JP4043497B2 - Method for adjusting vibration characteristics of ultrasonic vibrator and ultrasonic vibrator used therefor - Google Patents

Method for adjusting vibration characteristics of ultrasonic vibrator and ultrasonic vibrator used therefor Download PDF

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Description

本発明は、超音波振動子の振動特性の調整方法およびそれに用いられる超音波振動子に関するものである。   The present invention relates to a method for adjusting vibration characteristics of an ultrasonic vibrator and an ultrasonic vibrator used therefor.

従来から、圧電素子の振動を利用する超音波振動子が用いられている。この超音波振動子は、磁気の影響を受けず、小型であり、高いトルクを有し、高い応答速度を有し、かつ、無通電状態において停止しているなど、様々な利点を有している。そのため、超音波振動子は、特に携帯電話のオートフォーカス駆動機構等のための有望な素子である。   Conventionally, an ultrasonic transducer using vibration of a piezoelectric element has been used. This ultrasonic transducer is not affected by magnetism, is small, has a high torque, has a high response speed, and has various advantages such as being stopped in a non-energized state. Yes. Therefore, the ultrasonic transducer is a promising element particularly for an autofocus drive mechanism of a mobile phone.

ただし、超音波振動子は、複数種類の振動を組合せることによって所望の駆動力を得ているため、寸法誤差および製造プロセスにおいて、その振動特性が変化してしまえば、所望の駆動特性が得られないことがある。   However, since an ultrasonic transducer obtains a desired driving force by combining a plurality of types of vibrations, the desired driving characteristics can be obtained if the vibration characteristics change due to dimensional errors and manufacturing processes. It may not be possible.

以下、従来の複数の振動を組合せて所望の駆動力を得る超音波振動子が説明される。
なお、一例として説明される超音波振動子は、縦振動(以下、「伸縮振動」という。)とたわみ振動(以下、「屈曲振動」という。)とを組合せて楕円振動を生じさせるものである。
Hereinafter, an ultrasonic transducer that obtains a desired driving force by combining a plurality of conventional vibrations will be described.
Note that an ultrasonic transducer described as an example generates elliptical vibration by combining longitudinal vibration (hereinafter referred to as “stretching vibration”) and flexural vibration (hereinafter referred to as “flexural vibration”). .

前述の超音波振動子は、実質的に長方形の平面形状を有する振動板に伸縮振動および屈曲振動を同時に生じさせることによって、所望の振動特性を得ている。伸縮振動および屈曲振動を同時に生じさせるためには、振動板に生じる伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とを実質的に一致させることが必要である。そのため、前述の超音波振動子は、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが実質的に一致するように設計される。   The above-described ultrasonic vibrator obtains desired vibration characteristics by simultaneously generating stretching vibration and bending vibration in a diaphragm having a substantially rectangular planar shape. In order to generate the stretching vibration and the bending vibration at the same time, it is necessary to substantially match the resonance frequency of the stretching vibration generated in the diaphragm and the resonance frequency of the bending vibration. Therefore, the above-described ultrasonic vibrator is designed so that the resonance frequency of the stretching vibration and the resonance frequency of the bending vibration substantially coincide.

なお、「伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが実質的に一致する」とは、個々の製品のために要求される駆動力を得ることができる程度に、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが近似していれば、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが完全に同一の値である必要はないという意味である。   Note that “the resonance frequency of the stretching vibration and the resonance frequency of the bending vibration substantially match” means that the resonance frequency of the stretching vibration is such that the driving force required for each product can be obtained. If the resonance frequency of the bending vibration is approximate, it means that the resonance frequency of the stretching vibration and the resonance frequency of the bending vibration need not be the same value.

しかしながら、前述の超音波振動子が実際に組み立てられると、圧電素子および振動板の寸法における誤差、圧電素子と振動板との位置合わせにおける誤差、および電極の寸法における誤差、超音波振動子の製品への組み付け位置における誤差等に起因して、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数が実質的に一致しないために、所望の振動特性を得ることができないことがある。   However, when the above-described ultrasonic vibrator is actually assembled, an error in the dimensions of the piezoelectric element and the diaphragm, an error in alignment between the piezoelectric element and the diaphragm, and an error in the dimensions of the electrode, the ultrasonic vibrator product Due to an error in the assembly position, the resonance frequency of the stretching vibration and the resonance frequency of the bending vibration do not substantially coincide with each other, so that desired vibration characteristics may not be obtained.

図20は、特開2001−286167号公報において開示されている超音波振動子であって、前述の超音波振動子の一例を示している。この超音波振動子によれば、支持体24、突起25、調整部21、および振動板22に伸縮振動および屈曲振動が同時に生じる。それにより、振動板22に楕円振動が生じる。振動板22には突起25が設けられており、振動板22の楕円振動に合わせて突起25にも楕円振動が生じる。その結果、突起25に当接している被駆動体23が回転する。また、振動板22には振動特性を調整するための調整部21が設けられている。この超音波振動子によれば、調整部21の形状を変化させることによって、振動特性を変化させることが可能である。
特開2001−286167号公報
FIG. 20 shows an example of the ultrasonic transducer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-286167 and described above. According to this ultrasonic transducer, the stretching vibration and the bending vibration are simultaneously generated in the support 24, the protrusion 25, the adjustment unit 21, and the diaphragm 22. Thereby, elliptical vibration is generated in the diaphragm 22. The diaphragm 22 is provided with a protrusion 25, and elliptical vibration is also generated in the protrusion 25 in accordance with the elliptical vibration of the diaphragm 22. As a result, the driven body 23 in contact with the protrusion 25 rotates. The diaphragm 22 is provided with an adjusting unit 21 for adjusting the vibration characteristics. According to this ultrasonic transducer, it is possible to change the vibration characteristics by changing the shape of the adjustment unit 21.
JP 2001-286167 A

上述の特開2001−286167号公報の超音波振動子の振動特性の調整方法においては、調整部21を設ける位置と振動の節の位置との関係が全く考慮されていない。そのため、前述の調整部21の形状を変化させると、伸縮振動および屈曲振動の双方の共振周波数が変化してしまう。つまり、振動特性が調整されるときには、複数の振動の共振周波数の全てが変化してしまう。したがって、複数の振動の共振周波数同士を実質的に一致させることは極めて困難である。   In the method for adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic transducer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-286167 described above, the relationship between the position where the adjustment unit 21 is provided and the position of the vibration node is not taken into consideration at all. For this reason, when the shape of the adjusting unit 21 is changed, the resonance frequencies of both the stretching vibration and the bending vibration are changed. That is, when the vibration characteristics are adjusted, all of the resonance frequencies of the plurality of vibrations change. Therefore, it is extremely difficult to substantially match the resonance frequencies of a plurality of vibrations.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波振動子が組み立てられた後においても、複数の振動の共振周波数同士を実質的に一致させることが容易な超音波振動子の振動特性の調整方法およびそれに用いられる超音波振動子を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to make it easy to substantially match the resonance frequencies of a plurality of vibrations even after the ultrasonic vibrator is assembled. An object of the present invention is to provide a method for adjusting the vibration characteristics of a sound wave vibrator and an ultrasonic vibrator used therefor.

本発明の超音波振動子の振動特性の調整方法は、複数種類の振動を組合せて被駆動体を駆動する超音波振動子の振動特性を調整するものである。複数種類の振動は、それぞれ、振幅が実質的にゼロである振動の節を有している。この方法においては、超音波振動子の振動の特性を調整する作業者は、複数種類の振動の節のうちの一の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を一の領域とし、かつ、一の種類の振動とは異なる他の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を他の領域としたときに、一の領域内にありかつ他の領域外にある構造の物理量を変化させる。それにより、一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく他の領域に振動の節を有する振動の特性が調整される。 The method for adjusting the vibration characteristics of an ultrasonic vibrator according to the present invention adjusts the vibration characteristics of an ultrasonic vibrator that drives a driven body by combining a plurality of types of vibration. Each of the plurality of types of vibrations has a vibration node whose amplitude is substantially zero. In this way, the operator of adjusting the characteristics of the vibration of the ultrasonic vibrator, one region a region including the position and the position in the vicinity of the section of one type of vibration of the sections of a plurality of types of oscillation When the region including the position of the node of another type of vibration different from one type of vibration and the vicinity thereof is defined as another region, the region is within one region and outside the other region. Change the physical quantity of a certain structure. Accordingly , the vibration characteristic having the vibration node in the other region is adjusted without substantially changing the vibration characteristic having the vibration node in the one region .

一般に、超音波振動子を用いる製品の製造においては、圧電素子、振動板、または電極の形状の誤差、圧電素子、振動板、および電極同士の間における貼り合わせ誤差、ならびに超音波振動子の最終製品への組付け誤差等が生じてしまう。そのため、被駆動体の駆動に必要な振動の共振周波数のうち、少なくとも1つの共振周波数が、設計値と異なる値になってしまう。その結果、被駆動体の駆動に必要な全ての振動の共振周波数が実質的に一致しないという不具合が生じてしまう。この場合に、上記の方法によれば、被駆動体の駆動に必要な複数種類の振動のうちの1の種類の振動の特性を変化させることなく、他の種類の振動の特性を調整することができる。したがって、被駆動体の駆動に必要な全ての種類の振動の共振周波数を実質的に一致させることが、従来の方法に比較して容易である。 In general, in the manufacture of a product using an ultrasonic transducer, an error in the shape of the piezoelectric element, the diaphragm, or the electrode, a bonding error between the piezoelectric element, the diaphragm, and the electrode, and the final ultrasonic transducer Assembling errors to the product will occur. For this reason, at least one resonance frequency of the vibration resonance frequencies necessary for driving the driven body is different from the design value. As a result, there arises a problem that the resonance frequencies of all vibrations necessary for driving the driven body do not substantially match. In this case, according to the above-described method, the characteristics of one type of vibrations among a plurality of types of vibrations necessary for driving the driven body can be adjusted without changing the characteristics of other types of vibrations. Can do. Therefore, it is easier to make the resonance frequencies of all types of vibrations necessary for driving the driven body substantially the same as in the conventional method.

