JPH10150699A - ボルト締めランジュバン型振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境温度の変化に伴う振動板の変形をなく
し、より安定した超音波出力が得られるより信頼性の高
いボルト締めランジュバン型振動子を提供する。 【解決手段】 フロントマスと、リアマスと、これらフ
ロントマスとリアマスの間に配置された少なくとも１つ
の圧電素子および電極板と、これら各構成部品の中央部
分を貫通して締め付け固定するボルト５からなるボルト
締めランジュバン型振動子が有り、前記ボルト締めラン
ジュバン型振動子のフロントマスに雌ねじ孔２２ｂを設
け、前記雌ねじ孔に、接合材Ｓを介して、振動板７に溶
接されたボルト８Ｂに螺合して取り付けてなるボルト締
めランジュバン型振動子において、前記雌ねじ孔とボル
トのギャップ寸法Ｗに余裕を持たせ、前記接合材が前記
雌ねじ孔とボルトの前記ギャップに溜まるように構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミックス
素子を用いたボルト締めランジュバン型振動子に関し、
特に超音波洗浄装置等に使用されるボルト締めランジュ
バン型振動子であって、その超音波洗浄装置の振動板と
の接合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の構成を図面とともに説明する。図
１はボルト締めランジュバン型振動子が振動板に取り付
けられる状態を示した模式的な分解斜視図であり、図６
は従来の実施例を示す一部断面図である。

【０００３】ボルト締めランジュバン型振動子は、超音
波放射面から順にフロントマス２，電極板４ｂ，圧電素
子３ｂ，電極板４ａ，圧電素子３ａ，リアマス１で構成
されており、スタッドボルト５とナット６によって、締
め付け固定されている。フロントマス２はアルミ合金の
金属ブロックからなり、円錐台形状でその中央部分には
ボルトが一部螺合される雌ねじ部２１ａが設けられてい
る。電極板４ａ，４ｂは円環形状に外部接続用の凸型の
引き出し部が設けられた構成で、その材料はニッケル、
ステンレス、あるいはベリリウム銅等が用いられてい
る。圧電素子３ａ，３ｂはＰＺＴ（チタンジルコン酸
鉛）等の圧電セラミックスが用いられ、中央部分に貫通
孔が設けられた環形円柱形状を有している。リアマス１
はＳＵＳ、アルミ合金の金属ブロックからなり、中央部
分に貫通孔が設けられた環形円柱形状を有している。

【０００４】以上のように構成されたボルト締めランジ
ュバン型振動子は、超音波洗浄装置に組み込まれ、洗浄
槽の振動板７（振動部分）に取り付けられる。この振動
板７には、ボルト締めランジュバン型振動子を取り付け
るためのボルト８Ａ（ＳＵＳ等からなる）が溶接されて
いる。ボルト締めランジュバン型振動子のフロントマス
２には、前記ボルト８Ａに嵌合するように構成された雌
ねじ部２２ａが設けられている。そして、フロントマス
の放射面にエポキシ系樹脂からなる接合材Ｓを介在さ
せ、前記ボルト８Ａに雌ねじ部２２ａを螺合した後、前
記接合材を硬化させ、ボルト締めランジュバン型振動子
と振動板とは一体的に取り付けられる。尚、ボルトとフ
ロントマスの雌ねじ部のギャップ寸法は、従来では一般
的に、約０．１ｍｍで形成されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ボルト締めラ
ンジュバン型振動子のフロントマスの材質（アルミ合
金）と、振動板に取り付けられたボルトの材質（ＳＵ
Ｓ）が異なるため、各々の熱膨張係数は異なってくる。
そして、従来のボルトとフロントマスの雌ねじ部のギャ
ップ寸法（０．１ｍｍ）では、環境温度の変化に伴い、
お互いの熱膨張、あるいは熱収縮の影響を直接受けて歪
みを生じる。図７（ａ），（ｂ）に示すように、振動板
とボルトとの結合部分で引っ張られたり（高温時）、押
し出されたりして（低温時）、振動板が変形するように
なり、超音波振動の伝達が均一でなくなるため超音波の
出力効率が低下するという問題があった。さらに、この
振動板の変形を繰り返すことにより、振動板とフロント
マスの放射面を接合している接合材が剥がれ、超音波振
動が伝達不能になることもあった。

【０００６】本発明は、環境温度の変化に伴う振動板の
変形をなくし、より安定した超音波出力が得られるより
信頼性の高いボルト締めランジュバン型振動子を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属ブロック
からなるフロントマスと、同じく金属ブロックからなる
リアマスと、これらフロントマスとリアマスの間に配置
された少なくとも１つの圧電素子および電極板と、これ
ら各構成部品の中央部分を貫通して締め付け固定するボ
ルトからなるボルト締めランジュバン型振動子が有り、
前記ボルト締めランジュバン型振動子のフロントマスに
雌ねじ孔を設け、前記雌ねじ孔に、接合材を介して、振
動板に溶接されたボルトに螺合して取り付けてなるボル
ト締めランジュバン型振動子において、前記雌ねじ孔と
ボルトのギャップ寸法に余裕を持たせ、前記接合材が前
記雌ねじ孔とボルトの前記ギャップに溜まるように構成
した。

