JPS60163599A - 超音波圧電振動子 - Google Patents
超音波圧電振動子Info
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- JPS60163599A JPS60163599A JP1766384A JP1766384A JPS60163599A JP S60163599 A JPS60163599 A JP S60163599A JP 1766384 A JP1766384 A JP 1766384A JP 1766384 A JP1766384 A JP 1766384A JP S60163599 A JPS60163599 A JP S60163599A
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- vibrator
- piezoelectric vibrator
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Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 12
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- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
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- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔利用分野・発明の目的〕
本発明は超音波振動子の改良に係り、圧電セラミックを
用いた超音波振動子の中で最も広く使用されているボル
ト締めランジュバン振動子に関し、所望する周波数に共
振させた構造を前提として、従来よりも一段と小型化さ
れた新しい機構の超音波振動子を提供することを目的と
する。
用いた超音波振動子の中で最も広く使用されているボル
ト締めランジュバン振動子に関し、所望する周波数に共
振させた構造を前提として、従来よりも一段と小型化さ
れた新しい機構の超音波振動子を提供することを目的と
する。
従来の超音波振動子には圧電型と磁歪型とがあり、どち
らも良く用いられている。効率から言えば圧電型が優れ
、構造も簡単な点から利用されている割合はひとまわり
多い。圧電型超音波振動子と言えば専らボルト締めラン
ジュバン型と言われる程で、他の屋で商品化されている
ものは見当らない。ところで、このランジュバン型振動
子は、厚さ方向に分極された圧電セラミック円板を互に
分極の向きを逆にして２枚もしくは偶数枚重ね、これを
アルミニウム又はステンレスなどの円柱状振動子でサン
ドイツチし、これらをボルトで強く締め付けた構造をし
ている。圧電セラミックに高周波の正弦波電圧を印加し
て、厚み振動な励振させ、この振動で振動子を共振させ
振幅を増幅するので、振動子の長さに応じて共振周波数
が決まり、低周波用根長くなり、低周波で寸法の短い小
型振゛動子を作れないことが欠点でありた。
らも良く用いられている。効率から言えば圧電型が優れ
、構造も簡単な点から利用されている割合はひとまわり
多い。圧電型超音波振動子と言えば専らボルト締めラン
ジュバン型と言われる程で、他の屋で商品化されている
ものは見当らない。ところで、このランジュバン型振動
子は、厚さ方向に分極された圧電セラミック円板を互に
分極の向きを逆にして２枚もしくは偶数枚重ね、これを
アルミニウム又はステンレスなどの円柱状振動子でサン
ドイツチし、これらをボルトで強く締め付けた構造をし
ている。圧電セラミックに高周波の正弦波電圧を印加し
て、厚み振動な励振させ、この振動で振動子を共振させ
振幅を増幅するので、振動子の長さに応じて共振周波数
が決まり、低周波用根長くなり、低周波で寸法の短い小
型振゛動子を作れないことが欠点でありた。
従来のランジュバン型振動子は第１図に示すごとく、厚
さ５ｕ、直径３５１ｍ、内径１５謳のドーナツ状の圧電
