JP3406165B2 - 超音波振動子 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/202—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
- H10N30/2027—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement having cylindrical or annular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は小流量の粉体輸送に
用いるのに好適な超音波振動子に関する。
用いるのに好適な超音波振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】粉体ホッパの出口にその上流端を接続し
て粉体の輸送通路を形成する輸送用筒体と、ボルト締め
ランジュバン型振動子を使用しかつ前記輸送用通路内の
粉体に楕円軌道の超音波振動を付与する超音波駆動装置
（超音波振動子）とを備えた粉体輸送装置が特開平７−
３３２２８号公報で公知である（以下これを第１の従来
技術と言う）。
て粉体の輸送通路を形成する輸送用筒体と、ボルト締め
ランジュバン型振動子を使用しかつ前記輸送用通路内の
粉体に楕円軌道の超音波振動を付与する超音波駆動装置
（超音波振動子）とを備えた粉体輸送装置が特開平７−
３３２２８号公報で公知である（以下これを第１の従来
技術と言う）。
【０００３】この粉体輸送装置では、粉体ホッパ及び超
音波振動子はフレーム等の支持部材によって支持されて
いる。超音波振動子は、ほぼ円柱形の上・下の金属ブロ
ックが、金属製ボルトで連結されている。そして、両金
属ブロックの間に下段から順にリング状電極、第１のリ
ング状圧電素子、１対でリング状をなす分割電極、第２
のリング状圧電素子が前記ボルトに嵌合した状態で挟持
されている。
音波振動子はフレーム等の支持部材によって支持されて
いる。超音波振動子は、ほぼ円柱形の上・下の金属ブロ
ックが、金属製ボルトで連結されている。そして、両金
属ブロックの間に下段から順にリング状電極、第１のリ
ング状圧電素子、１対でリング状をなす分割電極、第２
のリング状圧電素子が前記ボルトに嵌合した状態で挟持
されている。
【０００４】また、リング状圧電素子を１対のブロック
間に挟持した状態で両ブロックを連結ロッドで連結し、
圧電素子に周期的に変動する電圧を印加することによっ
て縦振動と屈曲振動の複合した振動を発生させる超音波
振動子において、前記連結ロッドには軸心に沿った孔が
設けられており、その孔中に、その孔の内壁とクリアラ
ンスを隔てて位置する固定用シャフトが挿入されてお
り、その固定用シャフトの挿入端が前記超音波振動子の
複合振動の節で超音波振動子に固着されている超音波振
動子が特開平７−１５５６８７号公報で公知である（以
下これを第２の従来技術と言う）。
間に挟持した状態で両ブロックを連結ロッドで連結し、
圧電素子に周期的に変動する電圧を印加することによっ
て縦振動と屈曲振動の複合した振動を発生させる超音波
振動子において、前記連結ロッドには軸心に沿った孔が
設けられており、その孔中に、その孔の内壁とクリアラ
ンスを隔てて位置する固定用シャフトが挿入されてお
り、その固定用シャフトの挿入端が前記超音波振動子の
複合振動の節で超音波振動子に固着されている超音波振
動子が特開平７−１５５６８７号公報で公知である（以
下これを第２の従来技術と言う）。
【０００５】この第２の従来技術では、圧電素子に周期
的に変動する電圧を印加する電極が、リング状圧電素子
の円周方向に４等分に分割された分割電極からなり、４
つの分割電極の何れかを選択使用することで屈曲振動の
振動面が切換可能となっていて、屈曲振動の振動面の如
何を問わないで共通的に複合振動の節となっている点で
支持されている。従って、振動面の如何を問わずに常時
共振現象を発生させて、安定した超音波振動が得られる
としている。
的に変動する電圧を印加する電極が、リング状圧電素子
の円周方向に４等分に分割された分割電極からなり、４
つの分割電極の何れかを選択使用することで屈曲振動の
振動面が切換可能となっていて、屈曲振動の振動面の如
何を問わないで共通的に複合振動の節となっている点で
支持されている。従って、振動面の如何を問わずに常時
共振現象を発生させて、安定した超音波振動が得られる
としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記第１の従来技術で
は、上部の金属ブロックの上端部に形成したホーン部の
先端の楕円運動によって粉体に楕円軌道の超音波振動を
付与するようにしているため、超音波振動子をフレーム
等の支持部材によって支持するには、下部の金属ブロッ
クの下端を支持部材に固定することが考えられる。
は、上部の金属ブロックの上端部に形成したホーン部の
先端の楕円運動によって粉体に楕円軌道の超音波振動を
付与するようにしているため、超音波振動子をフレーム
等の支持部材によって支持するには、下部の金属ブロッ
クの下端を支持部材に固定することが考えられる。
【０００７】もっとも、前記第１の従来技術では超音波
振動子の具体的な支持構造についての記載は見られない
