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JPH0937577A - Ultrasonic vibrator - Google Patents

Ultrasonic vibrator

Info

Publication number
JPH0937577A
JPH0937577A JP7184453A JP18445395A JPH0937577A JP H0937577 A JPH0937577 A JP H0937577A JP 7184453 A JP7184453 A JP 7184453A JP 18445395 A JP18445395 A JP 18445395A JP H0937577 A JPH0937577 A JP H0937577A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
elastic body
ultrasonic
ultrasonic transducer
vibration
resonance
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.)
Withdrawn
Application number
JP7184453A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoki Funakubo
朋樹 舟窪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP7184453A priority Critical patent/JPH0937577A/en
Publication of JPH0937577A publication Critical patent/JPH0937577A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic vibrator that allows two resonance frequencies in modes of different shapes to be matched with each other with precision. SOLUTION: An ultrasonic vibrator 10 has the anisotropy of the elastic constant due to the direction of its basic elastic body 11 reduced to as small a value as 5% or below. As long as the dimensions of the basic elastic body 11 are kept constant, therefore, it is possible to match two resonance frequencies of the ultrasonic vibrator 10 in modes of different shapes with each other with accuracy by forming the basic elastic body 11 using elastic bodies within a lot or between lots.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに用
いる超音波振動子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic transducer used in an ultrasonic motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電磁型モータに代わる新しいモー
タとして超音波モータが注目されている。この超音波モ
ータは、従来の電磁型モータに比べ以下のような利点を
有している。
2. Description of the Related Art In recent years, an ultrasonic motor has attracted attention as a new motor replacing an electromagnetic motor. This ultrasonic motor has the following advantages over a conventional electromagnetic motor.

【0003】(1)ギヤ無しで低速高推力が得られる。 (2)保持力が大きい。 (3)ストロークが長く、高分解能である。 (4)静粛性にとんでいる。 (5)磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も
うけない。
(1) A low speed and high thrust can be obtained without a gear. (2) Large holding force. (3) Long stroke and high resolution. (4) It is extremely quiet. (5) Magnetic noise is not generated, and the influence of noise is not exerted.

【0004】従来の超音波モータの一例である超音波リ
ニアモータとして、本願出願人による提案である特開平
6−105571号公報に開示したものがある。
As an ultrasonic linear motor which is an example of a conventional ultrasonic motor, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-105571 proposed by the applicant of the present application.

【0005】以下、同公報に開示した従来の超音波リニ
アモータについて図13を参照して説明する。
The conventional ultrasonic linear motor disclosed in the above publication will be described below with reference to FIG.

【0006】図13において、200は、従来の超音波
リニアモータの超音波振動子であり、基本弾性体211
の上部に、2次の共振屈曲振動の略腹に対応する部分に
二個の積層型圧電素子213を配置している。そして、
保持用弾性部材212により基本弾性体211上に固定
する。図示しないが基本弾性体211には3箇所のネジ
のタップが切ってあり、保持用弾性体212はビス21
4により基本弾性体211に固定される。このとき、積
層型圧電素子213は保持用弾性体212により突きき
当てられた状態で保持される。
In FIG. 13, reference numeral 200 denotes an ultrasonic transducer of a conventional ultrasonic linear motor, which is a basic elastic body 211.
Two laminated piezoelectric elements 213 are arranged in the upper part of the above, at a portion corresponding to approximately the antinode of the second resonance bending vibration. And
It is fixed on the basic elastic body 211 by the holding elastic member 212. Although not shown, the basic elastic body 211 has three tapped screws, and the holding elastic body 212 is a screw 21.
It is fixed to the basic elastic body 211 by 4. At this time, the laminated piezoelectric element 213 is held in a state of being abutted by the holding elastic body 212.

【0007】また、積層型圧電素子213の保持用弾性
体212と接触する部分は、エポキシ系の接着剤で固定
され、保持用弾性体212と基本弾性体211の接触す
る部分もエポキシ系の接着剤により接合される。但し、
積層型圧電素子213は基本弾性体211とは接触しな
いようにする。基本弾性体211の積層型圧電素子21
3が配置されている面に対して反対側の面(被駆動体と
接触する側の面)の両端部には摺動部材215がエポキ
シ系の接着剤を用いて接合されている。摺動部材215
はポリイミドに充填材としてカーボンファイバーとマイ
カを充填材として混入したものである(カーボンファイ
バー:20重量%,マイカ30重量%)。
The portion of the laminated piezoelectric element 213 that contacts the holding elastic body 212 is fixed with an epoxy adhesive, and the portion of the holding elastic body 212 that contacts the basic elastic body 211 is also epoxy-bonded. It is joined by the agent. However,
The laminated piezoelectric element 213 is prevented from coming into contact with the basic elastic body 211. Multilayer piezoelectric element 21 of basic elastic body 211
Sliding members 215 are bonded to both ends of a surface opposite to the surface on which 3 is arranged (a surface on the side in contact with the driven body) using an epoxy adhesive. Sliding member 215
Is a mixture of polyimide with carbon fiber and mica as a filler (carbon fiber: 20% by weight, mica 30% by weight).

【0008】次に、超音波振動子200の動作について
説明する。超音波振動子200の寸法を適当に設定する
ことで、1次の共振縦振動及び2次の共振屈曲振動が略
同一周波数で励起出来る。
Next, the operation of the ultrasonic transducer 200 will be described. By properly setting the dimensions of the ultrasonic transducer 200, the primary resonant longitudinal vibration and the secondary resonant bending vibration can be excited at substantially the same frequency.

【0009】図13に示す左側の積層型圧電素子213
から取り出されている電気端子をA,G(A相と呼ぶ)
とし、右側の積層型圧電素子213から取り出されてい
る電気端子をB,G(B相と呼ぶ)とする。
The laminated piezoelectric element 213 on the left side shown in FIG.
The electrical terminals taken out from A, G (called A phase)
The electric terminals taken out from the laminated piezoelectric element 213 on the right side are B and G (referred to as B phase).

【0010】まず、A相及びB相に30Vの直流電圧を
印加する。これにより、積層型圧電素子213に圧縮力
(予圧)をかけることが出来る。そこで、A相に周波数
Frで振幅10Vp−pの交番電圧を印加し、B相に同
一周波数、同振幅で同位相の交番電圧を印加すると、図
14に示すような一次の共振縦振動が励起できる。次
に、A相に周波数Frで振幅10Vp−pの交番電圧を
印加し、B相に同一周波数、同振幅で逆位相の交番電圧
を印加すると図15に示すような二次の共振屈曲振動が
励起できる。
First, a DC voltage of 30 V is applied to the A phase and the B phase. Thereby, a compressive force (preload) can be applied to the laminated piezoelectric element 213. Therefore, when an alternating voltage having an amplitude of 10 Vp-p is applied to the A phase at the frequency Fr and an alternating voltage having the same frequency and the same amplitude and the same phase is applied to the B phase, a primary resonance longitudinal vibration as shown in FIG. 14 is excited. it can. Next, when an alternating voltage having an amplitude of 10 Vp-p with a frequency Fr is applied to the A phase and an alternating voltage having the same frequency and the same amplitude and an opposite phase is applied to the B phase, a secondary resonance bending vibration as shown in FIG. 15 is generated. Can be excited.

