode. The resonance frequency of the sub-vibration mode is made to match the resonance frequency of.

【0043】即ち、請求項7ないし9記載の発明は、振
動モードの異なる圧電素子を複数対組合せて、主振動モ
ードと副振動モードとの異なる振動モードで同時に振動
させることが可能で、前記副振動モードで振動する振動
子部分が一対以上の主圧電素子と一対以上の副圧電素子
とを組合せてなる複合振動発生超音波振動子で、主振動
モードで振動している共振周波数に対して、別モードで
振動している副振動モードの副圧電素子を請求項1〜3
記載の発明における周波数可変手段の何れかを用いて強
制的に共振周波数を変化させて常に主振動モードの整数
倍の共振周波数に副振動モードの共振周波数を一致させ
られるようにしたものであり、副振動モードの共振周波
数を強制的に共振周波数を変化させて常に主振動モード
の整数倍の共振周波数に副振動モードの共振周波数を一
致させることで、従来では不可能であった継続して安定
した複合振動を発生させることができ、超音波を利用し
た切削や研削等の加工分野での応用範囲が広がり高品位
な加工が期待できる。
That is, according to the present invention, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to simultaneously vibrate in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode. A vibrator portion that vibrates in the vibration mode is a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which a pair or more of the main piezoelectric elements and a pair or more of the sub-piezo elements are combined. 4. A sub-vibration element in a sub-vibration mode vibrating in another mode.
By forcibly changing the resonance frequency using any of the frequency variable means in the described invention, so that the resonance frequency of the auxiliary vibration mode can always match the resonance frequency of an integral multiple of the main vibration mode, By forcibly changing the resonance frequency of the sub-vibration mode and always matching the resonance frequency of the sub-vibration mode to a resonance frequency that is an integral multiple of the main vibration mode, continuous stability that was impossible in the past was achieved The composite vibration can be generated, and the application range in the processing field such as cutting and grinding using ultrasonic waves is widened, and high-quality processing can be expected.

【0044】請求項10記載の発明は、請求項4ないし
9の何れか一に記載の複合振動発生超音波振動子におい
て、前記主振動モードで振動する圧電素子に印加する電
圧を可変させる可変手段を有してその主振動モードの振
幅の変化可能な構造と、前記副振動モードで振動する圧
電素子に印加する電圧を可変させる可変手段を有してそ
の副振動モードの振幅を変化可能な構造とを備え、前記
副振動モードで振動する前記圧電素子の位相角を前記主
振動モードで振動する圧電素子に印加する電圧の位相に
対して変化させ、各々に印加する電圧と位相とを制御す
る制御手段を備える。
According to a tenth aspect of the present invention, in the composite vibration generating ultrasonic vibrator according to any one of the fourth to ninth aspects, a variable means for varying a voltage applied to the piezoelectric element vibrating in the main vibration mode. A structure capable of changing the amplitude of the main vibration mode, and a structure capable of changing the amplitude of the sub-vibration mode by changing the voltage applied to the piezoelectric element vibrating in the sub-vibration mode The phase angle of the piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode is changed with respect to the phase of the voltage applied to the piezoelectric element vibrating in the main vibration mode, and the voltage and the phase applied to each are controlled. The control means is provided.

【0045】即ち、請求項4ないし9の何れか一に記載
の複合振動発生超音波振動子に関して、各々の複数対の
圧電素子の端子に印加する電圧を変えて振幅を変化可能
な構造にし、同時に各々の振動モードに印加する電圧の
位相角を制御することで、振動子先端にリサージュ波形
の振動軌跡を発生させ、その振動軌跡を安定して任意に
制御できるようにしたものであり、例えば、刃先に切削
バイトを装着することで、切削抵抗が少ない振動切削が
実現でき、特にセラミックスやガラスなどの高脆性材を
従来にない低切削抵抗で超精密切削が実現できる。その
他、研削やミーリング加工などの分野でも低切削抵抗で
の超精密加工が実現できる。
That is, the composite vibration generating ultrasonic vibrator according to any one of claims 4 to 9 has a structure in which the amplitude can be changed by changing the voltage applied to the terminals of the plurality of pairs of piezoelectric elements. At the same time, by controlling the phase angle of the voltage applied to each vibration mode, a vibration trajectory of a Lissajous waveform is generated at the tip of the vibrator, and the vibration trajectory can be stably arbitrarily controlled. By attaching a cutting tool to the cutting edge, vibration cutting with low cutting resistance can be realized, and particularly, high-precision cutting of highly brittle materials such as ceramics and glass can be realized with low cutting resistance unlike before. In addition, ultra-precision processing with low cutting resistance can be realized in fields such as grinding and milling.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図1
に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項1記載の
発明に相当する。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
It will be described based on. This embodiment corresponds to the first aspect of the present invention.

【0047】まず、軸振動用の一対の主圧電素子1と軸
振動用の一対の副圧電素子2を前部ホーン3と後部ホー
ン4とで挟み込み締着ボルト5で強力に締め込んで構成
してなるランジュバン型軸振動子6において、電圧制御
発振器7の出力信号を軸振動用の主出力増幅回路8で増
幅し、振動速度検出器9を介して主圧電素子1に入力さ
せるように接続する。ここに、印加される電圧及び電流
の位相差を振動速度検出器9で検出して共振周波数との
ずれを周波数制御電圧V1として出力して電圧制御発振
器7にフィードバックさせることによりPLL自動追尾
回路10が構成され、軸振動は共振周波数にて安定した
振動を継続することが可能になる。
First, a pair of main piezoelectric elements 1 for shaft vibration and a pair of sub-piezoelectric elements 2 for shaft vibration are sandwiched between the front horn 3 and the rear horn 4 and strongly tightened with fastening bolts 5. In the Langevin type shaft vibrator 6, the output signal of the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the main output amplifier circuit 8 for shaft vibration, and connected so as to be inputted to the main piezoelectric element 1 via the vibration speed detector 9. . Here, the phase difference between the applied voltage and the current is detected by the vibration velocity detector 9, and the deviation from the resonance frequency is output as the frequency control voltage V 1 and fed back to the voltage control oscillator 7, whereby the PLL automatic tracking circuit 10 Is constituted, and the shaft vibration can continue the stable vibration at the resonance frequency.

【0048】一方、電圧制御発振器7の出力を位相制御
器11及び軸振動用の副出力増幅回路12を経て副圧電
素子2に入力させるように接続する。ここで、位相調整
用の可変抵抗器14により位相調整することで位相制御
器11は電圧制御発振器7の信号の位相角を自在に変化
させることが可能である。この状態で可変抵抗器14に
より位相を変化させると、その位相角のずれ具合に応じ
て電圧制御発振器7の発振周波数は自在に変化する。つ
まり、ランジュバン型軸振動子6の共振周波数が自在に
変化することになる。これは、強制的に駆動電圧の位相
を変えられて駆動される副圧電素子2が主圧電素子1に
より機械的に駆動される振動位相との合成ベクトルで振
動するため、見掛け上、副圧電素子2自身の音速が変化
したためと推測される。これらの可変抵抗器14を有す
る位相制御器11及び軸振動用の副出力増幅回路12が
周波数可変手段13を構成している。
On the other hand, the output of the voltage controlled oscillator 7 is connected so as to be input to the auxiliary piezoelectric element 2 via the phase controller 11 and the auxiliary output amplifier circuit 12 for shaft vibration. Here, the phase controller 11 can freely change the phase angle of the signal of the voltage controlled oscillator 7 by adjusting the phase with the variable resistor 14 for phase adjustment. When the phase is changed by the variable resistor 14 in this state, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 7 changes freely according to the phase angle shift. That is, the resonance frequency of the Langevin-type shaft vibrator 6 changes freely. This is because the sub-piezoelectric element 2 driven by forcibly changing the phase of the drive voltage vibrates with a combined vector with the vibration phase mechanically driven by the main piezoelectric element 1, so that the sub-piezoelectric element apparently has It is presumed that the sound speed of 2 itself has changed. The phase controller 11 having these variable resistors 14 and the auxiliary output amplifying circuit 12 for shaft vibration constitute the frequency varying means 13.

【0049】このように、本実施の形態によれば、副圧
電素子2に対して主圧電素子1に印加する電圧と同一周
波数で位相角をずらした電圧を印加してランジュバン型
軸振動子6の共振周波数を強制的に変化させる周波数可
変手段13を備えるので、可変抵抗器14により位相を
変化させるだけでランジュバン型軸振動子6の共振周波
数を任意に決定することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the Langevin-type shaft vibrator 6 is applied to the sub-piezoelectric element 2 by applying a voltage having the same frequency as the voltage applied to the main piezoelectric element 1 and having a phase angle shifted. Is provided, the resonance frequency of the Langevin-type shaft oscillator 6 can be arbitrarily determined only by changing the phase by the variable resistor 14.

【0050】本発明の第二の実施の形態を図2に基づい
て説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一又は
相当する部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する
(以降の各実施の形態でも順次同様とする)。本実施の
形態も、請求項1記載の発明に相当する。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Portions that are the same as or correspond to the portions described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted (the same applies to each of the following embodiments). This embodiment also corresponds to the first aspect of the present invention.

【0051】本実施の形態のランジュバン型軸振動子2
0では、周波数調整用の可変抵抗器21によって任意の
発振周波数に調整可能な発振器22の信号は軸振動用の
主出力増幅回路8で増幅し、振動速度検出器9を介して
軸振動用の主圧電素子1に入力される。同じく、発振器
22から電圧制御型位相制御器23を介して軸振動用の
副出力増幅回路12で増幅した信号は軸振動用の副圧電
素子2に入力される。振動速度検出器9で検出したラン
ジュバン型軸振動子20の共振周波数に対する検出信号
は、位相制御電圧V2として電圧制御型位相制御器23
に与えられその位相角を制御する。これらの振動速度検
出器9、電圧制御型位相制御器23及び軸振動用の副出
力増幅回路12が周波数可変手段24を構成している。
The Langevin type shaft oscillator 2 of the present embodiment
At 0, the signal of the oscillator 22 that can be adjusted to an arbitrary oscillation frequency by the variable resistor 21 for frequency adjustment is amplified by the main output amplifying circuit 8 for shaft vibration, and is output via the vibration speed detector 9 for the shaft vibration. Input to the main piezoelectric element 1. Similarly, the signal amplified by the shaft vibration sub-output amplifier circuit 12 from the oscillator 22 via the voltage control type phase controller 23 is input to the shaft vibration sub piezoelectric element 2. A detection signal for the resonance frequency of the Langevin-type shaft vibrator 20 detected by the vibration speed detector 9 is converted to a voltage control type phase controller 23 as a phase control voltage V2.
To control its phase angle. The vibration speed detector 9, the voltage control type phase controller 23, and the auxiliary output amplifying circuit 12 for shaft vibration constitute a frequency variable unit 24.

【0052】このような構成において、発振器22で任
意の周波数の信号が軸振動用の主出力増幅回路8及び振
動速度検出器9を経て軸振動用の主圧電素子1を駆動す
ると、本来のランジュバン型軸振動子20の共振周波数
と駆動した周波数との差分の信号が振動速度検出器9か
ら位相制御電圧V2として電圧制御型位相制御器23に
出力され、それをフィードバック信号の電圧として電圧
制御型位相制御器23の位相角を変える。
In such a configuration, when a signal of an arbitrary frequency is driven by the oscillator 22 through the main output amplifying circuit 8 for shaft vibration and the vibration speed detector 9, the main piezoelectric element 1 for shaft vibration is used. A signal of a difference between the resonance frequency of the mold shaft vibrator 20 and the driving frequency is output from the vibration speed detector 9 to the voltage control type phase controller 23 as the phase control voltage V2, and the voltage is used as the voltage of the feedback signal. The phase angle of the phase controller 23 is changed.

【0053】軸振動用の主圧電素子1に加わる信号に対
して軸振動用の副圧電素子2の信号の位相が大きくずれ
れば、見掛け上軸振動用の副圧電素子2自身の音速が変
化したためと推測される現象でランジュバン型軸振動子
20そのものの共振周波数が変化することになる。そし
て、発振器22の周波数とランジュバン型軸振動子20
の変化させられた共振周波数が一致したところで安定し
た共振振動を継続することになる。
If the phase of the signal of the sub-piezoelectric element 2 for axial vibration greatly deviates from the signal applied to the main piezoelectric element 1 for axial vibration, the sound speed of the sub-piezoelectric element 2 itself for apparently axial vibration changes. The resonance frequency of the Langevin-type shaft oscillator 20 itself changes due to the phenomenon presumed to have occurred. The frequency of the oscillator 22 and the Langevin-type shaft oscillator 20
When the changed resonance frequency is matched, stable resonance vibration is continued.

【0054】ここで、温度変化や負荷変動などでランジ
ュバン型軸振動子20の共振周波数が変わったとして
も、その差分が位相制御電圧V2として電圧制御型位相
制御器23を制御し位相を更に変化させることで、強制
的にランジュバン型軸振動子20の共振周波数を発振器
22の発振周波数に自動追尾的に合わせることが可能に
なる。
Here, even if the resonance frequency of the Langevin-type shaft vibrator 20 changes due to a temperature change or a load change, the difference is used as the phase control voltage V2 to control the voltage control type phase controller 23 to further change the phase. By doing so, the resonance frequency of the Langevin-type shaft vibrator 20 can be forcibly and automatically adjusted to the oscillation frequency of the oscillator 22.

