JPH0150195B2 - - Google Patents
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- JPH0150195B2 JPH0150195B2 JP59170380A JP17038084A JPH0150195B2 JP H0150195 B2 JPH0150195 B2 JP H0150195B2 JP 59170380 A JP59170380 A JP 59170380A JP 17038084 A JP17038084 A JP 17038084A JP H0150195 B2 JPH0150195 B2 JP H0150195B2
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- JP
- Japan
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- vibration
- ultrasonic
- vibrator
- cantilever
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- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0045—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野および発明が解決しようとす
る問題点〕 本発明は超音波振動子の改良に係り、圧電振動
子を用いた強力なる捻り楕円モードの超音波振動
の発生効率に優れ、圧着された物体に強力な回転
トルクを与えることのできる超音波振動子を提供
することを目的とする。
る問題点〕 本発明は超音波振動子の改良に係り、圧電振動
子を用いた強力なる捻り楕円モードの超音波振動
の発生効率に優れ、圧着された物体に強力な回転
トルクを与えることのできる超音波振動子を提供
することを目的とする。
従来の超音波振動子は超音波加工にあるいは水
中超音波の振動源として、また近頃では医療の方
面に利用されているが、振動子は縦モードが殆ん
どである。最近、圧電体を用いた超音波モータが
注目されており、超音波振動源に従来の縦振動子
が利用されている。しかし、モータのロータを回
転させるには縦振動を回転トルクに変換する必要
があり、この変換のため不都合を来たすことが多
い。回転トルクを利用するには、超音波の楕円振
動子を用いるべきであるが、圧電超音波振動子に
は楕円振動を直接発生できる超音波振動子が見当
らない。従来の超音波振動を利用する分野では楕
円振動の必要がなかつたためだが、圧電モータを
開発するには捻りモードの超音波楕円振動子の開
発が要望されている。
中超音波の振動源として、また近頃では医療の方
面に利用されているが、振動子は縦モードが殆ん
どである。最近、圧電体を用いた超音波モータが
注目されており、超音波振動源に従来の縦振動子
が利用されている。しかし、モータのロータを回
転させるには縦振動を回転トルクに変換する必要
があり、この変換のため不都合を来たすことが多
い。回転トルクを利用するには、超音波の楕円振
動子を用いるべきであるが、圧電超音波振動子に
は楕円振動を直接発生できる超音波振動子が見当
らない。従来の超音波振動を利用する分野では楕
円振動の必要がなかつたためだが、圧電モータを
開発するには捻りモードの超音波楕円振動子の開
発が要望されている。
本発明は前述した従来技術の欠点を解消するも
ので、圧電厚み振動子と、その圧電厚み振動子の
厚み方向に配置された基台と、その基台の前記圧
電厚み振動子と対向する側と反対側の表面に設け
られて基台の中心を通る直線上に配置された１本
もしくは複数本の片持梁と、前記圧電厚み振動子
と基台とを連結して締め付けるボルトなどの連結
部材とを備えることにより、片持梁の屈曲共振を
励振し、その振動が梁の幅の両端で逆位相となる
捻り振動を発生させ捻り・縦両モードが結合した
結果１本または複数本の片持梁の自由端の振動の
軌跡が放射線方向を回転軸とし、円周に沿つて同
じ向きの楕円運動を描くことを特徴とすることに
によつて前述の目的を達成したものである。
ので、圧電厚み振動子と、その圧電厚み振動子の
厚み方向に配置された基台と、その基台の前記圧
電厚み振動子と対向する側と反対側の表面に設け
られて基台の中心を通る直線上に配置された１本
もしくは複数本の片持梁と、前記圧電厚み振動子
と基台とを連結して締め付けるボルトなどの連結
