JP2003333695A - ボルト締めランジュバン型振動子 - Google Patents

ボルト締めランジュバン型振動子

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JP2003333695A
JP2003333695A JP2002140273A JP2002140273A JP2003333695A JP 2003333695 A JP2003333695 A JP 2003333695A JP 2002140273 A JP2002140273 A JP 2002140273A JP 2002140273 A JP2002140273 A JP 2002140273A JP 2003333695 A JP2003333695 A JP 2003333695A
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electrode
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Norihiro Yamada
典弘 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は比較的簡単な構成でありながら裏打板
をボルト締めする際に圧電素子及び電極の供回りを防ぐ
ことにある。 【解決手段】本発明は、複数の圧電素子及び電極を積層
し、この積層した圧電素子及び電極を先端部材と裏打板
の間に挟み、ボルトで締め付けたランジュバン型振動子
において、積層した圧電素子及び電極を貫通し、前記先
端部材に連結されたボルトを設け、このボルトに螺合さ
れた第1の裏打板と、この第1の裏打板と前記電極との
間に、第2の裏打板を配置し、前記第2の裏打板にスト
ッパーを設け、前記ボルトには前記溝に嵌るストッパー
を設け、前記ストッパーを前記溝に嵌め込むことにより
前記第2の裏打板と前記ボルトの相対的な回転を阻止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の圧電素子及
び電極を積層し、この積層した圧電素子及び電極をボル
ト締めしたランジュバン型振動子に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ボルト締めランジュバン型振動
子は、それぞれ円筒形に形成された圧電素子及び電極を
積層し、この積層した圧電素子及び電極を裏打板とホー
ンの間に挟み、裏打板をボルトにねじ込み、積層した圧
電素子及び電極を締め付けることにより組み立てられ
る。
【0003】しかし、ボルト締めランジュバン型振動子
の場合、積層した圧電素子及び電極をボルト締めする
際、裏打板をボルトにねじ込む。このとき、裏打板を回
転させるため、裏打板と電極との間に摩擦が生じ、その
摩擦力により、電極を裏打板と共に回転させてしまう。
さらに電極が回転してしまうと、電極と圧電素子の間に
摩擦が生じ、その摩擦力により、圧電素子が電極と共に
回転してしまう。このようにボルト締めする際、圧電素
子及び電極が径方向に回転して位置ずれを起し、その結
果、電極の接続端子位置が本来の位置からずれ、電極の
接続端子への配線が困難になる。
【0004】また、ホーン、裏打板に接触する圧電素子
及び電極はその回転時の摩擦によって、接触面に傷が付
き、もしくは接触面を剥離する等の不具合の他、各部品
の同心円的な配置が乱れ、耐久性を低下させる原因とな
っていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ため、特開昭50−74392号公報にあるように、裏
打板を治工具で固定し、ナットで締め付け、圧電素子及
び電極の回転を防止しながら振動子を組み立てる方法が
提案されている。しかし、この方法では裏打板を治工具
で固定し、圧電素子及び電極の回転を防止するために専
用の治工具を用いなければならない。このため、専用の
治工具を種々用意しておく必要がある。また、締め付け
作業も面倒であった。
【0006】他の解決案として、実開昭59−9697
号公報にあるように、ボルトの断面を真円以外の形状と
して、圧電素子及び電極の中心孔をボルトの断面に嵌め
合う形状にする方式も提案されている。しかし、この方
式ではボルト締めの際に裏打板が回転し、圧電素子及び
電極同士との摩擦力によって圧電素子及び電極は径方向
に回転する向きの力を受ける。しかし、圧電素子はセラ
ミックス製であるため、一部に応力が集中して破損する
可能性があった。また、電極も一般に銅合金であるた
め、回転時の応力により変形してしまう虞があった。
