JPS61120677A - 超音波ねじり楕円振動子 - Google Patents
超音波ねじり楕円振動子Info
- Publication number
- JPS61120677A JPS61120677A JP24082384A JP24082384A JPS61120677A JP S61120677 A JPS61120677 A JP S61120677A JP 24082384 A JP24082384 A JP 24082384A JP 24082384 A JP24082384 A JP 24082384A JP S61120677 A JPS61120677 A JP S61120677A
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- Japan
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- vibrator
- piezoelectric
- ultrasonic
- torsional
- elliptical
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- Pending
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ねじりモードの楕円振動を発生する超音波振
動子に関する。
動子に関する。
最近、超音波振動を利用したモータ、パーツフィーダ、
撹拌機などの超音波回転機の研究開発に力が注がれてい
るが、これらの超音波回転機の漂動力となるのは超音波
楕円振動である。超音波楕円振動を発生させるには高周
波電気信号を超音波振動に変換するのが普通で、変換素
子には超音波振動子が用いられる。
撹拌機などの超音波回転機の研究開発に力が注がれてい
るが、これらの超音波回転機の漂動力となるのは超音波
楕円振動である。超音波楕円振動を発生させるには高周
波電気信号を超音波振動に変換するのが普通で、変換素
子には超音波振動子が用いられる。
従来の超音波振動子には磁歪型と圧、電型とがあるが、
いずれもたて振動子が主であり、ことに圧電型で超音波
工業の分野に用いられているのはランジュバン振動子も
しくはその変形の振動子だけと言っても過言ではない。
いずれもたて振動子が主であり、ことに圧電型で超音波
工業の分野に用いられているのはランジュバン振動子も
しくはその変形の振動子だけと言っても過言ではない。
このため、超音波楕円振動を発生させるにはたて振動を
楕円振動にモード変換せねばならず、このモード変換の
ために楕円振動の発生効率が低く、強力な楕円振動を得
るのがむずかしかった。
楕円振動にモード変換せねばならず、このモード変換の
ために楕円振動の発生効率が低く、強力な楕円振動を得
るのがむずかしかった。
本発明者は既に提案した「片持梁状超音波振動子」（特
願昭５９−１７２４２９ ）で効率良く強力な楕円振動
の発生を可能としたが、これとて、圧電厚み振動子を用
いてねじり楕円振動を励振するもので、モード変換を要
するため構成条件に制約があり、振動子の形状、サイズ
が限定され、しかも発生する楕円振動の回転の向きは振
動子の構成条件によって右まわり、左まわりのいずれか
となり、回転の向きを自由に変えられないという欠点が
あった。
願昭５９−１７２４２９ ）で効率良く強力な楕円振動
の発生を可能としたが、これとて、圧電厚み振動子を用
いてねじり楕円振動を励振するもので、モード変換を要
するため構成条件に制約があり、振動子の形状、サイズ
が限定され、しかも発生する楕円振動の回転の向きは振
動子の構成条件によって右まわり、左まわりのいずれか
となり、回転の向きを自由に変えられないという欠点が
あった。
本発明の目的は、効率良（強力な楕円振動か得られ、し
かも構成条件の自由度が大きく、必要に応じて楕円撮動
の回転の向きを電気的に制御することも可能な超音波ね
じり楕円振動子を提供することにある。
かも構成条件の自由度が大きく、必要に応じて楕円撮動
の回転の向きを電気的に制御することも可能な超音波ね
