JP3529410B2 - 超音波振動子 - Google Patents
超音波振動子Info
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- JP3529410B2 JP3529410B2 JP30279093A JP30279093A JP3529410B2 JP 3529410 B2 JP3529410 B2 JP 3529410B2 JP 30279093 A JP30279093 A JP 30279093A JP 30279093 A JP30279093 A JP 30279093A JP 3529410 B2 JP3529410 B2 JP 3529410B2
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- ultrasonic transducer
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動子に関する
ものであり、特に振動の発生を抑制しないようにその超
音波振動子を支持する技術に関する。
ものであり、特に振動の発生を抑制しないようにその超
音波振動子を支持する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】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が開発されており、例えば特開平
２−２２８２６７号公報にその一例が示されている。そ
の超音波振動子の構造を図５に示す。
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が開発されており、例えば特開平
２−２２８２６７号公報にその一例が示されている。そ
の超音波振動子の構造を図５に示す。
【０００３】図５中、５１は直方体状の弾性体であり、
その一側面に弾性体５１に縦振動を起すための第１圧電
体５２が着設されている。また他側面に弾性体５１に屈
曲振動を起すための第２圧電体５３が着設されている。
第１圧電体５２に周期的に変動する電圧を印加すること
によって弾性体５１は図中Ｘ方向に伸び縮みし、弾性体
５１の１点５４は図中ｘに示すように振動する。第２圧
電体５３に周期的に変動する電圧を印加することによっ
て弾性体５１は図中ＸＺ面内で屈曲振動し、弾性体５１
の１点５４は図中ｚに示すように振動する。両圧電体５
２，５３のそれぞれに変動する電圧を印加すると、弾性
体の１点５４はｘの振動とｚの振動を複合した振動で振
動することになる。ここで第１圧電体５２と第２圧電体
５３のそれぞれに印加する電圧の周期と位相を調整する
ことによって、縦振動と屈曲振動をともに共振振動数で
振動させることが可能となり、弾性体の１点５４を図中
５５に例示するように大きく楕円運動させることができ
る。
その一側面に弾性体５１に縦振動を起すための第１圧電
体５２が着設されている。また他側面に弾性体５１に屈
曲振動を起すための第２圧電体５３が着設されている。
第１圧電体５２に周期的に変動する電圧を印加すること
によって弾性体５１は図中Ｘ方向に伸び縮みし、弾性体
５１の１点５４は図中ｘに示すように振動する。第２圧
電体５３に周期的に変動する電圧を印加することによっ
て弾性体５１は図中ＸＺ面内で屈曲振動し、弾性体５１
の１点５４は図中ｚに示すように振動する。両圧電体５
２，５３のそれぞれに変動する電圧を印加すると、弾性
体の１点５４はｘの振動とｚの振動を複合した振動で振
動することになる。ここで第１圧電体５２と第２圧電体
５３のそれぞれに印加する電圧の周期と位相を調整する
ことによって、縦振動と屈曲振動をともに共振振動数で
振動させることが可能となり、弾性体の１点５４を図中
５５に例示するように大きく楕円運動させることができ
る。
【０００４】図中５６はこの超音波振動子を支持するた
めのボルトであり、このボルト５６は弾性体５１に生じ
る振動の節に設けられている。振動の節で弾性体５１が
支持ボルト５６で支持されていると、図４の(E) 〜(H)
に示すように、支持点が振動の発生に影響を与えること
なく、図中５５に示した楕円運動が意図したとおり得ら
れる。
めのボルトであり、このボルト５６は弾性体５１に生じ
る振動の節に設けられている。振動の節で弾性体５１が
支持ボルト５６で支持されていると、図４の(E) 〜(H)
に示すように、支持点が振動の発生に影響を与えること
なく、図中５５に示した楕円運動が意図したとおり得ら
