JP6263902B2 - Ultrasonic generator - Google Patents
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Description
本発明は、振動板の振動により超音波を放出する超音波発生装置に関し、より詳細には、圧電効果を利用した圧電振動板を有する超音波発生装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic generator that emits ultrasonic waves by vibration of a diaphragm, and more particularly to an ultrasonic generator having a piezoelectric diaphragm utilizing a piezoelectric effect.
従来、圧電振動子を利用した振動装置や超音波発生装置が種々提案されている。下記の特許文献1には、防滴機能を有する振動装置が開示されている。この振動装置は、筐体の外表面とほぼ面一に配置された第1の圧電振動板と、第1の圧電振動板をギャップを隔てて筐体内に配置された第2の圧電振動板とを有する。第1の圧電振動板が放音板として用いられる。第1の圧電振動板の外周縁と、第2の圧電振動板の外周縁とが、側壁部材により連結されている。第1の圧電振動板と第2の圧電振動板とは逆位相で駆動される。
Conventionally, various vibration devices and ultrasonic generators using piezoelectric vibrators have been proposed. The following
特許文献1に記載の振動装置では、共振周波数が安定しないという問題があった。そのため、筐体の取りつけ方によって、共振周波数が変動しがちであった。
The vibration device described in
加えて、第1,第2の圧電振動板及び側壁部材が振動するため、振動の出力効率が低かった。放音板の音響インピーダンスを空気の音響インピーダンスに近づければ、超音波の出力効率を高めることができるが、放音板が第1の圧電振動板からなるため、出力効率を高めることができなかった。 In addition, since the first and second piezoelectric diaphragms and the side wall member vibrate, the output efficiency of vibration was low. If the acoustic impedance of the sound emitting plate is made close to the acoustic impedance of the air, the output efficiency of the ultrasonic wave can be increased, but the output efficiency cannot be increased because the sound emitting plate is composed of the first piezoelectric diaphragm. It was.
本発明の目的は、支持による周波数変動が生じ難く、高出力の超音波発生装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a high-power ultrasonic generator that is less susceptible to frequency fluctuations due to support.
本発明に係る超音波発生装置は、第1の板状体と、第2の板状体と、中間振動板と、外周側壁とを備える。第2の板状体は、上記第1の板状体と主面同士が対向するように隔てられて配置されている。上記中間振動板は、上記第1の板状体と、上記第2の板状体との間に配置されている。上記中間振動板は、上記第1及び第2の板状体に対向するように配置されている。上記外周側壁は、上記第1の板状体、上記中間振動板及び上記第2の板状体の各外周縁を連結している。 The ultrasonic generator according to the present invention includes a first plate-like body, a second plate-like body, an intermediate diaphragm, and an outer peripheral side wall. The second plate-like body is arranged so as to be separated from the first plate-like body so that the main surfaces thereof face each other. The intermediate diaphragm is disposed between the first plate and the second plate. The intermediate diaphragm is disposed so as to face the first and second plate-like bodies. The outer peripheral side wall connects the outer peripheral edges of the first plate-like body, the intermediate diaphragm, and the second plate-like body.
本発明においては、上記中間振動板が、屈曲モードで振動する圧電振動板である。上記中間振動板の振動に対して、上記第1及び第2の板状体が反対称に振動するように、上記中間振動板と、上記第1及び第2の板状体とが上記外周側壁により連結されている。 In the present invention, the intermediate diaphragm is a piezoelectric diaphragm that vibrates in a bending mode. The intermediate diaphragm and the first and second plate-like bodies are the outer peripheral side walls so that the first and second plate-like bodies vibrate antisymmetrically with respect to the vibration of the intermediate diaphragm. It is connected by.
本発明に係る超音波発生装置のある特定の局面では、上記第1の板状体が、上記中間振動板の振動に伴って振動する、非駆動部材である。この場合には、非駆動部材の材質を広範な材料から選択することができる。従って、空気などの周囲の材料の音響インピーダンスに近い音響インピーダンス値を有する材料により第1の板状体を構成することができる。よって、出力効率をより一層高めることができる。 On the specific situation with the ultrasonic generator which concerns on this invention, a said 1st plate-shaped body is a non-driving member which vibrates with the vibration of the said intermediate diaphragm. In this case, the material of the non-driving member can be selected from a wide range of materials. Therefore, the first plate-like body can be made of a material having an acoustic impedance value close to the acoustic impedance of the surrounding material such as air. Therefore, the output efficiency can be further increased.
