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JPH0564465A - Ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer

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Publication number
JPH0564465A
JPH0564465A JP3016685A JP1668591A JPH0564465A JP H0564465 A JPH0564465 A JP H0564465A JP 3016685 A JP3016685 A JP 3016685A JP 1668591 A JP1668591 A JP 1668591A JP H0564465 A JPH0564465 A JP H0564465A
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JP
Japan
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vibration
piezoelectric element
longitudinal
ultrasonic transducer
vertical
Prior art date
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Application number
JP3016685A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3029677B2 (en
Inventor
Sadayuki Ueha
貞行 上羽
Minoru Kurosawa
実 黒澤
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JP3029677B2 publication Critical patent/JP3029677B2/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an ultrasonic transducer which simply excites a longitudinal vibration as a drive source and which can easily switch the output of a mover, and the like. CONSTITUTION:The ultrasonic transducer comprises means 1 for producing a longitudinal vibration and means 2 for producing a bending vibration in the direction crossing with the longitudinal vibrating direction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は各種のアクチュエータの
駆動源として用いられる超音波トランスデューサに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer used as a driving source for various actuators.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、超音波アクチュエータや超音波モ
ータが各種の産業分野において利用され、また、その開
発も活発に行なわれている。
2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic actuators and ultrasonic motors have been used in various industrial fields and are being actively developed.

【0003】これらを構造的に大別すると、振動方向変
換型、複合振動子型進行波型とに分類される。
Structurally, these are roughly classified into a vibration direction conversion type and a composite oscillator type traveling wave type.

【0004】一方の振動方向変換型の超音波アクチュエ
ータは、縦方向振動のみを利用するものであり、移動可
能な可動体の表面に縦振動する接触子を可動体の移動方
向と傾斜して接触させることにより、可動体を回転及び
直線的に駆動させるように形成されている。
On the other hand, the vibration direction conversion type ultrasonic actuator utilizes only vertical vibration, and a vertically vibrating contactor is brought into contact with the surface of a movable body while inclining to the moving direction of the movable body. By doing so, the movable body is formed to be rotated and linearly driven.

【0005】他方の複合振動子型の超音波モータは、ね
じり振動と縦振動及び縦振動と縦振動とを組合せて利用
するものであり、ロータを回転及び直線的に駆動させる
ように形成されている。
On the other hand, the composite vibrator type ultrasonic motor uses a combination of torsional vibration and longitudinal vibration and longitudinal vibration and longitudinal vibration, and is formed so as to rotate and linearly drive the rotor. There is.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、前記
振動方向変換型の超音波アクチュエータは、縦振動する
接触子をスライダ等の可動体に対して傾斜させて接触さ
せなければならず、相互の位置関係を適正なものに調整
することが困難であり、構造も複雑なものとならざるを
得ず、また、可動体に付与する力の動作方向を変更する
ためには、接触子と可動体との接触方向を変更させた
り、複数の超音波アクチュエータを接触方向を異ならせ
て配置させなければならないという問題点を有してい
た。
However, in the above-mentioned vibration direction conversion type ultrasonic actuator, the vertically vibrating contactor must be tilted and brought into contact with a movable body such as a slider, and the mutual position of the contactor must be increased. It is difficult to adjust the relationship to an appropriate one, and the structure must be complicated, and in order to change the operation direction of the force applied to the movable body, the contactor and the movable body must be changed. However, there is a problem in that the contact direction must be changed and a plurality of ultrasonic actuators must be arranged with different contact directions.

【0007】また、複合振動子型の超音波モータにおい
ては、ねじり振動子と縦振動子とを共に電気的に駆動さ
せなければならず、消費電力が大きいという問題点を有
していた。
Further, in the composite vibrator type ultrasonic motor, both the torsion vibrator and the vertical vibrator have to be electrically driven, and there is a problem that the power consumption is large.

【0008】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、駆動源としては縦方向振動を励振させるだけで
十分でありながら、例えば可動体等の外部に向けて付与
する出力の動作方向を簡単に切り替えることができ、ア
クチュエータとして用いた場合の適用範囲が広く、効率
もよく、構造も簡単な超音波トランスデューサを提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and as a drive source, it is sufficient to excite longitudinal vibrations, but the operation direction of an output applied to the outside of a movable body or the like, for example. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer that can be easily switched, has a wide application range when used as an actuator, has high efficiency, and has a simple structure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に記載の本発明の超音波トランスデューサ
は、縦方向振動を出力する縦方向励振手段と、前記縦方
向振動を受けて、その振動方向と交差する方向に振動す
るたわみ振動を出力させる振動方向制御手段とを有する
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an ultrasonic transducer according to the present invention as defined in claim 1 is provided with a longitudinal excitation means for outputting a longitudinal vibration, and an ultrasonic transducer receiving the longitudinal vibration. And a vibration direction control means for outputting a flexural vibration that vibrates in a direction intersecting with the vibration direction.

