JPH03167055A - 振動子の駆動装置および該駆動装置を利用した水滴除去装置 - 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】 （１） （２） 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超音波振動を利用した各種装置に使用される振
動子の駆動装置ムこ関するもので、特に、自動車用バッ
クミラー等の板状部材に付着した水滴を除去するだめの
水滴除去装置等に適用し得る。

（従来の技術） 従来この種の装置として特開昭５６−８９８８１号公報
や特開昭５６−１０２９７７号公報等に開示された技術
が知られている。

これらの公報には、交流電源の出力周波数を変化させる
ことにより振動子を異なる共振周波数で振動させ、超音
波振動の腹と節を移動させることが開示されている。超
音波振動の腹と節を移動させることによって、振動のエ
ネルギーを超音波洗浄装置の内部に均一に分布させるこ
とかできる。

また、実開昭６３−６９６４６号公報等には、自動車用
バックミラーを振動子によって振動させることにより、
該ミラーに付着した水滴を除去する装置が開示されてい
る。

（発明が解決しようとした課題） しかしながら、従来装置においては、振動子かある共振
周波数で振動している状態から他の共振周波数で振動し
始める際に、交流電源から供給されたエネルギーの一部
が前の共振周波数の振動を減衰させるために消費されて
しまう問題点があった。このため、振動子が強い共振を
始めるまでに時間がかかるという問題点が発生していた
。

本１発明は、このような従来装置の問題点を解決するた
めになされたもので、前の共振周波数の振動を減衰させ
るために消費されてしまうエネルギーをできるだけ少な
くすることを技術的課題とした。

（課題を解決するための手段） 前述した技術的課題を達成するために講じた技術的手段
は、交流電源から振動子へ、振動子の共振周波数と反共
振周波数が交互に出力されるようにしたことである。

（作用） 前述した技（ホテ的手段によれば、振動子の振動が（３
） （４） ある共振周波数から別の共振周波数へ移る前に、交流電
源から振動子へ反共振周波数が供給される。

反共振周波数が供給されている間に振動子に発生してい
た振動が減衰する。この結果、交流電源から振動子へ別
の共振周波数が供給された時には、前の共振周波数の振
動が減衰しているので、振動子の共振によってただちに
強い振動が発生する。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の好ましい一実施例装
置について説明する。

第１図は本発明が適用された水滴除去装置を裏側から見
た平面図である。また、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図
である。

所定の曲率を有する凸面ミラー１１にはガラスエポキシ
板で作られたスペーサ３０が貼り付けられている。スペ
ーサ３０は接着剤３２．３３によってミラー１１の外周
に固定される。

第２図に示されているように、スペーサ３０とミラー１
１の間には、隙間３１が形成されている。

スペーサ３０のほぼ中央部には、圧電振動子２０が接着
剤によって固定されている。圧電振動子２０は、平板状
の電歪素子２１の両端面にフレキシブルプリント基板を
使用した電極２２と２３を導電接着したものである。第
一実施例では、電歪素子２１として圧電セラミックが使
用されている。

電極２２と電極２３の間には交流電源ＡＣが接続される
。

電極２２と電極２３の間に電力が印加されると、圧電振
動子２０は厚み方向く第２図示上下方向）および長さ方
向（第２図示左右方向）に伸長または収縮する。

第３ａ図を参照して説明する。電極２２に直流電源Ｅの
（＋）端子を、電極２３に直流電源Ｅの（−）端子を接
続すると、圧電振動子２０は横効果によって長さ方向に
収縮する。この時、スペーサ３０の一面に強い収縮力が
作用し、スペーサ３０が屈曲する。

第３ｂ図を参照して説明する。第３ａ図の場合とは逆に
、電極２２に直流電源Ｅの（−）端子を、電極２３に直
流型＃Ｅの（＋）端子を接続すると（５） （６） 圧電振動子２０は横効果によって長さ方向に伸長する。

この時、スペーサ３０の一面には強い伸長力が作用し、
スペーサ３０が第３ａ図の場合とは逆方向に屈曲する。

第３ｃ図を参照して説明する。圧電振動子２０に交流電
源ＡＣを接続し、圧電振動子２０に交流電力を供給する
と、スペーサ３０は繰り返し逆方向に屈曲され、スペー
サ３０が振動する。スペーサ３０がミラー１１に接着さ
れているので、スペーサ３０に発生した振動はミラー１
１の外周部に伝播し、ミラー１１を振動させる。

ここで交流電力の周波数を適当な値に選ふと、ミラー１
１が共振し、ミラー１１の全体に均一で振幅が大きな定
在波が発生する。この定在波によってミラー１１の表面
が高速度で運動する。この時、ミラー１１に付着した水
滴はミラー１１から高い運動エネルギーを与えられ、重
力によって滴下したり、霧化されたりしてミラー１１か
ら除去される。