【０００８】上記構成により、熱膨張係数の異なる材質
であるフロントマスとボルトを用いても、環境温度によ
るお互いの熱膨張、あるいは熱収縮の影響を、余裕を持
たせたギャップ内で逃がすことができ、振動板とボルト
との結合部分で歪みを生じさせない。そして、この歪み
による、振動板の変形を防止し、超音波の出力効率が低
下することがない。

【０００９】また、前記雌ねじ孔とボルトのねじ山がお
互いに絡み合う範囲内で、かつ、前記雌ねじ孔とボルト
とのギャップ寸法を０．３mm以上とした。

【００１０】上記構成により、雌ねじ孔を介してボルト
に固定されたボルト締めランジュバン型振動子が振動板
から抜け落ちることなく、ギャップ寸法を従来の３倍以
上とすることができるため、振動板とボルトとの結合部
分で歪みを生じさせない。そして、この歪みによる、振
動板の変形を防止するため、超音波の出力効率の低下を
抑えることができる。

【００１１】次に、図２に示すような本発明品と図６に
示すような従来品についての比較例を図３に示す。図３
は従来と本発明のボルト締めランジュバン型振動子を振
動板に取り付けた場合に、環境温度の変化に伴う超音波
出力（音圧）の効率を示すグラフである。

【００１２】このグラフを作成するにあたって、実験で
使用したものを以下に示す。ステンレス製で直径２００
ｍｍ、高さ２００ｍｍ、底面の厚さ１ｍｍの円柱容器を
２つ用意した。各々の円柱容器の底面中央部にはＳＵＳ
からなるボルトが溶接されており、本発明のボルト締め
ランジュバン型振動子（ギャップ寸法０．３ｍｍ）と従
来のボルト締めランジュバン型振動子（ギャップ寸法
０．１ｍｍ）とを各々の円柱容器のボルトにエポキシ樹
脂を介して取り付けられている。そして、各々の円柱容
器に水を５リットル入れ、その水の中心部にて音波プロ
ーブにより、水に伝わる超音波出力を計測した。尚、常
温付近の音波出力のピークを１００％とした。

【００１３】図３より、常温付近での差はないが、低温
側、あるいは高温側に変化するに従って、本発明に対し
て、従来の方に音波出力の低下傾向にあるのがわかる。

【００１４】

【実施例】本発明の第１の実施例について図面を参照し
ながら詳述する。基本的構成は図１で示したものと同様
であるため図１を引用し、本発明の特徴部分については
図２とともに説明する。図２は本発明の実施例を示す一
部断面図である。

【００１５】ボルト締めランジュバン型振動子は、超音
波放射面から順にフロントマス２，電極板４ｂ，圧電素
子３ｂ，電極板４ａ，圧電素子３ａ，リアマス１で構成
されており、スタッドボルト５とナット６によって、締
め付け固定されている。フロントマス２はアルミ合金の
金属ブロックからなり、円錐台形状でその中央部分には
スタッドボルト５が一部螺合される雌ねじ部２１ａが設
けられている。電極板４ａ，４ｂは円環形状に外部接続
用の凸型の引き出し部が設けられた構成で、その材料は
ニッケル、ステンレス、あるいはベリリウム銅等が用い
られている。圧電素子３ａ，３ｂはＰＺＴ（チタンジル
コン酸鉛）等の圧電セラミックスが用いられ、中央部分
に貫通孔が設けられた環形円柱形状を有している。リア
マス１はＳＵＳ、アルミ合金の金属ブロックからなり、
中央部分に貫通孔が設けられた環形円柱形状を有してい
る。

【００１６】以上のように構成されたボルト締めランジ
ュバン型振動子は、超音波洗浄装置に組み込まれ、洗浄
槽の振動板７（振動部分）に取り付けられる。この振動
板７には、ボルト締めランジュバン型振動子を取り付け
るためのボルト８Ｂ（ＳＵＳ等からなる）が溶接されて
おり、このボルト８Ｂは、断面三角形状で、高さが約１
ｍｍのねじ山が形成されている。ボルト締めランジュバ
ン型振動子のフロントマス２には、前記ボルト８Ｂに螺
合するように構成された雌ねじ部２２ｂが設けられお
り、この雄ねじ部は、断面三角形状で、深さが約１ｍｍ
のねじ溝が形成されている。そして、図２に示すよう
に、前記ボルトと前記雌ねじをお互いに螺合させた時の
ギャップ寸法Ｗは、例えば、０．３ｍｍにて形成した。
この雌ねじ部、フロントマスの放射面にエポキシ系樹脂
からなる接合材Ｓを介在させ、前記ボルト８Ｂに雌ねじ
部２２ｂを螺合させた後に、前記接合材を硬化させるこ
とにより、ボルト締めランジュバン型振動子と振動板と
は一体的に取り付けられる。

