(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端面を振動放射面とし、後端面に内周面に雌螺子を有する開口溝が振動軸に沿って設けられた金属製振動ブロックと、
複数の圧電素子を積層してなり、その振幅方向が振動軸に沿うようにして開口溝に装着された圧電振動素子と、
開口溝の雌螺子に螺合して圧電振動素子の振動面を開口溝の内底面に押圧する固定ボルトで構成され、圧電振動素子を底面側に押圧保持する素子保持手段と、
開口溝から外へ引き出されて、圧電振動素子への電圧を印加する電気的接続手段と
を備えたことを特徴とするランジュバン型超音波振動子。
【請求項２】
固定ボルトが開口溝を遮蔽する密閉鍔が外端に連成された構成である請求項１記載のランジュバン型超音波振動子。
【請求項３】
電気的接続手段が、雌螺子が形成された開口溝の内周面に、軸方向に沿って引出し溝を形成し、可撓性の杆状取出し電極片を圧電振動素子の電極に接続するとともに、該取出し電極片を引出し溝にその一端が外方へ突出するようにして装着するようにしてなり、該雌螺子に固定ボルトを螺合するようにした請求項１又は請求項２記載のランジュバン型超音波振動子。
【請求項４】
取出し電極片を、軟質性杆状基材の側面に、導電材料層を形成して構成し、該電極片を、該導電材料層が、圧電素子の各所要電極に接続するようにして、開口溝の装着前に、圧電振動素子の周面にあらかじめ固定されているものである請求項３に記載のランジュバン型超音波振動子。
【請求項５】
前端面を振動放射面とし、後端面に内周面に雌螺子を有する開口溝が振動軸に沿って設けられ、開口溝から側面に貫通する引き出し孔が形成された金属製振動ブロックと、
複数の圧電素子を積層してなり、その振幅方向が振動軸に沿うようにして開口溝に装着された圧電振動素子と、
開口溝の雌螺子に螺合して圧電振動素子の振動面を開口溝の内底面に押圧する固定ボルトで構成され、圧電振動素子を底面側に押圧保持する素子保持手段と、
金属製振動ブロックの側面の引き出し孔から外へ引き出されて、圧電振動素子への電圧を印加する電気的接続手段と
を備えたことを特徴とするランジュバン型超音波振動子。
【請求項６】
圧電振動素子として上下最外層に電極層の無い同時焼成一体型の圧電積層体を用いた請求項１又は５記載のランジュバン型超音波振動子。
【請求項７】
圧電振動素子と固定ボルトの間に緩衝板を設けたことを特徴とする請求項１又は５記載のランジュバン型超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波メス、超音波歯石除去器等把持タイプの超音波応用機器の振動源として用いられるランジュバン型超音波振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ランジュバン型超音波振動子ａとしては、図１０に示すように、金属ブロックからなる前面体ｅと裏打体ｆとの間に複数の圧電素子ｂと正極端子板ｃ1と負極端子板ｃ2とを交互に積層した圧電振動素子ｄを配置し、これらを中心ボルトｇによって一体に結合したボルト締めランジュバン型超音波振動子が知られている。この超音波振動子ａの全長は、所定の共振周波数の 1／2 波長または3／2 波長の長さに略一致するように設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の構成にあっては、圧電振動素子ｄの周面が露出する構造であるため、圧電振動素子ｄの外周が汚れて、正負端子板ｃ1、ｃ2間の短絡を生じ易く、又はこれを回避するためには、その周面に筆によりワニスやシリコンモールド剤を塗布したり、絶縁テープを巻回する加工を施す必要があって製作が面倒である。さらに、超音波メス等のハンドツール用として使用する場合には、振動ノード位置にある圧電振動素子ｂの周面を把持することが望まれるが、強度の乏しいセラミック製振動素子を直接保持することが困難なため、通常、金属ブロックの前面体ｅ又は裏打体ｆ側にて、把持する必要があって、保持可能な面が限られて、操作性が悪く、また振動ノード以外を保持するため、振動子の振動を阻害し、パワーを低下させるという欠点もあった。
本発明は、かかる従来構成の問題点を解決することを目的とし、接続電極が外部に露出せず、取り扱いが容易な構成を提案するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前端面を振動放射面とし、後端面に開口溝が振動軸に沿って形成された金属製振動ブロックと、