じり楕円振動子を提供することにある。
本発明は、シアーモードの圧電振動子要素をリング状に
積層して構成した圧電ねじり振動子と圧電厚み振動子と
を円柱もしくは円筒状の超音波振動体で挾み、一体化し
た構成により上記目的を達成したものである。
積層して構成した圧電ねじり振動子と圧電厚み振動子と
を円柱もしくは円筒状の超音波振動体で挾み、一体化し
た構成により上記目的を達成したものである。
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
第１図は本発明による超音波ねじり楕円振動子の一実施
例の全体構成を示し、その構成部品である圧電ねじり振
動子を第２図に、圧電厚み振動子を第３図に示す。これ
らの振動子はＰｂ （Ｚｒ Ｔｉ ）０３系セラミック
圧電体である。
例の全体構成を示し、その構成部品である圧電ねじり振
動子を第２図に、圧電厚み振動子を第３図に示す。これ
らの振動子はＰｂ （Ｚｒ Ｔｉ ）０３系セラミック
圧電体である。
第１図に示した超音波ねじり楕円振動子は、第２図に示
した外径３５＋＋ｐｎ、内径１５Ｍｎ、厚さ５朋のリン
グ状圧電ねじり振動子１と第３図に示した外径３５朋、
内径１５＋＋＋ｍ、厚さ２朋のリング状圧電厚み振動子
６とをそれぞれ厚さ０．２ｍｍの燐青銅の円板からなる
端子板９，１０および１１．１２で挾み、これらを絶縁
板１３を真中にして重ね、さらに絶縁板１４．１５を介
して外径３５ｍｍ、高さ１６団のアルミニウムの円筒か
らなる２個の超音波振動体１６と１７とでサンドイッチ
状に挾んだ状態で、直径８ｍ、長さ１５ｍのキャップボ
ルト１８を超音波振動体１７のボルト穴と圧電ねじり振
動子ｌおよび圧電厚み振動子６の中空部に通し、超音波
振動体１６のねじ穴に嵌めて、トルクレンチにより１５
０ ｋｇｆ−■のトルクで締め付は固定したものであり
、このようにして一体化した超音波ねじり楕円振動子の
端子板９．１０．１１．１２の周辺に付属している５朋
Ｘ５ｍｍの半田付部１９ 、２０゜２１．２２にそれぞ
れリード線２３ 、２４．２５ 、２６を半田付接続す
ることにより、圧電ねじり振動子１と圧電厚み振動子６
とにそれぞれ独立の電圧印加端子を備えた本発明の超音
波ねじり楕円振動子を作り上げた。
した外径３５＋＋ｐｎ、内径１５Ｍｎ、厚さ５朋のリン
グ状圧電ねじり振動子１と第３図に示した外径３５朋、
内径１５＋＋＋ｍ、厚さ２朋のリング状圧電厚み振動子
６とをそれぞれ厚さ０．２ｍｍの燐青銅の円板からなる
端子板９，１０および１１．１２で挾み、これらを絶縁
板１３を真中にして重ね、さらに絶縁板１４．１５を介
して外径３５ｍｍ、高さ１６団のアルミニウムの円筒か
らなる２個の超音波振動体１６と１７とでサンドイッチ
状に挾んだ状態で、直径８ｍ、長さ１５ｍのキャップボ
ルト１８を超音波振動体１７のボルト穴と圧電ねじり振
動子ｌおよび圧電厚み振動子６の中空部に通し、超音波
振動体１６のねじ穴に嵌めて、トルクレンチにより１５
０ ｋｇｆ−■のトルクで締め付は固定したものであり
、このようにして一体化した超音波ねじり楕円振動子の
端子板９．１０．１１．１２の周辺に付属している５朋
Ｘ５ｍｍの半田付部１９ 、２０゜２１．２２にそれぞ
れリード線２３ 、２４．２５ 、２６を半田付接続す
ることにより、圧電ねじり振動子１と圧電厚み振動子６
とにそれぞれ独立の電圧印加端子を備えた本発明の超音
波ねじり楕円振動子を作り上げた。
ここで用いた圧電ねじり振動子１は、外径３５馴、内径
１５＋＋＋ｍ、厚さ５咽のリング状圧電厚み振動子の上
下両面の銀電極を剥し、リングを放射状に１６等分に切
断した後、各切断面に電極を施して作ったシアーモード
の圧電振動子要素１１〜１１６を再びリング状に積層し
て第２図（ａ、）に示す圧電ねじり振動子を構成したも
のであり、第２図（ｂ）には振動子要素１１〜１１６の
１つを取り出して示す。積層するとき、各振動子要素１
１〜１１６の分極の向き（矢印２で示す）を隣同志上下
逆向きにし、積層面の電極３．４を互に接触させ、上下
両面が平行平面をなすようリング状に構成した。そして
、１つおきの積層面のリング上面側端部にあたる溝状間