【0055】即ち、従来の超音波振動の自動追尾は、振
動子の共振周波数の変化に合わせて発振周波数を変化さ
せていたが、本実施の形態によれば、発振器22の発振
周波数に強制的にランジュバン型軸振動子20の共振周
波数を合わせるという新しい方法を提供するものであ
る。また、次の図3に示す方式と同様に複数の振動子を
同一の周波数で安定して駆動させることも可能である。
That is, in the conventional automatic tracking of the ultrasonic vibration, the oscillation frequency is changed according to the change in the resonance frequency of the vibrator. However, according to the present embodiment, the oscillation frequency of the oscillator 22 is forcibly set. The present invention provides a new method of adjusting the resonance frequency of the Langevin-type shaft oscillator 20 to the above. Further, it is also possible to drive a plurality of vibrators stably at the same frequency as in the method shown in FIG.

【0056】本発明の第三の実施の形態を図3に基づい
て説明する。本実施の形態も、請求項1記載の発明に相
当する。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also corresponds to the first aspect of the present invention.

【0057】本実施の形態は、図1に示した第一の実施
の形態の制御方法を発展的に改良することで、図12に
示した超音波パワー合成器201の問題点を解決するよ
うにしたものである。十字型の縦横の長さが各々1/2
波長(λ/2)のパワー合成用振動体31の3面に励振
用振動子32a,32b,32cを装着し、残りの1面
に加工用ホーン33を装着した超音波パワー合成器34
において、3体の励振用振動子32a,32b,32c
は各々軸振動用の主圧電素子1と軸振動用の副圧電素子
2が含まれた構成となっている。そして、その合成した
超音波パワーが加工用ホーン33から得られるが、従来
の手段では、各々の振動子の共振周波数などの電気的特
性が一致しないと効率よい出力が得られ難かったもので
ある。
This embodiment solves the problem of the ultrasonic power combiner 201 shown in FIG. 12 by developing the control method of the first embodiment shown in FIG. It was made. The length and width of the cross are 1 / each
An ultrasonic power combiner 34 in which excitation vibrators 32a, 32b, and 32c are mounted on three surfaces of a power combining vibration body 31 having a wavelength (λ / 2), and a processing horn 33 is mounted on the remaining one surface.
, Three excitation vibrators 32a, 32b, 32c
Are each configured to include a main piezoelectric element 1 for shaft vibration and a sub piezoelectric element 2 for shaft vibration. Then, the synthesized ultrasonic power is obtained from the processing horn 33, but it is difficult for the conventional means to obtain an efficient output unless the electrical characteristics such as the resonance frequency of each vibrator match. .

【0058】この点、本実施の形態では、電圧制御発振
器7の出力信号を軸振動用の主出力増幅回路8で増幅
し、振動速度検出器9aを介して1本目の励振用振動子
32aの軸振動用の主圧電素子1に付与する。ここに、
印加される電圧及び電流の位相差を振動速度検出器9a
で検出して共振周波数とのずれを周波数制御電圧V1と
して出力して電圧制御発振器7にフィードバックさせる
ことによりPLL自動追尾回路10が構成され、軸振動
は共振周波数にて安定した振動を継続することが可能に
なる。
In this regard, in the present embodiment, the output signal of the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the main output amplifier circuit 8 for shaft vibration, and the output signal of the first excitation vibrator 32a is transmitted through the vibration speed detector 9a. Applied to the main piezoelectric element 1 for axial vibration. here,
The phase difference between the applied voltage and current is detected by a vibration speed detector 9a.
The PLL automatic tracking circuit 10 is configured by detecting the deviation from the resonance frequency and outputting the deviation from the resonance frequency as the frequency control voltage V1 and feeding it back to the voltage control oscillator 7, so that the shaft vibration continues to be stable at the resonance frequency. Becomes possible.

【0059】一方、電圧制御発振器7の出力を位相制御
器11aを介して軸振動用の副出力増幅回路12aを経
て軸振動用の副圧電素子2に付与する。ここで、位相調
整用の可変抵抗器14を調整することで位相制御器11
aは電圧制御発振器7の信号の位相角を自在に変化させ
ることが可能である。この状態で位相調整用の可変抵抗
器14を変化させると、その位相のずれ具合に応じて電
圧制御発振器7の発振周波数は自在に変化し、励振用振
動子32aの共振周波数が自在に変化することになる。
On the other hand, the output of the voltage controlled oscillator 7 is applied to the auxiliary piezoelectric element 2 for axial vibration via the auxiliary output amplifier circuit 12a for axial vibration via the phase controller 11a. Here, the phase controller 11 is adjusted by adjusting the variable resistor 14 for adjusting the phase.
“a” can freely change the phase angle of the signal of the voltage controlled oscillator 7. When the variable resistor 14 for phase adjustment is changed in this state, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 7 changes freely according to the degree of the phase shift, and the resonance frequency of the excitation oscillator 32a changes freely. Will be.

【0060】次に、軸振動用の主出力増幅回路8の出力
を2個目の振動速度検出器9bを介して2本目の励振用
振動子32bの軸振動用の主圧電素子1に付与する。そ
して、電圧制御発振器7の出力を電圧制御型位相制御器
11bを介して2個目の軸振動用の副出力増幅回路12
bで増幅して、同じく2本目の励振用振動子32bの軸
振動用の副圧電素子2に付与する。3本目の励振用振動
子32cも2本目の励振用振動子32bと同一の回路構
成とする(添え字“c”を付して示す)。ここで、1本
目の励振用振動子32aの動作は図1に基づいて説明し
たので省略する。
Next, the output of the main output amplifier circuit 8 for shaft vibration is applied to the main piezoelectric element 1 for shaft vibration of the second vibrator 32b via the second vibration speed detector 9b. . The output of the voltage-controlled oscillator 7 is supplied to the second shaft oscillation sub-output amplifying circuit 12 via the voltage-controlled phase controller 11b.
b, and is applied to the auxiliary piezoelectric element 2 for axial vibration of the second excitation vibrator 32b. The third excitation vibrator 32c also has the same circuit configuration as the second excitation vibrator 32b (shown with a suffix "c"). Here, the operation of the first excitation vibrator 32a has been described based on FIG.

【0061】2本目の励振用振動子32bの場合、軸振
動用の主圧電素子1に加えられる電圧は、1本目の励振
用振動子32aの軸振動用の主圧電素子1に加えられる
電圧と同一である。従って、本来の共振周波数とずれた
信号が加わった場合、振動速度検出器9bからその偏差
に応じた位相制御電圧V2bが出力され、その信号で電
圧制御型位相制御器11bは周波数の偏差分だけ電圧制
御発振器7の位相角を変え、2個目の軸振動用の副出力
増幅回路12bで増幅して2本目の励振用振動子32b
の軸振動用の副圧電素子2を駆動して共振周波数を強制
的に変化させ、1本目の振動周波数と一致した周波数で
安定する。
In the case of the second excitation vibrator 32b, the voltage applied to the main piezoelectric element 1 for axial vibration is equal to the voltage applied to the main piezoelectric element 1 for axial vibration of the first excitation vibrator 32a. Are identical. Therefore, when a signal deviating from the original resonance frequency is applied, the phase control voltage V2b corresponding to the deviation is output from the vibration velocity detector 9b, and the voltage control type phase controller 11b uses the signal to generate the phase control voltage V2b by the frequency deviation. The phase angle of the voltage controlled oscillator 7 is changed, and the voltage is amplified by the second auxiliary output amplifier circuit 12b for shaft vibration, and the second excitation oscillator 32b is amplified.
The secondary piezoelectric element 2 for axial vibration is driven to forcibly change the resonance frequency, and is stabilized at a frequency that matches the first vibration frequency.

【0062】3本目の励振用振動子32cも同じ原理で
動作し、従って、3本の励振用振動子32a,32b,
32cが同一の周波数で振動する。ここに、共振周波数
などの電気的特性が一致しない振動子を複数個結合させ
ると、各々の共振周波数が異なることによって、幾つか
のスプリアスレスポンスが現れることになり、理想的な
自動追尾ができなくなり、このような状態で使用し続け
ると、必要とするだけの超音波パワーが得られなかった
り、特定の振動子にのみ負担が加わりその振動子を破損
させてしまったり発振装置を破壊してしまうなどの不具
合が発生する。
The third excitation vibrator 32c operates according to the same principle, and accordingly, the three excitation vibrators 32a, 32b,
32c vibrate at the same frequency. Here, if multiple resonators whose electrical characteristics such as resonance frequency do not match are coupled, some spurious responses will appear due to the different resonance frequencies, making it impossible to perform ideal automatic tracking. If used continuously in such a state, the required ultrasonic power cannot be obtained, or a load is applied only to a specific vibrator, thereby damaging the vibrator or destroying the oscillator. Such troubles occur.

【0063】このような現象を回避するためには、振動
子を製作する最終段階で、例えば、振動子の寸法を切り
詰めたりして互いの周波数が一致するよう調節する方法
がとられてきたが、本実施の形態の対応策を用いること
で、特別に振動子の形状などを調節することもなく、容
易に周波数を一致させて効率よく安定した動作が実現で
き、また、経時変化の問題もなくなる。
In order to avoid such a phenomenon, in the final stage of manufacturing the vibrator, for example, a method has been adopted in which the dimensions of the vibrator are trimmed or the frequency is adjusted so as to match each other. However, by using the countermeasure of the present embodiment, it is possible to realize a stable operation efficiently by adjusting the frequency easily without specially adjusting the shape of the vibrator. Disappears.

【0064】本発明の第四の実施の形態を図4に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項2記載の発明に相
当する。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment corresponds to the second aspect of the present invention.

【0065】本実施の形態のランジュバン型軸振動子4
0では、周波数調整用の可変抵抗器21によって任意の
発振周波数に調整可能な発振器22の信号が軸振動用の
主出力増幅回路8で増幅し、振動速度検出器9を介して
軸振動用の主圧電素子1に付与されるように接続されて
いる。同じく、発振器22からの信号が電圧制御型位相
制御器23を介して短絡回路41及び共役整合用コイル
42を経て軸振動用の副圧電素子2に付与されるように
接続されている。共役整合用コイル42は軸振動用の副
圧電素子2の制動容量と共役が取れる値にインダクタン
スが設定されている。短絡回路41は、結合トランス4
3、コンデンサ44、2個のフライホイルダイオード4
5a,45b、2個のFET46a,46b、2個の反
転増幅器47a,47bにより構成されている。この短
絡回路41は2個の反転増幅器47a,47bにより2
個のFET46a,46bを交互にオンさせており、結
合トランス43の2次側のコイル中性点0に直流電圧を
加えれば、プッシュプル回路として従来より広く知られ
ている増幅回路になるが、本実施の形態では、電圧を加
えない構成とされている。振動速度検出器9により検出
された振動子の共振周波数に対する検出信号は、位相制
御電圧V2として電圧制御型位相制御器23の位相角を
制御する。これらの振動速度検出器9、位相制御器2
3、短絡回路41及び共役整合用コイル42により周波
数可変手段48が構成されている。
The Langevin type shaft oscillator 4 of the present embodiment
At 0, a signal of an oscillator 22 that can be adjusted to an arbitrary oscillation frequency by a variable resistor 21 for frequency adjustment is amplified by a main output amplifier circuit 8 for shaft vibration, and is output via a vibration speed detector 9 for a shaft vibration. It is connected so as to be applied to the main piezoelectric element 1. Similarly, a signal from the oscillator 22 is connected to the auxiliary piezoelectric element 2 for axial vibration via the short circuit 41 and the conjugate matching coil 42 via the voltage control type phase controller 23. The inductance of the conjugate matching coil 42 is set to a value that is conjugate with the braking capacity of the sub piezoelectric element 2 for axial vibration. The short circuit 41 is connected to the coupling transformer 4.
3, capacitor 44, two flywheel diodes 4
5a, 45b, two FETs 46a, 46b, and two inverting amplifiers 47a, 47b. The short circuit 41 is formed by two inverting amplifiers 47a and 47b.
FETs 46a and 46b are turned on alternately, and if a DC voltage is applied to the neutral point 0 of the coil on the secondary side of the coupling transformer 43, an amplifier circuit widely known as a push-pull circuit is obtained. In this embodiment mode, no voltage is applied. The detection signal for the resonance frequency of the vibrator detected by the vibration speed detector 9 controls the phase angle of the voltage control type phase controller 23 as the phase control voltage V2. These vibration velocity detector 9 and phase controller 2
3. The frequency varying means 48 is constituted by the short circuit 41 and the conjugate matching coil 42.

【0066】このような回路構成において、発振器22
で任意の周波数の信号が軸振動用の主出力増幅回路8及
び振動速度検出器9を経て軸振動用の主圧電素子1を駆
動すると、本来の振動子の共振周波数と駆動した周波数
との差分の信号が振動速度検出器9から位相制御電圧V
2として出力され、その電圧V2に応じて電圧制御型位
相制御器23の位相角を変える。ここでは、電圧制御型
位相制御器23で変えられた位相角で2個の反転増幅器
47a,47bを介して2個のFET46a,46bを
交互にオンさせる。軸振動用の主圧電素子1に加えられ
た信号で振動子は振動する。同時に軸振動用の副圧電素
子2には振動によるピエゾ効果で振動周波数と同期した
電圧が発生する。圧電素子は、その変形と電圧との間に
は可逆的な関係があり、電圧を加えれば変形し、変形さ
せられれば電圧を発生する圧電効果を有する。
In such a circuit configuration, the oscillator 22
When the signal of an arbitrary frequency drives the main piezoelectric element 1 for shaft vibration via the main output amplifier circuit 8 for shaft vibration and the vibration speed detector 9, the difference between the resonance frequency of the original vibrator and the driven frequency is obtained. Signal from the vibration velocity detector 9 to the phase control voltage V
2, and changes the phase angle of the voltage control type phase controller 23 according to the voltage V2. Here, the two FETs 46a and 46b are alternately turned on via the two inverting amplifiers 47a and 47b at the phase angle changed by the voltage control type phase controller 23. The vibrator vibrates by a signal applied to the main piezoelectric element 1 for shaft vibration. At the same time, a voltage synchronized with the vibration frequency is generated in the sub-piezoelectric element 2 for shaft vibration due to a piezoelectric effect due to vibration. A piezoelectric element has a reversible relationship between its deformation and a voltage, and has a piezoelectric effect of deforming when a voltage is applied and generating a voltage when deformed.