【0010】請求項2に記載の本発明の超音波トランス
デューサは、請求項1における縦方向励振手段を電気的
に駆動される縦振動子をもって形成し、振動方向制御手
段を前記縦振動子から出力される縦方向振動によって加
振される圧電素子と、前記縦振動方向に対向するように
して前記圧電素子に装着されている電極であって、一方
の電極が複数に分割されている電極と、前記複数に分割
された電極を分割されていない電極と位相差をもって短
絡させるスイッチング手段とによって形成したことを特
徴とする。
In the ultrasonic transducer of the present invention as defined in claim 2, the longitudinal direction excitation means in claim 1 is formed by a longitudinal oscillator which is electrically driven, and the vibration direction control means is output from the longitudinal oscillator. A piezoelectric element that is excited by longitudinal vibration, and an electrode that is attached to the piezoelectric element so as to face the longitudinal vibration direction, and one electrode is divided into a plurality of electrodes; It is characterized in that the plurality of divided electrodes are formed by switching means for short-circuiting the undivided electrodes with a phase difference.

【0011】[0011]

【作用】請求項1に記載の本発明によれば、縦方向励振
手段から縦方向振動が出力されると、これを受けた振動
方向制御手段が、その縦方向振動と交差する方向に振動
するたわみ振動を出力し、このたわみ振動と前記縦方向
振動とが合成されて振動方向制御手段がリサージュを描
いて振動する。
According to the first aspect of the present invention, when longitudinal vibration is output from the longitudinal excitation means, the vibration direction control means that receives the vibration vibrates in a direction intersecting with the longitudinal vibration. The flexural vibration is output, and the flexural vibration and the vertical vibration are combined and the vibration direction control means vibrates in a Lissajous manner.

【0012】請求項2に記載の本発明によれば、縦振動
子に所定の振動周波数を有する駆動電圧を印加すると、
縦振動子より縦方向振動が励振される。この縦方向振動
が振動方向制御手段の圧電素子に伝達されると、圧電素
子が縦方向に歪もうとする。この際、圧電素子は複数に
分割されている電極についてみると、短絡されている電
極部分と短絡されていない電極部分とにおいて縦方向の
歪み量が相違するので、縦振動子の縦方向振動と交差す
る方向にたわむ。そして、スイッチング手段のスイッチ
ング動作によって、電極の短絡状態を切り替えることに
より、圧電素子のたわみ方向が逆方向とされ、このスイ
ッチング動作を繰返すことによって、たわみ振動が発生
する。その結果、前記縦方向振動とたわみ振動とが合成
されて振動方向制御手段がリサージュを描いて振動す
る。
According to the second aspect of the present invention, when a drive voltage having a predetermined vibration frequency is applied to the vertical vibrator,
Vertical vibration is excited by the vertical vibrator. When this vertical vibration is transmitted to the piezoelectric element of the vibration direction control means, the piezoelectric element tends to distort in the vertical direction. At this time, regarding the piezoelectric element divided into a plurality of electrodes, the amount of vertical strain differs between the short-circuited electrode portion and the non-short-circuited electrode portion. Bend in the crossing direction. By switching the short-circuited state of the electrodes by the switching operation of the switching means, the bending direction of the piezoelectric element is reversed, and by repeating this switching operation, flexural vibration is generated. As a result, the vertical vibration and the flexural vibration are combined, and the vibration direction control means vibrates in a Lissajous manner.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1から図12につ
いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0014】図1から図4は本発明の一実施例を示す。1 to 4 show an embodiment of the present invention.

【0015】本実施例の超音波トランスデューサは、縦
方向振動を出力する縦方向励振手段1と、前記縦方向振
動を受けて、その振動方向と交差する方向に振動するた
わみ振動を出力させる振動方向制御手段2とによって形
成されている。
The ultrasonic transducer of the present embodiment comprises a vertical excitation means 1 for outputting a vertical vibration and a vibration direction for outputting a flexural vibration that receives the vertical vibration and vibrates in a direction intersecting the vibration direction. And the control means 2.

