JP5362235B2 - Compound vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波モ−タや超音波加工機等の振動応用機器で用いられる複合振動子に関する。 The present invention relates to a composite vibrator used in vibration application equipment such as an ultrasonic motor and an ultrasonic processing machine.
従来の複合振動子には、金属円筒の外周接線方向に複数の縦振動子を、金属円筒の軸方向に1本の縦振動子を設置したものがある(例えば、非特許文献1参照)。問題点は捩り振動用振動子と縦振動用振動子の形状・設置箇所の違いから振動子の共振周波数・インピ−ダンス・温度特性が一致せず、高出力が得られないことである。また、装置が大きく、回路も複雑である。 Some conventional composite vibrators are provided with a plurality of longitudinal vibrators in the outer circumferential tangential direction of the metal cylinder and one longitudinal vibrator in the axial direction of the metal cylinder (for example, see Non-Patent Document 1). The problem is that the resonance frequency, impedance, and temperature characteristics of the vibrator do not match due to the difference in the shape and location of the vibrator for torsional vibration and longitudinal vibration, and high output cannot be obtained. In addition, the apparatus is large and the circuit is complicated.
更に、弾性体に複数の斜めスリット溝を形成したものがある(例えば、特許文献1、2参照)。問題点は応力によるスリット部の疲労破壊、振動エネルギ−のロス、スリット形成の困難さである。また特許文献2の場合、振動源が電気歪振動子を貼着したタイプであるため、ボルト締めランジュバン型振動子ほどの出力は得られない。
Further, there is an elastic body in which a plurality of oblique slit grooves are formed (for example, see
また縦および捩り振動用圧電素子を組合せたものがある(例えば、特許文献3参照)。問題点は、捩り振動用圧電素子の機械的強度は縦振動用圧電素子より低く、高出力を得にくいことである。また捩り振動用圧電素子はコストも高い。 Further, there is a combination of longitudinal and torsional vibration piezoelectric elements (see, for example, Patent Document 3). The problem is that the mechanical strength of the piezoelectric element for torsional vibration is lower than that of the piezoelectric element for longitudinal vibration, and it is difficult to obtain a high output. Moreover, the cost of the torsional vibration piezoelectric element is high.
またねじり振動体を備えたものがある(例えば、特許文献4参照)。問題点は駆動面積が小さいこと及びねじり振動体を備えることによる振動エネルギ−のロスである。 Moreover, there is one provided with a torsional vibrator (see, for example, Patent Document 4). The problem is the loss of vibration energy due to the small drive area and the provision of the torsional vibrator.
また従来の超音波モ−タには振動子を回転体の径方向に対して所要角度を有して配置したものがある(例えば、非特許文献2参照)。問題点は接触駆動面積が小さいため、高出力が得られないことである。
本発明は、上記の諸問題を解決しようとするものであり、高出力・高剛性・高効率・長寿命・省スペ−スな複合振動子を実現することを目的とするものである。 The present invention is intended to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a composite vibrator having high output, high rigidity, high efficiency, long life, and space saving.
本発明は上記目的を達成するために、請求項1記載の複合振動子は、複数の振動子を回転対称に配設した複合振動子であって、前記各振動子は、前記回転対称に配設した複合振動子のその回転対称の中心軸に対して捩り方向の振動を発生させるべく、前記中心軸の径方向に対し所定の角度をなすように備えられ、且つ前記複合振動子の振動放射面に対して垂直方向の振動を発生させるべく、前記振動放射面に対し所定の角度をなすように備えられるものである。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the composite vibrator according to
また第2の課題解決手段は、複数の振動子を一体型の弾性体に備えることである。 The second problem solving means is to provide a plurality of vibrators in an integrated elastic body.
また、第3の課題解決手段として、請求項2に記載される複合振動子は、請求項1に記載の複合振動子において、前記各振動子はホーンを備え、このホーン側面に振動放射面を設けたものである。
As a third means for solving problems, the composite transducer as set forth in
上記第1の課題解決手段である請求項1記載の発明による作用は次の通りである。すなわち、高出力・高剛性・高効率・安価な振動子を用いることができ、また装置全体も疲労破壊しにくいため、高出力・高剛性・高効率・長寿命・安価な複合振動子を実現できる。また、全ての振動子の共振周波数・インピーダンス・温度特性を一致させることが容易である。 The operation of the first aspect of the present invention according to the first aspect is as follows. In other words, high-power, high-rigidity, high-efficiency, and inexpensive vibrators can be used, and the entire device is not easily damaged by fatigue, resulting in a high-power, high-rigidity, high-efficiency, long-life, and low-cost composite vibrator. it can. In addition, it is easy to match the resonance frequency, impedance, and temperature characteristics of all the vibrators.
また、第2の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、各振動子の振動エネルギ−を1カ所に収束させることができる。そのため高出力化・省スペ−ス化が可能である。 The operation of the second problem solving means is as follows. That is, the vibration energy of each vibrator can be converged in one place. Therefore, high output and space saving are possible.
また、第3の課題解決手段である請求項2記載の発明による作用は次の通りである。すなわち、各振動子にホ−ンを備えることにより、振動振幅を拡大することができる。且つホ−ンの傾斜を利用して振動放射面に対して所要角度を有して備えることができるため、振動エネルギ−のロスが少ない構造にすることができる。
The operation of the invention according to
以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の複合振動子の一実施例の全体構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an embodiment of a composite vibrator according to the present invention.