【0011】更に、A相及びB相に周波数Frで振幅1
0Vp−pの交番電圧を印加し、その位相差を90度又
は−90度にすると摺動部材215の位置に於て、時計
廻り又は反時計廻りの超音波楕円振動が励起できる。超
音波楕円振動が励起されている摺動部材215の位置に
図示しない被駆動体を押圧すると、被駆動体は右方向、
又は左方向に駆動される。
Further, the amplitude of 1 is applied to the A and B phases at the frequency Fr.
When an alternating voltage of 0 Vp-p is applied and the phase difference is set to 90 degrees or -90 degrees, clockwise or counterclockwise ultrasonic elliptical vibration can be excited at the position of the sliding member 215. When a driven body (not shown) is pressed to the position of the sliding member 215 where the ultrasonic elliptical vibration is excited, the driven body moves to the right,
Or it is driven to the left.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波波振動子200の場合には以下のような
問題がある。
However, the above-mentioned conventional ultrasonic wave oscillator 200 has the following problems.

【0013】即ち、超音波波振動子200は、図14、
図15に示すように、縦1次振動と屈曲2次振動を同一
周波数で励起して超音波楕円振動を形成するものである
から、縦1次振動の共振周波数と屈曲2次振動の共振周
波数を一致させる必要がある。このためには、実際には
基本弾性体211の寸法(長さと高さ)を調整して、該
両共振周波数を一致させるものである。
That is, the ultrasonic wave oscillator 200 is shown in FIG.
As shown in FIG. 15, since the longitudinal primary vibration and the bending secondary vibration are excited at the same frequency to form ultrasonic elliptical vibration, the resonance frequency of the longitudinal primary vibration and the resonance frequency of the bending secondary vibration are generated. Need to match. For this purpose, the dimensions (length and height) of the basic elastic body 211 are actually adjusted so that the two resonance frequencies match.

【0014】しかし、基本弾性体211の寸法を一定に
したとしても、基本弾性体211の母材である黄銅材料
のロット内の黄銅材料で基本弾性体を加工し、超音波振
動子200を試作した場合、上述した両共振周波数が一
致しないという場合が多々あり、また、基本弾性体21
1の母材である黄銅材料のロット間の黄銅材料で基本弾
性体211を加工し超音波振動子200を構成した場
合、上述した両共振周波数が一致しないという場合が多
々ある。
However, even if the dimensions of the basic elastic body 211 are made constant, the basic elastic body is processed with the brass material in the lot of the brass material which is the base material of the basic elastic body 211, and the ultrasonic transducer 200 is manufactured as a prototype. In many cases, the two resonance frequencies described above do not match, and the basic elastic body 21
When the basic elastic body 211 is processed by the brass material between lots of the brass material which is the base material of No. 1 to configure the ultrasonic transducer 200, there are many cases where the both resonance frequencies do not match.

【0015】そこで、本発明は、二つの異形モードの共
振周波数を精度よく一致させることができる超音波振動
子を提供することを目的とするものである。
Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of accurately matching the resonance frequencies of two variant modes.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る超音波振動子は、弾性体と該弾性体に接合された電気
機械変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成
して超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、
前記弾性体が、方向による弾性定数の異方性が僅少な材
料からなることを特徴とするものである。
An ultrasonic transducer according to a first aspect of the present invention is composed of an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, and synthesizes two variant resonance modes. In the ultrasonic transducer that forms ultrasonic elliptical vibration,
The elastic body is made of a material having a small anisotropy of elastic constant depending on the direction.

【0017】請求項2記載の発明に係る超音波振動子
は、弾性体と該弾性体に接合された電気機械変換素子と
からなり、二つの異形共振モードを合成して超音波楕円
振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が、
方向による弾性定数の異方性が5%以内である材料から
なることを特徴とするものである。
An ultrasonic transducer according to a second aspect of the present invention is composed of an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, and synthesizes two odd-shaped resonance modes to form ultrasonic elliptical vibration. In the ultrasonic transducer, the elastic body is
It is characterized in that it is made of a material having anisotropy of elastic constant within 5% depending on the direction.

【0018】請求項3記載の発明に係る超音波振動子
は、弾性体と該弾性体に接合された電気機械変換素子と
からなり、二つの異形共振モードを合成して超音波楕円
振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が、
方向による縦音速及び横音速の異方性が5%以内である
材料からなることを特徴とするものである。
An ultrasonic vibrator according to a third aspect of the present invention is composed of an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, and synthesizes two variant resonance modes to form ultrasonic elliptical vibration. In the ultrasonic transducer, the elastic body is
It is characterized by being made of a material having anisotropy of longitudinal sound velocity and transverse sound velocity depending on the direction within 5%.

【0019】請求項4記載の発明に係る超音波振動子
は、弾性体と該弾性体に接合された電気機械変換素子と
からなり、二つの異形共振モードを合成して超音波楕円
振動を形成する超音波振動子において、前記弾性体が焼
鈍処理された金属材料であることを特徴とするものであ
る。
An ultrasonic transducer according to a fourth aspect of the present invention is composed of an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, and synthesizes two variant resonance modes to form an ultrasonic elliptical vibration. In the ultrasonic vibrator described above, the elastic body is a metal material that has been annealed.

【0020】請求項1記載の超音波振動子によれば、弾
性体材料の弾性定数の異方性が僅少であるので、該弾性
体の寸法さえ一定にしておけば、弾性体母材のロット
内、若しくはロット間の弾性体を用いて超音波振動子を
構成した場合、この超音波振動子の二つの異形共振モー
ドの共振周波数を精度よく一致させることができる。
According to the ultrasonic transducer of the first aspect, since the elastic constant of the elastic body material has a slight anisotropy, the lot of the elastic body base material can be obtained by keeping the size of the elastic body constant. When the ultrasonic oscillator is configured by using the elastic body inside or between the lots, the resonance frequencies of the two variant resonance modes of the ultrasonic oscillator can be accurately matched.

【0021】請求項2記載の超音波振動子によれば、弾
性体材料の方向による弾性定数の異方性が小さいので、
該弾性体の寸法さえ一定にしておけば、弾性体母材のロ
ット内、若しくはロット間の弾性体を用いて超音波振動
子を構成した場合、この超音波振動子の二つの異形共振
モードの共振周波数を精度よく一致させることができ
る。
According to the ultrasonic vibrator of the second aspect, since the anisotropy of the elastic constant depending on the direction of the elastic material is small,
As long as the dimensions of the elastic body are kept constant, when an ultrasonic oscillator is constructed using elastic bodies within the lot of the elastic body preform or between the lots, the two odd-shaped resonance modes of this ultrasonic oscillator are The resonance frequencies can be accurately matched.