隙にそれぞれ導電性塗料５を流し込み、溝上にもり上げ
て積層面の電極と上部端子板９とを電気的に接続させ、
残りの１つおきの積層面のリング下面側端部にあたる溝
状間隙にも同様に導電性塗料を流し込み溝上にもり上げ
て積層面の電極と下部端子板１０とを電気的に接続させ
た。
１５＋＋＋ｍ、厚さ５咽のリング状圧電厚み振動子の上
下両面の銀電極を剥し、リングを放射状に１６等分に切
断した後、各切断面に電極を施して作ったシアーモード
の圧電振動子要素１１〜１１６を再びリング状に積層し
て第２図（ａ、）に示す圧電ねじり振動子を構成したも
のであり、第２図（ｂ）には振動子要素１１〜１１６の
１つを取り出して示す。積層するとき、各振動子要素１
１〜１１６の分極の向き（矢印２で示す）を隣同志上下
逆向きにし、積層面の電極３．４を互に接触させ、上下
両面が平行平面をなすようリング状に構成した。そして
、１つおきの積層面のリング上面側端部にあたる溝状間
隙にそれぞれ導電性塗料５を流し込み、溝上にもり上げ
て積層面の電極と上部端子板９とを電気的に接続させ、
残りの１つおきの積層面のリング下面側端部にあたる溝
状間隙にも同様に導電性塗料を流し込み溝上にもり上げ
て積層面の電極と下部端子板１０とを電気的に接続させ
た。
このように構成した圧電ねじり振動子ｌの端子板９，１
０間にリード線２３．２４を通して電圧を印加すると、
すべての振動子要素ＩＩ〜１＋ｓに同じ向きのシアー変
形が生じる結果、圧電ねじり振動子全体としては上下端
子板９，１０間にねじりのすべり変位が生じ、印加電圧
の極性を変えると、逆向きのすべり変位が生じて逆向き
にねじれる。
０間にリード線２３．２４を通して電圧を印加すると、
すべての振動子要素ＩＩ〜１＋ｓに同じ向きのシアー変
形が生じる結果、圧電ねじり振動子全体としては上下端
子板９，１０間にねじりのすべり変位が生じ、印加電圧
の極性を変えると、逆向きのすべり変位が生じて逆向き
にねじれる。
完成した超音波ねじり楕円振動子においても、端子板９
，１０間に電圧を印加したとき全く同じ変形が生じる。
，１０間に電圧を印加したとき全く同じ変形が生じる。
印加電圧が交流の場合は、圧電ねじり振動子１にねじり
振動が生じるが、印加電圧の周波数が超音波振動体１６
．１７を含む超音波ねじり楕円振動子の固有振動数と一
致すると共振状態が出現する。本実施例では、４２．Ｏ
ｋＨｚのとき振動子のインピーダンスが小となり、大振
幅のねじり振動が発生した。このねじり振動は圧電ねじ
り振動子］のリングの円周に沿った１次元の往復振動で
あるが、圧電厚み振動子６の端子板１１．１２に接続さ
れているリード線２５および２６をそれぞれ前述の圧電
ねじり振動子１のリード線２３および２４と一諸にして
同一電源に接続し、圧電厚み振動子６の電極７，８間に
も電圧を印加したところ、往復振動は２次元の楕円振動
に変わり、超音波振動体１６の端面に右まわりの楕円振
動の共振状態に伴う大振幅が見られた。ここでリード線
の接続の仕方を変え、リード線２４と２５．２３と２６
とを一諸にして電源に接続し直したところ、振動の振幅
は同じ共振状へ 態でありながら楕円振動の回転の向
きはこれまでとは逆の左まわりに変わった。そこで、リ
ード線２５、２６と電源との間に極性変換素子を介在さ
せ、端子板１１．１２間に印加する電圧を瞬時に逆位相
に切り換えたところ、前述の超音波ねじり楕円振動子に
発生する楕円振動の回転の向きを電気信号により瞬時に
切り換え制御することができた。
振動が生じるが、印加電圧の周波数が超音波振動体１６
．１７を含む超音波ねじり楕円振動子の固有振動数と一
致すると共振状態が出現する。本実施例では、４２．Ｏ
ｋＨｚのとき振動子のインピーダンスが小となり、大振
幅のねじり振動が発生した。このねじり振動は圧電ねじ
り振動子］のリングの円周に沿った１次元の往復振動で
あるが、圧電厚み振動子６の端子板１１．１２に接続さ
れているリード線２５および２６をそれぞれ前述の圧電
ねじり振動子１のリード線２３および２４と一諸にして
同一電源に接続し、圧電厚み振動子６の電極７，８間に
も電圧を印加したところ、往復振動は２次元の楕円振動
に変わり、超音波振動体１６の端面に右まわりの楕円振
動の共振状態に伴う大振幅が見られた。ここでリード線
の接続の仕方を変え、リード線２４と２５．２３と２６
とを一諸にして電源に接続し直したところ、振動の振幅
は同じ共振状へ 態でありながら楕円振動の回転の向
きはこれまでとは逆の左まわりに変わった。そこで、リ
ード線２５、２６と電源との間に極性変換素子を介在さ
せ、端子板１１．１２間に印加する電圧を瞬時に逆位相
に切り換えたところ、前述の超音波ねじり楕円振動子に
発生する楕円振動の回転の向きを電気信号により瞬時に
切り換え制御することができた。
上記実施例中の部品寸法や材質は例として示したもので
、本発明はこれら特定の例に限定されるものではない。
、本発明はこれら特定の例に限定されるものではない。
本発明の超音波ねじり楕円振動子は、シアーモードの圧
電振動子要素をリング状に積層して構成した圧電ねじり
振動子と圧電厚み振動子とを超音波振動体で挾み、一体
化した構成とすることにより、シアーモードの圧電振動
子要素でねじりモードの共振状態を出現させると同時に
、圧電厚み撮動子によるたて振動を重畳させて超音波楕
円振動を得るものであり、ねじり振動とたて振動とは互
に干渉しないので、超音波振動子としてのＱが高く、低
インピーダンスであり、低電圧の入力で大振幅の強力な
超音波楕円振動を発生させることができ、しかもそのね
じり振動は圧電振動子自体で直接発生し、たて振動から
ねじり振動へのモード変換を要しないので、振動子の構
成条件の自由度が大きく、用途に合った所望の形状、サ
イズの振動子を構成できる。さらに、圧電ねじり振動子
と圧電厚み振動子とに印加電圧の極性もしくは位相関係
が変えられるようにそれぞれ独立した電圧印加端子を設
ければ、楕円振動の回転の向きを電気的に制御すること
もできるので、本発明による超音波ねじり楕円振動子の
技術的有用性は計り知れないほど太き（、応用技術、派
生技術の広さも予測しきれないものがある。
電振動子要素をリング状に積層して構成した圧電ねじり
振動子と圧電厚み振動子とを超音波振動体で挾み、一体
化した構成とすることにより、シアーモードの圧電振動
子要素でねじりモードの共振状態を出現させると同時に
、圧電厚み撮動子によるたて振動を重畳させて超音波楕
円振動を得るものであり、ねじり振動とたて振動とは互
に干渉しないので、超音波振動子としてのＱが高く、低
インピーダンスであり、低電圧の入力で大振幅の強力な
超音波楕円振動を発生させることができ、しかもそのね
じり振動は圧電振動子自体で直接発生し、たて振動から
ねじり振動へのモード変換を要しないので、振動子の構
成条件の自由度が大きく、用途に合った所望の形状、サ
イズの振動子を構成できる。さらに、圧電ねじり振動子
と圧電厚み振動子とに印加電圧の極性もしくは位相関係
が変えられるようにそれぞれ独立した電圧印加端子を設
ければ、楕円振動の回転の向きを電気的に制御すること
もできるので、本発明による超音波ねじり楕円振動子の
技術的有用性は計り知れないほど太き（、応用技術、派
生技術の広さも予測しきれないものがある。
第１図は本発明による超音波ねじり楕円振動子の一実施
例を示す全体斜視図、第２図（ａＬ（ｂ）は圧電ねじり
振動子とこれを構成する振動子要素の斜視図、第３図は
圧電厚み振動子の斜視図である。 １：圧電ねじり振動子 １１〜ｌｌ６＝シアーモードの圧電振動子要素２：分極
の向きを示す矢印 ６：圧電厚み振動子 ９．１０：圧電ねじり振動子の電圧印加端子である端子
板 １１．１２：圧電厚み振動子の電圧印加端子である端子
板 １６．１７：超音波振動体
例を示す全体斜視図、第２図（ａＬ（ｂ）は圧電ねじり
振動子とこれを構成する振動子要素の斜視図、第３図は
圧電厚み振動子の斜視図である。 １：圧電ねじり振動子 １１〜ｌｌ６＝シアーモードの圧電振動子要素２：分極
の向きを示す矢印 ６：圧電厚み振動子 ９．１０：圧電ねじり振動子の電圧印加端子である端子
板 １１．１２：圧電厚み振動子の電圧印加端子である端子
板 １６．１７：超音波振動体