【0067】請求項2記載の発明に相当する本実施の形
態では、発生した電圧を利用する。軸振動用の副圧電素
子2に発生した電圧は共役整合用コイル42を介して短
絡回路41に加えられることにより、結合トランス43
の2次側に電圧が誘起される。一方、2個のFET46
a,46bはオン・オフを繰返しており、電圧制御型位
相制御器23で位相をずらしたタイミングで軸振動用の
副圧電素子2で発生した電圧を短絡することになり、そ
の位相ずれのレベル、つまり、位相角を変えることで振
動子の共振周波数を強制的に変化させる。ここに、本発
明者は、以前、軸振動用の副圧電素子2を何も接続しな
い開放状態とアースへ短絡した状態とでは振動子の共振
周波数が大きく異なることを発見した。これは、圧電素
子のインピーダンスが異なるとその音速が変わるためと
推測される。そして、この現象を利用し、かつ、連続的
に共振周波数を可変させる手段として、位相角を連続可
変して短絡することで振動子の共振周波数を連続可変さ
せる周波数可変手段48を具現化したものである。
In this embodiment corresponding to the second aspect of the present invention, the generated voltage is used. The voltage generated in the auxiliary piezoelectric element 2 for axial vibration is applied to the short circuit 41 via the coil 42 for conjugate matching, so that the coupling transformer 43
Voltage is induced on the secondary side of. On the other hand, two FETs 46
a and 46b are repeatedly turned on and off, so that the voltage generated in the sub-piezoelectric element 2 for axial vibration is short-circuited at the timing when the phase is shifted by the voltage control type phase controller 23, and the phase shift level is obtained. That is, the resonance frequency of the vibrator is forcibly changed by changing the phase angle. Here, the present inventor has previously found that the resonance frequency of the vibrator is largely different between an open state where no auxiliary piezoelectric element 2 for shaft vibration is connected and a state where it is short-circuited to the ground. This is presumably because the sound speed changes when the impedance of the piezoelectric element changes. As a means for utilizing this phenomenon and for continuously varying the resonance frequency, a frequency variable means 48 for continuously varying the resonance frequency of the vibrator by continuously varying the phase angle and short-circuiting the same is embodied. It is.

【0068】このような構成において、発振器22で任
意の周波数の信号が軸振動用の主出力増幅回路8及び振
動速度検出器9を経て軸振動用の主圧電素子1を駆動す
ると、本来の振動子の共振周波数と駆動した周波数との
差に比例した信号が振動速度検出器9から位相制御電圧
V2として出力し、それをフィードバック信号の電圧と
して電圧制御型位相制御器23の位相角(位相差)を変
える。軸振動用の主圧電素子1に加わる信号に対して軸
振動用の副圧電素子2の短絡の位相角が大きくずれれ
ば、強制的に軸振動用の主圧電素子1自身の音速が変化
したためと推測される現象で振動子そのものの共振周波
数が変化することになる。そして、発振器22の駆動周
波数と振動子の変化させられた共振周波数が一致したと
ころで安定した共振振動を継続することになる。ここ
で、温度変化や負荷変動などで振動子の共振周波数が変
わったとしても、その差分が位相制御電圧V2として電
圧制御型位相制御器23を制御し、位相を更に変化させ
ることで強制的に振動子の共振周波数を発振器22の発
振周波数に自動追尾的に合わせることが可能になる。
In such a configuration, when a signal of an arbitrary frequency is driven by the oscillator 22 through the main output amplifier circuit 8 for shaft vibration and the vibration speed detector 9 to drive the main piezoelectric element 1 for shaft vibration, the original vibration A signal proportional to the difference between the resonance frequency of the transducer and the driving frequency is output from the vibration velocity detector 9 as the phase control voltage V2, and the phase control voltage V2 is output as a feedback signal voltage by the phase angle (phase difference) of the voltage control type phase controller 23. )change. If the phase angle of the short-circuit of the sub-piezoelectric element 2 for axial vibration greatly deviates from the signal applied to the main piezoelectric element 1 for axial vibration, the sound velocity of the main piezoelectric element 1 for axial vibration changes forcibly. As a result, the resonance frequency of the vibrator itself changes. Then, when the drive frequency of the oscillator 22 matches the changed resonance frequency of the vibrator, stable resonance vibration is continued. Here, even if the resonance frequency of the vibrator changes due to a temperature change, a load change, or the like, the difference is used as the phase control voltage V2 to control the voltage control type phase controller 23, and the phase is further changed to forcibly change the phase. The resonance frequency of the vibrator can be automatically adjusted to the oscillation frequency of the oscillator 22.

【0069】即ち、従来の超音波振動の自動追尾は、振
動子の共振周波数の変化に合わせて発振周波数を変化さ
せていたが、本実施の形態では、前述した実施の形態の
場合と同様に、周波数可変手段48を備えることによ
り、発振器22の発振周波数に強制的に振動子の共振周
波数を合わせることが可能となる。
That is, in the conventional automatic tracking of the ultrasonic vibration, the oscillation frequency is changed in accordance with the change in the resonance frequency of the vibrator. In the present embodiment, the same as in the above-described embodiment. In addition, the provision of the frequency varying means 48 makes it possible to forcibly adjust the resonance frequency of the vibrator to the oscillation frequency of the oscillator 22.

【0070】本発明の第五の実施の形態を図5及び図6
に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項3記載の
発明に相当する。
FIGS. 5 and 6 show a fifth embodiment of the present invention.
It will be described based on. This embodiment corresponds to the third aspect of the present invention.

【0071】本実施の形態のランジュバン型軸振動子5
0では、周波数調整用の可変抵抗器21によって任意の
発振周波数に調整可能な発振器22の信号を軸振動用出
力増幅回路51で増幅し、振動速度検出器9を介して軸
振動用の主圧電素子1に付与するように接続されてい
る。振動速度検出器9は振動子の共振周波数と駆動され
る周波数の偏差に対応した信号であるインダクタンス制
御電圧V3を発生する。軸振動用の副圧電素子2にはイ
ンダクタンス制御電圧V3に応じてインダクタンスが可
変可能なインダクタンス可変回路52を介して接地され
ている。このインダクタンス可変回路52により周波数
可変手段53が構成されている。振動速度検出器9によ
り検出された振動子本来の共振周波数と駆動される周波
数の偏差に対応した検出信号は、インダクタンス制御電
圧V3としてインダクタンス可変回路52に与えられそ
のインダクタンスを制御する。
The Langevin-type shaft oscillator 5 of the present embodiment
At 0, the signal of the oscillator 22 that can be adjusted to an arbitrary oscillation frequency by the variable resistor 21 for frequency adjustment is amplified by the output amplifier circuit 51 for shaft vibration, and the main piezoelectric element for shaft vibration is amplified via the vibration speed detector 9. It is connected so as to be applied to the element 1. The vibration speed detector 9 generates an inductance control voltage V3 which is a signal corresponding to a deviation between the resonance frequency of the vibrator and the driving frequency. The auxiliary piezoelectric element 2 for shaft vibration is grounded via an inductance variable circuit 52 whose inductance can be varied according to the inductance control voltage V3. This inductance variable circuit 52 constitutes a frequency variable means 53. A detection signal corresponding to the deviation between the original resonance frequency of the vibrator and the driving frequency detected by the vibration speed detector 9 is given as an inductance control voltage V3 to the inductance variable circuit 52 to control the inductance.

【0072】図6にインダクタンス可変回路52の詳細
な回路例を示す。可変コイル54は可変コイル1次側5
4aと可変コイル2次側54bとにより構成され、イン
ダクタンス可変回路52の端子A及びBは可変コイル1
次側54aの端子A及びBと一致する。可変コイル2次
側54bの片端子は直流電源55を介して接地されてい
る。他端子はチョークコイル56とコンデンサ57とに
より形成されるローパスフィルタ58を介して定電流回
路59に接続されている。定電流回路59はトランジス
タ60と検出抵抗61とオペアンプ62とにより構成さ
れており、オペアンプ62の+入力にはインダクタンス
制御電圧V3が印加され、その電圧に対応した直流安定
化電流が可変コイル2次側54bを流れるように構成さ
れている。
FIG. 6 shows a detailed circuit example of the inductance variable circuit 52. The variable coil 54 is a variable coil primary side 5
4a and the variable coil secondary side 54b, terminals A and B of the inductance variable circuit 52 are connected to the variable coil 1
It matches the terminals A and B on the next side 54a. One terminal of the variable coil secondary side 54b is grounded via a DC power supply 55. The other terminal is connected to a constant current circuit 59 via a low-pass filter 58 formed by a choke coil 56 and a capacitor 57. The constant current circuit 59 includes a transistor 60, a detecting resistor 61, and an operational amplifier 62. An inductance control voltage V3 is applied to a positive input of the operational amplifier 62, and a DC stabilized current corresponding to the voltage is supplied to the variable coil secondary. It is configured to flow on the side 54b.

【0073】なお、チョークコイル56及びコンデンサ
57により構成されたローパスフィルタ58によって可
変コイル2次側54bに誘起する超音波周波数の高周波
電圧は定電流回路59には流れ込まない。これにより、
可変コイル54のコアには直流磁界が重畳されることに
なり、直流磁界の強さによって可変コイル1次側54b
のインダクタンスがインダクタンス制御電圧V3の電圧
レベルに応じて連続して変化させられることになる。
The high frequency voltage of the ultrasonic frequency induced on the secondary side 54b of the variable coil by the low-pass filter 58 constituted by the choke coil 56 and the capacitor 57 does not flow into the constant current circuit 59. This allows
A DC magnetic field is superimposed on the core of the variable coil 54, and the variable coil primary side 54b
Is continuously changed in accordance with the voltage level of the inductance control voltage V3.

【0074】このような回路構成において、発振器22
による任意の周波数の信号が軸振動用出力増幅回路51
及び振動速度検出器9を経て軸振動用の主圧電素子1を
駆動すると、発振器22の信号に対応した周波数で振動
子は振動する。同時に軸振動用の副圧電素子2には振動
による圧電効果で振動周波数に同期した高周波電圧が発
生しインダクタンス可変回路52を経てアースに流れ
る。ここでインダクタンス可変回路52のインダクタン
スが変化すると振動子の共振周波数も変化する。これ
は、軸振動用の主圧電素子1から見て軸振動用の副圧電
素子2のインピーダンスが変化し、それによって軸振動
用の副圧電素子2の音速が変わり、その結果振動子の共
振周波数が変化させられたためと推測される。
In such a circuit configuration, the oscillator 22
Signal of an arbitrary frequency due to the shaft vibration output amplifying circuit 51
When the main piezoelectric element 1 for shaft vibration is driven via the vibration speed detector 9, the vibrator vibrates at a frequency corresponding to the signal of the oscillator 22. At the same time, a high frequency voltage synchronized with the vibration frequency is generated in the auxiliary piezoelectric element 2 for shaft vibration due to the piezoelectric effect of the vibration, and flows to the ground via the variable inductance circuit 52. Here, when the inductance of the inductance variable circuit 52 changes, the resonance frequency of the vibrator also changes. This is because, when viewed from the main piezoelectric element 1 for axial vibration, the impedance of the sub piezoelectric element 2 for axial vibration changes, thereby changing the sound speed of the sub piezoelectric element 2 for axial vibration. As a result, the resonance frequency of the vibrator is changed. Is presumed to have been changed.

【0075】ここで、本来の振動子の共振周波数と駆動
した周波数との偏差に比例した信号が振動速度検出器9
からインダクタンス制御電圧V3として出力されるが、
これをフィードバック信号の電圧としてインダクタンス
可変回路52のインダクタンスを変えるようにすれば、
発振器22の周波数と振動子の変化させられた共振周波
数が一致したところで安定した共振振動を継続すること
になる。この際、温度変化や負荷変動などで振動子の共
振周波数が変わったとしても、その差分がインダクタン
ス制御電圧V3としてインダクタンス可変回路52を制
御しインダクタンスを更に変化させることで強制的に振
動子の共振周波数を発振器の発振周波数に自動追尾的に
合わせることが可能になる。
Here, a signal proportional to the deviation between the resonance frequency of the original vibrator and the driving frequency is applied to the vibration speed detector 9.
Is output as an inductance control voltage V3 from
If this is used as the voltage of the feedback signal to change the inductance of the inductance variable circuit 52,
When the frequency of the oscillator 22 matches the changed resonance frequency of the vibrator, stable resonance vibration is continued. At this time, even if the resonance frequency of the vibrator changes due to a temperature change, a load fluctuation, or the like, the difference is used as the inductance control voltage V3 to control the inductance variable circuit 52 to further change the inductance, thereby forcing the resonance of the vibrator. It is possible to automatically adjust the frequency to the oscillation frequency of the oscillator.

【0076】即ち、従来の超音波振動の自動追尾は、振
動子の共振周波数の変化に合わせて発振周波数を変化さ
せるようにしていたが、本実施の形態では、周波数可変
手段53を備えることにより、前述した各実施の形態の
場合と同様に、発振器22の発振周波数に強制的に振動
子の共振周波数を合わせることができる。
That is, in the conventional automatic tracking of ultrasonic vibration, the oscillation frequency is changed in accordance with the change in the resonance frequency of the vibrator. As in the above-described embodiments, the resonance frequency of the vibrator can be forcibly adjusted to the oscillation frequency of the oscillator 22.

