JPS6149670A - 片持梁状超音波捻り楕円振動子 - Google Patents
片持梁状超音波捻り楕円振動子Info
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- JPS6149670A JPS6149670A JP59170380A JP17038084A JPS6149670A JP S6149670 A JPS6149670 A JP S6149670A JP 59170380 A JP59170380 A JP 59170380A JP 17038084 A JP17038084 A JP 17038084A JP S6149670 A JPS6149670 A JP S6149670A
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- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003462 Bender reaction Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 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)
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。
め要約のデータは記録されません。
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晋波振動の発生効率に優
れ、三層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。
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晋波振動の発生効率に優
れ、三層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ｇＩＪ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（１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
波振動子源に従来の縦振動子が利用されている。しかし
、七−夕のロータな回転させるｌ／（はＰ１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Ｋ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
要がなかったためだが、圧電モータな開発するには捻り
モードの超音波楕円振動子の開発が要望されている。
の振ｇＩＪ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（１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
波振動子源に従来の縦振動子が利用されている。しかし
、七−夕のロータな回転させるｌ／（はＰ１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Ｋ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
要がなかったためだが、圧電モータな開発するには捻り
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投げ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側で逆位相となる捻り振
動を発生させ捻り・縦画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、円周に沿って同によって前述の目的を達成
したものである。
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投げ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側で逆位相となる捻り振
動を発生させ捻り・縦画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、円周に沿って同によって前述の目的を達成
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。
実施例 １
第１図、第２図および第３図は、不発明の実施例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３、および３２
は外径３５關、内径１）ｍｌＷｙ厚さ２朋のドーナツ状
セラミックでつくられ、同じ形状で厚さＯ＊２ｒｎｙｒ
ｔの銅の端子板４．を正分極電極面同志で挾んだ構成に
なっている。
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３、および３２
は外径３５關、内径１）ｍｌＷｙ厚さ２朋のドーナツ状
セラミックでつくられ、同じ形状で厚さＯ＊２ｒｎｙｒ
ｔの銅の端子板４．を正分極電極面同志で挾んだ構成に
なっている。
この圧電振動子ａｓ＊ａｔの負電極側をそれぞれ２枚の
端子板４．で挾み、その外側に外径３Ｓｒｔｔｍｐ内径
８朋、厚さ１０間のアルミニウム座金２および５を重ね
、さらに座金５に設けられた直径１３．５ ｔｎｘ ｓ
深さ８．２ｍｔｔｔのボルト穴に径８１ｎＴＬ、長さｂ
ｍｔｎのキ’ｒｙプボルト６を通し、ボルト６の先端
を片持梁ｌのネジ穴Ｖｃ１５０ｋｇｆｃｍのトルクレン
チで締めつげた。
端子板４．で挾み、その外側に外径３Ｓｒｔｔｍｐ内径
８朋、厚さ１０間のアルミニウム座金２および５を重ね
、さらに座金５に設けられた直径１３．５ ｔｎｘ ｓ
深さ８．２ｍｔｔｔのボルト穴に径８１ｎＴＬ、長さｂ
ｍｔｎのキ’ｒｙプボルト６を通し、ボルト６の先端
を片持梁ｌのネジ穴Ｖｃ１５０ｋｇｆｃｍのトルクレン
チで締めつげた。
片持梁ｌは梁部１．の高さがｔｏ ｚｙｎで厚さが７
ｍＷで幅が直径３５ ｍｍの円で切り取った形をしてお
り、外径３５韻、厚さ９龍の円板状台部’１’；７）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。その片持梁１の台部１．の中心に
８ ｍｍのネジ穴があげられており、下側から前述の８
１ｎ１１！のボルト６で締め付けられるようになってい
る。この台部１ｔの下端面には、深さ２ｍ、幅２０ｍｍ
の溝１．が梁に対して梁を加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１！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。
ｍＷで幅が直径３５ ｍｍの円で切り取った形をしてお
り、外径３５韻、厚さ９龍の円板状台部’１’；７）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。その片持梁１の台部１．の中心に
８ ｍｍのネジ穴があげられており、下側から前述の８
１ｎ１１！のボルト６で締め付けられるようになってい
る。この台部１ｔの下端面には、深さ２ｍ、幅２０ｍｍ
の溝１．が梁に対して梁を加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１！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３．お
よび３２ＶｃＩＪ−ドａ７１および７２を接続して４０
．８５ Ｋ Ｈｚの正弦波電圧を印加すると、振動子３
１および３．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１！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１．に伝わった縦振動は台部
１．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ｌ、の溝１．に対して斜めに立っているの
で、台部１２が凹状になりていると梁１の自由端面は凹
の内側へ向かう力、すなわち第２図で示す矢印１０１お
よび１０．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ｚ４−よって伸縮するので、５Ｐ：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
円の横機は梁ｌ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
逆になると十゛ｉ円運動第３図の矢印１０１およびＩＯ
ｌで示したように逆回りとなる。
動を発生させるのである。すなわち、圧電振動子３．お
よび３２ＶｃＩＪ−ドａ７１および７２を接続して４０
．８５ Ｋ Ｈｚの正弦波電圧を印加すると、振動子３
１および３．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１！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１．に伝わった縦振動は台部
１．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ｌ、の溝１．に対して斜めに立っているの
で、台部１２が凹状になりていると梁１の自由端面は凹
の内側へ向かう力、すなわち第２図で示す矢印１０１お
よび１０．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ｚ４−よって伸縮するので、５Ｐ：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
円の横機は梁ｌ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
逆になると十゛ｉ円運動第３図の矢印１０１およびＩＯ
ｌ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 一
端面には楕円状の軌跡を描（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や
回転する。回転数は印加電圧の太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った。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れれ、３９ 、６４ Ｋ
