JPH03212177A - Ultrasonic transducer and method for manufacturing the ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer and method for manufacturing the ultrasonic transducer

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JPH03212177A
JPH03212177A JP2005073A JP507390A JPH03212177A JP H03212177 A JPH03212177 A JP H03212177A JP 2005073 A JP2005073 A JP 2005073A JP 507390 A JP507390 A JP 507390A JP H03212177 A JPH03212177 A JP H03212177A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
elastic body
ultrasonic transducer
excitation
ultrasonic
shape memory
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005073A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Iwao
直人 岩尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP2005073A priority Critical patent/JPH03212177A/en
Publication of JPH03212177A publication Critical patent/JPH03212177A/en
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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超音波振動子及びその製造方法に関するもの
であり、さらに詳しくは、該超音波振動子における弾性
体と励振体の接合に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic transducer and a method for manufacturing the same, and more particularly relates to joining an elastic body and an excitation body in the ultrasonic transducer. It is.

[従来技術] 従来、強力な出力を取り出す必要がある超音波振動子に
於いては、弾性体と励振体との接合には次のような工夫
がなされていた。例えばランジュバン振動子では弾性体
に励振体である電気機械変換素子を着設する際にはボル
ト締めによる機械的な接合がなされている。また有機あ
るいは無機系接着剤により接合するものについても公知
である。
[Prior Art] Conventionally, in ultrasonic vibrators that need to produce a strong output, the following techniques have been used to join an elastic body and an excitation body. For example, in a Langevin vibrator, when an electromechanical transducer, which is an excitation body, is attached to an elastic body, mechanical connection is performed by tightening bolts. Furthermore, devices that are bonded using organic or inorganic adhesives are also known.

しかしこれらの接合方法ではその接合強度が小さいとい
う欠点があった。そこでろう付は法や固相接合法により
接合する方法が考えられている。
However, these bonding methods have the disadvantage that the bonding strength is low. Therefore, joining methods such as brazing and solid phase joining methods are being considered.

[発明が解決しようとする課題] しかしながらこれらの方法では、接合の際に非常に高温
に加熱することや高い圧力をかけることが必要であると
いう問題点があり、さらに、加熱や加圧のために大型の
装置が必要であるという問題点があった。
[Problem to be solved by the invention] However, these methods have the problem that it is necessary to heat to a very high temperature and apply high pressure during bonding, and furthermore, There was a problem in that large-sized equipment was required.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、超音波振動子の弾性体と励振体との接合強度
を容易に材料自身の破壊強度にまで向上することを可能
とし、簡易に強接合力を得る方法を提供することを目的
とする。更に簡易な方法により製造可能な超音波振動子
を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and makes it possible to easily improve the bonding strength between the elastic body and the excitation body of an ultrasonic vibrator to the breaking strength of the material itself. The purpose is to provide a method for easily obtaining strong bonding force. Another object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer that can be manufactured by a simpler method.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するために本発明の超音波振動子は、弾
性体と、該弾性体に超音波振動を励振する励振体とから
なる超音波振動子に於いて、前記弾性体を形状記憶合金
で構成し、且つ前記励振体を前記弾性体の所定の位置に
結合したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the ultrasonic transducer of the present invention includes an elastic body and an excitation body that excites ultrasonic vibrations in the elastic body. The elastic body is made of a shape memory alloy, and the excitation body is coupled to a predetermined position of the elastic body.

また本発明の超音波振動子は、励振体と結合可能な結合
可能部を有する特定形状を記憶した形状記憶合金からな
る弾性体における前記結合可能部を変形させ、前記励振
体と結合し易くした後、該弾性体の結合可能部に励振体
を結合させ、その後に該弾性体を相転移温度となるよう
に加熱あるいは冷却することを特徴とする。
Further, the ultrasonic vibrator of the present invention has an elastic body made of a shape memory alloy that memorizes a specific shape and has a connectable part that can be connected to an excitation body, and the connectable part is deformed to facilitate coupling with the excitation body. After that, the excitation body is coupled to the connectable portion of the elastic body, and then the elastic body is heated or cooled to a phase transition temperature.

[作用] 上記の構成を有する本発明の超音波振動子では、弾性体
及び励振体か凹凸等の機械的な結合力により結合してい
る。そのため両者間の接合力が強固である。
[Operation] In the ultrasonic vibrator of the present invention having the above-described configuration, the elastic body and the excitation body are coupled by mechanical coupling force such as unevenness. Therefore, the bonding force between the two is strong.