が、下部の金属ブロックの下端を支持すると、超音波振
動子から支持部を通じて漏洩する振動エネルギーが大き
くなり、粉体に所望の大きさの楕円軌道を付与するのに
大きな駆動電力を要し、超音波振動子の効率が低くなる
という問題点があった。
振動子の具体的な支持構造についての記載は見られない
が、下部の金属ブロックの下端を支持すると、超音波振
動子から支持部を通じて漏洩する振動エネルギーが大き
くなり、粉体に所望の大きさの楕円軌道を付与するのに
大きな駆動電力を要し、超音波振動子の効率が低くなる
という問題点があった。
【０００８】また、前記第２の従来技術では電極を円周
方向に４等分した分割電極としていて、１つの電極の円
周角が９０度弱であるため、駆動電力を有効に活用しき
れなく、その面から超音波振動子の効率が最高に発揮で
きないという問題点があった。
方向に４等分した分割電極としていて、１つの電極の円
周角が９０度弱であるため、駆動電力を有効に活用しき
れなく、その面から超音波振動子の効率が最高に発揮で
きないという問題点があった。
【０００９】そこで、本発明は前記従来技術にみられる
これらの問題点を解消できる超音波振動子、特に小流量
の粉体輸送に用いるのに好適な超音波振動子を提供する
こと目的とする。
これらの問題点を解消できる超音波振動子、特に小流量
の粉体輸送に用いるのに好適な超音波振動子を提供する
こと目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段とその作用】前記目的を達
成するために、請求項１の発明は、ほぼ円柱形の第１の
金属ブロック（６）と第２の金属ブロック（７）を軸心
を垂直にして同軸的に連結ロッド（１２）で連結すると
ともに、両金属ブロック（６）（７）間に２つのリング
状圧電素子（８）（１０）と半環状電極（９Ａ）とを挟
持したボルト締めランジュバン型振動子において、前記
連結ロッド（１２）には軸心に沿った孔（１２Ａ）が設
けられており、その孔（１２Ａ）中に、その孔（１２
Ａ）の内壁とのクリアランス（ＣＬ）を隔てて位置する
支持用シャフト（１３）が挿入されており、その支持用
シャフト（１３）の挿入端（１３Ｂ）が振動子（５）に
固着されているとともに、支持用シャフト（１３）の基
端が第１の金属ブロック（６）の軸心に沿って設けた孔
（６Ａ）を貫通して突出しており、第１の金属ブロック
（６）を上方に、第２の金属ブロック（７）を下方にし
て両ブロック（６）（７）の軸心が垂直になるように支
持用シャフト（１３）の前記基端を保持するとともに、
前記ほぼ円柱形の第２の金属ブロック（７）の下端に
は、該第２の金属ブロック（７）の外径（φ）より小さ
い幅（Ｗ）で、かつ該幅（Ｗ）方向を前記半環状電極
（９Ａ）の円周角の中央方向に向けて形成したホーン部
（７Ａ）を形成しており、このホーン部（７Ａ）の先端
部には粉体輸送用の孔（７Ｂ）がホーン部（７Ａ）の前
記幅（Ｗ）方向に向けて設けられており、前記両圧電素
子（８）（１０）に交流電圧を印加することによって振
動子（５）に伸縮振動の１次共振振動と屈曲振動の２次
共振振動を発生させるとともに、支持用シャフト（１
３）の前記挿入端（１３Ｂ）を、伸縮振動の節となる面
（１８Ａ）と屈曲振動の節となる面（１８Ｂ）が交差す
る線上で実質的に振動子（５）に固着したことを特徴と
する超音波振動子である。
成するために、請求項１の発明は、ほぼ円柱形の第１の
金属ブロック（６）と第２の金属ブロック（７）を軸心
を垂直にして同軸的に連結ロッド（１２）で連結すると
ともに、両金属ブロック（６）（７）間に２つのリング
状圧電素子（８）（１０）と半環状電極（９Ａ）とを挟
持したボルト締めランジュバン型振動子において、前記
連結ロッド（１２）には軸心に沿った孔（１２Ａ）が設
けられており、その孔（１２Ａ）中に、その孔（１２
Ａ）の内壁とのクリアランス（ＣＬ）を隔てて位置する
支持用シャフト（１３）が挿入されており、その支持用
シャフト（１３）の挿入端（１３Ｂ）が振動子（５）に
固着されているとともに、支持用シャフト（１３）の基
端が第１の金属ブロック（６）の軸心に沿って設けた孔
（６Ａ）を貫通して突出しており、第１の金属ブロック
（６）を上方に、第２の金属ブロック（７）を下方にし
て両ブロック（６）（７）の軸心が垂直になるように支
持用シャフト（１３）の前記基端を保持するとともに、
前記ほぼ円柱形の第２の金属ブロック（７）の下端に
は、該第２の金属ブロック（７）の外径（φ）より小さ
い幅（Ｗ）で、かつ該幅（Ｗ）方向を前記半環状電極
（９Ａ）の円周角の中央方向に向けて形成したホーン部
（７Ａ）を形成しており、このホーン部（７Ａ）の先端
部には粉体輸送用の孔（７Ｂ）がホーン部（７Ａ）の前
記幅（Ｗ）方向に向けて設けられており、前記両圧電素
子（８）（１０）に交流電圧を印加することによって振
動子（５）に伸縮振動の１次共振振動と屈曲振動の２次
共振振動を発生させるとともに、支持用シャフト（１
３）の前記挿入端（１３Ｂ）を、伸縮振動の節となる面
（１８Ａ）と屈曲振動の節となる面（１８Ｂ）が交差す
る線上で実質的に振動子（５）に固着したことを特徴と
する超音波振動子である。
【００１１】この発明では半環状の電極を介して交流電
圧をリング状圧電素子（８）（１０）に印加すると、振
動子（５）が伸縮振動の１次共振振動と屈曲振動の２次