【0016】更に説明すると、一方の縦方向励振手段1
はボルト締めランジュバン型縦振動子(日本特殊陶業
(株)製:No.D2328PC)をもって形成されて
おり、直径約30mm程度の円柱状に形成されており、そ
の軸方向の任意位置に縦方向すなわち軸方向に振動する
縦方向圧電素子3が設けられている。この縦方向圧電素
子3には2つの電極4a、4bが軸方向に対向するよう
にして装着されていて、両者間に電源5により所定の振
動周波数を有する励振用の駆動電圧が印加されるように
なっている。
Explaining further, one longitudinal excitation means 1
Is formed with a bolted Langevin type vertical vibrator (Nippon Special Ceramics Co., Ltd .: No. D2328PC), and is formed in a cylindrical shape with a diameter of about 30 mm. A longitudinal piezoelectric element 3 that vibrates in the axial direction is provided. Two electrodes 4a, 4b are mounted on the longitudinal piezoelectric element 3 so as to face each other in the axial direction, and a drive voltage for excitation having a predetermined vibration frequency is applied by a power source 5 between them. It has become.

【0017】他方の振動方向制御手段2は、縦方向励振
手段1の一方の軸方向端面、すなわち放射端面に密着し
て装着されている圧電素子6と、この圧電素子6の他端
面に密着されている振動子7とによって形成されてい
る。圧電素子6の縦方向励振手段1との対向面には1つ
の電極8aが装着されており、また、圧電素子6の軸方
向中間部には、図2に示すように、縦方向圧電素子3の
縦振動方向と交差(本実施例においては直交)する面内
において2つに分割された電極8b、8cが装着されて
いる。そして、圧電素子6の外部には、圧電素子6の一
端面側に装着された電極8aに対して、分割されている
2つの電極8b、8cを電気的に短絡させるスイッチン
グ手段9が設けられている。すなわち、このスイッチン
グ手段9においては、接点9aを基端として揺動する可
動接点10を、電極8b、8cに接続されている接点9
b、9cとの接続状態を切り替えるようにして形成され
ている。図1においては、スイッチング手段9をシンボ
ル化して図示しているが、実際にはスイッチングトラン
ジスタ等を用いて電子的に接続の切り替えが行なわれ
る。振動子7は先端が略U字形に形成されて2つの略矩
形の接触端面7a、7aを有している。
The other vibration direction control means 2 is in close contact with one axial end surface of the longitudinal excitation means 1, that is, the radiating end surface, and the piezoelectric element 6 which is mounted in close contact with the other end surface of the piezoelectric element 6. Is formed by the vibrator 7. One electrode 8a is mounted on the surface of the piezoelectric element 6 facing the longitudinal excitation means 1, and the axial direction intermediate portion of the piezoelectric element 6 has a vertical piezoelectric element 3 as shown in FIG. Electrodes 8b and 8c divided into two are mounted in a plane intersecting (in the present embodiment, orthogonal to) the vertical vibration direction. A switching means 9 is provided outside the piezoelectric element 6 to electrically short-circuit the divided two electrodes 8b and 8c with respect to the electrode 8a mounted on the one end face side of the piezoelectric element 6. There is. That is, in the switching means 9, the movable contact 10 swinging around the contact 9a as the base end is used as the contact 9 connected to the electrodes 8b and 8c.
It is formed so as to switch the connection state with b and 9c. In FIG. 1, the switching means 9 is shown as a symbol, but in practice, the connection is electronically switched using a switching transistor or the like. The vibrator 7 has a substantially U-shaped tip and has two substantially rectangular contact end surfaces 7a, 7a.

【0018】次に、このように形成されている本実施例
の作用を説明する。
Next, the operation of this embodiment thus formed will be described.