振動子１１および１２の分極の正極性側電極で端子板６
をサンドイッチし、その外側にアルミニウム又は鉄製の
直径３５ｉｎの円柱状振動子３および４を重ね、直径Ｌ
ｏｗのキャップボルト５で締めつけたものである。圧電
振動子１２と円柱状振動子３との間に端子板７が挾まれ
ており、キャップボルト５は円柱状振動子３の底７ ｍ
厚まで落し込んで、他方の円柱状振動子４のタッグ穴に
トルクレンチで締め付けた構造である。ここで、円柱状
振動子３．４は半波長共振モードに合わせるのが最も短
く、その長さノは ｌ ＝ Ｃ／４ ｆ ・・・・・・ （１）で与えられ
る。式中のＣは縦波の音速であり、アルミニウム、鉄、
鋼などでは材質によらず５．０×１０５〜５．２ Ｘ
１０’ ｗ ／ Ｓの範囲の値を示す。そこで、２０
Ｋ１１１ｉ用超音波振動子をアルミニウムで作った場合
、長さは２！にほぼ等しく約１３０ｆｉとなり、とのよ
５に２０ ＫＨ７ｉ付近で用いるランジ−パン型超音波
振動子は長さの長いものとなる。
さ５ｕ、直径３５１ｍ、内径１５謳のドーナツ状の圧電
振動子１１および１２の分極の正極性側電極で端子板６
をサンドイッチし、その外側にアルミニウム又は鉄製の
直径３５ｉｎの円柱状振動子３および４を重ね、直径Ｌ
ｏｗのキャップボルト５で締めつけたものである。圧電
振動子１２と円柱状振動子３との間に端子板７が挾まれ
ており、キャップボルト５は円柱状振動子３の底７ ｍ
厚まで落し込んで、他方の円柱状振動子４のタッグ穴に
トルクレンチで締め付けた構造である。ここで、円柱状
振動子３．４は半波長共振モードに合わせるのが最も短
く、その長さノは ｌ ＝ Ｃ／４ ｆ ・・・・・・ （１）で与えられ
る。式中のＣは縦波の音速であり、アルミニウム、鉄、
鋼などでは材質によらず５．０×１０５〜５．２ Ｘ
１０’ ｗ ／ Ｓの範囲の値を示す。そこで、２０
Ｋ１１１ｉ用超音波振動子をアルミニウムで作った場合
、長さは２！にほぼ等しく約１３０ｆｉとなり、とのよ
５に２０ ＫＨ７ｉ付近で用いるランジ−パン型超音波
振動子は長さの長いものとなる。
出力を一端面だげから取り出すのが普通であるから、特
性を多少犠牲にしても、振動子の長さを短かくしたい場
合は、円柱状振動子３を１個だけとし、他方の円柱状振
動子４はステンレススチールで作った約２０關の厚さの
円柱を用いて短かくすることもあるが、それでも９０ｍ
よりも短かくすることはできないであろう。
性を多少犠牲にしても、振動子の長さを短かくしたい場
合は、円柱状振動子３を１個だけとし、他方の円柱状振
動子４はステンレススチールで作った約２０關の厚さの
円柱を用いて短かくすることもあるが、それでも９０ｍ
よりも短かくすることはできないであろう。
この発明は上述した技術の欠点を解消するもので、同一
寸法の撮動子における共振周波数はたてモードに比らべ
て、屈曲モードでは大幅に低くなることを利用して複数
の屈曲振動板からなる梁状屈曲共振子を圧電振動子で励
振し、たて振動を発生させることを特徴とした超音波圧
電振動子によって目的を達成したものである。
寸法の撮動子における共振周波数はたてモードに比らべ
て、屈曲モードでは大幅に低くなることを利用して複数
の屈曲振動板からなる梁状屈曲共振子を圧電振動子で励
振し、たて振動を発生させることを特徴とした超音波圧
電振動子によって目的を達成したものである。
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
実施例１
本発明の超音波圧電振動子の一実施例を第２図および第
３図に示す。外径３０簡、内径１４ｍ、厚さ２闘のドー
ナツ状圧電振動子１１１ １１２に端子板１４．１５を
重ね梁状屈曲振動子１２、端面板１３を他方の端面板を
兼用した径８ｍ、長さ２０露のボルト１６で締めつけて
超音波圧電振動子を構成した。端子板１４．１５に接続
されたリード線１７．１８を通して２０ ＫＨ，！ｉ＋
、１０ボルトの正弦波電圧を印加すると縦振動が生じた
。この振動子は全長が２５ｍであり、第１図に示した従
来の２ Ｑ ＫＨＪ用ランジュバン振動子の１３０ ｍ
と比較すると、大幅に短くできた。この理由は梁状共振