共振振動を発生して、ホーン部（７Ａ）の先端が楕円運
動するが、特にホーン部（７Ａ）の幅（Ｗ）方向である
粉体輸送用の孔（７Ｂ）の軸心に沿った水平方向の振幅
が大きくなる。
圧をリング状圧電素子（８）（１０）に印加すると、振
動子（５）が伸縮振動の１次共振振動と屈曲振動の２次
共振振動を発生して、ホーン部（７Ａ）の先端が楕円運
動するが、特にホーン部（７Ａ）の幅（Ｗ）方向である
粉体輸送用の孔（７Ｂ）の軸心に沿った水平方向の振幅
が大きくなる。
【００１２】そして、支持用シャフト（１３）からの振
動エネルギーの漏洩が少なく、効率良く超音波振動子
（５）を励振できる。請求項２の発明は、請求項１の超
音波振動子（５）において、粉体ホッパ（１）の出口に
その上流端を接続して粉体を前記ホーン部（７Ａ）に設
けた粉体輸送用の孔（７Ｂ）に導くための弾性材料から
なる粉体供給チューブ（１６）の下流端に、振動子
（５）のホーン部（７Ａ）の孔（７Ｂ）を連通したこと
を特徴とするものである。
動エネルギーの漏洩が少なく、効率良く超音波振動子
（５）を励振できる。請求項２の発明は、請求項１の超
音波振動子（５）において、粉体ホッパ（１）の出口に
その上流端を接続して粉体を前記ホーン部（７Ａ）に設
けた粉体輸送用の孔（７Ｂ）に導くための弾性材料から
なる粉体供給チューブ（１６）の下流端に、振動子
（５）のホーン部（７Ａ）の孔（７Ｂ）を連通したこと
を特徴とするものである。
【００１３】この発明では、粉体供給チューブ（１６）
を介して粉体輸送用の孔（７Ｂ）に導かれた粉体は、粉
体にかかる重力と、孔（７Ｂ）の下面内壁の楕円運動に
より一方向に推進輸送される。
を介して粉体輸送用の孔（７Ｂ）に導かれた粉体は、粉
体にかかる重力と、孔（７Ｂ）の下面内壁の楕円運動に
より一方向に推進輸送される。
【００１４】粉体供給チューブ（１６）の下流端はホー
ン部（７Ａ）とともに振動するが、弾性材料で構成され
ているため、容易に変形する。そのため、超音波振動子
（５）の振動を阻害しない。請求項３記載の発明は、前
記請求項１又は請求項２の超音波振動子において、 前記
ホーン部の粉体輸送用の孔（７Ｂ）の中央部に小径部
（７Ｅ）を形成して該小径部（７Ｅ）の両端に段部（７
Ｃ，７Ｄ）を形成し、粉体が輸送されるパイプの端部
（１４，１５）を前記粉体輸送用の孔（７Ｂ）に圧入し
て前記小径部（７Ｅ）の段部（７Ｃ，７Ｄ）に当接し、
前記小径部（７Ｅ）の内径とパイプ（１４，１５）の内
径を同じに定めたことを特徴とするものである。この発
明では、ホーン部（７Ａ）の孔（７Ｂ）に対するパイプ
（１４，１５）の圧入部の位置を正確に決めることがで
きる。
ン部（７Ａ）とともに振動するが、弾性材料で構成され
ているため、容易に変形する。そのため、超音波振動子
（５）の振動を阻害しない。請求項３記載の発明は、前
記請求項１又は請求項２の超音波振動子において、 前記
ホーン部の粉体輸送用の孔（７Ｂ）の中央部に小径部
（７Ｅ）を形成して該小径部（７Ｅ）の両端に段部（７
Ｃ，７Ｄ）を形成し、粉体が輸送されるパイプの端部
（１４，１５）を前記粉体輸送用の孔（７Ｂ）に圧入し
て前記小径部（７Ｅ）の段部（７Ｃ，７Ｄ）に当接し、
前記小径部（７Ｅ）の内径とパイプ（１４，１５）の内
径を同じに定めたことを特徴とするものである。この発
明では、ホーン部（７Ａ）の孔（７Ｂ）に対するパイプ
（１４，１５）の圧入部の位置を正確に決めることがで
きる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
を図面の実施例に基づいて説明する。先ず図１〜図３に
示す第１実施例において、粉体ホッパ１は、歪ゲージ式
センサからなる重量センサを取り付けたアーム２ａを備
え基端（図示右端）を基台３に固定した計重装置２の先
端（図示左端）に固着した支持部材４に支持されてい
る。
を図面の実施例に基づいて説明する。先ず図１〜図３に
示す第１実施例において、粉体ホッパ１は、歪ゲージ式
センサからなる重量センサを取り付けたアーム２ａを備
え基端（図示右端）を基台３に固定した計重装置２の先
端（図示左端）に固着した支持部材４に支持されてい
る。
【００１６】超音波振動子５は、図２（ａ）に分解図示
するように、略円柱形の第１のアルミニウム・ブロック
６と第２のアルミニウム・ブロック７間に、リング状の
圧電素子（ＰＺＴ）８、半環状の電極９Ａ、半環状のス
ペーサ９Ｂ、リング状の圧電素子（ＰＺＴ）１０及び接
地電極１１が挟持され、両ブロック６，７は、軸心に沿
った孔１２Ａを設けた連結ロッド１２で互いに連結され
ている。
するように、略円柱形の第１のアルミニウム・ブロック
６と第２のアルミニウム・ブロック７間に、リング状の
圧電素子（ＰＺＴ）８、半環状の電極９Ａ、半環状のス
ペーサ９Ｂ、リング状の圧電素子（ＰＺＴ）１０及び接
地電極１１が挟持され、両ブロック６，７は、軸心に沿
った孔１２Ａを設けた連結ロッド１２で互いに連結され
ている。
【００１７】連結ロッド１２は、導電性の金属で、上下
両端に雄ねじが切られており、両ブロック６，７の軸心
上に刻設されている雌ねじにきつくねじ込まれている。
電極９Ａとスペーサ９Ｂは、超音波振動子５として組み
立てる前の段階では、図２（ｂ）に符号９で示すように
孔９ｂを明けた１枚の板からなる環状に形成されてい
て、組立時には、この孔９ｂを連結ロッド１２がクリア