本実施例装置によれば、スペーサ３０の中央部にミラー
１１に接触しない隙間３１が形成されている。ミラー１
１に直接圧電振動子２０が接着された場合゛に比べ、ミ
ラー１１と圧電振動子２０との間に隙間３１が形成され
ているので、ミラー１１が曲がりやすい。それゆえに、
ミラーｌｌ上に励起された振動は、圧電振動子２０によ
って弱められることなく、大振幅のままミラー１１の全
体に伝播する。

以下、第４ａ図と第４ｂ図を参照して、共振周波数と反
共振周波数につい′ζ説明する。

第４ａ図は圧電振動子２０単体のインピーダンスを様々
な周波数で測定した結果を描いたグラフである。５４キ
ロヘルツ程度の電気信号が交流電源ＡＣから圧電振動子
２０に供給されると、圧電振動子２０が共振状態となり
、電気的なインピーダンスが非常に小さくなる。また、
５６キロヘルツ程度の電気信号が交流電源ＡＣから圧電
振動子２０に供給されると、圧電振動子２０が反共振状
態となり、電気的なインピーダンスが非常に大きくなる
。

（７） （８） 圧電振動子２０をスペーサ３０等に接着すると、圧電振
動子２０と共に振動する系が複雑になるので、圧電振動
子２０のインピーダンスは複雑な波形を示す。第４ａ図
は第１図に示す状態において圧電振動子２０のインピー
ダンスを測定した結果を描いたグラフである。圧電振動
子２０のインピーダンスが局部的に最小となった時が圧
電振動子２０と共に振動する系の共振状態であり、圧電
振動子２０のインピーダンスが局部的に最、大となった
ところが液系の反共振状態である。共振状態と反共振状
態は低い周波数から高い周波数まで交互に現れている。

また、圧電振動子２０のインピーダンスの大きさはミラ
ー１１上に発生ずる定在波の振幅に関係する。即ち、圧
電振動子２０のインピーダンスが小さいほど交流電源Ａ
Ｃから圧電振動子２０に大きな電力が供給され・るので
、ミラーｌｌ上に発生ずる定在波の振幅が大きくなる。

従って、第４ｂ図に描かれた特性では、周波数ｆ２やｆ
６において大きな振幅の定在波がミラーｌｌ上に発生し
、ミラー１１上に付着した水滴が素早く除去できる。

そこで、第本実施例装置の交流電源ＡＣは周波数１２や
ｆ６を含む周波数範囲をスイープ発振する。

以下、第５図を参照して本実施例装置の交流電源Ａｃｔ
二ついて説明する。交流電源ＡＣは三角波発生器４１と
電圧制御発振器４２と駆動回路４３を備える。

スイッチ４５が閉じられてバッテリー４４と定電圧電源
回路４６が接続されると、三角波発生器４１が発振を開
始する。

第６図に三角波発生器４１から出力された電気信号の波
形を示す。図示されているように、三角波発生器４１か
らは、所定周期Ｔ毎に所定の電圧範囲をスイープする三
角波が出力される。三角波発生器４１から出力された電
気信号は、電圧制御発振器４２に入力される。

電圧制御発振器４２から出力された電気信号の周波数を
第７図に示す。図示されているように、電圧制御発振器
４２からは、三角波発生器４１から出力された電気信号
の電圧レベルに応じて、所（９） （ｌＯ） 定の周波数範囲ｆｗをスイープする電気信号が出力され
る。電圧制御発振器４２から出力された電気信号は駆動
回路４３で昇圧された後、圧電振動子２０に供給される
。

第４ｂ図に示した例では、電圧制御発振器４３がスイー
プする周波数範囲ｆｗの中に、四つの共振周波数ｆ２．
ｆ４．ｆ６．ｆ８と五つの反共振周波数ｆｌ、［３，ｆ
５．ｆ７．ｆ９が含まれている。従って、電圧制御発振
器４３が所定周波数範囲ｆｗをスイープすると、各共振
周波数ｆ２゜（４，［６，１８においてミラー１１上に
定在波が発生し、ミラーｌｌ上に発生した定在波は、各
反共振周波数を通過する毎に減衰する。

この結果、ミラー１１がある共振周波数（例えば共振周
波数ｆ２）で脈動した後に交流電源ＡＣから圧電振動子
２０へ別の共振周波数（例えば共振周波数ｆ４）が供給
された時には、前の共振周波数（例えば共振周波数ｆ２
）の振動が減衰して弱くなっている。それゆえに、交流
電源ＡＣから圧電振動子２０へ別の共振周波数（例えば
共振周波数ｆ４）が供給された時、前の共振周波数（例
えば共振周波数ｆ２）で発生した定在波を打ぢ消ずため
のエネルギーが少なくなる。従って、別の共振周波数（
例えば共振周波数ｆ４）が供給されると、ただぢにミラ
ー１１上に振幅が大きな定在波が発生ずるようになる。

