JPS62114478A - 超音波振動子とその駆動制御方法 - Google Patents

超音波振動子とその駆動制御方法

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JPS62114478A
JPS62114478A JP60252526A JP25252685A JPS62114478A JP S62114478 A JPS62114478 A JP S62114478A JP 60252526 A JP60252526 A JP 60252526A JP 25252685 A JP25252685 A JP 25252685A JP S62114478 A JPS62114478 A JP S62114478A
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JP
Japan
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electrostrictive element
common electrode
electrostrictive
electrode
electrodes
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Shoji Mishiro
三代　祥二
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Taga Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
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    • H02N2/0075—Electrical details, e.g. drive or control circuits or methods
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/04—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
    • H04R17/08—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、任意方向のねじり振動を発生させる超音波振
動子に係り、特に超音波モータなどへの利用に適した超
音波振動子とその駆動制御方法に関するものである。
従来の技術 一般に、超音波振動子としては円板形電歪素子を二個の
金属体で挾持し一体で共振するランジュバン型振動子と
、フェライト磁歪材を円筒状又はπ形に成形したπ型振
動子とが多用されている。
また、振動方向として見れば、軸方向に振動する縦型振
動子と軸方向に対称にねじり振動するねじり振動子とが
存する。これらの振動子は単一方向、即ち、軸方向のみ
、又は、ねじり方向のみの振動を発生させる単一方向振
動子である。
このような単一方向振動子により超音波モータを構成し
たものとして、例えば特開昭５５−１２５０５２号公報
に記載されたものがある。すなわち、軸方向振動子の出
力端部に振動片を設け、ロータ等の可動部材の接合面の
法線を振動子の軸方向に対して僅かに傾斜させてその振
動片をロータに押圧する。これにより、振動片の先端部
は結果的に楕円振動し、ロータを摩擦振動させるもので
ある。このような振動片型においては、振動片とロータ
接触部との摩耗が著しく、さらに騒音の発生も大きいと
云う欠点を有する。
このような単一方向振動子とは別の方式のものとして、
第１０図に示すような振動子が存する。
すなわち、縦形振動子１とねじり変換体２とを一体的に
締着して振動子３が形成されている。前記ねじり変換体
２の一方の面には幅の広い溝４が形成され、他方の面に
は前記溝４とある角度をもって形成された梁状突起５が
形成されている。前記ねじり変換体２には、ボルト６と
コイルバネ７とを介してロータ８が抑圧状態で取付けら
れている。
したがって、縦形振動子１により発生した縦振動がねじ
り変換体２に加えられると、ねじり変換体２の梁状突起
５の先端には矢印方向の楕円振動が発生し、それに接す
るロータ８は矢印のように時計方向に回転するものであ
る。そのため、効率の良い超音波モータを構成すること
ができるものである。
発明が解決しようとする問題点 単一方向振動子による振動片型のものに対して、第１０
図に示した縦ねじり変換型は、振動片型の欠点を解決し
たものとして期待されているが、その出力端部の振動姿
態である楕円振動の楕円率はねじり変換体２の形状によ
って一律に決ってしまうものであり、駆動に最適な楕円
率への制御やその回転方向を制御することは不可能であ
る。すなわち、いずれもロータの単一方向のみの駆動で
あり、さらに、接触面の摩耗が少ない状態で最大トルク
での駆動を効率良く行うために必要な楕円形状を得るコ
ントロールができないものである。