【0019】先ず、縦方向励振手段1の縦方向圧電素子
3に振動方向制御手段2の圧電素子6の固有振動数fと
ほぼ等しい振動周波数を有する駆動電圧を、電源5から
両電極4a、4bを通して印加する。これにより、縦方
向圧電素子3が前記固有振動数fとほぼ等しい振動周波
数で縦振動する。この縦方向圧電素子3の縦振動は縦方
向励振手段1を伝わり振動方向制御手段2の圧電素子6
および振動子7へ順に伝達される。これにより、圧電素
子6は自己の固有振動数をもって振動されて、縦方向に
歪もうとする。この状態において、スイッチング手段9
の可動接点10を動作させて、電極8b、8cのいずれ
か一方を電極8aと短絡させる。今、電極8bを電極8
aと短絡させたとして図3および図4をもって説明する
と、圧電素子6は電極8aと短絡された電極8bが装着
されている部分のヤング率が、電極8aと短絡されてい
ない電極8cが装着されている部分のヤング率より小さ
くなる。これにより、圧電素子6は電極8b側の縦方向
長さが電極8c側の縦方向長さより短くなるように歪
み、圧電素子6は縦方向圧電素子3の縦方向振動と交差
する方向、すなわち図3および図4の矢印方向にたわ
む。これにより圧電素子6に密着されている振動子7の
接触端面7aは図3および4において矢印方向に移動し
ようとする。また、スイッチング手段9により一方の電
極8bを開放して、他方の電極8cを電極8aと短絡さ
せるように接続状態を切り替えると、圧電素子6は前記
とは逆方向にたわむこととなる。このようにして、振動
方向制御手段2の圧電素子6はたわみ振動をひき起し、
このたわみ振動と縦方向励振手段1の縦方向圧電素子3
の縦振動とが合成されて、振動方向制御手段2の出力端
すなわち本実施例においては振動子7の各接触端面7
a、7aがリサージュを描いて振動する。特に、スイッ
チング手段9における可動接点10による各接点9b,
9cの切り替えタイミング、すなわち各電極8b,8c
への通電状態を、縦方向圧電素子3が縦方向に伸びよう
とする時にいずれか一方の電極をONとし他方の電極を
OFFとさせ、逆に縦方向圧電素子3が縦方向に縮もう
とする時に前記一方の電極をOFFとし前記他方の電極
をONとさせるようにすると、振動子7の各接触端面7
a、7aが楕円を描いて振動する。本実施例において
は、縦方向圧電素子3が縦方向に伸びようとする時に電
極8bをONとさせると、振動子7の各接触端面7a、
7aは図3および図4において時計回りの楕円を描いて
振動し、接触子7の接触端面7aに接触される可動体
(図示せず)に対して、同図において右方向に移動する
力を付与する。逆に、縦方向圧電素子3が縦方向に伸よ
うとする時に電極8cをONとさせると、振動子7の各
接触端面7a、7aは図3および図4において反時計回
りの楕円を描いて振動し、振動子7の接触端面7aに接
触される可動体に対して、同図において左方向に移動す
る力を付与する。
First, a drive voltage having a vibration frequency substantially equal to the natural frequency f of the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2 is applied to the vertical piezoelectric element 3 of the vertical excitation means 1 from the power source 5 and both electrodes 4a, 4b. Apply through. As a result, the longitudinal piezoelectric element 3 longitudinally vibrates at a vibration frequency substantially equal to the natural frequency f. The vertical vibration of the vertical piezoelectric element 3 is transmitted through the vertical excitation means 1 and the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2.
And transmitted to the vibrator 7 in order. As a result, the piezoelectric element 6 is vibrated with its own natural frequency and tends to be distorted in the vertical direction. In this state, the switching means 9
The movable contact 10 is operated to short-circuit one of the electrodes 8b and 8c with the electrode 8a. Now electrode 8b is electrode 8
3 and 4, assuming that the electrode 8a and the electrode 8b short-circuited are mounted, the Young's modulus of the portion where the electrode 8a and the electrode 8b short-circuited is not mounted. It becomes smaller than the Young's modulus of the part. As a result, the piezoelectric element 6 is distorted so that the vertical length on the electrode 8b side becomes shorter than the vertical length on the electrode 8c side, and the piezoelectric element 6 crosses the vertical vibration of the vertical piezoelectric element 3, that is, 3 and in the direction of the arrow in FIG. As a result, the contact end surface 7a of the vibrator 7, which is in close contact with the piezoelectric element 6, tends to move in the arrow direction in FIGS. When the switching means 9 opens the one electrode 8b and switches the connection state so as to short-circuit the other electrode 8c and the electrode 8a, the piezoelectric element 6 bends in the opposite direction. In this way, the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2 causes flexural vibration,
This flexural vibration and the longitudinal piezoelectric element 3 of the longitudinal excitation means 1
Is combined with the longitudinal vibration of the vibration direction control means 2, and the output end of the vibration direction control means 2, that is, each contact end face 7 of the vibrator 7 in this embodiment.
a and 7a draw a Lissajous and vibrate. In particular, each contact 9b by the movable contact 10 in the switching means 9,
9c switching timing, that is, each electrode 8b, 8c
When the longitudinal piezoelectric element 3 is going to extend in the longitudinal direction, one of the electrodes is turned on and the other electrode is turned off, and conversely, the longitudinal piezoelectric element 3 tries to contract in the longitudinal direction. If one of the electrodes is turned off and the other electrode is turned on when the
a and 7a oscillate while drawing an ellipse. In this embodiment, when the electrode 8b is turned ON when the longitudinal piezoelectric element 3 is about to extend in the longitudinal direction, the contact end surfaces 7a of the vibrator 7 are
7a vibrates by drawing a clockwise ellipse in FIGS. 3 and 4, and applies a force that moves rightward in FIG. 3 to a movable body (not shown) contacting the contact end surface 7a of the contactor 7. Give. On the contrary, when the electrode 8c is turned on when the longitudinal piezoelectric element 3 is trying to extend in the longitudinal direction, the contact end surfaces 7a, 7a of the vibrator 7 draw a counterclockwise ellipse in FIGS. 3 and 4. A force that moves to the left in the figure is applied to the movable body that vibrates and contacts the contact end surface 7 a of the vibrator 7.