また本発明の超音波振動子の製造方法では、弾性体とし
ての形状記憶合金に予め励振体と強固に結合する特定形
状を記憶させたのち、その形状を変形させて励振体と結
合し易くする。その後に該励振体と前記形状記憶合金を
結合させる。そして該形状記憶合金を相転移温度にする
。すると、形状記憶合金が元の形状に戻り強固に結合す
る。
In addition, in the method for manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention, a shape memory alloy serving as an elastic body is memorized in advance to have a specific shape that firmly connects with the excitation body, and then the shape is deformed to facilitate the connection with the excitation body. . After that, the excitation body and the shape memory alloy are combined. The shape memory alloy is then brought to a phase transition temperature. Then, the shape memory alloy returns to its original shape and is firmly bonded.

[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。
[Example] Hereinafter, an example embodying the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)及び(b)は本実施例の超音波振動子を示
す斜視図である。まず第1図(a)及び(b)を参照し
て本実施例の超音波振動子の構成を説明する。本実施例
の超音波振動子11は矩形平板形状で、チタン−ニッケ
ル(Ti−Ni)系の形状記憶合金からなる弾性体21
を有している。
FIGS. 1(a) and 1(b) are perspective views showing the ultrasonic transducer of this embodiment. First, the configuration of the ultrasonic transducer of this embodiment will be explained with reference to FIGS. 1(a) and 1(b). The ultrasonic transducer 11 of this embodiment has a rectangular flat plate shape, and an elastic body 21 made of a titanium-nickel (Ti-Ni) based shape memory alloy.
have.

前記弾性体21は、所定の周波数fにおいてその厚さ方
向に両端自由2次モードで曲げ振動し、且つ同一の周波
数fにおいて長さ方向に両端1次モードで縦振動するよ
うに形状寸法を調節されている。一般に、弾性体中を伝
播する縦振動の共振周波数は、該弾性体の長さに依存し
、厚さ方向の曲げ振動の共振周波数は、該弾性体の長さ
及び厚さに依存する。従って前述のような弾性体21を
設計することは容易であり、公知であるのでその詳細は
省く。
The shape and dimensions of the elastic body 21 are adjusted so that the elastic body 21 bends and vibrates in a free secondary mode at both ends in the thickness direction at a predetermined frequency f, and longitudinally vibrates in a primary mode at both ends in the length direction at the same frequency f. has been done. Generally, the resonant frequency of longitudinal vibration propagating in an elastic body depends on the length of the elastic body, and the resonant frequency of bending vibration in the thickness direction depends on the length and thickness of the elastic body. Therefore, designing the elastic body 21 as described above is easy and well known, so the details thereof will be omitted.

該弾性体21には、第1図(a)に示されるように所定
の側面に陥没部24が設けられ、さらにその面と直交す
る側面には、陥没部25が設けられている。これらの陥
没部24及び25には該弾性体21に曲げ振動を励振す
るための第1圧電体22と、該弾性体21に縦振動を励
振するための第2圧電体23が嵌入されている。この嵌
入方法について詳述する。前記陥没部24の図中に示す
長さal、幅す、は、前記第1圧電体22の図中に示す
長さa1゛、幅b1° と以下の関係となるようにその
形状が記憶されている。
As shown in FIG. 1(a), the elastic body 21 is provided with a recessed portion 24 on a predetermined side surface, and further provided with a recessed portion 25 on a side surface perpendicular to the predetermined side surface. A first piezoelectric body 22 for exciting bending vibration in the elastic body 21 and a second piezoelectric body 23 for exciting longitudinal vibration in the elastic body 21 are fitted into these depressions 24 and 25. . This fitting method will be explained in detail. The shape of the recessed portion 24 is memorized so that the length al and width shown in the figure have the following relationship with the length a1゛ and width b1° shown in the figure of the first piezoelectric body 22. ing.

a、<a1′ 、b、<b、’ また、前記陥没部25の図中に示す長さa2、幅b2は
、図中に示す前記第2圧電体23の長さa2、幅b2°
 と以下の関係となるようにその形状が記憶されている
a.
The shape is memorized so that it has the following relationship.

a2<82’ 、b2<b2゜ 次に、このような弾性体を、以下の関係になるように変
形する。
a2<82', b2<b2° Next, such an elastic body is deformed so that the following relationship is established.

al〉as’ 、b 、> b 、” a 2 〉a 2’ 、t) 2 〉I) 2’このよ
うに変形させた後に前記陥没部24に前記第1圧電体2
2を挿入し、且つ前記陥没部25に前記第2圧電体23
を挿入する。その後、前記弾性体の温度を相転移温度と
なるように加熱する。
al>as',b,>b,"a2>a2',t)2>I)2'After deforming in this way, the first piezoelectric body 2 is placed in the depressed portion 24.
2, and the second piezoelectric body 23 is inserted into the recessed portion 25.
Insert. Thereafter, the elastic body is heated to a phase transition temperature.