部材とを備えることにより、片持梁の屈曲共振を
励振し、その振動が梁の幅の両端で逆位相となる
捻り振動を発生させ捻り・縦両モードが結合した
結果１本または複数本の片持梁の自由端の振動の
軌跡が放射線方向を回転軸とし、円周に沿つて同
じ向きの楕円運動を描くことを特徴とすることに
によつて前述の目的を達成したものである。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面に従つて説明する。
実施例 １
第１図、第２図および第３図は、本発明の実施
例１に係る片持梁状強力超音波捻り振動子の正面
図、平面図および側面図である。励振用圧電厚み
振動子３1および３2は外径35mm、内径15mm、厚さ
２mmのドーナツ状セラミツクでつくられ、同じ形
状で厚さ0.2mmのリン青銅などの銅合金の端子板
４1を正分極電極面同志で挾んだ構成になつてい
る。
例１に係る片持梁状強力超音波捻り振動子の正面
図、平面図および側面図である。励振用圧電厚み
振動子３1および３2は外径35mm、内径15mm、厚さ
２mmのドーナツ状セラミツクでつくられ、同じ形
状で厚さ0.2mmのリン青銅などの銅合金の端子板
４1を正分極電極面同志で挾んだ構成になつてい
る。
この圧電振動子３1，３2の負電極側をそれぞれ
２枚の端子板４2で挾み、その外側に外径35mm、
内径８mm、厚さ10mmのアルミニウル座金２および
５を重ね、さらに座金５に設けられた直径13.5
mm、深さ8.2mmのボルト穴に径８mm、長さ25mmの
キヤツプボルト６を通し、ボルト６の先端を片持
梁１のネジ穴に150Kgｆcmのトルクレンチで締め
つけた。
２枚の端子板４2で挾み、その外側に外径35mm、
内径８mm、厚さ10mmのアルミニウル座金２および
５を重ね、さらに座金５に設けられた直径13.5
mm、深さ8.2mmのボルト穴に径８mm、長さ25mmの
キヤツプボルト６を通し、ボルト６の先端を片持
梁１のネジ穴に150Kgｆcmのトルクレンチで締め
つけた。
片持梁１は梁部１1の高さが10mmで厚さが７mm
で幅が直径35mmの円で切り取つた形をしており、
外径35mm、厚さ９mmの円板状台部１2の上に、逆
Ｔ字状断面形状をなして、アルミニウムを用いて
作られたものである。この片持梁１の台部１2の
中心に８mmのネジ穴があけられており、下側から
前述の８mmボルト６で締め付けられるようになつ
ている。この台部１2の下端面には、深さ２ｍ、
幅20mmの溝１3が梁に対して梁を約26度回わした
方向に刻まれているので、ボルト６で強く締め付
けると台部１2に反り変形が生じ、その結果梁１
がわずかに捻れ変形する。
で幅が直径35mmの円で切り取つた形をしており、
外径35mm、厚さ９mmの円板状台部１2の上に、逆
Ｔ字状断面形状をなして、アルミニウムを用いて
作られたものである。この片持梁１の台部１2の
中心に８mmのネジ穴があけられており、下側から
前述の８mmボルト６で締め付けられるようになつ
ている。この台部１2の下端面には、深さ２ｍ、
幅20mmの溝１3が梁に対して梁を約26度回わした
方向に刻まれているので、ボルト６で強く締め付
けると台部１2に反り変形が生じ、その結果梁１
がわずかに捻れ変形する。
この捻れ変形を惹き起す機構が、超音波振動子
に捻り振動を発生させるのである。すなわち、圧
電振動子３1および３2にリード線７1および７2を
接続して40.85KHzの正弦波電圧を印加すると、
振動子３1および３2に厚み方向振動が生じ、その
結果座金２および５に縦振動が伝わり、片持梁１
の台部１2を振動させる。この台部１2は中心のネ
ジ穴を通してボルト６で締め付けているため、台
部１2に伝わつた縦振動は台部１2の屈曲振動とな
り、梁に屈曲振動が生じる。ところで梁１が台部
１2の溝１3に対して斜めに立つているので、台部
１2が凹状になつていると梁１の自由端面は凹の
内端へ向う力、すなわち第２図で示す矢印１０1
および１０2方向に力を受ける。その結果梁１に
捻り振動が生じるが、梁１を支えているボルト６
が振動子の縦振動によつて伸縮するので、梁１の
自由端面は捻り振動と縦振動とを合成した楕円運
動をする。しかも楕円の横径は梁１の中心では
零、中心から離れる程大きくなり幅方向両側で最
大となるが、中心から離れる向きが逆になると楕
円運動は第３図の矢印１０1および１０2で示した
ように逆回りとなる。
に捻り振動を発生させるのである。すなわち、圧
電振動子３1および３2にリード線７1および７2を
接続して40.85KHzの正弦波電圧を印加すると、
