小外径の(1,1)曲げ振動円盤により超音波振動子を集積した大容量超音波複合振動源の構成(強力超音波)

概要

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先に27kHzのボルト締めランジュバン型PZT振動子(BLT)6本を中央が振動ループとなる円盤の外周部に設置し、円盤中央に設置した複合曲げ振動棒を駆動する複合振動源を構成し振動特性等につき検討したが、更に直径の小な27kHzの曲げ振動円盤を用いて大容量の複合振動源の構成を試みた。振動源は振動速度変成のためにチタニウム合金およびステンレス鋼製のカテノイダルホーン、BLT振動子に段付きカテノイダルを設置した駆動用縦振動系、縦振動系集積用の(2,1)または(1,1)曲げ振動モードの円盤から構成している。(2,1)曲げ振動モードの円盤(アルミニウム合金、直径195mm)は、片側に6本または円盤上下に4本ずつ計8本のBLT縦振動子を設置して振動パワを集積することが可能であるが、更に小直径にするために(1,1)曲げ振動モードの円盤(ステンレス鋼、直径112mm)を用いた27kHzの直径40mmの縦振動子4本を集積した複合振動系を構成した。曲げ振動円盤は直径が小であるため4本の同様な駆動用縦振動系を並列に設置すると電極が接触するため、1組2本の駆動用振動系(振動子対)は1/2波長の振動棒を付加してある。円盤の振動ループ部に対向して設置した2本の駆動用縦振動系は逆位相で駆動し、円盤中心部に設置した先端に溶接チップを有するカテノイダルホーンを中心振動ノード部の傾斜により曲げ振動を駆動している。また直交して設置した振動子対を位相差90°で同時駆動する事により、溶接チップ部は円形軌跡で振動する。溶接チップは駆動電圧100Vrmsで円形軌跡の振動振幅5μm(peak-to-zero value)で振動する。また同様な構成の20kHzの複合振動源では最大15μmが得られている。複合振動を用いることにより直線軌跡の場合と比べて溶接面積が大になり、より一様で強度の高い溶接部が得られ、また方向性のない接合が可能となる。
2006-12-14

小外径の(1,1)曲げ振動円盤により超音波振動子を集積した大容量超音波複合振動源の構成(強力超音波)

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