すると、弾性体は変形前の形状に戻り上述の関係から前
記第1圧電体22及び前記第2圧電体23は前記陥没部
24及び25に強固に嵌合される。
Then, the elastic body returns to the shape before deformation, and the first piezoelectric body 22 and the second piezoelectric body 23 are firmly fitted into the recessed portions 24 and 25 due to the above-mentioned relationship.

以上のように構成された超音波振動子11の作用を以下
に説明する。
The operation of the ultrasonic transducer 11 configured as above will be explained below.

まず、前記第1圧電体22に周波数fの交流電圧を印加
して振動させると、前記弾性体21は曲げ振動2次モー
ドで振動し、さらに前記第2圧電体23に周波数fの交
流電圧を印加して振動させると、前記弾性体21は縦振
動1次モードで振動する。この時前記第1圧電体22と
前記第2圧電体23に印加する電圧の振幅と位相を調節
すると、前記弾性体21の所定の位置には任意の形状の
略楕円運動振動を発生することが可能となる。
First, when an AC voltage of frequency f is applied to the first piezoelectric body 22 to cause it to vibrate, the elastic body 21 vibrates in the secondary mode of bending vibration, and an AC voltage of frequency f is applied to the second piezoelectric body 23. When applied and vibrated, the elastic body 21 vibrates in the first-order longitudinal vibration mode. At this time, by adjusting the amplitude and phase of the voltages applied to the first piezoelectric body 22 and the second piezoelectric body 23, it is possible to generate approximately elliptical motion vibration of an arbitrary shape at a predetermined position of the elastic body 21. It becomes possible.

次に、前述した超音波振動子11を利用したリニア型超
音波モータの構成について第2図に基づき説明する。同
図に於て、第1図(a)及び(b)と同じ符号の付され
た各部材は、前記詳述した各部材と同一である。
Next, the configuration of a linear ultrasonic motor using the above-mentioned ultrasonic transducer 11 will be explained based on FIG. 2. In this figure, each member labeled with the same reference numeral as in FIGS. 1(a) and 1(b) is the same as each member described in detail above.

リニア型超音波モータ31は、ヨーク32に前記超音波
振動子11が固定されており、該超音波振動子11の弾
性体21の一端に駆動部33が形成されている。該駆動
部33には、可動子34がゴムローラ35により圧着さ
れており、該可動子34は前記ヨーク32に固定された
リニアベアリング36により支持されている。
In the linear ultrasonic motor 31, the ultrasonic vibrator 11 is fixed to a yoke 32, and a drive portion 33 is formed at one end of the elastic body 21 of the ultrasonic vibrator 11. A movable element 34 is press-fitted to the drive section 33 by a rubber roller 35, and the movable element 34 is supported by a linear bearing 36 fixed to the yoke 32.

上述のように構成されたリニア型超音波モータ31に於
いて、超音波振動子11に所定の周波数の交流電圧を印
加すると前記可動子34は前記弾性体の略楕円運動振動
による駆動力を受け、図中矢印Aの方向へ動く。この駆
動力は、前記弾性体と前記可動子との摩擦力によって発
生するものである。
In the linear ultrasonic motor 31 configured as described above, when an AC voltage of a predetermined frequency is applied to the ultrasonic vibrator 11, the movable element 34 receives a driving force due to the substantially elliptical vibration of the elastic body. , moves in the direction of arrow A in the figure. This driving force is generated by the frictional force between the elastic body and the movable element.

なお、本実施例では、弾性体をなす形状記憶合金として
チタン−ニッケル(Ti−Ni)系合金を例としてあげ
たが、形状記憶効果を有するものであれば、例えば、銅
−亜鉛−アルミニウム(Cu−Zn−AI)系合金でも
、また銅−アルミニウム−ニッケル(Cu −A I 
−N i)系合金でもよい。
In this example, a titanium-nickel (Ti-Ni) based alloy was used as an example of a shape memory alloy forming an elastic body, but as long as it has a shape memory effect, for example, copper-zinc-aluminum ( Cu-Zn-AI) based alloys as well as copper-aluminum-nickel (Cu-A I
-Ni) alloys may be used.

また、上記実施例では縦振動1次モードと曲げ振動2次
モードを例にとって説明したが、縦振動と曲げ振動の共
振周波数が大略一致するならば、さらに高次モードを利
用したものを製造することも可能である。
Further, in the above embodiment, the first-order mode of longitudinal vibration and the second-order mode of bending vibration were explained as examples, but if the resonance frequencies of longitudinal vibration and bending vibration are approximately the same, it is possible to manufacture a device using a higher-order mode. It is also possible.