【0077】本発明の第六の実施の形態を図7に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項4記載の発明に相
当する。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment corresponds to the invention described in claim 4.

【0078】本実施の形態は、複合振動発生超音波振動
子なるB−L型複合振動子70に適用されている。即
ち、軸振動用の主圧電素子1、軸振動用の副圧電素子2
に加えて、振動モードの異なるたわみ振動用圧電素子7
1A,71Bを備えている。即ち、たわみ振動用圧電素
子71A,71B、軸振動用の主圧電素子1及び軸振動
用の副圧電素子2を前部ホーン3と後部ホーン4で挟み
込み、締着ボルト5で強力に締め付けたB−L型複合振
動子70において、電圧制御発振器7の信号を出力増幅
回路72により増幅し、たわみ振動速度検出器73を介
してたわみ振動用圧電素子71A,71Bに印加する構
成とされ、主振動モードなるたわみ振動を発生させる。
ここで、たわみ振動速度検出器73では、本来のたわみ
振動子の共振周波数と圧電素子71A,71Bに印加さ
れる周波数との偏差に比例した電圧を周波数制御電圧V
4として出力し、この周波数制御電圧V4をフィードバ
ック信号として電圧制御発振器7を制御すれば、たわみ
振動はPLL型自動追尾となり共振周波数で安定して振
動を続けることができる。
This embodiment is applied to a BL type composite vibrator 70 which is a composite vibration generating ultrasonic vibrator. That is, the main piezoelectric element 1 for shaft vibration and the sub piezoelectric element 2 for shaft vibration
In addition to the above, the flexural vibration piezoelectric element 7 having a different vibration mode
1A and 71B. That is, the bending vibration piezoelectric elements 71A and 71B, the main piezoelectric element 1 for shaft vibration, and the sub piezoelectric element 2 for shaft vibration are sandwiched between the front horn 3 and the rear horn 4 and strongly tightened with the fastening bolt 5. In the -L-type composite vibrator 70, the signal of the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the output amplifier circuit 72 and applied to the flexural vibration piezoelectric elements 71A and 71B via the flexural vibration speed detector 73, so that the main vibration The mode generates flexural vibration.
Here, the flexural vibration speed detector 73 outputs a voltage proportional to the deviation between the resonance frequency of the original flexural vibrator and the frequency applied to the piezoelectric elements 71A and 71B.
When the voltage control oscillator 7 is controlled using the frequency control voltage V4 as a feedback signal, the deflection vibration becomes a PLL type automatic tracking, and the vibration can be stably continued at the resonance frequency.

【0079】一方、出力増幅回路72の出力は軸振動速
度検出器74を介して軸振動用の主圧電素子1にも印加
され、たわみ振動の共振周波数と同じ信号が印加され
る。また、電圧制御発振器7からの信号は電圧制御型位
相制御器23を介して軸振動用の副出力増幅回路12で
増幅された後、軸振動用の副圧電素子2に印加される。
ここに、軸振動速度検出器74、電圧制御型位相制御器
23及び副出力増幅回路12により周波数可変手段75
(周波数可変手段24に対応する)が構成されている。
電圧制御型位相制御器23は軸振動速度検出器74によ
り検出された位相制御電圧V2により位相角が制御され
る。この複合振動子70の場合、常にたわみ振動の共振
周波数で軸振動用の主圧電素子1も駆動されるわけであ
るが、本来の軸の共振周波数とたわみ振動の共振周波数
との偏差に比例した信号がフィードバック信号となり位
相制御電圧V2として軸振動用の副圧電素子2に加わる
信号の位相角を制御することで軸振動の共振周波数が強
制的にたわみ振動の共振周波数に合わせられることにな
る。つまり、軸振動(副振動モード)の共振周波数がた
わみ振動(主振動モード)の共振周波数に自動追尾する
ことになり、同一の周波数で安定した複合振動が実現で
きることになる。
On the other hand, the output of the output amplifying circuit 72 is also applied to the main piezoelectric element 1 for shaft vibration via the shaft vibration speed detector 74, and the same signal as the resonance frequency of the flexural vibration is applied. Further, the signal from the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the shaft vibration auxiliary output amplifier circuit 12 via the voltage control type phase controller 23 and then applied to the shaft vibration auxiliary piezoelectric element 2.
Here, the shaft vibration velocity detector 74, the voltage control type phase controller 23, and the sub-output amplifier circuit 12
(Corresponding to the frequency variable means 24).
The phase angle of the voltage control type phase controller 23 is controlled by the phase control voltage V2 detected by the shaft vibration velocity detector 74. In the case of this composite vibrator 70, the main piezoelectric element 1 for axial vibration is always driven at the resonance frequency of the flexural vibration, but is proportional to the deviation between the resonance frequency of the original shaft and the resonant frequency of the flexural vibration. The signal becomes a feedback signal, and by controlling the phase angle of the signal applied to the auxiliary piezoelectric element 2 for shaft vibration as the phase control voltage V2, the resonance frequency of shaft vibration is forcibly adjusted to the resonance frequency of flexural vibration. That is, the resonance frequency of the shaft vibration (sub-vibration mode) automatically tracks the resonance frequency of the flexural vibration (main vibration mode), and a stable composite vibration can be realized at the same frequency.

【0080】なお、本実施の形態では、周波数可変手段
24対応の周波数可変手段75を用いたが、周波数可変
手段13,48又は53対応の周波数可変手段を用いる
ようにしてもよい(請求項5,6記載の発明に相当す
る)。
In the present embodiment, the frequency variable means 75 corresponding to the frequency variable means 24 is used, but a frequency variable means corresponding to the frequency variable means 13, 48 or 53 may be used. , 6)).

【0081】本発明の第七の実施の形態を図8に基づい
て説明する。本実施の形態は、請求項10記載の発明に
相当する。
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment corresponds to the tenth aspect of the present invention.

【0082】本実施の形態も、複合振動発生超音波振動
子なるB−L型複合振動子80に適用されている。
This embodiment is also applied to a BL type composite vibrator 80 which is a composite vibration generating ultrasonic vibrator.

【0083】本実施の形態は、第六の実施の形態を発展
的に改良したものである。たわみ振動用圧電素子71
A,71B、軸振動用の主圧電素子1、軸振動用の副圧
電素子2を前部ホーン3と後部ホーン4とで挟み込み、
締着ボルト5で強力に締め付けたB−L型複合振動子8
0において、電圧制御発振器7の信号をたわみ振動振幅
制御用の可変抵抗器81で振幅の制御が可能なたわみ振
動用出力増幅回路82で増幅し、たわみ振動速度検出器
73を介してたわみ振動用圧電素子71A,72Bに印
加する構成とし、たわみ振動を発生させる。ここで、た
わみ振動速度検出器73では、本来のたわみ振動子の共
振周波数と圧電素子に印加される周波数との偏差に比例
した電圧を周波数制御電圧V1として出力し、この周波
数制御電圧V1をフィードバック信号として電圧制御発
振器7を制御すれば、たわみ振動はPLL型自動追尾と
なり共振周波数で安定して振動を続けることができる。
This embodiment is an improvement of the sixth embodiment. Piezoelectric element 71 for flexural vibration
A, 71B, a main piezoelectric element 1 for shaft vibration, and a sub piezoelectric element 2 for shaft vibration are sandwiched between a front horn 3 and a rear horn 4,
BL type vibrator 8 strongly tightened with fastening bolts 5
At 0, the signal of the voltage controlled oscillator 7 is amplified by a flexural vibration output amplifying circuit 82 whose amplitude can be controlled by a flexural vibration amplitude control variable resistor 81, and the flexural vibration output is detected by a flexural vibration speed detector 73. A configuration is applied to the piezoelectric elements 71A and 72B to generate flexural vibration. Here, the flexural vibration velocity detector 73 outputs a voltage proportional to the deviation between the resonance frequency of the original flexural vibrator and the frequency applied to the piezoelectric element as the frequency control voltage V1, and this frequency control voltage V1 is fed back. If the voltage controlled oscillator 7 is controlled as a signal, the flexural vibration becomes PLL type automatic tracking, and the vibration can be stably continued at the resonance frequency.

【0084】一方、電圧制御発振器7の信号は位相調整
用の可変抵抗器83で任意に位相角が可変できる振動軌
跡制御用位相制御器84を経て軸振動振幅制御用の可変
抵抗器85で振幅の制御が可能な軸振動用出力増幅回路
86で増幅され、軸振動速度検出器74を介して軸振動
用の主圧電素子1に印加され、たわみ振動の共振周波数
と同一の周波数で位相角が変えられた信号が印加され
る。また、電圧制御発振器7からの信号を電圧制御型位
相制御器23を介して軸振動用の副出力増幅回路12で
増幅して軸振動用の副圧電素子2に印加する。電圧制御
型位相制御器23は軸振動速度検出器74で検出された
位相制御電圧V2に応じて位相角が制御される。即ち、
第六の実施の形態との対比では、振動軌跡制御用位相制
御器84と軸振動用出力増幅回路86とによる制御手段
87が付加されている。つまり、本実施の形態では、た
わみ振動振幅制御用の可変抵抗器81によりたわみ振動
(主振動)モードに印加する電圧を変えることでそのた
わみ振動の振幅の変化可能な構造を有し、かつ、軸振動
振幅制御用の可変抵抗器85により軸振動(副振動)モ
ードに印加する電圧も変えることでその軸振動モードの
振幅を変化可能な構造を有して、制御手段87は、同時
に位相角をたわみ振動モードの電圧の位相に対して変化
させ、各々に印加する電圧と位相を制御することでリサ
ージュ波形の振動軌跡を発生させ、その振動軌跡を任意
に制御するものである。
On the other hand, the signal of the voltage controlled oscillator 7 passes through a vibration trajectory controlling phase controller 84 whose phase angle can be arbitrarily varied by a phase adjusting variable resistor 83 and a variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude. Is amplified by a shaft vibration output amplifying circuit 86 which can be controlled by the shaft vibration, and applied to the main piezoelectric element 1 for shaft vibration via a shaft vibration speed detector 74. The phase angle is the same as the resonance frequency of the flexural vibration. The changed signal is applied. Further, a signal from the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the shaft output auxiliary output amplifier circuit 12 via the voltage control type phase controller 23 and applied to the shaft driven auxiliary piezoelectric element 2. The phase angle of the voltage control type phase controller 23 is controlled in accordance with the phase control voltage V2 detected by the shaft vibration speed detector 74. That is,
In contrast to the sixth embodiment, a control means 87 including a vibration trajectory control phase controller 84 and a shaft vibration output amplifier circuit 86 is added. That is, in the present embodiment, the variable resistor 81 for controlling the bending vibration amplitude has a structure in which the voltage applied to the bending vibration (main vibration) mode is changed to change the amplitude of the bending vibration, and The variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude has a structure capable of changing the amplitude of the shaft vibration mode by changing the voltage applied to the shaft vibration (sub-vibration) mode. Is changed with respect to the phase of the voltage in the flexural vibration mode, and a voltage and a phase applied to each are controlled to generate a vibration trajectory of a Lissajous waveform, and the vibration trajectory is arbitrarily controlled.

【0085】このような構成の複合振動子80の場合、
常にたわみ振動の共振周波数で軸振動用の主圧電素子1
も駆動されるわけであるが、第六の実施の形態で説明し
た原理と同じく軸振動の共振周波数とたわみ振動の周波
数との偏差に比例した信号がフィードバック信号となり
位相制御電圧V2として軸振動用の副圧電素子2に加わ
る信号の位相を制御することで軸振動の共振周波数が強
制的にたわみ振動の共振周波数に合わせられることにな
り、同一の周波数で安定した複合振動が実現できること
になる。ここで、位相調整用の可変抵抗器83で位相角
を調整すれば任意のリサージュ波形の軌跡を描かせるこ
とが可能になる。
In the case of the composite vibrator 80 having such a configuration,
Main piezoelectric element 1 for shaft vibration always at resonance frequency of flexural vibration
Is also driven, but a signal proportional to the deviation between the resonance frequency of the shaft vibration and the frequency of the bending vibration becomes a feedback signal as in the principle described in the sixth embodiment, and is used as a phase control voltage V2 for the shaft vibration. By controlling the phase of the signal applied to the auxiliary piezoelectric element 2, the resonance frequency of the axial vibration is forcibly adjusted to the resonance frequency of the flexural vibration, and a stable composite vibration can be realized at the same frequency. Here, if the phase angle is adjusted by the variable resistor 83 for phase adjustment, it is possible to draw a locus of an arbitrary Lissajous waveform.

【0086】例えば、互いの位相角を90度に設定すれ
ば振動子先端部は楕円振動S1に示す軌跡を描くことに
なり、たわみ振動と軸振動の振動振幅が等しければ真円
の軌跡を描くことが可能である。ここで、たわみ振動振
幅制御用の可変抵抗器81と軸振動振幅制御用の可変抵
抗器85を調整すれば様々な楕円率のリサージュ波形の
軌跡を描かせることが可能になる。更に位相調整用の可
変抵抗器83を調整することで楕円の傾斜も調整でき、
例えば傾斜した楕円振動S2のような振動軌跡も自由に
実現できる。
For example, if the mutual phase angle is set to 90 degrees, the tip of the vibrator draws a locus represented by elliptical vibration S1, and if the vibration amplitudes of the flexural vibration and the axial vibration are equal, a true circular locus is drawn. It is possible. Here, by adjusting the variable resistor 81 for controlling the bending vibration amplitude and the variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude, it is possible to draw the trajectories of the Lissajous waveforms having various ellipticities. Further, the inclination of the ellipse can be adjusted by adjusting the variable resistor 83 for phase adjustment,
For example, a vibration locus such as an inclined elliptical vibration S2 can be freely realized.