本発明に係る超音波発生装置の他の特定の局面では、第1の板状体の音響インピーダンスが、上記中間振動板の音響インピーダンスよりも低い。 In another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, the acoustic impedance of the first plate-like body is lower than the acoustic impedance of the intermediate diaphragm.
本発明に係る超音波発生装置の別の特定の局面では、上記第2の板状体が能動的に振動を行う駆動部材である。この場合には、第2の板状体も積極的に駆動されるため、出力効率をより一層高めることができる。 In another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, the second plate-like body is a driving member that actively vibrates. In this case, since the second plate-like body is also driven actively, the output efficiency can be further improved.
本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、上記第1及び第2の板状体が能動的に振動を行う駆動部材である。この場合には、第1及び第2の板状体並びに中間振動板の全てが駆動されるため、出力効率をより一層高めることができる。 In still another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, the first and second plate-like bodies are drive members that actively vibrate. In this case, since all of the first and second plate-like bodies and the intermediate diaphragm are driven, the output efficiency can be further improved.
本発明に係る超音波発生装置の別の特定の局面では、上記外周側壁が、上記第1の板状体と、上記中間振動板との間の第1の空間と、上記中間振動板と上記第2の板状体との間の第2の空間とを閉成するように、上記第1の板状体、上記中間振動板及び上記第2の板状体の外周縁の全体同士を連結している。この場合には、第1及び第2の空間が閉成されているため、防滴性に優れた超音波発生装置を提供することができる。 In another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, the outer peripheral side wall includes a first space between the first plate-like body and the intermediate diaphragm, the intermediate diaphragm, and the above The entire outer peripheral edges of the first plate, the intermediate diaphragm, and the second plate are connected so as to close the second space between the second plate and the second plate. doing. In this case, since the first and second spaces are closed, it is possible to provide an ultrasonic generator with excellent drip-proof properties.
本発明に係る超音波発生装置の別の特定の局面では、上記外周側壁の上記中間振動板に連結されている部分が振動のノードである。この場合には、外周側壁の中間振動板に連結されている部分の外側の面に支持部材等の他の部材を連結したとしても、周波数変動が生じ難い。よって、出力効率の低下も生じ難い。 In another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, a portion of the outer peripheral side wall connected to the intermediate diaphragm is a vibration node. In this case, even if another member such as a support member is connected to the outer surface of the portion connected to the intermediate diaphragm on the outer peripheral side wall, the frequency fluctuation hardly occurs. Therefore, the output efficiency is hardly lowered.
本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、上記外周側壁の上記中間振動板に連結されている部分の外側の面に連結されている支持部材がさらに備えられている。この場合には、周波数変動が生じ難い。また出力効率の低下も生じ難い。従って、支持部材を介して、本発明の超音波発生装置を電子機器の筐体等に容易に組み込むことができる。 In still another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, a support member connected to an outer surface of a portion of the outer peripheral side wall connected to the intermediate diaphragm is further provided. In this case, frequency fluctuation is unlikely to occur. In addition, the output efficiency is hardly lowered. Therefore, the ultrasonic generator according to the present invention can be easily incorporated into the housing of the electronic device or the like via the support member.
本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、上記支持部材に連結されている保持部材がさらに備えられている。この場合には、保持部材を介して超音波発生装置を電子機器の筐体等に連結することができる。 In still another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, a holding member connected to the support member is further provided. In this case, the ultrasonic generator can be connected to the casing of the electronic device via the holding member.