【0022】請求項3記載の超音波振動子によれば、弾
性体材料の方向による縦音速及び横音速の異方性が小さ
いので、縦振動とねじれ振動の共振周波数を弾性体母材
のロット内、若しくはロット間の弾性体を用いて超音波
振動子を構成した場合、この超音波振動子の二つの異形
共振モードの共振周波数を精度よく一致させることがで
きる。
According to the ultrasonic vibrator of the third aspect, since the longitudinal acoustic velocity and the transverse acoustic velocity anisotropy depending on the direction of the elastic material are small, the resonance frequencies of the longitudinal vibration and the torsional vibration are determined by the lot of the elastic material base material. When the ultrasonic oscillator is configured by using the elastic body inside or between the lots, the resonance frequencies of the two variant resonance modes of the ultrasonic oscillator can be accurately matched.

【0023】請求項4記載の超音波振動子によれば、前
記弾性体を焼鈍処理された金属材料により形成したの
で、超音波振動子の二つの異形共振モードの共振周波数
を精度よく一致させることができる。
According to the ultrasonic transducer of the fourth aspect, since the elastic body is formed of the annealed metal material, the resonance frequencies of the two variant resonance modes of the ultrasonic transducer can be accurately matched. You can

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0025】[発明の実施の形態1] (構成)図1に発明の実施の形態1の超音波振動子10
を示す。この超音波振動子10を図1に基づき説明す
る。
First Embodiment of the Invention (Structure) FIG. 1 shows an ultrasonic transducer 10 according to the first embodiment of the invention.
Is shown. This ultrasonic transducer 10 will be described with reference to FIG.

【0026】超音波振動子10は、黄銅材なる金属材料
により凸の字型に形成された基本弾性体11を具備して
いる。基本弾性体11の寸法は、凸部分を除き、幅30
mm、奥行4mm、高さ7.5mmである。凸部分の寸
法は、幅4mm、奥行4mm、高さ2.5mmである。
基本弾性体11の幅方向の中心部でかつ底面から6mm
の位置に圧入によって直径2mmのステンレス材からな
るピン16が打ち込まれている。
The ultrasonic transducer 10 is provided with a basic elastic body 11 formed in a convex shape by using a metal material such as brass material. The size of the basic elastic body 11 is 30
mm, depth 4 mm, and height 7.5 mm. The convex portions have a width of 4 mm, a depth of 4 mm, and a height of 2.5 mm.
6 mm from the bottom of the center of the basic elastic body 11 in the width direction
A pin 16 made of stainless steel and having a diameter of 2 mm is driven into the position by press fitting.

【0027】電気機械変換素子たる一対の積層型圧電素
子12は、基本弾性体11の凸部の両側に配置されてい
る。この積層型圧電素子12は電極処理された圧電素子
を数十枚から数百枚積層したものであり、本発明の実施
の形態において、はトーキン(株)の積層型圧電素子N
LA−2×3×9を用いた。その寸法は、2mm×3.
1mm×9mmである。積層型圧電素子12の両端部以
外の部分は、図1には示さないが、エポキシ系樹脂によ
り被覆されている(被覆厚:約20μm)。
A pair of laminated piezoelectric elements 12, which are electromechanical conversion elements, are arranged on both sides of the convex portion of the basic elastic body 11. This laminated piezoelectric element 12 is formed by laminating several tens to several hundreds of electrode-treated piezoelectric elements. In the embodiment of the present invention, the laminated piezoelectric element N manufactured by Tokin Co., Ltd.
LA-2 × 3 × 9 was used. Its dimensions are 2 mm x 3.
It is 1 mm × 9 mm. Although not shown in FIG. 1, portions other than both ends of the laminated piezoelectric element 12 are covered with an epoxy resin (coating thickness: about 20 μm).

【0028】図1において、左側の積層型圧電素子12
から取り出されている電気端子をA、GND(A相と呼
ぶ)とし、図1において、右側の積層型圧電素子12か
ら取り出されている電気端子をB、GND(B相と呼
ぶ)とする。
In FIG. 1, the left laminated piezoelectric element 12 is shown.
Electrical terminals taken out from A and GND (referred to as A phase) are shown in FIG. 1, and electric terminals taken out from the laminated piezoelectric element 12 on the right side in FIG. 1 are referred to as B and GND (referred to as B phase).

【0029】前記基本弾性体11の積層型圧電素子12
が配置されている面に対して反対側の面(被駆動体と接
触する側の面)の両端部から各々9mmの位置(共振屈
曲振動の振動振幅が極大値を示す位置)に、矩形状(寸
法:幅3mm、奥行4mm、厚み1mm)の一対の駆動
子(砥石材料:樹脂にアルミナの砥粒を分散させたも
の)15がエポキシ系の接着剤を用いて接合している。
Multilayer piezoelectric element 12 of the basic elastic body 11
A rectangular shape at a position of 9 mm from each end of the surface opposite to the surface on which is arranged (the surface in contact with the driven body) (the position where the vibration amplitude of resonance bending vibration shows a maximum value). A pair of drivers (dimensions: width 3 mm, depth 4 mm, thickness 1 mm) (grinding stone material: resin in which abrasive grains of alumina are dispersed) 15 are joined together using an epoxy adhesive.

【0030】次に、超音波振動子10の組立方法につい
て説明する。図1に示すように、基本弾性体11の凸部
の両側に積層型圧電素子12を配置する。そして、保持
用弾性部材13(幅4mm、奥行4mm、高さ2.5m
m)を基本弾性体11上に固定する。図示しないが基本
弾性体11には二箇所にネジのタップが切ってあり、図
1に示すように保持用弾性体13は2本のビス14によ
り基本弾性体11に固定する。
Next, a method of assembling the ultrasonic transducer 10 will be described. As shown in FIG. 1, the laminated piezoelectric elements 12 are arranged on both sides of the convex portion of the basic elastic body 11. Then, the elastic member for holding 13 (width 4 mm, depth 4 mm, height 2.5 m
m) is fixed on the basic elastic body 11. Although not shown, the basic elastic body 11 is tapped with screws at two positions, and the holding elastic body 13 is fixed to the basic elastic body 11 by two screws 14 as shown in FIG.