【0087】本発明の第八の実施の形態を図9に基づい
て説明する。本実施の形態も、請求項10記載の発明に
相当する。
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also corresponds to the invention described in claim 10.

【0088】本実施の形態では、同一特性のたわみ振動
用圧電素子71C,71C′と、軸振動用の副圧電素子
2とを前部ホーン3と後部ホーン4とで挟み込み、締着
ボルト5で強力に締め付けたB−L型複合振動子90が
用いられる。
In this embodiment, the flexural vibration piezoelectric elements 71C and 71C 'having the same characteristics and the axial vibration sub-piezoelectric element 2 are sandwiched between the front horn 3 and the rear horn 4, and the fastening bolt 5 is used. A B-L type composite vibrator 90 that is strongly tightened is used.

【0089】ここで、一対のたわみ振動用圧電素子71
C,71C′は互いの圧電方向が向き合うように合わせ
た円環状の圧電素子を2分割して半円環状に形成し、か
つ、2組とも圧電方向がプラス側の面を向き合わせて
(→←で表す)構成されている。もっとも、2組とも圧電
方向がマイナス面を向き合わせて(←→で表す)構成して
も効果は等しい。この場合、電極を共通化せずに各々の
駆動電圧を逆相で印加すれば片方の圧電素子が膨張する
サイクルでもう一方の圧電素子が収縮するため、簡単に
たわみ振動を発生させることが可能になる。また、各々
の電極に同相の駆動電圧を印加すれば各々のたわみ振動
用圧電素子71C,71c′は同一周期で伸び縮みを繰
返すので軸振動を発生することができる。従って、同一
のたわみ振動用圧電素子71C,71c′を組合せて、
各々に加える駆動電圧の位相を変えることで軸振動でも
たわみ振動でも発生できることになる。
Here, a pair of flexural vibration piezoelectric elements 71
C and 71C 'are formed by dividing an annular piezoelectric element in which the piezoelectric directions thereof are opposed to each other into two and forming a semi-annular shape.
(Represented by → ←). However, the effect is the same even if the two sets are configured with the piezoelectric directions facing the minus side (represented by ← →). In this case, if the driving voltages are applied in opposite phases without using the same electrode, the other piezoelectric element contracts in the cycle where one piezoelectric element expands, so that flexural vibration can be easily generated. become. Further, if a driving voltage having the same phase is applied to each electrode, each of the flexural vibration piezoelectric elements 71C and 71c 'repeats expansion and contraction at the same period, so that axial vibration can be generated. Therefore, by combining the same flexural vibration piezoelectric elements 71C and 71c ',
By changing the phase of the drive voltage applied to each of them, it is possible to generate both axial vibration and flexural vibration.

【0090】ここで、振動合成用トランス91の2次側
の一方の端子Aを一方のたわみ振動用圧電素子71Cの
端子Aに接続し、振動合成用トランス91の2次側の他
方の端子Bを他方のたわみ振動用圧電素子71C′の端
子Bに接続し、振動合成用トランス91の2次側の中性
点0に駆動電圧を加えれば、たわみ振動用圧電素子71
C,71C′には同相の駆動電圧が印加されるので軸振
動を発生する。同時に振動合成用トランス91の1次側
に別に駆動電圧を加えれば、振動合成用トランス91の
2次側には逆位相の電圧が端子A,Bに現れるので、た
わみ振動用圧電素子71C,71C′でたわみ振動を発
生することが可能になる。
Here, one terminal A on the secondary side of the vibration synthesizing transformer 91 is connected to the terminal A of one flexural vibration piezoelectric element 71C, and the other terminal B on the secondary side of the vibration synthesizing transformer 91 is connected. Is connected to the terminal B of the other flexural vibration piezoelectric element 71C ', and if a drive voltage is applied to the neutral point 0 on the secondary side of the vibration synthesizing transformer 91, the flexural vibration piezoelectric element 71C'
C and 71C 'are applied with the same-phase drive voltage, so that axial vibration is generated. At the same time, if a drive voltage is separately applied to the primary side of the vibration synthesizing transformer 91, voltages having opposite phases appear on the terminals A and B on the secondary side of the vibration synthesizing transformer 91, so that the flexural vibration piezoelectric elements 71C, 71C ', It is possible to generate flexural vibration.

【0091】従って、振動合成用トランス91を使用す
れば、振動子構造が簡略化されたB−L型複合振動子9
0が実現できる。
Therefore, the use of the vibration synthesizing transformer 91 makes it possible to simplify the vibrator structure of the BL type composite vibrator 9.
0 can be realized.

【0092】ここで、電圧制御発振器7の信号をたわみ
振動振幅制御用の可変抵抗器81で振幅の制御が可能な
たわみ振動用出力増幅回路82で増幅した後、たわみ振
動速度検出器73を介して振動合成用トランス91に付
与するように接続する。たわみ振動速度検出器73で
は、本来のたわみ振動子の共振周波数と圧電素子に印加
される周波数との偏差に比例した電圧を周波数制御電圧
V1として出力し、この周波数制御電圧V1をフィード
バック信号として電圧制御発振器7を制御すれば、たわ
み振動はPLL型自動追尾となり共振周波数で安定して
振動を続けることができる。
Here, the signal of the voltage controlled oscillator 7 is amplified by a flexural vibration output amplifying circuit 82 whose amplitude can be controlled by a flexural vibration amplitude control variable resistor 81, and then transmitted through a flexural vibration speed detector 73. Connected to the transformer 91 for vibration synthesis. The flexural vibration velocity detector 73 outputs a voltage proportional to the deviation between the resonance frequency of the original flexural vibrator and the frequency applied to the piezoelectric element as a frequency control voltage V1, and uses this frequency control voltage V1 as a feedback signal. If the control oscillator 7 is controlled, the flexural vibration becomes a PLL type automatic tracking, and the vibration can be stably continued at the resonance frequency.

【0093】一方、電圧制御発振器7の信号は位相調整
用の可変抵抗器83で任意に位相角が可変できる振動軌
跡制御用位相制御器84を経て軸振動振幅制御用の可変
抵抗器85で振幅の制御が可能な軸振動用出力増幅回路
86で増幅し、軸振動速度検出器74を介して振動合成
用トランス91の2次側の中性点に入力されるように接
続され、たわみ振動の共振周波数と同一で位相角が変え
られた信号が印加される。また、電圧制御発振器7から
の信号を電圧制御型位相制御器23を介して軸振動用の
副出力増幅回路12で増幅して軸振動用の副圧電素子2
に印加する。電圧制御型位相制御器23は軸振動速度検
出器74で検出された位相制御電圧V2で位相角が制御
される。
On the other hand, the signal of the voltage controlled oscillator 7 passes through a vibration trajectory controlling phase controller 84 whose phase angle can be arbitrarily varied by a phase adjusting variable resistor 83 and a variable resistor 85 for shaft vibration amplitude control. Is amplified by a shaft vibration output amplifying circuit 86 capable of controlling the vibration, and is connected via a shaft vibration speed detector 74 to a neutral point on the secondary side of the vibration synthesizing transformer 91 so as to be connected. A signal having the same resonance frequency but a changed phase angle is applied. Further, the signal from the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the auxiliary output amplifier circuit 12 for shaft vibration via the voltage control type phase controller 23 so that the auxiliary piezoelectric element 2 for shaft vibration is amplified.
Is applied. The phase angle of the voltage control type phase controller 23 is controlled by the phase control voltage V2 detected by the shaft vibration velocity detector 74.

【0094】本実施の形態のB−L複合振動子90の場
合、図8に示した第七の実施の形態の場合と同じ原理で
安定した複合振動が実現できるわけであるが、たわみ振
動用圧電素子71C,71C′が前述の第七の実施の形
態におけるたわみ振動用圧電素子71A,71Bと軸振
動用の主圧電素子1との動作を同時に実行していること
になる。従って、位相調整用の可変抵抗器83で位相角
を調整すれば振動子先端に任意のリサージュ波形の軌跡
を描かせることが可能になる。
In the case of the BL composite vibrator 90 of this embodiment, a stable composite vibration can be realized by the same principle as in the case of the seventh embodiment shown in FIG. This means that the piezoelectric elements 71C and 71C 'simultaneously perform the operations of the flexural vibration piezoelectric elements 71A and 71B and the axial vibration main piezoelectric element 1 in the seventh embodiment. Therefore, if the phase angle is adjusted by the variable resistor 83 for phase adjustment, it is possible to draw an arbitrary Lissajous waveform trajectory at the tip of the vibrator.

【0095】例えば、互いの位相角を90度に設定すれ
ば振動子先端部は楕円振動S1に示す軌跡を描くことに
なり、たわみ振動と軸振動の振動振幅が等しければ真円
の軌跡を描くことが可能である。ここで、たわみ振動振
幅制御用の可変抵抗器81と軸振動振幅制御用の可変抵
抗器85とを調整すれば様々な楕円率のリサージュ波形
の軌跡を描かせることが可能になる。更に位相調整用の
可変抵抗器83を調整することで楕円の傾斜も調整で
き、例えば傾斜した楕円振動S2のような振動軌跡も自
由に実現できる。
For example, if the mutual phase angle is set to 90 degrees, the tip of the vibrator draws a locus indicated by elliptical vibration S1, and if the vibration amplitudes of the flexural vibration and the axial vibration are equal, a true circular locus is drawn. It is possible. Here, by adjusting the variable resistor 81 for controlling the bending vibration amplitude and the variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude, it is possible to draw the trajectories of the Lissajous waveforms having various ellipticities. Further, the inclination of the ellipse can be adjusted by adjusting the variable resistor 83 for phase adjustment, and a vibration trajectory such as an inclined elliptical vibration S2 can be freely realized.

【0096】本発明の第九の実施の形態を図10に基づ
いて説明する。本実施の形態は、請求項7記載の発明に
相当する。
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is equivalent to the seventh aspect of the present invention.

【0097】本実施の形態は、複合振動発生超音波振動
子なるB−L型複合振動子100に適用されている。た
わみ振動用圧電素子71A,71B、軸振動用の主圧電
素子1及び軸振動用の副圧電素子2を前部ホーン3と後
部ホーン4とで挟み込み、締着ボルト5で強力に締め付
けたB−L型複合振動子100において、電圧制御発振
器7の信号を分周回路101で整数分の1に分周後、そ
の信号をたわみ振動振幅制御用の可変抵抗器81で振幅
制御が可能なたわみ振動用出力増幅回路82で増幅し、
たわみ振動速度検出器73を介してたわみ振動用圧電素
子71A,71Bに印加する樽成とし、たわみ振動を発
生させる。
The present embodiment is applied to a BL type composite vibrator 100 which is a composite vibration generating ultrasonic vibrator. The piezoelectric elements 71A and 71B for bending vibration, the main piezoelectric element 1 for shaft vibration, and the sub-piezoelectric element 2 for shaft vibration are sandwiched between the front horn 3 and the rear horn 4, and are strongly tightened with fastening bolts 5. In the L-type composite vibrator 100, after the signal of the voltage controlled oscillator 7 is frequency-divided by the frequency dividing circuit 101 into a fractional integer, the signal is subjected to flexural vibration whose amplitude can be controlled by a variable resistor 81 for flexural vibration amplitude control. Amplified by the output amplifier circuit 82 for
The flexural vibration is applied to the flexural vibration piezoelectric elements 71A and 71B via the flexural vibration speed detector 73 to generate flexural vibration.

【0098】ここで、たわみ振動速度検出器73では、
本来のたわみ振動子の共振周波数と圧電素子に印加され
る周波数との偏差に比例した電圧を周波数制御電圧V1
として出力し、この周波数制御電圧V1をフィードバッ
ク信号として電圧制御発振器7を制御すれば、たわみ振
動はPLL型自動追尾となり共振周波数で安定して振動
を続けることができる。
Here, the deflection vibration velocity detector 73
A voltage proportional to the deviation between the resonance frequency of the original flexural vibrator and the frequency applied to the piezoelectric element is defined as a frequency control voltage V1.
If the voltage control oscillator 7 is controlled using the frequency control voltage V1 as a feedback signal, the flexural vibration becomes PLL type automatic tracking, and the vibration can be stably continued at the resonance frequency.

【0099】一方、軸振動振幅制御用の可変抵抗器85
で振幅制御が可能な軸振動用出力増幅回路86で電圧制
御発振器7の信号を増幅し、軸振動速度検出器74を介
して軸振動用の主圧電素子1に入力させることで、たわ
み振動の共振周波数の整数倍の周波数の信号が印加され
る。また、電圧制御発振器7からの信号を電圧制御型位
相制御器23を介して軸振動用の副出力増幅回路12で
増幅して軸振動用の副圧電素子2に印加する。電圧制御
型位相制御器23は軸振動速度検出器74で検出した位
相制御電圧V2で位相角が制御される。
On the other hand, the variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude
By amplifying the signal of the voltage controlled oscillator 7 by the shaft vibration output amplifier circuit 86 whose amplitude can be controlled by the above and inputting the amplified signal to the main piezoelectric element 1 for shaft vibration via the shaft vibration speed detector 74, the flexural vibration can be reduced. A signal having a frequency that is an integral multiple of the resonance frequency is applied. Further, a signal from the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the shaft output auxiliary output amplifier circuit 12 via the voltage control type phase controller 23 and applied to the shaft driven auxiliary piezoelectric element 2. The phase angle of the voltage control type phase controller 23 is controlled by the phase control voltage V2 detected by the shaft vibration velocity detector 74.

