JPH0344311Y2

JPH0344311Y2 -

Info

Publication number: JPH0344311Y2
Application number: JP13049682U
Authority: JP
Priority date: 1982-08-28
Filing date: 1982-08-28
Publication date: 1991-09-18
Also published as: JPS5936872U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、灯油等の液体を霧化するための超音
波霧化器に使用される音響変換器に係り、とくに
大端面とその中心軸上に小端面を持ち、長さが1/
２波長より小さいカプラーを用い、前記大端面に
曲がり振動を行う振動子を固着しかつ前記小端面
に共振板を設けて超音波振動体を構成し、前記共
振板の周波数が前記超音波振動体系全体の共振周
波数となる如くした音響変換器に関する。

第１図は、従来の音響変換器の一例を示す。こ
の図において、カプラー１の大端面には厚み振動
をする圧電振動子２が固着され、カプラー１の小
端面には共振板３が設けられている。この場合、
カプラー１の縦共振を利用するため、カプラー１
の軸方向長さＡは1/2波長の整数倍である必要が
あり、小型化を図ることができない。また、カプ
ラー１の軸方向長さＡの寸法精度も要求され、こ
れが量産性を妨げコストアツプの要因となつてい
た。

そこで、本考案者より先にカプラーの縦共振を
利用しない第２図の如き音響変換器が提案されて
いる。この図において、大端面とその中心軸上に
小端面を有し側面が円錐面となつたカプラー１０
の大端面には、曲り振動をする円板状の圧電振動
子１１が固着され、小端面には共振円板１２が一
体に設けられる。

第２図の場合、カプラー１０の大端面の曲り振
動を、ほぼカプラー断面積の比で拡大して共振円
板１２に伝え、該共振円板１２に大端面と同軸の
曲り振動をさせるとともに、該共振円板１２の共
振周波数でカプラー１０、圧電振動子１１及び共
振円板１２からなる超音波振動体系全体が共振す
るように駆動回路で励振する。そして、共振円板
１２の先端面に霧化すべき液体を当てて霧化動作
を行わせる。

上記第２図の音響変換器によれば、カプラー１
０は縦共振をしないので、その軸方向長さは1/2
波長より小さくでき、長さの寸法精度も重要では
なくなる。しかし、カプラー１０の大端面の面積
と小端面の面積との比が５倍以上に大きくなる
と、大端面径方向の共振が大きくなり、駆動回路
として自励振の発振回路を用いた場合には、先端
の共振円板１２の共振に引込まれにくくなる。こ
の現象は負荷側の変動（共振円板１２への霧化す
べき液体の付着等）によりとくに顕著になる。こ
れを解決するため、発振回路のＱをできるだけ下
げて、圧電振動子１１の共振円板共振周波数への
引込みを行うが、根本的な解決は困難であつた。

本考案は、上記現象を解消するためになされた
もので、カプラーの大端面と小端面との中間位置
に段差を形成した構造とすることにより、先端の
共振板の共振周波数への引込みを良好にして動作
の安定化を図つた音響変換器を提供しようとする
ものである。

以下、本考案に係る音響変換器の実施例を図面
に従つて説明する。

第３図において、音響変換器は、大端面とその
中心軸上に小端面を持ち、長さが1/2波長より小
さいカプラー１０Ａと、その大端面に接着される
円板状の圧電振動子１１と、カプラー１０Ａの小
端面に一体に形成されるカプラー１０Ａと同材質
の共振円板１２とからなる超音波振動体を有して
いる。ここで、カプラー１０Ａは、大端面と小端
面との中間位置にそれらと平行な段差を形成する
ことによつて、円柱状段差部２０を具備する構造
となつている。この円柱状段差部２０の長さＬは
共振円板１２の厚みと同じ位に設定される。な
お、カプラー１０Ａの段差部２０以外の側面は円
錐状面となつている。また、圧電振動子１１に曲
り振動をさせ、かつこれと同軸の曲り振動をする
前記共振円板１２の周波数が当該超音波振動体系
全体の共振周波数となる如く動作する点について
は、第２図の構成と同じである。

ところで、カプラーによる振動の伝達を電気的
な等価回路で表わすとトランスとみなされる。第
２図の本考案者が先に提案した基本構成の音響変
換器では、等価回路は第４図で示される。ここ
で、m_v：振動子の機械端子における等価集中質
量、s_v：振動子の機械端子における等価集中ステ
イフネス、r_v：振動子の機械端子における等価集
中機械抵抗、m_h：カプラー大端面の等価集中質
量、r_h：カプラー大端面の等価集中機械抵抗、
m_a：先端共振円板の等価集中質量、S_a：先端共
振円板の等価集中ステイフネス、r_a：先端共振円
板の等価集中機械抵抗、F〓_v：駆動力、V〓₁：大端
面部の振動速度、V〓₂：小端面部の振動速度、１，
ｎ：巻数の比である。第２図の段差部のない基本
構成の場合、縦方向に共振しないカプラーの中間
振幅拡大部の機械抵抗は大きくなり、Ｑは下がつ
てしまう。

一方、本考案の実施例として示した第３図の構
造の場合、等価回路は第５図の如くなる。ここ
で、m′_h：円柱状段部（中間部）の等価集中質
量、s′_h：円柱状段部（中間部）の等価集中ステ
イフネス、r′_h：円柱状段部（中間部）の等価集
中機械抵抗、V〓₃：中間断面部の振動速度である。
なお、その他の符号は第４図と同じものを示して
いる。第３図の実施例の場合には、カプラーの中
間振幅拡大部のほぼ中間に共振円板の厚さとほぼ
等しい長さの円柱状段部２０を形成することによ
り、第５図の等価回路となり、カプラー中間部の
機械的減衰は小さくなりＱは大きくなる。

第６図は、円柱状段部２０の軸方向の長さＬと
Ｑとの関係を示す。この場合の測定条件は第３図
における大端面直径D₁が17mm、円柱状段部２０
の直径D₂が11mm、小端面直径D₃が５mm、共振円
板１２の直径D₄が10mmである。このような測定
条件下においてはＬが1.5mmの時にＱが最大にな
ることが判り、Ｌ＝０のときよりもかなりＱが大
きくなることが明らかである。

以上説明したように、本考案の音響変換器によ
れば、カプラーの大端面と小端面との中間位置に
それらと平行に段差を形成した構造とすることに
より、Ｑを大きくして駆動回路として自励発振回
路を用いた場合であつてもカプラー先端の共振板
の共振周波数への引込みを良好にして動作の安定
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカプラーの縦共振を利用する従来の音
響変換器を示す側面図、第２図は本考案者が先に
提案した音響変換器を示す側面図、第３図は本考
案に係る音響変換器の実施例を示す側面図、第４
図は第２図の場合の等価回路図、第５図は第３図
の場合の等価回路図、第６図は実施例の効果を説
明するためのグラフである。１０，１０Ａ……カプラー、１１……圧電振動
子、１２……共振円板、２０……円柱状段部、Ｌ
……円柱状段部の軸方向の長さ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

大端面とその中心軸上に小端面を持ち、長さが
１／２波長より小さいカプラーを用い、その大端面
に振動子を固着しかつ前記小端面に共振板を設け
て超音波振動体を構成し、前記共振板の共振周波
数が前記超音波振動体系全体の共振周波数となる
とともに、前記大端面及び共振板が同軸の曲り振
動をする音響変換器において、前記カプラーに、
前記大端面及び小端面に平行に段差をつけること
を特徴とする音響変換器。