【0031】このとき、積層型圧電素子12は基本弾性
体11の凸部と保持用弾性体13間で圧縮力(約5Kg
f)をかけた状態で保持固定される。また、積層型圧電
素子12は基本弾性体11の凸部及び保持用弾性体13
とエポキシ系の接着剤で固定される。基本弾性体11と
接する積層型圧電素子12の側面部分と基本弾性体11
とはやはりエポキシ系樹脂を用いて接着される。更に、
保持用弾性体13と基本弾性体11の接触する部分もエ
ポキシ系の接着剤により接合される。
At this time, the laminated piezoelectric element 12 has a compressive force (about 5 kg) between the convex portion of the basic elastic body 11 and the holding elastic body 13.
It is held and fixed in the state of applying f). In addition, the laminated piezoelectric element 12 includes a convex portion of the basic elastic body 11 and a holding elastic body 13.
It is fixed with an epoxy adhesive. The side surface portion of the laminated piezoelectric element 12 in contact with the basic elastic body 11 and the basic elastic body 11
Is also adhered using an epoxy resin. Furthermore,
The contacting portions of the holding elastic body 13 and the basic elastic body 11 are also joined by an epoxy adhesive.

【0032】(作用)次に超音波振動子10の動作につ
いて説明する。上記に示した寸法形状によれば、二つの
異形共振モード、即ち、最大長さ方向の1次の共振縦振
動、及び最大面積を有する面内の2次の共振屈曲振動が
略同一周波数Fr(53kHz〜56kHz)で励起で
きた。このときの超音波振動子10の振動状態を図2、
図3に示す。図2は1次の共振縦振動の場合を示し、図
3は2次の共振屈曲振動の場合を示す。図2は有限要素
法を用いたシミュレーションにより解析したものである
が、実際にもこのように振動していることが確認され
た。そして、A相とB相に周波数Fr、振幅10Vp−
p、位相差±90°の交番電圧を印加することにより駆
動子15の位置で右廻り又は左廻りの超音波楕円振動が
励起できた。なお、印加電圧として交番電圧にDCバイ
アスを同時に印加することもできる。
(Operation) Next, the operation of the ultrasonic transducer 10 will be described. According to the above-described dimensions and shapes, two variant resonance modes, that is, the first-order resonance longitudinal vibration in the maximum length direction and the second-order resonance bending vibration in the plane having the largest area have substantially the same frequency Fr ( It could be excited at 53 kHz to 56 kHz). The vibration state of the ultrasonic transducer 10 at this time is shown in FIG.
As shown in FIG. FIG. 2 shows the case of the first resonance longitudinal vibration, and FIG. 3 shows the case of the second resonance bending vibration. Although FIG. 2 is analyzed by a simulation using the finite element method, it was confirmed that such vibration actually occurred. Then, the frequency Fr and the amplitude 10 Vp− are applied to the A phase and the B phase.
By applying an alternating voltage of p and a phase difference of ± 90 °, clockwise or counterclockwise ultrasonic elliptical vibration could be excited at the position of the driver 15. It should be noted that a DC bias may be simultaneously applied to the alternating voltage as the applied voltage.

【0033】(超音波リニアモータの構成)次に、図4
を参照して、前記超音波振動子10を用いた超音波リニ
アモータについて説明する。
(Structure of Ultrasonic Linear Motor) Next, referring to FIG.
An ultrasonic linear motor using the ultrasonic transducer 10 will be described with reference to FIG.

【0034】図4に示すように超音波振動子10は、そ
のピン16の部分で二つの保持板21により両面から保
持されている。保持板21にはピン16の直径とほぼ同
径の孔が開けられていて、その孔と超音波振動子10の
ピン16が係合するようになっている。このように超音
波振動子10を保持することで、超音波振動子10はピ
ン16の回りの回転方向に対してのみ自由度を持つ。
As shown in FIG. 4, the ultrasonic transducer 10 is held from both sides by the two holding plates 21 at the pin 16 portion thereof. The holding plate 21 is provided with a hole having a diameter substantially the same as the diameter of the pin 16, and the hole is engaged with the pin 16 of the ultrasonic transducer 10. By holding the ultrasonic vibrator 10 in this manner, the ultrasonic vibrator 10 has a degree of freedom only in the rotation direction around the pin 16.

【0035】前記保持板21は、ビス23により保持板
固定部材22に固定される。保持板固定部材22には、
リニアブッシュ24が保持されている。このリニアブッ
シュ24は軸25に沿ってリニアに移動する。軸25は
軸固定部材26に固定され、軸固定部材26はベース2
7にビス36により固定されている。軸固定部材26の
略中央部にはタップが切られていて、押圧ビス28がね
じ込まれる。押圧ビス28と保持板固定部材22の間に
はバネ29が挿入されている。
The holding plate 21 is fixed to the holding plate fixing member 22 with screws 23. In the holding plate fixing member 22,
The linear bush 24 is held. The linear bush 24 moves linearly along the shaft 25. The shaft 25 is fixed to a shaft fixing member 26, and the shaft fixing member 26 is a base 2
It is fixed to 7 by screws 36. The shaft fixing member 26 is tapped at a substantially central portion thereof, and the pressing screw 28 is screwed therein. A spring 29 is inserted between the pressing screw 28 and the holding plate fixing member 22.

【0036】また、前記超音波振動子10の下側におい
て、ベース27には、クロスローラーガイドを構成する
固定部30、移動部32が配置されている。この固定部
30はベース27に対しビス31により固定されてい
る。また、移動部32には摺動部材保持部33が図示し
ないビスにより固定され、さらに、この摺動部材保持部
33にはジルコニアセラミックスからなる被駆動部材で
ある摺動部材34が接着されている。
Further, below the ultrasonic transducer 10, the base 27 is provided with a fixed portion 30 and a moving portion 32 which form a cross roller guide. The fixing portion 30 is fixed to the base 27 with screws 31. A sliding member holding portion 33 is fixed to the moving portion 32 by screws (not shown), and a sliding member 34, which is a driven member made of zirconia ceramics, is bonded to the sliding member holding portion 33. .

【0037】このような構成にして、押圧ビス28を調
整することで超音波振動子10の摺動部材34(被駆動
部材)への押圧力を調整することが可能となっている。
With such a configuration, it is possible to adjust the pressing force of the ultrasonic vibrator 10 on the sliding member 34 (driven member) by adjusting the pressing screw 28.

【0038】(超音波リニアモータの動作)次に本発明
の実施の形態の超音波リニアモータの動作について説明
する。先に示したように超音波振動子10のA相とB相
に周波数Fr(53kHz〜56kHzの間の周波
数)、振幅10Vp−p、位相差+90度又は−90度
の交番電圧を印加する。すると、摺動部材34は図4に
おいて右方向又は左方向に駆動される。この時、超音波
リニアモータの起動推力として5N、無負荷速度として
300mm/secが得られた。
(Operation of Ultrasonic Linear Motor) Next, the operation of the ultrasonic linear motor according to the embodiment of the present invention will be described. As described above, an alternating voltage having a frequency Fr (frequency between 53 kHz to 56 kHz), an amplitude of 10 Vp-p, and a phase difference of +90 degrees or -90 degrees is applied to the A phase and the B phase of the ultrasonic transducer 10. Then, the sliding member 34 is driven rightward or leftward in FIG. At this time, 5 N was obtained as the starting thrust of the ultrasonic linear motor, and 300 mm / sec was obtained as the no-load speed.

