JPS62152378A - 超音波振動子 - Google Patents

超音波振動子

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JPS62152378A
JPS62152378A JP60291732A JP29173285A JPS62152378A JP S62152378 A JPS62152378 A JP S62152378A JP 60291732 A JP60291732 A JP 60291732A JP 29173285 A JP29173285 A JP 29173285A JP S62152378 A JPS62152378 A JP S62152378A
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JP
Japan
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electrostrictive element
electrode
output end
electrostrictive
ultrasonic transducer
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JPH0345987B2 (ja
Inventor
Shoji Mishiro
三代 祥二
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Taga Electric Co Ltd
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Taga Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/930,429 priority patent/US4697117A/en
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/106Langevin motors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/04Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
    • H04R17/08Gramophone 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

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。

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11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が押圧状態で取付けら
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11
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、一方の前記金属
材に少なくとも三爪上の接触脚が放射状に形成された出
力端部を形成する。
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側方向と直角の方向の
面上で直線振動1円振動、楕円振動を任意方向に発生さ
せることができ、しかも、金属材の出力端部には三以上
の接触脚が放射状に形成されているため、被駆動物の接
触面積が大きくて大きな駆動トルクを得ることができる
ものである。
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て組み合わされることに
より円環状となる四個の電歪素子本体9が設けられ、こ
れらの電歪素子本体9の一面には中央に位置する絶縁部
10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。
この上うな電歪素子14を二組準備し、電極板15を間
にして前記電極11.12を対向させ、中心部に絶縁筒
16を挿通する。前記電極板15は、8等分された放射
状の極間部17を有し、これらの極間部17の間には端
子部18を有する電極19が形成されている。そして、
一方の電歪素子14の共通電極13の面には四個の接触
脚20が放射状に形成されて十文字状にされた出力端部
21を有する金属材22が接合されている。この金属材
22にはスリット23がその中心部を残して十文字状の
放射方向に形成されて前記接触脚20を中心に位置させ
ている脚部24が形成されている。また、他方の電歪素
子14の共通電極13の面には共通電極板25が接合さ
れ、この共通電極板25には金属材26を接合させて締
着具としてのボルト27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26には前記ボルト2
7を挿通する孔28が形成されており、前記金属材22
には前記ボルト27が螺合するねじ部29が形成されて
いる。このようにして、複合振動子30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と共通電極板25とを介在させるとともに
リード端子31.32を介して一つおきに図示しない駆
動制御回路に接続されている。
このような構成において、リード端子31.32と共通
電極板25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21は第6図(d)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、一方のリード端子31に対し、他方のリード端
子32に印加する駆動電圧の位相を進ませると、第6図
(C)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、その進相塵をさらに増して行くと、(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る。
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6図(e)、
(f)、(g)の如く振動姿態が変化する。
しかして、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3
3が中心に設けられた円板状のロータ34の面35に複
合振動子30の出力端部21を圧接したものである。例
えば、第5図に示す状態においては、出力端部21の振
動は第6図における(g)の状態であり、ロータ34は
矢印36の方向に移動する。そして、その相対位相を制
御して第6図(e)の姿態とすると、ロータ34の移動
速度は遅くなり、第6図(d)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34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34が駆動される結果、そのロー
タ34は一定速度で回転する。
また、−個の複合振動子30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。