なお、構造の物理量は、質量、剛性、形状、および内部応力のうち少なくともいずれかを含んでいるが、振動特性を調整することができるものであれば、いかなるものであってもよい。また、振動の節の近傍の位置は、振動の節に隣接する位置を含み、振動特性の調整を実質的に容易に行ない得る位置であれば、いかなる位置であってもよい。たとえば、振動の節の近傍の位置は、平面的に見て振動の節が点で表現される場合に、振動の節を囲むような周縁状の領域を含む。   The physical quantity of the structure includes at least one of mass, rigidity, shape, and internal stress, but may be any as long as the vibration characteristics can be adjusted. Further, the position in the vicinity of the vibration node may be any position as long as the position includes the position adjacent to the vibration node and the vibration characteristics can be adjusted substantially easily. For example, the position in the vicinity of the vibration node includes a peripheral region surrounding the vibration node when the vibration node is represented by a point when seen in a plan view.

一の領域における構造が突出部であり、その物理量が突出部の物理量であってもよい。この方法によれば、突出部の物理量を変化させれば、振動特性を調整することができるため、他の構造の物理量を変化させて振動特性を調整する方法に比較して、振動特性の調整が容易である。 The structure in one region may be a protrusion, and the physical quantity may be the physical quantity of the protrusion . According to this method, since the vibration characteristics can be adjusted by changing the physical quantity of the protruding portion, the vibration characteristics are adjusted compared to the method of adjusting the vibration characteristics by changing the physical quantities of other structures. Is easy.

また、突出部の物理量は、研削によって変化してもよい。この方法によれば、突出部を研削するという極めて簡単な作業で、振動特性を調整することができる。 Further, the physical quantity of the protruding portion may be changed by grinding. According to this method, the vibration characteristics can be adjusted by an extremely simple operation of grinding the protruding portion.

また、突出部の物理量は、加熱処理によって変化してもよい。この方法によれば、突出部の形状を変化させることなく、振動特性を調整することができる。 Further, the physical quantity of the protruding portion may be changed by heat treatment. According to this method, the vibration characteristics can be adjusted without changing the shape of the protruding portion.

また、物理量は、前記突出部への所定部材の付加によって変化してもよい。この方法によっても、一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく他の領域に振動の節を有する振動の特性を容易に調整することができる。 Further, the physical quantity may be changed by adding a predetermined member to the protruding portion. Also by this method, it is possible to easily adjust the vibration characteristic having the vibration node in another region without substantially changing the vibration characteristic having the vibration node in one region .

また、一の領域に凹部を設けることによって、構造の物理量が変化してもよい。この方法によれば、一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく他の領域に振動の節を有する振動の特性を容易に調整することができる。 Further, the physical quantity of the structure may be changed by providing a recess in one region . According to this method, it is possible to easily adjust the vibration characteristic having the vibration node in another region without substantially changing the vibration characteristic having the vibration node in one region .

また、複数種類の振動は、伸縮振動と屈曲振動とを有し、伸縮振動および前記屈曲振動のうちいずれか一方の振動特性が調整されてもよい。これによれば、楕円振動をする一般的な超音波振動子の振動特性を容易に調整することができる。   Further, the plurality of types of vibrations include stretching vibration and bending vibration, and any one of the vibration characteristics of the stretching vibration and the bending vibration may be adjusted. According to this, it is possible to easily adjust the vibration characteristics of a general ultrasonic transducer that performs elliptical vibration.

また、伸縮振動の特性を調整することなく、屈曲振動の特性が調整されてもよい。これによれば、屈曲振動の振動特性を調整することなく、伸縮振動の振動特性を調整する方法に比較して、振動特性の調整が容易である。   Further, the bending vibration characteristic may be adjusted without adjusting the stretching vibration characteristic. According to this, the vibration characteristics can be easily adjusted as compared with the method of adjusting the vibration characteristics of the stretching vibration without adjusting the vibration characteristics of the bending vibration.

また、突出部が当該超音波振動子を支持するための支持用突出部として機能してもよい。この方法によれば、振動特性の調整用の突出部とは別に、支持用突出部を設ける必要がない。そのため、部品点数の増加なく、超音波振動子の振動特性を容易に調整することができる。   In addition, the protrusion may function as a support protrusion for supporting the ultrasonic transducer. According to this method, it is not necessary to provide a support protrusion separately from the protrusion for adjusting the vibration characteristics. Therefore, the vibration characteristics of the ultrasonic transducer can be easily adjusted without increasing the number of parts.

本発明の超音波振動子は、複数種類の振動を組合せて被駆動体を駆動するものである。複数種類の振動は、それぞれ、振幅が実質的にゼロである振動の節を有している。複数種類の振動の節のうちの一の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を一の領域とし、かつ、一の種類の振動とは異なる他の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を他の領域としたときに、一の領域内であってかつ他の領域外に振動特性調整部が設けられている。振動特性調整部は、その構造の物理量を変化させることにより、一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく他の領域に振動の節を有する振動の特性を調整し得る構造を有するものである。 The ultrasonic transducer of the present invention drives a driven body by combining a plurality of types of vibrations. Each of the plurality of types of vibrations has a vibration node whose amplitude is substantially zero. The region including the position of one type of vibration node and the position in the vicinity of one of the plurality of types of vibration nodes is defined as one region, and other types of vibration nodes are different from the one type of vibration. When the region including the position and the position in the vicinity thereof is set as another region, the vibration characteristic adjusting unit is provided in one region and outside the other region. The vibration characteristic adjustment unit adjusts the characteristics of vibrations having vibration nodes in other regions without substantially changing the vibration characteristics having vibration nodes in one region by changing the physical quantity of the structure. It has the structure which can do.

この構造によれば、一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく他の領域に振動の節を有する振動の特性を調整することが容易になる。その結果、被駆動体の駆動に必要な全ての振動の共振周波数を実質的に一致させることが、従来の構造に比較して容易になる。 According to this structure, it becomes easy to adjust the characteristic of vibration having the vibration node in another region without substantially changing the characteristic of vibration having the vibration node in one region . As a result, it becomes easier to make the resonance frequencies of all the vibrations necessary for driving the driven body substantially coincide with each other as compared with the conventional structure.

前述の振動特性調整部が突出部を有してれば、突出部の形状、剛性、質量、および内部応力のうち少なくともいずれかを変化させることによって、一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく他の領域に振動の節を有する振動の特性を調整することが容易になる。したがって、振動特性の調整作業が容易になる。 If the above-described vibration characteristic adjusting unit has a protrusion, the vibration characteristic adjustment unit has a vibration node in one region by changing at least one of the shape, rigidity, mass, and internal stress of the protrusion . It becomes easy to adjust the vibration characteristics having vibration nodes in other regions without substantially changing the characteristics . Therefore, the adjustment operation of the vibration characteristics becomes easy.

また、前述の振動特性調整部が凹部を有していれば、凹部に物体を付加するだけで、振動特性調整部の質量を変化させることができる。そのため、一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく他の領域に振動の節を有する振動の特性の調整することが容易になるMoreover, if the above-mentioned vibration characteristic adjustment part has a recessed part, the mass of a vibration characteristic adjustment part can be changed only by adding an object to a recessed part. Therefore, it becomes easy to adjust the vibration characteristic having the vibration node in another region without substantially changing the vibration characteristic having the vibration node in one region .

また、突出部が当該超音波振動子を支持する支持用突出部として機能してもよい。この構造によれば、支持用突出部とは別個に、振動特性を調整するための突出部を設ける必要がない。そのため、部品点数の増加なく、超音波振動子の振動特性を容易に調整することができる。   The protrusion may function as a support protrusion that supports the ultrasonic transducer. According to this structure, it is not necessary to provide a protrusion for adjusting the vibration characteristics separately from the support protrusion. Therefore, the vibration characteristics of the ultrasonic transducer can be easily adjusted without increasing the number of parts.

また、突出部が超音波振動子によって駆動される被駆動体に対して超音波振動子を押し付けるための押付用突出部として機能してもよい。この構造によれば、振動特性を調整するための振動特性調整部と、被駆動体に対して超音波振動子を押し付ける押付用突出部とが同一の部品からなる。そのため、超音波振動子の部品点数の増加なく、超音波振動子の振動特性の調整をすることができる。   Further, the protrusion may function as a pressing protrusion for pressing the ultrasonic transducer against the driven body driven by the ultrasonic transducer. According to this structure, the vibration characteristic adjusting unit for adjusting the vibration characteristic and the pressing protrusion that presses the ultrasonic transducer against the driven body are made of the same component. Therefore, the vibration characteristics of the ultrasonic vibrator can be adjusted without increasing the number of parts of the ultrasonic vibrator.

図1〜図19を用いて、本発明の実施の形態の超音波振動子の調整方法およびそれに用いられる超音波振動子が説明される。なお、本明細書においては、振動の節とは、その振動のみが生じているときに、その振幅が実質的にゼロである領域を意味する。たとえば、伸縮振動の節とは、伸縮振動のみが生じているときに、振動板の主板部の振幅が実質的にゼロであるような領域を意味し、屈曲振動の節とは、屈曲振動のみが生じているときに、振動板の主板部の振幅が実質的にゼロであるような領域を意味する。振幅が実質的にゼロである状態は、被駆動体の駆動にとって無視できる程度の振幅で超音波振動子が振動している状態を含む。   An ultrasonic transducer adjustment method and an ultrasonic transducer used therefor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present specification, the vibration node means a region where the amplitude is substantially zero when only the vibration is generated. For example, a node of stretching vibration means a region where the amplitude of the main plate portion of the diaphragm is substantially zero when only stretching vibration occurs, and a node of bending vibration means only bending vibration. This means a region where the amplitude of the main plate portion of the diaphragm is substantially zero. The state where the amplitude is substantially zero includes a state where the ultrasonic transducer vibrates with an amplitude that is negligible for driving the driven body.

(実施の形態1)
以下、図1〜図13を用いて、本発明の実施の形態1の超音波振動子の振動特性の調整方法およびそれに用いられる超音波振動子が説明される。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a method for adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention and the ultrasonic transducer used therefor will be described with reference to FIGS.

本実施の形態の超音波振動子は、複数の振動を組合せからなる動作をする超音波振動子1が組み立てられた後においても、前述の動作のために必要な2種類の振動のうちの1つの振動の特性を他の振動から独立して調整することが可能なものである。   The ultrasonic transducer of the present embodiment is one of two types of vibrations necessary for the above-described operation even after the ultrasonic transducer 1 that operates by combining a plurality of vibrations is assembled. It is possible to adjust the characteristics of one vibration independently of the other vibrations.

