JPS63181676A - 超音波回転振動子 - Google Patents

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〕 本発明は超音波振動子に係わり、さらに詳しくは超音波
モータの固定子に用いる超音波振動子の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の超音波モータは、楕円振動をするステータに圧着
されたロータが受ける回転トルクを利用した装置であっ
た。ステークは超音波楕円振動子からなり、回転ではな
く振動をしており、ロータは絶えず一方向に回転し続け
ている。ステータが停止しており、ロータが回転してい
るにもかかねらす、両者間のトルクの伝達が速度差の無
い静止摩擦を利用できるのは、ステークの楕円振動のた
て振動成分がロータに浮力を与え、ねじり振動の半周期
だけロータと圧接して一方向の回転トルクを伝達し、残
る半周期はロータから離れ、回転と逆方向に戻るためで
あり、この原理が満足されたとき摩耗が回避できる。

しかし、この原理を満足するには複雑な機構を要し、例
えば薄い偏平モータを作ることはできなかった。すなわ
ち、ステータが回転できないことが全ての問題点の根源
であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、従来の超音波振動子が持っていた回転でき
ないという欠点を解決し、以って超音波モータのステー
タなどに好都合な超音波振動子を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の超音波回転振動子はその中心が強固に保持され
た状態で、振動子の重心が偏心円運動をするものであり
、例えばフラフープを回ねしている人の胴の動きと同様
の回転を数１０ＫＨｚの回転数で実現するものである。

円を等分割する複数本の直径と、それぞれの直径を構成
する一対の半径を想定し、一方の半径を伸ばした分だけ
他方を縮めると、円周は直径に沿って平行移動する。こ
のとき円周の形状が元の真円からくずれないように保つ
には、他の半径も対になって伸縮するものとしよう。次
に隣の直径を構成する一対の半径が最初の直径の伸び縮
みと同じ量に変化し、他の径も円周が変形しないように
伸縮し直したとしよう。新しい円の中心は、二番目の直
径の中心に移る。このように隣の直径が順次伸縮するご
とに円の中心は、最初の半径の伸びの長さを半径とする
円周上を移動する。即ち円の中心が回転する。

円板をその固有振動数で励振すると共振現象が現れ、大
振幅の振動状態が得られる。このとき円板の振動に伴う
変形は、面内で一様な伸縮変形であり、呼吸モードとも
言われる。この状態を基本共振状態あるいは０次共振と
言う。励振周波数を変えると振幅は激減するが、基本周
波数の２倍。

３倍−の周波数でも共振状態が得られ、それらを１次、
２次−の共振状態という。１次の共振状態では、円周は
ほぼ真円のままその中心が直径に沿って振動する。した
がって円の中心（又は重心）は、直線状に振動する。

〔実施例〕

以下、本発明に係る超音波回転振動子の動作原理を実施
例にもとづいて具体的に述べる。

第１図は本発明になる超音波回転振動子の一実施例を示
す概略平面図、第２図はそれの概略側面図である。Ｐ　
ｂ　　（Ｚ　ｒ　　Ｔ　ｉ　）　０３系圧電セラミツク
の外径４０鰭、内径１５鰭、厚さ２ｕ＋のドーナツ状円
板の上下両主面に等分割銀焼付電極を施した。

本実施例では４等分割とし、隣接電極との間に０．５１
幅の絶縁孔９を設けた。上面電極１，２゜３．４を共通
に結び、それぞれに対向する裏面電極同志も共通に接続
し、これら４つの表電極と対向する４つの裏電極との間
に直流高電圧を印加して分極処理した。素子全体は同じ
向きにほぼ一様に分極できた。

次にこれらの電極のうちの電極１の表と電極４の裏、電
極１の裏と電極４の表、電極２の表と電極３の裏、電極
２の裏と電極３の表をそれぞれ接続し、これら４つのグ
ループにリード線５，６゜７．８を接続した。リード線
５と６の間には１００ボルト４０ＫＨ２の交流電圧を印
加し、リード綿７と８の間には同一電圧、同一周波数で
位相が９０゜遅れた電圧を印加した。印加電圧の周波数
をわずかに変えたところ、３８．８ＫＨｚで強い共鳴振
動が生じた。

この振動に伴う素子の変形の説明が第３図に示されてい
る。第３図（ａ）〜（ｄ）は、正弦波電圧の１周期の間
の素子の変化を表わしている。（ａ）は領域１ａと３ａ
とにそれぞれ＋１ｏｏｖ、−ＬＯＯＶ、領域２ａと４ａ
には０ポルトが印加された瞬間の素子の変形１’ａ　、
　３’ａを示している。（ｂ）は領域２ａと４ａとにそ
れぞれ＋１００Ｖ、−１００Ｖ、領域１ａと３ａには０
ボルトが印加された瞬間の素子の変形２’ａ、４’ａを
表わす。（Ｃ）および（ｄｌは同様にそれぞれ（ａ）の
時刻から２周期および３／４周期後の変形１’ａ、　　
３”′ａ、２″″ａ、　　４°゛ａを示したものである
。（ａ）から（ｄ）への経過に伴って弧の凸部が時計ま
わりに円周を一周し、それにつれて素子の重心Ｇ１、Ｇ
２．Ｇ３及びＧ４が時計まわりに円運動をしている。

以上述べた実施例は４等分割素子であるが、６゜８．１
０−〜−−等分割が可能なことは言うまでもないが、分
割数が多くなると位相関係が複雑になり、駆動電圧も多
相になるので、４〜６分割が最も実用的と考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、放射状に等分割された
独立に変形し得る偶数個の領域を有する円板２円環ある
いは円筒状圧電素子において、中心対称に配置されてい
る領域同志は互いに逆極性の振動が生しるごとく、隣接
配置されている領域同志は互いに異なる位相の振動が生
しるごとく、超音波帯域の電気信号を用いて励振するよ
うに構成した。

そのため本発明の超音波回転振動子では、振動による変
形状態がＩｌａ次隣接する領域に伝搬する結果、中心が
固定されている圧電素子の重心が右まわり又は左まわり
の円運動をすることから、中心を固定されている素子が
実効的には偏心回転をする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明による超音波回転振動子の一
実施例の平面図及び側面図、第３図は本発明による超音
波回転振動子の原理説明図である。 １、　２．　３．　４．−−−−−−電極、ｌａ、　２
ａ、　３ａ、　４ａ−一一−−−−圧電素子の等分割さ
れた領域、５，６．７゜８−−−−−リード線、９−−
−−−−絶縁溝、１０−−−−−−圧電素子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　円形の振動子を１次共振周波数で励振したとき
   、振動に伴う重心の移動が元の円の中心に対して偏心回
   転することを特徴とする超音波回転振動子。
2. （２）　特許請求の範囲第（１）項記載の円形の振動子
   を、放射状に等分割された独立に変形し得る偶数個の領
   域を有する円板、円環あるいは円筒状圧電素子とし、そ
   の中心対称に配置されている領域同志は互いに逆相で振
   動し、隣接配置されている領域同志は互いに異なる位相
   で振動するごとく励振したことを特徴とする超音波回転
   振動子。
3. （３）　特許請求の範囲第（１）項記載の円形の振動子
   が、円板、円環あるいは円筒状の弾性体に、これを励振
   するための圧電素子を径方向に組み合わせた複合振動子
   であることを特徴とする超音波回転振動子。