問題点を解決するための手段 厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に絶縁部を介
在させて二分割された電極を形成するとともに他面に共
通電極を形成した電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前
記電歪素子の両面に金属材を締着具により一体的に締着
する。
作用 電極に互いに位相の異なる交流電圧又は互いに振幅の異
なる交流電圧或いはこれらを組合せた交流電圧を印加す
ることにより出力端部に電極の分割方向と直角の方向の
面上で直線振動、円振動、＋ｔｆ円振動を任意方向に発
生させることができる。
実施例 本発明の一実施例を第１図乃至第９図に基づいて説明す
る。まず、厚み方向に分極された円環状の電歪素子本体
９が設けられ、この電歪素子本体９の一面には絶縁部１
ｏを中心として電極１１゜１２が二分割して形成され、
他面には共通電極１３が全面電極として形成されて電歪
素子１４が構成されている。
このような電歪素子１４を二個準備し、絶縁部１０を一
致させてＵ字形に形成した二個の電極板１５．１６を間
にして前記電極１１．１２を対向させ、中心部に絶縁筒
１７を挿通する。そして、一方の電歪素子１４の共通電
極１３の面には出ノＪ端部１８を細く形成するとともに
エクスポネンシャル段部な有する金属材１９が接合され
、他方の電歪素子１４の共通電極１３の面には共通電極
板２０が接合され、この共通電極板２ｏには金属材２１
を接合させて締着具としてのボルト２２によりこれらは
一体的に固定されている。すなわち、前記金属材２１に
は前記ボルト２２を挿通する孔２３が形成されており、
前記金属材１９には前記ボルト２２が螺合するねじ部２
４が形成されている。このようにして、複合振動子２５
が構成されている。
ついで、前記電極１１．１２と前記共通電極１３とには
、電極板１５．１６と共通電極板２０とを介在させて図
示しない駆動制御回路が接続されている。
このような構成において、電極板１５．１６と共通電極
板２ｏとに互いに位相を制御できる駆動電源を接続して
その駆動周波数を軸方向共振周波数に調節する。その位
相差を零としたときには。
同相並列駆動となってその出力端部１８は第１図（ｅ）
に示すように軸方向共振振動となって縦型振動子と同様
な振動姿態で振動する。
そこで、一方の電極板１５に対し、他方の電極板１６に
印加する駆動電圧の位相を進ませると、第１図（ｄ）に
示すように軸方向に長い反時計方向の楕円振動を行い、
その進相度をさらに増して行くと、（ｃ）、（ｂ）、（
ａ）の如く軸方向に短くなり、その軸方向とは直角方向
に長い楕円形状に変化す同様にその位相を遅らせると、
楕円振動方向は時計方向に反転し、また、位相差の増大
に伴って第１図（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）の如く
振動姿態が変化する。
しかして、第４図及び第５図に示したのは、その利用例
であり、超音波モータに利用している例である。すなわ
ち、支軸２６が中心に設けられた円板状のロータ２７の
面２８に複合振動子２５の出力端部１８を圧接したもの
である。例えば、第４図に示す状態においては、出力端
部１８の振動は第１図における（ｉ）の状態であり、口
”−夕２７は矢印の方向に移動する。そして、その相対
位相を制御して第１図（ｆ）の姿態とすると、ロータ２
７の移動速度は遅くなり、第１図（ｅ）に示すように同
相にすると静止し、駆動電圧の位相差を逆方向に増加さ
せて行けばロータ２７は逆方向にその速度を増加させて
行く。このようにして、ロータ２７が駆動される結果、
そのロータ２７は一定速度で回転する。
このように構成された超音波モータは、回転・直進の両
方に適用できる。特に、直進状態で利用する場合には前
記ロータ２７に代えて直進可動体を設ける。そして、こ
の直進運動の場合にロータ２７側を固定すれば、複合振
動子２５側が移動するものである。また、−個の複合振
動子２５で正逆方向の駆動ができるとともにその楕円率
を制御することができるため、接触面での摩耗を少なく
最良の接触状態での駆動が可能となり、その効率と信頼
性とが高められる。
つぎに、第６図に示すものは、本実施例における複合振
動子の変形例である。第１図乃至第５図について説明し
た部分と同一部分は同一符号な用い、説明も省略する。
すなわち、金属材２９には、その先端に平板状の出力端
６Ｂｏが形成されているものである。この形状のものは
、リニア駆動用、即ち、可動体が直線的に移動するもの
である場合に有効なものであり、出力端部３０の移動体
との接触面積を広く取れるので、比較的低速度で、かつ
、大ｌ・ルクの用途に適用するのに適している。
また、第７図に示すものは、電歪素子１４の変形例であ
り、電歪素子本体９を半円弧状に予め二分割して形成し
ておき、それぞれに電極３１，３２と共通電極３３とを
形成したものである。
ついで、第８図及び第９図に示す知のは、切断装置に利
用した例である。すなわち、複合振動子２５の出力端部
１８にカッタ３４を固定する。このカッタ３４をテーブ
ル３５に形成した溝３６内に位置させ、切断すべきシー
ト３７に前記カッタ３４を切り込ませる。
この状態で電極板１５．１６に印加する駆動電圧の位相
差を互いに１８０度、ずなわち、反転させて駆動すると
、軸に直角で分割方向に直角にたわみ共振振動を行う。
これにより、カッタ３４は矢印の方向に往復動し、シー
Ｉ・３７は超音波振動の大きな加速度の繰返しによって
容易に切断される。
さらに、電極板１５．１６に印加する駆動電圧の位相は
同相としておいて、その相対振幅を変化させると、その
出力端部１８の振動方向は第９図に示すように軸方向に
対して傾斜した直線で振動する。すなわち、印加電圧が
同振幅の場合には、第９図（ｃ）に示すように通常の縦
型振動子と同様に共振振動するが、電極板１５の駆動電
圧を電極板１６の駆動電圧よりも小さくすると、第９図
（ｂ）のように傾き、さらにその差を大きくすると、（
ａ）のように一層その振動方向は傾斜する。また、その
差を反転すると、同様に（ｄ）、（ｅ）のように逆方向
に傾斜する。これらの傾斜角度は、駆動電圧の相対振幅
によって自由に制御することができる。
なお、超音波加工分野における切断、切削及び溶着等の
広い範囲での利用が可能である。
また、駆動制御電圧は、その位相差のみならず、振幅も
同じに変化させることにより、極めて多様な複合振動姿
態を得ることができ、その利用分野を拡大することがで
きる。
発明の効果 本発明は、上述のように厚み方向に分極された電歪素子
本体の一面に絶縁部を介在させて二分割された電極を形
成するとともに他面に共通電極を形成した電歪素子を設
け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両面に金属相を締
着具により一体的に締着したので、電極への駆動電圧の
位相、相対振幅を変化させることにより、出力端部の振
動を直線から楕円を経て円運動までの範囲にわたって多
様な変化を行わせることかでき、また、その回転方向を
反転させることもでき、一方の振幅を一定にしたままそ
の楕円率を変化させたり、楕円率を一定にしてその振幅
を変化させたりすることが容易にできるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図、第２図は
電歪素子の斜視図、第３図は電極の斜視図、第４図は超
音波モータに利用した状態を示す側面図、第５図はその
斜視図、第６図は複合振動子の変形例を示す斜視図、第
７図は電歪素子の変形例を示す斜視図、第８図は切断装
置に利用した状態の縦断側面図、第９図はその出力端部
の振動姿態を示す側面図、第１０図は従来の一例を示す
分解斜視図である。 ９・電歪素子本体、１０・・・絶縁部、１１．１２・電
極、１３・共通電極、］４・・電歪素子、Ｊ９゜２１・
・・金ｈＪ：材、２２・・ボルト（締着具）、２９・・
金属材、３１．３２　・電極、３３・共通電極３２ス　
　　３３図 ｄ　−Ｏ＜Ｊ−Ｃｊ　ω 手続補正帯（岐） 昭和６０年１２月　６日 １、事件の表示 特願昭６０−２５２５２６号 ２、発明の名称 超音波振動子とその駆動制御方法 ４、代　理　人 ５、補正命令の日付 な　　　　し 特願昭６０−２５２５２６号補正書 この出願に関し、明ｔ（Ｉｆ古書中記載を下記のように
補正する。 記 １、特許請求の範囲を別紙のように補正する。 ２、第６頁第６行目乃至第７行目の「絶縁部を介在させ
て」を削除する。 ３、第１３頁第１１行目の「絶縁物を介在させて」を削
除する。 別紙 ２、特許請求の範囲 １、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着したことを特徴
とする超音波振動子。 ２、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素
子の電極に相対位相を制御した駆動電圧を印加して駆動
するようにしたことを特徴とする超音波振動子の駆動制
御方法。 ３、相対位相を逆方向にまで変化させるようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波振動子
の駆動制御方法。 ４、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素
子の電極に相対振幅を制御した駆動電圧を印加して駆動
するようにしたことを特徴とする超音波振動子の駆動制
御方法。 ５、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素
子の電極に相対位相及び相対振幅を制御した駆動電圧を
印加して駆動するようにしたことを特徴とする超音波振
動子の駆動制御方法。 手続補正書（帥 昭和６２年　１月２９日 １、事件の表示 特願昭６０−２５２５２６号 ２、発明の名称 超音波振動子とその駆動制御方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代　理　人 〒１０７ ５、補正命令の日付 な　　　　し ６、補正の対象 特願昭６０−２５２５２６号補正書 この出願に関し、明、ｆ（ＩＩ書中の特許請求の範囲を
下記のように補正する。 記 ２、特許請求の範囲 ■、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着したことを特徴
とする超音波振動子。 ２、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素
子の電極に相対位相を制御した駆動電圧を印加して駆動
するようにしたことを特徴とする超音波振動子の駆動制
御方法。 ３、相対位相を逆方向にまで変化させるようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波振動子
の駆動制御方法。 ５、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された＠極を形成するとともに他面に共−通電極を形成
した電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の
両面に金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪
素子の電極に相対振幅を制御した駆動電圧を印加して駆
動するようにしたことを特徴とする超音波振動子の駆動
制御方法。 ６、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に二分割
された電極を形成するとともに他面に共通電極を形成し
た電歪素子を設け、一枚又は複数枚の前記電歪素子の両
面に金属材を締着具により一体的に締着し、前記電歪素
子の電極に相対位相及び相対振幅を制御した駆動電圧を
印加して駆動するようにしたことを特徴とする超音波振
動子の駆動制御方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に絶縁部
    を介在させて二分割された電極を形成するとともに他面
    に共通電極を形成した電歪素子を設け、一枚又は複数枚
    の前記電歪素子の両面に金属材を締着具により一体的に
    締着したことを特徴とする超音波振動子。 ２、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に絶縁部
    を介在させて二分割された電極を形成するとともに他面
    に共通電極を形成した電歪素子を設け、一枚又は複数枚
    の前記電歪素子の両面に金属材を締着具により一体的に
    締着し、前記電歪素子の電極に相対位相を制御した駆動
    電圧を印加して、駆動するようにしたことを特徴とする
    超音波振動子の駆動制御方法。 ３、相対位相を逆方向にまで変化させるようにしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波振動子
    の駆動制御方法。 ４、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に絶縁部
    を介在させて二分割された電極を形成するとともに他面
    に共通電極を形成した電歪素子を設け、一枚又は複数枚
    の前記電歪素子の両面に金属材を締着具により一体的に
    締着し、前記電歪素子の電極に相対振幅を制御した駆動
    電圧を印加して駆動するようにしたことを特徴とする超
    音波振動子の駆動制御方法。 ５、厚み方向に分極された電歪素子本体の一面に絶縁部
    を介在させて二分割された電極を形成するとともに他面
    に共通電極を形成した電歪素子を設け、一枚又は複数枚
    の前記電歪素子の両面に金属材を締着具により一体的に
    締着し、前記電歪素子の電極に相対位相及び相対振幅を
    制御した駆動電圧を印加して駆動するようにしたことを
    特徴とする超音波振動子の駆動制御方法。
JP60252526A 1985-11-11 1985-11-11 超音波振動子とその駆動制御方法 Pending JPS62114478A (ja)

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US06/921,385 US4728843A (en) 1985-11-11 1986-10-22 Ultrasonic vibrator and drive control method thereof
DE19873710874 DE3710874A1 (de) 1985-11-11 1987-04-01 Ultraschall-schwingungserzeuger und verfahren zu seiner antriebsregelung

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