<全体構成>
まず、図1を用いて、本発明の実施の形態の超音波モータ100が説明される。図1は、超音波モータ100の平面図である。図1に示されるように、超音波モータ100は、超音波振動子1およびそれによって回転させられるロータ2からなっている。ロータ2は本発明の被駆動体の一例である。したがって、被駆動体は、回転するものに限定されず、他の動作をするものであってもよい。
<Overall configuration>
First, an ultrasonic motor 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a plan view of the ultrasonic motor 100. As shown in FIG. 1, the ultrasonic motor 100 includes an ultrasonic vibrator 1 and a rotor 2 rotated by the ultrasonic vibrator 1. The rotor 2 is an example of a driven body of the present invention. Therefore, the driven body is not limited to the rotating body, and may be another operation.

超音波振動子1は、振動板7を有している。振動板7は、支持用突出部3を有している。貫通孔50が支持用突出部3に設けられている。シャフト5が貫通孔50を貫通している。また、シャフト5は、図2に示されるように、支持体4に固定されている。主板部6の4つの角部のうちの1の角部Sにロータ2の外周面が当接している。ロータ2は、支持体4に回転可能に支持されているが、そのための機構は図示されていない。   The ultrasonic vibrator 1 has a diaphragm 7. The diaphragm 7 has a supporting protrusion 3. A through hole 50 is provided in the supporting protrusion 3. The shaft 5 passes through the through hole 50. Moreover, the shaft 5 is being fixed to the support body 4, as FIG. 2 shows. The outer peripheral surface of the rotor 2 is in contact with one corner S of the four corners of the main plate portion 6. Although the rotor 2 is rotatably supported by the support body 4, the mechanism for that is not shown in figure.

また、超音波振動子1には、電極9,10,11,12,17および圧電素子8が設けられている。電極9,10,11,12,および17は、所定の信号が入力され得るように、制御装置(図示せず)に電気的に接続されている。   The ultrasonic vibrator 1 is provided with electrodes 9, 10, 11, 12, 17 and a piezoelectric element 8. The electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 are electrically connected to a control device (not shown) so that a predetermined signal can be inputted.

また、本実施の形態の超音波振動子1は、電極9,10,11,12,17に信号が入力されると、圧電素子8が振動する。圧電素子8の振動は、振動板7の主板部6に伝達される。その結果、主板部6の角部Sが楕円軌道Eを描くように、振動板7が振動する。その結果、角部Sに接触しているロータ2が円軌道Cに沿って移動する。すなわち、ロータ2がその回転中心軸周りに回転する。   In the ultrasonic transducer 1 of the present embodiment, when a signal is input to the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17, the piezoelectric element 8 vibrates. The vibration of the piezoelectric element 8 is transmitted to the main plate portion 6 of the diaphragm 7. As a result, the diaphragm 7 vibrates so that the corner portion S of the main plate portion 6 draws an elliptical orbit E. As a result, the rotor 2 in contact with the corner S moves along the circular path C. That is, the rotor 2 rotates around its rotation center axis.

<超音波振動子>
次に、図2および図3を用いて、超音波振動子1の構造がより詳細に説明される。図2および図3は、それぞれ、超音波振動子1の斜視図および分解斜視図である。
<Ultrasonic transducer>
Next, the structure of the ultrasonic transducer 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3. 2 and 3 are a perspective view and an exploded perspective view of the ultrasonic transducer 1, respectively.

図2および図3に示されるように、超音波振動子1は振動板7を有している。振動板7は、シャフト5に固定された支持用突出部3と、支持用突出部3と一体的に形成され、振動によってロータ2を回転させる主板部6とを有している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the ultrasonic transducer 1 has a diaphragm 7. The diaphragm 7 includes a supporting protrusion 3 fixed to the shaft 5 and a main plate 6 that is formed integrally with the supporting protrusion 3 and rotates the rotor 2 by vibration.

主板部6は、幅2mm、長さ9mm、かつ厚さ0.2mmの実質的に長方形の平面形状を有する平板状部材である。また、支持用突出部3は、主板部6の長辺の中央位置から主板部6の短辺方向に沿って延びるように、主板部6の長辺から突出しており、幅1mm、長さ2.15mmかつ厚さ0.2mmの実質的に長方形の平面形状を有する平板状部材である。   The main plate portion 6 is a flat plate member having a substantially rectangular planar shape having a width of 2 mm, a length of 9 mm, and a thickness of 0.2 mm. Further, the supporting protrusion 3 protrudes from the long side of the main plate 6 so as to extend from the center position of the long side of the main plate 6 along the short side direction of the main plate 6, and has a width of 1 mm and a length of 2 A flat plate-like member having a substantially rectangular planar shape with a thickness of 15 mm and a thickness of 0.2 mm.

支持用突出部3には、直径0.6mmの円形の貫通孔50が設けられている。貫通孔50の直径は、0.6mmであり、シャフト5の直径と同一である。貫通孔50が、主板部6の長辺の中央位置から貫通孔50の中心点までの距離が1.0mmである。圧電素子8は主板部6の表面および裏面のそれぞれに取り付けられている。圧電素子8は、幅2mm、長さ8mm、かつ幅0.2mmの長方形の平面形状を有する平板状部材である。また、圧電素子8の長辺と主板部6の長辺とが一致するように、圧電素子8は主板部6に対して電極17を介して固定されている。   The supporting protrusion 3 is provided with a circular through hole 50 having a diameter of 0.6 mm. The diameter of the through hole 50 is 0.6 mm, which is the same as the diameter of the shaft 5. The distance from the center position of the long side of the main plate portion 6 to the center point of the through hole 50 is 1.0 mm. The piezoelectric element 8 is attached to each of the front and back surfaces of the main plate portion 6. The piezoelectric element 8 is a flat plate member having a rectangular planar shape with a width of 2 mm, a length of 8 mm, and a width of 0.2 mm. Further, the piezoelectric element 8 is fixed to the main plate part 6 via the electrode 17 so that the long side of the piezoelectric element 8 and the long side of the main plate part 6 coincide.

なお、振動板7および圧電素子8のそれぞれの寸法および形状は、上述の寸法および形状に限定されず、他の寸法および形状であってもよい。また、振動板7の材料は、特に限定されないが、ステンレス等の導電性を有する材料であることが望ましい。また、支持用突出部3と主板部6とは、別個の部材からなっていてもよいが、それらが1つの部材で一体的に形成されていることが望ましい。   The dimensions and shapes of the diaphragm 7 and the piezoelectric element 8 are not limited to the above dimensions and shapes, and may be other dimensions and shapes. Moreover, the material of the diaphragm 7 is not particularly limited, but is preferably a conductive material such as stainless steel. Moreover, although the support protrusion part 3 and the main plate part 6 may be formed of separate members, it is desirable that they are integrally formed of one member.

圧電素子8は、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)かならなっているが、電圧が印加されて振動する素子であれば、いかなる材料からなっていてもよい。圧電素子8の一方の主表面上には、電極9,10,11,および12が取り付けられている。電極9,10,11,および12は、互いに同一の長方形の平面形状を有する平板状部材である。電極9,10,11,および12は、圧電素子8の一方の主表面が実質的に同一の4つの長方形の領域に分割されたとすると、4つの長方形の領域のそれぞれに設けられている。また、圧電素子8の他方の主表面上には、実質的に長方形の電極17が設けられている。電極17は、圧電素子8の他方の主表面と同一の長方形の平面形状を有する平板状部材である。   The piezoelectric element 8 is made of lead zirconate titanate (PZT), but may be made of any material as long as the element vibrates when a voltage is applied. On one main surface of the piezoelectric element 8, electrodes 9, 10, 11, and 12 are attached. The electrodes 9, 10, 11, and 12 are flat members having the same rectangular planar shape. The electrodes 9, 10, 11, and 12 are provided in each of the four rectangular regions if one main surface of the piezoelectric element 8 is divided into substantially the same four rectangular regions. A substantially rectangular electrode 17 is provided on the other main surface of the piezoelectric element 8. The electrode 17 is a flat plate member having the same rectangular planar shape as the other main surface of the piezoelectric element 8.

本実施の形態の超音波振動子1においては、2つの圧電素子8は、それぞれ、主板部6の一方の主表面および他方の主表面上に、電極17を介して設けられている。   In the ultrasonic transducer 1 of the present embodiment, the two piezoelectric elements 8 are respectively provided on one main surface and the other main surface of the main plate portion 6 via electrodes 17.

2つの電極17は、それぞれ、その長辺方向が主板部6の長辺方向とが一致するように、主板部6の一方および他方の主表面に固定されている。2つの電極17は、それぞれ、銀ペーストなどの導電性接着剤によって主板部6に接着されている。   The two electrodes 17 are fixed to one main surface and the other main surface of the main plate portion 6 so that the long side direction thereof coincides with the long side direction of the main plate portion 6. The two electrodes 17 are each bonded to the main plate portion 6 with a conductive adhesive such as silver paste.

なお、圧電素子8と主板部6とが導電性接着剤によって接着されるのであれば、電極17が圧電素子8と主板部6との間に設けられていなくてもよい。この場合、導電性接着剤が電極17の役割を果たす。特に、本実施の形態の超音波振動子のように、主板部6がステンレスなどの導電性材料からなる場合には、2つの圧電素子8の電極17には、それぞれ、常に0Vの信号が入力されているため、圧電素子8と主板部6とが導電性接着剤によって接合されていれば、電極17が圧電素子8と主板部6との間に設けられていなくても、主板部6が電極17の役割を果たすことができる。   Note that the electrode 17 may not be provided between the piezoelectric element 8 and the main plate portion 6 as long as the piezoelectric element 8 and the main plate portion 6 are bonded by a conductive adhesive. In this case, the conductive adhesive serves as the electrode 17. In particular, when the main plate portion 6 is made of a conductive material such as stainless steel as in the ultrasonic vibrator of the present embodiment, a signal of 0 V is always input to the electrodes 17 of the two piezoelectric elements 8 respectively. Therefore, if the piezoelectric element 8 and the main plate portion 6 are joined by a conductive adhesive, the main plate portion 6 can be formed even if the electrode 17 is not provided between the piezoelectric element 8 and the main plate portion 6. It can serve as the electrode 17.