振動子３1および３2に厚み方向振動が生じ、その
結果座金２および５に縦振動が伝わり、片持梁１
の台部１2を振動させる。この台部１2は中心のネ
ジ穴を通してボルト６で締め付けているため、台
部１2に伝わつた縦振動は台部１2の屈曲振動とな
り、梁に屈曲振動が生じる。ところで梁１が台部
１2の溝１3に対して斜めに立つているので、台部
１2が凹状になつていると梁１の自由端面は凹の
内端へ向う力、すなわち第２図で示す矢印１０1
および１０2方向に力を受ける。その結果梁１に
捻り振動が生じるが、梁１を支えているボルト６
が振動子の縦振動によつて伸縮するので、梁１の
自由端面は捻り振動と縦振動とを合成した楕円運
動をする。しかも楕円の横径は梁１の中心では
零、中心から離れる程大きくなり幅方向両側で最
大となるが、中心から離れる向きが逆になると楕
円運動は第３図の矢印１０1および１０2で示した
ように逆回りとなる。
以上の説明から明らかなように、片持梁の自由
端面には楕円状の軌跡を描く超音波振動が発生す
るので、たとえばこの端面上に円板を乗せると円
板が端面上で回転する。回転数は印加電圧の大き
さに比例して大きくなり、200ボルトでは400rpm
に達し、回転の向きは反時計回わりであつた。周
波数をわずかに低くすると、振動子のインピーダ
ンスが共振からはずれて大きくなるが、つづいて
副共振が現らわれ、39.64KHzで今度は円板が逆
に時計回り方向に激しく回わつた。しかし、共振
インピーダンスは40.85KHzが最低であり、主共
振周波数と考えられる。いづれにしても、本発明
の片持梁状強力超音波捻り振動子は、共振周波数
の10ボルト程度以上の交流信号によつて効率よく
強力な捻り振動を発振する有用な超音波振動子で
ある。
端面には楕円状の軌跡を描く超音波振動が発生す
るので、たとえばこの端面上に円板を乗せると円
板が端面上で回転する。回転数は印加電圧の大き
さに比例して大きくなり、200ボルトでは400rpm
に達し、回転の向きは反時計回わりであつた。周
波数をわずかに低くすると、振動子のインピーダ
ンスが共振からはずれて大きくなるが、つづいて
副共振が現らわれ、39.64KHzで今度は円板が逆
に時計回り方向に激しく回わつた。しかし、共振
インピーダンスは40.85KHzが最低であり、主共
振周波数と考えられる。いづれにしても、本発明
の片持梁状強力超音波捻り振動子は、共振周波数
の10ボルト程度以上の交流信号によつて効率よく
強力な捻り振動を発振する有用な超音波振動子で
ある。
実施例 ２
実施例１では１本の片持梁を円板状台部の凹凸
状の屈曲振動によつて励振したものであるが、こ
こでは第４図に示したように片持梁１１1を円板
状台部１１2の円周に沿つて複数個放射状に配置
した片持梁屈曲子１１を用い、これを第５図に示
した平面形状がドーナツ状の捻り結合子１２で捻
り励振するものである。
状の屈曲振動によつて励振したものであるが、こ
こでは第４図に示したように片持梁１１1を円板
状台部１１2の円周に沿つて複数個放射状に配置
した片持梁屈曲子１１を用い、これを第５図に示
した平面形状がドーナツ状の捻り結合子１２で捻
り励振するものである。
その他は実施例１と同様に圧電厚み振動子１３
１，１３2を端子板１４1，１４2と重ね、座金１５
の上に置き、その上に第４図に示す形状の捻り結
合子１２、さらにその上に第５図に示す形状の片
持梁屈曲子１１を載置して、座金１６のボルト穴
に通したキヤツプボルト１６で、片持梁屈曲子１
１のネジ穴にボルト締め固定した。リード線１７
１および１７2に42.03KHzの正弦波電圧30ボルトを
印加すると、片持梁屈曲子１１に屈曲共振が発生
したが、屈曲振動は円周に沿つた方向に振動する
ので、４本の片持梁１１1の自由端面を見ると、
同一平面図での捻り振動と縦振動とを合成した振
動を行つており、各端面の振動の軌跡は第６図で
矢印１８で示すように楕円運動を描くことにな
る。因みに片持梁屈曲子１１の４本の自由端面上
にアルミニウムの座金１５と同じ円板を載ると、
この円板が反時計方向に勢よく回転することがわ
かつた。
１，１３2を端子板１４1，１４2と重ね、座金１５
の上に置き、その上に第４図に示す形状の捻り結
合子１２、さらにその上に第５図に示す形状の片
持梁屈曲子１１を載置して、座金１６のボルト穴
に通したキヤツプボルト１６で、片持梁屈曲子１
１のネジ穴にボルト締め固定した。リード線１７
１および１７2に42.03KHzの正弦波電圧30ボルトを
印加すると、片持梁屈曲子１１に屈曲共振が発生
したが、屈曲振動は円周に沿つた方向に振動する