子１２を用いたからであり、その構造は第３図に示すご
とく、外径３０ｍ内径１５謁、厚さ３１１１のドーナツ
状円板に放射状の歯１２１が付いたもので、この例では
厚さ１顛、長さ６．３誌の歯１２１が８枚の梁状共振子
を例示した。ここで問題となる共振子の長さは、片持梁
状の歯の長さで決まる。片持梁の長さｌ、厚さＨと共振
周波数、ｆｒとの関係はで表わされ、Ｃ中５Ｘ１０”＋
ｍ、Ｈ＝ １ ｗｓ、ｆｒ二２Ｘ１０’とするとｌ ＝
６．２７ｍとなる。このように片持梁の共振長が短い
ことから、超音波圧電振動子の全長を極端に短く、２０
ＫＨｇ用で２５顛にできたのである。
３図に示す。外径３０簡、内径１４ｍ、厚さ２闘のドー
ナツ状圧電振動子１１１ １１２に端子板１４．１５を
重ね梁状屈曲振動子１２、端面板１３を他方の端面板を
兼用した径８ｍ、長さ２０露のボルト１６で締めつけて
超音波圧電振動子を構成した。端子板１４．１５に接続
されたリード線１７．１８を通して２０ ＫＨ，！ｉ＋
、１０ボルトの正弦波電圧を印加すると縦振動が生じた
。この振動子は全長が２５ｍであり、第１図に示した従
来の２ Ｑ ＫＨＪ用ランジュバン振動子の１３０ ｍ
と比較すると、大幅に短くできた。この理由は梁状共振
子１２を用いたからであり、その構造は第３図に示すご
とく、外径３０ｍ内径１５謁、厚さ３１１１のドーナツ
状円板に放射状の歯１２１が付いたもので、この例では
厚さ１顛、長さ６．３誌の歯１２１が８枚の梁状共振子
を例示した。ここで問題となる共振子の長さは、片持梁
状の歯の長さで決まる。片持梁の長さｌ、厚さＨと共振
周波数、ｆｒとの関係はで表わされ、Ｃ中５Ｘ１０”＋
ｍ、Ｈ＝ １ ｗｓ、ｆｒ二２Ｘ１０’とするとｌ ＝
６．２７ｍとなる。このように片持梁の共振長が短い
ことから、超音波圧電振動子の全長を極端に短く、２０
ＫＨｇ用で２５顛にできたのである。
実施例２
実施例１の超音波圧電振動子は確かに短いが、梁状共振
子が捻り結合子の機能ももっているので、捻り振動も寄
生する。この捻れ振動はボルト１６でかなり抑止される
が、その分だけエネルギー損失となり効率が下がる。そ
こで、片持梁の自由端を抑止することなく、自由振動が
できるように改善したのが、第４図に示す本実施例の超
音波圧電振動子であり、２０ ＫＨｇ用で全長３８ｍで
ある。
子が捻り結合子の機能ももっているので、捻り振動も寄
生する。この捻れ振動はボルト１６でかなり抑止される
が、その分だけエネルギー損失となり効率が下がる。そ
こで、片持梁の自由端を抑止することなく、自由振動が
できるように改善したのが、第４図に示す本実施例の超
音波圧電振動子であり、２０ ＫＨｇ用で全長３８ｍで
ある。
実施例１との差異は梁状共振子２２．２３を２個用い、
対称図形になるように重ねたものであり、ここでは歯の
厚さを２絽、長さを８．９ ｍ 、幅７露とした。捻り
振動は両方の歯の接触面で自由振動が許容されるので、
ボルト２７には捻りトルクが作用しない。このため端面
板２６と梁状共振子２３との間にスプリング・ワッシャ
３０を挿入して、縦振動の振幅も抑止されない構造とし
た。ここで、歯数な増すほど縦振動の強さが大きくなる
が、それだけ製作の工数も増える。これとは逆に縦振動
の強さはさほど大きくなくともよいが作り易い振動子が
要求されることもある。
対称図形になるように重ねたものであり、ここでは歯の
厚さを２絽、長さを８．９ ｍ 、幅７露とした。捻り
振動は両方の歯の接触面で自由振動が許容されるので、
ボルト２７には捻りトルクが作用しない。このため端面
板２６と梁状共振子２３との間にスプリング・ワッシャ
３０を挿入して、縦振動の振幅も抑止されない構造とし
た。ここで、歯数な増すほど縦振動の強さが大きくなる
が、それだけ製作の工数も増える。これとは逆に縦振動
の強さはさほど大きくなくともよいが作り易い振動子が
要求されることもある。
なお、図中の２１１．２１２はドーナツ状圧電振動子２
４．２５は端子板、２８．２９はリード線である。
４．２５は端子板、２８．２９はリード線である。
実施例３
製作の容易な超音波圧電振動子の実施例を下記する。な
お第４図に示した実施例２の共振子は８．９露の歯が２