また、振動板7の一方の主表面に取り付けられている圧電素子8およびそれに取り付けられている電極9,10,11,12,および17と、振動板7の他方の主表面に取り付けられている圧電素子8およびそれに取り付けられている電極9,10,11,12,および17とは、振動板7の厚さ方向において鏡面対称に配置されている。したがって、振動板7の一方の主表面上の圧電素子8の振動特性と、振動板7の他方の主表面上の圧電素子8の振動特性とは実質的に同一である。したがって、本実施の形態の振動板7は、その面内方向において振動する。また、振動板7の主板部6は長方形であるため、前述の面内方向において、振動板7の角部Sは楕円振動する。   Further, the piezoelectric element 8 attached to one main surface of the diaphragm 7 and the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 attached to the piezoelectric element 8 and the other main surface of the diaphragm 7 are attached. The piezoelectric element 8 and the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 attached to the piezoelectric element 8 are arranged mirror-symmetrically in the thickness direction of the diaphragm 7. Therefore, the vibration characteristic of the piezoelectric element 8 on one main surface of the diaphragm 7 and the vibration characteristic of the piezoelectric element 8 on the other main surface of the diaphragm 7 are substantially the same. Therefore, the diaphragm 7 of the present embodiment vibrates in the in-plane direction. Further, since the main plate portion 6 of the diaphragm 7 is rectangular, the corner portion S of the diaphragm 7 vibrates elliptically in the above-described in-plane direction.

なお、本発明の目的を達成することができるのであれば、振動板7の一方の主表面に取り付けられている圧電素子8および電極9,10,11,12,および17と、振動板7の他方の主表面に取り付けられている圧電素子8および電極9,10,11,12,および17とは、非対称な構造を有し、または、非対称に配置されていてもよい。   If the object of the present invention can be achieved, the piezoelectric element 8 and the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 attached to one main surface of the diaphragm 7, and the diaphragm 7 The piezoelectric element 8 and the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 attached to the other main surface may have an asymmetric structure or may be asymmetrically arranged.

次に、図4〜図7を用いて、本実施の形態の超音波振動子1の駆動方法が説明される。 超音波振動子1が駆動されるときには、所定の信号が、外部に設けられた制御装置(図示せず)から電極9,10,11,12,および17へ入力される。なお、振動板7の一方の主表面側に位置付けられた電極9,10,11,12,および17に入力される信号(印加電圧)は、振動板7の他方の主表面側に位置付けられた電極9,10,11,12,および17に入力される信号(印加電圧)に対して、主板部6を介して、鏡面対称に入力される。ただし、本発明の目的を達成することができるのであれば、振動板7の一方の主表面側に位置付けられた電極9,10,11,12,および17に入力される信号(印加電圧)と、振動板7の他方の主表面側に位置付けられた電極9,10,11,12,および17に入力される信号(印加電圧)とは、非対称であってもよい。   Next, a method for driving the ultrasonic transducer 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. When the ultrasonic transducer 1 is driven, a predetermined signal is input to the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 from a control device (not shown) provided outside. A signal (applied voltage) input to the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 positioned on one main surface side of the diaphragm 7 is positioned on the other main surface side of the diaphragm 7. The signals (applied voltages) input to the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 are input mirror-symmetrically via the main plate 6. However, if the object of the present invention can be achieved, a signal (applied voltage) input to the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 positioned on one main surface side of the diaphragm 7 and The signal (applied voltage) input to the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 positioned on the other main surface side of the diaphragm 7 may be asymmetric.

図3に示されるように、電極9と電極12とは、結線されており、同一の信号(φ1)が入力される、電極10と電極11とは、結線されており、同一の信号(φ2)が入力される。したがって、電極9,10,11,および12に入力される信号は、図4に示されるように、4つのモード(A),(B),(C),および(D)を有している。なお、図4には、振動していない状態の電極9,10,11,および12の全体の外形が破線で描かれ、伸縮振動または屈曲振動している状態の電極9,10,11,および12のそれぞれの形状が実線で描かれている。また、図5に示されるように、電極9および電極11に入力される信号と電極10および電極12に入力される信号とは、その位相において90度のズレを有しているが、同一の振幅および周波数を有している。   As shown in FIG. 3, the electrode 9 and the electrode 12 are connected, and the same signal (φ1) is input. The electrode 10 and the electrode 11 are connected, and the same signal (φ2 ) Is entered. Therefore, the signal input to the electrodes 9, 10, 11, and 12 has four modes (A), (B), (C), and (D) as shown in FIG. . In FIG. 4, the entire outer shape of the electrodes 9, 10, 11, and 12 in a non-vibrated state is drawn by a broken line, and the electrodes 9, 10, 11, and Each of the 12 shapes is drawn with a solid line. Further, as shown in FIG. 5, the signals input to the electrode 9 and the electrode 11 and the signals input to the electrode 10 and the electrode 12 have a difference of 90 degrees in the phase, but the same Has amplitude and frequency.

上述の超音波振動子1の主板部6は、図6に示される伸縮振動および図7に示される屈曲振動との組合せの振動を行なう。図6に示される伸縮振動によれば、振動板7の主板部6は、白抜き矢印で示されるように、長辺方向において圧縮されたり伸張されたりする。それにより、角部Sは、長辺方向に振動する。一方、図7に示される屈曲振動によれば、振動板7は、一のS字形状からそれに鏡面対称な他のS字形状へ変化する。それにより、振動板7の主板部6の角部は、白抜き矢印で示すように、短辺方向において振動する。   The main plate portion 6 of the ultrasonic transducer 1 described above performs vibration in combination with the stretching vibration shown in FIG. 6 and the bending vibration shown in FIG. According to the stretching vibration shown in FIG. 6, the main plate portion 6 of the diaphragm 7 is compressed or expanded in the long side direction as indicated by the white arrow. Thereby, the corner | angular part S vibrates in a long side direction. On the other hand, according to the bending vibration shown in FIG. 7, the diaphragm 7 changes from one S-shape to another S-shape that is mirror-symmetrical to it. Thereby, the corner | angular part of the main-plate part 6 of the diaphragm 7 vibrates in a short side direction, as shown by the white arrow.

なお、主板部6が伸縮振動する場合には、図4から分かるように、長辺方向の振幅が短辺方向の振幅に対して極めて大きいため、角部Sは実質的に長辺方向に振動すると言えるが、主板部6が屈曲振動する場合には、長辺方向の振幅と短辺方向の振幅との差があまり大きくないため、角部Sは、実際には、電極形状に応じて斜め方向に振動する。   When the main plate portion 6 vibrates and contracts, as can be seen from FIG. 4, since the amplitude in the long side direction is extremely large relative to the amplitude in the short side direction, the corner portion S substantially vibrates in the long side direction. However, when the main plate portion 6 is bent and vibrated, the difference between the amplitude in the long side direction and the amplitude in the short side direction is not so large, so the corner portion S is actually inclined according to the electrode shape. Vibrate in the direction.

伸縮振動の共振周波数と同一の周波数で変化する電圧が、電極9,10,11,および12のそれぞれに同一の位相で印加されると、主板部6は、図6に矢印で示される方向において、伸縮振動を行なう。また、屈曲振動の共振周波数と同一の周波数で変化する電圧(正)が、電極9および11のそれぞれに同一の位相で印加され、電極9および11とは逆位相の電圧(負)が、電極10および12のそれぞれに印加されると、主板部6は、図7に矢印で示されるように、屈曲振動を行なう。なお、2つの電極17のそれぞれには、常に、基準電位(0V)が与えられている。   When a voltage changing at the same frequency as the resonance frequency of the stretching vibration is applied to each of the electrodes 9, 10, 11, and 12 with the same phase, the main plate 6 is moved in the direction indicated by the arrow in FIG. 6. , Perform stretching vibration. In addition, a voltage (positive) that changes at the same frequency as the resonance frequency of the bending vibration is applied to each of the electrodes 9 and 11 in the same phase, and a voltage (negative) having an opposite phase to the electrodes 9 and 11 is applied to the electrodes. When applied to each of 10 and 12, the main plate portion 6 performs bending vibration as indicated by arrows in FIG. A reference potential (0 V) is always applied to each of the two electrodes 17.

なお、図6および図7においては、それぞれ、伸縮振動の節の位置Xおよび屈曲振動の節の位置Yがハッチングによって示されている。振動の節とは、主板部6のうちの実質的に振幅がゼロである位置である。また、電極の形状は、長方形に限定されず、超音波振動子1が伸縮振動および屈曲振動の双方を生じさせることができる形状であれば、いかなる形状であってもよい。   In FIGS. 6 and 7, the position X of the expansion vibration node and the position Y of the bending vibration node are indicated by hatching, respectively. The vibration node is a position in the main plate 6 where the amplitude is substantially zero. The shape of the electrode is not limited to a rectangle, and any shape may be used as long as the ultrasonic transducer 1 can generate both stretching vibration and bending vibration.

また、従来の超音波振動子1によれば、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとが、図8に示されるように、実質的に同一ではない、すなわち、Δφだけずれている場合に、そのズレΔφを低減することが極めて困難であった。それは、伸縮振動の共振周波数aおよび屈曲振動の共振周波数bの調整において、それらの一方を他方から独立して変化させることができなかったためである。   Further, according to the conventional ultrasonic vibrator 1, the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration are not substantially the same as shown in FIG. 8, that is, shifted by Δφ. It is extremely difficult to reduce the deviation Δφ. This is because in adjusting the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration, one of them could not be changed independently of the other.

しかしながら、本実施の形態の超音波振動子1の構造によれば、次のような理由により、ズレΔφを低減することが容易である。上述の超音波振動子1の構造によれば、図6に示されるように、支持用突出部3が伸縮振動の節の位置Xに設けられている。支持用突出部3の構造の物理量、たとえば、形状、剛性、質量、および内部応力のうちの少なくともいずか1つを変化させれば、伸縮振動の振動特性を変化させることなく、屈曲振動の特性を変化させることができる。したがって、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとを実質的に一致させることが容易である。   However, according to the structure of the ultrasonic transducer 1 of the present embodiment, it is easy to reduce the deviation Δφ for the following reason. According to the structure of the ultrasonic transducer 1 described above, as shown in FIG. 6, the supporting protrusion 3 is provided at the position X of the node of the stretching vibration. If at least one of the physical quantities of the structure of the supporting protrusion 3 such as the shape, rigidity, mass, and internal stress is changed, the flexural vibration is not changed without changing the vibration characteristics of the stretching vibration. Characteristics can be changed. Therefore, it is easy to substantially match the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration.

伸縮振動の共振周波数aおよび屈曲振動の共振周波数bのそれぞれと同一の周波数で同一位相の電圧が電極9および11に印加され、電極9および11と同一の周波数であってかつ位相が+90度だけずれた電圧が電極10および12に印加される。それにより、伸縮振動と屈曲振動とが、電極に入力された交流電圧の1周期の4分の1ごとに交互に生じる。その結果、ロータ2に接触している主板部6の角部Sが、図1に参照符号Eで示されるように、楕円振動を行なう。   A voltage having the same frequency as the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration is applied to the electrodes 9 and 11, and the electrodes 9 and 11 have the same frequency and the phase is +90 degrees. A shifted voltage is applied to the electrodes 10 and 12. Thereby, stretching vibration and bending vibration are alternately generated every quarter of one cycle of the AC voltage input to the electrode. As a result, the corner portion S of the main plate portion 6 that is in contact with the rotor 2 performs elliptical vibration as indicated by reference numeral E in FIG.

また、電極10および12に電極9および11と同一周波数であってかつ位相が−90度だけずれた電圧が印加されると、図1に参照符号Eで示された方向とは逆方向の楕円振動が生じる。また、ある一方向にロータ2が回転している状態で、電極9,11および電極10,12に入力されている信号のうちいずれか一方の位相が180度だけ変化すれば、超音波振動子1の角部Sに当接しているロータ2の回転方向が反転する。   When a voltage having the same frequency as that of the electrodes 9 and 11 and having a phase shifted by −90 degrees is applied to the electrodes 10 and 12, an ellipse in a direction opposite to the direction indicated by the reference symbol E in FIG. Vibration occurs. In addition, if the phase of one of the signals input to the electrodes 9 and 11 and the electrodes 10 and 12 changes by 180 degrees with the rotor 2 rotating in a certain direction, the ultrasonic transducer The rotation direction of the rotor 2 in contact with the corner portion S of 1 is reversed.

なお、超音波振動子1は、図9に示されるように、図7に示された屈曲振動の節の位置Yまたはその近傍の位置であって、かつ、図6に示された伸縮振動の節の位置Yまたはその近傍以外の位置に、振動特性を調整するための調整用突出部20を有していてもよい。ただし、調整用突出部20は、圧電素子8または振動板7の一部として形成されていてもよいとともに、圧電素子8または振動板7に対する他の材料の付加によって形成されてもよい。   As shown in FIG. 9, the ultrasonic transducer 1 is located at the position Y of the bending vibration node shown in FIG. 7 or in the vicinity thereof, and the expansion vibration shown in FIG. You may have the adjustment protrusion 20 for adjusting a vibration characteristic in positions other than the position Y of a node, or its vicinity. However, the adjustment protrusion 20 may be formed as a part of the piezoelectric element 8 or the diaphragm 7 or may be formed by adding another material to the piezoelectric element 8 or the diaphragm 7.

図9に示される構造を有する超音波振動子1によれば、調整用突出部20を研削または加熱したり、調整用突出部20に何らかの部材を付加したりして、屈曲振動の共振周波数bを変化させることなく、伸縮振動の共振周波数aを変化させることができる。したがって、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとの位相のズレを容易に低減することができる。   According to the ultrasonic transducer 1 having the structure shown in FIG. 9, the adjustment protrusion 20 is ground or heated, or some member is added to the adjustment protrusion 20, so that the resonance frequency b of the bending vibration is obtained. The resonance frequency a of the stretching vibration can be changed without changing the value. Therefore, the phase shift between the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration can be easily reduced.

<超音波振動子の振動特性調整方法>
超音波モータ100において、最大の駆動効率を得るためには、超音波振動子1が組み立てられて、超音波モータ100の所定の位置に組み付けられた状態で、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとが実質的に一致していることが必要である。しかしながら、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとが実質的に一致するように設計された超音波振動子1であっても、圧電素子8または振動板7の寸法における誤差、圧電素子8と振動板7の位置合せにおける誤差、および電極の寸法における誤差等の要因のために、図8に示されるように、実際に組み立てられ、超音波モータ100に組み付けられた超音波振動子1の伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとの間に、ズレΔφが生じることがある。なお、図8において、横軸は周波数f(=1/T)を示し、縦軸は、伸縮振動の長辺方向の振動の振幅および屈曲振動の短辺方向の振動の振幅Fを示す。
<Method for adjusting vibration characteristics of ultrasonic transducer>
In the ultrasonic motor 100, in order to obtain the maximum driving efficiency, the ultrasonic vibrator 1 is assembled and assembled at a predetermined position of the ultrasonic motor 100. It is necessary that the resonance frequency b substantially matches. However, even in the ultrasonic vibrator 1 designed so that the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration substantially coincide with each other, an error in the dimensions of the piezoelectric element 8 or the diaphragm 7, piezoelectricity Due to factors such as errors in alignment between the element 8 and the diaphragm 7 and errors in the dimensions of the electrodes, the ultrasonic vibrator actually assembled and assembled in the ultrasonic motor 100 as shown in FIG. There may be a deviation Δφ between the resonance frequency a of the stretching vibration 1 and the resonance frequency b of the bending vibration. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the frequency f (= 1 / T), and the vertical axis indicates the amplitude of vibration in the long side direction of the stretching vibration and the amplitude F of vibration in the short side direction of the bending vibration.

図10は、本発明者の行なったシミュレーションの結果であって、支持用突出部3の長さL1と超音波振動子1の伸縮振動の共振周波数aおよび屈曲振動の共振周波数bの変化との関係を示している。図10に示されるように、支持用突出部3の長さL1が増加するにつれて、超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bは、近似的には直線的に減少するが、伸縮振動の共振周波数aは、ほぼ一定である。   FIG. 10 shows the result of the simulation performed by the present inventor. The length L1 of the supporting protrusion 3 and the change in the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic vibrator 1 are shown in FIG. Showing the relationship. As shown in FIG. 10, the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic vibrator 1 decreases approximately linearly as the length L1 of the supporting protrusion 3 increases, The resonance frequency a is substantially constant.

図6および図7にハッチングによって示された部分は、伸縮振動の節の位置Xおよび屈曲振動の節の位置Yに相当する。支持用突出部3は、主板部6に生じる伸縮振動の節の位置Xまたはその近傍の位置に設けられており、かつ、屈曲振動の節の位置Yまたはその近傍からは離れた位置に設けられている。したがって、支持用突出部3の長さL1を変化させると、伸縮振動の共振周波数aは変化しないが、屈曲振動の共振周波数bは変化する。   The portions shown by hatching in FIGS. 6 and 7 correspond to the node position X of the stretching vibration and the node position Y of the bending vibration. The supporting protrusion 3 is provided at a position X of the expansion / contraction vibration node generated in the main plate 6 or a position in the vicinity thereof, and is provided at a position away from the position Y of the bending vibration node or in the vicinity thereof. ing. Therefore, when the length L1 of the supporting protrusion 3 is changed, the resonance frequency a of the stretching vibration does not change, but the resonance frequency b of the bending vibration changes.

超音波振動子1が超音波モータ100の所定の位置に取り付けられた後に、支持用突出部3を研削することによって、その形状および質量を変化させることができる。それにより、伸縮振動の共振周波数aがほぼ一定である状態で屈曲振動の共振周波数bのみを調整することができる。その結果、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとを実質的に一致させることが容易になる。また、支持用突出部3の形状および質量を変化させる代わりに、焼きなまし等などの加熱処理によって支持用突出部3の剛性等の物性を変化させることによっても、伸縮振動の共振周波数aを一定に維持した状態で、屈曲振動の共振周波数bの調整することが容易である。   After the ultrasonic vibrator 1 is attached to a predetermined position of the ultrasonic motor 100, the shape and mass thereof can be changed by grinding the support protrusion 3. Thereby, only the resonance frequency b of the bending vibration can be adjusted in a state where the resonance frequency a of the stretching vibration is substantially constant. As a result, it becomes easy to substantially match the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration. Further, instead of changing the shape and mass of the support protrusion 3, the resonance frequency a of the stretching vibration can be kept constant by changing the physical properties such as rigidity of the support protrusion 3 by heat treatment such as annealing. In this state, it is easy to adjust the resonance frequency b of the bending vibration.

次に、支持用突出部3の開放端を削ることによって、つまり、支持用突出部3の形状および質量を変化させることによって、超音波振動子1の振動特性を調整する方法が具体的に説明される。   Next, a method for adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1 by cutting the open end of the support protrusion 3, that is, by changing the shape and mass of the support protrusion 3 will be specifically described. Is done.

組み立てが行なわれ、製品の所定の位置に組み付けられた超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bが伸縮振動の共振周波数aよりも低い場合には、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとを実質的に一致させるために、屈曲振動の共振周波数bを伸縮振動の共振周波数aまで増加させることが必要である。   When the assembly is performed and the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic vibrator 1 assembled at a predetermined position of the product is lower than the resonance frequency a of the stretching vibration, the resonance frequency a of the stretching vibration and the bending vibration In order to substantially match the resonance frequency b, it is necessary to increase the resonance frequency b of the bending vibration to the resonance frequency a of the stretching vibration.

本実施の形態においては、図11に示されるように、支持用突出部3の開放端を削り、支持用突出部3を短くすることによって、屈曲振動の共振周波数bを増加させて伸縮振動の共振周波数aに一致させる。この方法によれば、超音波振動子1の振動特性を容易に調整することが可能である。また、シャフト5の貫通孔50と主板部6との間において支持用突出部3は研削されていないため、支持用突出部3の強度が維持された状態で、超音波振動子1の振動特性を調整することが可能である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the open end of the support protrusion 3 is scraped and the support protrusion 3 is shortened to increase the resonance frequency b of the bending vibration, thereby causing the stretching vibration. It is made to correspond to the resonance frequency a. According to this method, it is possible to easily adjust the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1. In addition, since the support protrusion 3 is not ground between the through hole 50 of the shaft 5 and the main plate portion 6, the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1 are maintained while the strength of the support protrusion 3 is maintained. Can be adjusted.

また、図12に示されるように、支持用突出部3に設けられた貫通孔50の中心位置から同一の距離だけ離れた2つの位置のそれぞれに凹部55を設け、支持用突出部3の形状および質量を変化させてもよい。これによれば、伸縮振動の共振周波数aを変化させることなく、屈曲振動の共振周波数bのみを変化させることができる。   Also, as shown in FIG. 12, a recess 55 is provided at each of two positions separated by the same distance from the center position of the through hole 50 provided in the support protrusion 3, and the shape of the support protrusion 3 is formed. And the mass may be varied. According to this, only the resonance frequency b of the bending vibration can be changed without changing the resonance frequency a of the stretching vibration.

また、図8に示されたように、2つの凹部55が、貫通孔50の中心位置を介して対向する位置であって、貫通孔50の中心位置から等しい距離の位置に、研削によって形成される。これにより、屈曲振動における慣性モーメントを小さくすることによって、屈曲振動の共振周波数を変化させることが可能になる。なお、研削によって凹部55が大きくなり過ぎた場合には、凹部55に何らかの部材が埋め込まれることによって、振動特性が再び調整されてもよい。   Further, as shown in FIG. 8, the two concave portions 55 are formed by grinding at positions that are opposed to each other through the center position of the through hole 50 and that are at an equal distance from the center position of the through hole 50. The Accordingly, it is possible to change the resonance frequency of the bending vibration by reducing the moment of inertia in the bending vibration. In addition, when the recessed part 55 becomes large too much by grinding, a vibration characteristic may be adjusted again by embedding a certain member in the recessed part 55. FIG.

次に、支持用突出部3を加熱処理して、支持用突出部3の剛性を変化させることによって、超音波振動子1の振動特性を調整する方法が説明される。加熱装置(図示せず)を用いて支持用突出部3が700度程度まで加熱された後、自然に冷却される。それにより、支持用突出部3の剛性が低減される。支持用突出部3の剛性が低減されると、超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bが低減される。また、支持用突出部3が、加熱装置によって700度程度まで加熱された後、水中で急激に冷却されると、支持用突出部3の剛性が増加し、超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bが増加する。加熱装置として、レーザなどの支持用突出部3のみを局所的に加熱することができる装置が用いられることが望ましい。また、加熱温度は支持用突出部3の材料の変態温度以上であることが必要である。振動板7の材料としてステンレスが用いられる場合には、加熱温度は700度程度であることが望ましい。   Next, a method of adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1 by changing the rigidity of the support protrusion 3 by heating the support protrusion 3 will be described. After the supporting protrusion 3 is heated to about 700 degrees using a heating device (not shown), it is naturally cooled. Thereby, the rigidity of the support protrusion 3 is reduced. When the rigidity of the supporting protrusion 3 is reduced, the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic transducer 1 is reduced. Further, when the supporting protrusion 3 is heated to about 700 degrees by the heating device and then rapidly cooled in water, the rigidity of the supporting protrusion 3 increases, and the bending vibration of the ultrasonic vibrator 1 is increased. The resonance frequency b increases. As a heating device, it is desirable to use a device that can locally heat only the supporting protrusion 3 such as a laser. Further, the heating temperature needs to be equal to or higher than the transformation temperature of the material of the supporting protrusion 3. When stainless steel is used as the material of the diaphragm 7, the heating temperature is desirably about 700 degrees.

次に、支持用突出部3に重り13を搭載する、すなわち、支持用突出部3に所定の質量を有する材料を付加して、超音波振動子1の振動特性を調整する方法が説明される。   Next, a method for adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1 by mounting the weight 13 on the support protrusion 3, that is, by adding a material having a predetermined mass to the support protrusion 3 will be described. .

図13に示されるように、支持用突出部3にステンレスの重り13が接着されると、支持用突出部3の質量が増加する。支持用突出部3の質量が増加すると、屈曲振動における支持用突出部3の慣性モーメントが増加する。したがって、超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bを低減させることができる。ただし、重り13の材質は、ステンレスに限定されず、いかなる材質であってもよい。   As shown in FIG. 13, when the stainless steel weight 13 is bonded to the support protrusion 3, the mass of the support protrusion 3 increases. When the mass of the support protrusion 3 increases, the moment of inertia of the support protrusion 3 in bending vibration increases. Therefore, the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic vibrator 1 can be reduced. However, the material of the weight 13 is not limited to stainless steel and may be any material.

上述の支持用突出部3と同様に、図9に示された調整用突出部20の形状、剛性、質量、および内部応力のうちの少なくともいずれかに変化を生じさせることによっても、屈曲振動の共振周波数aを変化させずに、伸縮振動の共振周波数bのみを変化させることが容易になる。   Similarly to the above-described supporting protrusion 3, bending vibration can also be caused by causing a change in at least one of the shape, rigidity, mass, and internal stress of the adjusting protrusion 20 shown in FIG. 9. It becomes easy to change only the resonance frequency b of the stretching vibration without changing the resonance frequency a.

(実施の形態2)
<全体構成>
本実施の形態の超音波振動子においては、実施の形態1の超音波振動子の構成要素と同一の構成要素には実施の形態1の超音波振動子1に付された参照符号と同一の参照番号が付され、特に必要がない限り、その説明は繰り返さない。
(Embodiment 2)
<Overall configuration>
In the ultrasonic transducer of the present embodiment, the same components as those of the ultrasonic transducer of the first embodiment are the same as the reference numerals assigned to the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment. Reference numerals are given and the description will not be repeated unless otherwise required.

本実施の形態においても、超音波振動子1が組み立てられた後においても、超音波振動子1の振動特性が容易に調整され得る。   Also in the present embodiment, the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1 can be easily adjusted even after the ultrasonic transducer 1 is assembled.

図14は、本実施の形態の超音波モータ100の平面図である。図14に示されるように、本実施の形態の超音波モータ100は、超音波振動子1とロータ2とからなっている。   FIG. 14 is a plan view of the ultrasonic motor 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 14, the ultrasonic motor 100 of the present embodiment includes an ultrasonic transducer 1 and a rotor 2.

本実施の形態の超音波振動子1は、図1〜図8を用いて説明された実施の形態1の超音波振動子1とほぼ同様であるが、主板部6を介して支持用突出部3に対向するように押付用突出部14が設けられていることが、実施の形態1の超音波振動子1とは異なっている。押付用突出部14には線状のゴム15の一端が接着されている。線状のゴム15の他端は、図示されていない外部に設けられた押付用機構に固定されている。線状のゴム15は、その収縮力によって、押付用機構に対して、押付用突出部14を引っ張る。それによって、超音波振動子1の角部Sがロータ2の外周部を押す力を調整することができるようになっている。つまり、線状のゴム15の収縮力の調整によって、超音波振動子1とロータ2との当接力が調整される。   The ultrasonic transducer 1 according to the present embodiment is substantially the same as the ultrasonic transducer 1 according to the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 8, but a supporting protrusion via the main plate 6. 3 is different from the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment in that the pressing protrusion 14 is provided so as to oppose to the ultrasonic transducer 1. One end of a linear rubber 15 is bonded to the pressing protrusion 14. The other end of the linear rubber 15 is fixed to a pressing mechanism provided outside (not shown). The linear rubber 15 pulls the pressing protrusion 14 against the pressing mechanism by the contraction force. Accordingly, the force with which the corner portion S of the ultrasonic transducer 1 presses the outer peripheral portion of the rotor 2 can be adjusted. That is, the contact force between the ultrasonic transducer 1 and the rotor 2 is adjusted by adjusting the contraction force of the linear rubber 15.

本実施の形態の超音波モータ2においても、実施の形態1の超音波モータ100と同様に、後述する超音波振動子1に設けられた電極9,10,11,12,および17に信号が入力される。それにより、ロータ2の外周面に当接している主板部6の角部Sが、図14に示される楕円軌道Eを描いて移動する。その結果、ロータ2が円軌道Cに沿ってその回転中心軸まわりに回転する。   Also in the ultrasonic motor 2 of the present embodiment, as in the ultrasonic motor 100 of the first embodiment, signals are sent to electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 provided in the ultrasonic transducer 1 described later. Entered. Thereby, the corner | angular part S of the main board part 6 contact | abutted to the outer peripheral surface of the rotor 2 moves drawing the elliptical orbit E shown by FIG. As a result, the rotor 2 rotates around the rotation center axis along the circular orbit C.

<超音波振動子>
図15には、本実施の形態の超音波振動子1の斜視図が示されている。超音波振動子1の構成要素のうち、主板部6、圧電素子8、電極9,10,11,12,および17のそれぞれの形状、寸法、配置、および構成材料は、実施の形態の超音波振動子1のそれと同一であるため、その説明は繰り返さない。
<Ultrasonic transducer>
FIG. 15 shows a perspective view of the ultrasonic transducer 1 of the present embodiment. Of the constituent elements of the ultrasonic transducer 1, the shape, dimensions, arrangement, and constituent materials of the main plate portion 6, the piezoelectric element 8, the electrodes 9, 10, 11, 12, and 17 are the ultrasonic waves of the embodiment. Since it is the same as that of the vibrator 1, its description will not be repeated.

ただし、本実施の形態においては、貫通孔50とシャフト5とは固定されていない。そのため、シャフト5が支持用突出部3に設けられた貫通孔50内においてその軸まわりに回転し得る。より具体的には、支持用突出部3は、シャフト5が延びる方向の移動は拘束されているが、シャフト5が延びる方向に沿った回転中心軸まわりに回転することができる。なお、支持用突出部3の上側および下側のそれぞれには、超音波振動子1がシャフト5の軸方向に沿って移動しないように、支持用突出部3のシャフト5の軸方向の移動を拘束する部材(図示せず)が設けられている。なお、押付用突出部14は、幅1mmかつ長さ2.5mmの略長方形状を有している。   However, in the present embodiment, the through hole 50 and the shaft 5 are not fixed. Therefore, the shaft 5 can rotate around its axis in the through hole 50 provided in the supporting protrusion 3. More specifically, the supporting protrusion 3 is restricted from moving in the direction in which the shaft 5 extends, but can rotate around the rotation center axis along the direction in which the shaft 5 extends. In addition, the axial movement of the shaft 5 of the supporting protrusion 3 is prevented from moving along the axial direction of the shaft 5 on each of the upper side and the lower side of the supporting protrusion 3. A restraining member (not shown) is provided. The pressing protrusion 14 has a substantially rectangular shape with a width of 1 mm and a length of 2.5 mm.