ので、４本の片持梁１１1の自由端面を見ると、
同一平面図での捻り振動と縦振動とを合成した振
動を行つており、各端面の振動の軌跡は第６図で
矢印１８で示すように楕円運動を描くことにな
る。因みに片持梁屈曲子１１の４本の自由端面上
にアルミニウムの座金１５と同じ円板を載ると、
この円板が反時計方向に勢よく回転することがわ
かつた。
以上が本発明の片持梁状強力捻り超音波振動子
の実施例による説明であるが、片持梁の長さはこ
れらの例では基本共振を用いたが、高次の共振を
用いて、もつと長くしその先端に捻りトルクを集
中させることもできる。なお実施例２の屈曲子は
片持梁が４本の場合を例示したが、円周に沿つ
て、２本なら180゜、３本なら120゜と対称性良く配
置すれば何本でもよく、梁の長さと厚さで共振周
波数が決まり、断面積で振動の出力が決まること
および片持梁の固定台の形状は円板に限らず角板
などでもよいことは言うまでもない。なお、捻り
結合子は本発明者が捻り超音波振動子に関する一
連の出願に用いているので詳述を省略したが、こ
こではアルミニウムの厚さ２mmの８mm×８mmの歯
状板８枚を外径35mm、内径15mm、厚さ８mmのアル
ミニウム円板上放射状に植え込み、約45゜の捻り
変形を与えた第５図に示した形状のものを用い
た。
の実施例による説明であるが、片持梁の長さはこ
れらの例では基本共振を用いたが、高次の共振を
用いて、もつと長くしその先端に捻りトルクを集
中させることもできる。なお実施例２の屈曲子は
片持梁が４本の場合を例示したが、円周に沿つ
て、２本なら180゜、３本なら120゜と対称性良く配
置すれば何本でもよく、梁の長さと厚さで共振周
波数が決まり、断面積で振動の出力が決まること
および片持梁の固定台の形状は円板に限らず角板
などでもよいことは言うまでもない。なお、捻り
結合子は本発明者が捻り超音波振動子に関する一
連の出願に用いているので詳述を省略したが、こ
こではアルミニウムの厚さ２mmの８mm×８mmの歯
状板８枚を外径35mm、内径15mm、厚さ８mmのアル
ミニウム円板上放射状に植え込み、約45゜の捻り
変形を与えた第５図に示した形状のものを用い
た。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は１本または複数
本の片持梁が台上に中心から外側に向けて配置さ
れており、それの固定側に直接もしくは捻り振動
子を介して圧電厚み振動子をボルト締めなどで連
結することにより、梁に屈曲振動を励振したと
き、その振動が梁と中心を同一にする円周に沿つ
て同じ向きに揃う結果、梁の自由端に梁の長さ方
向を軸とした捻り振動となり、これを圧電振動子
の縦振動と結合させる構成にしたから、自由端の
振動の軌跡が、放射線方向を回転軸とし、円囲に
沿つて同じ向きにまわる楕円運動を描く、つまり
超音波振動子の振動面に直接に強力な楕円運動を
効率よく発生させることができ、超音波強力楕円
振動子が提供される。
本の片持梁が台上に中心から外側に向けて配置さ
れており、それの固定側に直接もしくは捻り振動
子を介して圧電厚み振動子をボルト締めなどで連
結することにより、梁に屈曲振動を励振したと
き、その振動が梁と中心を同一にする円周に沿つ
て同じ向きに揃う結果、梁の自由端に梁の長さ方
向を軸とした捻り振動となり、これを圧電振動子
の縦振動と結合させる構成にしたから、自由端の
振動の軌跡が、放射線方向を回転軸とし、円囲に
沿つて同じ向きにまわる楕円運動を描く、つまり
超音波振動子の振動面に直接に強力な楕円運動を
効率よく発生させることができ、超音波強力楕円
振動子が提供される。
図はすべて本発明の実施例に係る超音波振動子
を説明するためのもので、第１図、第２図、およ
び第３図は実施例１に係る超音波振動子の正面
図、平面図および側面図、第４図および第５図は
実施例２に係る超音波振動子に用いられる片持梁
状屈曲子おむび捻り結合子の斜視図、第６図は実
施例２に係る超音波振動子の正面図である。 １……片持梁、１1……梁部、１2……台部、１
３……溝、３1，３2……圧電振動子、６……ボル
ト、１１……片持梁屈曲子、捻り結合子。
を説明するためのもので、第１図、第２図、およ
び第３図は実施例１に係る超音波振動子の正面
図、平面図および側面図、第４図および第５図は
実施例２に係る超音波振動子に用いられる片持梁
状屈曲子おむび捻り結合子の斜視図、第６図は実
施例２に係る超音波振動子の正面図である。 １……片持梁、１1……梁部、１2……台部、１
３……溝、３1，３2……圧電振動子、６……ボル