【0020】従って、本実施例においては、縦方向励振
手段1の縦方向圧電素子3に振動方向制御手段2の圧電
素子6の固有振動数fとほぼ等しい振動周波数を有する
駆動電圧を印加するだけによって、振動子7の各接触端
面7a、7aが楕円を描いて振動し、また、スイッチン
グ手段9によって両電極8b,8cと電極8aとの短絡
タイミングを制御することにより、振動子7の接触端面
7aに接触される可動体に対して付与される力の方向を
可変制御することができる。
Therefore, in this embodiment, a drive voltage having a vibration frequency substantially equal to the natural frequency f of the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2 is applied to the vertical piezoelectric element 3 of the vertical excitation means 1. The contact end surfaces 7a, 7a of the vibrator 7 vibrate in an elliptical manner, and the switching means 9 controls the timing of short-circuiting between the electrodes 8b, 8c and the electrode 8a. The direction of the force applied to the movable body brought into contact with 7a can be variably controlled.

【0021】次に、本実施例の超音波トランスデューサ
がアクチュエータとして作用することを、実験データを
もって説明する。
Next, the fact that the ultrasonic transducer of this embodiment acts as an actuator will be described with experimental data.

【0022】振動方向制御手段2の圧電素子6の分割さ
れた2つの電極8b,8cのうちの片方を短絡させた場
合の縦方向圧電素子3のアドミタンス特性の実測値は図
5のようになり、両方の電極8b,8cを開放した場合
の縦方向圧電素子3のアドミタンス特性の実測値は図6
のようになり、圧電素子6の両電極8b,8c間のアド
ミタンス特性は図7のようになる。
FIG. 5 shows measured values of the admittance characteristics of the longitudinal piezoelectric element 3 when one of the two divided electrodes 8b and 8c of the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2 is short-circuited. The measured values of the admittance characteristics of the longitudinal piezoelectric element 3 when both electrodes 8b and 8c are opened are shown in FIG.
The admittance characteristic between the electrodes 8b and 8c of the piezoelectric element 6 is as shown in FIG.

【0023】図5および図6に示すように、2つのモー
ドの共振周波数が接近しており、両電極8b,8cの片
方を電極8aと短絡させることにより、縦振動を駆動し
ながらたわみ振動を励振することができている様子がわ
かる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the resonance frequencies of the two modes are close to each other, and by bending one of the electrodes 8b and 8c with the electrode 8a, flexural vibration is generated while driving longitudinal vibration. You can see how you are excited.

【0024】更に、本実施例の超音波トランスデューサ
がアクチュエータとして作用することを、モータとして
作動させるとともに、その時の実験データをもって説明
する。
Further, the operation of the ultrasonic transducer of this embodiment as an actuator will be described with reference to experimental data obtained when the ultrasonic transducer is operated as a motor.

