JP2792793B2 - 超音波振動子 - Google Patents
超音波振動子Info
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- JP2792793B2 JP2792793B2 JP4229360A JP22936092A JP2792793B2 JP 2792793 B2 JP2792793 B2 JP 2792793B2 JP 4229360 A JP4229360 A JP 4229360A JP 22936092 A JP22936092 A JP 22936092A JP 2792793 B2 JP2792793 B2 JP 2792793B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波振動子に係り、例
えば縦振動と捩り振動とのいわゆる複合振動を生じる超
音波振動子に関する。
えば縦振動と捩り振動とのいわゆる複合振動を生じる超
音波振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超音波振動を利用した撹拌器や、
パーツフィーダあるいはモータの駆動力発生部などに超
音波振動子が開発されている。この種の超音波振動子と
しては、縦振動と捩り振動とが複合されたいわゆる捩り
楕円振動を発生するものがある。そして超音波捩り楕円
振動を発生させる変換素子には、圧電素子が用いられ
る。これを図４の超音波振動子の概略構造を示す半断面
正面図を用いてさらに説明する。
パーツフィーダあるいはモータの駆動力発生部などに超
音波振動子が開発されている。この種の超音波振動子と
しては、縦振動と捩り振動とが複合されたいわゆる捩り
楕円振動を発生するものがある。そして超音波捩り楕円
振動を発生させる変換素子には、圧電素子が用いられ
る。これを図４の超音波振動子の概略構造を示す半断面
正面図を用いてさらに説明する。
【０００３】図示超音波振動子１は、円柱状であってア
ルミニウム材から成るトップ振動体２と、リング状に積
層された縦振動用圧電素子３と、ミッド振動体４と、リ
ング状に積層された捩り振動用圧電素子５と、ボトム振
動体６とが保持軸７によって締結固定された構造となっ
ている。また各圧電素子３，５の両端面には、各圧電素
子３，５に電圧を印加するための電極板８，９が密着さ
れて配置され、図示しない電源に接続されている。この
超音波振動子１では、縦振動用圧電素子３による縦振動
と、捩り振動用圧電素子５による捩り振動とによってト
ップ振動体２の端面が、いわゆる捩り楕円振動を生じる
ものである。このとき、トップ振動体２と縦振動用圧電
素子３、あるいはミッド振動体４と捩り振動用圧電素子
５とは、各圧電素子３，５による振動を効率よくトップ
振動体２やミッド振動体４に伝達するために、互いの当
接面がそれぞれ平滑な平面として形成されていることが
望ましい。
ルミニウム材から成るトップ振動体２と、リング状に積
層された縦振動用圧電素子３と、ミッド振動体４と、リ
ング状に積層された捩り振動用圧電素子５と、ボトム振
動体６とが保持軸７によって締結固定された構造となっ
ている。また各圧電素子３，５の両端面には、各圧電素
子３，５に電圧を印加するための電極板８，９が密着さ
れて配置され、図示しない電源に接続されている。この
超音波振動子１では、縦振動用圧電素子３による縦振動
と、捩り振動用圧電素子５による捩り振動とによってト
ップ振動体２の端面が、いわゆる捩り楕円振動を生じる
ものである。このとき、トップ振動体２と縦振動用圧電
素子３、あるいはミッド振動体４と捩り振動用圧電素子
５とは、各圧電素子３，５による振動を効率よくトップ
振動体２やミッド振動体４に伝達するために、互いの当
接面がそれぞれ平滑な平面として形成されていることが
望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
振動体１においては、保持軸７によって、トップ振動体
２、各圧電素子３，５、ミッド振動体４およびボトム振
動体６が中央部にて強い力で締め付けられており、且
つ、それぞれの振動体２，４，６が保持軸７に螺合され
る各ねじ部２ａ，４ａ，６ａは外周に比して肉薄の凹状
部に形成されていることから、例えば円柱状のトップ振
動体２と圧電素子３との対向面においてその外周部に隙
間ｔ（図５参照）が生じ、積層された超音波振動体１を
構成する各部材間で充分な当接を得ることができない。
そして、このような隙間ｔが生じた状態では、縦振動用
圧電素子３と捩り振動用圧電素子５とが電極板８，９へ
の印加電圧で駆動されることにより生じる複合振動であ
る超音波振動がトップ振動体２に効率よく伝達されず、
従って撹拌器などへ充分な振動を与えることができない
という欠点があった。
振動体１においては、保持軸７によって、トップ振動体
２、各圧電素子３，５、ミッド振動体４およびボトム振
動体６が中央部にて強い力で締め付けられており、且
つ、それぞれの振動体２，４，６が保持軸７に螺合され
る各ねじ部２ａ，４ａ，６ａは外周に比して肉薄の凹状
部に形成されていることから、例えば円柱状のトップ振
動体２と圧電素子３との対向面においてその外周部に隙