ト、１１……片持梁屈曲子、捻り結合子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧電厚み振動子３1，３2と、 その圧電厚み振動子３1，３2の厚み方向に配置
され、圧電厚み振動子３1，３2と対向する側に中
心を通る凹溝１3が形成された基台１2と、 その基台１2の前記圧電厚み振動子３1，３2と
対向する側とは反対側の表面に設けられ、基台１
２の前記凹溝１3の長手方向と鎖交する方向に形成
された片持梁１1と、 前記基台１2と座金２と圧電厚み振動子３1，３
２と座金５とで構成された積層体の前記各部材を
締め付ける連結部材６とを備えていることを特徴
とする片持梁状超音波捻り楕円振動子。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記連
結部材６がボルト６であることを特徴とする片持
梁状超音波捻り楕円振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59170380A JPS6149670A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 片持梁状超音波捻り楕円振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59170380A JPS6149670A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 片持梁状超音波捻り楕円振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6149670A JPS6149670A (ja) | 1986-03-11 |
| JPH0150195B2 true JPH0150195B2 (ja) | 1989-10-27 |
Family
ID=15903860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59170380A Granted JPS6149670A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 片持梁状超音波捻り楕円振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6149670A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62217869A (ja) * | 1986-03-17 | 1987-09-25 | Hitachi Maxell Ltd | 超音波ねじり結合子 |
| JPS62217870A (ja) * | 1986-03-17 | 1987-09-25 | Hitachi Maxell Ltd | 超音波ねじり結合子 |
| JPS62217871A (ja) * | 1986-03-17 | 1987-09-25 | Hitachi Maxell Ltd | 超音波ねじり結合子 |
| JPS6392279A (ja) * | 1986-10-06 | 1988-04-22 | Aisin Seiki Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JPS6392278A (ja) * | 1986-10-06 | 1988-04-22 | Aisin Seiki Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JPH01281235A (ja) * | 1988-05-07 | 1989-11-13 | Canon Inc | 振動型シート搬送装置 |
| US6166477A (en) * | 1997-04-07 | 2000-12-26 | Asmo Co., Ltd. | Ultrasonic motor with rotor converting longitudinal vibrations into torque |
-
1984
- 1984-08-17 JP JP59170380A patent/JPS6149670A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6149670A (ja) | 1986-03-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |