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JPH0740792B2 - Support structure for cylindrical piezoelectric vibrators - Google Patents

Support structure for cylindrical piezoelectric vibrators

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Publication number
JPH0740792B2
JPH0740792B2 JP61098627A JP9862786A JPH0740792B2 JP H0740792 B2 JPH0740792 B2 JP H0740792B2 JP 61098627 A JP61098627 A JP 61098627A JP 9862786 A JP9862786 A JP 9862786A JP H0740792 B2 JPH0740792 B2 JP H0740792B2
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JP
Japan
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piezoelectric vibrator
vibration
support
cylindrical
cylindrical piezoelectric
Prior art date
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JP61098627A
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Japanese (ja)
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JPS62254667A (en
Inventor
克己 藤本
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62254667A publication Critical patent/JPS62254667A/en
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/005Mechanical details, e.g. housings
    • H02N2/0055Supports for driving or driven bodies; Means for pressing driving body against driven body
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、呼吸振動や面内撓み振動と称されている、
振動のノードが振動子外に存在する振動モードが振動子
内にあってもノードが点であるような振動モードを利用
した円筒型圧電振動子の支持構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention is called respiratory vibration or in-plane bending vibration,
The present invention relates to a support structure for a cylindrical piezoelectric vibrator using a vibration mode in which a node is a point even if a vibration mode in which a vibration node exists outside the vibrator exists inside the vibrator.

[従来の技術] 円環型圧電振動子とも称されている円筒型圧電振動子の
固有共振には、第10図(a)に示す呼吸振動、第10図
(b)に示す面内撓み振動および第10図(c)に示す軸
方向面外撓み振動がある。各円筒型圧電振動子1,2,3
は、40〜50W/cm3と高いエネルギ密度を有するため、こ
れを効率良く回転力に変換することができれば小形かつ
高性能のモータを得ることができる。そこで、上述した
3種の振動モードを利用した圧電モータが種々提案され
ている。
[Prior Art] The natural resonance of a cylindrical piezoelectric vibrator, which is also called an annular piezoelectric vibrator, includes respiratory vibration shown in Fig. 10 (a) and in-plane bending vibration shown in Fig. 10 (b). And there is an axial out-of-plane bending vibration shown in FIG. 10 (c). Each cylinder type piezoelectric vibrator 1,2,3
Has a high energy density of 40 to 50 W / cm 3 , so a small and high-performance motor can be obtained if it can be efficiently converted into rotational force. Therefore, various piezoelectric motors utilizing the above-mentioned three types of vibration modes have been proposed.

[発明が解決しようとする問題点] たとえば圧電モータとして利用する場合、ステータとし
ての円筒型圧電振動子をハウジング等の固定対象物に取
付ける必要がある。当然のことながら、ロータへの回転
力の伝達を効率良く行なうには、ステータとしての円筒
型圧電振動子の振動をあまりダンピングすることなくハ
ウジング等の固定対象物に取付けねばならない。よっ
て、円筒型圧電振動子の振動のノードで該圧電振動子を
支持することができれば、圧電振動子の振動をあまり拘
束せずに支持することができる。
[Problems to be Solved by the Invention] When used as a piezoelectric motor, for example, it is necessary to attach a cylindrical piezoelectric vibrator as a stator to a fixed object such as a housing. As a matter of course, in order to efficiently transmit the rotational force to the rotor, it is necessary to mount the vibration on the cylindrical piezoelectric vibrator serving as the stator on a fixed object such as a housing without damaging the vibration. Therefore, if the piezoelectric vibrator can be supported by the vibration node of the cylindrical piezoelectric vibrator, the vibration of the piezoelectric vibrator can be supported without being restrained so much.

しかしながら、第10図(a)に示した呼吸振動モードを
利用した円筒型圧電振動子1では、振動のノード点は円
筒型圧電振動子1の中心Aに存在する。したがって、実
際には該圧電振動子1を振動のノードで支持することは
不可能であり、積極樹に変位する振動子の一部で支持し
なければならず、圧電振動子1は支持構造によりかなり
の程度ダンピングされていた。
However, in the cylindrical piezoelectric vibrator 1 utilizing the respiratory vibration mode shown in FIG. 10 (a), the node point of vibration exists at the center A of the cylindrical piezoelectric vibrator 1. Therefore, in reality, it is impossible to support the piezoelectric vibrator 1 at a vibration node, and it is necessary to support the piezoelectric vibrator 1 by a part of the vibrator that is positively displaced. It was dumped to a great extent.