Claims (3)
- （１）シアーモードの圧電振動子要素をリング状に積層
して構成した圧電ねじり振動子と圧電厚み振動子とを円
柱もしくは円筒状の超音波振動体で挾み、一体化構成と
したことを特徴とする超音波ねじり楕円振動子。 - （２）特許請求の範囲第１項記載の超音波ねじり楕円振
動子において、一体化構成手段としてボルトを用いて締
め付けたことを特徴とする超音波ねじり楕円振動子。 - （３）特許請求の範囲第１項記載の超音波ねじり楕円振
動子において、圧電ねじり振動子と圧電厚み振動子とは
両振動子に印加される電圧の極性もしくは位相関係が変
えられるようにそれぞれ独立の電圧印加端子を備えてい
ることを特徴とする超音波ねじり楕円振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24082384A JPS61120677A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 超音波ねじり楕円振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24082384A JPS61120677A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 超音波ねじり楕円振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61120677A true JPS61120677A (ja) | 1986-06-07 |
Family
ID=17065225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24082384A Pending JPS61120677A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 超音波ねじり楕円振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61120677A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3904070A1 (de) * | 1988-02-12 | 1989-09-14 | Ngk Spark Plug Co | Ultraschallmotor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5229192A (en) * | 1975-09-01 | 1977-03-04 | Ki Porichiefunichiesukii I Im | Piezooelectric motor |
| JPS57194614A (en) * | 1981-05-26 | 1982-11-30 | Citizen Watch Co Ltd | Piezoelectric oscillator |
-
1984
- 1984-11-16 JP JP24082384A patent/JPS61120677A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5229192A (en) * | 1975-09-01 | 1977-03-04 | Ki Porichiefunichiesukii I Im | Piezooelectric motor |
| JPS57194614A (en) * | 1981-05-26 | 1982-11-30 | Citizen Watch Co Ltd | Piezoelectric oscillator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3904070A1 (de) * | 1988-02-12 | 1989-09-14 | Ngk Spark Plug Co | Ultraschallmotor |
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