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この構造の場合、振動
がＸＺ面内に限定されている限り格別の問題は生じな
い。ところがこの構造で屈曲振動の振動面が切換可能と
なっていると次のような問題が生じる。例えば図５にお
いて、第１圧電体５２が屈曲振動を起し、第２圧電体５
３が縦振動を起すような用い方をすると、弾性体５１は
ＸＹ面内で振動することになる。
がＸＺ面内に限定されている限り格別の問題は生じな
い。ところがこの構造で屈曲振動の振動面が切換可能と
なっていると次のような問題が生じる。例えば図５にお
いて、第１圧電体５２が屈曲振動を起し、第２圧電体５
３が縦振動を起すような用い方をすると、弾性体５１は
ＸＹ面内で振動することになる。
【０００６】図４はＸＹ面内の振動を図示したものであ
り、(A) →(B) →(C) →(D) →(A)→…の振動が生じる
はずである。この場合、明らかに支持ボルト５６がＸＹ
面内で振れ回ろうとする。しかるに実際には支持ボルト
５６が強固に支持されているために結局ＸＹ面内の振動
は図４の(E) 〜(H) に示すものとならず、(A) 〜(D)に
示す振動を起そうとする。しかしながら、次の理由で、
実際には(A) 〜(D) の振動も生じない。
り、(A) →(B) →(C) →(D) →(A)→…の振動が生じる
はずである。この場合、明らかに支持ボルト５６がＸＹ
面内で振れ回ろうとする。しかるに実際には支持ボルト
５６が強固に支持されているために結局ＸＹ面内の振動
は図４の(E) 〜(H) に示すものとならず、(A) 〜(D)に
示す振動を起そうとする。しかしながら、次の理由で、
実際には(A) 〜(D) の振動も生じない。
【０００７】支持ボルト５６で両側面が支持されてしま
うと、図４(A) 〜(D) の振動を生じさせるものと予想さ
れるが、そうなると共振振動数もずれてしまって共振現
象が得られなくなってしまう。そこで実際には(A) 〜
(D) の振動は生じないのである。そのためにＸＹ面内で
振動させる用い方をすると、弾性体５１の一点５４の振
動は不規則で小さなものとなってしまう。このように従
来の支持構造によると、ある面内の振動には良好であっ
ても他の面内の振動には不都合をもたらし、結局種々の
面で振動させることが期待される超音波振動子を良好に
支持することができないのである。本発明の第１の目的
は、振動面の如何を問わずに一様な振動現象を発生する
ことが可能な支持構造を実現するものである。そのうえ
に、振動面の如何を問わずに常時共振現象を発生させる
ことが可能な支持構造を実現しようとするのである。
うと、図４(A) 〜(D) の振動を生じさせるものと予想さ
れるが、そうなると共振振動数もずれてしまって共振現
象が得られなくなってしまう。そこで実際には(A) 〜
(D) の振動は生じないのである。そのためにＸＹ面内で
振動させる用い方をすると、弾性体５１の一点５４の振
動は不規則で小さなものとなってしまう。このように従
来の支持構造によると、ある面内の振動には良好であっ
ても他の面内の振動には不都合をもたらし、結局種々の
面で振動させることが期待される超音波振動子を良好に
支持することができないのである。本発明の第１の目的
は、振動面の如何を問わずに一様な振動現象を発生する
ことが可能な支持構造を実現するものである。そのうえ
に、振動面の如何を問わずに常時共振現象を発生させる
ことが可能な支持構造を実現しようとするのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の超音波振動子
は、リング状圧電素子を１対のブロック間に挟持した状
態で両ブロック間を連結ロッドで連結してあり、１対の
ブロックは軸芯に孔（１６ａ）が設けてあるボルト（１
６）を介して連結されている。また、孔（１６ａ）の内
壁とクリアランスを設けて連結ロッド（１７）が連結し
てあり、ブロックとブロックの間に切換可能な複数個の
圧電素子を装着してある。そのため、この超音波振動子
は振動に異方性をもたらすことなく方向によらない安定
した振動が得られる。
は、リング状圧電素子を１対のブロック間に挟持した状
態で両ブロック間を連結ロッドで連結してあり、１対の
ブロックは軸芯に孔（１６ａ）が設けてあるボルト（１
６）を介して連結されている。また、孔（１６ａ）の内
壁とクリアランスを設けて連結ロッド（１７）が連結し
てあり、ブロックとブロックの間に切換可能な複数個の
圧電素子を装着してある。そのため、この超音波振動子
は振動に異方性をもたらすことなく方向によらない安定