【0100】このような構成のB−L型複合振動子10
0の場合、常にたわみ振動の共振周波数の整数倍の周波
数で軸振動用の主圧電素子1も駆動されるわけである
が、本来の軸の共振周波数とたわみ振動の整数倍の周波
数との偏差に比例した信号がフィードバック信号とな
り、位相制御電圧V2として軸振動用の副圧電素子2に
加わる信号の位相を制御することで軸振動の共振周波数
が強制的にたわみ振動の共振周波数の整数倍の周波数に
合わせられることになり、安定した複合振動が実現でき
ることになる。
The B-L type composite vibrator 10 having the above configuration
In the case of 0, the main piezoelectric element 1 for shaft vibration is always driven at a frequency that is an integral multiple of the resonance frequency of the flexural vibration. However, the deviation between the original resonance frequency of the shaft and a frequency that is an integral multiple of the flexural vibration is obtained. Becomes a feedback signal, and by controlling the phase of the signal applied to the auxiliary piezoelectric element 2 for shaft vibration as the phase control voltage V2, the resonance frequency of the shaft vibration is forced to be an integral multiple of the resonance frequency of the bending vibration. Since the frequency is adjusted to the frequency, stable composite vibration can be realized.

【0101】例えば、分周回路101の分周比を1/2
にした場合、振動子の先端部分に8の字振動S3のよう
なリサージュ波形の軌跡を描かせることが可能になる。
そして、たわみ振動振幅制御用の可変抵抗器81及び軸
振動振幅制御用の可変抵抗器85を調整することで、8
の字振動S3の振幅としては自由に縦/横比が異なる軌
跡を描かせられる。
For example, the dividing ratio of the dividing circuit 101 is set to 1/2.
In this case, it is possible to draw a trajectory of a Lissajous waveform such as the figure-eight vibration S3 at the tip of the vibrator.
Then, by adjusting the variable resistor 81 for controlling the deflection vibration amplitude and the variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude, 8
Trajectories having different aspect / width ratios can be freely drawn as the amplitude of the figure vibration S3.

【0102】なお、本実施の形態では、周波数可変手段
24対応の周波数可変手段75を用いたが、周波数可変
手段13,48又は53対応の周波数可変手段を用いる
ようにしてもよい(請求項8,9記載の発明に相当す
る)。
In this embodiment, the frequency variable means 75 corresponding to the frequency variable means 24 is used, but a frequency variable means corresponding to the frequency variable means 13, 48 or 53 may be used. , 9)).

【0103】本発明の第十の実施の形態を図11に基づ
いて説明する。本実施の形態は、請求項10記載の発明
に相当する。
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment corresponds to the tenth aspect of the present invention.

【0104】本実施の形態は、第九の実施の形態を発展
的に改良したものである。たわみ振動用圧電素子71
A,71B、軸振動用の主圧電素子1及び軸振動用の副
圧電素子2を前部ホーン3と後部ホーン4とで挟み込
み、締着ボルト5で強力に締め付けたB−L型複合振動
子110において、電圧制御発振器7の信号を分周回路
101で整数分の1に分周し、たわみ振動振幅制御用の
可変抵抗器81で振幅の制御が可能なたわみ振動用出力
増幅回路82で増幅し、たわみ振動速度検出器73を介
してたわみ振動用圧電素子71A,71Bに印加する構
成とし、たわみ振動を発生させる。
This embodiment is an improvement of the ninth embodiment. Piezoelectric element 71 for flexural vibration
A, 71B, a main piezoelectric element 1 for shaft vibration and a sub-piezoelectric element 2 for shaft vibration are sandwiched between a front horn 3 and a rear horn 4, and are strongly tightened with fastening bolts 5. At 110, the signal of the voltage controlled oscillator 7 is frequency-divided by the frequency dividing circuit 101 to be a fraction of an integer, and amplified by a flexural vibration output amplifier circuit 82 whose amplitude can be controlled by a flexural vibration amplitude controlling variable resistor 81. Then, a configuration is adopted in which flexural vibration is applied to the flexural vibration piezoelectric elements 71A and 71B via the flexural vibration speed detector 73 to generate flexural vibration.

【0105】ここで、たわみ振動速度検出器73では、
本来のたわみ振動子の共振周波数と圧電素子に印加され
る周波数との偏差に比例した電圧を周波数制御電圧V1
として出力し、この周波数制御電圧V1をフィードバッ
ク信号として電圧制御発振器7を制御すれば、たわみ振
動はPLL型自動追尾となり共振周波数で安定して振動
を続けることができる。
Here, the deflection vibration velocity detector 73
A voltage proportional to the deviation between the resonance frequency of the original flexural vibrator and the frequency applied to the piezoelectric element is defined as a frequency control voltage V1.
If the voltage control oscillator 7 is controlled using the frequency control voltage V1 as a feedback signal, the flexural vibration becomes PLL type automatic tracking, and the vibration can be stably continued at the resonance frequency.

【0106】一方、電圧制御発振器7の信号は位相調整
用の可変抵抗器83で任意に位相角が可変できる振動軌
跡制御用位相制御器84を経て軸振動振幅制御用の可変
抵抗器85で振幅の制御が可能な軸振動用出力増幅回路
86で増幅し軸振動速度検出器74を介して軸振動用の
主圧電素子1に印加され、たわみ振動の共振周波数の整
数倍の周波数で位相角が変えられた信号が印加される。
また、電圧制御発振器7からの信号を電圧制御型位相制
御器23を介して軸振動用の副出力増幅回路12で増幅
して軸振動用の副圧電素子2に印加する。電圧制御型位
相制御器23は軸振動速度検出器74で検出された位相
制御電圧V2で位相角が制御される。
On the other hand, the signal of the voltage controlled oscillator 7 passes through a vibration trajectory control phase controller 84 in which the phase angle can be arbitrarily varied by a phase adjustment variable resistor 83, and a shaft oscillation amplitude control variable resistor 85. Is amplified by a shaft vibration output amplifying circuit 86 which can be controlled by the shaft vibration speed detector 74 and applied to the shaft vibration main piezoelectric element 1 via a shaft vibration speed detector 74. The phase angle is a frequency that is an integral multiple of the resonance frequency of the flexural vibration. The changed signal is applied.
Further, a signal from the voltage controlled oscillator 7 is amplified by the shaft output auxiliary output amplifier circuit 12 via the voltage control type phase controller 23 and applied to the shaft driven auxiliary piezoelectric element 2. The phase angle of the voltage control type phase controller 23 is controlled by the phase control voltage V2 detected by the shaft vibration velocity detector 74.

【0107】即ち、第九の実施の形態との対比では、振
動軌跡制御用位相制御器84と軸振動用出力増幅回路8
6とによる制御手段87が付加されている。つまり、本
実施の形態では、たわみ振動振幅制御用の可変抵抗器8
1によりたわみ振動(主振動)モードに印加する電圧を
変えることでそのたわみ振動の振幅の変化可能な構造を
有し、かつ、軸振動振幅制御用の可変抵抗器85により
軸振動(副振動)モードに印加する電圧も変えることで
その軸振動モードの振幅を変化可能な構造を有して、制
御手段87は、同時に位相角をたわみ振動モードの電圧
の位相に対して変化させ、各々に印加する電圧と位相を
制御することでリサージュ波形の振動軌跡を発生させ、
その振動軌跡を任意に制御するものである。
That is, in contrast to the ninth embodiment, the vibration trajectory control phase controller 84 and the shaft vibration output amplifying circuit 8
6 is added. That is, in the present embodiment, the variable resistor 8 for controlling the flexural vibration amplitude is used.
1 has a structure in which the amplitude of the bending vibration can be changed by changing the voltage applied to the bending vibration (main vibration) mode, and the shaft vibration (sub vibration) is controlled by the variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude. The control means 87 has a structure in which the amplitude of the axial vibration mode can be changed by also changing the voltage applied to the mode. By controlling the voltage and phase to generate a vibration trajectory of the Lissajous waveform,
The vibration trajectory is arbitrarily controlled.

【0108】このような構成の複合振動子110の場
合、常にたわみ振動の共振周波数の整数倍の周波数で軸
振動用の主圧電素子1も駆動されるわけであるが、本来
の軸の共振周波数とたわみ振動の整数倍の周波数との偏
差に比例した信号がフィードバック信号となり位相制御
電圧V2として軸振動用の副圧電素子2に加わる信号の
位相を制御することで軸振動の共振周波数が強制的にた
わみ振動の共振周波数の整数倍の周波数に合わせられる
ことになり、安定した複合振動が実現できることにな
る。
In the case of the composite vibrator 110 having such a configuration, the main piezoelectric element 1 for axial vibration is always driven at a frequency that is an integral multiple of the resonant frequency of flexural vibration. And a signal proportional to the deviation between the frequency and an integral multiple of the deflection vibration becomes a feedback signal, and the phase control voltage V2 is used to control the phase of the signal applied to the sub-piezoelectric element 2 for shaft vibration, thereby forcing the resonance frequency of the shaft vibration. The frequency is adjusted to an integral multiple of the resonance frequency of the flexural vibration, and stable composite vibration can be realized.

【0109】ここで、分周回路101の分周比を1/2
に設定し、位相調整用の可変抵抗器83で位相角を調整
すれば任意のリサージュ波形の軌跡を描かせることが可
能になる。例えば、互いの位相角を45度に設定すれば
振動子先端部は位相をずらしたリサージュ波形S4に示
す形状の軌跡を描くことになり、互いの位相角を90度
に設定すれば振動子先端部は位相をずらしたリサージュ
波形S5に示すように正弦波のような軌跡を描くことが
可能である。さらに、ここで、たわみ振動振幅制御用の
可変抵抗器81と軸振動振幅制御用の可変抵抗器85と
を調整すれば様々な縦/横比のリサージュ波形の軌跡を
描かせることが可能になる。更に分周回路101の分周
比を1/3に設定すると位相をずらしたリサージュ波形
S6のような振動軌跡が実現できる。以上、分周比と位
相角および振幅の設定を変えることで様々な振動軌跡を
得ることができる。
Here, the dividing ratio of the dividing circuit 101 is set to 1/2.
And the phase angle is adjusted by the variable resistor 83 for adjusting the phase, it is possible to draw an arbitrary Lissajous waveform trajectory. For example, if the mutual phase angle is set to 45 degrees, the tip of the vibrator will draw a trajectory of the shape shown in the Lissajous waveform S4 with the phase shifted, and if the mutual phase angle is set to 90 degrees, the tip of the vibrator will be described. The section can draw a locus like a sine wave as shown in the Lissajous waveform S5 with the phase shifted. Further, by adjusting the variable resistor 81 for controlling the deflection vibration amplitude and the variable resistor 85 for controlling the shaft vibration amplitude, it is possible to draw the trajectories of Lissajous waveforms having various aspect / width ratios. . Further, when the frequency division ratio of the frequency dividing circuit 101 is set to 1/3, a vibration trajectory such as a Lissajous waveform S6 having a shifted phase can be realized. As described above, various vibration trajectories can be obtained by changing the setting of the division ratio, the phase angle, and the amplitude.

【0110】[0110]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、主圧電素
子に電圧を印加して振動させ、副圧電素子に同一周波数
で位相角をずらした電圧を加えるようにしたので、超音
波振動子の共振周波数を任意の周波数に強制的にずらし
かつ自動追尾による安定した振動が可能になり、例えば
超音波パワー合成器のように複数の振動子を同一の周波
数で駆動する場合でも、容易に周波数を一致させて効率
よく安定した動作が実現でき、また経時変化の問題もな
くすことができる。
According to the first aspect of the present invention, a voltage is applied to the main piezoelectric element to vibrate, and a voltage is applied to the sub-piezoelectric element at the same frequency but with a phase angle shifted. It is possible to forcibly shift the resonance frequency of the transducer to an arbitrary frequency and to perform stable vibration by automatic tracking.For example, even when driving a plurality of transducers at the same frequency as in an ultrasonic power synthesizer, it is easy to use. Efficient and stable operation can be realized by matching the frequencies, and the problem of aging can be eliminated.

【0111】請求項2記載の発明によれば、一対以上の
主圧電素子に電圧を印加して振動させ、残りの一対以上
の副圧電素子は主圧電素子に印加する電圧と同一周波数
で位相角をずらしたタイミングでその副圧電素子の両端
を短絡させるようにしたので、超音波振動子の共振周波
数を任意の周波数に強制的にずらしかつ自動追尾による
安定した振動が可能になり、例えば超音波パワー合成器
のように複数の振動子を同一の周波数で駆動する場合で
も、容易に周波数を一致させて効率よく安定した動作が
実現でき、また経時変化の問題もなくすことができる。
According to the second aspect of the present invention, a voltage is applied to at least one pair of main piezoelectric elements to vibrate, and the remaining one or more sub piezoelectric elements have a phase angle at the same frequency as the voltage applied to the main piezoelectric element. The two ends of the sub piezoelectric element are short-circuited at the shifted timing, so that the resonance frequency of the ultrasonic vibrator is forcibly shifted to an arbitrary frequency and stable vibration by automatic tracking becomes possible. Even when a plurality of vibrators are driven at the same frequency as in a power combiner, the frequencies can be easily matched to realize an efficient and stable operation, and the problem of aging can be eliminated.