【0039】さて、発明者等は、黄銅材料の弾性特性に
着目し、黄銅材料に焼鈍処理を行ったものと焼鈍処理を
行っていないもの2種について、実際に超音波振動子1
0をロット内でそれぞれ数個づつ、ロット間でそれぞれ
数個づつ作成し、縦振動及び屈曲振動の共振周波数の測
定を行った。
Now, the inventors have paid attention to the elastic characteristics of the brass material, and actually used the ultrasonic transducer 1 for two types of the brass material that was annealed and the one that was not annealed.
Several 0s were produced in each lot and several in each lot, and the resonance frequencies of longitudinal vibration and bending vibration were measured.

【0040】また、弾性定数の指標となる縦音速、横音
速の方向による差について、焼鈍処理を行ったもの及び
焼鈍処理を行っていないものについて測定した。ここ
で、焼鈍処理を行ったものをA材と称し、焼鈍処理を行
っていないものをB材と称することにする。また、黄銅
母材の引き抜き方向をX方向とし、X方向に対し直交す
る方向をY方向、Z方向とする。また、Y方向、Z方向
は互いに直交する方向とする。
The difference between the longitudinal acoustic velocity and the transverse acoustic velocity, which is an index of the elastic constant, was measured for the samples subjected to the annealing treatment and those not subjected to the annealing treatment. Here, the material that has been annealed is referred to as material A, and the material that has not been annealed is referred to as material B. Further, the pull-out direction of the brass base material is the X direction, and the directions orthogonal to the X direction are the Y direction and the Z direction. Further, the Y direction and the Z direction are directions orthogonal to each other.

【0041】この結果、A材については縦音速、横音速
ともにロット内及びロット間で、異方性、即ち、方向
(X方向、Y方向、Z方向)による差が5%以内であっ
た。このとき、A材を用いて試作した超音波振動子10
の縦共振振動、屈曲共振振動からなる両振動の共振周波
数の差は5%以内であった。このような超音波振動子1
0を用いて構成した超音波リニアモータは、推力、速度
とも所定の特性が得られた。
As a result, the longitudinal sound velocity and the lateral sound velocity of the material A were within 5% within the lot and between lots depending on the anisotropy, that is, the direction (X direction, Y direction, Z direction). At this time, the ultrasonic transducer 10 made by trial using the material A was used.
The difference between the resonance frequencies of the two types of vibration including the longitudinal resonance vibration and the bending resonance vibration was within 5%. Such an ultrasonic transducer 1
The ultrasonic linear motor configured by using 0 obtained predetermined characteristics in both thrust and speed.

【0042】一方、B材については、縦音速、横音速と
もに、ロット内及びロット間で、異方性が最大10%程
度であった。このとき、B材を用いて試作した超音波振
動子10の縦共振振動と屈曲共振振動は、その共振周波
数の差が最大10%程度であった。縦共振周波数と屈曲
共振周波数の差が5%を越える超音波振動子10を用い
て構成した超音波リニアモータは、推力、速度とも上述
したA材を用いて試作した場合に比べ低下してしまっ
た。
On the other hand, the anisotropy was about 10% at maximum in the lot and in the lot between the lot B and the transverse sonic velocity. At this time, the difference between the resonance frequencies of the longitudinal resonance vibration and the bending resonance vibration of the ultrasonic vibrator 10 prototyped using the material B was about 10% at the maximum. The ultrasonic linear motor configured by using the ultrasonic transducer 10 in which the difference between the longitudinal resonance frequency and the bending resonance frequency exceeds 5% is lower in both thrust force and speed than in the case of trial manufacture using the above-mentioned A material. It was

【0043】(効果)本発明の実施の形態によれば、方
向による弾性定数の異方性が5%以内と少ない材料を用
いて超音波振動子10を構成したので、縦振動と屈曲振
動の共振周波数を弾性体母材のロット内、ロット間にお
いて精度良く一致させることができる。
(Effects) According to the embodiment of the present invention, since the ultrasonic vibrator 10 is made of a material having a small elastic constant anisotropy of 5% or less depending on the direction, the longitudinal vibration and the bending vibration are suppressed. The resonance frequency can be accurately matched within and between lots of the elastic body preform.

【0044】[発明の実施の形態2]次に、本発明の実
施の形態2を図5乃至図9を参照して説明する。
[Second Embodiment of the Invention] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0045】(超音波振動子の構成)図5に発明の実施
の形態2の超音波振動子110の正面図を示し、図6に
前記超音波振動子110の裏面図を示し、図7、図8に
前記超音波振動子110の右側面図、左側面図を示す。
また図9に発明の実施の形態2の超音波振動子110の
上面図を示す。
(Structure of Ultrasonic Transducer) FIG. 5 shows a front view of the ultrasonic vibrator 110 according to the second embodiment of the invention, FIG. 6 shows a rear view of the ultrasonic vibrator 110, and FIG. FIG. 8 shows a right side view and a left side view of the ultrasonic transducer 110.
9 is a top view of the ultrasonic transducer 110 according to the second embodiment of the invention.

【0046】図5は図9に示す超音波振動子110をα
方向から見た図であり、図6は図9に示す超音波振動子
110をβ方向から見た図であり、図7は図9に示す超
音波振動子110をγ方向から見た図であり、図8は図
9に示す超音波振動子110をδ方向から見た図であ
る。
FIG. 5 shows the ultrasonic transducer 110 shown in FIG.
6 is a view of the ultrasonic transducer 110 shown in FIG. 9 from the β direction, and FIG. 7 is a view of the ultrasonic transducer 110 shown in FIG. 9 from the γ direction. 8 is a view of the ultrasonic transducer 110 shown in FIG. 9 viewed from the δ direction.

【0047】超音波振動子110を構成する金属材料で
ある黄銅材からなる角柱形状の基本弾性体111は、9
mm×9mm×40mmの寸法に形成され、その下端か
ら16mmの位置に深さ2mmの溝112が全周に渡り
設けられている。また、基本弾性体111の正面と裏面
に、電気機械変換素子たる積層型圧電素子113が15
°の傾斜角度を持って挟持されている。それぞれの積層
型圧電素子113から出されている電気端子をそれぞ
れ、A,GND及びB,GNDとする。
The prism-shaped basic elastic body 111 made of brass which is a metal material constituting the ultrasonic transducer 110 is composed of 9
The groove 112 is formed to have a size of mm × 9 mm × 40 mm, and a groove 112 having a depth of 2 mm is provided over the entire circumference at a position 16 mm from the lower end thereof. In addition, the laminated piezoelectric element 113, which is an electromechanical conversion element, is formed on the front surface and the back surface of the basic elastic body 111.
It is sandwiched with a tilt angle of °. The electric terminals output from the respective laminated piezoelectric elements 113 are referred to as A, GND and B, GND, respectively.

