JP2899652B2 - ランジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法 - Google Patents
ランジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法Info
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- JP2899652B2 JP2899652B2 JP29849789A JP29849789A JP2899652B2 JP 2899652 B2 JP2899652 B2 JP 2899652B2 JP 29849789 A JP29849789 A JP 29849789A JP 29849789 A JP29849789 A JP 29849789A JP 2899652 B2 JP2899652 B2 JP 2899652B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波洗浄器等の振動源に用いられるラン
ジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法に関する
ものである。
ジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法に関する
ものである。
［従来技術］ 超音波洗浄器の超音波発生装置として第８図に例示す
るように、比較的広い振動放射面積を有する金属振動板
14の一面に複数個のランジュバン型振動子10の振動放射
面を所定のピッチでモザイク状に配列し、ボルト，接着
剤により取付け、所要の結線15を施して同期して励振す
るようにしたものが知られている。また上記ランジュバ
ン型振動子10としては第９図に示すように圧電素子11の
直径と等しい一対の円柱状金属ブロックからなる裏打板
12と前面板13との間に前記圧電素子11を挟持し、これら
を中心ボルト等によって一体に結合したものが通常用い
られている。
るように、比較的広い振動放射面積を有する金属振動板
14の一面に複数個のランジュバン型振動子10の振動放射
面を所定のピッチでモザイク状に配列し、ボルト，接着
剤により取付け、所要の結線15を施して同期して励振す
るようにしたものが知られている。また上記ランジュバ
ン型振動子10としては第９図に示すように圧電素子11の
直径と等しい一対の円柱状金属ブロックからなる裏打板
12と前面板13との間に前記圧電素子11を挟持し、これら
を中心ボルト等によって一体に結合したものが通常用い
られている。
而して上記装置において、各振動子10に所要共振周波
数の交番電圧を印加すると、各振動子10は互いに電気的
並列に配線されているから同期して励振し、振動板14に
振動振幅を生じて超音波が照射される。
数の交番電圧を印加すると、各振動子10は互いに電気的
並列に配線されているから同期して励振し、振動板14に
振動振幅を生じて超音波が照射される。
［発明が解決しようとする問題点］ 上述の構成にあって、各振動子10のピッチが大きい
と、振動板14が一様に振動振幅せず、斑点振動振幅を生
じ、振動板14の耐用寿命を短くしたり、洗浄ムラを生じ
易くなる。そこで各振動子のピッチを小さくし、互いに
隣接し合うよう取付ける必要がある。ところで各振動子
10を互いに隣接し合うよう配設しても、振動子の振動放
射面の形状が円形であるため、振動子10を隙間なく密に
振動板14に取付けることができない。そこで振動放射面
の形状を四角形とする角柱状金属ブロックの使用が考え
られたが、後記するように放射面の振幅が中央部と周辺
部で異とするため、このような振動子に隙間なく密に取
付けても平坦な振幅を得ることができないという欠点が
あった。
と、振動板14が一様に振動振幅せず、斑点振動振幅を生
じ、振動板14の耐用寿命を短くしたり、洗浄ムラを生じ
易くなる。そこで各振動子のピッチを小さくし、互いに
隣接し合うよう取付ける必要がある。ところで各振動子
10を互いに隣接し合うよう配設しても、振動子の振動放
射面の形状が円形であるため、振動子10を隙間なく密に
振動板14に取付けることができない。そこで振動放射面
の形状を四角形とする角柱状金属ブロックの使用が考え
られたが、後記するように放射面の振幅が中央部と周辺
部で異とするため、このような振動子に隙間なく密に取
付けても平坦な振幅を得ることができないという欠点が
あった。
本発明は、かかる問題点を解決することを目的とする
ものである。
ものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、圧電素子の直径と略等しい円柱状金属ブロ
ックからなる裏打板と、一辺が圧電素子の直径以上であ
り、正方状の放射面を備える四角柱状金属ブロックから
なる前面板とによって該圧電素子を一体に挟着してなる
ランジュバン型超音波振動子に適用されるものであっ