【００１７】尚、前記ギャップ寸法Ｗを０．３ｍｍ以上
としてもよいが、お互いのねじ山に絡み合う範囲内の寸
法で構成する必要があり、本発明の第１の実施例のねじ
山形状（ねじ溝形状）、並びにねじ山高さ（ねじ溝深
さ）では、ギャップ寸法Ｗを１ｍｍ以内にしなければ、
ボルト８Ｂから雌ねじ部２２ｂが抜け落ちてしまうので
設計するうえで注意が必要である。また、ねじ山高さ
（ねじ溝深さ）は、本発明では１ｍｍとしたが、用途に
応じて、大きくしたり小さくしたりする事があるので、
ギャップ寸法Ｗも、ねじ山（ねじ溝）の寸法に応じて変
える必要があることは言うまでもない。

【００１８】また、本発明の第１の実施例のボルト形
状、並びに雌ねじ部形状に限らず、図４（本発明の他の
実施例を示す一部断面図である）に示すような断面四角
形状等にも適用できる。この形状はキャップを形成しや
すい利点がある。

【００１９】尚、本発明の実施例では、ボルト締めラン
ジュバン型振動子本体を一体化するスタッドボルト用の
雌ねじ部２１ａと、振動板に取り付けるボルト用の雌ね
じ部２２ｂとを、別途、フロントマス２に設けたが、図
５（本発明の他の実施例を示す一部断面図である）に示
すように、これらを一体的に雌ねじ部２３ｂを構成して
もよい。

【００２０】

【発明の効果】特許請求項１により、熱膨張係数の異な
る材質であるフロントマスとボルトを用いても、環境温
度によるお互いの熱膨張、あるいは熱収縮の影響を、余
裕を持たせたギャップ内で逃がすことができ、振動板と
ボルトとの結合部分で歪みを生じさせない。そして、こ
の歪みによる、振動板の変形を防止し、超音波の出力効
率が低下することがない。より安定した超音波出力が得
られるより信頼性の高いボルト締めランジュバン型振動
子を提供することができる。

【００２１】特許請求項２により、雌ねじ孔を介してボ
ルトに固定されたボルト締めランジュバン型振動子が振
動板から抜け落ちることなく、ギャップ寸法を従来の３
倍以上とすることができるため、振動板とボルトとの結
合部分で歪みを生じさせない。そして、この歪みによ
る、振動板の変形を防止し、超音波の出力効率が低下す
ることがない。より安定した超音波出力が得られるより
信頼性の高いボルト締めランジュバン型振動子を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボルト締めランジュバン型振動子が振動板に取
り付けられる状態を示した模式的な分解斜視図である。

【図２】本発明の実施例を示す一部断面図である。

【図３】本発明と従来とを比較する特性図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す一部断面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す一部断面図である。

【図６】従来の実施例を示す一部断面図である。

【図７】従来の問題点を模式的に示した平面図である。

【符号の説明】

１・・・リアマス ２・・・フロントマス ３ａ，３ｂ・・・電極板 ４ａ，４ｂ・・・圧電セラミック ５・・・スタットボルト ６・・・ナット ７・・・振動板 ８Ａ，８Ｂ・・・ボルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属ブロックからなるフロントマスと、
   同じく金属ブロックからなるリアマスと、これらフロン
   トマスとリアマスの間に配置された少なくとも１つの圧
   電素子および電極板と、これら各構成部品の中央部分を
   貫通して締め付け固定するボルトからなるボルト締めラ
   ンジュバン型振動子が有り、前記ボルト締めランジュバ
   ン型振動子のフロントマスに雌ねじ孔を設け、前記雌ね
   じ孔に、接合材を介して、振動板に溶接されたボルトに
   螺合して取り付けてなるボルト締めランジュバン型振動
   子において、前記雌ねじ孔とボルトのギャップ寸法に余
   裕を持たせ、前記接合材が前記雌ねじ孔とボルトの前記
   ギャップに溜まるように構成したことを特徴とするボル
   ト締めランジュバン型振動子。
2. 【請求項２】 前記雌ねじ孔とボルトのねじ山がお互い
   に絡み合う範囲内で、かつ、前記雌ねじ孔とボルトとの
   ギャップ寸法を０．３mm以上としたことを特徴とする特
   許請求項１記載のボルト締めランジュバン型振動子。