【0007】本発明は前記課題に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、比較的簡単な構成であり
ながら裏打板をボルト締めする際に圧電素子及び電極の
供回りを防ぐことができるボルト締めランジュバン型振
動子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
複数の圧電素子及び電極を積層し、この積層した圧電素
子及び電極を先端部材と裏打板の間に挟み、ボルトで締
め付けたランジュバン型振動子において、積層した圧電
素子及び電極を貫通し、前記先端部材に連結されたボル
トと、前記ボルトに螺合された第1の裏打板と、前記第
1の裏打板と前記電極との間に配置された第2の裏打板
と、前記第2の裏打板と前記ボルトの相対的な回転を阻
止する係合手段とを具備したものである。請求項2に係
る発明は、前記係合手段は、前記第2の裏打板にストッ
パーを設け、前記ボルトには前記溝に嵌るストッパーを
設け、前記ストッパーを前記溝に嵌め込むことを特徴と
する請求項2に記載のボルト締めランジュバン型振動子
である。
【0009】請求項1及び請求項2の発明によれば、第
1の裏打板と電極との間に配置された第2の裏打板をボ
ルトに固定することで、第1の裏打板をボルト締めする
とき、圧電素子及び電極が径方向に回動しない。
【0010】請求項3に係る発明は、複数の圧電素子及
び電極を積層し、この積層した圧電素子及び電極を先端
部材と裏打板の間に挟み、ボルトで締め付けたランジュ
バン型振動子において、積層した圧電素子及び電極を貫
通し、前記先端部材に連結されたボルトと、前記ボルト
に螺合された第1の裏打板と、前記第1の裏打板と前記
電極との間に配置された第2の裏打板と、第1の裏打板
と第2の裏打板とが接触する面同士の摩擦係数を第2の
裏打板と他の部材との接触同士の摩擦係数よりも小さい
ことを特徴とするものである。
【0011】この請求項3の発明によれば、第1の裏打
板と第2の裏打板とが接触する面の摩擦係数が第2の裏
打板と他の部材との接触同士の摩擦係数より小さいた
め、第1の裏打板をボルト締めする際、第2の裏打板が
径方向に回動しない。
【0012】尚、第1の裏打板と第2の裏打板とが接触
する面の摩擦係数は他の部材同士の接触面(例えば、第
2の裏打板と電極、電極と圧電素子、圧電素子とホーン
の接触面)の摩擦係数よりも小さいことが望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1及び図2に
基づいて本発明の第1実施形態に係るランジュバン型超
音波振動子について説明する。図1は本実施形態に係る
ランジュバン型振動子全体の縦断面図であり、図2は第
2の裏打板に設けられたストッパーとボルトに設けられ
た溝の部分を示す斜視図である。
【0014】図1において示すように、ボルト締めラン
ジュバン型振動子1はそれぞれ円筒形状に形成された圧
電素子2及び電極3を積み重ね、この積層した圧電素子
2及び電極3を裏打板4とホーン5の間に挟み込み、ボ
ルト6で締め付けることにより組み立てられる。圧電素
子2及び電極3はその中心部にボルト6を挿入する挿入
孔7を有する。圧電素子2は板状の電極3を挟んで同じ
極面が対向するように交互に積み重ねられる。そして、
ボルト6は裏打板4を貫通し、さらに圧電素子2及び電
極3にわたり、それらの内孔(挿通孔)7に貫通して配
置され、ボルト6の先端部分は先端部材としてのホーン
5に堅くねじ込まれる。
【0015】裏打板4は基端側に位置する第1の裏打板
4aと前記電極3側に位置する第2の裏打板4bとを備
える。第1の裏打板4aと第2の裏打板4bはいずれも
円筒形状に形成されている。第1の裏打板4aの内孔に
は雌ねじ部8が形成されていて、この雌ねじ部8には前
記ボルト6の後端部に形成した雄ねじ部10がねじ込ま
れている。
【0016】第2の裏打板4bにはその裏打板4bを放
射方向の向きで貫通する通し用の孔11が形成され、こ
の孔11にはピン状のストッパー12を嵌め込み、ねじ
止め固定されている。ストッパー12はいわゆるイモね
じであり、第2の裏打板4bの内側面部に設けられた通
し孔11に形成した雌ねじ部に螺合して固定されてい
る。
【0017】図2において示すように、ボルト6には軸
方向に沿って長いスプライン状の溝13が形成されてい
て、この溝13には突起状のストッパー12を嵌め込み
係合する。このため、第2の裏打板4bはボルト6の軸
方向に移動自在であるが、そのボルト6のまわりには回
転できないように係合されている。これによって第2の