また、本実施の形態の超音波振動子1の駆動方法は、実施の形態1の超音波振動子1の駆動方法と同一であるため、その説明は繰り返さない。   In addition, since the driving method of ultrasonic transducer 1 of the present embodiment is the same as the driving method of ultrasonic transducer 1 of the first embodiment, description thereof will not be repeated.

また、超音波振動子1の構造として、図16に示された構造が採用されてもよい。図16に示される構造においては、図6に示された屈曲振動の節の位置Xの近傍であって、かつ図7に示された伸縮振動の節の位置Yからは離れた位置の少なくとも1の位置に調整用突出部20が設けられている、なお、調整用突出部20は、圧電素子8または主板部6の一部であっても、他の材料が圧電素子8または主板部6に付加されたものであってもよい。   Further, the structure shown in FIG. 16 may be employed as the structure of the ultrasonic transducer 1. In the structure shown in FIG. 16, at least one of the positions near the flexural vibration node position X shown in FIG. 6 and away from the expansion vibration node position Y shown in FIG. The adjustment protrusion 20 is provided at a position of the piezoelectric element 8 or the main plate 6 even if the adjustment protrusion 20 is a part of the piezoelectric element 8 or the main plate 6. It may be added.

<超音波振動子の振動特性調整方法>
図17は、本願の発明者らが行なったシミュレーション結果を示しており、超音波振動子1の押付用突出部14の長さL2と超音波振動子1の伸縮振動の共振周波数aおよび屈曲振動の共振周波数bとの関係を示している。図17に示されるように、押付用突出部14の長さL2を増加させるにつれて、超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bが近似的に直線的に減少するが、伸縮振動の共振周波数aはほぼ一定である。
<Method for adjusting vibration characteristics of ultrasonic transducer>
FIG. 17 shows a simulation result performed by the inventors of the present application. The length L2 of the pressing protrusion 14 of the ultrasonic transducer 1, the resonance frequency a of the stretching vibration of the ultrasonic transducer 1, and the bending vibration are shown. The relationship with the resonance frequency b is shown. As shown in FIG. 17, as the length L2 of the pressing protrusion 14 is increased, the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic transducer 1 decreases approximately linearly. a is almost constant.

押付用突出部14は、主板部6に生じる伸縮振動の節の位置Xまたはその近傍であり、屈曲振動の節の位置Yまたはその近傍から離れた位置に設けられている。したがって、押付用突出部14の長さL2を変化させると、伸縮振動の共振周波数aに変化を生じさせることなく、屈曲振動の共振周波数bに変化を生じさせることができる。   The pressing projection 14 is provided at the position X of the expansion vibration node generated in the main plate 6 or in the vicinity thereof, and at a position away from the position Y of the bending vibration node or the vicinity thereof. Therefore, when the length L2 of the pressing protrusion 14 is changed, the resonance frequency b of the bending vibration can be changed without changing the resonance frequency a of the stretching vibration.

超音波振動子1を超音波モータ100の所定の位置に取り付けた後に、押付用突出部14の形状および質量を変化させることにより、伸縮振動の共振周波数aがほぼ一定の状態で、屈曲振動の共振周波数bのみを調整して、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとを実質的に一致させることができる。   After the ultrasonic vibrator 1 is attached to a predetermined position of the ultrasonic motor 100, the shape and mass of the pressing projection 14 are changed, so that the resonance frequency a of the stretching vibration is substantially constant and the bending vibration By adjusting only the resonance frequency b, the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration can be substantially matched.

また、焼きなましなどの手法を用いて剛性などの押付用突出部14の物性を変化させることによっても屈曲振動の共振周波数を調整することが可能である。   It is also possible to adjust the resonance frequency of the bending vibration by changing the physical properties of the pressing protrusion 14 such as rigidity using a technique such as annealing.

次に、押付用突出部14の先端を研削することによって、超音波振動子1の押付用突出部14の形状および質量を変化させて、超音波振動子1の振動特性を調整する方法が具体的に説明される。   Next, there is a specific method of adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1 by grinding the tip of the pressing projection 14 to change the shape and mass of the pressing projection 14 of the ultrasonic transducer 1. Explained.

組み立てされ、所定の位置に設置された超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bが伸縮振動の共振周波数aよりも低い場合には、伸縮振動の共振周波数aと屈曲振動の共振周波数bとを略一致させるために、屈曲振動の共振周波数bのみを伸縮振動の共振周波数aと略一致するように増加させる必要がある。図18に示されるように、押付用突出部14の長さL2が押付用突出部14がその先端の研削によって短くなれば、伸縮振動の共振周波数aが一定の状態で、屈曲振動の共振周波数bが増加する。したがって、屈曲振動の共振周波数bと伸縮振動の共振周波数aとを実質的に一致させることは容易である。   When the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic vibrator 1 assembled and installed at a predetermined position is lower than the resonance frequency a of the stretching vibration, the resonance frequency a of the stretching vibration and the resonance frequency b of the bending vibration Therefore, it is necessary to increase only the resonance frequency b of the bending vibration so as to substantially match the resonance frequency a of the stretching vibration. As shown in FIG. 18, when the length L2 of the pressing protrusion 14 is shortened by grinding the tip of the pressing protrusion 14, the resonance frequency a of the stretching vibration is constant and the resonance frequency of the bending vibration is constant. b increases. Therefore, it is easy to substantially match the resonance frequency b of the bending vibration with the resonance frequency a of the stretching vibration.

次に、押付用突出部14に加熱処理を施して、超音波振動子1の押付用突出部14の剛性を変化させて、超音波振動子1の振動特性を調整する方法が説明される。   Next, a method of adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic transducer 1 by applying heat treatment to the pressing projection 14 to change the rigidity of the pressing projection 14 of the ultrasonic transducer 1 will be described.

加熱装置を用いて押付用突出部14が700度程度まで加熱される。その後、自然冷却が行なわれる。それにより、押付用突出部14の剛性が低下する。押付用突出部14の剛性が低減されると、超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bが低下する。   The pressing protrusion 14 is heated to about 700 degrees using a heating device. Thereafter, natural cooling is performed. As a result, the rigidity of the pressing protrusion 14 is reduced. When the rigidity of the pressing projection 14 is reduced, the resonance frequency b of the bending vibration of the ultrasonic vibrator 1 is lowered.

また、押付用突出部14は、加熱装置を用いて700度程度まで加熱された後、水に入れて急激に冷却されると、押付用突出部14の剛性が増加し、超音波振動子1の屈曲振動の共振周波数bが増加する。   Further, when the pressing protrusion 14 is heated to about 700 degrees using a heating device and then rapidly cooled in water, the rigidity of the pressing protrusion 14 increases, and the ultrasonic transducer 1. The resonance frequency b of the bending vibration increases.

加熱装置として、レーザなど、押付用突出部14のみが局所的に加熱することができる装置が用いられることが望ましい。また、加熱温度は、押付用突出部14の材料の変態温度以上であることが必要である。そのため、押付用突出部14の材料としてステンレスが用いられる場合には、700度程度の温度で押付用突出部14が加熱されることが望ましい。   As the heating device, it is desirable to use a device such as a laser that can locally heat only the pressing protrusion 14. The heating temperature needs to be equal to or higher than the transformation temperature of the material of the pressing protrusion 14. Therefore, when stainless steel is used as the material of the pressing protrusion 14, it is desirable that the pressing protrusion 14 is heated at a temperature of about 700 degrees.

次に、押付用突出部14に重り13が搭載されると、超音波振動子1の押付用突出部14の質量を変化させて、超音波振動子1の振動特性を調整する方法が説明される。   Next, a method of adjusting the vibration characteristics of the ultrasonic vibrator 1 by changing the mass of the pushing protrusion 14 of the ultrasonic transducer 1 when the weight 13 is mounted on the pressing projection 14 will be described. The

図19に示されるように、押付用突出部14にステンレスの重り13が接着されると、伸縮振動の共振周波数aが一定の状態で、屈曲振動の共振周波数bが低下する。なお、重り13の材料は、ステンレスに限定されず、ステンレス以外の他の材料であってもよい。   As shown in FIG. 19, when the stainless steel weight 13 is bonded to the pressing protrusion 14, the resonance frequency b of the bending vibration is lowered while the resonance frequency a of the stretching vibration is constant. In addition, the material of the weight 13 is not limited to stainless steel, and may be a material other than stainless steel.

また、支持用突出部3と同様に、図16に示された調整用突出部20の形状、剛性、および質量のうち少なくともいずれか1つの要素を変化させることにより、屈曲振動の共振周波数bを変化させずに、伸縮振動の共振周波数aのみを容易に調整することができる。   Similarly to the support protrusion 3, by changing at least one of the shape, rigidity, and mass of the adjustment protrusion 20 shown in FIG. 16, the resonance frequency b of the bending vibration is changed. Only the resonance frequency a of the stretching vibration can be easily adjusted without changing it.

上記の実施の形態においては、複数種類の振動の節のうちの1の節の位置またはその近傍の位置に設けられた構造物である突出部の物理量として、形状、剛性、および質量のうちの少なくともいずれか1つを変化させることにより、振動特性の調整が行なわれている。しかしながら、振動の節の位置またはその近傍に設けられた構造の形状、剛性、および質量の代わりに、振動の節の位置またはその近傍の位置の構造の内部応力を変化させることにより、前述と同様の振動特性の調整を行なうことが可能である。内部応力を変化させる方法としては、振動の節の位置またはその近傍の位置の構造が誘電体を含んでおり、外部からその誘電体へ電界を印加する方法が考えられる。   In the above-described embodiment, the physical quantity of the protruding portion, which is a structure provided at the position of one of the plurality of types of vibration nodes or in the vicinity thereof, of the shape, rigidity, and mass The vibration characteristics are adjusted by changing at least one of them. However, as described above, the internal stress of the structure at or near the position of the vibration node is changed instead of the shape, rigidity, and mass of the structure provided at or near the position of the vibration node. It is possible to adjust the vibration characteristics. As a method of changing the internal stress, a method in which the structure at the position of the vibration node or in the vicinity thereof includes a dielectric and an electric field is applied to the dielectric from the outside.

