JPH0479715B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0479715B2 JPH0479715B2 JP59173182A JP17318284A JPH0479715B2 JP H0479715 B2 JPH0479715 B2 JP H0479715B2 JP 59173182 A JP59173182 A JP 59173182A JP 17318284 A JP17318284 A JP 17318284A JP H0479715 B2 JPH0479715 B2 JP H0479715B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic transducer
- torsional
- bending
- resonator
- torsion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
-
- 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)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
〔産業上の利用分野および発明の目的〕
本発明は超音波振動子の改良に係り、振動子に
楕円運動の超音波振動を発生させ、しかもその励
振を容易にした超音波振動子を提供することを目
的とする。 〔従来の技術〕 従来の超音波振動子は、ランジユバン型で代表
されるように強力な縦振動を発生するのが目的で
あつた。一方、最近超音波モータ，超音波パーツ
フイーダなど超音波振動による強力な回転トルク
を利用する技術の開発が進められている。回転ト
ルクの発生方法は種々提案されているが、例えば
モータの固定子の表面に楕円運動を生じさせ、こ
れと圧着されたロータを回転させる方法が最も優
れていると考えられる。ここで、固定子として超
音波振動子の振動面が直接利用できれば好都合だ
が、１個の超音波振動子の表面に強力な楕円運動
を効率よく発生する方法が見出せなかつたので、
複数個の励振子を組み合わせるなど効率の低いし
かも強力でない振動しか発生できず実用性が不十
分であつた。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は上述した従来技術の欠点を解消する
もので、圧電振動子を用いて円筒状の捻り共振子
に捻り振動を励振する超音波振動子において、円
筒面に屈曲振動が寄生するごとく、円筒の直径と
肉厚の関係を選んだことを特徴とすることによつ
て、前述の目的を達成したものである。 本発明者はすでに、「捻りモードの超音波振動
子」と題して圧電厚み振動子、縦モード共振子，
捻り結合子および捻り共振子を一体構成した振動
子を提案した。その原理は、捻り共振子と縦振動
共振子とを捻り結合子で結合したものであり、双
方共に共振させる必要があつた。けれども、その
後捻り共振子は圧電厚み振動子で駆動するだけ
で、捻り振動を発振できることを見出し、本発明
が生じた。 本発明の捻り・屈曲モード結合型超音波振動子
の構成主要素は円筒状の捻り共振子だけであり、
共振条件に縦振動子，捻り共振子など余計な制約
が入らないので、効率よく捻り・屈曲モード結合
振動を発振でき、振動子の設計も容易となつた。 〔実施例〕 第１図および第２図は、超音波振動子の一例を
示す正面図おび側面図である。図中の１はセラミ
ツクからなる圧電厚み振動子、２は圧電厚み振動
子１の電極に付設されたリード線、３は捻り共振
子、４は座金、５はこれらを締めつけるキヤツプ
ボルトである。 これらの図に示すように、本発明の振動子の捻
り共振子３は底付き円筒形状を基本とし、基本形
状もしくは多少変形したものである。捻り・屈曲
モード結合条件は円筒状捻り共振子３の高さ、肉
厚が基本要素であり、両者を結合するのが円筒の
直径である。直径を変えると結合の仕方が変わる
ので、振動子に種々の振動モードを任意に実現す
ることができる。 なお、実際の振動子の見掛けの形状は例えば第
３図および第４図に示したように捻り結合子１４
も利用しているが、捻り結合子１４は単に圧電厚
み振動子１１を用いて捻り共振子１３に捻り振動
を発生させる効率を改善する手段であり、第１図
および第２図に示したように用い無くとも良い。
つまり、振動子に発生する捻り振動の共振周波数
は捻り結合子の影響を受けない。縦振動子に関し
ては全く不要であることが判明したので除外し
た。捻り結合子１４を底付き円筒形捻り共振子１
３の底に、ボルト１５で締め付けて接合した場
合、共振状態の励振条件に最も影響を与えるもの
は意外なことにボルト１５の長さである。本発明
の捻り・屈曲モード結合型超音波振動子は設計の
仕方によつて様々なモードの振動を励振でき、機
能も異なるので用途が広い。 設計の仕方によつて励振される振動モードがど
のように変化し、振動子の機能がどのように変わ
るかを説明するのは容易でないので、実施例の中
から代表的な30例を選び次の表に示した。これら
の実施例は本発明の捻り・屈曲モード結合型超音
波振動子の各部の寸法の変更に伴つて振動子に励
振される振動モード及び振動子機能がどのように
変化するかを示したものである。ここで、まず寸
法を変更する部分を明らかにするため、各部の寸
法付号を第４図に示した。なお表に示す各実施例
において、全実施例にわたつて同一寸法にしたの
は捻り共振子の肉厚７mmと圧電振動子の厚さ２mm
である。これらを変更すると見掛け上結果が複雑
となり、混乱を招く恐れが生ずるだけで、本質的
に新規な情報として付加する内容が見い出せなか
つたので、例示を省略した。 表では変更する寸法を、捻り共振子、捻り結合
子，圧電振動子，座金，ボルトの５つのグループ
に大別し、共振子，結合子，圧電振動子について
は寸法変更が複数個所となるため、それぞれ細分
した。実施例は共振子の直径の大きさの順に示
し、各グループ間を二重罫線で区別した。寸法変
更に伴つて励振される振動モードの共振周波数と
振動モードおよび機能を右欄に示した。 本発明の捻り・屈曲モード結合型超音波振動子
の形態は第３図，第４図，第５図に示した３種類
に大別できる。第３図と第５図の振動子は同一部
品からなり、構成の仕方だけの違いである。すな
わち、第５図の振動子は捻り共振子１３の内部に
捻り結合子１４，セラミツクからなる圧電振動子
１１，座金１６を納め、ボルト１５で内側から締
め付け固定した構成であり、よりコンパクトなこ
とおよび共振子底部外面の振動を利用するのに好
都合なことが特長である。 これらに対して第４図の振動子は、捻り共振子
１３の円筒が直筒でなく、側面形状が台形をして
いる点に特徴がある。第２図，第４図の型式に対
する第３図の形式の違いは、円筒寸法でＨ＝Hw
（第３図，第５図の型式）か、Ｈ≒Hw（第４図の
型式）かを見ればわかる。 表において、実施例No.４および６は第３図に示
したＡ型、実施例No.５および７は第５図に示した
Ｃ型であり、実施例No.８〜16はＨ−Hw＝７mmで
あり、Ｂ型というよりはむしろＡ型の底部を面取
りした形状でありＡ型に分類される。実施例No.
１，２，３および実施例No.17〜30は第４図に示し
たＢ型である。表の右端欄に型式名を示す。
楕円運動の超音波振動を発生させ、しかもその励
振を容易にした超音波振動子を提供することを目
的とする。 〔従来の技術〕 従来の超音波振動子は、ランジユバン型で代表
されるように強力な縦振動を発生するのが目的で
あつた。一方、最近超音波モータ，超音波パーツ
フイーダなど超音波振動による強力な回転トルク
を利用する技術の開発が進められている。回転ト
ルクの発生方法は種々提案されているが、例えば
モータの固定子の表面に楕円運動を生じさせ、こ
れと圧着されたロータを回転させる方法が最も優
れていると考えられる。ここで、固定子として超
音波振動子の振動面が直接利用できれば好都合だ
が、１個の超音波振動子の表面に強力な楕円運動
を効率よく発生する方法が見出せなかつたので、
複数個の励振子を組み合わせるなど効率の低いし
かも強力でない振動しか発生できず実用性が不十
分であつた。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は上述した従来技術の欠点を解消する
もので、圧電振動子を用いて円筒状の捻り共振子
に捻り振動を励振する超音波振動子において、円
筒面に屈曲振動が寄生するごとく、円筒の直径と
肉厚の関係を選んだことを特徴とすることによつ
て、前述の目的を達成したものである。 本発明者はすでに、「捻りモードの超音波振動
子」と題して圧電厚み振動子、縦モード共振子，
捻り結合子および捻り共振子を一体構成した振動