同図に示す本実施例の複合振動子は、ボルト締めランジュバン型振動子等の振動子1と、それぞれの振動子1を固定し、振動を合成する振動合成器2から概略構成される。本実施例の複合振動子を他の要素に接続する場合は中心軸用雌ねじ部3を用いる。
The composite vibrator of the present embodiment shown in the figure is roughly composed of a
それぞれの振動子を中心軸4の径方向に対して所要角度5(例えば90度)を有し、且つ振動放射面6に対しても所要角度7(例えば30度や60度)を有して振動合成器2にボルト8によって接続する。またそれぞれの接続面はよく研磨して十分に密着させる。中心軸4の径方向に対して所要角度5を有して備えることにより捩り方向の振動を発生させ、振動放射面6に対して所要角度7を有して備えることにより縦方向の振動を発生させる。
Each vibrator has a required angle 5 (for example, 90 degrees) with respect to the radial direction of the central axis 4 and also has a required angle 7 (for example, 30 degrees or 60 degrees) with respect to the
振動子1や振動合成器2の材質にはアルミニウム合金・ステンレス鋼・チタン等の弾性体を用いる。またボルト8はステンレス鋼等の弾性体を用いる。
The
図2は、本発明の他の実施例を示す図である。各振動子にコニカルホ−ン等のホ−ン10を備えた例である。ホ−ン10の先端部に振動放射面6を有するチップ部11を備える。本発明の複合振動子を超音波モ−タに適用する場合は振動放射面6に鉄鋼・ステンレス鋼等の弾性体12(ロ−タ)を押し付けた状態で使用する。また弾性体12を振動放射面に接着あるいは圧着することにより、振動を合成することができる。
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention. This is an example in which a
図3は振動放射面6の形状の例である。図 (b) は図 (a) に溝13を設けた例である。
FIG. 3 shows an example of the shape of the
超音波モ−タへの適用例
図4は、本発明の複合振動子を超音波モ−タへ適用した一例である。同図に示す本実施例の超音波モ−タは、本発明の複合振動子(ステ−タ)20とロ−タ21、圧力印加機構22、固定用フランジ23から概略構成される。複合振動子20とロ−タ21の接触面は炭化珪素等でよく研磨して密着させる。圧力印加機構22はナット等の固定具24、中心軸25、さらばね・コイルばね等の弾性体26から概略構成され、固定用ナット24の位置によりステ−タ20・ロ−タ21間に印加する圧力を調整する。ロ−タ21には駆動力を取り出すための突起部27を設けている。
Application Example to Ultrasonic Motor FIG. 4 shows an example in which the composite vibrator of the present invention is applied to an ultrasonic motor. The ultrasonic motor of this embodiment shown in the figure is roughly composed of a composite vibrator (stator) 20 and a
超音波加工機への適用例
本発明の複合振動子は超音波切削加工機、超音波研磨機、超音波溶接機等の加工機に適用できる。図5は超音波切削加工機に適用した一例である。同図に示す本実施例の超音波切削加工機は、本発明の複合振動子20と振動ホ−ン30、切刃31から概略構成される。切刃31はボルト32で固定する。
Application Example to Ultrasonic Machine The composite vibrator of the present invention can be applied to a processing machine such as an ultrasonic cutting machine, an ultrasonic polishing machine, and an ultrasonic welding machine. FIG. 5 shows an example applied to an ultrasonic cutting machine. The ultrasonic cutting machine according to the present embodiment shown in the figure is roughly composed of the
また図6は本発明の複合振動子20を超音波溶接機に適用した一例である。同図に示す本実施例の超音波溶接機は、本発明の複合振動子20と振動ホ−ン30、溶接チップ部33から概略構成される。被溶接物34をアンビル35上に設置し、本装置を押し当てて溶接する。
FIG. 6 shows an example in which the
超音波撹拌機への適用例
図7は、本発明の複合振動子20を超音波攪拌機に適用した一例である。同図に示す本実施例の超音波撹拌機は、本発明の複合振動子20と振動ホ−ン30、撹拌棒40から概略構成される。被撹拌物41をビ−カ−等の容器42に入れて撹拌させる。
Application Example to Ultrasonic Stirrer FIG. 7 is an example in which the
超音波モ−タとして、高出力・高剛性・高効率・静音・省スペ−スが望まれるロボット・エレベ−タ・エスカレ−タ・自動ドア・フォ−クリフト・宇宙空間用モ−タ等に利用することができる。また超音波モ−タは磁界を発生せず、影響も受けないためMRIなどの高磁場環境で利用することができる。 Ultrasonic motors for robots, elevators, escalators, automatic doors, forklifts, space motors, etc. where high output, high rigidity, high efficiency, quietness, and space saving are desired Can be used. Further, since the ultrasonic motor does not generate a magnetic field and is not affected, it can be used in a high magnetic field environment such as MRI.
高性能化(高速化・安定化・省エネルギ−化)が望まれる超音波溶接機、超音波切削加工機、超音波攪拌機等の各種強力超音波機器に利用することができる。 It can be used for various powerful ultrasonic equipment such as an ultrasonic welding machine, an ultrasonic cutting machine, an ultrasonic agitator and the like that require high performance (high speed, stabilization, and energy saving).
1 振動子
2 振動合成器
3 雌ねじ部
4 中心軸
5 中心軸の径方向に対する振動子の設置角度
6 振動放射面
7 振動放射面に対する振動子の設置角度
8 結合ボルト
10 ホ−ン
11 チップ部
12 弾性体
13 溝
20 複合振動子
21 ロ−タ
22 圧力印加機構
23 フランジ
24 固定具
25 中心軸
26 弾性体
27 突起部
30 ホ−ン
31 切刃
32 ボルト
33 溶接チップ部
34 被溶接物
35 アンビル
40 撹拌棒
41 被撹拌物
42 容器
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