(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする複合振動子。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１記載の複合振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開平７−７５３５３号（第１図）
【特許文献２】特開平７−１９４１５４号（第２図）
【特許文献３】特開平６−５４５６２号（第１図）
【特許文献４】特開平１０−６６３６１号（第１図）
【非特許文献１】「ねじり振動円筒を用いた超音波モ−タの負荷特性について  縦−ねじり変換を用いた超音波回転装置（44）」鈴木 厚行、木原 昌紀、勝亦 康裕、石井 佳祐、辻野次郎丸日本音響学会２００５年春季研究発表会講演論文集  pp。895−896  2005年
【非特許文献２】「超音波モ−タを指にもつロボットハンドの駆動特性（第２報、ＰＷＭによる駆動特性）」西堀賢司  日本機械学会論文集  第64巻623号、Ｃ編、pp。2557−2562。1998年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【実施例２】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる複合振動子の外観図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる複合振動子の外観図である。
【図３】振動放射面の形状例である。
【図４】本発明の複合振動子を利用した超音波モ−タの外観図である。
【図５】本発明の複合振動子を利用した超音波切削加工機の外観図である。
【図６】本発明の複合振動子を利用した超音波溶接機の外観図である。
【図７】本発明の複合振動子を利用した超音波攪拌機の外観図である。
【符号の説明】
【００２８】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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