子を提案した。その原理は、捻り共振子と縦振動
共振子とを捻り結合子で結合したものであり、双
方共に共振させる必要があつた。けれども、その
後捻り共振子は圧電厚み振動子で駆動するだけ
で、捻り振動を発振できることを見出し、本発明
が生じた。 本発明の捻り・屈曲モード結合型超音波振動子
の構成主要素は円筒状の捻り共振子だけであり、
共振条件に縦振動子，捻り共振子など余計な制約
が入らないので、効率よく捻り・屈曲モード結合
振動を発振でき、振動子の設計も容易となつた。 〔実施例〕 第１図および第２図は、超音波振動子の一例を
示す正面図おび側面図である。図中の１はセラミ
ツクからなる圧電厚み振動子、２は圧電厚み振動
子１の電極に付設されたリード線、３は捻り共振
子、４は座金、５はこれらを締めつけるキヤツプ
ボルトである。 これらの図に示すように、本発明の振動子の捻
り共振子３は底付き円筒形状を基本とし、基本形
状もしくは多少変形したものである。捻り・屈曲
モード結合条件は円筒状捻り共振子３の高さ、肉
厚が基本要素であり、両者を結合するのが円筒の
直径である。直径を変えると結合の仕方が変わる
ので、振動子に種々の振動モードを任意に実現す
ることができる。 なお、実際の振動子の見掛けの形状は例えば第
３図および第４図に示したように捻り結合子１４
も利用しているが、捻り結合子１４は単に圧電厚
み振動子１１を用いて捻り共振子１３に捻り振動
を発生させる効率を改善する手段であり、第１図
および第２図に示したように用い無くとも良い。
つまり、振動子に発生する捻り振動の共振周波数
は捻り結合子の影響を受けない。縦振動子に関し
ては全く不要であることが判明したので除外し
た。捻り結合子１４を底付き円筒形捻り共振子１
３の底に、ボルト１５で締め付けて接合した場
合、共振状態の励振条件に最も影響を与えるもの
は意外なことにボルト１５の長さである。本発明
の捻り・屈曲モード結合型超音波振動子は設計の
仕方によつて様々なモードの振動を励振でき、機
能も異なるので用途が広い。 設計の仕方によつて励振される振動モードがど
のように変化し、振動子の機能がどのように変わ
るかを説明するのは容易でないので、実施例の中
から代表的な30例を選び次の表に示した。これら
の実施例は本発明の捻り・屈曲モード結合型超音
波振動子の各部の寸法の変更に伴つて振動子に励
振される振動モード及び振動子機能がどのように
変化するかを示したものである。ここで、まず寸
法を変更する部分を明らかにするため、各部の寸
法付号を第４図に示した。なお表に示す各実施例
において、全実施例にわたつて同一寸法にしたの
は捻り共振子の肉厚７mmと圧電振動子の厚さ２mm
である。これらを変更すると見掛け上結果が複雑
となり、混乱を招く恐れが生ずるだけで、本質的
に新規な情報として付加する内容が見い出せなか
つたので、例示を省略した。 表では変更する寸法を、捻り共振子、捻り結合
子，圧電振動子，座金，ボルトの５つのグループ
に大別し、共振子，結合子，圧電振動子について
は寸法変更が複数個所となるため、それぞれ細分
した。実施例は共振子の直径の大きさの順に示
し、各グループ間を二重罫線で区別した。寸法変
更に伴つて励振される振動モードの共振周波数と
振動モードおよび機能を右欄に示した。 本発明の捻り・屈曲モード結合型超音波振動子
の形態は第３図，第４図，第５図に示した３種類
に大別できる。第３図と第５図の振動子は同一部
品からなり、構成の仕方だけの違いである。すな
わち、第５図の振動子は捻り共振子１３の内部に
捻り結合子１４，セラミツクからなる圧電振動子
１１，座金１６を納め、ボルト１５で内側から締
め付け固定した構成であり、よりコンパクトなこ
とおよび共振子底部外面の振動を利用するのに好
都合なことが特長である。 これらに対して第４図の振動子は、捻り共振子
１３の円筒が直筒でなく、側面形状が台形をして
いる点に特徴がある。第２図，第４図の型式に対
する第３図の形式の違いは、円筒寸法でＨ＝Hw
（第３図，第５図の型式）か、Ｈ≒Hw（第４図の
型式）かを見ればわかる。 表において、実施例No.４および６は第３図に示
したＡ型、実施例No.５および７は第５図に示した
Ｃ型であり、実施例No.８〜16はＨ−Hw＝７mmで
あり、Ｂ型というよりはむしろＡ型の底部を面取
りした形状でありＡ型に分類される。実施例No.