【0025】図8は本実施例の超音波トランスデューサ
により、円柱状のロータ11を回転させるように形成し
たモータである。ロータ11は細径部11bの中央に太
径部11aを設けて形成されており、細径部11bを軸
受部材12によって軸支されている。本実施例の超音波
トランスデューサは、振動方向制御手段2の振動子7の
接触端面7aをロータ11の太径部11aの外周面に押
圧させている。この場合、本実施例の超音波トランスデ
ューサの軸方向をロータ11の軸方向と直交させて、太
径部11aの外周面に法線方向より接触させるようにし
ている。
FIG. 8 shows a motor formed by the ultrasonic transducer of this embodiment so as to rotate the cylindrical rotor 11. The rotor 11 is formed by providing a large diameter portion 11a at the center of the small diameter portion 11b, and the small diameter portion 11b is pivotally supported by the bearing member 12. In the ultrasonic transducer of the present embodiment, the contact end surface 7a of the vibrator 7 of the vibration direction control means 2 is pressed against the outer peripheral surface of the large diameter portion 11a of the rotor 11. In this case, the axial direction of the ultrasonic transducer of the present embodiment is orthogonal to the axial direction of the rotor 11 so that the ultrasonic transducer is brought into contact with the outer peripheral surface of the large diameter portion 11a in the normal direction.

【0026】この図8において、縦方向振動手段1の縦
方向圧電素子3に振動方向制御手段2の圧電素子6の固
有振動数fとほぼ等しい振動周波数を有する駆動電圧を
印加すると、ロータ11が回転した。また、圧電素子6
の分割されている両電極8b,8cの電極8aとの短絡
タイミングを調整することにより、ロータ11の回転方
向を簡単に変更することができた。この振動周波数にお
ける本実施例の超音波トランスデューサの縦方向とたわ
み方向との振動分布を調べると、縦方向の1次モードは
図9の(a)のようになり、たわみ方向の2次モードは
図9の(b)のようになり、両モードの振動が励振され
ている様子がわかる。図9において、振幅と位相とは同
一の駆動電圧のもとでの大きさを表している。
In FIG. 8, when a drive voltage having a vibration frequency substantially equal to the natural frequency f of the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2 is applied to the vertical piezoelectric element 3 of the vertical vibration means 1, the rotor 11 is driven. It rotated. In addition, the piezoelectric element 6
The rotation direction of the rotor 11 could be easily changed by adjusting the timing of short-circuiting the divided electrodes 8b and 8c with the electrode 8a. When the vibration distribution in the longitudinal direction and the bending direction of the ultrasonic transducer of this example at this vibration frequency is examined, the longitudinal primary mode is as shown in FIG. 9A, and the bending secondary mode is As shown in FIG. 9B, it can be seen that vibrations of both modes are excited. In FIG. 9, the amplitude and the phase represent the magnitude under the same drive voltage.

【0027】また、本実施例の超音波トランスデューサ
の利用範囲は広く、例えば図10に示すように4個の超
音波トランスデューサをロータ11の外周面に周方向等
分位置に配設して、ロータ11へ付与する回転トルクを
増大させるようにしてもよい。また、直線方向に往復動
可能なスライダに本実施例の超音波トランスデューサの
振動方向制御手段2の振動子7の接触端面7aを押圧さ
せることにより、スライダを簡単に往復動させることが
できる。
The ultrasonic transducer of the present embodiment has a wide range of use. For example, as shown in FIG. 10, four ultrasonic transducers are arranged on the outer peripheral surface of the rotor 11 at equal positions in the circumferential direction, and The rotation torque applied to 11 may be increased. Further, the slider can be easily reciprocated by pressing the contact end surface 7a of the vibrator 7 of the vibration direction control means 2 of the ultrasonic transducer of this embodiment against the slider which can reciprocate in the linear direction.

【0028】図11および図12は本発明の超音波トラ
ンスデューサの他の実施例を示している。本実施例にお
いては、振動方向制御手段2の圧電素子6に4個に分割
された電極8b,8c,8d,8eを設けるとともに、
各電極8b,8c,8d,8eと電極8aとの短絡状態
をそれぞれ独立して制御可能なスイッチング手段9を設
けている。
11 and 12 show another embodiment of the ultrasonic transducer of the present invention. In this embodiment, the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2 is provided with four divided electrodes 8b, 8c, 8d and 8e, and
A switching means 9 is provided which is capable of independently controlling the short-circuit state between the electrodes 8b, 8c, 8d, 8e and the electrode 8a.

