JPS63236577A - 超音波振動子の波動整合方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、超音波モータ、Ｂ音波加工、霧化器等に応用
される超音波振動子の波動整合方法に関するものである
。

〈従来技術〉 周方向に逆位相の歪振動を生ずる捩れ振動素子と、厚み
方向に歪振動を生ずる縦振動素子を積層し、その前後面
に金属ブロックを配設して、これらをボルト等で一体的
に結合したものは特開昭８１−１２０８７７号に開示さ
れているように公知である。

このものは、その捩れ振動素子により、捩れ振動に伴う
回動と、縦振動素子による軸方向への直線往復運動とを
端面に発生させ、該端面で、その組合わせによる楕円運
動を生じさせることを目的とするものである。

ところで、かかる構成にあって、縦波の音速に比して横
波（捩れ振動波）の音速は遅く、約６１情程度しかない
、具体的には、縦波５０００ｍ／ｓに対して、横波は３
０００＋＋＋／　ｓ程度である。このため、その端面に
所期の楕円駆動を取出すには、縦振動の共振周波数と、
捩れ振動の共振周波数とを整合させる必要があり、しか
も、夫々振動モードが異なるために、前後の金属ブロッ
クが同径の通常形状では、実際には楕円運動を取出すこ
とができず、机上の提案に過なくなっている。

本発明は、縦振動波と捩れ振動波を整合することにより
、かかる構造の超音波振動子の製造を可能とするＨｉ音
波振動子の波動整合方法の提供を目的とするものである
。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、周方向に逆位相の歪振動を生ずる捩れ振動素
子と、厚み方向に歪振動を生ずる縦振動素子とを積層し
、その前後面に配設した金属プロ、りにより各振動素子
を挟持したものにおいて。

前記金属ブロックの断面積を変化させて捩れ振動波を調
整し、その全長の設定により縦振動波を調整して、捩れ
振動波と縦振動波を整合させるようにしたものである。

く作用〉 本発明者は、かかる構造の振動子につき、種々の検討及
び実験を重ねた結果、縦振動波は、振動子の全長の影τ
を大きく受けるのに比し、捩れ振動波は、回転慣性力に
よる影響が大きいので、断面積の変化によって大きく変
わるという特性を見い出した。

本発明は、これらの特性を使って、全長と断面積を調整
することにより、縦振動波と、捩れ振動波の見かけのｒ
ｆ速を同じとし、各振動波に対応する振動モードの共振
周波数を合致させるようにしたものである。

尚、縦振動と捩れ振動の各モードの共振周波数を確実に
一致させることは量産上困難であるため、±ｌＯ％程度
、望ましくは±５％以内のばらつきがあっても聞届はな
い。また、縦振動波と捩れ振動波の重なり合う振動モー
ドは、縦振動波が半波長共振（１次モード）のとき捩れ
振動波は１波長共振（２次モード）、縦振動波が１波長
共振（２次モード）のとき捩れ振動波は１．５波長共振
（３次モード）の組合わせがある。そのほか縦振動波が
３次モードで捩れ振動波が５次モード等の組合わせもあ
る。

すなわち、この振動モードの組合わせに基いて、全長と
断面積を決定すればよいこととなる。

〈実施例〉 添付図面について本発明の一実施例を説明する。

第１図について、２ａ、２ｂは、周方向に分極し、相互
に逆位相の周方向の歪振動を生ずるようにしたＰＺＴ等
からなる二枚の環状圧電素子からなる捩れ振動素子であ
って、これに相互に厚み分極方向を異ならせた二枚の環
状圧電素子からなる群振動素子３ａ、３ｂを積層する。

そして、積層体の両側にジュラルミン製の金属ブロック
４，５を配設し、さらに各部材の中心にボルト６を挿入
して、その上下端の螺子６ａ、６ｂを後部の金属ブロフ
ク５の内面に周設した螺子と、金属ブロック４の前端に
配置したナツト７に螺合して、振動素子２ａ、２ｂ、３
ａ、３ｂを金属ブロック４．５で挟持し、而で超音波振
動子ｌを構成する。

かかる構成にあって、金属ブロック４は、その前部をテ
ーパー面８を介して細径部９に連成することにより縮径
部１０を形成し、前記ナツト７を細径部９と同径とする
。

これにより、金属ブロック４．５の長さを夫々定めてそ
の全長を決定し、かつ金属ブロック４の縮径部１０の径
寸法を決定して、断面積を調整する。そしてこの調整に
より、第１図に併記するように縦振動素子３ａ、３ｂの
駆動による縦振動波が゛ト波長共振（１次モード）のと
き、捩れ振動素子２ａ、２ｂの駆動による捩れ振動波は
１１長共振（２次モード）となるようにする、このほか
、上述のように各種モードの組合わせを実現することも
できる。

尚、前記金属ブロック４は縮径部１０によりホーンの役
割も生じ、速度分布波形で示されるように、その先端で
、金属ブロック５の後端に比して大きな振巾が発生する
。

かかる構成にあって、捩れ振動素子２ａ、２ｂと縦振動
素子３ａ、３ｂに上述の関係に基き所定周波数の交番電
圧を印加すると、金属ブロック４の先端に捩れ振動に伴
う回転運動と、縦振動に伴う往復直線運動が合成した運
動が発生する。そして、捩れ振動と、縦振動の振巾が同
じで、位相が同じであると円運動をし、振巾及び位相を
変えると楕円連動をする。さらには回転を逆にすること
もできる。

次に第２図は断面積の他の調整手段を示すものであって
、金属ブロック４に、その中途を縮径して、縮頚部２０
を形成したものである。そしてこの！Ｉｉｉ頚部２０の
径選定により金属ブロック４の断面積が調整されること
となる。

また第３図は、中心に螺子孔を形成した同径の金属プロ
、り４，５の、該螺子孔にボルト３０を螺合して振動素
子２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂを挟持したものにあって、ボ
ルト３０を短くし、これにより金属ブロック４の螺子孔
を利用して調整孔３１を形成するようにしたものである
。そして、この調整孔３１により金属ブロック４の断面
積は縮小され、その調整が可能となる。

〈発明の効果〉 本発明は、上述のように、金属ブロックの断面積を変化
させて捩れ振動波を調整し、その全長の設定により縦振
動波を調整して、捩れ振動波と縦振動波を整合させたも
のであり、而て、その端部からキイ１円Ｅｌ！動を有効
に取出し得ることとなる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図はブロックの
断面積調整手段の一実施例を示す超音波振動子１の下半
分を縦断した側面図であり、縦振動と、捩れ振動の速度
分布波形を軸方向に沿って併記する。また第２図は同第
二実施例の側面図、第３図は同第三実施例の下半分を縦
断した側面図である。 ｌ；超音波振動子　２ａ、２ｂ；捩れ振動素子３ａ、３
ｂ；縦振動素子　４，５；金属ブロック　１０；縮径部
　２０．縮頚部　３１．調整孔 出願人　　　　　口木特殊陶業株式会社上　　羽　　貞
　　行 黒　　澤　　　　　実 代理人　弁理士　松浦過多力　”１ 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　周方向に逆位相の歪振動を生ずる捩れ振動素子と、厚
   み方向に歪振動を生ずる縦振動素子とを積層し、その前
   後面に配設した金属ブロックにより各振動素子を挟持し
   たものにおいて、前記金属ブロックの断面積を変化させ
   て捩れ振動波を調整し、その全長の設定により縦振動波
   を調整して、捩れ振動波と縦振動波を整合させるように
   したことを特徴とする超音波振動子の波動整合方法。