開口溝にその振幅方向が振動軸に沿うようにして装着された圧電振動素子と、
圧電振動素子を底面側に圧接した状態に保持する素子保持手段と、
開口溝から外へ引き出されて、圧電振動素子への電圧を印加する電気的接続手段とを備えたことを特徴とするランジュバン型超音波振動子である。
【０００５】
かかる構成にあって、圧電振動素子は、振動ブロック内に収納され、外表面に露出しない。このため、圧電振動素子及びその周面に露出する接続電極が汚れることがなく、短絡が阻止される。また、振動ブロックが外周面をほぼ占有するから、ハンドツールとして用いた場合には、圧電振動素子と対向する振動ブロック外周面の振動ノード位置で振動子を保持できるため、パワーの低下もなくなる。
【０００６】
ここで素子保持手段は、開口溝の内周面に形成された雌螺子と、該雌螺子に螺合されて、圧電振動素子の振動面を開口溝の底面に圧接する固定ボルトとで構成することができる。かかる構成にあっては、固定ボルトが開口溝内に設けられるものであるから、超音波振動子の外形は、振動ブロックのみによりほぼ規定されることとなり、整一な単純形状となって、取り扱いが容易となる。
【０００７】
この場合に、固定ボルトが開口溝を遮蔽する密閉鍔が外端に連成された構成とすることにより、開口溝が遮蔽され、密閉性が向上して、湿気による電気的短絡などが防止される。
【０００８】
電気的接続手段として、雌螺子が形成された開口溝の内周面に、軸方向に沿って引出し溝を形成し、可撓性の杆状取出し電極片を圧電振動素子の電極に接続するとともに、該取出し電極片を引出し溝にその一端が外方へ突出するようにして装着するようにして構成すると共に、該雌螺子に固定ボルトを螺合するようにしたものが提案される。かかる構成にあっては、固定ボルトを開口溝の雌螺子に螺合するようにした構成にあっても、その電気的接続を確保することができる。
【０００９】
ここで取出し電極片を、軟質性杆状基材の側面に、導電材料層を形成して構成し、該電極片を、該導電材料層が、圧電素子の各所要電極に接続するようにして、開口溝の装着前に、圧電振動素子の周面にあらかじめ固着されているものとした場合には、圧電振動素子の装着に伴って、電気的接続手段が確保される利点がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るランジュバン型超音波振動子１の一実施例を、図１，２について説明する。
このランジュバン型超音波振動子１は、金属製振動ブロック２と圧電振動素子２０とにより基本構成が成立するものである。ここで、金属製振動ブロック２は、前端面を振動放射面３とする径小部４と、円錐部５と、径大部６とが振動軸に沿って連成されてなり、円錐部５と径大部６との境界縁を振動のノード位置としている。また、その後端面には開口溝８が振動軸に沿って形成されている。この金属製振動ブロック２の全長は、所定の共振周波数の 1／2 波長または3／2 波長の長さに略一致するように設定される。
【００１１】
開口溝８には圧電振動素子２０が収納される。この開口溝８は、その開口側内周面に雌螺子１０が形成され、かつ奥側に、圧電振動素子２０の外形とほぼ等しい装着部１１が形成されている。さらに、開口溝８の内周面には対向する二条の引出し溝１２，１２が形成されている。この引出し溝１２，１２は雌螺子１０の谷径よりも深くするようにし、後述する取り出し片２５，２５が、固定ボルト３０の螺子山と干渉することのないように、退避させている。
【００１２】
次に圧電振動素子２０の構成を図３に従って説明する。
この圧電振動素子２０は、上下最外層に電極層の無い同時焼成一体型の圧電積層体を用いたものであって、厚み方向に分極され、表裏面に電極２２，２２が形成された複数枚の圧電素子２１を電気的に並列となるようにして、一方向へ積層し、かつその積層体の表裏面に絶縁層２３ａ，２３ｂ（最外層）を配設してなり、その積層体の側面に一方を正極、他方を負極となるようにして、接続電極２４，２４を形成し、該接続電極２４，２４を各圧電素子２１の各面に形成した電極２２，２２と夫々接続するようにして焼成している。また、最外層（絶縁層２３ａ，２３ｂ）の外面には、必要により研磨加工が施され、後述する開口溝８の内底面と、固定ボルト３０の押圧平面３２に対して整一に面接触し得るようにしている。そして、該圧電振動素子２０の側面にはあらかじめ可撓性の杆状取出し電極片２５，２５の一端が固着がされ、該電極片２５，２５の内側面に形成した導電層２７を接続電極２４，２４に電気的に接続するようにしている。この取出し電極片２５は、図４で示すように、紙フェノール基板や樹脂材料からなる基材２６の側面に、導電性ゴムなどのクッション性のある導電層２７を形成してなり、撓みやすくなっている。また、この導電層２７は、固定ボルト３０と接触する面に耐摩耗性の絶縁層２８により被覆されている。