【0029】本実施例においては、各電極8b,8c,
8d,8eと電極8aとの短絡状態をスイッチング手段
9を用いて種々に制御することにより、振動方向制御手
段2の振動子7の接触端面7aを3次元空間内で振動さ
せることができる。従って、本実施例をアクチュエータ
として用いれば、被駆動物に対して2次元の平面内にお
いて自由な方向への移動力を付与することができる。例
えば、4分割の動作と2分割の動作とを組合せることに
より、自走型で、直進・回転運動のできるアクチュエー
タとなる。
In this embodiment, the electrodes 8b, 8c,
The contact end face 7a of the vibrator 7 of the vibration direction control means 2 can be vibrated in the three-dimensional space by variously controlling the short-circuit state between the electrodes 8a and 8d and the electrode 8a by using the switching means 9. Therefore, if this embodiment is used as an actuator, it is possible to apply a moving force in a free direction to a driven object within a two-dimensional plane. For example, a combination of a four-divided operation and a two-divided operation provides a self-propelled actuator capable of linear movement / rotation.

【0030】なお、振動方向制御手段2の圧電素子6に
配設される電極の分割数は前記各実施例の2個または4
個に限定されるものではない。
The number of divisions of the electrodes arranged on the piezoelectric element 6 of the vibration direction control means 2 is 2 or 4 in each of the above embodiments.
It is not limited to individual pieces.

【0031】また、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、必要に応じて変更することができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified as required.

【0032】[0032]

【発明の効果】このように本発明の超音波トランスデュ
ーサは構成され作用するものであるから、駆動源として
は縦方向振動手段に所定の振動周波数を有する駆動電圧
を印加して縦方向振動を励振させるものだけで済み、し
かも、振動方向制御手段の振動が描くリサージュを簡単
に変更することができ、これにより例えば可動体等の外
部に向けて付与する出力の動作方向を簡単に切り替える
ことができ、アクチュエータとして用いた場合の適用範
囲が広く、効率もよく、構造も簡単となる等の効果を奏
する。
As described above, since the ultrasonic transducer of the present invention is constructed and operates, a longitudinal direction vibration is excited by applying a driving voltage having a predetermined vibration frequency to the longitudinal vibration means as a driving source. Moreover, it is possible to easily change the Lissajous figure drawn by the vibration of the vibration direction control means, so that the operation direction of the output given to the outside such as the movable body can be easily switched. When it is used as an actuator, it has a wide application range, high efficiency, and a simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の超音波トランスデューサの1実施例を
示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an ultrasonic transducer of the present invention.

【図2】図1のII−II線に沿った断面図FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】図1の実施例の振動方向制御手段部分のたわみ
振動状態を説明する斜視図
FIG. 3 is a perspective view for explaining a flexural vibration state of a vibration direction control means portion of the embodiment of FIG.

【図4】図1の実施例の振動方向制御手段部分のたわみ
振動状態を説明する側面図
FIG. 4 is a side view for explaining the flexural vibration state of the vibration direction control means portion of the embodiment of FIG.

【図5】図1の実施例の振動方向制御手段の圧電素子の
2つに分割された電極のうちの片方を短絡させた場合の
縦方向圧電素子のアドミタンス特性を示す特性図
5 is a characteristic diagram showing the admittance characteristic of a vertical piezoelectric element when one of two electrodes of the piezoelectric element of the vibration direction control means of the embodiment shown in FIG. 1 is short-circuited.

【図6】図1の実施例の振動方向制御手段の圧電素子の
2つに分割された電極のうちの両方を開放させた場合の
縦方向圧電素子のアドミタンス特性を示す特性図
6 is a characteristic diagram showing the admittance characteristic of the longitudinal piezoelectric element when both of the two electrodes of the piezoelectric element of the vibration direction control means of the embodiment of FIG. 1 are opened.

【図7】図1の実施例の振動方向制御手段の圧電素子の
2つに分割された電極の間のアドミタンス特性を示す特
性図
7 is a characteristic diagram showing an admittance characteristic between two electrodes of the piezoelectric element of the vibration direction control means of the embodiment of FIG.

【図8】図1の実施例によりロータを回転させるように
したモータを示す斜視図
FIG. 8 is a perspective view showing a motor configured to rotate a rotor according to the embodiment of FIG.