枚接しているので、この部分の歯の長さは１７．８ｍで
ある。歯の接触面を溶接したとすると、歯はもはや片持
梁ではなくなり、両端固定梁となり、梁の長さｌと厚さ
Ｈと共振周波数ｆ、の関係も（２）式ではなく となる。ここでＨ＝ ２ ｍ、ｆｒ−２０ｘａｙ、 Ｃ
：５ Ｘ１０６關／ＳとするとＪ＝２２，４關となる。
お第４図に示した実施例２の共振子は８．９露の歯が２
枚接しているので、この部分の歯の長さは１７．８ｍで
ある。歯の接触面を溶接したとすると、歯はもはや片持
梁ではなくなり、両端固定梁となり、梁の長さｌと厚さ
Ｈと共振周波数ｆ、の関係も（２）式ではなく となる。ここでＨ＝ ２ ｍ、ｆｒ−２０ｘａｙ、 Ｃ
：５ Ｘ１０６關／ＳとするとＪ＝２２，４關となる。
長さ２８．４酩、外径３０ｍ、内径２６ｍで、一端が開
放、他端に３闘厚さの底のついた円筒を円周に沿って１
６等分し、１つおきに削除すると、長さ２５．４ ｍｔ
ｘ、幅約６謁の歯３２２が８枚に丸底がついたものがで
きる。厚さ３關の丸底には直径１５顛の穴をあける。つ
ぎに厚さ７鎮直径３０ｍの円板を第６図のように中心に
８ ｍｍのタップをたて、その周りを直径１５闘の丘に
してその外側を４ｕ削除して３顛の厚さだけ残し、この
中心にネジ穴３２４の丘状突起３２３をもつ円板３２１
の外周を１６等分し１つおきに深さ２ｍの溝を削る。こ
の溝に前述の８枚の歯３２２を嵌め込んで、溶接し梁状
共振子３２を作った。この共振子３２にドーナツ状圧電
振動子３１゜３１２と端子板３３．３４を重ね、端面板
つきの径が８ｓｍ、長さが３４露のボルト３５で締めつ
けて超音波圧電振動子を作った。端子板３３．３４に半
田付したリード線３６．３７に２０ ｘＨ７ｌ、１０ボ
ルトの正弦波電圧を印加すると超音波圧電振動子に縦振
動が励振され、端面板が激しく振動した。
放、他端に３闘厚さの底のついた円筒を円周に沿って１
６等分し、１つおきに削除すると、長さ２５．４ ｍｔ
ｘ、幅約６謁の歯３２２が８枚に丸底がついたものがで
きる。厚さ３關の丸底には直径１５顛の穴をあける。つ
ぎに厚さ７鎮直径３０ｍの円板を第６図のように中心に
８ ｍｍのタップをたて、その周りを直径１５闘の丘に
してその外側を４ｕ削除して３顛の厚さだけ残し、この
中心にネジ穴３２４の丘状突起３２３をもつ円板３２１
の外周を１６等分し１つおきに深さ２ｍの溝を削る。こ
の溝に前述の８枚の歯３２２を嵌め込んで、溶接し梁状
共振子３２を作った。この共振子３２にドーナツ状圧電
振動子３１゜３１２と端子板３３．３４を重ね、端面板
つきの径が８ｓｍ、長さが３４露のボルト３５で締めつ
けて超音波圧電振動子を作った。端子板３３．３４に半
田付したリード線３６．３７に２０ ｘＨ７ｌ、１０ボ
ルトの正弦波電圧を印加すると超音波圧電振動子に縦振
動が励振され、端面板が激しく振動した。
この振動は端面板の中心のボルト締め部に対して円周部
が歯で、そらされる形となるので、端面板の中心部は振
幅が小さく、外周部はど振幅が大きい。
が歯で、そらされる形となるので、端面板の中心部は振
幅が小さく、外周部はど振幅が大きい。
以上述べたのは本発明の超音波圧電振動子の一例であり
、梁の屈曲モードの共振を利用した共振子を用いること
により、振動子の全長を短くしたものである。梁状共振
子は片持梁、両端固定梁その他これらの変形もある。
、梁の屈曲モードの共振を利用した共振子を用いること
により、振動子の全長を短くしたものである。梁状共振
子は片持梁、両端固定梁その他これらの変形もある。
なお梁は円筒状振動子を例示したので、放射状配置また
は円周にそって配置したが、これに限らず、振動子が角
柱状の場合は辺にそって配置できることは言うまでもな
い。
は円周にそって配置したが、これに限らず、振動子が角
柱状の場合は辺にそって配置できることは言うまでもな
い。
以上説明したように複数の屈曲振動板からなる梁状共振
子を圧電振動子で励振し、たて振動な発生する構成にし
たから、従来のランジュバン型超音波圧電振動子に比し
て振動子の全長を大幅に短くでき、これを利用する超音
波機器を小型化できる効果がある。
子を圧電振動子で励振し、たて振動な発生する構成にし