裏打板4bと前記ボルト6の相対的な回転を阻止する係
合手段を構築している。
【0018】第2の裏打板4bの後端外周部にはスパナ
等の工具を掛ける角形の頭部14が形成されていて、こ
の頭部14にスパナ等の工具を掛けて第2の裏打板4b
を回転操作できるようになっている。
【0019】また、ホーン5は円錐状の絞りを有する形
状であり、圧電素子2が接する面における中心部にはボ
ルト6の先端ねじ部15と螺合する雌ねじ部16が形成
されている。ホーン5には超音波伝達部材17が連結さ
れている。
【0020】尚、ボルト締めランジュバン型振動子1は
通常、図示しないハンドケースによって覆われ、また、
超音波伝達部材17はハンドケースに取着されたシース
によって覆われる。
【0021】次に、このボルト締めランジュバン型振動
子1の組み立て方法について説明する。まず、ホーン5
の雌ねじ部16にボルト6の先端ねじ部15をねじ込ん
で、ボルト6をホーン5に立設する。この立設したボル
ト6を圧電素子2及び電極3の挿入孔7に差し込むよう
にして、ホーン5側から順に圧電素子2及び電極3を交
互に積み重ねる。この後、ボルト6に第2の裏打板4b
を嵌め込み、最後端に位置する電極3の上に第2の裏打
板4bを重ね合わせる。
【0022】ついで、第2の裏打板4bに設けられた通
し用の孔11にストッパー12をねじ込み、そのストッ
パー12の先端部分を第2の裏打板4bの内方へ突き出
し、ボルト6の溝13に突き当たるまで深くねじ込む。
【0023】最後に第1の裏打板4aをボルト6に嵌め
込み、スパナ等の工具で第2の裏打板4bをねじ込み、
第2の裏打板4bの上から圧電素子2、電極3及び第2
の裏打板4bを締め付ける。これにより、ボルト締めラ
ンジュバン型振動子1が完成する。各電極3に対するリ
ード線の接続等の配線またはホーン5に対する超音波伝
達部材17の連結等は通常、このボルト締めランジュバ
ン型振動子1の完成後に行なう。
【0024】以上説明した如く、本実施形態では第2の
裏打板4bにストッパー12を設け、そのストッパー1
2をボルト6の溝13に嵌め込んで係合させる。このた
め、第2の裏打板4bはボルト6に固定されている。よ
って、スパナ等の工具により第1の裏打板4aを回して
ボルト締めする際において第2の裏打板4bが回転せ
ず、このため、第2の裏打板4bにつられて圧電素子2
及び電極3が径方向に回動することがない。
【0025】また、ボルト締めする際において部品の回
動防止のために専用の治工具は必要としない上、圧電素
子2及び電極3には回転応力が加わらないため、圧電素
子2及び電極3に対し変形する等のダメージを与えるこ
とがない。
【0026】(第2実施形態)図3に基づいて本発明の
第2実施形態に係るランジュバン型超音波振動子につい
て説明する。図3は本実施形態に係るランジュバン型振
動子の一部分解した縦断面図である。
【0027】本実施形態に係るランジュバン型振動子1
は前述した第1実施形態のものと基本的な形態を同じく
する。このため、同様な個所には同一の符号を付してそ
の詳細な説明を省略する。
【0028】第1の裏打板4aと第2の裏打板4bのい
づれもステンレス製である。ホーン5の材質もステンレ
スである。第1の裏打板4aと第2の裏打板4bは組み
付けられたときに互いに接合する接触面が平坦な表面か
らなる。また、裏打板4a,4bの接触面はボルト6の
軸に直角な平面として形成されている。第1の裏打板4
aにおいて第2の裏打板4bと接触する接触面には例え
ばテフロン(登録商標)コーティングが施され、第1の
裏打板4aの接触面には潤滑層21が形成されている。
また、第2の裏打板4bにおいて第1の裏打板4aと接
触する接触面には例えばテフロンコーティングが施さ
れ、潤滑層22が形成されている。そして第1の裏打板
4aと第2の裏打板4bはその潤滑層21,22同士が
互いに接合する。
【0029】また、前記圧電素子2は電歪効果を有する
セラミックス製であり、この圧電素子2の両端面には銀
電極が形成されている。電極3の材質は銅合金である。
また、互いに接合する各部のそれぞれの摩擦係数は以下
の通りである。
【0030】 ホーン5と圧電素子2の接触面の摩擦係数は 0.32 圧電素子2と電極3との接触面の摩擦係数は 0.8 電極3と第2の裏打板4bとの接触面の摩擦係数は 0.46 第1の裏打板4aと第2の裏打板4bとの接触面の摩擦係数は 0.1 以下である。
【0031】次に、このボルト締めランジュバン型振動
子1の組み立て方法について説明する。まず、ホーン5
の雌ねじ部16にボルト6の先端ねじ部15をねじ込
み、ボルト6をホーン5に立設する。この立設したボル