間ｔ（図５参照）が生じ、積層された超音波振動体１を
構成する各部材間で充分な当接を得ることができない。
そして、このような隙間ｔが生じた状態では、縦振動用
圧電素子３と捩り振動用圧電素子５とが電極板８，９へ
の印加電圧で駆動されることにより生じる複合振動であ
る超音波振動がトップ振動体２に効率よく伝達されず、
従って撹拌器などへ充分な振動を与えることができない
という欠点があった。
【０００５】そこで本発明は、超音波振動子を構成する
振動体と圧電素子とを締結部材によって強く締め付けて
も振動体と圧電素子側との間に隙間が生じることなく大
きな当接面積を介して高効率な振動伝達ができるように
した超音波振動子を提供することを目的とする。
振動体と圧電素子とを締結部材によって強く締め付けて
も振動体と圧電素子側との間に隙間が生じることなく大
きな当接面積を介して高効率な振動伝達ができるように
した超音波振動子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波振動子
は、軸線方向の振動または捩り振動を与える振動用圧電
素子と、この圧電素子を挟む複数個の振動体と、圧電素
子を挟む振動体の中央部どうしを締結して圧電素子と振
動体とを圧接させる締結部材とが設けられた超音波振動
子において、圧電素子側に向く前記振動体の端面のうち
の少なくとも一面は、その縁部から中央部に向かって傾
斜した凹面であることを特徴とする。
は、軸線方向の振動または捩り振動を与える振動用圧電
素子と、この圧電素子を挟む複数個の振動体と、圧電素
子を挟む振動体の中央部どうしを締結して圧電素子と振
動体とを圧接させる締結部材とが設けられた超音波振動
子において、圧電素子側に向く前記振動体の端面のうち
の少なくとも一面は、その縁部から中央部に向かって傾
斜した凹面であることを特徴とする。
【０００７】
【作用】上記構成の超音波振動子においては、例えば縦
振動用圧電素子部と捩り振動用圧電素子部とこれら圧電
素子部を挟む複数個の振動体とを軸線方向に交互に配置
して締結部材により軸線方向に強く締め付けると、各振
動体が締結力により微少変形する。このとき振動体の傾
斜した凹面と圧電素子との端面または凹面と圧電素子側
に配された板材などとの間の隙間が消失し、それぞれの
振動体と各圧電素子側とが全面的に密着され効率よく振
動が伝達されるようになる。
振動用圧電素子部と捩り振動用圧電素子部とこれら圧電
素子部を挟む複数個の振動体とを軸線方向に交互に配置
して締結部材により軸線方向に強く締め付けると、各振
動体が締結力により微少変形する。このとき振動体の傾
斜した凹面と圧電素子との端面または凹面と圧電素子側
に配された板材などとの間の隙間が消失し、それぞれの
振動体と各圧電素子側とが全面的に密着され効率よく振
動が伝達されるようになる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図３を用
いて詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波振動子
の一実施例を示した半断面正面図、図２は、図１に示す
超音波振動子の要部分解斜視図、図３は、ミッド振動体
の断面正面図である。図示超音波振動子１０は、円柱状
であってアルミニウム材から成るトップ振動体２０と、
例えば、０．５ｍｍ厚さでリング状に形成され、複数枚
積層された縦振動用圧電素子３０と、アルミニウム材か
ら成るミッド振動体４０と、例えば４枚の扇状の捩り振
動用圧電素子片５０ａ，…５０ｄを環状に接着剤（図示
せず）などによって固着し、且つ円板状に形成された電
極板９０によって挟持された捩り振動用圧電素子５０
と、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）から成るボトム振動体６
０とで構成されている。トップ振動体２０は上下面に凹
部２２，２３が形成され且つ中央部に雌ねじ２４が形成
されている。ミッド振動体４０は、図３に示すように、
上下面に凹部４１，４１が形成され、中央部に雌ねじ４
５が形成されている。またボトム振動体６０は上面に凹
部６３が形成され中央部に雌ねじ６１が形成されてい
る。
いて詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波振動子
の一実施例を示した半断面正面図、図２は、図１に示す
超音波振動子の要部分解斜視図、図３は、ミッド振動体
の断面正面図である。図示超音波振動子１０は、円柱状
であってアルミニウム材から成るトップ振動体２０と、
例えば、０．５ｍｍ厚さでリング状に形成され、複数枚
積層された縦振動用圧電素子３０と、アルミニウム材か
ら成るミッド振動体４０と、例えば４枚の扇状の捩り振
動用圧電素子片５０ａ，…５０ｄを環状に接着剤（図示
せず）などによって固着し、且つ円板状に形成された電
極板９０によって挟持された捩り振動用圧電素子５０
と、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）から成るボトム振動体６
０とで構成されている。トップ振動体２０は上下面に凹
部２２，２３が形成され且つ中央部に雌ねじ２４が形成