また、上記各実施の形態においては、振動の節を含むように突出部が設けられているが、振動の節の位置の近傍に突出部が設けられていても、振動の節と突出部との間の距離が所定量より小さければ振動特性を調整することは、従来の方法に比較すれば、容易である。たとえば、屈曲振動の共振周波数bを変化させずに、伸縮振動の共振周波数aを変化させる場合には、平面的に見て点で表現される屈曲振動の振動の節を囲むような周縁状の領域上に突出部が形成されていてもよい。たとえば、屈曲振動の振動の節としての点を囲むパイプ状の突出部が調整用突出部20の代わりに設けられていても、上記と同様に、振動特性を容易に調整することが可能である。   Further, in each of the above embodiments, the protrusion is provided so as to include the vibration node, but even if the protrusion is provided in the vicinity of the position of the vibration node, the vibration node and the protrusion If the distance between them is smaller than a predetermined amount, it is easy to adjust the vibration characteristics as compared with the conventional method. For example, in the case where the resonance frequency a of the stretching vibration is changed without changing the resonance frequency b of the bending vibration, a peripheral shape surrounding the node of the bending vibration expressed by a point when seen in a plan view is used. A protrusion may be formed on the region. For example, even if a pipe-like protruding portion surrounding a point as a vibration node of bending vibration is provided instead of the adjusting protruding portion 20, the vibration characteristics can be easily adjusted in the same manner as described above. .

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

実施の形態の超音波モータの平面図である。It is a top view of the ultrasonic motor of an embodiment. 実施の形態の超音波振動子の斜視図である1 is a perspective view of an ultrasonic transducer according to an embodiment. 実施の形態の超音波振動子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the ultrasonic transducer | vibrator of embodiment. 圧電素子に取り付けられた4つの電極に印加される4つの電圧モードを説明するための図である。It is a figure for demonstrating four voltage modes applied to four electrodes attached to the piezoelectric element. 伸縮振動のための信号の位相と屈曲振動のための振動の位相とが90°だけずれていることを説明するためのタイムチャートである。6 is a time chart for explaining that a phase of a signal for stretching vibration and a phase of vibration for bending vibration are shifted by 90 °. 実施の形態の主板部が伸縮振動によって変形する態様を示す図であるIt is a figure which shows the aspect which the main board part of embodiment deform | transforms by expansion-contraction vibration. 実施の形態の主板部が屈曲振動によって変形する態様を示す図であるIt is a figure which shows the aspect which the main board part of embodiment deform | transforms by bending vibration. 伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが一致しないことを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that the resonance frequency of a stretching vibration and the resonance frequency of a bending vibration do not correspond. 実施の形態の超音波振動子の構成を表す概略図であるIt is the schematic showing the structure of the ultrasonic transducer | vibrator of embodiment. 実施の形態の支持用突出部の長さと、伸縮振動の共振周波数および屈曲振動の共振周波数との関係を示すグラフであるIt is a graph which shows the relationship between the length of the protrusion part for support of embodiment, and the resonance frequency of expansion vibration, and the resonance frequency of bending vibration. 実施の形態の支持用突出部の削り方を説明するための図であるIt is a figure for demonstrating how to cut the protrusion part for support of embodiment. 実施の形態の支持用突出部に設ける凹部を示す図である。It is a figure which shows the recessed part provided in the protrusion part for support of embodiment. 実施の形態の支持用突出部に重りが設置された状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state by which the weight was installed in the protrusion part for support of embodiment. 実施の形態2の超音波モータの平面図である。6 is a plan view of an ultrasonic motor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の超音波振動子の斜視図である。6 is a perspective view of an ultrasonic transducer according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の超音波振動子の構成を表す概略図である。6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic transducer according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の押付用突出部の長さと伸縮振動の共振周波数および屈曲振動の共振周波数との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the length of a pressing protrusion of Embodiment 2, the resonance frequency of stretching vibration and the resonance frequency of bending vibration. 実施の形態の押付用突出部の削り方を説明するための図である。It is a figure for demonstrating how to cut the protrusion part for pressing of embodiment. 実施の形態の押付用突出部に重りが設置された状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the weight was installed in the protrusion part for pressing of embodiment. 特開2001−286167号公報において示された超音波振動子の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the ultrasonic transducer | vibrator shown in Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-286167.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波振動子、2 ロータ、100 超音波モータ、3 支持用突出部、4 支持体、5 シャフト、6 主板部、7 振動板、8 圧電素子、9,10,11,12,17 電極、14 押付用突出部、15 ゴム、20 調整用突出部、50 貫通孔、55 凹部、a 伸縮振動の共振周波数、b 屈曲振動の共振周波数、C 円軌道、E 楕円軌道、S 角部、X 伸縮振動の節の位置、Y 屈曲振動の節の位置、Δφ 位相のズレ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic vibrator, 2 Rotor, 100 Ultrasonic motor, 3 Protrusion part for support, 4 Support body, 5 Shaft, 6 Main plate part, 7 Vibration plate, 8 Piezoelectric element, 9, 10, 11, 12, 17 Electrode, 14 Protruding part for pressing, 15 Rubber, 20 Adjusting protruding part, 50 Through hole, 55 Recessed part, a Resonance frequency for stretching vibration, b Resonance frequency for bending vibration, C circular orbit, E elliptical orbit, S corner, X telescopic Vibration node position, Y Bending vibration node position, Δφ Phase shift.

Claims (14)

複数種類の振動を組合せて被駆動体を駆動する超音波振動子の振動特性の調整方法であって、
前記複数種類の振動は、それぞれ、振幅が実質的にゼロである振動の節を有し、
前記複数種類の振動の節のうちの一の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を一の領域とし、かつ、前記一の種類の振動とは異なる他の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を他の領域としたときに、前記一の領域内にありかつ前記他の領域外にある構造の物理量を変化させることにより、前記一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく前記他の領域に振動の節を有する振動の特性を調整する、超音波振動子の調整方法。
A method for adjusting the vibration characteristics of an ultrasonic vibrator that drives a driven body by combining a plurality of types of vibrations,
Each of the plurality of types of vibrations has a vibration node having an amplitude of substantially zero;
The region including the position of one type of vibration node of the plurality of types of vibration nodes and the position in the vicinity thereof is defined as one region, and other types of vibrations different from the one type of vibration. When the area including the position of the node and the vicinity thereof is set as another area, the physical quantity of the structure that is in the one area and outside the other area is changed to vibrate in the one area. A method for adjusting an ultrasonic transducer, wherein the characteristic of vibration having a vibration node in the other region is adjusted without substantially changing the characteristic of vibration having a node.
前記一の領域における構造は突出部であり、
前記物理量は、前記突出部の物理量である、請求項1に記載の超音波振動子の調整方法。
The structure in the one region is a protrusion;
The method according to claim 1, wherein the physical quantity is a physical quantity of the protrusion.
前記突出部の物理量は、研削によって変化する、請求項2に記載の超音波振動子の調整方法。   The method of adjusting an ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the physical quantity of the protruding portion is changed by grinding. 前記突出部の物理量は、加熱処理によって変化する、請求項2に記載の超音波振動子の調整方法。   The method of adjusting an ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the physical quantity of the protruding portion is changed by heat treatment. 前記物理量は、前記突出部への所定部材の付加によって変化する、請求項2に記載の超音波振動子の調整方法。   The method of adjusting an ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the physical quantity is changed by adding a predetermined member to the protrusion. 前記一の領域に凹部を設けることによって、前記構造の物理量が変化する、請求項1に記載の超音波振動子の調整方法。   The method for adjusting an ultrasonic transducer according to claim 1, wherein a physical quantity of the structure is changed by providing a concave portion in the one region. 前記複数種類の振動は、伸縮振動と屈曲振動とを有し、
前記伸縮振動および前記屈曲振動のうちいずれか一方の振動特性を調整する、請求項1
に記載の超音波振動子の調整方法。
The plurality of types of vibrations include stretching vibrations and bending vibrations,
The vibration characteristic of any one of the said stretching vibration and the said bending vibration is adjusted.
The method for adjusting an ultrasonic transducer according to claim 1.
前記伸縮振動の特性を調整することなく、前記屈曲振動の特性を調整する、請求項7に記載の超音波振動子の調整方法。   The method for adjusting an ultrasonic transducer according to claim 7, wherein the characteristic of the bending vibration is adjusted without adjusting the characteristic of the stretching vibration. 前記突出部が当該超音波振動子を支持するための支持用突出部として機能する、請求項2に記載の超音波振動子の調整方法。   The method for adjusting an ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the protruding portion functions as a supporting protruding portion for supporting the ultrasonic transducer. 複数種類の振動を組合せて被駆動体を駆動する超音波振動子であって、
前記複数種類の振動は、それぞれ、振幅が実質的にゼロである振動の節を有し、
前記複数種類の振動の節のうちの一の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を一の領域とし、かつ、前記一の種類の振動とは異なる他の種類の振動の節の位置およびその近傍の位置を含む領域を他の領域としたときに、前記一の領域内であってかつ前記他の領域外に振動特性調整部が設けられ、
前記振動特性調整部は、その構造の物理量を変化させることにより、前記一の領域に振動の節を有する振動の特性を実質的に変化させることなく前記他の領域に振動の節を有する振動の特性を調整し得る構造を有するものである、超音波振動子。
An ultrasonic vibrator that drives a driven body by combining a plurality of types of vibrations,
Each of the plurality of types of vibrations has a vibration node having an amplitude of substantially zero;
The region including the position of one type of vibration node of the plurality of types of vibration nodes and the position in the vicinity thereof is defined as one region, and other types of vibrations different from the one type of vibration. When the region including the position of the node and the vicinity thereof is set as another region, a vibration characteristic adjusting unit is provided in the one region and outside the other region,
The vibration characteristic adjusting unit is configured to change a physical quantity of the structure so that a vibration characteristic having a vibration node in the one region is substantially unchanged without changing a vibration characteristic having the vibration node in the one region. An ultrasonic transducer having a structure capable of adjusting characteristics .
前記振動負荷調整部が突出部を有する、請求項10に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 10, wherein the vibration load adjustment unit has a protrusion. 前記振動特性調整部が凹部を有する、請求項10に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 10, wherein the vibration characteristic adjusting unit has a recess. 前記突出部が当該超音波振動子を支持する支持用突出部として機能する、請求項11に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 11, wherein the protruding portion functions as a supporting protruding portion that supports the ultrasonic transducer. 前記突出部が、当該超音波振動子によって駆動される被駆動体に対して超音波振動子を押し付けるための押付用突出部として機能する、請求項11に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 11, wherein the protrusion functions as a pressing protrusion for pressing the ultrasonic transducer against a driven body driven by the ultrasonic transducer.
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