ト6を圧電素子2及び電極3の挿入孔7に差し込むよう
にして、ホーン5側から順に圧電素子2及び電極3を交
互に積み重ねる。この後、ボルト6に第2の裏打板4b
を嵌め込み、最後端の電極3の上に第2の裏打板4bを
重ね合わせる。この際、第2の裏打板4bはテフロンコ
ーティングが施された潤滑層22の面を上に向けて嵌め
込む。さらに第2の裏打板4bの上から第1の裏打板4
aを嵌め込む。この際、第1の裏打板4aはテフロンコ
ーティングが施された潤滑層21の面を下(先)に向け
て第2の裏打板4bに重ね合わせ、スパナ等の工具でボ
ルト6にねじ込み、第1の裏打板4aに第2の裏打板4
bを締め付ける。
【0032】本実施形態ではストッパー12とこれを嵌
め込み係合させる溝13を設けていないが、第1の裏打
板4aの潤滑層21と第2の裏打板4bの潤滑層22が
滑り易く、第1の裏打板4aをボルト6にねじ込むと
き、第1の裏打板4aの回転が第2の裏打板4bの方に
は伝わらない。すなわち第2の裏打板4bは回転せず、
圧電素子2及び電極3が径方向に回動することがない。
このため、第1実施形態と同じような効果が得られる。
【0033】尚、第2実施形態を変形して以下のような
ものとして第1の裏打板4aと第2の裏打板4bとの接
触面の摩擦係数を0.1以下にすることができる。 1.第1の裏打板4aと第2の裏打板4bとの接触面に
シリコンオイル等の潤滑油を塗布する。 2.上記接触面を電解研磨により平滑にする。 3.第1の裏打板4aの材質をアルミナにする。
【0034】尚、本発明に係るランジュバン型振動子は
治療用処置具や工業用器具等に適用できる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
較的簡単な構成でありながら裏打板をボルト締めする際
に圧電素子及び電極の供回りを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るランジュバン型振
動子全体の縦断面図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係るランジュバン型振
動子の裏打板に設けられたストッパーとボルトに設けら
れた溝の部分を示す斜視図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係るランジュバン型振
動子の一部分解した縦断面図である。
【符号の説明】
1 …ランジュバン型振動子 2 …圧電素子 3 …電極 4 …裏打板 4a…第1の裏打板 4b…第2の裏打板 5 …ホーン 6 …ボルト 7 …挿入孔 11 …孔 12 …ストッパー 13 …溝 14 …頭部 17 …超音波伝達部材 21 …潤滑層 22 …潤滑層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の圧電素子及び電極を積層し、この
    積層した圧電素子及び電極を先端部材と裏打板の間に挟
    み、ボルトで締め付けたランジュバン型振動子におい
    て、 積層した圧電素子及び電極を貫通し、前記先端部材に連
    結されたボルトと、 前記ボルトに螺合された第1の裏打板と、 前記第1の裏打板と前記電極との間に配置された第2の
    裏打板と、 前記第2の裏打板と前記ボルトの相対的な回転を阻止す
    る係合手段を具備したことを特徴とするボルト締めラン
    ジュバン型振動子。
  2. 【請求項2】 前記係合手段は、前記第2の裏打板にス
    トッパーを設け、前記ボルトには前記溝に嵌るストッパ
    ーを設け、前記ストッパーを前記溝に嵌め込むことを特
    徴とする請求項2に記載のボルト締めランジュバン型振
    動子。
  3. 【請求項3】 複数の圧電素子及び電極を積層し、この
    積層した圧電素子及び電極を先端部材と裏打板の間に挟
    み、ボルトで締め付けたランジュバン型振動子におい
    て、 積層した圧電素子及び電極を貫通し、前記先端部材に連
    結されたボルトと、 前記ボルトに螺合された第1の裏打板と、 前記第1の裏打板と前記電極との間に配置された第2の
    裏打板と、 第1の裏打板と第2の裏打板とが接触する面同士の摩擦
    係数を第2の裏打板と他の部材との接触同士の摩擦係数
    よりも小さいことを特徴とするボルト締めランジュバン
    型振動子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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