本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、上記保持部材が、上記第1及び第2の板状体と上記中間振動板と上記外周側壁とを有する構造体を囲むように設けられている枠状保持部材である。この場合には、第1の板状体、中間振動板及び第2の板状体と、外周側壁とを含む振動部分を枠状保持部材により外部から保護することができる。また、超音波発生装置を電子機器のケース等に容易にかつ確実に固定することができる。 In still another specific aspect of the ultrasonic generator according to the present invention, the holding member surrounds a structure having the first and second plate-like bodies, the intermediate diaphragm, and the outer peripheral side wall. It is the frame-shaped holding member provided. In this case, the vibration part including the first plate, the intermediate vibration plate, the second plate, and the outer peripheral side wall can be protected from the outside by the frame-shaped holding member. Further, the ultrasonic generator can be easily and reliably fixed to a case of an electronic device.
本発明に係る超音波発生装置によれば、上記第1及び第2の板状体が屈曲モードで振動する中間振動板に対して反対称となるモードで振動するため、外周側壁を利用して支持したとしても、周波数変動が生じ難い。また、出力効率の低下も生じ難い。従って、出力変動が生じ難く、高出力の超音波発生装置を提供することができる。 According to the ultrasonic generator of the present invention, the first and second plate-like bodies vibrate in a mode that is antisymmetric with respect to the intermediate diaphragm that vibrates in the bending mode. Even if it is supported, frequency fluctuation is unlikely to occur. In addition, the output efficiency is hardly lowered. Accordingly, it is possible to provide a high-output ultrasonic generator that hardly generates output fluctuations.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波発生装置の平面図であり、図2は図1中のA−A線に沿う断面図であり、図3はB−B線に沿う断面図である。 1 is a plan view of the ultrasonic generator according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is taken along line BB. It is sectional drawing which follows.
超音波発生装置1は、振動体2を有する。振動体2は、第1の板状体3と、第2の板状体4と、中間振動板5とを有する。第1の板状体3と第2の板状体4とは、主面同士が対向するように配置されている。中間振動板5は、第1の板状体3と第2の板状体4との間に配置されている。中間振動板5は、第1の板状体3と第1の空間6を隔てて対向している。また、中間振動板5は、第2の板状体4と第2の空間7を介して対向している。また、上記第1の板状体3の外周縁に、第1の外周側壁部8が連ねられている。第1の外周側壁部8は、第1の板状体3と同じ材料により一体に構成されている。この第1の外周側壁部8は、中間振動板5の上面に接合されている。
The
同様に、第2の板状体4の外周縁に、第2の外周側壁部9が連ねられている。第2の外周側壁部9は、中間振動板5の下面に接合されている。第2の外周側壁部9は、第2の板状体4と同じ材料で一体に構成されている。
Similarly, the second outer
本実施形態では、第1,第2の外周側壁部8,9により、本発明の外周側壁部が構成されている。もっとも、外周側壁部は、第1,第2の板状体3,4と別の材料で構成されていてもよい。
In the present embodiment, the first and second outer peripheral
本実施形態では、第1の板状体3はセラミックスまたは剛性樹脂などの適宜の絶縁性材料からなる。あるいは、第1,第2の板状体3,4が金属板の表面に絶縁膜を形成した材料からなっていてもよい。
In the present embodiment, the first plate-