【００１３】
そして、かかる圧電振動素子２０に杆状取出し電極片２５，２５を接合し、その形態で開口溝８に挿入し、取出し電極片２５，２５を引出し溝１２，１２に位置させて、装着溝１１に圧電振動素子２０を嵌入する。これにより、取出し電極片２５，２５の端部は、引出し溝１２，１２から後方へ突出することとなる。
【００１４】
次に、圧電振動素子２０の背面に緩衝板２９を配設してから、金属製の固定ボルト３０の螺子山３１を開口溝８の雌螺子１０に螺合する。これにより固定ボルト３０の前端により圧電振動素子２０が押圧されて、開口溝８の内底面に圧接し、予圧を付与する。また、取出し電極片２５，２５は、固定ボルト３０の螺子山３１により、引出し溝１２，１２内に押し付けられて該引出し溝１２，１２内に維持される。固定ボルト３０の前端には整一な押圧平面３２が形成されている。
【００１５】
而して、かかる構成にあって、圧電振動素子２０の電極２２，２２（接続電極２４，２４）は、取出し電極片２５，２５により外部に引き出されることとなる。そして、取出し電極片２５，２５の両端に交流を印加することにより、圧電振動素子２０は積層方向に振動し、その振動が金属製振動ブロック２の円錐部５を介して拡幅し、径小部４のと振動放射面３で最大振幅となって、取り出されることとなる。
ここで、圧電振動素子２０の最外層の露出外面は、面一状（必要により研磨加工が施される）の電極層の無い面となっているため、開口溝８の内底面に整一に面接触して座定され、かつ固定ボルト３０の押圧平面に緩衝板２９を介して面一状に締め付けられるから、圧電振動素子２０から発生する振動を、金属製振動ブロック２に、内底面から均一に伝播し得ることとなる。
【００１６】
かかる構成のランジュバン型超音波振動子１にあって、その外表面は金属製振動ブロック２によりほぼ占有されるから、整一な単純形状となり、電極が外部に露出しない。また、金属製振動ブロック２の径大部６が把持可能となり、ハンドツールとして用いた場合に、電極に手を触れることなく、ランジュバン型超音波振動子１を振動源として用いることができる。
【００１７】
図５はかかる構成にあって、固定ボルト３０の後端に開口溝８を遮蔽する密閉鍔３２を設けたものである。そして、取出し電極片２５，２５を密閉鍔３２と開口溝８周囲間から引き出すようにしている。この場合にも、取出し電極片２５，２５の導電層２７と密閉鍔３２との絶縁を確保するために、耐摩耗性の絶縁層２８が介在されている。かかる構成により、開口溝８が遮蔽され、密閉性が向上して、湿気による電気的短絡などが防止される。さらには、ランジュバン型超音波振動子１の後端面からは、取出し電極片２５，２５のみが引き出された形態となって、取り扱いがさらに容易となる。
【００１８】
図６〜８は、上述の図１，図５の実施形態に適用しうる圧電振動素子２０’の変形例を示す。
この圧電振動素子２０’も、上下最外層に電極層の無い同時焼成一体型の圧電積層体を用いたものであり、各圧電素子２１及び、絶縁層２３ａ，２３ｂの対向する側縁部には、円弧状の接続溝４０，４０が形成される。また、絶縁層２３ａ，２３ｂの外面には、必要により表面加工が施される。そして、その積層により、圧電振動素子２０’の対向する側縁部に、接続溝４０の連続により導通孔４１，４１が形成され、導通孔４１、４１に、図８で示すＬ形の可撓性杆状取出し電極片２５’，２５’の垂直部を圧入し、電極片２５’，２５’の内側面に形成した導電層２７を接続電極２４，２４に電気的に接続する。取出し電極片２５は、図７で示すように、紙フェノール基板や樹脂材料からなるあらかじめＬ形に成形した基材２６の側面に、導電性ゴムなどのクッション性のある導電層２７を形成してなり、撓みやすくなっている。また電極片２５’，２５’の屈曲端部２９，２９には、接続電極２４，２４が延成されて、外部電路との接続を容易としている。
【００１９】
図９は、他の電気的接続手段を示すものである。