ランスをもって通り抜けている。
両端に雄ねじが切られており、両ブロック６，７の軸心
上に刻設されている雌ねじにきつくねじ込まれている。
電極９Ａとスペーサ９Ｂは、超音波振動子５として組み
立てる前の段階では、図２（ｂ）に符号９で示すように
孔９ｂを明けた１枚の板からなる環状に形成されてい
て、組立時には、この孔９ｂを連結ロッド１２がクリア
ランスをもって通り抜けている。
【００１８】そして組み立て後に同図（ｂ）の部分９
ａ，９ａを切断して２分割することで、半環状の電極９
Ａとスペーサ９Ｂを形成するとともに、電極９Ａとスペ
ーサ９Ｂの組み立て時における位置決めを容易にするよ
うにしてある。
ａ，９ａを切断して２分割することで、半環状の電極９
Ａとスペーサ９Ｂを形成するとともに、電極９Ａとスペ
ーサ９Ｂの組み立て時における位置決めを容易にするよ
うにしてある。
【００１９】電極９Ａには給電用の端子部９Ｃが突出形
成されている。また接地電極１１にも給電用の端子部１
１Ｃが突出形成されている。なお、圧電素子８，１０及
び接地電極１１はそれぞれ全体がほぼ環状に形成され、
その中心の孔を連結ロッド１２がクリアランスを持って
通り抜けている。
成されている。また接地電極１１にも給電用の端子部１
１Ｃが突出形成されている。なお、圧電素子８，１０及
び接地電極１１はそれぞれ全体がほぼ環状に形成され、
その中心の孔を連結ロッド１２がクリアランスを持って
通り抜けている。
【００２０】支持用シャフト１３はその上端基部に固定
用のフランジ部１３Ａが一体的に形成され、支持用シャ
フト１３の下端は、アルミニウム・ブロック６の中心の
孔６Ａを貫通して、連結ロッド１２の孔１２Ａ（図１参
照）に挿入され、その下端部・挿入端１３Ｂが連結ロッ
ド１２の孔１２Ａの下端の小径部１２Ｂに圧入固着され
ている。こうして、支持用シャフト１３の下端部・挿入
端１３Ｂが連結ロッド１２を介して実質的に第２のアル
ミニウム・ブロック７に固着されている。
用のフランジ部１３Ａが一体的に形成され、支持用シャ
フト１３の下端は、アルミニウム・ブロック６の中心の
孔６Ａを貫通して、連結ロッド１２の孔１２Ａ（図１参
照）に挿入され、その下端部・挿入端１３Ｂが連結ロッ
ド１２の孔１２Ａの下端の小径部１２Ｂに圧入固着され
ている。こうして、支持用シャフト１３の下端部・挿入
端１３Ｂが連結ロッド１２を介して実質的に第２のアル
ミニウム・ブロック７に固着されている。
【００２１】支持用シャフト１３の上端フランジ部１３
Ａは図３に示すように直接支持部材４にリベット等で固
定されて、振動子５を垂直に支持する。なお、電極９Ａ
は、図示するように超音波振動子５の軸心の右側に、ス
ペーサ９Ｂは超音波振動子５の軸心の左側に、互いに左
右に並設されている（図１（ｂ））。電極９Ａの端子部
９Ｃと接地電極１１の端子部１１Ｃとに交流電圧をかけ
ることで、リング状圧電素子８，１０の図示右側半分に
交流電圧が印加され、超音波振動子５が励振される。
Ａは図３に示すように直接支持部材４にリベット等で固
定されて、振動子５を垂直に支持する。なお、電極９Ａ
は、図示するように超音波振動子５の軸心の右側に、ス
ペーサ９Ｂは超音波振動子５の軸心の左側に、互いに左
右に並設されている（図１（ｂ））。電極９Ａの端子部
９Ｃと接地電極１１の端子部１１Ｃとに交流電圧をかけ
ることで、リング状圧電素子８，１０の図示右側半分に
交流電圧が印加され、超音波振動子５が励振される。
【００２２】第２のアルミニウム・ブロック７の下端は
その図示左右方向の幅Ｗがアルミニウム・ブロック７の
外径のφ３５ｍｍのほぼ半分の寸法に切欠かれてホーン
部７Ａを形成している。なお、第１のアルミニウム・ブ
ロック６、電極９Ａ、スペーサ９Ｂ及び接地電極１１の
外径は第２のアルミニウム・ブロック７の外径のφ３５
ｍｍと同じ寸法にしてある。また、圧電素子８，１０の
外径はアルミニウム・ブロック６，７や電極９Ａ，１１
の外径より隣接する部品のバリと接触しないようにわず
かに小さくしてある。
その図示左右方向の幅Ｗがアルミニウム・ブロック７の
外径のφ３５ｍｍのほぼ半分の寸法に切欠かれてホーン
部７Ａを形成している。なお、第１のアルミニウム・ブ
ロック６、電極９Ａ、スペーサ９Ｂ及び接地電極１１の
外径は第２のアルミニウム・ブロック７の外径のφ３５
ｍｍと同じ寸法にしてある。また、圧電素子８，１０の
外径はアルミニウム・ブロック６，７や電極９Ａ，１１
の外径より隣接する部品のバリと接触しないようにわず
かに小さくしてある。
【００２３】ホーン部７Ａはこうして、いわゆる変形ス
テップホーンを形成しており、その幅Ｗの方向が半環状
電極９Ａの円周角（約１８０度）の中央方向、すなわち
図示左右方向に向けて形成されている。
テップホーンを形成しており、その幅Ｗの方向が半環状
電極９Ａの円周角（約１８０度）の中央方向、すなわち
図示左右方向に向けて形成されている。
【００２４】また、ホーン部７Ａの先端部には粉体輸送
用の孔７Ｂが前記幅Ｗ方向に設けられている。この孔７
Ｂには外径が４ｍｍ強の金属製パイプ１４，１５の各一
端が圧入固定されている。ホーン部７Ａの孔７Ｂはパイ
プ１４，１５の圧入端の位置を正確に決めるために、図
１の符号７Ｃ，７Ｄで示す段部を備え、これらの段部７
Ｃ，７Ｄにパイプ１４，１５の各端部が当接するように
両パイプ１４，１５をホーン部７Ａの孔７Ｂに圧入して
ある。
用の孔７Ｂが前記幅Ｗ方向に設けられている。この孔７
Ｂには外径が４ｍｍ強の金属製パイプ１４，１５の各一
端が圧入固定されている。ホーン部７Ａの孔７Ｂはパイ
プ１４，１５の圧入端の位置を正確に決めるために、図
１の符号７Ｃ，７Ｄで示す段部を備え、これらの段部７
Ｃ，７Ｄにパイプ１４，１５の各端部が当接するように
両パイプ１４，１５をホーン部７Ａの孔７Ｂに圧入して
ある。
【００２５】従って、ホーン部７Ａを幅Ｗの方向（図示
左右方向）に貫通する孔７Ｂの中央部分は図１に符号７
Ｅで示す小径部を形成し、この小径部７Ｅの内径と、パ
イプ１４，１５の内径は同じ内径のφ３．５ｍｍに定め
てある。
左右方向）に貫通する孔７Ｂの中央部分は図１に符号７
Ｅで示す小径部を形成し、この小径部７Ｅの内径と、パ
イプ１４，１５の内径は同じ内径のφ３．５ｍｍに定め
てある。
【００２６】一方のパイプ１４の入口と前記粉体ホッパ
１の下端出口との間は弾性を有するテフロン製の粉体供
給チューブ１６で接続されている。超音波振動子５は、
端子９Ｃと１１Ｃ間に約３０ｋＨｚの交流電圧を印加し
て駆動・励振することで、圧電素子８と１０は左右非対
称な伸縮を生じ、１次の伸縮振動（縦振動）と２次の屈
曲振動（曲げ振動）が同時に発生し、この２つの振動が
合成され、最も振幅が大きくなる先端のホーン部７Ａで
は、縦・横の振幅を短径・長径とする楕円軌道を描く回
転振動となる。
１の下端出口との間は弾性を有するテフロン製の粉体供
給チューブ１６で接続されている。超音波振動子５は、
端子９Ｃと１１Ｃ間に約３０ｋＨｚの交流電圧を印加し
て駆動・励振することで、圧電素子８と１０は左右非対
称な伸縮を生じ、１次の伸縮振動（縦振動）と２次の屈
曲振動（曲げ振動）が同時に発生し、この２つの振動が
合成され、最も振幅が大きくなる先端のホーン部７Ａで
は、縦・横の振幅を短径・長径とする楕円軌道を描く回
転振動となる。
【００２７】駆動周波数の３０ｋＨｚは超音波振動子５
の１次の伸縮振動と２次の屈曲振動に共振する周波数に
定めてあり、振動子の形状は、共振周波数によって前記
楕円軌道を描く回転振動を生起するように定めてある。
の１次の伸縮振動と２次の屈曲振動に共振する周波数に
定めてあり、振動子の形状は、共振周波数によって前記
楕円軌道を描く回転振動を生起するように定めてある。
【００２８】図４は縦振動と曲げ振動の合成で、先端
（図示下端）部が符号１７で示す楕円軌道を生じる有様
を誇張して示している。なお、同図では、振動子の下端
（先端）の振幅を拡大するためのホーン部７Ａは図示を
省略している。
（図示下端）部が符号１７で示す楕円軌道を生じる有様
を誇張して示している。なお、同図では、振動子の下端
（先端）の振幅を拡大するためのホーン部７Ａは図示を
省略している。
【００２９】また、図４で符号１８で示すのは、１次の
伸縮振動と２次の屈曲振動の共通の節となる点で、１次
の伸縮振動の節となる面１８Ａと２次の屈曲振動の節と
なる面１８Ｂが交差する線上にある。この符号１８で示
す共通の節となる位置に合わせて、前記支持用シャフト
１３の挿入端１３Ｂと連結ロッド１２の小径部１２Ｂと
の固着位置が設けてあり、こうすることで、支持用ロッ
ド１２から漏洩する振動エネルギーを低減し、超音波振
動子の効率を最良にすることができる。
伸縮振動と２次の屈曲振動の共通の節となる点で、１次
の伸縮振動の節となる面１８Ａと２次の屈曲振動の節と
なる面１８Ｂが交差する線上にある。この符号１８で示
す共通の節となる位置に合わせて、前記支持用シャフト
１３の挿入端１３Ｂと連結ロッド１２の小径部１２Ｂと
の固着位置が設けてあり、こうすることで、支持用ロッ
ド１２から漏洩する振動エネルギーを低減し、超音波振
動子の効率を最良にすることができる。
【００３０】なお、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は駆
動電圧の１周期の間で１次の伸縮振動と２次の屈曲振動
の合成によって楕円軌道の回転振動を生じる過程を分解
して説明している。この図５では、振動子の形状をホー
ン部を備えない円柱形とした単純な場合について描いて
あるため、楕円軌道１７′は前記楕円軌道１７と比較し
て図示左右方向の径（振幅）が小さくなっている。
動電圧の１周期の間で１次の伸縮振動と２次の屈曲振動
の合成によって楕円軌道の回転振動を生じる過程を分解
して説明している。この図５では、振動子の形状をホー
ン部を備えない円柱形とした単純な場合について描いて
あるため、楕円軌道１７′は前記楕円軌道１７と比較し
て図示左右方向の径（振幅）が小さくなっている。
【００３１】粉体ホッパ１から粉体供給チューブ１６と
パイプ１４を介して孔７Ｂに導入された粉体は、重力に
よってパイプ１４，１５及び孔７Ｂの小径部の底面に圧
接され、楕円軌道１７で示す振動による摩擦で駆動さ
れ、図１で矢印で示すようにパイプ１４から１５の方向
（図示左方）に向かって推進される。
パイプ１４を介して孔７Ｂに導入された粉体は、重力に
よってパイプ１４，１５及び孔７Ｂの小径部の底面に圧
接され、楕円軌道１７で示す振動による摩擦で駆動さ
れ、図１で矢印で示すようにパイプ１４から１５の方向
（図示左方）に向かって推進される。
【００３２】電極９Ａとの相対的な向きを合わせて形成
したホーン部７Ａは、楕円軌道１７の振幅、特に図示左
右方向の振幅を効果的に増幅して、粉体の輸送を強く推
進する。
したホーン部７Ａは、楕円軌道１７の振幅、特に図示左
右方向の振幅を効果的に増幅して、粉体の輸送を強く推
進する。
【００３３】しかも、ホーン部７Ａは先端（下端）に近
づく程振幅が大きくなるので、孔７Ｂの天井に比較して
底面の方がより大きな振幅となる。従って孔７Ｂの底面
に重力で圧接された粉体は最も効果的に左方に向かって
推進される。
づく程振幅が大きくなるので、孔７Ｂの天井に比較して
底面の方がより大きな振幅となる。従って孔７Ｂの底面
に重力で圧接された粉体は最も効果的に左方に向かって
推進される。
【００３４】電極にかける交流電圧を止めると、超音波
振動が停止して粉体の推進も止まる。なお、計重装置２
で計量した重量は、図示されてない制御装置で時間当り
の減少量から粉体の流量を算出し、超音波振動子の駆動
電力を加減して粉体の流量を目標流量にフィードバック
制御するロスインウェイト方式の粉体供給装置の信号と
して活用することができる。
振動が停止して粉体の推進も止まる。なお、計重装置２
で計量した重量は、図示されてない制御装置で時間当り
の減少量から粉体の流量を算出し、超音波振動子の駆動
電力を加減して粉体の流量を目標流量にフィードバック
制御するロスインウェイト方式の粉体供給装置の信号と
して活用することができる。
【００３５】上記の実施例で、粉体の粒径が１００μｍ
の金属粉体を輸送するのに超音波振動子５を活用した場
合、流量範囲０．０５〜２．００〔ｇ／ｓ〕の範囲で安
定した流量を実現でき、応答時間は約０．２秒にでき
た。
の金属粉体を輸送するのに超音波振動子５を活用した場
合、流量範囲０．０５〜２．００〔ｇ／ｓ〕の範囲で安
定した流量を実現でき、応答時間は約０．２秒にでき
た。
【００３６】このような小径の粉体の小流量の輸送で
は、それ程大きな推進力を要しなくて、むしろ楕円軌道
１７の水平方向の振幅を大きくすることが効果がある
が、上述のようにホーン部７Ａの形状と向きを定めるこ
とでこれが実現できた。また、支持シャフト１３の挿入
端１３Ｂを実質的に振動子５の伸縮振動と屈曲振動の共
通の節になる点に固着するようにしたので、エネルギー
損失を少なくして振動子の効率が上げられた。
は、それ程大きな推進力を要しなくて、むしろ楕円軌道
１７の水平方向の振幅を大きくすることが効果がある
が、上述のようにホーン部７Ａの形状と向きを定めるこ
とでこれが実現できた。また、支持シャフト１３の挿入
端１３Ｂを実質的に振動子５の伸縮振動と屈曲振動の共
通の節になる点に固着するようにしたので、エネルギー
損失を少なくして振動子の効率が上げられた。
【００３７】なお、圧電素子８，１０は左右非対称な伸
縮をするので、１次の伸縮振動と２次の屈曲振動の共通
の節となる点が振動子の軸心（中心）に位置しなくてず
れている場合には、ホーン部形状等を変えて、振動子の
縦横比を変えることによって調整することができる。
縮をするので、１次の伸縮振動と２次の屈曲振動の共通
の節となる点が振動子の軸心（中心）に位置しなくてず
れている場合には、ホーン部形状等を変えて、振動子の
縦横比を変えることによって調整することができる。
【００３８】図６乃至図８は本発明の第２実施例を示す
もので、上記第１実施例における支持用シャフト１３の
上端フランジ１３Ａの代わりにその支持用シャフト１３
の上部に雄ねじ１３Ｄを刻設し、該雄ねじ１３Ｄを図８
に示すように支持部材４に挿通してナット１３Ｅで螺着
し、振動子５を垂直に支持するとともに、更に、上記支
持用シャフト１３と第２のアルミニウム・ブロック７の
固着を、上記第１実施例における連結ロッド１２を介す
る固着に代え、支持用シャフト１３の下部に雄ねじ１３
Ｆを刻設し、これを第２アルミニウム・ブロック７に刻
設した雌ねじ７Ｆに螺着して、支持用シャフト１３と第
２のアルミニウム・ブロック７を固着したものである。
もので、上記第１実施例における支持用シャフト１３の
上端フランジ１３Ａの代わりにその支持用シャフト１３
の上部に雄ねじ１３Ｄを刻設し、該雄ねじ１３Ｄを図８
に示すように支持部材４に挿通してナット１３Ｅで螺着
し、振動子５を垂直に支持するとともに、更に、上記支
持用シャフト１３と第２のアルミニウム・ブロック７の
固着を、上記第１実施例における連結ロッド１２を介す
る固着に代え、支持用シャフト１３の下部に雄ねじ１３
Ｆを刻設し、これを第２アルミニウム・ブロック７に刻
設した雌ねじ７Ｆに螺着して、支持用シャフト１３と第
２のアルミニウム・ブロック７を固着したものである。
【００３９】本第２実施例のように、支持用シャフト１
３をねじ１３Ｄにより支持部材４に支持させることによ
り、振動の吸収が小さく、振動子５の効率が良くなり、
更に支持用シャフト１３の下部をねじ１３Ｆ，７Ｆで分
離可能に連結することにより、粉体装置の機種による支
持用シャフト１３の交換が容易になる。
３をねじ１３Ｄにより支持部材４に支持させることによ
り、振動の吸収が小さく、振動子５の効率が良くなり、
更に支持用シャフト１３の下部をねじ１３Ｆ，７Ｆで分
離可能に連結することにより、粉体装置の機種による支
持用シャフト１３の交換が容易になる。
【００４０】尚、本第２実施例におけるその他の構造は
上記第１実施例と同様の構造であるため、上記第１実施
例と同一部品には同一符号を付してその説明は省略す
る。
上記第１実施例と同様の構造であるため、上記第１実施
例と同一部品には同一符号を付してその説明は省略す
る。
【００４１】
【発明の効果】本発明の超音波振動子は上述のように構
成されているので、支持部からの振動エネルギーの漏洩
が少なく、超音波振動子の効率が増大し、１次の伸縮振
動と２次の屈曲振動の複合による楕円運動の振幅を効果
的に大きくできる。
成されているので、支持部からの振動エネルギーの漏洩
が少なく、超音波振動子の効率が増大し、１次の伸縮振
動と２次の屈曲振動の複合による楕円運動の振幅を効果
的に大きくできる。
【００４２】また、楕円運動を粉体の輸送に効果的に活
用できる。また、支持法による性能変化を無くして安定
な性能を得ることができる。
用できる。また、支持法による性能変化を無くして安定
な性能を得ることができる。
【図１】（ａ）は本発明の第１実施例の縦断面図、
（ｂ）は電極とスペーサの平面図である。
（ｂ）は電極とスペーサの平面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）の実施例の分解斜視図、
（ｂ）は電極とスペーサの組み立て前の形状を示す平面
図である。
（ｂ）は電極とスペーサの組み立て前の形状を示す平面
図である。
【図３】本発明の第１実施例における超音波振動子を用
いた粉体輸送装置の機構部を示す正面図である。
いた粉体輸送装置の機構部を示す正面図である。
【図４】本発明の超音波振動子の振動モードを説明する
説明図である。
説明図である。
【図５】同じく振動モードの時間的変化を示す説明図で
ある。
ある。
【図６】本発明の第２実施例の縦断面図。
【図７】本発明の第２実施例の分解斜視図。
【図８】本発明の第２実施例における超音波振動子を用
いた粉体輸送装置の機構部を示す正面図である。
いた粉体輸送装置の機構部を示す正面図である。
１ 粉体ホッパ
５ 振動子（超音波振動子）
６，７ 金属ブロック
６Ａ 孔
７Ａ ホーン部
７Ｂ 孔
８，１０ 圧電素子
９Ａ 電極
１２ 連結ロッド
１２Ａ 孔
１３ 支持用シャフト
１３Ａ フランジ部
１３Ｂ 挿入端
１６ 粉体供給チューブ
１８ 点（線）
１８Ａ，１８Ｂ 面
ＣＬ クリアランス
Ｗ 幅
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−33228（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−155687（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−19983（ＪＰ，Ａ)
実開 平７−21168（ＪＰ，Ｕ)
池谷昌紀、高田重孝、本多敬介，超音
波モータ式粉体フィーダの開発，平成８
年電気学会産業応用部門創立10周年記念
全国大会 講演論文集［ＩＩＩ］，日
本，社団法人電気学会 産業応用部門全
国大会委員会，1996年 ８月12日，Ｐ
449−452
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
B06B 1/06
B65G 27/00
Claims (3)
- 【請求項１】 ほぼ円柱形の第１の金属ブロックと第２
の金属ブロックを軸心を垂直にして同軸的に連結ロッド
で連結するとともに、両金属ブロック間に２つのリング
状圧電素子と半環状電極とを挟持したボルト締めランジ
ュバン型振動子において、 前記連結ロッドには軸心に沿った孔が設けられており、 その孔中に、その孔の内壁とのクリアランスを隔てて位
置する支持用シャフトが挿入されており、 その支持用シャフトの挿入端が振動子に固着されている
とともに、支持用シャフトの基端が第１の金属ブロック
の軸心に沿って設けた孔を貫通して突出しており、 第１の金属ブロックを上方に、第２の金属ブロックを下
方にして両ブロックの軸心が垂直になるように支持用シ
ャフトの前記基端を保持するとともに、前記ほぼ円柱形
の第２の金属ブロックの下端には、該第２の金属ブロッ
クの外径より小さい幅で、かつ該幅方向を前記半環状電
極の円周角の中央方向に向けて形成したホーン部を形成
しており、 このホーン部の先端部には粉体輸送用の孔がホーン部の
前記幅方向に向けて設けられており、 前記両圧電素子に交流電圧を印加することによって振動
子に伸縮振動の１次共振振動と屈曲振動の２次共振振動
を発生させるとともに、支持用シャフトの前記挿入端
を、伸縮振動の節となる面と屈曲振動の節となる面が交
差する線上で実質的に振動子に固着したことを特徴とす
る超音波振動子。 - 【請求項２】 粉体ホッパの出口にその上流端を接続し
て粉体を前記ホーン部に設けた粉体輸送用の孔に導くた
めの弾性材料からなる粉体供給チューブの下流端に、振
動子のホーン部の孔を連通したことを特徴とする請求項
１記載の超音波振動子。 - 【請求項３】 前記ホーン部の粉体輸送用の孔の中央部
に小径部を形成して該小径部の両端に段部を形成し、粉
体が輸送されるパイプの端部を前記粉体輸送用の孔に圧
入して前記小径部の段部に当接し、前記小径部の内径と
パイプの内径 を同じに定めたことを特徴とする請求項１
