JP2008113536A

JP2008113536A - ねじりー拡縮振動変換装置

Info

Publication number: JP2008113536A
Application number: JP2006319269A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Onishi; 一正大西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-15

Abstract

【課題】ねじり振動を拡縮振動に変換する振動変換装置を提供する。
【解決手段】弾性体３はアルミ製の円筒状であり、６個のスリット４が円周上に等間隔に配置されている。スリット４は、中心軸を通る直線に対して３０度の角度で傾いている。圧電素子２にねじり振動子を用いたランジュバン型超音波振動子をねじり振動させると、この振動は弾性体３で増幅される。そしてスリット４により、ねじり振動の一部が拡縮振動に変換される。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動方向を変換する装置に関するものである。

一般に、振動変換装置は、縦振動を励起する圧電素子と軸方向に角度を持つスリットを有した振動変換装置とから構成されている。このような振動変換装置は、例えば特許文献１に示す超音波モータに用いられている。
特開２００３−３０９９８７号公報

図１の斜視図に特許文献１の構成を示すが、縦振動を励起する圧電素子１とスリット３を持つ弾性体２とから構成されている。圧電素子の縦振動を増幅するための弾性体２の中心軸に対して角度を持つスリット３により振動方向をねじり振動に変換している。

しかし、ねじり振動を拡縮振動に変換する要求はあるが、ねじり振動を拡縮振動に変換する装置は従来、全く存在しなかった。

本発明の目的は、ねじり振動を拡縮振動に変換するための変換装置を提供することにある。

本発明は、ねじり振動を拡縮振動に変換する手段として弾性体にスリットを有し、ねじり振動の発生駆動源が圧電素子であるものである。

本発明はまた、弾性体に設けられたスリットの中心線がねじり振動源の中心軸を通る直線に対して１０度以上８０度以下の角度を有している振動変換装置とするものである。

本発明の振動変換装置は、ねじり振動を拡縮振動に変換することができる。

本発明の第１の実施の形態のねじりー拡縮振動変換装置１を図２の斜視図を用いて説明する。圧電素子２にねじり振動子を用いたランジュバン型超音波振動子である。弾性体３はアルミ製の円筒状であり、６個のスリット４が円周上に等間隔に配置されている。スリット４は、中心軸を通る直線に対して３０度の角度で傾いている。

圧電素子２であるねじり振動子の構成を図３の斜視図に示す。図３の矢印方は分極方向を示している。電界を分極方向に垂直に印加することにより、分極方向と同じ矢印方向に振動することになる。ねじり振動子については非特許文献１に詳しく記述されている。
富川義朗、「超音波エレクトロニクス振動論」、株式会社朝倉書店、１９９８年２月、ｐ１１３−１２２

上記のねじり振動子を用いたランジュバン型超音波振動子の振動モードについて説明する。先ず、ねじり振動子に電界が印加されることによりねじり振動子はねじり振動する。このねじり振動はアルミ製の弾性体３に伝播し増幅される。そして弾性体に設けられた６個のスリット４により、ねじり振動の一部が拡縮振動に変換される。

図４、図５の正面図は弾性体３に設けられた６個のスリット４により、ねじり振動は拡縮振動に変換される機構を示すものである。図４の中心部に示す円弧状の矢印はねじり方向を示すものであり、右方向にねじれる周期である。このとき６個の直線状の矢印はスリット４の効果により振動が変換する方向を示すものであり、ほぼスリット４の長さ方向の垂直である。この結果、２点鎖線で示す径方向の振動が励起される。

図５は、図４で示したねじり振動が逆位相であるとき、つまり左方向にねじれる周期であるときを示すものであり、径方向の変位も図４で示すものと逆位相になっている。

上記の実施の形態では、ねじり振動子の６個用いたが２個以上であればよい。そして、スリットの数を６個としたが２個以上であれよく、なお円周上に均一に拡縮振動を励起させるには、スリットの個数を多くすることが望ましい。

本発明の第２の実施の形態のねじりー拡縮振動変換装置１を図６の正面図と図６のＡ−Ａ線で切断した図７の断面図を用いて説明する。圧電素子２にねじり振動子を用いた平面状の超音波振動子である。弾性体３はアルミ製の円板状であり、６個のスリット４が円周上に等間隔に配置されている。スリット４は、図中に示すように中心軸を通る直線に対して３０度の角度で傾いている。

ここで、スリット４は、円の中心軸を通る直線に対して３０度の角度で傾いているが、ねじり振動を拡縮振動に変換するためには円の中心軸を通る直線に対して１０度以上８０度以下の角度で傾いていればよい。前記の角度の範囲外では、ねじり振動を拡縮振動にほとんど変換することができない。

ねじり振動子は図３の斜視図に示すものと同様である。矢印方は分極方向を示している。電界を分極方向に垂直に印加することにより、矢印方向に振動することになる。

上記のねじり振動子を用いた円盤状の超音波振動子の振動モードについて説明する。先ず、ねじり振動子に電界が印加されることによりねじり振動子はねじり振動する。このねじり振動はアルミ製の弾性体に伝播し増幅される。そして弾性体に設けられた６個のスリットにより、ねじり振動は拡縮振動に変換される。

図８は有限要素法により振動変位を計算したものであり、スリット４によりねじり振動の一部が拡縮振動に変換されていることがわかる。図中の矢印は、振動変位ベクトルである。

上記の実施の形態では、ねじり振動子の４個用いたが２個以上であればよい。そして、スリットの数を６個としたが２個以上であれよく、なお円周上に均一に拡縮振動を励起させるには、より多くのスリットを設けることが望ましい。

また、図９の正面図と図９のＡ−Ａ線で切断した断面を示す図１０は、第２の実施の形態において、スリットを外周部まで延長したものであり、ねじり振動をより大きい拡縮振動に変換される。

本発明のねじりー拡縮振動変換装置は、切断装置であるダイサそして研磨装置であるグラインダなどに用いられる。

縦ーねじり振動変換装置を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態のねじりー拡縮振動を示す変換装置を示す斜視図である。図２に用いた圧電素子を示す斜視図である。図２で示したねじりー拡縮振動変換装置の振動モードを示す正面図である。図４で示した振動の逆位相の時の振動モードを示した正面図である。本発明の第２の実施の形態のねじりー拡縮振動を示す変換装置を示す正面図である。図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図６の構成について有限要素法により振動変位を計算した図である。本発明の第２の実施の別の形態のねじりー拡縮振動を示す変換装置を示す正面図である。図９のＡ−Ａ線で切断した断面図である。

符号の説明

１ねじりー拡縮振動変換装置
２圧電素子
３弾性体
４スリット

Claims

ねじり振動を拡縮振動に変換する手段として弾性体にスリットを有していることを特徴とする振動変換装置。
ねじり振動の発生駆動源が圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の振動変換装置。
弾性体に設けられたスリットの中心線がねじり振動源の中心軸を通る直線に対して１０度以上８０度以下の角度を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動変換装置。