て、前面板の圧電素子と当接する側の端面の各隅肉部を
円弧状に削成する面取り加工を施すことによって振動放
射面に生じる振幅を平坦化することを特徴とするランジ
ュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法である。
ックからなる裏打板と、一辺が圧電素子の直径以上であ
り、正方状の放射面を備える四角柱状金属ブロックから
なる前面板とによって該圧電素子を一体に挟着してなる
ランジュバン型超音波振動子に適用されるものであっ
て、前面板の圧電素子と当接する側の端面の各隅肉部を
円弧状に削成する面取り加工を施すことによって振動放
射面に生じる振幅を平坦化することを特徴とするランジ
ュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法である。
そしてこの振動振幅平坦化方法の有効な具体例とし
て、前記圧電素子に略28kHzの交番電圧を印加した場合
に、第１図に示すように、金属ブロックからなる前面板
６をその放射面７が正方形である角型に構成し、かつ前
面板６の圧電素子と当接する側の端面の各隅肉部に、該
端面からの面取り深さｌが略10mmの円弧状面取り加工ｆ
を施す（第１図参照）ことが提案され得る。
て、前記圧電素子に略28kHzの交番電圧を印加した場合
に、第１図に示すように、金属ブロックからなる前面板
６をその放射面７が正方形である角型に構成し、かつ前
面板６の圧電素子と当接する側の端面の各隅肉部に、該
端面からの面取り深さｌが略10mmの円弧状面取り加工ｆ
を施す（第１図参照）ことが提案され得る。
ここで円弧状面取り加工ｆとは、第１図に示すよに、
前面板６の各側面ｓにおいて、端面ｂに外接し、かつ中
心を該側面ｓの上下方向の中心線上に位置する円弧ｘを
描き、この円弧ｘを隣接する両側面において面方向に連
続することにより生じる加工概念をいい、円弧ｘと側面
ｓとの交点ｙの深さ寸法（面取り深さ）ｌによって特定
される。従って、上記構成にあってはｌ≒10mmの深さ位
置にある円弧ｘが面方向に連続した面取りｆということ
になる。
前面板６の各側面ｓにおいて、端面ｂに外接し、かつ中
心を該側面ｓの上下方向の中心線上に位置する円弧ｘを
描き、この円弧ｘを隣接する両側面において面方向に連
続することにより生じる加工概念をいい、円弧ｘと側面
ｓとの交点ｙの深さ寸法（面取り深さ）ｌによって特定
される。従って、上記構成にあってはｌ≒10mmの深さ位
置にある円弧ｘが面方向に連続した面取りｆということ
になる。
［作用］ 前記金属製前面板６を、その放射面が正方形である角
型に構成することが考えられる。かかる構成にあって
は、洗浄器等の取付け面に複数本を縦横に並べた場合
に、円形と異なり密に列設することができ、かつその間
隔部は、該超音波振動子を縦横に等間隔で配設すること
により比較的同一条件となし得るから、放射面７の振動
分布の均一化が図れる。
型に構成することが考えられる。かかる構成にあって
は、洗浄器等の取付け面に複数本を縦横に並べた場合
に、円形と異なり密に列設することができ、かつその間
隔部は、該超音波振動子を縦横に等間隔で配設すること
により比較的同一条件となし得るから、放射面７の振動
分布の均一化が図れる。
ところで、その放射面を正方形状にすると、その隅肉
部では、振動変位量が異なり、このため該正方形状放射
面の適用の有効性には疑問が持たれてきた。
部では、振動変位量が異なり、このため該正方形状放射
面の適用の有効性には疑問が持たれてきた。
そこで本発明者は、この振動変位量のバラツキを、該
隅肉部の端面において円弧状の面取り加工ｆを施すこと
により是正しえるとの予見のもとに種々実験を行なっ
た。その結果、かかる方法は振動振幅平坦化方法として
有効であることが確認された。
隅肉部の端面において円弧状の面取り加工ｆを施すこと
により是正しえるとの予見のもとに種々実験を行なっ
た。その結果、かかる方法は振動振幅平坦化方法として
有効であることが確認された。
特に圧電素子に略28kHzの交番電圧を印加した場合
に、前面板６の端面ｂの各隅肉部に、該端面ｂからの面
取り深さｌが略10mmの円弧状面取り加工ｆを施した場合
に、振動変位分布が放射面においてほぼ均一となり得る
との結果を得た。
に、前面板６の端面ｂの各隅肉部に、該端面ｂからの面
取り深さｌが略10mmの円弧状面取り加工ｆを施した場合
に、振動変位分布が放射面においてほぼ均一となり得る
との結果を得た。
［実施例］ 第2,3図は本発明の一実施例のボルト締めランジュバ
ン型超音波振動子１の構成につき説明する。
ン型超音波振動子１の構成につき説明する。
２は二枚の環状圧電素子3,3を端子板4aを介装して当
接し、かつ両側に端子板4b,4bを配置して構成した圧電
素子対であって、その前部には断面正方形状の金属ブロ
ックからなる前面板６が当接される。その前面板６の前
面には正方状の放射面７が形成される。また前記圧電素
子対２の後部には圧電素子3,3の直径と略等しい円柱状