また、相転移温度を常温よりも低く設定し、冷却により
接合させてもよい。
Alternatively, the phase transition temperature may be set lower than room temperature, and the bonding may be performed by cooling.

さらに、上記実施例は励振体として圧電体を使用したが
、これに限定されるものではなく、電気エネルギーを機
械エネルギーに変換できるその他の素子、例えば電歪素
子、磁歪素子等を用いてもよい。
Further, although the above embodiment uses a piezoelectric body as the excitation body, the present invention is not limited to this, and other elements capable of converting electrical energy into mechanical energy, such as an electrostrictive element or a magnetostrictive element, may also be used. .

その他車発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可
能である。
Various other modifications are possible without departing from the spirit of the invention.

[発明の効果コ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、超音波振動子の励振体を弾性体に容易に結合でき、更
に弾性体と励振体の接合強度を向上させることが容易に
なる。それゆえ該超音波振動子の出力を大幅に向上でき
る。また、接着剤等を使わないため経年による剥離等が
少ない。また仮に接着剤を用いたとしても、主な接合力
は両者間の機械的な結合力によってなされているためこ
の効果は変わらない。またさらに該超音波振動子を超音
波モータに用いた場合、その出力を大幅に向上すること
が容易になる。
[Effects of the Invention] As is clear from the detailed description above, according to the present invention, the excitation body of the ultrasonic transducer can be easily coupled to the elastic body, and the bonding strength between the elastic body and the excitation body can be improved. It becomes easier. Therefore, the output of the ultrasonic transducer can be greatly improved. Additionally, since no adhesive is used, there is little chance of peeling off over time. Furthermore, even if an adhesive is used, this effect will not change because the main bonding force is achieved by the mechanical bonding force between the two. Furthermore, when the ultrasonic vibrator is used in an ultrasonic motor, it becomes easy to significantly improve the output thereof.

さらに、ろう付性等と異なり高温加熱などの必要もなく
、従って大型な装置も不必要となるといいた優れた効果
がある。
Furthermore, unlike brazing properties, there is no need for high-temperature heating, and therefore there is no need for large equipment, which is an excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図から第2図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図は本実施例の超音波振動子で、弾性体
に圧電体を結合する前と結合した後の状態を示す斜視図
であり、第2図は前記超音波振動子を適用したリニア型
超音波モータの概略を説明する図である。 図中、21は弾性体、22は第1励振体に対応する第1
圧電体、23は第2励振体に対応する第2圧電体、34
は可動子である。
1 to 2 show embodiments embodying the present invention, and FIG. 1 shows the ultrasonic transducer of this embodiment before and after coupling the piezoelectric material to the elastic body. FIG. 2 is a perspective view showing the state, and FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of a linear ultrasonic motor to which the ultrasonic vibrator is applied. In the figure, 21 is an elastic body, and 22 is a first excitation body corresponding to the first excitation body.
A piezoelectric body 23 is a second piezoelectric body 34 corresponding to the second exciting body
is a mover.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、形状記憶合金材料製の弾性体と、 該弾性体に超音波振動を励振する励振体とからなり、 前記弾性体の所定の位置に前記励振体が一体結合されて
なることを特徴とする超音波振動子。 2、励振体と結合可能な結合可能部を有する特定形状を
記憶した形状記憶合金からなる弾性体における前記結合
可能部を変形させ、前記励振体と結合し易くした後、 該弾性体の結合可能部に励振体を結合させ、その後に該
弾性体を相転移温度となるように加熱あるいは冷却する
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
[Claims] 1. Consisting of an elastic body made of a shape memory alloy material and an excitation body that excites ultrasonic vibrations in the elastic body, the excitation body being integrally coupled to a predetermined position of the elastic body. An ultrasonic transducer characterized by: 2. After deforming the connectable part of an elastic body made of a shape memory alloy that memorizes a specific shape and having a connectable part that can be connected to the excitation body to make it easier to connect to the excitation body, the elastic body can be connected to the excitation body. 1. A method of manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: coupling an exciting body to the elastic body; and then heating or cooling the elastic body to a phase transition temperature.
JP2005073A 1990-01-11 1990-01-11 Ultrasonic transducer and method for manufacturing the ultrasonic transducer Pending JPH03212177A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009514501A (en) * 2005-11-01 2009-04-02 ピエゾモーター ウプサラ エイビー Robust electromechanical motor

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JP2009514501A (en) * 2005-11-01 2009-04-02 ピエゾモーター ウプサラ エイビー Robust electromechanical motor

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