好ましくは、図2に矢印Dで示すように超音波を放出するため、放音側に位置する第1の板状体3は、空気のインピーダンスに近い音響インピーダンス値を有する材料からなることが好ましい。従って、第1の板状体3は、後述する中間振動板5の音響インピーダンス値よりも低い音響インピーダンス値の材料からなることが望ましい。
Preferably, in order to emit an ultrasonic wave as indicated by an arrow D in FIG. 2, the first plate-
他方、中間振動板5は、矩形板状の圧電体10と、金属板11と、電極13とを有する。圧電体10は、例えばPZTなどの圧電セラミックスからなる。圧電体10の上面に、金属板11が貼り合わされている。金属板11に、金属板11と一体に設けられているリード端子12が連ねられている。他方、圧電体10の下面には、電極13が形成されている。電極13には、図3に示す導通部13aを介して、リード端子15が連ねられている。
On the other hand, the
本実施形態では、金属板11に圧電体10が貼り合わされて、ユニモルフ型の圧電振動板が構成されている。また、金属板11は、一方の電極をも兼ねている。すなわち、金属板11と、電極13との間に交流電界を印加することにより、ユニモルフ型の圧電振動板である中間振動板5が屈曲モードで振動するように構成されている。
In this embodiment, the
本実施形態では、上記第1,第2の外周側壁部8,9により外周側壁が構成されている。この外周側壁は、第1の板状体3、第2の板状体4及び中間振動板5が積層されている部分を囲むように設けられている。従って、本実施形態では、第1の空間6及び第2の空間7は閉成されている。よって、この振動体の中に湿気や水分等が生じ難く、防滴性に優れている。
In the present embodiment, the first and second outer peripheral
さらに、上記金属板11は、本実施形態では本発明の支持部材を兼ねている。すなわち、金属板11の外周側壁部から外側に延ばされている部分11aが振動体2の支持部材を兼ねている。この支持部材を兼ねている部分11aは、上記中間振動板5の外周側壁に連結されている部分の外側に位置している。本実施形態では、この外周側壁部の中間振動板5の外側に位置している部分が振動のノードとなる。従って、支持部材を兼ねている部分11aにより振動体2を支持したとしても、超音波発生装置1における超音波の周波数変動が生じ難い。また出力効率の低下も生じ難い。
Furthermore, the
上記金属板11の支持部材を兼ねている部分11aは、枠状保持部材17に至っている。この枠状保持部材17内において、図2における下方に延びているリード端子12に、上記支持部材を兼ねている部分11aが連ねられている。リード端子12の端部は、枠状保持部材17の下面から枠状保持部材17の外側に突出している。
A
他方、電極13は、導通部13aを介して、リード端子15に接合されている。リード端子15は、枠状保持部材17内を図3における上下方向に延びるように埋設されている。また、リード端子15の外側端は、枠状保持部材17の下面から枠状保持部材17の外側に突出している。
On the other hand, the
上記枠状保持部材17は、例えば液晶ポリマーなどの適宜の成型用樹脂材からなる。
The frame-shaped holding
上記金属板11は、例えばステンレスなどの適宜の金属板からなる。金属板11がステンレスからなる場合、耐湿性を効果的に高めることができる。もっとも、金属板11は、Al、Cu、またはこれらを含む合金などの適宜の金属材料からなることができる。リード端子12、電極13及びリード端子15についても、適宜の金属材料からなることができる。
The
上記振動体2は、図1に示すように、枠状保持部材17に対して、周囲の矩形板状のスペース18を介して隔てられている。従って、枠状保持部材17を、電子機器のケース等に連結したとしても、振動体2は、電子機器のケース等に接触しない。
As shown in FIG. 1, the vibrating
また、枠状保持部材17の高さ方向寸法は、上記振動体2の高さ方向寸法よりも大きくされている。従って、枠状保持部材17により、振動体2を確実に保護することも可能とされている。
Further, the height-direction dimension of the frame-shaped holding
もっとも、枠状保持部材17は必ずしも設けられずともよく、また枠状保持部材17の形状は特に限定されるものではない。
However, the frame-shaped holding
また、本発明においては、保持部材は、閉じた枠状である必要は必ずしもない。保持部材は、閉じた枠状の形状のうちの一部が切り欠かれた形状であってもよい。また、枠状の形状自体有しない保持部材であってもよい。 In the present invention, the holding member does not necessarily have a closed frame shape. The holding member may have a shape in which a part of the closed frame shape is cut out. Moreover, the holding member which does not have frame shape itself may be sufficient.