すなわち、圧電振動素子２０の側面に露出形成された接続電極２４，２４に、絶縁コーティングを施したリード線３５、３５を夫々接続し、該リード線３５、３５を金属製振動ブロック２に形成した引き出し孔３６，３６から外部へ引き出すようにしている。かかる構成にあって、開口溝８の内周面に雌螺子１０を形成して、該雌螺子１０に固定ボルト３０を螺合して、圧電振動素子２０を内奥へ押圧保持している点は、上述の実施態様と同じである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のランジュバン型超音波振動子は、金属製振動ブロックの後端面に開口溝を形成し、該開口溝に圧電振動素子を装着して保持するようにしたものであるから、圧電振動素子及びその接続電極は、振動ブロック内に収納され、外表面に露出せず、このため、圧電振動素子周面に露出する接続電極が汚れることがなく、短絡が阻止される。また、振動ブロックが外周面をほぼ占有するから、ハンドツールとして用いた場合には、圧電振動素子と対向する振動ブロック外周面の振動ノード位置で振動子を保持できるため、パワーの低下もなくなる。
【００２１】
ここで素子保持手段として、開口溝の内周面に雌螺子を形成して、該雌螺子に固定ボルトを螺合することにより、圧電振動素子の振動面を開口溝の底面に圧接して保持するようにした構成にあっては、固定ボルトが開口溝内に設けられるものであるから、超音波振動子の外形は、振動ブロックのみによりほぼ規定されることとなり、整一な単純形状となって、取り扱いが容易となる。
【００２２】
この場合に、固定ボルトの外端に開口溝を遮蔽する密閉鍔を連成した構成にあっては、密閉鍔により開口溝が遮蔽され、密閉性が向上して、湿気による電気的短絡などが防止される。
【００２３】
電気的接続手段として、雌螺子が形成された開口溝の内周面に、軸方向に沿って引出し溝を形成し、可撓性の杆状取出し電極片を圧電振動素子の電極に接続するとともに、該取出し電極片を引出し溝にその一端が外方へ突出するようにして装着するようにしたものにあっては、該雌螺子に固定ボルトを螺合するようにした構成であっても、その電気的接続を確保することができる。
【００２４】
ここで取出し電極片を、軟質性杆状基材の側面に、導電材料層を形成して構成し、該電極片を、該導電材料層が、圧電素子の各所要電極に接続するようにして、開口溝の装着前に、圧電振動素子の周面にあらかじめ固着されているものとした場合には、圧電振動素子の装着に伴って、電気的接続手段が確保され、電気的接続が容易となる。
【００２５】
また、圧電振動素子として上下最外層に電極層の無い同時焼成一体型の圧電積層体を用いた構成にあっては、該圧電振動素子は、開口溝の内底面に整一に面接触して座定され、かつ固定ボルトに面一状に締め付けられるから、圧電振動素子から発生する振動を、内底面から均一に伝播し得ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるランジュバン型超音波振動子１の一例を示す部分切欠側面図である。
【図２】開口溝８を示す台形部６の横断断面図である。
【図３】圧電振動素子２０を示し、（イ）は分離状態の側面図、（ロ）は組み付け状態の側面図である。
【図４】取出し電極片２５，２５の斜視図である。
【図５】ランジュバン型超音波振動子１の変形例を示す部分切欠側面図である。
【図６】他の電気的接続手段を備えたランジュバン型超音波振動子１の変形例を示す部分切欠側面図である。
【図７】変形例の圧電振動素子２０’の分離斜視図である。
【図８】Ｌ形の可撓性杆状取出し電極片２５’，２５’の斜視図である。
【図９】変形例の圧電振動素子２０’の組み付け斜視図である。
【図１０】従来構成のランジュバン型超音波振動子の側面図である。
【符号の説明】
１  ランジュバン型超音波振動子
２  金属製振動ブロック
８  開口溝
１０  雌螺子
１２，１２  引出し溝
２０，２０’  圧電振動素子２０
２２，２２  電極
２４，２４  接続電極
２５，２５’取出し電極片
３０  固定ボルト
３２  密閉鍔
【図１】
0003914050.tif 000002
【図２】
0003914050.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003914050.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003914050.tif 000007
【図７】
0003914050.tif 000008
【図８】
0003914050.tif 000009
【図９】
0003914050.tif 000010
【図１０】
0003914050.tif 000011