【0112】請求項3記載の発明によれば、一対以上の
主圧電素子に電圧を印加して振動させる場合、残りの一
対以上の副圧電素子にはコイルを接続してその副圧電素
子の両端を短絡し、そのコイルのインダクタンスを変化
させるようにしたので、超音波振動子の共振周波数を強
制的にずらしかつ自動追尾による安定した振動が可能に
なり、例えば超音波パワー合成器のように複数の振動子
を同一の周波数で駆動する場合でも、容易に周波数を一
致させて効率よく安定した動作が実現でき、また経時変
化の問題もなくすことができる。
According to the third aspect of the present invention, when a voltage is applied to at least one pair of the main piezoelectric elements to vibrate, a coil is connected to the remaining one or more sub-piezoelectric elements and both ends of the sub-piezoelectric elements are connected. And the inductance of the coil is changed, so that the resonance frequency of the ultrasonic vibrator is forcibly shifted and stable vibration by automatic tracking becomes possible. Even when these vibrators are driven at the same frequency, the frequencies can be easily matched to realize an efficient and stable operation, and the problem of aging can be eliminated.

【0113】請求項4ないし6記載の発明によれば、振
動モードの異なる圧電素子を複数対組合せて、主振動モ
ードと副振動モードとの異なる振動モードで同時に振動
させることが可能で、副振動モードで振動する振動子部
分が一対以上の主圧電素子と一対以上の副圧電素子とを
組合せてなる複合振動発生超音波振動子で、主振動モー
ドで振動している共振周波数に対して、別モードで振動
している副振動モードの副圧電素子を前述した請求項1
〜3記載の発明における周波数可変手段の何れかを用い
て強制的に一致させるようにしたので、継続して安定し
た複合振動を得ることができ、超音波を利用した切削や
研削等の加工分野での応用範囲が広がり高品位な加工が
期待できる。
According to the invention set forth in claims 4 to 6, it is possible to simultaneously vibrate in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode by combining a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes. A vibrator portion that vibrates in the mode is a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which one or more pairs of main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements are combined. 2. The sub-piezoelectric element of the sub-vibration mode vibrating in the mode is described above.
According to the invention described in any one of (3) to (3), any one of the frequency variable means is used to forcibly match, so that a stable composite vibration can be continuously obtained, and a processing field such as cutting or grinding using ultrasonic waves. Application range is widened and high quality processing can be expected.

【0114】請求項7ないし9記載の発明によれば、振
動モードの異なる圧電素子を複数対組合せて、主振動モ
ードと副振動モードとの異なる振動モードで同時に振動
させることが可能で、副振動モードで振動する振動子部
分が一対以上の主圧電素子と一対以上の副圧電素子とを
組合せてなる複合振動発生超音波振動子で、主振動モー
ドで振動している共振周波数に対して、別モードで振動
している副振動モードの副圧電素子を前述した請求項1
〜3記載の発明における周波数可変手段の何れかを用い
て強制的に共振周波数を変化させて常に主振動モードの
整数倍の共振周波数に副振動モードの共振周波数を一致
させるようにしたので、従来では不可能であった継続し
て安定した複合振動を発生させることができ、超音波を
利用した切削や研削等の加工分野での応用範囲が広がり
高品位な加工が期待できる。
According to the seventh to ninth aspects of the present invention, a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to vibrate simultaneously in different vibration modes of the main vibration mode and the sub vibration mode. A vibrator portion that vibrates in the mode is a composite vibration generating ultrasonic vibrator in which one or more pairs of main piezoelectric elements and one or more sub-piezoelectric elements are combined. 2. The sub-piezoelectric element of the sub-vibration mode vibrating in the mode is described above.
Since the resonance frequency is forcibly changed by using any one of the frequency variable means according to the inventions described in (3) to (3), the resonance frequency of the sub-vibration mode always coincides with the resonance frequency of an integral multiple of the main vibration mode. It is possible to generate a stable and complex vibration continuously, which is not possible with the above, and the application range in the processing field such as cutting and grinding using ultrasonic waves is widened, and high quality processing can be expected.

【0115】請求項10記載の発明によれば、請求項4
ないし9の何れか一に記載の複合振動発生超音波振動子
に関して、各々の複数対の圧電素子の端子に印加する電
圧を変えて振幅を変化可能な構造にし、同時に各々の振
動モードに印加する電圧の位相角を制御することで、振
動子先端にリサージュ波形の振動軌跡を発生させ、その
振動軌跡を安定して任意に制御できるようにしたので、
例えば、刃先に切削バイトを装着することで、切削抵抗
が少ない振動切削が実現でき、特にセラミックスやガラ
スなどの高脆性材を従来にない低切削抵抗で超精密切削
が実現できる他、研削やミーリング加工などの分野でも
低切削抵抗での超精密加工が実現できる。
According to the tenth aspect, the fourth aspect is provided.
10. The composite vibration generating ultrasonic vibrator according to any one of 9 to 9, wherein the voltage applied to the terminals of each of the plurality of pairs of piezoelectric elements is changed so that the amplitude can be changed, and simultaneously applied to each vibration mode. By controlling the phase angle of the voltage, a vibration trajectory of a Lissajous waveform is generated at the tip of the vibrator, and the vibration trajectory can be controlled stably and arbitrarily.
For example, by attaching a cutting tool to the cutting edge, vibration cutting with low cutting resistance can be realized, and in particular, high-precision cutting of highly brittle materials such as ceramics and glass can be realized with unprecedented low cutting resistance, and grinding and milling. Ultra-precision machining with low cutting force can be realized in the field of machining.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一の実施の形態を示す超音波振動子
の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施の形態を示す超音波振動子
の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施の形態を示す超音波振動子
の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an ultrasonic transducer according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第四の実施の形態を示す超音波振動子
の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of an ultrasonic vibrator showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第五の実施の形態を示す超音波振動子
の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an ultrasonic vibrator showing a fifth embodiment of the present invention.

【図6】そのインダクタンス可変回路の構成例を示す回
路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the variable inductance circuit.

【図7】本発明の第六の実施の形態を示す複合振動子の
構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a composite vibrator showing a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第七の実施の形態を示す複合振動子の
構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a composite vibrator showing a seventh embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第八の実施の形態を示す複合振動子の
構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a composite vibrator showing an eighth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第九の実施の形態を示す複合振動子
の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a composite vibrator showing a ninth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第十の実施の形態を示す複合振動子
の構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a composite vibrator showing a tenth embodiment of the present invention.

【図12】一般的な超音波パワー合成器を示す構成図で
ある。
FIG. 12 is a configuration diagram showing a general ultrasonic power synthesizer.

【図13】従来のT−L型複合振動子を示す構成図であ
る。
FIG. 13 is a configuration diagram showing a conventional TL-type composite vibrator.

【図14】従来のランジュバン型B−L型複合振動子を
示す構成図である。
FIG. 14 is a configuration diagram showing a conventional Langevin type BL composite oscillator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主圧電素子 2 副圧電素子 13 周波数可変手段 24 周波数可変手段 48 周波数可変手段 53 周波数可変手段 81 可変手段 85 可変手段 87 制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main piezoelectric element 2 Sub piezoelectric element 13 Frequency variable means 24 Frequency variable means 48 Frequency variable means 53 Frequency variable means 81 Variable means 85 Variable means 87 Control means

フロントページの続き Fターム(参考) 5D107 AA03 AA07 AA09 AA14 BB01 CC04 CC06 CC12 CD02 CD04 CD06 FF03 5H680 AA00 AA06 AA12 BB04 BB13 BB20 BC09 CC02 CC10 DD01 DD14 DD23 DD37 DD53 DD83 DD89 DD92 DD95 DD97 EE23 EE24 FF04 FF08 FF25 FF26 FF27 FF30 FF33 FF40 Continued on the front page F-term (reference) FF33 FF40