金属ブロックからなる裏打板８が配設される。そして各
圧電素子対2,前面板６及び裏打板８は、後端から該裏打
板8,圧電素子3,3,端子板4a,4bにあらかじめ形成した透
孔を貫いて前面板６に形成した螺子孔に中心ボルト9aを
螺合し、該中心ボルト9aの裏打板８から突出端にナット
9bを螺着緊締することにより緊密に連結される。
接し、かつ両側に端子板4b,4bを配置して構成した圧電
素子対であって、その前部には断面正方形状の金属ブロ
ックからなる前面板６が当接される。その前面板６の前
面には正方状の放射面７が形成される。また前記圧電素
子対２の後部には圧電素子3,3の直径と略等しい円柱状
金属ブロックからなる裏打板８が配設される。そして各
圧電素子対2,前面板６及び裏打板８は、後端から該裏打
板8,圧電素子3,3,端子板4a,4bにあらかじめ形成した透
孔を貫いて前面板６に形成した螺子孔に中心ボルト9aを
螺合し、該中心ボルト9aの裏打板８から突出端にナット
9bを螺着緊締することにより緊密に連結される。
この前面板６にあって、その端面には例えば面取り深
さｌ≒10mmの円弧状面取り加工ｆが施される。そしてこ
の面取り加工ｆにより、次の試験例により示されるよう
に、放射面７の各位置における振動変位量の平坦度が向
上される。
さｌ≒10mmの円弧状面取り加工ｆが施される。そしてこ
の面取り加工ｆにより、次の試験例により示されるよう
に、放射面７の各位置における振動変位量の平坦度が向
上される。
［試験例］ 試料； 上述の基本構成のものにあって、前記前面板６をジュ
ラルミン製とし、金属製裏打板８及び中心ボルト10をス
テンレス鋼SUS304,ナット11を鉄鋼S25Cの金属を使用し
た。圧電素子3,3はPZTセラミックスからなる35φ×5tの
形状ものを採用した。
ラルミン製とし、金属製裏打板８及び中心ボルト10をス
テンレス鋼SUS304,ナット11を鉄鋼S25Cの金属を使用し
た。圧電素子3,3はPZTセラミックスからなる35φ×5tの
形状ものを採用した。
また圧電素子3,3に印加される交番電圧の周波数を28.
0±0.5kHzとし、その全長を1/2λ共振の形状に設定し
た。
0±0.5kHzとし、その全長を1/2λ共振の形状に設定し
た。
そして、前記前面板６の正方状の放射面７を40ロと、
50ロのものを用意し、さらに各放射面７の大きさ毎に面
取り深さｌを変えてものを、夫々ｌ＝0,2.5,5,10,15の
６種類を作成し、夫々の放射面７の振動変位分布を測定
した。
50ロのものを用意し、さらに各放射面７の大きさ毎に面
取り深さｌを変えてものを、夫々ｌ＝0,2.5,5,10,15の
６種類を作成し、夫々の放射面７の振動変位分布を測定
した。
測定方法； 放射面７の振動変位の測定は上記構成のランジュバン
型超音波振動子１をＸ−Ｙテーブルに測定治具を介して
横置きとし、発振器により入力電圧5Vで発振させた。そ
して放射面７の対角長方向の振動変位を非接触型振動計
で測定した。そのときのアドミッタンスは、インピーダ
ンスアナライザーで測定した。
型超音波振動子１をＸ−Ｙテーブルに測定治具を介して
横置きとし、発振器により入力電圧5Vで発振させた。そ
して放射面７の対角長方向の振動変位を非接触型振動計
で測定した。そのときのアドミッタンスは、インピーダ
ンスアナライザーで測定した。
結果； １）振動変位分布 第４図に前面板６の放射面７を40ロとした超音波振動
子１の放射面の振動分布を示す。ここで図は横軸に放射
面の中心ｏを0mmとし、中心ｏから対角線ｃ（第３図参
照）上の所定点までの長さとして表わし、縦軸に振動変
位量を最大変位量となる中心の変位と当該周辺位置の変
位との相対値（％）で示した。また図中の曲線は面取り
量面取り深さｌ寸法を変えたときの振動変位の状態を示
す。
子１の放射面の振動分布を示す。ここで図は横軸に放射
面の中心ｏを0mmとし、中心ｏから対角線ｃ（第３図参
照）上の所定点までの長さとして表わし、縦軸に振動変
位量を最大変位量となる中心の変位と当該周辺位置の変
位との相対値（％）で示した。また図中の曲線は面取り
量面取り深さｌ寸法を変えたときの振動変位の状態を示
す。
この結果、振動子の放射面は中心と周辺部で変位が均
一であることが望ましいにもかかららわず、図から解る
ように中心部の振動変位に対して周辺部では変位が小さ
くなった。ただし面取り深さｌ寸法が５〜10mmのときが
比較的中心と周縁部の変位の差が少なく、面取り深さｌ
＝10mmが最良であった。
一であることが望ましいにもかかららわず、図から解る
ように中心部の振動変位に対して周辺部では変位が小さ
くなった。ただし面取り深さｌ寸法が５〜10mmのときが
比較的中心と周縁部の変位の差が少なく、面取り深さｌ
＝10mmが最良であった。
すなわち10mmよりも面取り深さｌが小さい場合も、ま
た面取り深さｌ＝15と大きくなったときも、周辺部の変
位が小さくなるという、特異な結果を得ることができ
た。
た面取り深さｌ＝15と大きくなったときも、周辺部の変
位が小さくなるという、特異な結果を得ることができ
た。
第５図に前面板６の放射面７を50ロとした超音波振動
子１の放射面の振動分布を示す。表示方法は第４図と同
様である。
子１の放射面の振動分布を示す。表示方法は第４図と同
様である。
この結果で見られるように放射面７が40ロの大きさの
ランジュバン型超音波振動子１と比較して大きく異なる
ことは、中心部の変位よりも周辺部の変位の方が大きい
ということである。そしてこのような振動変位の態様が
異なるにもかかわらず、40ロの場合と同様に面取り深さ
ｌ＝10mmで中心部の振動変位と近似し、最良の振動変位
特性を示し、かかる寸法設定で平坦度が高いことが解っ
た。
ランジュバン型超音波振動子１と比較して大きく異なる
ことは、中心部の変位よりも周辺部の変位の方が大きい
ということである。そしてこのような振動変位の態様が
異なるにもかかわらず、40ロの場合と同様に面取り深さ
ｌ＝10mmで中心部の振動変位と近似し、最良の振動変位
特性を示し、かかる寸法設定で平坦度が高いことが解っ
た。
そしてこの第4,5図の結果から放射面７が45ロ程度が
最も平坦であることが予想される。
最も平坦であることが予想される。
いずれにせよ面取り深さｌ＝10mmで、放射面７の角形
状が異なっても最良の平坦度を得ることができ、最も良
好な平坦度を得ることができることが解った。
状が異なっても最良の平坦度を得ることができ、最も良
好な平坦度を得ることができることが解った。
２）動アドミッタンスと振動変位の関係 第6,7図に40ロと、50ロの面取り深さｌに対する動ア
ドミッタンスの変化の度合いを示す。横軸は面取り深さ
ｌを示し、縦軸はYmoと振動変位を示す。同図で解るよ
うに中心部と周辺部の変位量の差が小さい面取り深さｌ
＝10mmのときYmoも最大である。このことは放射面が均
一に振動している方が電気的ロスが小さく、電気音響変
換率が良いことを示している。
ドミッタンスの変化の度合いを示す。横軸は面取り深さ
ｌを示し、縦軸はYmoと振動変位を示す。同図で解るよ
うに中心部と周辺部の変位量の差が小さい面取り深さｌ
＝10mmのときYmoも最大である。このことは放射面が均
一に振動している方が電気的ロスが小さく、電気音響変
換率が良いことを示している。
すなわち、本発明のものは放射面７の平坦度が高いた
めに、電気音響変換率も向上することが理解される。
めに、電気音響変換率も向上することが理解される。
［発明の効果］ 上述の各種試験で示されるように、本発明は放射面７
が正方形である角型に構成した前面板６の、その圧電素
子と当接する側の端面の各隅肉部に円弧状面取り加工を
施すものであって、この面取り加工により随意に振動振
幅の平坦化を図ることができ、その平坦化に伴って電気
音響変換率を向上させることができる。そしてこのため
角形の前面板６を洗浄器等に有効に採用することが可能
となり、この採用にともない洗浄器等の送波面に振動子
を整一かつ任意の密度で列設することができるようにな
り、その送波面における斑点的振動振幅や音場分布のチ
ラバリを可及的に減少させることができる等の波及効果
を生み出し得る優れた効果がある。
が正方形である角型に構成した前面板６の、その圧電素
子と当接する側の端面の各隅肉部に円弧状面取り加工を
施すものであって、この面取り加工により随意に振動振
幅の平坦化を図ることができ、その平坦化に伴って電気
音響変換率を向上させることができる。そしてこのため
角形の前面板６を洗浄器等に有効に採用することが可能
となり、この採用にともない洗浄器等の送波面に振動子
を整一かつ任意の密度で列設することができるようにな
り、その送波面における斑点的振動振幅や音場分布のチ
ラバリを可及的に減少させることができる等の波及効果
を生み出し得る優れた効果がある。
第１図は本発明の面取り深さｌの概念を示す説明図、第
2,3図は本発明を適用する中心ボルト締めランジュバン
型超音波振動子１の一例を示し、第２図は正面図、第３
図は斜視図である。また第４図は前面板６の放射面７を
40ロとした超音波振動子１の放射面の振動分布を示すグ
ラフ、第５図は放射面７を50ロとした超音波振動子１の
同グラフ、第６図は放射面７を40ロとした場合の面取り
深さｌに対する動アドミッタンスの変化の度合いを示す
グラフ、第７図は放射面７を50ロとした場合の同グラ
フ、第８図は従来構成のランジュバン型超音波振動子10
を金属振動板14に列設した縦側断面図、第９図は従来構
成のランジュバン型超音波振動子10の斜視図である。 １…ランジュバン型超音波振動子 ２…圧電素子対 3,3…環状圧電素子 ６…放射ブロック ７…放射面 ８…裏打板 9a…中心ボルト
2,3図は本発明を適用する中心ボルト締めランジュバン
型超音波振動子１の一例を示し、第２図は正面図、第３
図は斜視図である。また第４図は前面板６の放射面７を
40ロとした超音波振動子１の放射面の振動分布を示すグ
ラフ、第５図は放射面７を50ロとした超音波振動子１の
同グラフ、第６図は放射面７を40ロとした場合の面取り
深さｌに対する動アドミッタンスの変化の度合いを示す
グラフ、第７図は放射面７を50ロとした場合の同グラ
フ、第８図は従来構成のランジュバン型超音波振動子10
を金属振動板14に列設した縦側断面図、第９図は従来構
成のランジュバン型超音波振動子10の斜視図である。 １…ランジュバン型超音波振動子 ２…圧電素子対 3,3…環状圧電素子 ６…放射ブロック ７…放射面 ８…裏打板 9a…中心ボルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭46−5572（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−13695（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B06B 1/00 - 3/00
Claims (2)
- 【請求項１】圧電素子の直径と略等しい円柱状金属ブロ
ックからなる裏打板と、一辺が圧電素子の直径以上であ
り、正方状の放射面を備える四角柱状金属ブロックから
なる前面板とによって該圧電素子を一体に挟着してなる
ランジュバン型超音波振動子に適用されるものであっ
て、前面板の圧電素子と当接する側の端面の各隅肉部を
円弧状に削成する面取り加工を施すことによって振動放
射面に生じる振幅を平坦化することを特徴とするランジ
ュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法。 - 【請求項２】前記圧電素子に略28kHzの交番電圧を印加
した場合において、前記前面板の圧電素子と当接する側
の端面の各隅肉部に、面取り深さが略10mmの円弧状面取
り加工を施したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のランジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29849789A JP2899652B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | ランジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29849789A JP2899652B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | ランジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03159801A JPH03159801A (ja) | 1991-07-09 |
| JP2899652B2 true JP2899652B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=17860479
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29849789A Expired - Fee Related JP2899652B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | ランジュバン型超音波振動子の振動振幅平坦化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2899652B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4953892B2 (ja) * | 2007-04-13 | 2012-06-13 | 新科實業有限公司 | 超音波洗浄装置及び方法 |
| JP5397003B2 (ja) * | 2009-05-12 | 2014-01-22 | 本多電子株式会社 | 超音波洗浄装置 |
| JP5723795B2 (ja) * | 2012-01-11 | 2015-05-27 | 三菱電機株式会社 | 排煙装置 |
| JP2015120168A (ja) * | 2015-03-30 | 2015-07-02 | 三菱電機株式会社 | 超音波発生装置及び排煙装置 |
| CN108065964B (zh) * | 2018-01-16 | 2021-04-20 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 一种超声成像方法、装置、设备及超声成像探头 |
-
1989
- 1989-11-16 JP JP29849789A patent/JP2899652B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03159801A (ja) | 1991-07-09 |
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