【0048】前記積層型圧電素子113は、保持用弾性
体114により圧縮応力を付与された状態で保持固定さ
れる。この積層型圧電素子113は、正面と裏面では正
対して見て逆方向に傾けて取り付けられる。前記積層型
圧電素子113は、寸法が2mm×3.1mm×9mm
に形成されている。基本弾性体111の先端部には円環
状のフェノール樹脂にアルミナセラミックの砥粒を分散
させた砥石からなる摺動用駆動子115が接合されてい
る。前記保持用弾性体114の中央部には貫通穴116
が設けられ、貫通穴116の一部にはタップが切られて
いる。
The laminated piezoelectric element 113 is held and fixed in a state where a compressive stress is applied by the holding elastic body 114. The laminated piezoelectric element 113 is attached so that the front surface and the back surface are tilted in opposite directions when viewed from the front. The laminated piezoelectric element 113 has dimensions of 2 mm × 3.1 mm × 9 mm
Is formed. A sliding driving element 115 made of a grindstone in which abrasive grains of alumina ceramic are dispersed in an annular phenol resin is joined to a tip end portion of the basic elastic body 111. A through hole 116 is formed in the central portion of the holding elastic body 114.
Is provided, and a tap is cut in a part of the through hole 116.

【0049】前記超音波振動子110の作成方法を、図
10を参照して以下に説明する。前記積層型圧電素子1
13は、基本弾性体111の凹部118に挿入される。
保持用弾性体114は、基本弾性体111上の保持用弾
性体114をガイドするための突起部117に沿って挿
入され、積層型圧電素子113に付き当てられた後、圧
縮応力100Nの力を付与された状態で、ビス及び当接
面全てにエポキシ系接着剤を用いて接着固定される。
A method of producing the ultrasonic transducer 110 will be described below with reference to FIG. The laminated piezoelectric element 1
13 is inserted into the recess 118 of the basic elastic body 111.
The holding elastic body 114 is inserted along the protrusion 117 for guiding the holding elastic body 114 on the basic elastic body 111, applied to the laminated piezoelectric element 113, and then a compressive stress of 100 N is applied. In the applied state, the screws and all the contact surfaces are adhesively fixed using an epoxy adhesive.

【0050】また、図10に示すように、基本弾性体1
11の中央部には貫通穴119が設けられている。そし
て、そのほぼ中央部(正確には縦振動の節位置)にはタ
ップ120が切られている。
Further, as shown in FIG. 10, the basic elastic body 1
A through hole 119 is provided at the center of 11. Then, a tap 120 is cut at substantially the center thereof (to be exact, a node position of vertical vibration).

【0051】(超音波振動子の動作)次に上述した超音
波振動子110の動作について説明する。超音波振動子
110はその寸法が、1次の共振縦振動(図5に示す上
下方向の振動)及び1次の(溝12より下方の捻れまで
考慮すると2次の)共振捻れ振動(縦振動の振動方向を
捻れの軸とする振動)が略同一周波数Fr(38kH
z)で励起できるようなものとなっている。そして、こ
の周波数近傍には屈曲共振振動の固有振動が生じないよ
うな形状に設計されている。
(Operation of Ultrasonic Transducer) Next, the operation of the ultrasonic transducer 110 described above will be described. The size of the ultrasonic transducer 110 has a primary resonance longitudinal vibration (vertical vibration shown in FIG. 5) and a primary resonance (secondary considering the twist below the groove 12) (longitudinal vibration). The vibrations of which the vibration direction is the axis of the twist) have substantially the same frequency Fr (38 kHz
It can be excited by z). The shape is designed so that the natural vibration of the bending resonance vibration does not occur in the vicinity of this frequency.

【0052】まず、前記A端子に周波数Frで振幅20
Vp−pの交番電圧を印加し、B端子に同一周波数、同
振幅で同位相の交番電圧を印加すると、共振縦振動が励
起できた。共振縦振動の節部は、基本弾性体111の中
心軸上のほぼ中央位置に存在する。次に、A端子に周波
数Frで振幅20Vp−pの交番電圧を印加し、B端子
に同一周波数、同振幅で逆位相の交番電圧を印加すると
共振捻れ振動が励起できた。共振ねじれ振動では基本弾
性体111の中心軸全ての位置が節部である。
First, an amplitude of 20 at frequency Fr is applied to the A terminal.
When an alternating voltage of Vp-p was applied and an alternating voltage of the same frequency and the same amplitude and the same phase was applied to the B terminal, resonance longitudinal vibration could be excited. The node portion of the resonance longitudinal vibration exists at a substantially central position on the central axis of the basic elastic body 111. Next, when an alternating voltage having an amplitude of 20 Vp-p with a frequency Fr was applied to the A terminal and an alternating voltage having the same frequency and the same amplitude and an opposite phase was applied to the B terminal, resonance torsional vibration could be excited. In the resonance torsional vibration, all the central axes of the basic elastic body 111 are nodes.

【0053】次に、A端子に周波数Frで振幅20Vp
−pの交番電圧を印加し、B端子に同一周波数、同振幅
で位相が90度異なった交番電圧を印加すると、共振縦
振動と共振捻れ振動が合成されて、摺動用駆動子115
の位置において楕円振動が励起できた。尚、印加電圧と
してDCバイアス電圧を同時に印加するようにしても良
い。
Next, an amplitude of 20 Vp at the frequency Fr is applied to the A terminal.
When an alternating voltage of −p is applied and an alternating voltage having the same frequency, the same amplitude and a phase difference of 90 degrees is applied to the B terminal, the resonance longitudinal vibration and the resonance torsional vibration are combined, and the sliding driving element 115.
Elliptical vibration could be excited at the position. Incidentally, a DC bias voltage may be simultaneously applied as the applied voltage.

【0054】(超音波モータの構成と動作)次に、図1
1、図12を参照して、前記超音波振動子110を用い
た超音波モータ150について説明する。図11は超音
波モータ150の側面図である。図12は超音波モータ
150の分解図である。
(Structure and Operation of Ultrasonic Motor) Next, referring to FIG.
An ultrasonic motor 150 using the ultrasonic transducer 110 will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a side view of the ultrasonic motor 150. FIG. 12 is an exploded view of the ultrasonic motor 150.

【0055】前記超音波振動子110の貫通穴119に
は軸151が挿入される。軸151は図12に示すよう
に中央部及び両端部にネジ部158が設けられており、
中央部のネジ部115は超音波振動子110のタップ部
と接着固定される。超音波振動子110の上端部にはロ
ータ153がスラストベアリング154及びバネ保持体
155を介してバネ156により押圧固定されている。
バネ156の押圧力はナット157により調節される。
円環状のロータ153の下面には、円環状のジルコニア
セラミックスからなる摺動材153aが接着されてい
る。超音波モータ150を固定する場合には、その下部
に突き出た軸151を図示しない基台にねじ込み固定す
る。
A shaft 151 is inserted into the through hole 119 of the ultrasonic transducer 110. As shown in FIG. 12, the shaft 151 is provided with screw portions 158 at the central portion and both end portions,
The screw portion 115 at the center is adhesively fixed to the tap portion of the ultrasonic transducer 110. A rotor 153 is pressed and fixed to the upper end of the ultrasonic transducer 110 by a spring 156 via a thrust bearing 154 and a spring holder 155.
The pressing force of the spring 156 is adjusted by the nut 157.
A sliding member 153a made of an annular zirconia ceramic is adhered to the lower surface of the annular rotor 153. When fixing the ultrasonic motor 150, the shaft 151 protruding from the lower portion is screwed and fixed to a base (not shown).

【0056】次に、超音波モータ150の作用を説明す
る。先に述べたように超音波振動子110のA端子とB
端子に周波数38kHz、振幅20Vp−p、位相差+
90度又は−90度の交番電圧を印加する。すると、ロ
ータ153が時計回り又は反時計回りに回転した。
Next, the operation of the ultrasonic motor 150 will be described. As described above, the A terminal and the B terminal of the ultrasonic transducer 110
Frequency 38kHz, amplitude 20Vp-p, phase difference +
An alternating voltage of 90 degrees or -90 degrees is applied. Then, the rotor 153 rotated clockwise or counterclockwise.

【0057】また、発明の実施の形態1の場合と同様
に、発明者等は、前記黄銅材料の弾性特性に着目し、焼
鈍処理を行ったものと焼鈍処理を行っていないもの2種
について、実際に超音波振動子110をロット内でそれ
ぞれ数個づつ、ロット間でそれぞれ数個づつ作成し、縦
振動及びねじれ振動の共振周波数の測定を行った。
Further, as in the case of the first embodiment of the invention, the inventors of the present invention focused on the elastic properties of the brass material and, regarding the two types, those that were annealed and those that were not annealed, Several ultrasonic transducers 110 were actually created in each lot and several in each lot, and the resonance frequencies of longitudinal vibration and torsional vibration were measured.

【0058】また、弾性定数の指標となる縦音速、横音
速の方向による差について、焼鈍処理を行ったもの及び
焼鈍処理を行っていないものについて測定した。ここ
で、焼鈍処理を行ったものをA材、焼鈍処理を行ってい
ないものをB材と称することにする。さらに、黄銅母材
の引き抜き方向をX方向とし、X方向に対し直交する方
向をY方向、Z方向とする。また、Y方向、Z方向は互
いに直交する方向とする。
The difference in longitudinal acoustic velocity and transverse acoustic velocity, which is an index of the elastic constant, was measured for the samples annealed and those not annealed. Here, the material that has been annealed is referred to as material A, and the material that has not been subjected to annealing is referred to as material B. Further, the pull-out direction of the brass base material is the X direction, and the directions orthogonal to the X direction are the Y direction and the Z direction. Further, the Y direction and the Z direction are directions orthogonal to each other.

【0059】この結果、A材については縦音速、横音速
ともに、ロット内及びロット間で、異方性の差、即ち、
方向(X方向、Y方向、Z方向)による差が5%以内で
あった。このとき、A材を用いて試作した超音波振動子
110の縦共振振動とねじれ共振振動は、両振動の共振
周波数の差は5%以内であった。この超音波振動子11
0を用いて構成した超音波回転モータ150はトルク、
回転数とも所定の特性が得られた。
As a result, the longitudinal sound velocity and the lateral sound velocity of the material A are different in anisotropy within and between lots, that is,
The difference due to the direction (X direction, Y direction, Z direction) was within 5%. At this time, the difference between the resonance frequencies of the longitudinal resonance vibration and the torsional resonance vibration of the ultrasonic vibrator 110 prototyped using the material A was within 5%. This ultrasonic transducer 11
The ultrasonic rotary motor 150 configured by using 0
Predetermined characteristics were obtained for both rotation speeds.

【0060】一方、B材については、縦音速、横音速と
もに、ロット内及びロット間で、異方性が最大10%程
度であった。このとき、B材を用いて試作した超音波振
動子の縦共振振動とねじれ共振振動は、その共振周波数
の差は最大10%程度であった。縦共振周波数とねじれ
共振周波数の差が5%を越える場合は、その超音波振動
子110を用いて構成した超音波回転モータは、トルク
回転数とも低下してしまった。
On the other hand, the anisotropy of material B was about 10% at maximum in both longitudinal sound velocity and lateral sound velocity within and between lots. At this time, the difference between the resonance frequencies of the longitudinal resonance vibration and the torsional resonance vibration of the ultrasonic vibrator prototyped using the material B was about 10% at the maximum. When the difference between the longitudinal resonance frequency and the torsional resonance frequency exceeds 5%, the ultrasonic rotary motor configured by using the ultrasonic vibrator 110 has a decrease in torque rotation speed.

【0061】(効果)本発明の実施の形態によれば、弾
性的に異方性の少ない材料を用いて超音波振動子を形成
したので、縦振動とねじれ振動の共振周波数を、弾性体
母材のロット内、ロット間において、5%以内で一致さ
せることができた。
(Effects) According to the embodiment of the present invention, since the ultrasonic oscillator is formed by using the material having the elastically small anisotropy, the resonance frequencies of the longitudinal vibration and the torsional vibration are set to the elastic body matrix. It was possible to match within 5% within and between lots of material.

【0062】尚、本発明の実施の形態では、基本弾性体
として角柱状のものとしたが、円柱状のものを一部カッ
トして積層型圧電素子を固定するようにしても良い。ま
た、本発明の実施の形態では、積層型圧電素子を2個用
いた例を示したが、4個の積層型圧電素子を4側面にそ
れぞれ配置した構成とすることもできる。
In the embodiment of the present invention, the basic elastic body has a prismatic shape, but a cylindrical shape may be partially cut to fix the laminated piezoelectric element. Further, in the embodiment of the present invention, an example in which two laminated piezoelectric elements are used has been shown, but four laminated piezoelectric elements may be arranged on each of four side surfaces.

【0063】以上詳述したように、本発明の実施の形態
の超音波振動子10、100によれば、縦振動とねじれ
振動の共振周波数、若しくは縦振動とねじれ振動の共振
周波数を、弾性体母材のロット内、ロット間で5%以内
で一致させることができ、これにより、所望の特性を有
する超音波リニアモータや超音波回転モータを実現でき
る。
As described in detail above, according to the ultrasonic transducers 10 and 100 of the embodiment of the present invention, the resonance frequency of the longitudinal vibration and the torsional vibration or the resonance frequency of the longitudinal vibration and the torsional vibration is set to the elastic body. It is possible to match within 5% within the lot of the base material and between lots, whereby an ultrasonic linear motor or an ultrasonic rotary motor having desired characteristics can be realized.

【0064】[0064]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、縦振動の
共振周波数とねじれ振動の共振周波数からなる二つの異
形モードの共振周波数を精度良く一致させることができ
る超音波振動子を提供することができる。
According to the invention as set forth in claim 1, there is provided an ultrasonic vibrator capable of accurately matching the resonance frequencies of two variant modes consisting of the resonance frequency of longitudinal vibration and the resonance frequency of torsional vibration. be able to.

【0065】請求項2記載の発明によれば、弾性体の方
向による弾性定数の異方性が小さいので、縦振動の共振
周波数とねじれ振動の共振周波数からなる二つの異形モ
ードの共振周波数を精度良く一致させることができる超
音波振動子を提供することができる。
According to the second aspect of the invention, since the anisotropy of the elastic constant depending on the direction of the elastic body is small, the resonance frequencies of the two variant modes, which are the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the torsional vibration, are accurate. It is possible to provide an ultrasonic transducer that can be well matched.

【0066】請求項3記載の発明によれば、弾性体の縦
音速、横音速の方向による差が小さいので、請求項1記
載の発明と同様、縦振動の共振周波数とねじれ振動の共
振周波数からなる二つの異形モードの共振周波数を精度
良く一致させることができる超音波振動子を提供するこ
とができる。
According to the third aspect of the present invention, since the difference between the longitudinal sound velocity and the lateral sound velocity of the elastic body is small, the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the torsional vibration are the same as in the invention of the first aspect. It is possible to provide an ultrasonic transducer capable of accurately matching the resonance frequencies of the two different shape modes.

【0067】請求項4記載の発明によれば、弾性体を焼
鈍処理された金属材料を用いて構成したので、請求項1
記載の発明と同様、縦振動の共振周波数とねじれ振動の
共振周波数からなる二つの異形モードの共振周波数を精
度良く一致させることができる超音波振動子を提供する
ことができる。
According to the invention described in claim 4, since the elastic body is composed of the annealed metal material,
Similar to the invention described above, it is possible to provide an ultrasonic transducer capable of accurately matching the resonance frequencies of two variant modes, which are the resonance frequency of longitudinal vibration and the resonance frequency of torsional vibration.

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

【図1】本発明の超音波振動子の発明の実施の形態1の
構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first embodiment of the invention of an ultrasonic transducer of the present invention.

【図2】発明の実施の形態1の超音波振動子における一
次の共振振動を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing primary resonance vibration in the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the invention.

【図3】発明の実施の形態1の超音波振動子における二
次の共振振動を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing secondary resonance vibration in the ultrasonic vibrator according to the first embodiment of the invention.

【図4】発明の実施の形態1の前記超音波振動子を用い
た超音波リニアモータの正面図である。
FIG. 4 is a front view of an ultrasonic linear motor using the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the invention.

【図5】本発明の実施の形態2の超音波振動子を示す正
面図である。
FIG. 5 is a front view showing an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態2の超音波振動子を示す裏
面図である。
FIG. 6 is a back view showing the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態2の超音波振動子を示す右
側面図である。
FIG. 7 is a right side view showing the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態2の超音波振動子を示す左
側面図である。
FIG. 8 is a left side view showing the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態2の超音波振動子を示す平
面図である。
FIG. 9 is a plan view showing an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態2の超音波振動子の組み
立て状態を示す分解図である。
FIG. 10 is an exploded view showing an assembled state of the ultrasonic transducer of the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態2の超音波振動子を用い
た超音波モータの正面図である。
FIG. 11 is a front view of an ultrasonic motor using the ultrasonic vibrator according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態2の超音波振動子を用い
た超音波モータの組み立て状態を示す分解図である。
FIG. 12 is an exploded view showing an assembled state of an ultrasonic motor using the ultrasonic vibrator according to the second embodiment of the present invention.

【図13】従来の超音波リニアモータの超音波振動子の
斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view of an ultrasonic transducer of a conventional ultrasonic linear motor.

【図14】従来の超音波リニアモータの超音波振動子に
おける一次の共振振動を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing primary resonance vibration in an ultrasonic oscillator of a conventional ultrasonic linear motor.

【図15】従来の超音波リニアモータの超音波振動子に
おける一次の共振振動を示す説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing primary resonance vibration in an ultrasonic transducer of a conventional ultrasonic linear motor.

【符号の説明】 10 超音波振動子 11 基本弾性体 12 積層型圧電素子 13 保持用弾性部材 14 ビス 15 駆動子 16 ピン 21 保持板 22 保持板固定部材 23 ビス 24 リニアブッシュ 25 軸 26 軸固定部材 27 ベース 28 押圧ビス 29 バネ 30 固定部 34 摺動部材[Description of Reference Signs] 10 ultrasonic transducer 11 basic elastic body 12 laminated piezoelectric element 13 elastic member for holding 14 screw 15 driver 16 pin 21 holding plate 22 holding plate fixing member 23 screw 24 linear bush 25 axis 26 axis fixing member 27 Base 28 Pressing Screw 29 Spring 30 Fixed Part 34 Sliding Member

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、 前記弾性体が、方向による弾性定数の異方性が僅少な材
料からなることを特徴とする超音波振動子。
1. An ultrasonic transducer, comprising an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, which synthesizes two variant resonance modes to form an ultrasonic elliptical vibration, wherein the elastic body comprises: An ultrasonic transducer characterized by being made of a material having a small anisotropy of elastic constant depending on the direction.
【請求項2】 弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、 前記弾性体が、方向による弾性定数の異方性が5%以内
である材料からなることを特徴とする超音波振動子。
2. An ultrasonic transducer, comprising an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, which synthesizes two variant resonance modes to form an ultrasonic elliptical vibration, wherein the elastic body comprises: An ultrasonic transducer comprising a material having anisotropy of elastic constant within 5% depending on a direction.
【請求項3】 弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、 前記弾性体が、方向による縦音速及び横音速の異方性が
5%以内である材料からなることを特徴とする超音波振
動子。
3. An ultrasonic transducer, comprising an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, which synthesizes two variant resonance modes to form an ultrasonic elliptical vibration, wherein the elastic body comprises: An ultrasonic transducer comprising a material having anisotropy of longitudinal acoustic velocity and lateral acoustic velocity within 5% depending on the direction.
【請求項4】 弾性体と該弾性体に接合された電気機械
変換素子とからなり、二つの異形共振モードを合成して
超音波楕円振動を形成する超音波振動子において、 前記弾性体が焼鈍処理された金属材料であることを特徴
とする超音波振動子。
4. An ultrasonic transducer, comprising an elastic body and an electromechanical conversion element bonded to the elastic body, which synthesizes two variant resonance modes to form an ultrasonic elliptical vibration, wherein the elastic body is annealed. An ultrasonic transducer, which is a treated metal material.
JP7184453A 1995-07-20 1995-07-20 Ultrasonic vibrator Withdrawn JPH0937577A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009106156A (en) * 2002-07-12 2009-05-14 Seiko Instruments Inc Piezoelectric motor and electronic equipment with same

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