次に、上記振動体2の振動姿態を、図4(a)及び(b)を参照して説明する。上記振動体2では、図1におけるリード端子12とリード端子15との間に交流電界を印加する。その結果、中間振動板5がユニモルフ型の圧電振動板であるため、屈曲モードで振動する。そして、この中間振動板5が屈曲モードで振動した場合、中間振動板5の振動に伴って第1,第2の板状体3,4が、中間振動板5に対して反対称で共振振動するように、外周側壁部8,9からなる外周側壁が、前記第1,第2の板状体3,4を中間振動板5に連結している。
Next, the vibration mode of the vibrating
従って、本実施形態では、上記交流電界を印加すると、図4(a)で示す振動姿態と、図4(b)で示す振動姿態とを交互にとるように振動体2が振動する。図4(a)においては、第1,第2の板状体3,4及び中間振動板5の変位状態を、それぞれ、実線で示すこととする。また、一点鎖線で、振動していない静止状態の各々の位置を示すこととする。
Therefore, in this embodiment, when the AC electric field is applied, the vibrating
図4(a)及び(b)に示したように、中間振動板5が屈曲モードで振動すると、第1,第2の板状体3,4は中間振動板5と反対称となる形状をとるように振動する。
As shown in FIGS. 4A and 4B, when the
このような振動が生じると、図2の矢印Dで示すように、超音波が第1の板状体3から放出される。なお、第2の板状体4側から超音波を放出してもよい。本実施形態では、第1の板状体3側を外側となるように、すなわち超音波放出側となるように用いる。
When such vibration occurs, ultrasonic waves are emitted from the first plate-
上記超音波を放出後に振動体2が振動した場合、振動のノードは前述したように、外周側壁部の中間振動板5が連結されている部分に位置する。従って、支持部材を兼ねている部分11aには振動はほとんど漏洩してこない。よって、放出する超音波の周波数変動が支持構造により変化し難いため、出力効率を高めることができる。
When the vibrating
加えて、本実施形態では、中間振動板5、第1の空間6及び第2の空間7が閉成されているため、外部からの異物の付着や湿気等による周波数変動も生じ難い。それによっても、出力効率の低下が生じ難い。
In addition, in the present embodiment, since the
よって、周波数変動が生じ難く、高効率の防滴型の超音波発生装置1を提供することが可能となる。
Therefore, it is possible to provide a highly efficient drip-proof
加えて、本実施形態では、第1の板状体3は、積極的に電界を印加して駆動される部材ではない。すなわち、第1の板状体3は非駆動部材である。なお、第2の板状体4も非駆動部材である。
In addition, in the present embodiment, the first plate-
超音波放出側の第1の板状体3が非駆動部材である場合、前述したように、その材料を広範な材料から選択することができる。従って、第1の板状体3の音響インピーダンスを空気の音響インピーダンスに近いように、第1の板状体3の材料を選択することが望ましい。それによって、出力効率をより一層高めることができる。よって、第1の板状体3の音響インピーダンスは、空気の音響インピーダンスに近いことが好ましく、中間振動板5が圧電振動板であるため、中間振動板5の音響インピーダンス値より低いことが好ましい。
When the first plate-
次に、図5〜図8を参照して本発明の第2の実施形態の超音波発生装置を説明する。図5は、第2の実施形態の超音波発生装置の外観を示す斜視図であり、図6はその正面断面図である。 Next, an ultrasonic generator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view showing an appearance of the ultrasonic generator according to the second embodiment, and FIG. 6 is a front sectional view thereof.
超音波発生装置21は、略円板状の振動体22を有する。図6に示すように、振動体22は、第1の板状体23、第2の板状体24及び中間振動板25を有する。図7に部分切欠き断面斜視図で示すように、振動体22において第1の板状体23及び第2の板状体24は円板状の形状を有している。中間振動板25も円板状の形状を有している。
The
そして、本実施形態では、円筒状の外周側壁部26により、第1の板状体23の外周縁と、第2の板状体24の外周縁と、中間振動板25の外周縁の全外周が連結されている。それによって、略円板状の振動体22が構成されている。
In this embodiment, the outer peripheral edge of the first plate-
本実施形態においても、第1の空間27a及び第2の空間27bは閉成されている。従って、防滴性に優れている。
Also in the present embodiment, the
また、本実施形態では、外周側壁部26は、上記円板状の振動体22を構成するために、円筒状の形状を有している。
In the present embodiment, the outer peripheral