されている。ミッド振動体４０は、図３に示すように、
上下面に凹部４１，４１が形成され、中央部に雌ねじ４
５が形成されている。またボトム振動体６０は上面に凹
部６３が形成され中央部に雌ねじ６１が形成されてい
る。
【０００９】そして、締結部材である保持軸７０の雄ね
じ部が前記各振動体２０，４０，６０の雌ねじ２４，４
５，６１に螺合され、ミッド振動体４０およびトップ振
動体２０は保持軸７０に対し、例えば２００〜３００Ｋ
ｇ・ｃｍの強いトルクで締め付けられている。このよう
に構成された超音波振動子１０は、上記の縦及び捩り振
動用圧電素子３０，５０のそれぞれ上下端面に配置され
たそれぞれの電極板８０，９０に電力が印加されると超
音波振動いわゆる複合振動が発生される。
じ部が前記各振動体２０，４０，６０の雌ねじ２４，４
５，６１に螺合され、ミッド振動体４０およびトップ振
動体２０は保持軸７０に対し、例えば２００〜３００Ｋ
ｇ・ｃｍの強いトルクで締め付けられている。このよう
に構成された超音波振動子１０は、上記の縦及び捩り振
動用圧電素子３０，５０のそれぞれ上下端面に配置され
たそれぞれの電極板８０，９０に電力が印加されると超
音波振動いわゆる複合振動が発生される。
【００１０】また、本実施例においては、前記トップ振
動体２０とミッド振動体４０と、ボトム振動体６０の、
それぞれ縦振動用圧電素子３０及び捩り振動用圧電素子
５０と対向する全ての当接面が縁側から中央部（保持軸
７０側）に向かって傾斜する凹面となっている。図３に
は、ミッド振動体４０の上下面に形成された凹面を符号
４２と４３とで示している。トップ振動体２０の下面お
よびボトム振動体６０の上面の傾斜した凹面２１，６２
の形状も前記４２と４３で示す凹面と同じである。そし
て、各凹面の傾斜角度θは、例えばミッド振動体４０の
場合、アルミニウム材から成り、外径２５ｍｍφである
とき、外縁部４４と凹部４１の周縁部との差が約１から
５ｍｍ程度であることが好ましい。なお、この傾斜角度
θは、それぞれの振動体の材質および高さ寸法、径寸法
や保持軸７０への締め付け力によって所望の値に選定す
ればよい。
動体２０とミッド振動体４０と、ボトム振動体６０の、
それぞれ縦振動用圧電素子３０及び捩り振動用圧電素子
５０と対向する全ての当接面が縁側から中央部（保持軸
７０側）に向かって傾斜する凹面となっている。図３に
は、ミッド振動体４０の上下面に形成された凹面を符号
４２と４３とで示している。トップ振動体２０の下面お
よびボトム振動体６０の上面の傾斜した凹面２１，６２
の形状も前記４２と４３で示す凹面と同じである。そし
て、各凹面の傾斜角度θは、例えばミッド振動体４０の
場合、アルミニウム材から成り、外径２５ｍｍφである
とき、外縁部４４と凹部４１の周縁部との差が約１から
５ｍｍ程度であることが好ましい。なお、この傾斜角度
θは、それぞれの振動体の材質および高さ寸法、径寸法
や保持軸７０への締め付け力によって所望の値に選定す
ればよい。
【００１１】このようにトップ振動体２０、ミッド振動
体４０及びボトム振動体６０の縦及び捩り振動用圧電素
子３０，５０と対向する全ての当接面を傾斜させること
によって、これらの部材が保持軸７０に螺着され、ねじ
力によって締結されるとミッド振動体４０などの中央部
が凹状に変形する。この凹状の変形は傾斜面を有する凹
面４２，４３の変形により吸収され、これによってそれ
ぞれの振動体の端面が、焼結によって形成され、且つ研
削で平坦に成された各圧電素子３０，５０に対し安定し
て全面的に当接する。
体４０及びボトム振動体６０の縦及び捩り振動用圧電素
子３０，５０と対向する全ての当接面を傾斜させること
によって、これらの部材が保持軸７０に螺着され、ねじ
力によって締結されるとミッド振動体４０などの中央部
が凹状に変形する。この凹状の変形は傾斜面を有する凹
面４２，４３の変形により吸収され、これによってそれ
ぞれの振動体の端面が、焼結によって形成され、且つ研
削で平坦に成された各圧電素子３０，５０に対し安定し
て全面的に当接する。
【００１２】なお、本実施例においては、トップ振動体
２０の下端の凹面２１、ミッド振動体４０の上下端の凹
面４２，４３及びボトム振動体６０の上端の凹面６２が
全てに縁部から中央部に向かって傾斜する凹面となって
いるものについて説明したが、本発明は、上述した実施
例に限定されるものではなく、必要に応じて傾斜面の形
成箇所をミッド振動体４０のみあるいはトップ振動体２
０のみまたはトップ振動体２０とボトム振動体６０のみ
に限定するなど種々変更することができるものである。
２０の下端の凹面２１、ミッド振動体４０の上下端の凹
面４２，４３及びボトム振動体６０の上端の凹面６２が
全てに縁部から中央部に向かって傾斜する凹面となって
いるものについて説明したが、本発明は、上述した実施
例に限定されるものではなく、必要に応じて傾斜面の形
成箇所をミッド振動体４０のみあるいはトップ振動体２
０のみまたはトップ振動体２０とボトム振動体６０のみ
に限定するなど種々変更することができるものである。
【００１３】さらに、上記実施例では、縦振動と捩り振
動を発生するそれぞれの圧電素子３０と５０を有して複
合振動を発生するものについて説明したが、例えば縦振