さらに、リード端子31.32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21の振動方向は第7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7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11のWI
A動電圧を電極12の駆動電圧よりも小さくすると、第
7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ものである。
また、駆動制御電圧は、その位相差のみならず、振幅も
同時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。
つぎに、リード端子31.32に印加する駆動電圧の位
相差を互いに180°、即ち、反転させて駆動すると、
出力端部21はねじり共振振動を行う。このねじり共振
振動は軸方向共振周波数に較べてかなり低く、周波数を
同一とすれば、装置の形状は一層小型になる。
このようなねじり振動は軸方向に対する曲げ振動が軸方
向端部で合成されて得られるものであるが、その高次数
の共振点が軸方向共振周波数の近くにも発生する。
そこで、リード端子31.32に印加する駆動電圧の位
相差を180°、即ち、位相反転させて軸方向共振周波
数の近くの曲げ共振周波数に調節すると、第8図(c)
のように周方向に直線状に共振振動を行うが、位相差1
80°を基準としてリード端子32に対してリード端子
31の印加電圧の位相の進み遅れによって、第8図(b
)の如く周方向に長い反時計方向、或いは第8図(d)
の如く周方向に長い時計方向の楕円振動を行い、その位
相差をさらに増加して行くと、第8図(b)から(a)
へと、或いは、第8図(d)から(e)へとその楕円形
状が変化して行く。
また、曲げ共振周波数に同調させた時の駆動電圧の相対
振幅を制御すると第9図(a)〜(e)のように周方向
に対して傾斜した直線振動が得られるものである。
さらに、第10図に示すものは電極板15の変形例であ
り、その直径を電歪素子14の直径よりも大きくして中
心孔37から放射状に八本の溝38を形成し、組立だ後
に溝38の外周部の連結部39を切り落して独立した電
極を形成するものである。
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、一方の前記金属材に少なくとも三島上の接触脚
が放射状に形成された出力端部を形成したので、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ができ、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、特
に、複数本の接触脚が存するので、被駆動物との接触面
積が大きく、大きな駆動トルクを得ることができるもの
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図は側
面図、第5図は超音波モータに利用した状態を示す分解
斜視図、第6図(a)〜(g)は軸方向共振周波数で相
対位相を変化させて駆動した時の出力端部の振動状態を
示す説明図、第7図(a)〜(e)は軸方向共振周波数
で相対振幅を変化させて駆動した時の出力端部の振動状
態を示す説明図、第8図(a)〜(e)はねじれ方向共
振周波数で相対位相を変化させた時の出力端部の振動状
態を示す説明図、第9図(a)〜(e)はねじれ方向共
振周波数で相対振幅を変化させた時の出力端部の振動状
態を示す説明図、第10図は電極板の変形例を示す平面
図、第11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、11.12・・・電極、13・
・共通電極、14・・・電歪素子、20・・・接触脚、
21・・・出力端部、22.26・・・金属材、27・
・・ボルト(締着具) 出 願 人   多賀電気株式会社 36図 (a)  (b)  (c’r  (cL)(e)  
(f)  (9)−37図 (a)  (b)  忙)  (d)  (e)J3 
δ巧 (a)  (b)  (c)  (札) (e)JF3
Q  図

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、一方の前記
    金属材に少なくとも三以上の接触脚が放射状に形成され
    た出力端部を形成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、一方の前記
    金属材に少なくとも三以上の接触脚が放射状に形成され
    た出力端部を形成し、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、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、一方の前記
    金属材に少なくとも三以上の接触脚が放射状に形成され
    た出力端部を形成し、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。 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、一方の前記
    金属材に少なくとも三以上の接触脚が放射状に形成され
    た出力端部を形成し、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。
JP60291732A 1985-11-27 1985-12-24 超音波振動子 Granted JPS62152378A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60291732A JPS62152378A (ja) 1985-12-24 1985-12-24 超音波振動子
US06/913,754 US4703214A (en) 1985-11-27 1986-09-30 Ultrasonic vibrator and its drive control method
DE19863635806 DE3635806A1 (de) 1985-11-27 1986-10-22 Ultraschallvibrator
US06/930,429 US4697117A (en) 1985-11-27 1986-11-14 Rotary ultrasonic motor

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60291732A JPS62152378A (ja) 1985-12-24 1985-12-24 超音波振動子

Publications (2)

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JPS62152378A true JPS62152378A (ja) 1987-07-07
JPH0345987B2 JPH0345987B2 (ja) 1991-07-12

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