【図9】(a)および(b)は図1の実施例の振動方向
制御手段の圧電素子の共振周波数で縦方向励振手段を励
振させた場合の、前記振動方向制御手段の縦方向振動分
布とたわみ方向振動分布とを示す線図
9 (a) and 9 (b) are longitudinal vibration distributions of the vibration direction control means when the longitudinal direction excitation means is excited at the resonance frequency of the piezoelectric element of the vibration direction control means of the embodiment of FIG. And diagram showing vibration distribution in the deflection direction

【図10】図1の実施例の超音波トランスデューサを4
個用いてロータを回転させるようにしたモータを示す断
面図
FIG. 10 shows the ultrasonic transducer of the embodiment of FIG.
Sectional view showing a motor that uses a single rotor to rotate the rotor

【図11】本発明の超音波トランスデューサの他の実施
例を示す斜視図
FIG. 11 is a perspective view showing another embodiment of the ultrasonic transducer of the present invention.

【図12】図11のXII-XII 線に沿った断面図FIG. 12 is a sectional view taken along line XII-XII in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 縦方向励振手段 2 振動方向制御手段 3 縦方向圧電素子 6 圧電素子 8a,8b,8c,8d,8e 電極 9 スイッチング手段 11 ロータ 1 Vertical Excitation Means 2 Vibration Direction Control Means 3 Vertical Piezoelectric Elements 6 Piezoelectric Elements 8a, 8b, 8c, 8d, 8e Electrodes 9 Switching Means 11 Rotors

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 縦方向振動を出力する縦方向励振手段
と、前記縦方向振動を受けて、その振動と交差する方向
に振動するたわみ振動を出力させる振動方向制御手段と
を有する超音波トランスデューサ。
1. An ultrasonic transducer comprising: a longitudinal excitation means for outputting a longitudinal vibration; and a vibration direction control means for receiving the longitudinal vibration and outputting a flexural vibration vibrating in a direction intersecting with the vibration.
【請求項2】 縦方向励振手段は、電気的に駆動される
縦振動子によって形成されており、振動方向制御手段
は、前記縦振動子から出力される縦方向振動によって加
振される圧電素子と、前記縦振動方向に対向するように
して前記圧電素子に装着されている電極であって、一方
の電極が複数に分割されている電極と、前記複数に分割
された電極を分割されていない電極と位相差をもって短
絡させるスイッチング手段とによって形成されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデュー
サ。
2. The vertical excitation means is formed by an electrically driven vertical vibrator, and the vibration direction control means is a piezoelectric element excited by the vertical vibration output from the vertical vibrator. And an electrode which is mounted on the piezoelectric element so as to face each other in the longitudinal vibration direction, in which one electrode is divided into a plurality of electrodes, and the plurality of divided electrodes are not divided. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is formed by an electrode and a switching unit that short-circuits with a phase difference.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005030403A1 (en) * 2003-09-29 2005-04-07 Asahi E.M.S Co., Ltd. Large capacity ultrasonic composite vibration device
WO2009037693A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-26 Pinanotech (Piezo Nano-Technology) Ltd Stick-slip piezoelectric motor
WO2013020539A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-14 Hesse & Knipps Gmbh Method for ultrasonic bonding having at least one first and second ultrasonic transducer generating harmonic oscillating parts
JPWO2016046887A1 (en) * 2014-09-22 2017-06-29 オリンパス株式会社 Ultrasonic vibrator and ultrasonic treatment instrument
TWI727524B (en) * 2019-11-27 2021-05-11 國家中山科學研究院 Multi-dimensional vibration grinding cavity

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005030403A1 (en) * 2003-09-29 2005-04-07 Asahi E.M.S Co., Ltd. Large capacity ultrasonic composite vibration device
US7474036B2 (en) 2003-09-29 2009-01-06 Jiromaru Tsujino High-capacity ultrasonic composite oscillating device
WO2009037693A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-26 Pinanotech (Piezo Nano-Technology) Ltd Stick-slip piezoelectric motor
US8018124B2 (en) 2007-09-19 2011-09-13 Pinanotech (Piezo-Nano Technology) Ltd. Stick-slip piezoelectric motor
WO2013020539A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-14 Hesse & Knipps Gmbh Method for ultrasonic bonding having at least one first and second ultrasonic transducer generating harmonic oscillating parts
US9296065B2 (en) 2011-08-05 2016-03-29 Hesse Gmbh Method for ultrasonic bonding having at least one first and second ultrasonic transducer generating harmonic oscillation components
JPWO2016046887A1 (en) * 2014-09-22 2017-06-29 オリンパス株式会社 Ultrasonic vibrator and ultrasonic treatment instrument
TWI727524B (en) * 2019-11-27 2021-05-11 國家中山科學研究院 Multi-dimensional vibration grinding cavity

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