たから、従来のランジュバン型超音波圧電振動子に比し
て振動子の全長を大幅に短くでき、これを利用する超音
波機器を小型化できる効果がある。
第１図は従来のランジュバン型振動子の正面図、第２図
は本発明の第１実施例に係るランジュバン型振動子の正
面図、第３図はその振動子に用いる共振子の側面図、第
４図は本発明の第２実施例に係るランジュバン型振動子
の正面図、第５図は本発明の第３実施例に係るランジュ
バン型振動子の正面図、第６図はその振動子に用いる共
振子の側面図である。 １１．２１，３１・・・・・・ドーナツ状圧電振動子、
１２・・・・・・屈曲振動子、２２，２３．３２・・・
・・・梁状共振子。 第１図 第２１ 第３図 第４図 第５図 第６図
は本発明の第１実施例に係るランジュバン型振動子の正
面図、第３図はその振動子に用いる共振子の側面図、第
４図は本発明の第２実施例に係るランジュバン型振動子
の正面図、第５図は本発明の第３実施例に係るランジュ
バン型振動子の正面図、第６図はその振動子に用いる共
振子の側面図である。 １１．２１，３１・・・・・・ドーナツ状圧電振動子、
１２・・・・・・屈曲振動子、２２，２３．３２・・・
・・・梁状共振子。 第１図 第２１ 第３図 第４図 第５図 第６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数の屈曲振動板からなる梁状屈曲共振子を圧電振
動子で励振し、たて振動を発生することを特徴とする超
音波圧電振動子。 ２、特許請求の範囲第１項において、梁状屈曲共振子は
両端固定梁もしくは片持梁としたことを特徴とする超音
波圧電振動子。 ３、特許請求の範囲第１項記載において、少なくとも梁
状屈曲共振子と圧電振動子とはボルトを用いて強く締め
付は圧電振動子に所定の偏倚応力を与えたことを特徴と
する超音波圧電振動子。 ４、特許請求の範囲第３項記載において、偏倚応力は圧
電振動子のみならず共振子の油力振動板にも作用するご
とく構成したことを特徴とする超音波圧電振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1766384A JPS60163599A (ja) | 1984-02-04 | 1984-02-04 | 超音波圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1766384A JPS60163599A (ja) | 1984-02-04 | 1984-02-04 | 超音波圧電振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60163599A true JPS60163599A (ja) | 1985-08-26 |
Family
ID=11950089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1766384A Pending JPS60163599A (ja) | 1984-02-04 | 1984-02-04 | 超音波圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60163599A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01287268A (ja) * | 1988-05-14 | 1989-11-17 | Nippon Mining Co Ltd | 浸漬ボンディング方法及び装置 |
-
1984
- 1984-02-04 JP JP1766384A patent/JPS60163599A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01287268A (ja) * | 1988-05-14 | 1989-11-17 | Nippon Mining Co Ltd | 浸漬ボンディング方法及び装置 |
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