１，２，３および実施例No.17〜30は第４図に示し
たＢ型である。表の右端欄に型式名を示す。
【表】
以上説明したように、本発明は圧電振動子によ
つて励振される円筒状の超音波捻り共振子におい
て、円筒の長さに対する直径と肉厚の関係を、円
筒面に屈曲振動が寄生するごとく選んだことを特
徴とする構成にした。従つて超音波振動子は、同
筒捻り共振子の長さに対する直径と肉厚の条件を
変えることによつて共振子の種々の面、たとえば
側面，端面，内側面，内底面および外底面さらに
これらの面の接線上に様々なモードの楕円振動を
発生させることができるので、例えば超音波モー
タの振動子としては絶好の用途であり、従来無か
つた欠陥技術を補つたものとしての効果は大き
い。
つて励振される円筒状の超音波捻り共振子におい
て、円筒の長さに対する直径と肉厚の関係を、円
筒面に屈曲振動が寄生するごとく選んだことを特
徴とする構成にした。従つて超音波振動子は、同
筒捻り共振子の長さに対する直径と肉厚の条件を
変えることによつて共振子の種々の面、たとえば
側面，端面，内側面，内底面および外底面さらに
これらの面の接線上に様々なモードの楕円振動を
発生させることができるので、例えば超音波モー
タの振動子としては絶好の用途であり、従来無か
つた欠陥技術を補つたものとしての効果は大き
い。
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図および第２図は
超音波振動子の一例を示す正面図および側面図、
第３図，第４図，第５図，第１３図および第１４
図は超音波振動子の他の例を示す説明図、第６
図，第７図，第８図，第９図，第１０図，第１１
図，第１２図，第１５図，第１６図，第１７図，
第１８図，第１９図，第２０図，第２１図は本発
明の各実施例に係る原理説明図である。 １，１１，８１……圧電厚み振動子、３，１
３，７１，８３，１１１，１２１，１２３，１２
５，１４１……捻り共振子、５，１５，８５……
ボルト。
を説明するためのもので、第１図および第２図は
超音波振動子の一例を示す正面図および側面図、
第３図，第４図，第５図，第１３図および第１４
図は超音波振動子の他の例を示す説明図、第６
図，第７図，第８図，第９図，第１０図，第１１
図，第１２図，第１５図，第１６図，第１７図，
第１８図，第１９図，第２０図，第２１図は本発
明の各実施例に係る原理説明図である。 １，１１，８１……圧電厚み振動子、３，１
３，７１，８３，１１１，１２１，１２３，１２
５，１４１……捻り共振子、５，１５，８５……
ボルト。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧電振動子によつて励振される円筒状の超音
波捻り共振子において、円筒の長さに対する直径
と肉厚の関係を、円筒面に屈曲振動が寄生するご
とく選んだことを特徴とする捻り・屈曲モード結
合型超音波振動子。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の超音波振動子に
おいて、捻り共振子円筒の長さに対する直径と肉
厚の関係を、円筒面に屈曲進行波が発生するごと
く選んだことを特徴とする捻り・屈曲モード結合
型超音波振動子。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の超音波振動子に
おいて、捻り共振子円筒の長さに対する直径と肉
厚の関係を、円筒面に円周に沿つて対称な屈曲定
在波が発生するごとく選んだことを特徴とする捻
り・屈曲モード結合型超音波振動子。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の超音波振動子に
おいて、捻り共振子円筒の長さに対する直径と肉
厚の関係を、円筒の軸対称にある端面上の少なく
とも１対の個所において、軸に対して互いに逆ま
わりの楕円振動が発生するごとく選んだことを特
徴とする捻り・屈曲モード結合型超音波振動子。 ５ 特許請求の範囲第１項，第２項，第３項およ
び第４項のうちのいずれかの記載の超音波振動子
において、捻り結合子を用いることにより、振動
の励振効率を高めたことを特徴とする捻り・屈曲
モード結合型超音波振動子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59173182A JPS6152168A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 捻り・屈曲モ−ド結合型超音波振動子 |
| US06/688,947 US4663556A (en) | 1984-01-11 | 1985-01-04 | Torsional mode ultrasonic vibrator |
| DE3500607A DE3500607C2 (de) | 1984-01-11 | 1985-01-10 | Torsionsschwingungs-Ultraschallvibrator sowie Torsionsschwingungs-Piezomotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59173182A JPS6152168A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 捻り・屈曲モ−ド結合型超音波振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6152168A JPS6152168A (ja) | 1986-03-14 |
| JPH0479715B2 true JPH0479715B2 (ja) | 1992-12-16 |
Family
ID=15955609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59173182A Granted JPS6152168A (ja) | 1984-01-11 | 1984-08-22 | 捻り・屈曲モ−ド結合型超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6152168A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3132667B2 (ja) * | 1991-03-05 | 2001-02-05 | アイシン精機株式会社 | 振動モ−タ |
-
1984
- 1984-08-22 JP JP59173182A patent/JPS6152168A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6152168A (ja) | 1986-03-14 |
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