本実施形態においても、駆動部材は中間振動板25である。すなわち、中間振動板25は、円板状の圧電体30と、第1の電極31と、第2の電極32と、中間電極32aとを有する。円板状の圧電体30は、圧電セラミックスからなり、厚み方向に分極処理されている。図6に示すように、この円板状の圧電体30の上面に第1の電極31が形成されている。圧電体30の下面に第2の電極32が形成されている。圧電体30の内部に中間電極32aが形成されている。第1,第2の電極31,32及び中間電極32aもまた、円板状の形状を有している。図8に示すように、第1の電極31は、円板状の圧電体30よりも小さな径の円形の形状を有している。第2の電極32及び中間電極32aは、第1の電極31と重なり合う形状とされている。
Also in this embodiment, the driving member is the
また、本実施形態では図5及び図6に示すように、外周側壁部26の対向し合う位置に、第1,第2の支持部材33,34の一端が連結されている。外周側壁部26の中間振動板25が連結されている部分が振動のノードとなる。この外周側壁部26の外側の面の振動のノードとなる位置に、第1,第2の支持部材33,34の一端が連結されている。第1,第2の支持部材33,34の他端は、枠状保持部材35に連結されている。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG.5 and FIG.6, the end of the 1st,
第1,第2の支持部材33,34及び枠状保持部材35は、適宜の絶縁性セラミックスからなることができる。好ましくは、第1,第2の板状体23,24と同じセラミックス材料からなることが望ましい。その場合には、材料の種類の低減及び製造工程の簡略化を図ることができる。
The first and
本実施形態においても、枠状保持部材35は、振動体22が設けられている空間を取り囲むように配置されている。また、枠状保持部材35の上下方向寸法は、振動体22の上下方向寸法よりも大きくされている。従って、振動体22を確実に外部から保護することができる。また、枠状保持部材35を電子機器の筐体などに容易に固定することができる。
Also in this embodiment, the frame-shaped holding
本実施形態においても、中間振動板25が駆動部材であり、第1,第2の板状体23,24が非駆動部材である。中間振動板25が屈曲モードで振動すると、第1,第2の板状体23,24は中間振動板25の振動に伴って、中間振動板25に対して反対称で共振振動する。すなわち、第1の実施形態と同様に、交流電界を印加すると、図4(a)で示す振動姿態と、図4(b)で示す振動姿態とを交互にとるように振動体22が振動する。さらに、第1の板状体23を超音波放出側に配置した場合、第1の板状体23を、空気の音響インピーダンス値に近い音響インピーダンス値の材料で構成することができる。それによって出力効率の低下を抑制することができる。なお、第2の板状体24については第1の板状体23と同じ材料で形成してもよく、他の材料で形成してもよい。中間振動板25は第1の実施形態の材料と同じ材料で構成することができる。
Also in this embodiment, the
第2の実施形態の超音波発生装置21のように、振動体22を、円板状の第1,第2の板状体23,24及び円板状の中間振動板25と、円筒状の外周側壁部26とにより構成してもよい。この場合には、その形状により、振動効率をより一層効果的に高めることができる。
Like the
また、振動体22が外周側壁部26において方向性を有しないため、一対の支持部材33,34を、外周側壁部26の任意の対向し合う位置に接合すればよい。従って、組立工程の簡略化を図ることができる。なお、一対の支持部材33,34に代えて、外周側壁部26の周方向において均一に複数の支持部材を枠状保持部材35の周方向において他の形態で均一に配置してもよい。
Further, since the vibrating
また、枠状保持部材35は、矩形枠状の形状を有しているが、円環状の形状を有していても良い。すなわち、振動体22の平面形状と、枠状保持部材35の平面形状を適宜変形してもよい。
The frame-shaped holding
図9は、本発明の第3の実施形態の超音波発生装置の要部を示す正面断面図である。図9では、第3の実施形態で用いられている振動体41のみを図示する。振動体41は、第1の板状体42と、第2の板状体43と、中間振動板44と、外周側壁部45とを有する。第1の板状体42、中間振動板44及び外周側壁部45は、第2の実施形態の振動体22の第1の板状体23、中間振動板25及び外周側壁部26と同様に構成されている。異なるところは、第2の板状体43が、能動的に振動を行う駆動部材、すなわち圧電振動板であることにある。本実施形態では第2の板状体43は、円板状の圧電体46と、圧電体46の上面に形成された電極47と、下面に形成された電極48と、中間電極48aとを有する。圧電体46は中間振動板44と同一の厚み方向に分極処理されている。
FIG. 9 is a front sectional view showing an essential part of an ultrasonic generator according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 illustrates only the vibrating
従って、第2の板状体43もまた、中間振動板44と同様に交流電界を印加されて積極的に駆動される。この場合、第2の板状体43の振動が、中間振動板44の振動と反対称の形状となるように、第2の板状体43が駆動される。
Accordingly, the second plate-
従って、中間振動板44が図9における矢印Z方向に変位する場合、第2の板状体43は、第1の板状体42と共に−Z方向に変位する。
Therefore, when the
本実施形態では、第2の板状体43も積極的に駆動される。従って、超音波の出力効率をより一層高めることができる。しかも、第1の板状体42は、空気の音響インピーダンス値に近い音響インピーダンス値の材料を用いて形成することができる。それによっても出力効率を高めることができる。
In the present embodiment, the second plate-
第3の実施形態は、上記振動体41を用いたことを除いては第2の実施形態と同様である。従って、第2の実施形態に示した支持部材や枠状保持部材を同様に連結することができる。従って、振動体41以外の部分については第2の実施形態の説明を援用することにより省略する。
The third embodiment is the same as the second embodiment except that the vibrating
図10は、第4の実施形態に係る超音波発生装置の振動体51を示す断面図である。振動体51は、第1の板状体52と、第2の板状体53と、中間振動板54と、外周側壁部55とを有する。本実施形態では、第1の板状体52が、能動的に振動を行う圧電振動板である。第1の板状体52は、圧電体56と、圧電体56の上面に設けられた電極57と、下面に設けられた電極58と、中間電極58aとを有する。第1の板状体52は、中間振動板54と逆方向に変位するように駆動される。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a vibrating
その他の構造は、振動体51は振動体41と同様に構成されている。すなわち、第2の板状体53は、圧電体46と、電極47,48とを有する。本実施形態では、第1,第2の板状体52,53及び中間振動板54の全てが圧電振動板からなる駆動部材である。よって、出力効率を効果的に高めることができる。第1,第2の板状体52,53及び中間振動板54は全て同一の厚み方向に分極処理されている。本実施形態においても、中間振動板54が図10における矢印Z方向に変位する場合、第1,第2の板状体52,53が−Z方向に変位するように駆動される。すなわち、第1,第2の板状体52,53は、中間振動板54と逆相で駆動される。よって、第1及び第2の実施形態と同様に、中間振動板54の振動に対し、第1,第2の板状体52,53が反対称の振動モードで振動する。
In other structures, the vibrating
本実施形態では、第1,第2の板状体52,53も駆動されるため、出力効率をより一層高めることができる。
In the present embodiment, since the first and second plate-
第4の実施形態は、振動体51を用いたことを除いては、第2の実施形態と同様である。従って、支持部材及び枠状保持部材等については、第2の実施形態の説明を援用することにより省略する。
The fourth embodiment is the same as the second embodiment except that the vibrating
第3及び第4の実施形態の振動体41,51においても、外周側壁部45,55のうち、中間振動板44,54が連結されている部分の外側の面に支持部材を連結したとしても、超音波の周波数変動が生じ難い。よって、それによっても、第1,第2の実施形態と同様に出力効率を高めることが可能となる。
Even in the vibrating
なお、圧電振動板は、第1の実施形態ではユニモルフの振動体、第2、第3の実施形態ではバイモルフの振動体であったが、周知のバイモルフ型振動体や3層以上の積層発電体により圧電振動板を構成してもよい。 The piezoelectric diaphragm was a unimorph vibrator in the first embodiment, and a bimorph vibrator in the second and third embodiments. However, the piezoelectric diaphragm is a known bimorph vibrator or a laminated power generator having three or more layers. A piezoelectric diaphragm may be configured by the above.
また、上述してきた各実施形態では、圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス(PZT)からなるが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などからなってもよい。 Moreover, in each embodiment mentioned above, although a piezoelectric material consists of lead zirconate titanate ceramics (PZT), it is not restricted to this. For example, it may be made of a non-lead piezoelectric ceramic material such as potassium sodium niobate and alkali niobate ceramics.