他方、第10図(b)に示した面内撓み振動モードを利用
する円筒型圧電振動子2では、振動のノードは振動子上
の点B…に存在する。振動子上のノード点Bで支持する
ことは一応可能であるが、面内撓み振動モードを利用し
た円筒型圧電振動子で圧電モータを構成する場合には、
面内撓み振動は進行波として励振されねばならない。し
たがって、進行波が発生されるため、振動子上のノード
点Bは時間ともに振動子上を移動するので、やはり振動
子2上の一部で支持したとしても、振動子2の面内撓み
振動をかなりの程度ダンピングすることになっていた。
On the other hand, in the cylindrical piezoelectric vibrator 2 utilizing the in-plane bending vibration mode shown in FIG. 10 (b), the node of vibration exists at points B ... on the vibrator. Although it is possible to support it at the node point B on the vibrator, if the piezoelectric motor is composed of a cylindrical piezoelectric vibrator using the in-plane bending vibration mode,
The in-plane flexural vibration must be excited as a traveling wave. Therefore, since a traveling wave is generated, the node point B on the vibrator moves on the vibrator with time, and even if it is supported by a part of the vibrator 2, the in-plane bending vibration of the vibrator 2 is also generated. Was supposed to be dumped to a large extent.

よって、この発明の目的は、面内撓み振動あるいは呼吸
振動モードを利用した円筒型圧電振動子をさほどダンピ
ングせずに支持し得る支持構造を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a support structure capable of supporting a cylindrical piezoelectric vibrator utilizing in-plane bending vibration or respiratory vibration mode without much damping.

[問題点を解決するための手段] この発明は、振動のノード点が振動子外に存在する振動
モード、すなわち呼吸振動モード、または振動子内にあ
ってもノード点あるような面内撓み振動モードを利用し
た円筒型圧電振動子の支持構造を提供するものであり、
円筒型圧電振動子と、円筒型圧電振動子の軸方向に延び
るように該圧電振動子にその一端部が固定された支持体
とを備える。そして、圧電振動子の上記振動に基づいて
支持体に引き起こされた支持体の長さ方向の振動の波長
をλとしたときに、該支持体の圧電振動子からλ(2n+
1)/4離れた位置に支持体の他端部が位置し、当該他端
部が固定対象物に固定されて支持されていることを特徴
とする。
[Means for Solving Problems] The present invention is directed to a vibration mode in which a node point of vibration exists outside the vibrator, that is, a respiratory vibration mode, or an in-plane bending vibration in which there is a node point even inside the vibrator. It is intended to provide a support structure for a cylindrical piezoelectric vibrator using modes,
It is provided with a cylindrical piezoelectric vibrator and a support body having one end fixed to the piezoelectric vibrator so as to extend in the axial direction of the cylindrical piezoelectric vibrator. When the wavelength of the longitudinal vibration of the support caused on the support based on the vibration of the piezoelectric vibrator is λ, λ (2n +
1) / 4, the other end of the support is located at a position apart from the other end, and the other end is fixed and supported by an object to be fixed.

[作用] この発明は、円筒型圧電振動子に固定された支持体の他
端部に受動的に生じた振動のノード点において円筒型圧
電振動子を支持体とともに支持することを特徴とするも
のである。すなわち、圧電振動子に固定された支持体に
は、圧電振動子の面内撓み振動モードあるいは呼吸振動
モードに基づく振動により、長さ方向の撓み振動が生じ
る。この受動的に発生された振動の波長をλとした場
合、受動的な振動の発生源となる圧電振動子からλ(2n
+1)/4離れた支持体上の端部位置が該支持体の振動の
ノードとなる。よって、このノード点となる端部におい
て支持体を固定対象物により支持すれば、支持体の長さ
方向の振動はほとんど拘束されず、ひいては支持体に固
定された円筒型圧電振動子の面内撓み振動あるいは呼吸
振動もさほどダンピングされずに振動し続けることがで
きる。
[Operation] The present invention is characterized in that the cylindrical piezoelectric vibrator is supported together with the support at the node point of the vibration passively generated at the other end of the support fixed to the cylindrical piezoelectric vibrator. Is. That is, in the support fixed to the piezoelectric vibrator, bending vibration in the longitudinal direction occurs due to vibration in the in-plane bending vibration mode or the respiratory vibration mode of the piezoelectric vibrator. If the wavelength of this passively generated vibration is λ, then λ (2n
The end positions on the support, which are +1) / 4 apart, are the nodes of vibration of the support. Therefore, if the supporting body is supported by the fixing object at the end that is the node point, the vibration in the longitudinal direction of the supporting body is hardly restrained, and by extension, the in-plane surface of the cylindrical piezoelectric vibrator fixed to the supporting body. The bending vibration or the respiratory vibration can continue to vibrate without being damped so much.

[実施例の説明] 第1図はこの発明の一実施例を示し、ここでは円筒型圧
電振動子11の外周に円筒状の支持体12の一端部が固定さ
れている。円筒状の圧電振動子11は、第10図(a)に示
した呼吸振動モードあるいは第10図(b)に示した面内
撓み振動モードを利用するものである。
Description of Embodiments FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which one end of a cylindrical support 12 is fixed to the outer periphery of a cylindrical piezoelectric vibrator 11. The cylindrical piezoelectric vibrator 11 utilizes the breathing vibration mode shown in FIG. 10 (a) or the in-plane bending vibration mode shown in FIG. 10 (b).

面内撓み振動モードを利用する圧電振動子としては、た
とえば第6図〜第9図に示す各圧電振動子21,31,41,51
を用いることがきる。このうち、第6図および第8図に
示した圧電振動子21,41は、横効果すなわちd31方向の変
位を利用するものであり、図示の+および−は、分極方
向を示すものであり、各圧電振動子21,41は隣接する部
分が逆極性となるように厚み方向に分極処理されてい
る。なお、第8図に示した圧電振動子41では、外周に金
属環42が嵌め合わされている。
As a piezoelectric vibrator utilizing the in-plane bending vibration mode, for example, each piezoelectric vibrator 21, 31, 41, 51 shown in FIGS. 6 to 9 is used.
Can be used. Among them, the piezoelectric vibrators 21 and 41 shown in FIGS. 6 and 8 utilize the lateral effect, that is, the displacement in the d 31 direction, and + and − in the figure indicate polarization directions. The piezoelectric vibrators 21 and 41 are polarized in the thickness direction so that adjacent parts have opposite polarities. In the piezoelectric vibrator 41 shown in FIG. 8, a metal ring 42 is fitted on the outer circumference.

他方、第7図および第9図に示した圧電振動子31,51は
縦効果すなわちd33方向の変位を利用したものであり、
圧電振動子31,51は隣接する領域が互いに逆方向となる
ように径方向にそれぞれ分極処理されている。なお、第
7図に示した圧電振動子31では、外周に金属環32が嵌め
込まれている。
On the other hand, the piezoelectric vibrators 31 and 51 shown in FIGS. 7 and 9 utilize the vertical effect, that is, the displacement in the d 33 direction.
The piezoelectric vibrators 31 and 51 are respectively polarized in the radial direction so that adjacent regions are in opposite directions. In the piezoelectric vibrator 31 shown in FIG. 7, a metal ring 32 is fitted on the outer circumference.

第1図に戻り、圧電振動子11として、上述した圧電振動
子21…51を用いて面内撓み振動を生じさせた場合、第10
図(b)に矢印で示す方向に振動する。したがって、第
2図に部分断面図で示すように、圧電振動子11は径方向
に振動することになり、支持体12は該圧電振動子11の振
動に伴なって振動されることになる。この支持体12に受
動的に生じる振動は、第3図に略図的に示すように長さ
方向に沿った撓み振動となる(破線Zで示す。)。
Returning to FIG. 1, when in-plane bending vibration is generated using the above-described piezoelectric vibrators 21 ... 51 as the piezoelectric vibrator 11,
It vibrates in the direction shown by the arrow in FIG. Therefore, as shown in the partial sectional view of FIG. 2, the piezoelectric vibrator 11 vibrates in the radial direction, and the support 12 vibrates with the vibration of the piezoelectric vibrator 11. The vibration passively generated in the support body 12 becomes a bending vibration along the length direction (indicated by a broken line Z) as schematically shown in FIG.

ところで、この実施例では、支持体12の長さは、支持体
12上に受動的に生じた振動の波長をλとしたときに、λ
(2n+1)/4となる長さに選ばれている。すなわち、支
持体12の圧電振動子11と反対側の端部が、該支持体12上
に生じる振動のノードとなるように選ばれている。よっ
て、支持体12の先端で該支持体12をハウジング等の固定
対象物に固定して支持すれば、支持体12上に生じた振動
を拘束せずに支持体12を支持することができる。このこ
とは、支持体12の振動を拘束しないだけでなく、支持体
12に結合されている圧電振動子11の面内撓み振動をも拘
束しないことを意味する。よって、第1図〜第3図実施
例の支持構造では、円筒型圧電振動子の面内撓み振動を
あまりダンピングせずに円筒型圧電振動子11を支持する
ことが可能となる。
By the way, in this embodiment, the length of the support 12 is
If the wavelength of the vibration passively generated on 12 is λ, then λ
The length is chosen to be (2n + 1) / 4. That is, the end of the support 12 on the side opposite to the piezoelectric vibrator 11 is selected so as to serve as a node of vibration generated on the support 12. Therefore, if the support body 12 is fixed to and supported by a fixed object such as a housing at the tip of the support body 12, the support body 12 can be supported without restraining the vibration generated on the support body 12. This not only restrains the vibration of the support 12 but also
This means that the in-plane bending vibration of the piezoelectric vibrator 11 coupled to 12 is not restricted. Therefore, in the support structure of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the cylindrical piezoelectric vibrator 11 can be supported without damaging the in-plane bending vibration of the cylindrical piezoelectric vibrator.

第4図は、この発明の他の実施例を示し、ここでは支持
体62に複数の切欠62aが形成されている。このように円
筒状の支持体62の切欠62aを形成することにより、支持
体62を含む振動系のコンプライアンスをより小さくする
ことができ、したがって圧電振動子61の振動をより一層
拘束せずに支持することができる。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, in which a plurality of notches 62a are formed in the support body 62. By forming the notch 62a of the cylindrical support body 62 in this way, the compliance of the vibration system including the support body 62 can be further reduced, and therefore, the vibration of the piezoelectric vibrator 61 can be supported without being further restricted. can do.

なお、第1図実施例および第4図実施例では、支持体12
は、圧電振動子11,61の外周に固定されていたが、第5
図に示すように圧電振動子71の内周に支持体13を固定し
てもよく、あるいは第5図に想像線で示すように円筒型
圧電振動子71の下面に当接するように支持体72を固定し
てもよい。また、支持体については、円筒型圧電振動子
の外周に沿うように円筒状に構成する必要はなく、単な
る棒状の支持材を複数本用いて円筒型圧電振動子に固定
してもよい。
In addition, in the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG.
Was fixed on the outer periphery of the piezoelectric vibrators 11,61,
As shown in the figure, the support 13 may be fixed to the inner periphery of the piezoelectric vibrator 71, or as shown by the phantom line in FIG. 5, the support 72 may be brought into contact with the lower surface of the cylindrical piezoelectric vibrator 71. May be fixed. The support does not have to be formed in a cylindrical shape along the outer circumference of the cylindrical piezoelectric vibrator, and a plurality of simple rod-shaped support members may be used to fix the cylindrical piezoelectric vibrator to the cylindrical piezoelectric vibrator.

[発明の効果] この発明では、圧電振動子の振動に基づいて支持体に生
じた支持体の長さ方向の振動の波長をλとしたときに、
支持体の圧電振動子からλ(2n+1)/離れた位置にあ
る端部で、支持体が固定対象物に固定されるので、すな
わち支持体に受動的に引き起こされる振動のノード点で
支持体が支持されるので、支持体に引き起こされる振動
はほとんど拘束されない。よって、支持体に固定された
圧電振動子の面内撓み振動あるいは呼吸振動もまたほと
んどダンピングされないことがわかる。したがって、こ
の発明の支持構造によれば、円筒型圧電振動子の振動を
拘束せずに該圧電振動子を支持することが可能となる。
それゆえに、たとえば圧電モータを構成する場合には、
円筒型圧電振動子の高いエネルギ密度を利用した高効率
のモータを実現することができる。また、支持体を固定
対象物に固定するにあたり、支持体の端部を用いること
ができるので、固定のための構造を簡単にすることがき
る。
[Advantages of the Invention] In the present invention, when the wavelength of the vibration in the lengthwise direction of the support generated on the support based on the vibration of the piezoelectric vibrator is λ,
Since the support is fixed to the fixed object at the end of the support that is λ (2n + 1) / away from the piezoelectric vibrator, that is, the support is at the node point of the vibration that is passively induced in the support. Being supported, vibrations induced in the support are largely unrestrained. Therefore, it can be seen that the in-plane bending vibration or the respiratory vibration of the piezoelectric vibrator fixed to the support body is hardly damped. Therefore, according to the support structure of the present invention, it becomes possible to support the piezoelectric vibrator without restraining the vibration of the cylindrical piezoelectric vibrator.
Therefore, for example, when configuring a piezoelectric motor,
It is possible to realize a highly efficient motor using the high energy density of the cylindrical piezoelectric vibrator. Moreover, since the end portion of the support can be used for fixing the support to the fixing target, the structure for fixing can be simplified.

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

第1図は、この発明の一実施例を説明するための斜視
図、第2図は第1図実施例の部分断面図、第3図は第1
図実施例における支持体の振動を説明するための模式図
である。第4図は、この発明の第2の実施例を示す斜視
図である。第5図は、支持体の固定方法の変形例を示す
断面図である。第6図〜第9図は、それぞれ、円筒型圧
電振動子の例を示す各斜視図である。第10図は、円筒型
圧電振動子の固有共振モードを説明するための図であ
る。 図において、11は円筒型圧電振動子、12は支持体を示
す。
FIG. 1 is a perspective view for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG.
It is a schematic diagram for demonstrating the vibration of the support body in a figure Example. FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing a modified example of the fixing method of the support. 6 to 9 are perspective views showing examples of cylindrical piezoelectric vibrators. FIG. 10 is a diagram for explaining the natural resonance mode of the cylindrical piezoelectric vibrator. In the figure, 11 is a cylindrical piezoelectric vibrator, and 12 is a support.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】呼吸振動または面内撓み振動を利用する円
筒型圧電振動子と、 前記円筒型圧電振動子の軸方向に延びるように該圧電振
動子にその一端部が固定された支持体とを備え、 前記圧電振動子の振動に基づいて支持体に生じた支持体
の長さ方向の振動の波長をλとしたときに、支持体の前
記圧電振動子からλ(2n+1)/4離れた位置に支持体の
他端部が位置し、当該他端部が固定対象物に固定されて
支持されていることを特徴とする円筒型圧電振動子の支
持構造。
1. A cylindrical piezoelectric vibrator utilizing respiratory vibration or in-plane bending vibration, and a support member having one end fixed to the piezoelectric vibrator so as to extend in the axial direction of the cylindrical piezoelectric vibrator. And λ (2n + 1) / 4 away from the piezoelectric vibrator of the support, where λ is the wavelength of the vibration in the length direction of the support generated on the support based on the vibration of the piezoelectric vibrator. A support structure for a cylindrical piezoelectric vibrator, wherein the other end of the support is located at a position, and the other end is fixed and supported by an object to be fixed.
JP61098627A 1986-04-28 1986-04-28 Support structure for cylindrical piezoelectric vibrators Expired - Lifetime JPH0740792B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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JPS62254667A JPS62254667A (en) 1987-11-06
JPH0740792B2 true JPH0740792B2 (en) 1995-05-01

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JPS62254667A (en) 1987-11-06

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