した振動が得られる。
【０００９】又、請求項２の超音波振動子は、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
と屈折振動の複合した振動が発生する。又、この圧電素
子は複数個で構成してあり、これらの圧電素子を切換え
ることによって、種々の振動を起こさせることができる
し、屈曲振動の振動面を問わないで常時振動の節になる
点で支持されるので、振動に異方性をもたらすことなく
方向によらない安定した振動が得られる。
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
と屈折振動の複合した振動が発生する。又、この圧電素
子は複数個で構成してあり、これらの圧電素子を切換え
ることによって、種々の振動を起こさせることができる
し、屈曲振動の振動面を問わないで常時振動の節になる
点で支持されるので、振動に異方性をもたらすことなく
方向によらない安定した振動が得られる。
【００１０】請求項３の超音波振動子は、先端部が拡径
の連結ロッドが孔（１６ａ）に固着して形成してあるの
で容易に固着でき、この連結ロッドの先端部の拡径が振
動の節になる。
の連結ロッドが孔（１６ａ）に固着して形成してあるの
で容易に固着でき、この連結ロッドの先端部の拡径が振
動の節になる。
【００１１】
【実施例】以下本発明の第１実施例を図１、図２を参照
して説明する。図１中１１と１５は略円筒形状の金属ブ
ロックであり、両ブロック１１，１５間に圧電素子（こ
の場合２層の圧電素子１２，１４）が狭持された状態
で、両ブロック１１，１５は連結用ボルト１６で連結さ
れている。２層の圧電素子１２，１４間には図２に示す
ように４枚に分割された分割電極１３が狭持されてい
る。圧電素子１２，１４と分割電極１３はリング状とな
っており、この内孔を連結用ボルト１６がクリアランス
をもって通り抜けている。すなわち圧電素子１２，１４
と分割電極１３は連結用ボルト１６から絶縁されてい
る。連結用ボルト１６は両端にねじが切られており、そ
れぞれのブロック１１，１５の軸心上に設けられている
ねじ孔にねじこまれている。両ブロック１１，１５と金
属製の連結用ボルト１６は接地されて用いられる。
して説明する。図１中１１と１５は略円筒形状の金属ブ
ロックであり、両ブロック１１，１５間に圧電素子（こ
の場合２層の圧電素子１２，１４）が狭持された状態
で、両ブロック１１，１５は連結用ボルト１６で連結さ
れている。２層の圧電素子１２，１４間には図２に示す
ように４枚に分割された分割電極１３が狭持されてい
る。圧電素子１２，１４と分割電極１３はリング状とな
っており、この内孔を連結用ボルト１６がクリアランス
をもって通り抜けている。すなわち圧電素子１２，１４
と分割電極１３は連結用ボルト１６から絶縁されてい
る。連結用ボルト１６は両端にねじが切られており、そ
れぞれのブロック１１，１５の軸心上に設けられている
ねじ孔にねじこまれている。両ブロック１１，１５と金
属製の連結用ボルト１６は接地されて用いられる。
【００１２】分割電極１３ａ〜１３ｄには選択的に高周
波電圧が印加可能であり、図２中電極１３ａに高周波電
圧を印加すると、図４(E) →(H) の共振動が図２中Ｙに
示す面内で発生する。共振はブロック１１のホーン１１
ａによって増幅され、ホーン１１ａの先端はＸＹ面内で
大きく楕円運動する（１８）。図２中電極１３ｃに高周
波電圧を印加すると図４(H) →(E) の共振が図２中Ｙに
示す面内で発生する。この場合ホーン１１ａの先端はＸ
Ｙ面内で大きく楕円運動するが、その向きが１８に示す
楕円運動と反対となる。
波電圧が印加可能であり、図２中電極１３ａに高周波電
圧を印加すると、図４(E) →(H) の共振動が図２中Ｙに
示す面内で発生する。共振はブロック１１のホーン１１
ａによって増幅され、ホーン１１ａの先端はＸＹ面内で
大きく楕円運動する（１８）。図２中電極１３ｃに高周
波電圧を印加すると図４(H) →(E) の共振が図２中Ｙに
示す面内で発生する。この場合ホーン１１ａの先端はＸ
Ｙ面内で大きく楕円運動するが、その向きが１８に示す
楕円運動と反対となる。
【００１３】図２中電極１３ｂに高周波電圧を印加する
と、図４(E) →(H) に示す共振が図２中Ｚに示す面内で
発生する。この場合ホーン１１ａの先端はＸＺ面内で大
きく楕円運動する。この向きは図１の楕円運動と直交す
るものとなる。図２中電極１３ｄに高周波電圧を印加す
ると、ＸＺ面内で反対向きの楕円運動が生じる。
と、図４(E) →(H) に示す共振が図２中Ｚに示す面内で
発生する。この場合ホーン１１ａの先端はＸＺ面内で大
きく楕円運動する。この向きは図１の楕円運動と直交す
るものとなる。図２中電極１３ｄに高周波電圧を印加す
ると、ＸＺ面内で反対向きの楕円運動が生じる。
【００１４】さてこのようにして、この超音波振動子は
縦振動と屈曲振動が複合して生じる楕円振動を生じさ
せ、しかもそのときの屈曲振動面が切換可能となってい
るが、いずれの方向の振動の場合にも図中１７ａに示す
点は振動の節となっている。すなわちどの面をとっても
図４の(E) 〜(H) の示す振動となり、図４中５６に示す
振動の節が図１中の１７ａの点に相当している。
縦振動と屈曲振動が複合して生じる楕円振動を生じさ
せ、しかもそのときの屈曲振動面が切換可能となってい
るが、いずれの方向の振動の場合にも図中１７ａに示す
点は振動の節となっている。すなわちどの面をとっても
図４の(E) 〜(H) の示す振動となり、図４中５６に示す
振動の節が図１中の１７ａの点に相当している。
【００１５】図１の構造において、連結用ボルト１６に
は軸心に沿って孔１６ａが設けられている。そしてその
孔１６ａ中に固定用シャフト１７が挿入されている。固
定用シャフト１７は孔１６ａの内壁とクリアランスＣＬ
をもって位置している。固定用シャフト１７の挿入端１
７ａは拡径されており、ボルト１６の孔１６ａに固着さ
れている。固定用シャフト１７の先端拡径部１７ａは孔
１６ａに圧入されて固着される。なお圧入するかわりに
接着してもよい。固定用シャフト１７の基部フランジ１
７ｂは装置に固定され、これによって超音波振動子が装
置に支持される。
は軸心に沿って孔１６ａが設けられている。そしてその
孔１６ａ中に固定用シャフト１７が挿入されている。固
定用シャフト１７は孔１６ａの内壁とクリアランスＣＬ
をもって位置している。固定用シャフト１７の挿入端１
７ａは拡径されており、ボルト１６の孔１６ａに固着さ
れている。固定用シャフト１７の先端拡径部１７ａは孔
１６ａに圧入されて固着される。なお圧入するかわりに
接着してもよい。固定用シャフト１７の基部フランジ１
７ｂは装置に固定され、これによって超音波振動子が装
置に支持される。
【００１６】さてこの実施例の場合、固定用シャフト１
７は超音波振動子を、その振動面の如何を問わないで共
通的に振動の節となる点１７ａで支持しているために、
振動に異方性が生じず、全方位にわたって共通の振動特
性が得られることになる。また振動の節で支持されてい
るために、支持することによって振動の物理系が影響を
受けることなく、安定した共振現象が得られる。
７は超音波振動子を、その振動面の如何を問わないで共
通的に振動の節となる点１７ａで支持しているために、
振動に異方性が生じず、全方位にわたって共通の振動特
性が得られることになる。また振動の節で支持されてい
るために、支持することによって振動の物理系が影響を
受けることなく、安定した共振現象が得られる。
【００１７】図３は他の実施例を示すものであり、この
場合は固定用シャフト３７の先端拡径部３７ａの外周に
ねじが切られており、このねじが金属ブロック３１のね
じ孔にねじこまれることで、超音波振動子が固定用シャ
フト３７に固着されている。この場合も先端拡径部３７
ａは振動面の如何を問わずに共通的に振動の節となる点
に位置しており、図１と共通の現象が得られる。このよ
うにしてホーン１１ａ，３１ａの先端をどの面内でも大
きく楕円運動させることができるために、ホーンの先端
で物体を任意方向に駆動することができる。
場合は固定用シャフト３７の先端拡径部３７ａの外周に
ねじが切られており、このねじが金属ブロック３１のね
じ孔にねじこまれることで、超音波振動子が固定用シャ
フト３７に固着されている。この場合も先端拡径部３７
ａは振動面の如何を問わずに共通的に振動の節となる点
に位置しており、図１と共通の現象が得られる。このよ
うにしてホーン１１ａ，３１ａの先端をどの面内でも大
きく楕円運動させることができるために、ホーンの先端
で物体を任意方向に駆動することができる。
【００１８】
【発明の効果】この発明によると、超音波振動子の外周
でなく、軸心部で支持されているために、超音波振動子
を支持する際に振動に異方性が生じてしまうことが防止
される。また振動面の如何を問わないで共通的に振動の
節となる点で支持できるために、安定的に共振現象を発
生させることができ、安定した超音波振動を得ることが
できる。
でなく、軸心部で支持されているために、超音波振動子
を支持する際に振動に異方性が生じてしまうことが防止
される。また振動面の如何を問わないで共通的に振動の
節となる点で支持できるために、安定的に共振現象を発
生させることができ、安定した超音波振動を得ることが
できる。
【図１】第１実施例の中央断面図
【図２】分割電極の平面図
【図３】第２実施例の中央断面図
【図４】振動の様子を模式的に拡大して示す図
【図５】従来の支持構造を示す図
１１ ブロック
１２，１４ 圧電素子
１３（１３ａ〜１３ｄ） 分割電極
１６ 連結用ボルト
１７ 固定用シャフト
１７ａ，３７ａ 支持点（振動の節）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭56−84664（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−62568（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−85584（ＪＰ，Ａ)
特公 昭49−998（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B06B 1/00 - 3/04
Claims (3)
- 【請求項１】 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間を連結ロッドで連結した超
音波振動子において、 前記１対のブロックは軸芯に孔（１６ａ）が設けてある
ボルト（１６）を介して連結され、 前記孔（１６ａ）の内壁とクリアランスを設けて連結ロ
ッド（１７）が連結してあり、 前記ブロックとブロックの間に切換可能な複数個の圧電
素子を装着してある超音波振動子。 - 【請求項２】 リング状圧電素子に周期的に変動する電
圧を印加して縦振動と屈曲振動の複合した振動を発生さ
せ、 前記屈曲振動の振動面は複数個の圧電素子で切換可能で
あり、且つ、その屈曲振動の振動面を問わないで共通的
に複合振動の節となる点を支持点とした請求項１の超音
波振動子。 - 【請求項３】 先端部が拡径の連結ロッドを孔（１６
ａ）に固着してある請求項１の超音波振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30279093A JP3529410B2 (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | 超音波振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30279093A JP3529410B2 (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | 超音波振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07155687A JPH07155687A (ja) | 1995-06-20 |
| JP3529410B2 true JP3529410B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=17913158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30279093A Expired - Fee Related JP3529410B2 (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | 超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3529410B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4646962B2 (ja) * | 2007-11-09 | 2011-03-09 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 位置決め装置 |
-
1993
- 1993-12-02 JP JP30279093A patent/JP3529410B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07155687A (ja) | 1995-06-20 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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