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対以上の主圧電素子と一対以上の副圧
電素子とを組合せた超音波振動子において、 一対以上の前記主圧電素子に駆動電圧を印加して振動さ
せる場合に、残りの少なくとも一対の前記副圧電素子に
対して前記主圧電素子に印加する電圧と同一周波数で位
相角をずらした電圧を印加して当該振動子の共振周波数
を強制的に変化させる周波数可変手段を備えることを特
徴とする超音波振動子。
1. An ultrasonic vibrator comprising a combination of at least one pair of main piezoelectric elements and at least one pair of sub-piezoelectric elements, wherein, when a drive voltage is applied to at least one pair of the main piezoelectric elements and vibrated, at least the remaining A frequency variable unit that forcibly changes the resonance frequency of the vibrator by applying a voltage having the same frequency as the voltage applied to the main piezoelectric element to the pair of sub piezoelectric elements and having a phase angle shifted therefrom. Ultrasonic vibrator characterized.
【請求項2】 一対以上の主圧電素子と一対以上の副圧
電素子とを組合せた超音波振動子において、 一対以上の前記主圧電素子に駆動電圧を印加して振動さ
せる場合に、残りの少なくとも一対の前記副圧電素子の
両端を前記主圧電素子に印加する電圧と同一周波数で位
相角をずらしたタイミングで短絡させて当該振動子の共
振周波数を強制的に変化させる周波数可変手段を備える
ことを特徴とする超音波振動子。
2. An ultrasonic vibrator comprising a combination of at least one pair of main piezoelectric elements and at least one pair of sub-piezoelectric elements. A frequency variable unit that forcibly changes the resonance frequency of the vibrator by short-circuiting both ends of the pair of sub-piezoelectric elements at the same frequency as the voltage applied to the main piezoelectric element and at a timing shifted in phase angle. Ultrasonic vibrator characterized.
【請求項3】 一対以上の主圧電素子と一対以上の副圧
電素子とを組合せた超音波振動子において、 一対以上の前記主圧電素子に駆動電圧を印加して振動さ
せる場合に、残りの少なくとも一対の前記副圧電素子の
両端をコイルにより短絡させ、前記コイルのインダクタ
ンスを変化させて当該振動子の共振周波数を強制的に変
化させる周波数可変手段を備えることを特徴とする超音
波振動子。
3. An ultrasonic vibrator in which a pair of at least one main piezoelectric element and a pair of at least one sub-piezoelectric element are combined. An ultrasonic vibrator comprising: a frequency variable unit that short-circuits both ends of a pair of the sub-piezoelectric elements with a coil and changes an inductance of the coil to forcibly change a resonance frequency of the vibrator.
【請求項4】 振動モードの異なる圧電素子を複数対組
合せて、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モ
ードで同時に振動させることが可能で、前記副振動モー
ドで振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対
以上の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波
振動子において、 前記主振動モードで振動している圧電素子に印加する電
圧と同一周波数で位相角をずらした電圧を前記副振動モ
ードで振動する前記副圧電素子に印加して前記副振動モ
ードで振動する前記副圧電素子の共振周波数を強制的に
変化させる周波数可変手段を備え、常に前記主振動モー
ドの共振周波数に前記副振動モードの共振周波数を一致
させるようにしたことを特徴とする複合振動発生超音波
振動子。
4. A plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to simultaneously vibrate in different vibration modes of a main vibration mode and a sub vibration mode, and a pair of vibrator portions vibrating in the sub vibration mode are paired. In the composite vibration generating ultrasonic vibrator formed by combining the above main piezoelectric element and one or more pairs of sub piezoelectric elements, the phase angle is shifted at the same frequency as the voltage applied to the piezoelectric element vibrating in the main vibration mode. A frequency varying means for applying a voltage to the auxiliary piezoelectric element vibrating in the auxiliary vibration mode to forcibly change a resonance frequency of the auxiliary piezoelectric element vibrating in the auxiliary vibration mode; A composite vibration generating ultrasonic vibrator, wherein the resonance frequency of the auxiliary vibration mode is made to coincide with the frequency.
【請求項5】 振動モードの異なる圧電素子を複数対組
合せて、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モ
ードで同時に振動させることが可能で、前記副振動モー
ドで振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対
以上の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波
振動子において、 前記副振動モードで振動する前記副圧電素子の両端を前
記主振動モードで振動する圧電素子に印加する電圧と同
一周波数で位相角をずらしたタイミングで短絡させて前
記副振動モードで振動する前記副圧電素子の共振周波数
を強制的に変化させる周波数可変手段を備え、常に前記
主振動モードの共振周波数に前記副振動モードの共振周
波数を一致させるようにしたことを特徴とする複合振動
発生超音波振動子。
5. A plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to simultaneously vibrate in different vibration modes of a main vibration mode and a sub vibration mode, and a pair of vibrator portions vibrating in the sub vibration mode are paired. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator obtained by combining the above main piezoelectric element and one or more pairs of sub piezoelectric elements, the piezoelectric element vibrating both ends of the sub piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode in the main vibration mode. A frequency varying means for forcibly changing the resonance frequency of the sub piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode by short-circuiting at the same frequency as the applied voltage and at a phase angle shifted; A composite vibration generating ultrasonic vibrator, wherein the resonance frequency of the auxiliary vibration mode is made to coincide with the frequency.
【請求項6】 振動モードの異なる圧電素子を複数対組
合せて、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モ
ードで同時に振動させることが可能で、前記副振動モー
ドで振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対
以上の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波
振動子において、 前記副振動モードで振動する前記副圧電素子の両端をコ
イルにより短絡させ、前記コイルのインダクタンスを変
化させて前記副振動モードで振動する前記圧電素子の共
振周波数を強制的に変化させる周波数可変手段を備え、
常に前記主振動モードの共振周波数に前記副振動モード
の共振周波数を一致させるようにしたことを特徴とする
複合振動発生超音波振動子。
6. A combination of a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be simultaneously vibrated in different vibration modes of a main vibration mode and a sub vibration mode, and a pair of vibrator portions vibrating in the sub vibration mode are paired. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator obtained by combining the above main piezoelectric element and one or more pairs of sub piezoelectric elements, both ends of the sub piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode are short-circuited by a coil, and the inductance of the coil is reduced. A frequency variable unit that forcibly changes the resonance frequency of the piezoelectric element that vibrates in the auxiliary vibration mode by changing,
A composite vibration generating ultrasonic vibrator wherein the resonance frequency of the sub vibration mode is always made to match the resonance frequency of the main vibration mode.
【請求項7】 振動モードの異なる圧電素子を複数対組
合せて、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モ
ードで同時に振動させることが可能で、前記副振動モー
ドで振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対
以上の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波
振動子において、 前記主振動モードで振動している圧電素子に印加する電
圧と同一周波数で位相角をずらした電圧を前記副振動モ
ードで振動する前記副圧電素子に印加して前記副振動モ
ードで振動する前記副圧電素子の共振周波数を強制的に
変化させる周波数可変手段を備え、常に前記主振動モー
ドの整数倍の共振周波数に前記副振動モードの共振周波
数を一致させるようにしたことを特徴とする複合振動発
生超音波振動子。
7. A combination of a plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be simultaneously vibrated in different vibration modes of a main vibration mode and a sub vibration mode, and a pair of vibrator portions vibrating in the sub vibration mode are paired. In the composite vibration generating ultrasonic vibrator formed by combining the above main piezoelectric element and one or more pairs of sub piezoelectric elements, the phase angle is shifted at the same frequency as the voltage applied to the piezoelectric element vibrating in the main vibration mode. A frequency variable means for applying a voltage to the sub-piezo element vibrating in the sub-vibration mode to forcibly change a resonance frequency of the sub-piezo element vibrating in the sub-vibration mode, wherein an integer of the main vibration mode is always provided. A composite vibration generating ultrasonic vibrator characterized in that the resonance frequency of the auxiliary vibration mode is made to coincide with twice the resonance frequency.
【請求項8】 振動モードの異なる圧電素子を複数対組
合せて、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モ
ードで同時に振動させることが可能で、前記副振動モー
ドで振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対
以上の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波
振動子において、 前記副振動モードで振動する前記副圧電素子の両端を前
記主振動モードで振動する圧電素子に印加する電圧と同
一周波数で位相角をずらしたタイミングで短絡させて前
記副振動モードで振動する前記副圧電素子の共振周波数
を強制的に変化させる周波数可変手段を備え、常に前記
主振動モードの整数倍の共振周波数に前記副振動モード
の共振周波数を一致させるようにしたことを特徴とする
複合振動発生超音波振動子。
8. A plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to simultaneously vibrate in different vibration modes of a main vibration mode and a sub vibration mode, and a pair of vibrator portions vibrating in the sub vibration mode are paired. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator obtained by combining the above main piezoelectric element and one or more pairs of sub piezoelectric elements, the piezoelectric element vibrating both ends of the sub piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode in the main vibration mode. A frequency varying means for forcibly changing the resonance frequency of the sub-piezoelectric element vibrating in the sub-vibration mode by short-circuiting at the same frequency as the applied voltage and with a phase angle shifted, and an integer of the main vibration mode always. A composite vibration generating ultrasonic vibrator characterized in that the resonance frequency of the auxiliary vibration mode is made to coincide with twice the resonance frequency.
【請求項9】 振動モードの異なる圧電素子を複数対組
合せて、主振動モードと副振動モードとの異なる振動モ
ードで同時に振動させることが可能で、前記副振動モー
ドで振動する振動子部分が一対以上の主圧電素子と一対
以上の副圧電素子とを組合せてなる複合振動発生超音波
振動子において、 前記副振動モードで振動する前記副圧電素子の両端をコ
イルにより短絡させ、前記コイルのインダクタンスを変
化させて前記副振動モードで振動する前記圧電素子の共
振周波数を強制的に変化させる周波数可変手段を備え、
常に前記主振動モードの整数倍の共振周波数に前記副振
動モードの共振周波数を一致させるようにしたことを特
徴とする複合振動発生超音波振動子。
9. A plurality of pairs of piezoelectric elements having different vibration modes can be combined to be simultaneously vibrated in different vibration modes of a main vibration mode and a sub vibration mode, and a pair of vibrator portions vibrating in the sub vibration mode are paired. In a composite vibration generating ultrasonic vibrator obtained by combining the above main piezoelectric element and one or more pairs of sub piezoelectric elements, both ends of the sub piezoelectric element vibrating in the sub vibration mode are short-circuited by a coil, and the inductance of the coil is reduced. A frequency variable unit that forcibly changes the resonance frequency of the piezoelectric element that vibrates in the auxiliary vibration mode by changing,
A composite vibration generating ultrasonic vibrator, wherein the resonance frequency of the sub vibration mode is always equal to the resonance frequency of an integral multiple of the main vibration mode.
【請求項10】 前記主振動モードで振動する振動子に
印加する電圧を可変させる可変手段を有してその主振動
モードの振幅の変化可能な構造と、前記副振動モードで
振動する振動子に印加する電圧を可変させる可変手段を
有してその副振動モードの振幅を変化可能な構造とを備
え、 前記副振動モードで振動する前記圧電素子の位相角を前
記主振動モードで振動する圧電素子に印加する電圧の位
相に対して変化させ、各々に印加する電圧と位相とを制
御する制御手段を備えることを特徴とする請求項4ない
し9の何れか一に記載の複合振動発生超音波振動子。
10. A structure having variable means for varying a voltage applied to a vibrator vibrating in the main vibration mode, the structure being capable of changing the amplitude of the main vibration mode, and a vibrator vibrating in the sub vibration mode. A structure having variable means for varying the voltage to be applied and capable of changing the amplitude of the sub-vibration mode, wherein the piezoelectric element vibrating in the main vibration mode the phase angle of the piezoelectric element vibrating in the sub-vibration mode The composite vibration generating ultrasonic vibration according to any one of claims 4 to 9, further comprising a control unit that changes a phase of a voltage applied to each of the plurality of vibrations and controls a voltage and a phase applied to each of the plurality of vibrations. Child.
JP36942399A 1999-12-27 1999-12-27 Ultrasonic vibrator and composite vibration generating ultrasonic vibrator Expired - Fee Related JP3730467B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36942399A JP3730467B2 (en) 1999-12-27 1999-12-27 Ultrasonic vibrator and composite vibration generating ultrasonic vibrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36942399A JP3730467B2 (en) 1999-12-27 1999-12-27 Ultrasonic vibrator and composite vibration generating ultrasonic vibrator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001179179A true JP2001179179A (en) 2001-07-03
JP3730467B2 JP3730467B2 (en) 2006-01-05

Family

ID=18494384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP36942399A Expired - Fee Related JP3730467B2 (en) 1999-12-27 1999-12-27 Ultrasonic vibrator and composite vibration generating ultrasonic vibrator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3730467B2 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005030403A1 (en) * 2003-09-29 2005-04-07 Asahi E.M.S Co., Ltd. Large capacity ultrasonic composite vibration device
WO2008122499A2 (en) * 2007-04-04 2008-10-16 Oerlikon Assembly Equipment Ag, Steinhaussen Ultrasonic transducer comprising a long horn
JP2009089586A (en) * 2007-09-12 2009-04-23 Canon Inc Device and method for controlling oscillatory wave-drive device
JP2010531409A (en) * 2007-06-27 2010-09-24 ルノー・エス・アー・エス Fluid ejection device
CN101758017B (en) * 2009-12-31 2012-11-07 陕西师范大学 Omnidirectional ultrasonic radiator
CN103230866A (en) * 2013-04-11 2013-08-07 镇江畅信超声电子有限公司 Ultrasonic transducer and manufacturing process thereof
WO2017065263A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-20 有限会社Uwave Oscillation excitation method for langevin ultrasonic transducer, ultrasonic machining method, and ultrasonic transmission method
JP2018501943A (en) * 2014-11-11 2018-01-25 ヘルマン ウルトラシャルテクニーク ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲーHerrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co.Kg Ultrasonic treatment system with piezoelectric power sensor
JP2019014026A (en) * 2017-07-10 2019-01-31 本多電子株式会社 Ultrasonic processing device
WO2020044513A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 オリンパス株式会社 Ultrasonic transducer, ultrasonic treatment instrument, and production method for ultrasonic transducer
KR102315017B1 (en) * 2020-12-11 2021-10-20 에프엠이 주식회사 Ultrasonic tool holder

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630924B (en) * 2009-08-25 2011-07-20 哈尔滨工业大学 T-shaped linear ultrasonic motor oscillator

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7474036B2 (en) 2003-09-29 2009-01-06 Jiromaru Tsujino High-capacity ultrasonic composite oscillating device
WO2005030403A1 (en) * 2003-09-29 2005-04-07 Asahi E.M.S Co., Ltd. Large capacity ultrasonic composite vibration device
WO2008122499A2 (en) * 2007-04-04 2008-10-16 Oerlikon Assembly Equipment Ag, Steinhaussen Ultrasonic transducer comprising a long horn
WO2008122499A3 (en) * 2007-04-04 2009-02-26 Oerlikon Assembly Equipment Ag Ultrasonic transducer comprising a long horn
US8106564B2 (en) 2007-04-04 2012-01-31 Esec Ag Ultrasonic transducer
KR101475541B1 (en) * 2007-04-04 2014-12-22 에섹 에스에이 Ultrasonic transducer comprising a long horn
JP2010531409A (en) * 2007-06-27 2010-09-24 ルノー・エス・アー・エス Fluid ejection device
JP2009089586A (en) * 2007-09-12 2009-04-23 Canon Inc Device and method for controlling oscillatory wave-drive device
CN101758017B (en) * 2009-12-31 2012-11-07 陕西师范大学 Omnidirectional ultrasonic radiator
CN103230866A (en) * 2013-04-11 2013-08-07 镇江畅信超声电子有限公司 Ultrasonic transducer and manufacturing process thereof
JP2018501943A (en) * 2014-11-11 2018-01-25 ヘルマン ウルトラシャルテクニーク ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲーHerrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co.Kg Ultrasonic treatment system with piezoelectric power sensor
WO2017065263A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-20 有限会社Uwave Oscillation excitation method for langevin ultrasonic transducer, ultrasonic machining method, and ultrasonic transmission method
CN108136441A (en) * 2015-10-15 2018-06-08 优威富有限公司 The vibrational excitation method and Ultrasonic Machining and ultrasonic transmission method of ten thousand bright type ultrasonic oscillators
JPWO2017065263A1 (en) * 2015-10-15 2019-01-10 有限会社Uwave Vibration excitation method, ultrasonic processing method and ultrasonic transmission method of Langevin type ultrasonic transducer
CN112604929A (en) * 2015-10-15 2021-04-06 优威富有限公司 Vibration exciting method for langevin type ultrasonic transducer, ultrasonic processing method, and ultrasonic transmission method
TWI724040B (en) * 2015-10-15 2021-04-11 日商優味弗有限公司 Vibration excitation method, ultrasonic processing method and ultrasonic transmission method of Langevin ultrasonic vibrator
JP2019014026A (en) * 2017-07-10 2019-01-31 本多電子株式会社 Ultrasonic processing device
WO2020044513A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 オリンパス株式会社 Ultrasonic transducer, ultrasonic treatment instrument, and production method for ultrasonic transducer
CN112638293A (en) * 2018-08-30 2021-04-09 奥林巴斯株式会社 Ultrasonic transducer, ultrasonic treatment instrument, and method for manufacturing ultrasonic transducer
JPWO2020044513A1 (en) * 2018-08-30 2021-08-26 オリンパス株式会社 Manufacturing method of ultrasonic vibrator, ultrasonic treatment tool, and ultrasonic vibrator
JP7119099B2 (en) 2018-08-30 2022-08-16 オリンパス株式会社 Ultrasonic transducer, ultrasonic treatment device, and method for manufacturing ultrasonic transducer
KR102315017B1 (en) * 2020-12-11 2021-10-20 에프엠이 주식회사 Ultrasonic tool holder

Also Published As

Publication number Publication date
JP3730467B2 (en) 2006-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3937755B2 (en) Ultrasonic beauty device
JP2001179179A (en) Ultrasonic vibrator transducer and composite vibration generating ultrasonic vibrator transducer
JPH072023B2 (en) Ultrasonic motor drive circuit
US7005776B1 (en) Ultrasonic motor and electronic apparatus equipped with ultrasonic motor
CN100571014C (en) The control device of vibrating driver and control method
JPH04161078A (en) Driver for standing wave ultrasonic motor
JP2737420B2 (en) Ultrasonic motor drive system
US9154055B2 (en) Drive device
JP2986654B2 (en) Piezoelectric vibration control device
US6400063B2 (en) Ultrasonic motor and electronic apparatus having an ultrasonic motor
JP2007307632A (en) Ultrasonic cutter
JP2002281770A (en) Piezoelectric actuator
JP4309160B2 (en) Driving method of ultrasonic composite vibrator
JPS6128482A (en) Ultrasonic vibration generating method and device thereof
JP2019076802A (en) Control device of vibration system, and workpiece conveyance device
JPH05184172A (en) Ultrasonic oscillator
JP2003199371A (en) Ultrasonic motor
JP2001016879A (en) Ultrasonic motor and drive method therefor
JP2699299B2 (en) Ultrasonic motor drive circuit
JP4691752B2 (en) Drive device for vibration actuator
US7474036B2 (en) High-capacity ultrasonic composite oscillating device
JP2004194363A (en) Driver and actuator
JPS63125100A (en) Ultrasonic oscillator
JP2699298B2 (en) Ultrasonic motor drive circuit
JPH06276765A (en) Ultrasonic motor

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050907

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051006

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081014

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091014

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101014

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111014

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121014

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131014

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees