JPH02228276A - 超音波振動子の調整方法 - 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、超音波振動子の調整方法に関するものである
。

［従来技術］ 上記のような超音波振動子は主に定在波型超音波モータ
に利用されている。

定在波型超音波モータの動作原理は、略楕円運動が励起
される超音波振動子に対して所定圧力で移動子を当接さ
せ、略楕円運動する各質点と移動子との摩擦力により移
動子を駆動するものである。

定在波型超音波振動子は、高効率振動を実現する構成が
得やすいために、定在波型モータは進行波型モータに比
較して高効率、大出力という長所がある。

従来の定在波型モータに利用される超音波振動子は、略
楕円運動を高効率に励起するために、弾性体と励振体と
の接触面では単一方向振動を、また、一方弾性体と移動
子との接触面では楕円振動を行なう固有振動モードを有
する機械共振系を用いることで略楕円運動を得ている。

このような超音波振動子としては、本出願人により特願
昭６２−１７５０４３号、特願昭６３−９７１５２号等
の願書に添付の明細書及び図面により提案されている。

そのような装置の一例を第７図に示す。

同図において、このリニア超音波モータ１０の移動子１
１は、第１圧電体１２の上下面に第２圧電体１３ａ乃至
１３ｄを配置し、それらを２枚の振動体１４ａ、１４ｂ
で挾み、ボルト１５で固定したものである。前記第１圧
電体１２及び第２圧電体１３ａ乃至１３ｄに統一周波数
の電圧を印加することにより、矢印Ｘ及び矢印Ｙの方向
に別位相の曲げ振動及び剪断振動が励起される。これら
の振動が合成されて前記振動帯１４ａ、１４ｂの翼部に
は略楕円運動が発生する。この略楕円運動により、前記
翼部の間に挾まれたレール１７ａ１１７ｂとの間に駆動
力が生じ、前記移動子１１はレール１７ａ、１７ｂに沿
って移動する。

［発明が解決しようとする課＠］ しかしながら、前記超音波振動子において、その形状寸
法だけによって前記２方向振動の共振周波数を数［Ｈｚ
１以内に一致させるためには、該超音波振動子の振動周
波数は一般に数＋［ｋＨｚ］である事から、数層単位と
いう高機械精度が必要となる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、２方向振動の共振周波数を、前記超音波振動
子の形状寸法だけでなく、別途調節手段を利用して一致
させる事により、高精度機械部品を用いずとも、印加さ
れた電気入力を高効率で略楕円振動に変換する事のでき
る優れた超音波振動子の調整方法を提供する事をその目
的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の方法は、交流電気信
号が印加されることにより超音波振動が発生する電気機
械変換素子と、少なくとも１点で固定された弾性体と、
前記電気機械変換素子の振動を前記弾性体の一点に伝え
る結合体とを有し、所定の部位に略楕円振動が励振され
る超音波振動子に対し、前記弾性体における前記結合体
より振動を伝える点の位置を固定部に対し、相対的に移
動させることを特徴とする。

［作用］ 上記の方法において、弾性体の共振周波数は、基本的に
はその形状により決定される。

しかし、振動を励振する点を本発明の方法の如く移動さ
せると、僅かであるがその共振周波数が変化する。

Ｃ実施例〕 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図乃至第３図は、本実施例の超音波振動子を示す図
である。第１図は超音波振動子の断面図であり、第１図
は第２図中Ａ−Ａ’における上面図である。

同図において、矩形平板形状を有する弾性体３０の側面
には、該弾性体３０に縦振動を励振するための第１圧電
体３１が着設されている。該第１圧電体３１の他方の面
には、電極３２が着設されている。　前記弾性体３０の
長手方向中心には、円孔が形成され該弾性体３０を固定
するための固定ボルト３３が貫通している。該固定ボル
ト３３の他の一端は、基台３４に固定されている。

第１図に示すように前記弾性体３０の下方には、該弾性
体３０に曲げ振動を励振するための第２圧電体３５が前
記基台３４上に配置され、該第２圧電体３５の上面には
電極３６が着設されている。

更に前記弾性体３０と該電極３６との間には、駆動子３
７が配置されている。該駆動子３７の上面には、突起３
８が形成されている。

前記弾性体３０と、前記第２圧電体３５と該駆動子３７
とは、前記固定ボルト３３により圧着固定されている。

更に、該弾性体３０は、第４図に示すように大略所定の
周波数ｆにおいて曲げ振動するようにその形状寸法によ
り調節されている。また、大略同一の周波数ｆにおいて
長さ方向に両端自由端１次モードで縦振動するよう形状
寸法により調節されている。

一般に、弾性体中を伝搬する縦振動の共振周波数は、弾
性体の長さに依存する。また、弾性体の厚さ方向の曲げ
振動共振周波数は、該弾性体の長さ及び厚さに依存する
。従って、該弾性体の形状寸法によって、前述のような
２方向振動の共振周波数を大略一致する事は可能である
。

以上のような構成を有する超音波振動子２０において、
前記２方向振動周波数を完全に一致させる方法を以下に
説明する。

まず、電極３２に交流電圧を印加すると、第１圧電体３
１が振動する。この交流電圧の周波数を前記ｆの近傍で
変化させると、弾性体３０が矢印Ｂの方向に大きく励振
される周波数（共振周波数）ｆｄが見つかる。この周波
数ｆｄを、本超音波振動子２０の駆動周波数とする。

次に弾性体３０の矢印Ｃの方向の共振周波数を前記ｆｄ
に合わせる。公知のように、この場合矢印Ｂの方向の共
振周波数は、駆動子３７における突起３８の接触位置に
依存しない。そのため、駆動子３７の位置を換えても、
上記共振周波数がずれることはない。しかし矢印Ｃの方
向については、上記位置に依存する。そのため、第５図
（ａ）乃至（ｄ）に示すように、少しずつ形状をかえ、
当接する位置を換えた駆動子を多数用意し、その中より
適する１個を選ぶことにより、上記矢印Ｃの方向の共振
周波数を選ぶことができる。このようにして、弾性体３
０の矢印Ａの方向と矢印Ｂの方向との共振周波数を合わ
せる。

このようにして共振周波数を合わした超音波振動子は次
のように利用される。

まず第１圧電体３１の電極３２及び第２圧電体３５の電
極３６に、発振周波数ｆｄで且つ位相差を調整できる発
振器を夫々接続する。電極３６１；周波数ｆｄの交流電
気信号を印加すると、前記第２圧電体３５は、第２図中
Ｃ方向に振動する。該振動は前記駆動子３７に伝達され
、該駆動子３７上面に形成された突起３８に集中されて
前記弾性体３０を励振する。この励振により該弾性体３
゜は中心固定ボルト３３及び駆動子３７も含んだ共振器
として曲げ振動する。

また、電極３２に周波数ｆｄの交流電気信号を印加する
と、前記第１圧電体３１は第２図中Ｃ方向に振動し、前
記弾性体は縦振動で共振する。これらの振動が合成され
、前記弾性体３ｏは略楕円振動する。このように、略楕
円振動が励起される超音波振動子に可動子を当接させる
ことにより、その可動子に駆動力がかかることは公知で
あり、ここでは詳述しない。しかし、上記のことにより
、本超音波振動子は、超音波モータをはじめとして種々
の工業機器に利用可能であることは明白であり、且つ上
記のように弾性体を２方向より別々に励振するため、振
動軌跡の形状を自由に変え得るため、その駆動力の方向
を可変でき、従来の振動子では利用できなかった分野に
も利用可能である。

この場合、可動子の移動可能方向と別の方向の振動を本
方法で調整するほうが、効率の点で有利である。更に、
従来のように弾性体の形状で共振周波数を合わす場合で
は十数ミクロンオーダーの精密な加工が必要であるが、
本実施例の駆動子は二十数ミクロン程度の誤差は許容範
囲となる。

尚、上記実施例は超音波振動子の駆動子に形成された梁
に片持梁を使用したが、これに限定されるものではなく
、第６図（ａ）乃至（ｃ）に示すように種々の形状を用
いる事も可能である。

また、超音波振動子の駆動子として圧電体を使用したが
、これに限定されるものではなく、電気エネルギーを機
械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば電歪素
子、磁歪素子等を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、僅かな周波数範囲であるが、共振周波数を調整できる
。そのため、例えば、２方向振動の共振周波数を調節し
て一致させる事が可能となり、その結果、印加された電
気入力を高効率で略楕円振動に変換する事ができる。こ
のように本発明を用いれば、最適励振条件で励振される
優れた超音波振動子を提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、本発明を適用する超音波振動子の
断面図、第２図は、上記超音波振動子の上面図、第３図
は、上記超音波振動子の分解斜視図、第４図は、上記超
音波振動子の振幅分布説明図、第５図は、駆動子の突起
の説明図、第６図は、種々の形状を有する駆動子突起の
説明図であ、る。また、第７図は、従来の超音波モータ
の例を示す図である。 図中、３０は弾性体、３５は電気機械変換手段に対応す
る第２圧電体、３８は結合体に対応する駆動子の突起で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　交流電気信号が印加されることにより超音波振動
   が発生する電気機械変換素子と、 少くとも一点で固定された弾性体と、 前記電気機械変換子の振動を前記弾性体の一点に伝える
   結合体とを有し、所定の部位に略楕円振動が励振される
   超音波振動子の共振周波数調整方法であって、 前記弾性体における前記結合体より振動を伝えられる点
   の位置を固定部に対して相対的に移動させることを特徴
   とする調整方法。