JPH0511715B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は100KHz以上の高周波で駆動されるラ
ンジユバン型振動子に係り、長さ方向の端面に径
方向振動を結合しない、すなおな縦方向震動だけ
を取出せるようにしたものである。

（従来の技術） 強力超音波用などの高周波振動子としてすなお
な縦振動だけを取出し、径方向の結合振動を少し
でも抑制するため、圧電素子ａを挟んで連結した
金属部材ｂ（以下ブロツク部ｂと言う）に第１０
図に示すように縦方向のスリツトｓを入れる提案
が報告されているが、その報告資料は少なく、前
記のスリツトｓを入れることによる効果に不明の
点が多い。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は記述のように100KHz以上の高周波で
駆動されるランジユバン型振動子のブロツク部の
端面に径方向振動を結合しない縦方向振動を取出
して、例えば合成樹脂の溶接等に使用しようとす
るものである。前記のようにブロツク部に軸方向
のスリツトを入れることにより、その長さ方向端
面に目的とする縦振動のみを取出せるとの報告は
あるが、その効果を具体的に明示した文献がない
ので、第１０図に示す構成の第１のランジユバン
型振動子を作成し、スリツトｓの長さ、選択励振
の効果を調べるため、アドミツタンスの周波数特
性及び振動振幅の測定を行つた。しかし後記する
ように100KHz以上の周波数に適応する測定結果
は得られなかつた。だが、スリツトｓを形成する
ことより、むしろ振動子の長さを100KHz以上の
使用周波数に合わせて選定した方が良好であると
のある程度の指針が得られたので、第１１図に示
すように、圧電素子ａ四枚を公知のように重ねて
その両面にブロツク部ｂを接合した非選択励振の
第２のランジユバン型振動子を作成し、第１の振
動子と同様な測定を施したが、これも亦所期の成
績を上げ得なかつたので、第１図にに示すラン
ジユバン型振動子を試作した。

第１図のランジユバン型振動子は、圧電素子
１，１１のそれぞれの同じ極面を公知のように接
合したものを二組使用した選択励振の振動子をな
すもので、その各組の間に中間金属ブロツク２１
を介入し、両端に金属ブロツク２２，２３を接合
して締め付けボルト２４により連結を施したもの
で、各組の圧電素子１，１１の接合面を第１図
に示す振動速度分布曲線のモードにおいて隣接す
る０振幅点（ノード点）に合致させ、さらにその
全長を前記曲線の2λ，2.5λ，3λの三種類とした。

この三種の試作振動子は 金属ブロツク２２，２３の長さによる径方向
振動の抑制効果 前記長さの振動速度分布曲線モードに与える
影響 等を判定して最良の長さを選別するものである。

第１０図、第１１図及び第１図の振動子の総
てについて統一した振動速度分布を測定するた
め、それらの直径を40mm、長さを3λ形に形成し、
本発明の駆動範囲の周波数100KHzを印加し、軸
方向の振動速度分布を測定した結果、何ずれにつ
いても第１図に示す測定成績を得た。

ついで第１図の構成の振動子で、その長さを
3λ、2.5λ、2λとしたもの、及び第１１図振動子
で、その長さを3λとしたもの（以下3λ形、2.5λ
形、2λ形と称する）について、アドミツタンス
周波数特性を測定した。その結果は第４，５，６
図及び第１３図に示す通りで、第１図構成のも
のでは3λ形、2.5形、2λ形の選択励振の効果が
110KHz付近で大きくでているが、第１１図構成
の3λ形のものは、第１２図のように97KHz付近に
おいて大きく出ている。この測定と同時に第１０
図のスリツトｓを有する選択励振の3λ形、2.5λ
形、2λ形の振動子についてアドミツタンス周波
数特性を測定した結果、100KHz以下では径方向
振動が抑制されているが、前記駆動範囲の周波数
100KHz以上では共振の乱れが多く、後記のよう
に本発明の目的とする周波数に適応し得ないこと
が明確になつた。

第１図の3λ形、2.5λ形、2λ形の振動子三種
につき、代表的な100KHzの高周波により駆動し
て振動を生じさせ、軸方向の各部について側面振
動幅分布測定を施し、3λ形について第７図、
2.5λ形について第８図、2λ形について第９図
に示す結果を得た。この測定によれば、3λ形が
最もよい成績を示していることが判明した。

第３図は第１図の振動子の長さ方向端面（放
射面）について施した２軸測定を明らかにする説
明用の斜視図である。この測定は3λ形、2.5λ形、
2λ形について、入力電圧を1Vとする光ヘテロダ
イン法により、振動子端面の振動速度分布測定を
第３図の直交する任意の矢線上で行つた。その結
果は第７図、第８図、第９図に夫々を示し
ている通りであつて3λ形振動子の振動分布が二
軸方向共に平均化されている。第１３図は第１０
図のスリツトｓを有する振動子について参考まで
に前記と同じ測定を一方向で施したものを図示し
ているもので、振動速度分布は不良である。な
お、前記各図の中央部が空白であるのは、各振動
子の中心に軸方向の孔が透設され、そこに締付け
ボルト２４が入つていることによる。

以上の通りの研究成果に基き第１図の3λ形
ランジユバン型振動子が本発明の目的に最も適う
ものであることを突止め、さらに、第２図の通
りに圧電素子１，１１の組を一組使用するランジ
ユバン型振動子を試作し、前記と同一の各種の測
定を施したが、振動速度分布は第２図の通り第
１図と同一であり、端面（放射面）の振動速度
分布も第７図と変化が無いと認められた。

（問題点を解決するための手段） 本発明はランジユバン型振動子を100KHz以上
の高周波で駆動し、ブロツク部の長さ方向端面
（放射面）に径方向振動を結合しない素直な縦方
向振動だけを取出すこと並にその端面の振動が全
面一様であることを追求することを研究の出発点
としているもので、上記の研究努力の結果、全長
を3λ以上にすることで目的を達した。よつて本
発明はこの研究成果に基いて問題点を解決するた
めの手段としたもので、100KHz以上の高周波で
駆動されるランジユバン型振動子において、全長
を振動速度波長の6/2以上、即ち3λ以上とするこ
と特徴としたものである。

（作用） 本発明の作用は第１図、第２図について既
に解説した通りであつて、全長を3λ以上にする
ことにより径方向振動を結合しない縦方向振動を
取出せる。

（本発明の効果） 本発明は上記の構成と作用をもち、特に使用上
重要な振動子端面の振動速度分布をほとんど一様
にするものであるから、例えば合成樹脂の超音波
溶接、超音波洗浄その他の用途に適応させ得る効
果を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明のランジユバン型
振動子の縦断面図、第１図、第２図は振動速
度分布図、第３図は説明のための斜視図、第４，
５，６図及び第１２図はアドミツタンス周波数特
性の測定図、第７図、第８図、第９図は側
面の振動速度分布図、第７図、第８図、第９
図及び第１３図は端面の振動速度分布図、第１
０図はスリツトｓを有する振動子の縦断面図、第
１１図は非選択振動子の断面図示である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 100KHz以上の高周波で駆動されるランジユ
   バン型振動子において、全長を3λ長さ以上にし
   たことを特徴とする高周波用ランジユバン型振動
   子。