Ｈｚで今度は円板が逆に時計回り方向に激しく回わった
。しかし、共振インピーダンスに１４０．８５ＫＨｚが
最低であり、主共振周波数と考えられる。いづれＫ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
Ｖ数の１０ボルト程度以上の交流信号によって効率よく
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（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や
回転する。回転数は印加電圧の太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った。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れれ、３９ 、６４ Ｋ
Ｈｚで今度は円板が逆に時計回り方向に激しく回わった
。しかし、共振インピーダンスに１４０．８５ＫＨｚが
最低であり、主共振周波数と考えられる。いづれＫ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
Ｖ数の１０ボルト程度以上の交流信号によって効率よく
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
振動によっ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１１ｍを円板状台部１１．の円周１
ｃ沿っ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。
振動によっ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１１ｍを円板状台部１１．の円周１
ｃ沿っ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．。
１３、を端子板１４ｓ ｓ １４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
ルト１６で、片持梁屈曲子１１のネジ穴にボルト締め固
定した。リード線１７１および１７． ＶＣ４２，０３
ＫＨｚ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
った方向に振動するので、４本の片持梁１１．の自由端
面を見ると、同一平面内での捻り振動と縦振動とを合成
した振動を行っており、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（ことになる。因み
に片持梁屈曲子１１０４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
ＶＣ勢よ（回転することがわかった。
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
ルト１６で、片持梁屈曲子１１のネジ穴にボルト締め固
定した。リード線１７１および１７． ＶＣ４２，０３
ＫＨｚ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
った方向に振動するので、４本の片持梁１１．の自由端
面を見ると、同一平面内での捻り振動と縦振動とを合成
した振動を行っており、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（ことになる。因み
に片持梁屈曲子１１０４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
ＶＣ勢よ（回転することがわかった。
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、もっと長くし
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、
円周に沿って、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筐ること
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
２ ｍｍの８＋ｘＸ８ａ＋ｉの歯状板８枚を外径３５罰
、内径１５間、厚さ８ ｍｍ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。
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、もっと長くし
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、
円周に沿って、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筐ること
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
２ ｍｍの８＋ｘＸ８ａ＋ｉの歯状板８枚を外径３５罰
、内径１５間、厚さ８ ｍｍ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。
以上説明したように、本発明は１本または候数本の片持
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工圧電厚み振
動子をボルト締めなどで連結することＫ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
円周に沿っ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、これを圧電去動子の
縦振動と結合させる構成てしたから、自由端の振動の軌
跡が、放射線方向を回転軸とし、円ＩＫ沿って同じ向き
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連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。
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工圧電厚み振
動子をボルト締めなどで連結することＫ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
円周に沿っ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、これを圧電去動子の
縦振動と結合させる構成てしたから、自由端の振動の軌
跡が、放射線方向を回転軸とし、円ＩＫ沿って同じ向き
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連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図は実庭例２に係る超音波振動子に
用いられる片持梁状屈曲子およ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、１、・・・・・・梁部、１□・
・・・・・台部、１．・・・・・・溝、３１ Ｍ ３．
・・・・・・圧電振動子、６・・・・・・ボルト、１１
・・・・・・片持梁屈曲子、捻り結合子。 第７図 第２図 １：Ｒ碩未 １１；係御 第３図 手続補正書輸発） 昭和５９年１１月２０日
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図は実庭例２に係る超音波振動子に
用いられる片持梁状屈曲子およ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、１、・・・・・・梁部、１□・
・・・・・台部、１．・・・・・・溝、３１ Ｍ ３．
・・・・・・圧電振動子、６・・・・・・ボルト、１１
・・・・・・片持梁屈曲子、捻り結合子。 第７図 第２図 １：Ｒ碩未 １１；係御 第３図 手続補正書輸発） 昭和５９年１１月２０日
Claims (4)
- （１）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
と対向する側とは反対側の表面に設けられ基台の中心を
通る直線上に配置された少なくとも１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連結部
材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
結部材がボルト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。 - （３）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記基
台の圧電厚み振動子と対向する側に中心を通る溝が形成
され、前記片持梁がその凹溝の長手方向と鎖交する方向
に延び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。 - （４）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記圧
電厚み振動子と基台との間に捻り結合子が介在されてい
ることを特徴とする片持梁状超音波捻り楕円振動子。
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 true JPS6149670A (ja) | 1986-03-11 |
| JPH0150195B2 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) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62217871A (ja) * | 1986-03-17 | 1987-09-25 | Hitachi Maxell Ltd | 超音波ねじり結合子 |
| 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 |
| 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
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0150195B2 (ja) | 1989-10-27 |
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