JPH03212177A - 超音波振動子及び該超音波振動子の製造方法 - 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。

［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。

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。

［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。

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。

［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。

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。

［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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。