なお、本実施例装置では、大きな振幅の定在波か発生ず
る共振周波数ｆ２．ｆ６を全て含むように所定周波数範
囲ｆｗを設定したので、所定周波数範囲ｆｗの中に五つ
の反共振周波数ｆｌ、ｆ３゜ｆ５ｆ１，１９が含まれて
いる。しかし７ながら反共振周波数は所定周波数範囲ｆ
ｗＯ中に一つまたは三つ含まれていればよい。

第８図に示したように、所定周波数範囲ｆｗの中に反共
振周波数ｆａが一つだけ含まれている場合でも、共振周
波数ｆｒｌから共振周波数ｆｒ２に移り変わる際や共振
周波数ｆｒ２から共振周波数ｆｒｌに移り変わる際にミ
ラー１１上の定在波が減衰するので、共振周波数ｆｒｌ
、ｆｒ２が供給されろと、ただちにミラーｌｌ上に振幅
が太きな定在波が発生ずるようになる。

全く同様に、所定周波数範囲ｆｗの中に三つの反共振周
波数ｆａ１．ｆａ２．ｆａ３が含まれている場合でも（
第９図参照）、共振周波数ｆｒｌ。

ｆｒ２が供給されると、ただちにミラー１１上に振幅が
大きな定在波が発生ずるようになる。

このように、本実施例装置では前の共振周波数の振動を
減衰させるために消費されてしまうエネルギーをできる
だけ少なくすることができるので、ミラー１１上に発生
ずる定在波のエネルギーを大きくすることができ、ミラ
ー１１」二に付着した水滴をより早く、しかも均一に除
去することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、反共振周波数が振動子に供給されてい
る間に振動子に発生していた振動が減衰する。この結果
、交流電源から振動子へ別の共振周波数が供給された時
には、前の共振周波数の振動がすでに減衰しているので
、振動子の共振によって、ただちに強い振動が発生ずる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された水滴除去装置を裏側から見
た平面図である。 第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。 第３ａ図、第３ｂ図　第３ｃ図は本発明の実施例装置の
動作を示した説明図である。 第４ａ図は圧電振動子単体のインピーダンスを様々な周
波数で測定した結果を描いたグラフである。 第４ｂ図は圧電振動子のインピーダンスを第１図に示し
た状態で測定した結果を描いたグラフである。 第５図は本実施例装置の交流電源を描いた回路図である
。 第６図は三角波発生器から出力された電気信号の波形を
示す波形図である。 第７図は電圧制御発振器から出力される電気信号の周波
数を描いたグラフである。 第８図は所定の周波数範囲の別の定め方を示したグラフ
である。 （１３） （１４） 第９図は所定の周波数範囲のもう一つの定め方を示した
グラフである。 １１・・・ミラー（板状部材）、 ２０・・・圧電振動子（振動子） ＡＣ・・・交流電源。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動自在に支承された振動子と、 該振動子に交流電力を供給する交流電源とを備える振動
   子の駆動装置において、 前記交流電源が、振動子の共振周波数と反共振周波数を
   交互に出力することを特徴とした振動子の駆動装置。
2. （２）前記交流電源は、さらに、 第一の反共振周波数と第二の反共振周波数の間の周波数
   範囲を所定周期で繰り返しスイープ発振する発振回路を
   備えることを特徴とした請求項（１）記載の振動子の駆
   動装置。
3. （３）前記交流電源は、さらに、 少なくとも三つの反共振周波数を含む周波数範囲を所定
   周期で繰り返しスイープ発振する発振回路を備えること
   を特徴とした請求項（１）記載の振動子の駆動装置。
4. （４）振動自在に支承された板状部材と、 該板状部材に固定された振動子と、 該振動子に交流電力を供給する交流電源とを備える振動
   子の水滴除去装置において、 前記交流電源が、振動子の共振周波数と反共振周波数を
   交互に出力することを特徴とした水滴除去装置。
5. （５）前記交流電源は、さらに、 前記板状部材と前記振動子を含む系の第一の反共振周波
   数と第二の反共振周波数の間の周波数範囲を所定周期で
   繰り返しスイープ発振する発振回路を備えることを特徴
   とした請求項（４）記載の水滴除去装置。
6. （６）前記交流電源は、さらに、 前記板状部材と前記振動子を含む系の少なくとも三つの
   反共振周波数を含む周波数範囲を所定周期で繰り返しス
   イープ発振する発振回路を備えることを特徴とした請求
   項（４）記載の水滴除去装置。