また、第1の実施形態と第2の実施形態との対比から明らかなように、第1,第2の板状体及び中間振動板の平面形状は特に限定されない。もっとも、第2の実施形態のように、等方性の形状を有することが望ましい。従って、円形、正方形、正方形以外の正多角形等が望ましい。 Further, as is apparent from the comparison between the first embodiment and the second embodiment, the planar shapes of the first and second plate-like bodies and the intermediate diaphragm are not particularly limited. However, it is desirable to have an isotropic shape as in the second embodiment. Therefore, a circle, a square, a regular polygon other than a square, and the like are desirable.
また、支持部材については、本発明においては必須ではない。すなわち、本発明では、第1〜第4の実施形態で説明した各振動体が必須の構成である。この振動体の外周側壁の中間振動板が連結されている部分が振動のノードを構成することになる。従って、このような振動体を用いれば、該振動のノードとなる位置に支持部材や他の部材を連結して、周波数変動が生じ難く、出力効率の高い超音波発生装置を提供することができる。 Further, the support member is not essential in the present invention. That is, in the present invention, each vibrator described in the first to fourth embodiments is an essential configuration. The portion where the intermediate diaphragm on the outer peripheral side wall of the vibrating body is connected constitutes a vibration node. Therefore, if such a vibrating body is used, it is possible to provide an ultrasonic generator with high output efficiency by connecting a support member or another member to a position that becomes a node of the vibration and hardly causing frequency fluctuation. .
なお、支持部材を設ける場合、その数は特に限定されないが、第2の実施形態で示したように、振動体の外周に沿って均一に複数の支持部材を設けることが望ましい。 In addition, when providing a supporting member, the number is not specifically limited, However, As shown in 2nd Embodiment, it is desirable to provide a some supporting member uniformly along the outer periphery of a vibrating body.
1…超音波発生装置
2…振動体
3,4…第1,第2の板状体
5…中間振動板
6,7…第1,第2の空間
8,9…第1,第2の外周側壁部
10…圧電体
11…金属板
11a…支持部材を兼ねている部分
12…リード端子
13…電極
13a…導通部
15…リード端子
17…枠状保持部材
18…スペース
21…超音波発生装置
22…振動体
23,24…第1,第2の板状体
25…中間振動板
26…外周側壁部
27a,27b…第1,第2の空間
30…圧電体
31,32…第1,第2の電極
32a…中間電極
33,34…支持部材
35…枠状保持部材
41…振動体
42,43…第1,第2の板状体
44…中間振動板
45…外周側壁部
46…圧電体
47,48…電極
48a…中間電極
51…振動体
52,53…第1,第2の板状体
54…中間振動板
55…外周側壁部
56…圧電体
57,58…電極
58a…中間電極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1の板状体と主面同士が対向するように隔てられて配置された第2の板状体と、 前記第1の板状体と、前記第2の板状体との間に配置されており、かつ前記第1及び第2の板状体に対向するように配置された中間振動板と、
前記第1の板状体、前記中間振動板及び前記第2の板状体の各外周縁を連結している外周側壁とを備え、
前記中間振動板が、屈曲モードで振動する圧電振動板であり、前記中間振動板の振動に対して、前記第1及び前記第2の板状体が反対称に共振振動するように、前記中間振動板と、前記第1及び第2の板状体とが前記外周側壁により連結されており、
前記外周側壁の前記中間振動板に連結されている部分が振動のノードである、超音波発生装置。 A first plate-like body;
Between the first plate-like body and the second plate-like body, the second plate-like body disposed so as to be opposed to the first plate-like body and the main surfaces, An intermediate diaphragm disposed and opposed to the first and second plate-like bodies;
An outer peripheral side wall connecting each outer peripheral edge of the first plate-like body, the intermediate diaphragm and the second plate-like body,
The intermediate diaphragm is a piezoelectric diaphragm that vibrates in a bending mode, and the first and second plate-like bodies vibrate in antisymmetric resonance with respect to the vibration of the intermediate diaphragm. a diaphragm, the first and second plate member are connected by the peripheral side wall,
The ultrasonic generator , wherein a portion of the outer peripheral side wall connected to the intermediate diaphragm is a vibration node .
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