動を発生する圧電素子のみ、または捩り振動を発生する
圧電素子のみを有する超音波振動子に実施しても、振動
伝達率を向上させる効果を奏することができる。また、
各振動体の凹面２１，４２，４３，６２が対面するの
は、圧電素子３０，５０そのものである必要はなく電極
または圧電素子と振動体との間に介在して圧電素子に接
着された摩擦板などであってもよい。
動を発生するそれぞれの圧電素子３０と５０を有して複
合振動を発生するものについて説明したが、例えば縦振
動を発生する圧電素子のみ、または捩り振動を発生する
圧電素子のみを有する超音波振動子に実施しても、振動
伝達率を向上させる効果を奏することができる。また、
各振動体の凹面２１，４２，４３，６２が対面するの
は、圧電素子３０，５０そのものである必要はなく電極
または圧電素子と振動体との間に介在して圧電素子に接
着された摩擦板などであってもよい。
【００１４】
【発明の効果】上述のごとく、本発明の超音波振動子は
縦振動用圧電素子部または捩り振動用圧電素子部を挟持
するそれぞれの振動体のうち少なくとも一面の当接面を
縁部から中央部に向かって傾斜した凹面としたので圧電
素子部と振動体とを強い締結力と大きな接合面積にて安
定に結合させることができる。従って、ロスが少なく高
効率に出来、出力特性の優れた超音波振動子を提供する
ことができる。
縦振動用圧電素子部または捩り振動用圧電素子部を挟持
するそれぞれの振動体のうち少なくとも一面の当接面を
縁部から中央部に向かって傾斜した凹面としたので圧電
素子部と振動体とを強い締結力と大きな接合面積にて安
定に結合させることができる。従って、ロスが少なく高
効率に出来、出力特性の優れた超音波振動子を提供する
ことができる。
【図１】本発明に係る超音波振動子の一実施例を示す半
断面正面図、
断面正面図、
【図２】図１に示す超音波振動子の要部分解斜視図、
【図３】図１に示すミッド振動体の一実施例を示す断面
正面図、
正面図、
【図４】従来の超音波振動子を示す半断面正面図、
【図５】図４のイ部を拡大して示す拡大図。
１０ 超音波振動子 ２０ トップ振動体 ３０ 縦振動用圧電素子 ４０ ミッド振動体 ５０ 捩り振動用圧電素子 ６０ ボトム振動体 ７０ 保持軸 ２１，４２，４３，６２ 凹面
Claims (1)
- 【請求項１】 軸線方向の振動または捩り振動を与える
振動用圧電素子と、この圧電素子を挟む複数個の振動体
と、圧電素子を挟む振動体の中央部どうしを締結して圧
電素子と振動体とを圧接させる締結部材とが設けられた
超音波振動子において、圧電素子側に向く前記振動体の
端面のうちの少なくとも一面は、その縁部から中央部に
向かって傾斜した凹面であることを特徴とする超音波振
動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4229360A JP2792793B2 (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 超音波振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4229360A JP2792793B2 (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 超音波振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0655139A JPH0655139A (ja) | 1994-03-01 |
| JP2792793B2 true JP2792793B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=16890952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4229360A Expired - Fee Related JP2792793B2 (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2792793B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100683930B1 (ko) * | 2005-10-24 | 2007-02-16 | 엘지전자 주식회사 | 초소형 압전 리니어 모터 |
| JP2014168736A (ja) * | 2013-03-01 | 2014-09-18 | Seidensha Electronics Co Ltd | ボルト締めランジュバン型振動子及びボルト締めランジュバン型振動子を用いた超音波溶着装置 |
-
1992
- 1992-08-05 JP JP4229360A patent/JP2792793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0655139A (ja) | 1994-03-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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