JPH0331420Y2

JPH0331420Y2 -

Info

Publication number: JPH0331420Y2
Application number: JP1982002231U
Authority: JP
Priority date: 1982-01-13
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1991-07-03
Also published as: JPS58108176U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、とくに電荷を帯びた物体に超音波振
動を印加する場合、電荷によつて生ずる絶縁破壊
を防止し、安全に作業できるように耐電圧処置を
施した超音波振動子に関するものである。

従来、電荷を帯びた物体を超音波加工、例えば
孔明けするため超音波振動を印加する場合には、
超音波駆動源として用いる磁歪振動子と駆動捲線
間の絶縁だけによつて、磁歪振動子を駆動する発
振器に対して電荷の影響が及ばないようにすると
共に、取扱者の身体への危険を防止していた。

しかし、この方法では電荷の値が高くなり、実
用上は1KV程度で絶縁破壊を生ずるので、使用
上の制約があり、更に一層の高電荷の条件におい
ても安全に使用できることが望ましい。

本考案は、かかる点に鑑みてなされたもので、
それぞれの共振周波数が同一になるよう設定され
た「振動子」と、「コーン」と、「ホーン」を直列
に組合わせて振動系が構成された通常用いられて
いる形式の超音波振動子において、共振周波数を
変えることなくコーンの一部をセラミツクに置き
換えたものであり、以下に実施例を参照して詳細
に説明する。

第１図Ａは、帯電荷被振動物体１に超音波振動
を印加しているときの状態を示す図、第１図Ｂ
は、第１図Ａの作動時における各部の振動速度分
布を示す図、第２図は、第１図Ａに示した絶縁用
セラミツク４の形状を示す図である。

図において、超音波振動子は、ステンレスなど
の金属からなるホーン２と、同様の金属からなる
コーン３、絶縁用セラミツク４及び磁歪材料から
なる振動子５とで一体に構成されており、絶縁用
セラミツク４はコーン３及び振動子５とそれぞれ
接着剤で接着されている。前記コーン３は、振動
子５の端面の振動を拡大してホーン２に伝達する
ためのものであり、この振幅比はコーン３の太端
面（傾斜部）と細端面の略面積比に比例する。

ここで、絶縁用セラミツク４に用いられるセラ
ミツク材としては、抗張力が高く振動応力に耐え
るアルミナ、窒化珪素などを用い、厚さｌはアル
ミナの場合、絶縁耐圧が15KV／mmであることを
考慮に入れて適宜決める。

そして、形状は、絶縁体自身の内部の絶縁破壊
よりも外周の絶縁破壊によつて絶縁耐圧が決まる
ことを考慮し、沿面距離を長くするため、コーン
３及び振動子５の外径より大きくとつた大径部１
１（第２図図示）とする。つまり、絶縁体である
アルミナの絶縁耐圧は15KV／mmであるから厚さ
ｌが10mmであれば150KVとなる。しかしながら、
空気の絶縁耐圧はこれに比べて低いので、絶縁耐
圧を高めるために絶縁体の沿面距離を大きくする
ようにすれば、外周部の絶縁破壊を防ぐことがで
きる。こうすることによつて、振動子５等への電
荷の影響を及ばないようにすることができる。ま
た底面に小径の突出部１２（第２図図示）を形成
し、コーン３と絶縁用セラミツク４を接合するに
当り、コーン３に設けた凹部１３の中に突出部１
２を圧入して接着し、接合面に生ずる内部応力に
よる接着剥れを防止するよう構成されている。

一方、絶縁用セラミツク４と振動子５の接合面
においては内部応力が発生しないので、特別の考
慮をしなくとも平面のままで十分な接着強度が得
られる。なお、絶縁用セラミツク４は、コーン３
の一部を形成するものであるから、両者が合体し
た状態での共振周波数を、ホーン３及び振動子５
の共振周波数と一致するように、物理定数を基に
して両者の寸法が決められている。

また、コーン３及び振動子５と絶縁用セラミツ
ク４とが接合されるそれぞれの端面端部の周辺３
０と５０は、小径Ｒで削り落とした状態で仕上げ
されているので絶縁耐圧を安定に保つことができ
る。すなわち、前記絶縁用セラミツク４を介して
向い合うコーン３及び振動子５よりなる金属体の
エツジが角張つていると放電が起り易く所定の耐
圧以下で絶縁破壊が発生してしまうが、小径Ｒを
形成することにより放電を生じないようにするこ
とができる。

更に、コーン３、絶縁用セラミツク４及び振動
子５を含んだ絶縁処理部１４を、シリコン・コン
パウンドで覆うと一層の絶縁効果が得られる。

本考案と直接の関係はないが、６はコーン３の
振動の節位置に設けた固定フランジ、７は絶縁ケ
ース、８は振動子５の駆動用捲線のリード線、９
はコネクタであり、このコネクタ９に発振器（図
示せず）の出力コードが結ばれて超音波振動子が
駆動されると、ホーン２の先端が矢印の如く振動
し、この振動が帯電荷被振動物体１に印加され
る。また、１０は放電機構であり、荷電物体から
ホーン先端が離れた際に、ホーン２及びコーン３
に耐電した電荷を放電するものである。

以上の通りであるから本考案は、振動系の一部
であるコーン３に所定の絶縁耐圧に必要な距離を
有する絶縁用セラミツク４を一体に設けたのでホ
ーン２及び振動子５の共振周波数を変えることが
ない。しかも絶縁用セラミツク４の外径をコーン
３及び振動子５の外径よりも大きくすると共に、
絶縁用セラミツク４との接合端面周辺部を、小径
Ｒで削り落してあるから、放電を放ぎ絶縁体外周
部の絶縁破壊を防ぐことができる。したがつて、
振動子５等への電荷の影響をなくすことができ、
耐電圧効果も得られる。実用試験の結果では０〜
50KV程度の範囲で使用可能であることが確かめ
られた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは、帯電荷被振動物体１に超音波振動
を印加しているときの状態を示す図、第１図Ｂ
は、第１図Ａの作動時における各部の振動速度分
布を示す図、第２図は、第１図Ａに示した絶縁用
セラミツク４の形状を示す図である。１……耐電荷被振動物体、２……ホーン、３…
…コーン、４……絶縁用セラミツク、５……振動
子、６……固定フランジ、７……絶縁ケース、８
……リード線、９……コネクタ、１０……放電機
構、１１……大径部、１２……突出部、１３……
凹部、１４……絶縁処理部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) それぞれ同一の共振周波数を有するホーンと
コーン及び振動子とが直列に一体に結合された
構造の超音波振動子において、コーン及び振動
子の径より寸法が大きく適宜厚さの大径と、片
方の端面中央部に小径の突出部を有する絶縁用
セラミツクがコーンの一部として形成され、か
つ該絶縁用セラミツクとコーンとを一体とした
共振周波数が、ホーン及び振動子それぞれの共
振周波数と一致するように寸法が決められてお
り、前記突出部がコーンの端面中央部に設けら
れた凹部に圧入されて接着固定されると共に、
前記大径部端面と振動子の端面とが接着固定さ
れ、かつ前記絶縁用セラミツクと接合されるコ
ーン及び振動子それぞれの端面端部の周辺が小
径Ｒで削られて仕上げされた構造の超音波振動
子。 (2) コーンと絶縁用セラミツク及び振動子の三者
が結合される部分を含んでシリコン・コンパウ
ンドで覆われている第１項記載の超音波振動
子。