又は２記載の超音波振動子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32826196A JP3406165B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 超音波振動子 |
| US08/907,855 US5929552A (en) | 1996-12-09 | 1997-08-08 | Ultrasonic vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32826196A JP3406165B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 超音波振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10174469A JPH10174469A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3406165B2 true JP3406165B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=18208253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32826196A Expired - Fee Related JP3406165B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 超音波振動子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5929552A (ja) |
| JP (1) | JP3406165B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103191859A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-07-10 | 苏州科技学院 | 一种单激励超声椭圆振动换能器 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3937209B2 (ja) * | 1999-09-22 | 2007-06-27 | 大日本インキ化学工業株式会社 | 定量連続押出供給方法及びそれを利用した成形品の製造方法 |
| JP5316045B2 (ja) * | 2009-02-09 | 2013-10-16 | 株式会社豊田自動織機 | 振動アクチュエータの支持機構 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3694675A (en) * | 1971-02-25 | 1972-09-26 | Eastman Kodak Co | Cooled ultrasonic transducer |
| US3789183A (en) * | 1973-02-28 | 1974-01-29 | Accra Point Arrays Corp | Through-insulation welding method and apparatus |
| US4352459A (en) * | 1979-11-13 | 1982-10-05 | Sono-Tek Corporation | Ultrasonic liquid atomizer having an axially-extending liquid feed passage |
| EP0458638B1 (en) * | 1990-05-24 | 1997-04-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven motor |
-
1996
- 1996-12-09 JP JP32826196A patent/JP3406165B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-08 US US08/907,855 patent/US5929552A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 池谷昌紀、高田重孝、本多敬介，超音波モータ式粉体フィーダの開発，平成８年電気学会産業応用部門創立１０周年記念全国大会 講演論文集［ＩＩＩ］，日本，社団法人電気学会 産業応用部門全国大会委員会，１９９６年 ８月１２日，Ｐ４４９−４５２ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103191859A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-07-10 | 苏州科技学院 | 一种单激励超声椭圆振动换能器 |
| CN103191859B (zh) * | 2013-05-08 | 2015-05-13 | 苏州科技学院 | 一种单激励超声椭圆振动换能器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10174469A (ja) | 1998-06-26 |
| US5929552A (en) | 1999-07-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |